Vuotojen havaitseminen

by Delta-suunnittelu / Perjantai, 25 maaliskuu 2016 / Julkaistu Korkea jännite

Putki vuotojen havaitseminen Käytetään määrittämään, onko nesteitä ja kaasuja sisältävissä järjestelmissä tapahtunut vuoto järjestelmissä, ja joissakin tapauksissa, jos vuoto on tapahtunut. Tunnistusmenetelmiin sisältyy hydrostaattinen testaus putkilinjan pystyttämisen jälkeen ja vuotojen havaitseminen huollon aikana.

Putkilinjat ovat öljyn, kaasujen ja muiden nestemäisten tuotteiden taloudellisin ja turvallisin kuljetusmuoto. Pitkän matkan kuljetusvälineenä putkistojen on täytettävä korkeat turvallisuus-, luotettavuus- ja tehokkuusvaatimukset. Oikein huollettaessa putkilinjat voivat kestää määräämättömästi ilman vuotoja. Suurimmat esiintyvät vuodot johtuvat läheisten kaivulaitteiden vaurioista, joten on kriittisen tärkeää soittaa viranomaisille ennen louhintaa varmistaaksesi, että lähellä ei ole haudattuja putkilinjoja. Jos putkilinjaa ei ylläpidetä kunnolla, se voi alkaa syöpyä hitaasti, etenkin rakennusliitoksissa, alhaisissa kohdissa, joissa kosteus kerääntyy, tai paikoissa, joissa putkessa on puutteita. Nämä viat voidaan kuitenkin tunnistaa tarkastustyökaluilla ja korjata ennen kuin ne muuttuvat vuotoksi. Muita vuotojen syitä ovat onnettomuudet, maan liikkuminen tai sabotaasi.

Vuotojen havaitsemisjärjestelmien (LDS) päätarkoitus on auttaa putkilinjan ohjaimia havaitsemaan ja paikallistamaan vuodot. LDS toimittaa hälytyksen ja näyttää muut siihen liittyvät tiedot putkilinjan ohjaimille päätöksenteon avuksi. Putkilinjan vuotojen havaitsemisjärjestelmät ovat myös hyödyllisiä, koska ne voivat parantaa tuottavuutta ja järjestelmän luotettavuutta vähentyneiden seisokkien ja tarkastusajan ansiosta. LDS on siksi tärkeä osa putkilinjateknologiaa.

API-asiakirjan “RP 1130” mukaan LDS on jaettu sisäisesti perustuvaan LDS: ään ja ulkoisesti perustuvaan LDS: ään. Sisäisesti toimivissa järjestelmissä käytetään kenttäinstrumentteja (esimerkiksi virtaus-, paine- tai nestelämpötila-antureita) seuraamaan putken sisäisiä parametreja. Ulkoisesti perustuvissa järjestelmissä hyödynnetään myös kenttäinstrumentteja (esimerkiksi infrapuna radiometrejä tai lämpökameroita, höyryantureita, akustisia mikrofoneja tai valokuitukaapeleita) ulkoisten putkilinjan parametrien seuraamiseen.

Säännöt ja asetukset

Jotkut maat sääntelevät muodollisesti putkilinjojen käyttöä.

API RP 1130 “Laskennallinen nesteiden seuranta” (Yhdysvallat)

Tämä suositeltava käytäntö (RP) keskittyy algoritmista lähestymistapaa käyttävien LDS: n suunnitteluun, toteuttamiseen, testaamiseen ja käyttöön. Tämän suositellun käytännön tarkoituksena on auttaa putkioperaattoria tunnistamaan LDS: n valintaan, käyttöönottoon, testaukseen ja toimintaan liittyviä kysymyksiä. LDS luokitellaan sisäisesti ja ulkoisesti. Sisäisissä järjestelmissä käytetään kenttäinstrumentointia (esim. Virtausta, painetta ja nesteen lämpötilaa varten) putkilinjan sisäisten parametrien seuraamiseksi; näitä putkilinjan parametreja käytetään myöhemmin vuotojen johtopäätöksiin. Ulkopuoliset järjestelmät käyttävät paikallisia, erillisiä antureita.

