Detekce průsaků

by Delta Engineering / Pátek, Březen 25 2016 / Vyšlo v Vysokého napětí

Potrubí detekce průsaků se používá k určení, zda av některých případech došlo k úniku v systémech obsahujících kapaliny a plyny. Metody detekce zahrnují hydrostatické testování po montáži potrubí a detekci netěsností během provozu.

Potrubní sítě jsou nejhospodárnějším a nejbezpečnějším způsobem přepravy ropy, plynů a jiných tekutých produktů. Jako prostředek dálkové dopravy musí potrubí splňovat vysoké požadavky na bezpečnost, spolehlivost a efektivitu. Pokud je potrubí řádně udržováno, může vydržet donekonečna bez úniků. Nejvýznamnější úniky, ke kterým dochází, jsou způsobeny poškozením blízkého výkopového zařízení, proto je důležité zavolat před výkopem úřady, aby se zajistilo, že v okolí nejsou žádné zakopané potrubí. Pokud není potrubí řádně udržováno, může začít korodovat pomalu, zejména u konstrukčních spojů, nízkých bodů, kde se hromadí vlhkost, nebo v místech s nedokonalostmi v potrubí. Tyto vady však mohou být identifikovány pomocí inspekčních nástrojů a opraveny dříve, než se dostanou k netěsnosti. Mezi další důvody úniku patří nehody, pohyb země nebo sabotáž.

Primárním účelem systémů detekce úniků (LDS) je pomáhat správcům potrubí při detekci a lokalizaci úniků. LDS poskytuje poplach a zobrazí další související data do řadičů potrubí, aby pomohla při rozhodování. Systémy detekce úniku z potrubí jsou také prospěšné, protože mohou zvýšit produktivitu a spolehlivost systému díky zkrácení prostojů a zkrácení doby inspekce. LDS jsou proto důležitým aspektem technologie potrubí.

Podle dokumentu API „RP 1130“ jsou LDS rozděleny na interně založené LDS a externě založené LDS. Interně založené systémy využívají k monitorování interních parametrů potrubí polní instrumentaci (například snímače průtoku, tlaku nebo teploty kapaliny). Externě založené systémy také využívají k monitorování externích parametrů potrubí polní instrumentaci (například infračervené radiometry nebo tepelné kamery, parní senzory, akustické mikrofony nebo kabely z optických vláken).

Pravidla a předpisy

Některé země formálně regulují provoz plynovodu.

API RP 1130 „Výpočet výpočetního potrubí pro kapaliny“ (USA)

Tato doporučená praxe (RP) se zaměřuje na návrh, implementaci, testování a provoz LDS, které používají algoritmický přístup. Účelem tohoto doporučeného postupu je pomoci provozovateli potrubí při identifikaci problémů souvisejících s výběrem, implementací, testováním a provozováním LDS. LDS se dělí na interně a externě. Interně založené systémy využívají k monitorování interních parametrů potrubí polní instrumentaci (např. Pro průtok, tlak a teplotu kapaliny); tyto parametry potrubí se následně používají k odvození úniku. Externě založené systémy používají místní vyhrazené senzory.

TRFL (Německo)

TRFL je zkratka pro „Technische Regel für Fernleitungsanlagen“ (Technical Rule for Pipeline Systems). TRFL shrnuje požadavky na potrubí podléhající oficiálním předpisům. Pokrývá potrubí přepravující hořlavé kapaliny, potrubí přepravující kapaliny nebezpečné pro vodu a většinu potrubí přepravujících plyn. Je požadováno pět různých druhů LDS nebo funkcí LDS:

Dva nezávislé LDS pro nepřetržitou detekci netěsností během ustáleného provozu. Jeden z těchto systémů nebo další systém musí být také schopen detekovat úniky během přechodného provozu, např. Během spouštění potrubí.
Jeden LDS pro detekci netěsností během uzavření
Jeden LDS pro plíživé úniky
Jeden LDS pro rychlé umístění úniku

požadavky

API 1155 (nahrazeno API RP 1130) definuje následující důležité požadavky na LDS:

Citlivost: LDS musí zajistit, aby ztráta kapaliny v důsledku úniku byla co možná nejmenší. To klade na systém dva požadavky: musí detekovat malé úniky a musí je rychle detekovat.
Spolehlivost: Uživatel musí být schopen důvěřovat LDS. To znamená, že musí správně hlásit jakékoli skutečné poplachy, ale je stejně důležité, aby nevytvářel falešné poplachy.
Přesnost: Některé LDS jsou schopny vypočítat tok úniku a umístění úniku. To musí být provedeno přesně.
Robustnost: LDS by měla pokračovat v práci za neideálních okolností. Například v případě poruchy převodníku by systém měl detekovat poruchu a pokračovat v činnosti (možná s nezbytnými kompromisy, jako je snížená citlivost).

