Detectarea scurgerilor

by Delta Engineering / Vineri, 25 martie 2016 / Publicat în Tensiune înaltă

Conductă detectarea scurgerilor este utilizat pentru a determina dacă și în unele cazuri în care s-a produs o scurgere în sistemele care conțin lichide și gaze. Metodele de detectare includ testarea hidrostatică după montarea conductei și detectarea scurgerilor în timpul serviciului.

Rețelele de conducte sunt cel mai economic și mai sigur mod de transport pentru petrol, gaze și alte produse fluide. Ca mijloc de transport pe distanțe lungi, conductele trebuie să îndeplinească cerințe ridicate de siguranță, fiabilitate și eficiență. Dacă sunt întreținute corect, conductele pot dura la nesfârșit fără scurgeri. Cele mai importante scurgeri care apar sunt cauzate de deteriorarea echipamentelor de excavare din apropiere, de aceea este esențial să apelați autoritățile înainte de excavare pentru a se asigura că nu există conducte îngropate în apropiere. Dacă o conductă nu este întreținută în mod corespunzător, poate începe să se corodeze lent, în special la îmbinările de construcție, punctele joase în care se colectează umiditatea sau locații cu imperfecțiuni în conductă. Cu toate acestea, aceste defecte pot fi identificate prin instrumente de inspecție și corectate înainte de a progresa spre o scurgere. Alte motive pentru scurgeri includ accidentele, mișcarea pământului sau sabotajul.

Scopul principal al sistemelor de detectare a scurgerilor (LDS) este de a ajuta controlorii conductelor în detectarea și localizarea scurgerilor. LDS oferă o alarmă și afișează alte date conexe controlerelor de conducte pentru a ajuta la luarea deciziilor. Sistemele de detectare a scurgerilor conductelor sunt, de asemenea, benefice deoarece pot îmbunătăți productivitatea și fiabilitatea sistemului, datorită timpilor de oprire reduse și a timpului de inspecție redus. Prin urmare, LDS reprezintă un aspect important al tehnologiei conductelor.

Conform documentului API „RP 1130”, LDS sunt împărțite în LDS bazate intern și LDS bazate extern. Sistemele bazate pe intern utilizează instrumentații de câmp (de exemplu, senzori de debit, presiune sau temperatură fluid) pentru a monitoriza parametrii conductelor interne. Sistemele bazate pe exterior utilizează, de asemenea, instrumente de câmp (de exemplu, radiometre cu infraroșu sau camere termice, senzori de vapori, microfoane acustice sau cabluri cu fibră optică) pentru a monitoriza parametrii conductelor externe.

Reguli și regulamente

Unele țări reglementează formal funcționarea conductelor.

API RP 1130 „Monitorizarea calculelor conductelor pentru lichide” (SUA)

Această practică recomandată (RP) se concentrează pe proiectarea, implementarea, testarea și funcționarea LDS care utilizează o abordare algoritmică. Scopul acestei practici recomandate este de a ajuta operatorul de conducte în identificarea problemelor relevante pentru selecția, implementarea, testarea și funcționarea unui LDS. LDS sunt clasificate în bază internă și externă. Sistemele bazate pe interior utilizează instrumente de teren (de exemplu, pentru debit, presiune și temperatura fluidului) pentru a monitoriza parametrii interni ai conductei; acești parametri ai conductei sunt utilizați ulterior pentru deducerea unei scurgeri. Sistemele bazate pe exterior utilizează senzori locali dedicați.