TRFL (Saksa)

TRFL on lyhenne sanoista "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (tekninen sääntö putkijärjestelmille). TRFL sisältää yhteenvedon vaatimuksista putkilinjoille, joihin sovelletaan virallisia määräyksiä. Se kattaa syttyviä nesteitä kuljettavat putkistot, vedelle vaarallisia nesteitä kuljettavat putkistot ja suurimman osan kaasua kuljettavista putkista. Tarvitaan viisi erilaista LDS- tai LDS-toimintoa:

Kaksi itsenäistä LDS: tä jatkuvan vuodon havaitsemiseksi vakaan tilan aikana. Yhden näistä järjestelmistä tai lisäjärjestelmistä on myös kyettävä havaitsemaan vuodot ohimenevän toiminnan aikana, esim. Putkilinjan käynnistyksen aikana
Yksi LDS vuotojen havaitsemiseksi sulkemisen aikana
Yksi LDS hiipimistä varten
Yksi LDS nopean vuotopaikan löytämiseksi

vaatimukset

API 1155 (korvattu API RP 1130: lla) määrittelee seuraavat tärkeät vaatimukset LDS: lle:

Herkkyys: LDS: n on varmistettava, että nestehäviö vuodosta on mahdollisimman pieni. Tämä asettaa järjestelmälle kaksi vaatimusta: sen on havaittava pienet vuodot ja tunnistettava ne nopeasti.
Luotettavuus: käyttäjän on voitava luottaa LDS: ään. Tämä tarkoittaa, että sen on ilmoitettava oikeista mahdollisista hälytyksistä, mutta on yhtä tärkeää, että se ei tuota vääriä hälytyksiä.
Tarkkuus: Jotkut LDS pystyvät laskemaan vuotovirtauksen ja vuotopaikan. Tämä on tehtävä tarkasti.
Vahvuus: LDS: n tulisi jatkaa toimintaa muissa kuin ihanteellisissa olosuhteissa. Esimerkiksi anturivian sattuessa järjestelmän tulisi havaita vika ja jatkaa toimintaansa (mahdollisesti tarvittavin kompromissein, kuten vähentynyt herkkyys).

Vakaan tilan ja ohimenevät olosuhteet

Vakaassa tilassa virtaus, paineet jne. Putkilinjassa ovat (enemmän tai vähemmän) vakioita ajan myötä. Ohimenevien olosuhteiden aikana nämä muuttujat voivat muuttua nopeasti. Muutokset leviävät kuin aallot putkilinjan läpi nesteen äänen nopeudella. Ohimeneviä olosuhteita esiintyy putkilinjassa esimerkiksi käynnistyksen yhteydessä, kun paine tulo- tai poistoaukossa muuttuu (vaikka muutos on pieni) ja kun erä vaihtuu tai kun useita tuotteita on valmisteilla. Kaasuputket ovat melkein aina ohimenevissä olosuhteissa, koska kaasut ovat hyvin puristuvia. Jopa nestemäisissä putkistoissa ohimeneviä vaikutuksia ei voida jättää huomiotta suurimman osan ajasta. LDS: n tulisi mahdollistaa vuotojen havaitseminen molemmissa olosuhteissa, jotta vuodot voidaan havaita koko putkilinjan käyttöaikana.

Sisäisesti toimiva LDS

Yleiskatsaus sisäisesti toimivasta LDS: stä

Sisäisissä järjestelmissä käytetään kenttäinstrumentointia (esim. Virtausta, painetta ja nesteen lämpötilaa varten) putkilinjan sisäisten parametrien seuraamiseksi; näitä putkilinjan parametreja käytetään myöhemmin vuotojen johtopäätökseen. Sisäisen LDS: n järjestelmäkustannukset ja monimutkaisuus ovat maltillisia, koska ne käyttävät olemassa olevaa kenttäinstrumentointia. Tällaista LDS: ää käytetään tavanomaisiin turvallisuusvaatimuksiin.

Paineen / virtauksen valvonta

Vuoto muuttaa putkilinjan hydrauliikkaa ja muuttaa siten paineen tai virtauksen lukemia jonkin ajan kuluttua. Paineen tai virtauksen paikallinen valvonta vain yhdessä pisteessä voi siten tarjota yksinkertaisen vuotojen havaitsemisen. Koska se tehdään paikallisesti, se ei periaatteessa edellytä telemetriaa. Se on hyödyllinen vain vakaan tilan olosuhteissa, ja sen kyky käsitellä kaasuputkia on rajoitettu.

