Войти
Трубопровод Обнаружение утечек используется для определения, произошла ли утечка в системах, содержащих жидкости и газы. Методы обнаружения включают гидростатические испытания, инфракрасное излучение и лазерную технологию после монтажа трубопровода и обнаружение утечек во время обслуживания.
Трубопроводные сети - самый экономичный и безопасный способ транспортировки нефти, газа и других жидких продуктов. Как средство транспортировки на большие расстояния трубопроводы должны отвечать высоким требованиям безопасности, надежности и эффективности. При правильном обслуживании трубопроводы могут прослужить бесконечно без утечек. Некоторые значительные утечки, которые все же происходят, вызваны повреждениями из-за близлежащих выработок, но большинство утечек вызвано коррозией, отказом оборудования и неправильной работой. Если за трубопроводом не ухаживать должным образом, он может вызвать коррозию, особенно в местах стыков конструкции, в низинах, где собирается влага, или в местах с дефектами трубы. Другие причины утечек включают повреждение внешней силой (например, повреждение автомобилями и буровыми установками) и естественную силу (например, движение земли, сильный дождь и наводнение, молнии и температура).
Наиболее распространенный метод обнаружения утечек для операторов трубопроводов называется системой диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Эта система использует серию датчиков для отслеживания таких данных, как давление, расход, температура, а также то, открыты или закрыты клапаны. Датчики передают информацию в диспетчерскую, где операторы определяют достоверность сигналов утечки. В некоторые системы добавлена вычислительная система мониторинга трубопроводов (CPM), основной задачей которой является обнаружение утечек. Операторы трубопроводов сообщили Управлению безопасности трубопроводов и опасных материалов Министерства транспорта США, что эти системы неэффективны при обнаружении утечек. Сообщается, что даже при их наличии система SCADA обнаружила только 19% утечек, а система CPM обнаружила только 10% утечек.
Основная цель систем обнаружения утечек (LDS) - помочь контроллерам трубопроводов обнаруживать и локализовать утечки. LDS выдает аварийные сигналы и отображает другие связанные данные для контроллеров трубопроводов, чтобы помочь в принятии решений. Системы обнаружения утечек в трубопроводах также могут повысить производительность и надежность системы благодаря сокращению времени простоя и осмотра.
В соответствии с документом API «RP 1130» LDS делятся на LDS с внутренним и внешним управлением. Внутренние системы используют полевые приборы (например, датчики расхода, давления или температуры жидкости) для контроля внутренних параметров трубопровода. Внешние системы используют другой набор полевых приборов (например, инфракрасные радиометры или тепловизионные камеры, датчики пара, акустические микрофоны или оптоволоконные кабели) для контроля внешних параметров трубопроводов.
Некоторые страны официально регулируют работу трубопроводов.
Эта рекомендуемая практика (RP) фокусируется на проектировании, реализации, тестировании и эксплуатации LDS, использующих алгоритмический подход. Цель этой рекомендуемой практики - помочь оператору трубопровода в выявлении проблем, относящихся к выбору, внедрению, тестированию и эксплуатации LDS.
TRFL - это аббревиатура от "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (Техническое правило для трубопроводных систем). TRFL обобщает требования к трубопроводам, на которые распространяется официальное регулирование. Он охватывает трубопроводы, транспортирующие легковоспламеняющиеся жидкости, трубопроводы, транспортирующие жидкости, опасные для воды, и большинство трубопроводов, транспортирующих газ. Требуется пять различных видов функций LDS или LDS:
API 1155 (замененный API RP 1130) определяет следующие важные требования для LDS:
В установившемся режиме Условия, поток, давление и т.д. в трубопроводе (более или менее) постоянны во времени. В переходных условиях эти переменные могут быстро меняться. Изменения распространяются как волны по трубопроводу со скоростью звука жидкости. Переходные условия возникают в трубопроводе, например, при запуске, если давление на входе или выходе изменяется (даже если изменение небольшое), и когда изменяется партия, или когда несколько продуктов находятся в трубопроводе. Газопроводы почти всегда находятся в переходных режимах, потому что газы очень сжимаемы. Даже в жидкостных трубопроводах большую часть времени нельзя не учитывать переходные эффекты. LDS должна позволять обнаружение утечек для обоих условий, чтобы обеспечить обнаружение утечек в течение всего времени эксплуатации трубопровода.
