Lekkasie opsporing

by Delta Ingenieurswese / Vrydag, 25 Maart 2016 / gepubliseer in Hoë spanning

Pyplyn lek opsporing word gebruik om te bepaal of en in sommige gevalle 'n lekkasie plaasgevind het in stelsels wat vloeistowwe en gasse bevat. Metodes van opsporing sluit in hidrostatiese toetsing na oprig van die pypleiding en lekopsporing tydens diens.

Pypleidingnetwerke is die mees ekonomiese en veiligste manier van vervoer vir olie, gasse en ander vloeistofprodukte. As middel van langafstandvervoer moet pypleidings aan hoë eise, veiligheid, betroubaarheid en doeltreffendheid voldoen. As dit behoorlik onderhou word, kan pypleidings onbepaald duur sonder lekkasies. Die belangrikste lekkasies wat wel voorkom, word veroorsaak deur skade wat in die omgewing van die opgrawingsapparatuur beskikbaar is. Daarom is dit noodsaaklik om owerhede voor die uitgrawing te skakel om te verseker dat daar geen begrawe pypleidings in die omgewing is nie. As 'n pypleiding nie behoorlik onderhou word nie, kan dit stadig begin korroser, veral by konstruksiewrigte, lae punte waar vog versamel, of plekke met onvolmaakthede in die pyp. Hierdie defekte kan egter deur inspeksiemiddele geïdentifiseer word en reggestel word voordat dit tot 'n lekkasie vorder. Ander redes vir lekkasies is ongelukke, aardbeweging of sabotasie.

Die primêre doel van lekopsporingstelsels (LDS) is om pypleidingbeheerders te help om lekkasies op te spoor en te lokaliseer. LDS gee 'n alarm en vertoon ander verwante data aan die pypleidingbeheerders om te help met die besluitneming. Pyplynlek-opsporingstelsels is ook voordelig omdat dit produktiwiteit en stelselbetroubaarheid kan verbeter danksy verminderde stilstand en verminderde inspeksietyd. LDS is dus 'n belangrike aspek van pypleidingstegnologie.

Volgens die API-dokument “RP 1130” word LDS verdeel in intern-gebaseerde LDS en ekstern-gebaseerde LDS. Intern gebaseerde stelsels gebruik veldinstrumente (byvoorbeeld vloei, druk of vloeistof temperatuur sensors) om interne pypleidingparameters te monitor. Eksterngebaseerde stelsels gebruik ook veldinstrumente (byvoorbeeld infrarooi radiometers of termiese kameras, dampsensors, akoestiese mikrofone of veseloptiese kabels) om eksterne pypleidingparameters te monitor.

Reëls en regulasies

Sommige lande reguleer die werking van die pypleiding formeel.

API RP 1130 “Computational Pipeline Monitoring for Liquids” (VSA)

Hierdie aanbevole praktyk (RP) fokus op die ontwerp, implementering, toetsing en werking van LDS wat 'n algoritmiese benadering gebruik. Die doel van hierdie aanbevole praktyk is om die pyplynoperateur te help met die identifisering van kwessies wat relevant is vir die keuse, implementering, toetsing en werking van 'n LDS. LDS word geklassifiseer in intern en ekstern gebaseer. Intern gebaseerde stelsels maak gebruik van veldinstrumente (bv. Vir vloei, druk en vloeistof temperatuur) om interne pyplynparameters te monitor; hierdie pyplynparameters word vervolgens gebruik om 'n lek af te lei. Eksterne stelsels gebruik plaaslike, toegewyde sensors.

TRFL (Duitsland)

TRFL is die afkorting van “Technische Regel für Fernleitungsanlagen” (tegniese reël vir pypleidingstelsels). Die TRFL gee 'n samevatting van die vereistes vir amptelike regulasies vir pypleidings. Dit dek pypleidings wat vlambare vloeistowwe vervoer, pypleidings wat vloeistowwe vervoer wat gevaarlik is vir water, en die meeste pype wat gas vervoer. Vyf verskillende soorte LDS- of LDS-funksies word benodig:

Twee onafhanklike LDS vir voortdurende opsporing van lekkasies tydens bestendige werking. Een van hierdie stelsels of 'n addisionele een moet ook in staat wees om lekkasies op te spoor tydens kortstondige werking, byvoorbeeld tydens die aanvang van die pypleiding
Een LDS vir lekopsporing tydens inbediening
Een LDS vir kruipende lekkasies
Een LDS vir vinnige lekplek

Vereistes

API 1155 (vervang deur API RP 1130) definieer die volgende belangrike vereistes vir 'n LDS:

Gevoeligheid: 'n LDS moet sorg dat die vloeistofverlies as gevolg van 'n lekkasie so min as moontlik is. Dit stel twee vereistes aan die stelsel: dit moet klein lekkasies opspoor, en dit moet vinnig opgespoor word.
Betroubaarheid: die gebruiker moet die LDS kan vertrou. Dit beteken dat dit alle regte alarms korrek moet rapporteer, maar dit is net so belangrik dat dit nie vals alarms opwek nie.
Akkuraatheid: Sommige LDS kan die lekvloei en die ligging van die lekkasie bereken. Dit moet noukeurig gedoen word.
Robuustheid: die LDS moet aanhou werk onder nie-ideale omstandighede. Byvoorbeeld, in die geval van 'n omskakelingsfout, moet die stelsel die mislukking opspoor en aanhou werk (moontlik met noodsaaklike kompromieë soos verminderde sensitiwiteit).