TRFL (Germania)

TRFL este abrevierea pentru „Technische Regel für Fernleitungsanlagen” (Regula tehnică pentru sistemele de conducte). TRFL rezumă cerințele pentru conducte care fac obiectul reglementărilor oficiale. Acoperă conductele care transportă lichide inflamabile, conductele care transportă lichide periculoase pentru apă și majoritatea conductelor care transportă gaze. Sunt necesare cinci tipuri diferite de funcții LDS sau LDS:

Două LDS independente pentru detectarea continuă a scurgerilor în timpul funcționării în stare constantă. Unul dintre aceste sisteme sau unul suplimentar trebuie să poată detecta, de asemenea, scurgeri în timpul funcționării tranzitorii, de exemplu în timpul pornirii conductei.
Un LDS pentru detectarea scurgerilor în timpul funcționării închise
Un LDS pentru scurgeri târâtoare
Un LDS pentru localizarea rapidă a scurgerii

Cerinţe

API 1155 (înlocuit de API RP 1130) definește următoarele cerințe importante pentru un LDS:

Sensibilitate: Un LDS trebuie să se asigure că pierderea de lichid ca urmare a unei scurgeri este cât se poate de mică. Acest lucru plasează două cerințe în sistem: trebuie să detecteze scurgeri mici și să le detecteze rapid.
Fiabilitate: Utilizatorul trebuie să poată avea încredere în LDS. Aceasta înseamnă că trebuie să raporteze corect orice alarmă reală, dar este la fel de important să nu genereze alarme false.
Precizie: Unii LDS sunt capabili să calculeze debitul și locația scurgerii. Acest lucru trebuie făcut cu exactitate.
Robustețe: LDS ar trebui să continue să funcționeze în circumstanțe non-ideale. De exemplu, în cazul unei defecțiuni a traductorului, sistemul ar trebui să detecteze defecțiunea și să continue să funcționeze (eventual cu compromisuri necesare, cum ar fi sensibilitatea redusă).

Condiții de stare constantă și tranzitorii

În condiții de echilibru, debitul, presiunile etc. în conductă sunt (mai mult sau mai puțin) constante în timp. În timpul condițiilor tranzitorii, aceste variabile se pot modifica rapid. Modificările se propagă ca undele prin conductă cu viteza sunetului fluidului. Condiții tranzitorii apar într-o conductă, de exemplu la pornire, dacă presiunea la intrare sau ieșire se modifică (chiar dacă schimbarea este mică), și când se schimbă un lot sau când mai multe produse sunt în conductă. Conductele de gaz sunt aproape întotdeauna în condiții tranzitorii, deoarece gazele sunt foarte compresibile. Chiar și în conductele lichide, efectele tranzitorii nu pot fi ignorate de cele mai multe ori. LDS ar trebui să permită detectarea scurgerilor pentru ambele condiții pentru a asigura detectarea scurgerilor pe întregul timp de funcționare al conductei.

LDS bazat pe plan intern

Prezentare generală despre LDS bazate pe intern

Sistemele bazate pe interior utilizează instrumente de teren (de exemplu, pentru debit, presiune și temperatura fluidului) pentru a monitoriza parametrii interni ai conductei; acești parametri ai conductei sunt utilizați ulterior pentru deducerea unei scurgeri. Costul și complexitatea sistemului LDS pe bază internă sunt moderate deoarece utilizează instrumentele de teren existente. Acest tip de LDS este utilizat pentru cerințele standard de siguranță.

Monitorizarea presiunii / debitului

O scurgere schimbă hidraulica conductei și, prin urmare, schimbă citirile de presiune sau de curgere după ceva timp. Prin urmare, monitorizarea locală a presiunii sau a debitului într-un singur punct poate asigura o detectare simplă a scurgerilor. Întrucât este făcut local, nu necesită, în principiu, telemetrie. Este util numai în condiții de echilibru, însă capacitatea sa de a face față conductelor de gaz este limitată.