Обзор внутренних систем LDS. Системы на внутренней основе используют полевые приборы (например, для измерения расхода, давления и температуры жидкости) для контроля внутренних параметров трубопровода, которые используются для обнаружения возможных утечек. Стоимость системы и сложность внутренних LDS являются умеренными, поскольку они используют существующие полевые приборы. Этот вид LDS используется для стандартных требований безопасности.
Утечка изменяет гидравлику трубопровода и, следовательно, через некоторое время изменяет показания давления или расхода. Таким образом, локальный мониторинг давления или расхода только в одной точке может обеспечить простое обнаружение утечки. Поскольку это делается локально, в принципе не требуется телеметрии. Однако он полезен только в стационарных условиях, и его способность работать с газопроводами ограничена.
Метод волн акустического давления анализирует волны разрежения, возникающие при происходит утечка. Когда происходит разрыв стенки трубопровода, жидкость или газ улетучиваются в виде высокоскоростной струи. Это создает волны отрицательного давления, которые распространяются в обоих направлениях внутри трубопровода и могут быть обнаружены и проанализированы. Принцип действия метода основан на очень важной характеристике волн давления - перемещаться на большие расстояния со скоростью звука, направляемого стенками трубопровода. Амплитуда волны давления увеличивается с размером утечки. Сложный математический алгоритм анализирует данные с датчиков давления и может в считанные секунды указать место утечки с точностью менее 50 м (164 фута). Экспериментальные данные показали способность метода обнаруживать утечки диаметром менее 3 мм (0,1 дюйма) и работать с самым низким уровнем ложных срабатываний в отрасли - менее 1 ложных срабатываний в год.
Однако этот метод является невозможно обнаружить продолжающуюся утечку после начального события: после разрушения стенки трубопровода (или разрыва) начальные волны давления затухают и последующие волны давления не образуются. Следовательно, если системе не удается обнаружить утечку (например, из-за того, что волны давления были замаскированы волнами переходного давления, вызванными эксплуатационным событием, таким как изменение давления нагнетания или переключение клапана), система не обнаружит продолжающуюся утечку.
Эти методы основаны на принципе сохранения массы. В установившемся режиме массовый расход 
Эти методы основаны на наблюдателях состояния , которые разработаны на основе математических моделей жидкости, выраженных в представлении в пространстве состояний. Эти методы можно разделить на два типа: бесконечномерные наблюдатели и конечномерные наблюдатели. Первый тип основан на паре квазилинейных гиперболических уравнений в частных производных: уравнения количества движения и неразрывности, которые представляют динамику жидкости в трубопроводе. Конечномерные наблюдатели построены из сосредоточенной версии импульса и уравнений неразрывности. Для обнаружения утечек использовались несколько типов наблюдателей, например фильтры Калмана, наблюдатели с высоким коэффициентом усиления, наблюдатели скользящего режима и наблюдатели типа Люенбергера.
Статистические LDS используют статистические методы (например, из области теории принятия решений ) для анализа давления / расхода только в одной точке или дисбаланса с целью обнаружения утечка. Это дает возможность оптимизировать решение об утечке, если соблюдаются некоторые статистические допущения. Распространенным подходом является использование проверки гипотезы процедуры
Это классическая проблема обнаружения, и существуют различные решения, известные из статистики.
RTTM означает «переходную модель в реальном времени». RTTM LDS использует математические модели потока в трубопроводе с использованием основных физических законов, таких как сохранение массы, сохранение количества движения и сохранение энергии. Методы RTTM можно рассматривать как усовершенствование методов балансировки, поскольку они дополнительно используют принцип сохранения импульса и энергии. RTTM позволяет рассчитать массовый расход, давление, плотность и температуру в каждой точке трубопровода в реальном -время с помощью математических алгоритмов. RTTM LDS может легко моделировать установившийся и переходный поток в трубопроводе. Используя технологию RTTM, утечки можно обнаружить в установившихся и переходных режимах. При правильном функционировании приборов скорость утечки может быть функционально оценена с использованием доступных формул.
Расширенная модель переходных процессов в реальном времени (E-RTTM). E-RTTM означает «Расширенная модель переходных процессов в реальном времени», использующая технологию RTTM со статистическими методами. Таким образом, обнаружение утечки возможно в установившемся и переходном состоянии с высокой чувствительностью, а ложные срабатывания сигнализации можно избежать с помощью статистических методов.
Для остаточного метода модуль RTTM вычисляет оценки 
Система тепловизионных камер с программным обеспечением для видеоанализа, обнаруживающая утечку масла из клапана на высоте 50 футов и 150 футов во время сильного дождя. Внешние системы используют местные специализированные датчики. Такие LDS очень чувствительны и точны, но стоимость системы и сложность установки обычно очень высоки; поэтому приложения ограничиваются специальными зонами повышенного риска, например вблизи рек или в природоохранных зонах.