Akustiset paineaalot

Akustisen paineen aaltomenetelmä analysoi vuotojen tapahtuessa syntyviä harvinaisia aaltoja. Kun putkilinjan seinämä hajoaa, neste tai kaasu pääsee ulos suuren nopeuden suihkun muodossa. Tämä tuottaa alipaineaaltoja, jotka etenevät putkilinjan molempiin suuntiin ja jotka voidaan havaita ja analysoida. Menetelmän toimintaperiaatteet perustuvat paineaaltojen erittäin tärkeään ominaisuuteen kulkea pitkiä matkoja putken seinämien ohjaamalla äänen nopeudella. Paineaallon amplitudi kasvaa vuotokoon mukaan. Monimutkainen matemaattinen algoritmi analysoi paineanturien tietoja ja pystyy muutamassa sekunnissa osoittamaan vuodon sijaintiin alle 50 metrin (164 jalkaa) tarkkuudella. Kokeelliset tiedot ovat osoittaneet menetelmän kyvyn havaita vuotoja, joiden halkaisija on alle 3 mm (0.1 tuumaa), ja toimia alan alhaisimmalla vääriä hälytyksiä käytettäessä - alle 1 vääriä hälytyksiä vuodessa.

Menetelmä ei kuitenkaan kykene havaitsemaan meneillään olevaa vuotoa alkuperäisen tapahtuman jälkeen: Putkilinjan seinämän hajoamisen (tai repeämän) jälkeen alkuperäiset paineaallot häviävät eikä seuraavia paineaaltoja synny. Siksi, jos järjestelmä ei havaitse vuotoa (esimerkiksi koska paineaallot oli peitetty lyhytaikaisilla paineaalloilla, jotka aiheuttivat operatiiviset tapahtumat, kuten pumppauspaineen muutos tai venttiilin vaihto), järjestelmä ei havaitse käynnissä olevaa vuotoa.

Tasapainotusmenetelmät

Nämä menetelmät perustuvat massan säilyttämisen periaatteeseen. Vakaassa tilassa massavirta $\ Piste {M} _I$ vuotovapaan putkilinjaan pääsy tasapainottaa massavirtauksen $\ Piste {M} _O$ jättämällä se; putken poistuminen massan pudotuksesta (massan epätasapaino $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) osoittaa vuodon. Tasapainotusmenetelmät mittaavat $\ Piste {M} _I$ ja $\ Piste {M} _O$ käyttämällä virtausmittareita ja lopuksi lasketaan epätasapaino, joka on arvio tuntemattomasta, todellisesta vuotovirrasta. Vertaamalla tätä epätasapainoa (jota tarkkaillaan tyypillisesti useiden ajanjaksojen välillä) vuotohälytyskynnykseen $\gamma$ aiheuttaa hälytyksen, jos tämä valvottu epätasapaino. Parannetuissa tasapainotusmenetelmissä otetaan lisäksi huomioon putkilinjan massavaraston muutosnopeus. Parannettuihin viivatasapainotekniikoihin käytettyjä nimiä ovat volyymitasapaino, muokattu volyymitasapaino ja kompensoitu massatasapaino.

Tilastolliset menetelmät

Tilastollinen LDS käyttää tilastollisia menetelmiä (esim. Päätöksenteon kentältä) paineen / virtauksen analysoimiseksi vain yhdessä pisteessä tai epätasapainossa vuodon havaitsemiseksi. Tämä johtaa mahdollisuuteen optimoida vuotopäätös, jos jotkut tilastolliset oletukset pitävät paikkansa. Yleinen lähestymistapa on käyttöhypoteesitestimenettely

\ text {hypoteesi} H_0: \ text {ei vuotoa}

\ text {hypoteesi} H_1: \ text {vuoto}

Tämä on klassinen havaitsemisongelma, ja tilastoista tunnetaan useita ratkaisuja.

RTTM-menetelmät

RTTM tarkoittaa ”reaaliaikaista transienttimallia”. RTTM LDS käyttää matemaattisia malleja virtauksesta putkilinjassa käyttäen fyysisiä peruslakia, kuten massan säilyttämistä, liikemäärän säilyttämistä ja energiansäästöä. RTTM-menetelmiä voidaan pitää tasapainotusmenetelmien parannuksena, koska niissä käytetään lisäksi impulssin ja energian säästöperiaatetta. RTTM: n avulla voidaan laskea massavirta, paine, tiheys ja lämpötila putkilinjan jokaisessa pisteessä reaaliajassa matemaattisten algoritmien avulla. RTTM LDS voi helposti mallintaa vakaan tilan ja transientin virtauksen putkistossa. RTTM-tekniikkaa käyttämällä vuotoja voidaan havaita vakaan tilan ja ohimenevien olosuhteiden aikana. Oikein toimivan instrumentoinnin avulla vuotomäärät voidaan arvioida toiminnallisesti käytettävissä olevien kaavojen avulla.