Undele de presiune acustică

Metoda undei de presiune acustică analizează undele de rarefacție produse atunci când apare o scurgere. Când apare o defecțiune a peretelui conductei, fluidul sau gazul scapă sub forma unui jet de mare viteză. Acest lucru produce unde de presiune negative care se propagă în ambele direcții în interiorul conductei și pot fi detectate și analizate. Principiile de funcționare ale metodei se bazează pe caracteristica foarte importantă a undelor de presiune de a călători pe distanțe mari la viteza sunetului ghidată de pereții conductei. Amplitudinea unei unde de presiune crește odată cu dimensiunea scurgerii. Un algoritm matematic complex analizează datele de la senzorii de presiune și este capabil, în câteva secunde, să indice locația scurgerii cu o precizie mai mică de 50 m (164 ft). Datele experimentale au arătat capacitatea metodei de a detecta scurgeri cu diametrul mai mic de 3 mm și de a opera cu cea mai mică rată de alarmă falsă din industrie - mai puțin de 0.1 alarmă falsă pe an.

Cu toate acestea, metoda nu este în măsură să detecteze o scurgere continuă după evenimentul inițial: după defalcarea peretelui conductei (sau ruperea), undele de presiune inițiale scad și nu se generează valuri de presiune ulterioare. Prin urmare, dacă sistemul nu reușește să detecteze scurgerea (de exemplu, deoarece undele de presiune au fost mascate de unde de presiune tranzitorii cauzate de un eveniment operațional, cum ar fi o schimbare a presiunii de pompare sau comutarea supapei), sistemul nu va detecta scurgerea în curs.

Metode de echilibrare

Aceste metode se bazează pe principiul conservării masei. În stare constantă, fluxul de masă $\ Dot {M} _I$ intrarea într-o conductă fără scurgeri va echilibra debitul de masă $\ Dot {M} _O$ lăsând-o; orice scădere de masă care iese din conductă (dezechilibru în masă $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) indică o scurgere. Metodele de echilibrare se măsoară $\ Dot {M} _I$ și $\ Dot {M} _O$ folosind debitmetre și, în final, calculează dezechilibrul, care este o estimare a debitului de scurgeri adevărat necunoscut. Compararea acestui dezechilibru (de obicei monitorizat pe o serie de perioade) cu un prag de alarmă de scurgere $\gamma$ generează o alarmă dacă acest dezechilibru monitorizat. Metodele de echilibrare îmbunătățite iau în considerare în plus rata de schimbare a inventarului de masă al conductei. Numele care sunt utilizate pentru tehnici de echilibrare a liniilor îmbunătățite sunt echilibrul volumului, echilibrul volumului modificat și echilibrul de masă compensat.

Metode statistice

LDS statistic utilizează metode statistice (de exemplu, din domeniul teoriei deciziei) pentru a analiza presiunea / debitul la un singur punct sau dezechilibrul pentru a detecta o scurgere. Acest lucru duce la oportunitatea de a optimiza decizia de scurgere dacă există anumite ipoteze statistice. O abordare comună este utilizarea procedurii de testare a ipotezelor

\ text {Ipoteză} H_0: \ text {Fără scurgeri}

\ text {Ipoteză} H_1: \ text {Scurgere}

Aceasta este o problemă de detectare clasică și există diverse soluții cunoscute din statistici.

Metode RTTM

RTTM înseamnă „Model tranzitoriu în timp real”. RTTM LDS utilizează modele matematice ale fluxului într-o conductă folosind legi fizice de bază, cum ar fi conservarea masei, conservarea impulsului și conservarea energiei. Metodele RTTM pot fi văzute ca o îmbunătățire a metodelor de echilibrare, deoarece utilizează în plus principiul conservării impulsului și energiei. Un RTTM face posibilă calcularea debitului de masă, presiunii, densității și temperaturii în fiecare punct de-a lungul conductei, în timp real, cu ajutorul algoritmilor matematici. RTTM LDS poate modela cu ușurință fluxul în stare stabilă și tranzitorie într-o conductă. Folosind tehnologia RTTM, scurgerile pot fi detectate în condiții de staționare și tranzitorii. Cu instrumentele funcționale, ratele de scurgere pot fi estimate funcțional folosind formulele disponibile.