Тепловизионное изображение на основе неохлаждаемого микроболометра, основанное на видеоаналитике, становится новым и эффективным методом визуализации и обнаружения и генерация предупреждений о незапланированных выбросах жидкостей и углеводородных газов с поверхности. От обнаружения до генерации тревоги требуется менее 30 секунд. Эта технология подходит для наземных трубопроводных сооружений, таких как насосные станции, нефтеперерабатывающие заводы, складские площадки, шахты, химические заводы, водные переходы и водоочистные сооружения. Потребность в новых решениях в этой области обусловлена тем фактом, что более половины утечек в трубопроводах происходит на объектах.
Высококачественная термографическая технология точно измеряет и визуализирует излучательную способность или инфракрасное излучение (тепловое тепло) объектов в серый цвет. масштабировать изображения без необходимости окружающего освещения. Контролируемый нефтепродукт (например, нефть) отличается от фоновых объектов этой разностью температур. Добавление компонента аналитического программного обеспечения, обычно оптимизируемого для более точной работы с конкретным приложением или средой, позволяет проводить автоматический анализ утечек на месте, проверку и составление отчетов, тем самым снижая зависимость от человеческих ресурсов. Утечка, появляющаяся в аналитической области (правило, добавленное к камере), немедленно анализируется на предмет ее атрибутов, включая термическую температуру, размер и поведение (например, распыление, объединение, разлив). Когда утечка определяется как действительная на основании установленных параметров, генерируется тревожное уведомление с видео утечки и отправляется на станцию мониторинга.
Оптимальное расстояние обнаружения варьируется и зависит от размера объектива камеры, разрешения, поля зрения, диапазона и чувствительности теплового обнаружения, размера утечки и других факторов. Слои фильтров системы и невосприимчивость к элементам окружающей среды, таким как снег, лед, дождь, туман и блики, способствуют снижению количества ложных тревог. Архитектура видеонаблюдения может быть интегрирована в существующие системы обнаружения и ремонта утечек (LDAR), включая сети SCADA, а также другие системы наблюдения.
Цифровые сенсорные кабели состоят из оплетки полупроницаемых внутренних проводников, защищенных проницаемой изоляционной литой оплеткой. Электрический сигнал проходит через внутренние проводники и контролируется встроенным микропроцессором внутри кабельного разъема. Выходящие жидкости проходят через внешнюю проницаемую оплетку и контактируют с внутренними полупроницаемыми проводниками. Это вызывает изменение электрических свойств кабеля, обнаруживаемое микропроцессором. Микропроцессор может определять местонахождение жидкости с точностью до 1 метра по ее длине и подавать соответствующий сигнал системам мониторинга или операторам. Сенсорные кабели могут быть обернуты вокруг трубопроводов, закопаны под землей вместе с трубопроводами или установлены по схеме «труба в трубе».
Аэротермограмма подземного нефтепровода, находящегося под землей, выявляющая подземное загрязнение вызванных утечкой. Инфракрасные термографические испытания трубопровода показали себя как точные, так и эффективные при обнаружении и локализации подземных утечек трубопровода, пустот, вызванных эрозией, ухудшенной изоляции трубопровода и плохой засыпки. Когда утечка из трубопровода позволила текучей среде, такой как вода, образовать шлейф возле трубопровода, текучая среда имеет теплопроводность, отличную от сухой почвы или засыпки. Это отразится на различных моделях температуры поверхности над местом утечки. Инфракрасный радиометр с высоким разрешением позволяет сканировать целые области и отображать полученные данные в виде изображений с областями с разными температурами, обозначенными разными оттенками серого на черно-белом изображении или разными цветами на цветном изображении. Эта система измеряет только образцы поверхностной энергии, но образцы, которые измеряются на поверхности земли над заглубленным трубопроводом, могут помочь показать, где возникают утечки в трубопроводе и возникающие в результате эрозионные пустоты; он обнаруживает проблемы на глубине до 30 метров от поверхности земли.