E-RTTM-menetelmät

Signaalivirran laajennettu reaaliaikainen ohimenevä malli (E-RTTM)

E-RTTM tarkoittaa lyhennettyä reaaliaikaista siirtymämallia, jossa käytetään RTTM-tekniikkaa ja tilastollisia menetelmiä. Joten vuodon havaitseminen on mahdollista vakaan tilan ja ohimenevän tilan aikana, jossa on suuri herkkyys, ja väärät hälytykset vältetään käyttämällä tilastollisia menetelmiä.

Jäännösmenetelmää varten RTTM-moduuli laskee arviot $\ Hat {\ piste {M}} _ I$ , $\ Hat {\ piste {M}} _ O$ MASS FLOW tulo- ja poistoaukkoissa. Tämä voidaan tehdä käyttämällä mittauksia paine ja lämpötila sisääntulossa ( $p_I$ , $T_I$ ) ja pistorasia ( $p_O$ , $T_O$ ). Näitä arvioituja massavirtoja verrataan mitattuihin massavirtoihin $\ Piste {M} _I$ , $\ Piste {M} _O$ , jolloin saatiin jäännöksiä $x = \ piste {M} _I - \ hattu {\ dot {M}} _ I$ ja $y = \ piste {M} _O - \ hattu {\ dot {M}} _ O$ . Nämä jäännökset ovat lähellä nollaa, jos vuotoa ei ole; muuten jäännöksillä on ominainen allekirjoitus. Seuraavassa vaiheessa jäännöksille tehdään vuotojen allekirjoitusanalyysi. Tämä moduuli analysoi niiden ajallisen käyttäytymisen purkamalla ja vertaamalla vuodon allekirjoitusta tietokantaan kuuluvien vuotojen allekirjoituksiin (”sormenjälki”). Vuotohälytys ilmoitetaan, jos purettu vuoto allekirjoitus vastaa sormenjälkeä.

Ulkopuolinen LDS

Ulkoisissa järjestelmissä käytetään paikallisia, erillisiä antureita. Tällaiset LDS ovat erittäin herkkiä ja tarkkoja, mutta järjestelmän kustannukset ja asennuksen monimutkaisuus ovat yleensä erittäin korkeita; Siksi sovellukset rajoittuvat erityisen riskialttiille alueille, esimerkiksi jokien läheisyyteen tai luonnonsuojelualueille.

Digitaalinen öljyvuodontunnistuskaapeli

Digital Sense -kaapelit koostuvat puoliläpäisevien sisäjohtimien punoksesta, jota suojaavat läpäisevä eristävä valettu punos. Sähköinen signaali johdetaan sisäisistä johtimista, ja sitä valvoo sisäänrakennettu mikroprosessori kaapeliliittimen sisällä. Poistuvat nesteet kulkevat ulkoisen läpäisevän punoksen läpi ja ovat yhteydessä sisäisiin puoliläpäiseviin johtimiin. Tämä aiheuttaa muutoksen kaapelin sähköisissä ominaisuuksissa, jonka mikroprosessori havaitsee. Mikroprosessori voi paikantaa nesteen yhden metrin tarkkuudella koko pituudeltaan ja antaa asianmukaisen signaalin valvontajärjestelmille tai käyttäjille. Sense-kaapelit voidaan kääriä putkistojen ympärille, haudata putkistojen alapintaan tai asentaa putkisto-putken kokoonpanoon.

Infrapunasäteilyputken testaus

Haudatun hiihtoöljyputken ilmaergogrammi, joka paljastaa vuodon aiheuttaman pintakontaminaation

Infrapunatermografisten putkistojen testaus on osoittanut olevansa sekä tarkka että tehokas havaitsemaan ja paikantamaan maanalaisia putkivuotoja, eroosiosta johtuvia aukkoja, huonontunutta putkilinjan eristystä ja huonoa täytettä. Kun putkilinjan vuoto on sallinut nesteen, kuten veden, muodostaa putken lähelle putkea, nesteen lämmönjohtavuus eroaa kuivasta maasta tai täytteestä. Tämä heijastuu erilaisissa pintalämpötilakuvioissa vuotopaikan yläpuolella. Korkean resoluution infrapunasäteilijä antaa mahdollisuuden skannata kokonaisia alueita ja saadut tiedot näyttää kuvina, joiden lämpötila-alueet on merkitty vaihtelevilla harmailla sävyillä mustavalkoisella kuvalla tai eri väreillä värikuvalla. Tämä järjestelmä mittaa vain pintaenergiakuvioita, mutta haudatun putkilinjan yläpuolella maan pinnalla mitatut kuviot voivat auttaa osoittamaan, mihin putkilinjan vuotoja ja niistä johtuvia eroosion tyhjiä tiloja muodostuu; se havaitsee ongelmat jopa 30 metriä maanpinnan alapuolella.