Metode E-RTTM

Flux de semnal Model extins în timp real tranzitoriu (E-RTTM)

E-RTTM înseamnă „Model tranzitoriu în timp real extins”, utilizând tehnologia RTTM cu metode statistice. Deci, detectarea scurgerilor este posibilă în starea de echilibru și în condiții tranzitorii cu sensibilitate ridicată, iar alarmele false vor fi evitate folosind metode statistice.

Pentru metoda reziduală, un modul RTTM calculează estimările $\ Hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ Hat {\ dot {M}} _ O$ pentru MASS FLOW la intrare și, respectiv, la ieșire. Acest lucru se poate face folosind măsurători pentru presiune și temperatura la intrare ( $p_i$ , $T_I$ ) și ieșire ( $p_o$ , $LA$ ). Aceste fluxuri de masă estimate sunt comparate cu fluxurile de masă măsurate $\ Dot {M} _I$ , $\ Dot {M} _O$ , obținând reziduurile $x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ și $y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . Aceste reziduuri sunt aproape de zero dacă nu există scurgeri; altfel reziduurile prezintă o semnătură caracteristică. Într-o etapă următoare, reziduurile sunt supuse unei analize a semnăturii scurgerii. Acest modul analizează comportamentul lor temporal extragând și comparând semnătura scurgerii cu semnături de scurgere dintr-o bază de date („amprentă”). Alarma de scurgere este declarată dacă semnătura de scurgere extrasă se potrivește cu amprenta.

LDS bazat extern

Sistemele bazate pe exterior utilizează senzori locali dedicați. Astfel de LDS sunt extrem de sensibile și precise, dar costul sistemului și complexitatea instalării sunt de obicei foarte mari; aplicațiile sunt, prin urmare, limitate la zone speciale cu risc ridicat, de exemplu în apropierea râurilor sau a zonelor de protecție a naturii.

Cablu digital de detectare a scurgerilor de ulei

Cablurile Digital Sense constau dintr-o împletire de conductoare interne semi-permeabile protejate de o împletitură izolantă permeabilă. Un semnal electric este transmis prin intermediul conductorilor interni și este monitorizat de un microprocesor încorporat în conectorul cablului. Lichidele evacuate trec prin împletitura permeabilă externă și intră în contact cu conductoarele semi-permeabile interne. Aceasta provoacă o modificare a proprietăților electrice ale cablului care este detectat de microprocesor. Microprocesorul poate localiza fluidul la o rezoluție de 1 metru de-a lungul lungimii sale și poate oferi un semnal adecvat sistemelor sau operatorilor de monitorizare. Cablurile de simț pot fi înfășurate în jurul conductelor, îngropate sub-suprafață cu conducte sau instalate ca o configurație țeavă în conductă.

Încercări de conducte radiometrice cu infraroșu

Termograma aeriană a conductei de petrol îngropate din țările de cruce care dezvăluie contaminarea subterană cauzată de o scurgere

Testarea conductelor termografice cu infraroșu s-a dovedit a fi atât precisă, cât și eficientă în detectarea și localizarea scurgerilor subterane ale conductelor, golurile cauzate de eroziune, izolarea deteriorată a conductei și umplerea slabă. Când o scurgere a conductei a permis unui fluid, cum ar fi apa, să formeze un panou lângă o conductă, fluidul are o conductanță termică diferită de solul uscat sau de umplere. Acest lucru se va reflecta în diferite modele de temperatură a suprafeței deasupra locației scurgerii. Un radiometru cu infraroșu de înaltă rezoluție permite scanarea unor zone întregi, iar datele rezultate să fie afișate ca imagini cu zone cu temperaturi diferite desemnate prin tonuri de gri diferite pe o imagine alb-negru sau prin diferite culori pe o imagine color. Acest sistem măsoară doar modelele de energie de suprafață, dar modelele care sunt măsurate pe suprafața solului deasupra unei conducte îngropate pot ajuta să arate unde se formează scurgeri de conducte și golurile de eroziune rezultate; detectează probleme de până la 30 de metri sub suprafața solului.