Ustálené a přechodné podmínky

Během ustálených podmínek jsou průtok, tlaky atd. V potrubí (více či méně) v průběhu času konstantní. Během přechodných podmínek se tyto proměnné mohou rychle změnit. Změny se šíří jako vlny potrubím rychlostí zvuku tekutiny. Přechodné podmínky se vyskytují v potrubí, například při spuštění, pokud se tlak na vstupu nebo výstupu mění (i když je změna malá), a když se mění šarže nebo když je v potrubí více produktů. Plynovody jsou téměř vždy v přechodných podmínkách, protože plyny jsou velmi stlačitelné. Ani v kapalinových potrubích nelze přechodné účinky většinou zanedbat. LDS by měla umožnit detekci netěsností pro obě podmínky, aby zajistila detekci netěsností po celou dobu provozu potrubí.

Interně založené LDS

Interně založené systémy využívají k monitorování interních parametrů potrubí polní instrumentaci (např. Pro průtok, tlak a teplotu kapaliny); tyto parametry potrubí se následně používají k odvození úniku. Náklady na systém a složitost interně založeného LDS jsou mírné, protože využívají existující polní instrumentaci. Tento druh LDS se používá pro standardní bezpečnostní požadavky.

Monitorování tlaku / průtoku

Únik mění hydrauliku potrubí, a proto po nějaké době mění hodnoty tlaku nebo průtoku. Lokální monitorování tlaku nebo průtoku pouze v jednom bodě proto může zajistit jednoduchou detekci úniku. Protože se provádí místně, v zásadě nevyžaduje telemetrii. Je však užitečná pouze v podmínkách ustáleného stavu a její schopnost řešit plynovody je omezená.

Akustické tlakové vlny

Metoda akustických tlakových vln analyzuje zředěné vlny produkované při úniku. Dojde-li k rozbití stěny potrubí, unikne kapalina nebo plyn ve formě vysokorychlostního paprsku. To vytváří podtlakové vlny, které se v potrubí šíří v obou směrech a lze je detekovat a analyzovat. Principy fungování metody jsou založeny na velmi důležité charakteristice tlakových vln pro cestování na dlouhé vzdálenosti rychlostí zvuku vedeného stěnami potrubí. Amplituda tlakové vlny se zvyšuje s velikostí úniku. Složitý matematický algoritmus analyzuje data z tlakových senzorů a je schopen během několika sekund ukázat na místo úniku s přesností menší než 50 m (164 ft). Experimentální data prokázala schopnost metody detekovat úniky o průměru menším než 3 mm (0.1 palce) a pracovat s nejnižší mírou falešných poplachů v oboru - méně než 1 falešný poplach ročně.

Metoda však není schopna detekovat pokračující únik po počáteční události: po zhroucení stěny potrubí (nebo prasknutí) se počáteční tlakové vlny odezní a nevytvoří se žádné následné tlakové vlny. Pokud tedy systém nezjistí únik (například protože tlakové vlny byly maskovány přechodnými tlakovými vlnami způsobenými provozní událostí, jako je změna čerpacího tlaku nebo přepínání ventilu), systém nezjistí probíhající únik.

Vyvažovací metody

Tyto metody vycházejí z principu zachování hmoty. V ustáleném stavu hmotnostní tok $\ dot {M} _I$ vstup do potrubí bez úniku vyváží hmotnostní tok $\ dot {M} _O$ opouštět; jakýkoli pokles hmotnosti opouštějící potrubí (hmotnostní nerovnováha) $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) označuje únik. Vyvažovací metody měří $\ dot {M} _I$ a $\ dot {M} _O$ pomocí průtokoměrů a nakonec vypočítat nevyváženost, což je odhad neznámého skutečného úniku. Porovnání této nerovnováhy (obvykle monitorované po více období) s prahem poplachu úniku $\ gama$ generuje alarm, pokud monitoruje nevyváženost. Vylepšené metody vyvážení navíc zohledňují rychlost změny hromadného inventáře potrubí. Názvy, které se používají pro vylepšené techniky vyvážení linek, jsou objemová bilance, upravená objemová bilance a kompenzovaná hmotnostní bilance.