Крис Кэссиди работает с ультразвуковым течеискателем на Международной космической станции. Выходящие жидкости создают акустический сигнал, когда они проходят через отверстие в трубе. Акустические датчики, прикрепленные к внешней стороне трубопровода, создают базовый акустический «отпечаток» линии из внутреннего шума трубопровода в его неповрежденном состоянии. Когда происходит утечка, обнаруживается и анализируется результирующий низкочастотный акустический сигнал. Отклонения от базовой линии «отпечатка пальца» сигнализируют о тревоге. Теперь датчики имеют лучшую компоновку с выбором диапазона частот, выбора диапазона времени задержки и т. Д. Это делает графики более четкими и легкими для анализа. Есть и другие способы обнаружения утечки. Наземные геофоны с фильтрами очень полезны для определения места утечки. Это экономит затраты на раскопки. Струя воды в почве ударяется о внутреннюю стену из почвы или бетона. Это создаст слабый шум. Этот шум затихнет по мере подъема на поверхность. Но максимальный звук можно уловить только над местом утечки. Усилители и фильтр помогают получить чистый шум. Некоторые типы газов, попадающих в трубопровод, при выходе из трубы создают ряд звуков.
Метод обнаружения утечки с помощью трубки для измерения пара включает установку трубки по всей длине трубопровода. Эта трубка - в форме кабеля - очень проницаема для веществ, обнаруживаемых в конкретном применении. В случае утечки измеряемые вещества вступают в контакт с трубкой в виде пара, газа или растворены в воде. В случае утечки часть протекающего вещества диффундирует в трубку. По прошествии определенного времени внутренняя часть трубки создает точное изображение веществ, окружающих трубку. Чтобы проанализировать распределение концентрации, присутствующее в сенсорной трубке, насос проталкивает столб воздуха в трубке мимо блока обнаружения с постоянной скоростью. Детекторный блок на конце сенсорной трубки оборудован датчиками газа. Каждое увеличение концентрации газа приводит к появлению ярко выраженного «пика утечки».
По крайней мере, два оптоволоконных метода обнаружения утечек внедряются на рынок: Распределенное измерение температуры (DTS) и распределенное акустическое зондирование (DAS). Метод DTS предполагает прокладку оптоволоконного кабеля по всей длине контролируемого трубопровода. Вещества, которые необходимо измерить, вступают в контакт с кабелем при возникновении утечки, изменяя температуру кабеля и изменяя отражение импульса лазерного луча, сигнализируя об утечке. Местоположение известно путем измерения временной задержки между моментом излучения лазерного импульса и моментом обнаружения отражения. Это работает, только если температура вещества отличается от температуры окружающей среды. Кроме того, метод распределенного оптоволоконного измерения температуры дает возможность измерять температуру вдоль трубопровода. При сканировании по всей длине волокна определяется температурный профиль вдоль волокна, что приводит к обнаружению утечек.
Метод DAS включает аналогичную установку оптоволоконного кабеля по всей длине контролируемого трубопровода. Вибрации, вызванные выходом вещества из трубопровода через утечку, изменяют отражение импульса лазерного луча, сигнализируя об утечке. Местоположение известно путем измерения временной задержки между моментом излучения лазерного импульса и моментом обнаружения отражения. Этот метод также можно комбинировать с методом распределенного измерения температуры для получения температурного профиля трубопровода.
Обходы трубопровода часто выполняются либо для подтверждения местоположения, либо для обнаружения небольших выбросов, которые не могут быть идентифицированы другими методами. Обычно эстакада полосы отвода записывается видео, которое может иметь некоторую фильтрацию изображения, такую как тепловизионное изображение. Более крупные разливы обычно идентифицируются по «блеску» водно-болотных угодий или участкам мертвой растительности вокруг места утечки.
Перелеты обычно планируются и не рекомендуются в качестве основного метода обнаружения утечек. Их можно использовать для быстрого подтверждения наличия и местонахождения утечки.
Биологические методы обнаружения утечек включают использование собак, которые с большей вероятностью будут использоваться после того, как утечка будет идентифицирована, но не обнаружена из-за ее небольшого размера; или ландшафтными дизайнерами, которые следят за тем, чтобы трубопровод оставался свободным.
Есть несколько компаний, которые могут предоставить собак, обученных определять запах утечки. Обычно техник вводит жидкость в трубопровод, который нюхательные собаки обучены отслеживать. Затем собаки направят проводников на место утечки в трубопроводе. Они обучены показывать самые сильные концентрации, поэтому их способность точно определять, как правило, находится в пределах метра. Обычно мобилизация группы занимает от 24 до 48 часов, а на то, чтобы найти место утечки, может потребоваться несколько дней, в зависимости от удаленности местности.
Право проезда трубопровода охраняется ландшафтными работниками, которые также обучены искать признаки утечки из трубопровода. Обычно это запланированный процесс, и его не следует рассматривать в качестве основной формы обнаружения утечек.