Detectoare de emisii acustice

Scurgerea lichidelor creează un semnal acustic pe măsură ce trec printr-o gaură din țeavă. Senzorii acustici atașați la exteriorul conductei creează o „amprentă” acustică de bază a liniei din zgomotul intern al conductei în starea sa nedeteriorată. Când apare o scurgere, este detectat și analizat un semnal acustic de frecvență joasă. Abaterile de la „amprenta” de bază semnalează o alarmă. Acum senzorii au o aranjare mai bună cu selectarea benzii de frecvență, selecția intervalului de întârziere etc. Acest lucru face ca graficele să fie mai distincte și mai ușor de analizat. Există alte modalități de a detecta scurgerile. Geo-telefoanele la sol cu aranjarea filtrului sunt foarte utile pentru a identifica locația scurgerii. Economisește costul excavației. Jetul de apă din sol lovește peretele interior al solului sau betonului. Acest lucru va crea un zgomot slab. Acest zgomot va scădea în timp ce va ieși la suprafață. Dar sunetul maxim poate fi ridicat numai peste poziția de scurgere. Amplificatoare și filtru ajută la obținerea zgomotului clar. Unele tipuri de gaze introduse în conducta vor crea o serie de sunete la ieșirea din conductă.

Tuburi sensibile la vapori

Metoda de detectare a scurgerilor tubului cu senzori de vapori implică instalarea unui tub pe toată lungimea conductei. Acest tub - sub formă de cablu - este extrem de permeabil la substanțele care trebuie detectate în aplicația specială. Dacă apare o scurgere, substanțele care trebuie măsurate intră în contact cu tubul sub formă de vapori, gaze sau dizolvate în apă. În cazul unei scurgeri, o parte din substanța care se scurge se difuzează în tub. După o anumită perioadă de timp, interiorul tubului produce o imagine exactă a substanțelor care înconjoară tubul. Pentru a analiza distribuția concentrației prezente în tubul senzorului, o pompă împinge coloana de aer din tub dincolo de o unitate de detecție la o viteză constantă. Unitatea detector de la capătul tubului senzorului este echipată cu senzori de gaz. Fiecare creștere a concentrației de gaz are ca rezultat un „pic de scurgere” pronunțat.

Detectarea scurgerii fibrei optice

Se comercializează cel puțin două metode de detectare a scurgerilor cu fibră optică: Senzor de temperatură distribuită (DTS) și Senzor acustic distribuit (DAS). Metoda DTS presupune instalarea unui cablu cu fibră optică de-a lungul lungimii conductei monitorizate. Substanțele care trebuie măsurate vin în contact cu cablul atunci când apare o scurgere, schimbând temperatura cablului și modificând reflectarea pulsului fasciculului laser, semnalând o scurgere. Locația este cunoscută prin măsurarea întârzierii de timp între momentul emiterii impulsului laser și momentul detectării reflecției. Acest lucru funcționează numai dacă substanța se află la o temperatură diferită de mediul ambiant. În plus, tehnica de detectare a temperaturii în fibră optică distribuită oferă posibilitatea de a măsura temperatura de-a lungul conductei. Scanând întreaga lungime a fibrei, se determină profilul temperaturii de-a lungul fibrei, ceea ce duce la detectarea scurgerilor.

Metoda DAS implică o instalare similară a cablului cu fibră optică de-a lungul lungimii conductei monitorizate. Vibrațiile provocate de o substanță care iese din conductă printr-o scurgere schimbă reflectarea pulsului fasciculului laser, semnalând o scurgere. Locația este cunoscută prin măsurarea întârzierii de timp între momentul emiterii impulsului laser și momentul detectării reflecției. Această tehnică poate fi combinată și cu metoda de detectare a temperaturii distribuite pentru a oferi un profil de temperatură al conductei.