Statistické metody

Statistická LDS používá statistické metody (např. Z oblasti teorie rozhodování) k analýze tlaku / průtoku pouze v jednom bodě nebo nerovnováhy za účelem zjištění úniku. To vede k příležitosti optimalizovat rozhodnutí o úniku, pokud platí některé statistické předpoklady. Běžným přístupem je použití postupu testování hypotézy

\ text {Hypotéza} H_0: \ text {Bez úniku}

\ text {Hypotéza} H_1: \ text {Únik}

Jedná se o klasický problém s detekcí a ze statistik jsou známa různá řešení.

Metody RTTM

RTTM znamená „přechodný model v reálném čase“. RTTM LDS používá matematické modely toku v potrubí pomocí základních fyzikálních zákonů, jako je zachování hmotnosti, zachování hybnosti a zachování energie. Metody RTTM lze chápat jako vylepšení metod vyvažování, protože navíc využívají princip zachování hybnosti a energie. RTTM umožňuje vypočítat hmotnostní průtok, tlak, hustotu a teplotu v každém bodě potrubí v reálném čase pomocí matematických algoritmů. RTTM LDS může snadno modelovat ustálený stav a přechodný tok v potrubí. Pomocí technologie RTTM lze úniky detekovat během ustáleného stavu a přechodných podmínek. Se správně fungujícím přístrojovým vybavením lze míry úniku funkčně odhadnout pomocí dostupných vzorců.

Metody E-RTTM

Rozšířený reálný časový přechodný model toku signálu (E-RTTM)

E-RTTM je zkratka pro „Extended Real-Time Transient Model“ využívající technologii RTTM se statistickými metodami. Detekce úniků je tedy možná během ustáleného stavu a přechodných podmínek s vysokou citlivostí a falešným poplachům bude zabráněno pomocí statistických metod.

U zbytkové metody vypočítá modul RTTM odhady $\ hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ pro MASS FLOW na vstupu a na výstupu. To lze provést pomocí měření pro tlak a teplota na vstupu ( $p_I$ , $T_I$ ) a výstup ( $p_O$ , $NA$ ). Tyto odhadované hmotnostní toky jsou porovnány s naměřenými hmotnostními toky $\ dot {M} _I$ , $\ dot {M} _O$ , čímž se získají zbytky $x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ a $y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . Tyto zbytky jsou téměř nulové, pokud nedochází k úniku; jinak zbytky vykazují charakteristický podpis. V dalším kroku jsou zbytky podrobeny analýze únikového podpisu. Tento modul analyzuje jejich časové chování extrakcí a porovnáním signatury úniku s signaturami úniku v databázi („fingerprint“). Leak alarm je deklarován, pokud se extrahovaný podpis úniku shoduje s otiskem prstu.

Externě založené LDS

Externě založené systémy používají místní vyhrazené senzory. Takové LDS jsou vysoce citlivé a přesné, ale náklady na systém a složitost instalace jsou obvykle velmi vysoké; aplikace jsou proto omezeny na speciální vysoce rizikové oblasti, např. v blízkosti řek nebo oblastí ochrany přírody.

Digitální detektor úniku oleje

Digitální sense kabely se skládají z provazu z poloprůpustných vnitřních vodičů chráněných prodyšným izolačním tvarovaným provazem. Elektrický signál prochází vnitřními vodiči a je monitorován vestavěným mikroprocesorem uvnitř kabelového konektoru. Unikající tekutiny procházejí vnějším propustným opletem a navazují kontakt s vnitřními polopropustnými vodiči. To způsobí změnu elektrických vlastností kabelu, která je detekována mikroprocesorem. Mikroprocesor může lokalizovat tekutinu s přesností 1 metr podél její délky a poskytnout vhodný signál monitorovacím systémům nebo operátorům. Senzorové kabely mohou být ovinuty kolem potrubí, vnořených podpovrchových potrubí nebo instalovány jako konfigurace potrubí v potrubí.