Akustiset päästöilmaisimet

Poistuvat nesteet luovat äänimerkin, kun ne kulkevat putken reiän läpi. Putkilinjan ulkopuolelle kiinnitetyt akustiset anturit luovat linjan akustisen lähtökohdan ”sormenjäljen” putken sisäisestä melusta vahingoittumattomassa tilassa. Kun vuoto tapahtuu, tuloksena oleva matalataajuinen akustinen signaali havaitaan ja analysoidaan. Poikkeamat lähtötason ”sormenjäljestä” ilmoittavat hälytyksestä. Nyt antureilla on parempi järjestely taajuuskaistan valinnalla, aikaviivealueen valinnalla jne. Tämä tekee kaavioista selkeämmän ja helpon analysoida. On myös muita tapoja havaita vuoto. Suodatinjärjestelyllä varustetut maatietopuhelimet ovat erittäin hyödyllisiä vuotojen sijainnin määrittämiseksi. Se säästää louhintakustannuksia. Maaperän vesisuihku osuu maaperän tai betonin sisäseinään. Tämä aiheuttaa lievää melua. Tämä melu vähenee, kun se nousee pintaan. Mutta suurin ääni voidaan poimia vain vuotoasennosta. Vahvistimet ja suodatin auttavat saamaan selkeän melun. Jotkin putkilinjaan tulevat kaasutyypit luovat erilaisia ääniä poistuessaan putkesta.

Höyryä mittaavat putket

Höyryä tunnistavan putken vuodonhavaintomenetelmässä putki asennetaan putken koko pituudelta. Tämä putki - kaapelimuodossa - on hyvin läpäisevä tietyssä sovelluksessa havaittaville aineille. Jos vuoto tapahtuu, mitattavat aineet joutuvat kosketuksiin putken kanssa höyryn, kaasun tai veteen liuenneen muodossa. Vuodon sattuessa osa vuotavasta aineesta diffundoituu putkeen. Tietyn ajan kuluttua putken sisäpuolelta saadaan tarkka kuva putkea ympäröivistä aineista. Anturiputkessa olevan pitoisuusjakauman analysoimiseksi pumppu työntää putkessa olevan ilmakolonnin ilmaisinyksikön ohi vakionopeudella. Anturiputken päässä oleva ilmaisinyksikkö on varustettu kaasuantureilla. Jokainen kaasupitoisuuden nousu johtaa voimakkaaseen "vuotohuippuun".

Kuituoptisten vuotojen havaitseminen

Ainakin kahta kuituoptista vuotojen havaitsemistapaa markkinoidaan: hajautettu lämpötila-anturi (DTS) ja hajautettu akustinen anturi (DAS). DTS-menetelmä käsittää valokuitukaapelin asentamisen valvottavan putkilinjan pituudelle. Mitattavat aineet joutuvat kosketuksiin kaapelin kanssa, kun vuoto tapahtuu, vaihtaen kaapelin lämpötilaa ja muuttamalla lasersäteen pulssin heijastusta, mikä merkitsee vuotoa. Paikka tunnetaan mittaamalla aikaviive laserpulssin lähettämisen ja heijastumisen havaitsemisen välillä. Tämä toimii vain, jos aineen lämpötila on erilainen kuin ympäristön. Lisäksi hajautettu kuituoptinen lämpötila-anturitekniikka tarjoaa mahdollisuuden lämpötilan mittaamiseen putkilinjan varrella. Skannaamalla kuidun koko pituus määritetään lämpötilaprofiili kuitua pitkin, mikä johtaa vuotojen havaitsemiseen.

DAS-menetelmä käsittää samanlaisen valokuitukaapelin asentamisen valvottavan putkilinjan pituudelle. Putkilinjasta vuodon kautta lähtevän aineen aiheuttamat värähtelyt muuttavat lasersäteen pulssin heijastumista, mikä merkitsee vuotoa. Paikka tunnetaan mittaamalla aikaviive laserpulssin lähettämisen ja heijastumisen havaitsemisen välillä. Tätä tekniikkaa voidaan myös yhdistää hajautettuun lämpötilanmittausmenetelmään putkilinjan lämpötilaprofiilin aikaansaamiseksi.