Infračervené radiometrické testování potrubí

Letecký termogram podzemního ropovodu pohřbeného v terénu, který odhaluje povrchovou kontaminaci způsobenou netěsností

Infračervené termografické testování potrubí se ukázalo jako přesné a efektivní při detekci a lokalizaci úniků podpovrchových potrubí, dutin způsobených erozí, zhoršené izolace potrubí a špatného zásypu. Pokud únik potrubí umožnil tekutině, jako je voda, vytvořit oblak poblíž potrubí, má kapalina tepelnou vodivost odlišnou od suché půdy nebo zásypu. To se projeví v různých vzorcích povrchové teploty nad místem úniku. Infračervený radiometr s vysokým rozlišením umožňuje skenovat celé oblasti a výsledná data zobrazit jako obrázky s oblastmi různých teplot označených odlišnými šedými tóny na černobílém obrázku nebo různými barvami na barevném obrázku. Tento systém měří pouze povrchové energetické vzorce, ale vzorky, které se měří na povrchu země nad podzemním potrubím, mohou pomoci ukázat, kde dochází k únikům potrubí a vznikajícím erozním dutinám; detekuje problémy až 30 metrů pod povrchem země.

Akustické emisní detektory

Unikající kapaliny vytvářejí zvukový signál, když procházejí otvorem v potrubí. Akustické senzory umístěné na vnější straně potrubí vytvářejí základní akustický „otisk prstu“ vedení z vnitřního hluku potrubí v nepoškozeném stavu. Když dojde k úniku, je detekován a analyzován výsledný nízkofrekvenční akustický signál. Odchylky od základního otisku prstu signalizují poplach. Nyní mají senzory lepší uspořádání s výběrem kmitočtového pásma, výběrem rozsahu časového zpoždění atd. Díky tomu jsou grafy výraznější a snadněji analyzovatelné. Existují i jiné způsoby, jak detekovat úniky. Zemní geo-telefony s uspořádáním filtrů jsou velmi užitečné k určení místa úniku. Šetří náklady na vykopávky. Proud vody v půdě zasáhne vnitřní stěnu půdy nebo betonu. Tím se vytvoří slabý šum. Tento šum se bude snižovat, když se objeví na povrchu. Maximální zvuk však lze zachytit pouze přes netěsnou polohu. Zesilovače a filtr pomáhají získat čistý hluk. Některé typy plynů vstupujících do potrubí vytvoří při opuštění potrubí řadu zvuků.

Zkumavky detekující páry

Metoda detekce úniku trubice se snímáním par zahrnuje instalaci trubice po celé délce potrubí. Tato trubice - ve formě kabelu - je vysoce propustná pro látky, které mají být detekovány při konkrétní aplikaci. Dojde-li k úniku, přijdou měřené látky do styku s trubicí ve formě páry, plynu nebo rozpuštěné ve vodě. V případě úniku část unikající látky difunduje do trubice. Po určité době produkuje vnitřek trubice přesný obraz látek obklopujících trubici. Aby bylo možné analyzovat distribuci koncentrace přítomné v trubici senzoru, čerpadlo tlačí sloupec vzduchu v trubici kolem detekční jednotky konstantní rychlostí. Detekční jednotka na konci trubice senzoru je vybavena senzory plynu. Každé zvýšení koncentrace plynu má za následek výrazný „vrchol úniku“.

Detekce netěsností pomocí optických vláken

Komerčně jsou komerčně využívány nejméně dvě metody detekce netěsností z optických vláken: distribuované snímání teploty (DTS) a distribuované akustické snímání (DAS). Metoda DTS zahrnuje instalaci optického kabelu podél monitorované délky potrubí. Měřené látky přicházejí do styku s kabelem, když dojde k úniku, mění teplotu kabelu a mění odraz pulsu laserového paprsku, což signalizuje únik. Poloha je známa měřením časového zpoždění mezi okamžikem, kdy byl laserový impulz emitován, a okamžikem, kdy byl detekován odraz. Funguje to pouze tehdy, má-li látka jinou teplotu než okolní prostředí. Distribuovaná technika optického snímání teploty s optickými vlákny navíc nabízí možnost měřit teplotu podél potrubí. Skenováním celé délky vlákna se stanoví teplotní profil podél vlákna, což vede k detekci úniku.

Metoda DAS zahrnuje podobnou instalaci optického kabelu podél monitorované délky potrubí. Vibrace způsobené látkou opouštějící potrubí přes netěsnost mění odraz pulsu laserového paprsku a signalizují netěsnost. Poloha je známa měřením časového zpoždění mezi okamžikem, kdy byl laserový impulz emitován, a okamžikem, kdy byl detekován odraz. Tuto techniku lze také kombinovat s metodou distribuovaného snímání teploty, aby se získal teplotní profil potrubí.