Gereelde toestande en kortstondige toestande

Tydens gestadigde toestande is die vloei, druk, ens. In die pypleiding (min of meer) konstant met verloop van tyd. Tydens kortstondige toestande kan hierdie veranderlikes vinnig verander. Die veranderinge propageer soos golwe deur die pypleiding met die spoed van die geluid van die vloeistof. Verbygaande toestande kom voor in 'n pypleiding, byvoorbeeld tydens die inbedryfstelling, as die druk by die inlaat of uitlaat verander (selfs as die verandering klein is), en as 'n groep verander, of as verskeie produkte in die pypleiding is. Gaspypleidings is byna altyd in kortstondige toestande, omdat gasse baie saampersbaar is. Selfs in vloeibare pypleidings kan kortstondige gevolge meestal nie buite rekening gelaat word nie. LDS moet voorsiening maak vir die opsporing van lekkasies vir albei toestande om lekkasie op te spoor gedurende die hele pyplyn se werkingstyd.

Intern gebaseerde LDS

Intern gebaseerde stelsels maak gebruik van veldinstrumente (bv. Vir vloei, druk en vloeistof temperatuur) om interne pyplynparameters te monitor; hierdie pyplynparameters word vervolgens gebruik om 'n lek af te lei. Stelselkoste en ingewikkeldheid van intern gebaseerde LDS is matig omdat hulle bestaande veldinstrumente gebruik. Hierdie soort LDS word gebruik vir standaardveiligheidsvereistes.

Druk / vloei monitering

'N Lekkasie verander die hidrouliese werking van die pypleiding en verander daarom die druk- of vloei-lesings na 'n geruime tyd. Plaaslike monitering van druk of vloei op slegs een punt kan dus eenvoudige opsporing van lekkasies bied. Aangesien dit plaaslik gedoen word, is dit in beginsel geen telemetrie nodig nie. Dit is egter net bruikbaar in gestadigde toestande, en die vermoë om gaspypleidings te hanteer is beperk.

Akoestiese drukgolwe

Die akoestiese drukgolfmetode ontleed die skaarheidsgolwe wat geproduseer word wanneer 'n lek voorkom. Wanneer 'n pyplynwand ineenstort, kan vloeistof of gas in die vorm van 'n hoë snelheidstraal ontsnap. Dit produseer negatiewe drukgolwe wat in beide rigtings binne die pyplyn voortplant en waargeneem en ontleed kan word. Die bedryfsbeginsels van die metode is gebaseer op die baie belangrike eienskap van drukgolwe om oor lang afstande te beweeg met die klanksnelheid wat deur die pypleidingwande gelei word. Die amplitude van 'n drukgolf neem toe met die lekgrootte. 'N Komplekse wiskundige algoritme analiseer data vanaf druksensors en is in staat om binne enkele sekondes na die plek van die lekkasie met 'n akkuraatheid van minder as 50 m (164 voet) te wys. Eksperimentele data het getoon dat die metode die vermoë het om lekkasies van minder as 3 mm (0.1 duim) in deursnee op te spoor en met die laagste vals alarmsnelheid in die bedryf te werk - minder as 1 vals alarm per jaar.

Die metode is egter nie in staat om 'n voortdurende lekkasie op te spoor na die aanvanklike gebeurtenis nie: na die afbreek van die pypleidingmuur (of breuk), gaan die aanvanklike drukgolwe af en word geen daaropvolgende drukgolwe gegenereer nie. As die stelsel dus nie daarin slaag om die lekkasie op te spoor nie (byvoorbeeld omdat die drukgolwe gemasker is deur verbygaande drukgolwe wat veroorsaak is deur 'n operasionele gebeurtenis soos 'n verandering in die pompdruk of klepskakeling), sal die stelsel nie die voortdurende lek opspoor nie.

Balanseringsmetodes

Hierdie metodes berus op die beginsel van die behoud van massa. In die bestendige toestand vloei die massa $\ Dot {M} _I$ deur 'n lekvrye pypleiding binne te gaan, sal die massavloei balanseer $\ Dot {M} _O$ dit verlaat; enige daling in massa wat die pypleiding verlaat (massawanbalans $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) dui op 'n lekkasie. Balansemetodes meet $\ Dot {M} _I$ en $\ Dot {M} _O$ gebruik vloeimeters en bereken uiteindelik die wanbalans, wat 'n skatting is van die onbekende, ware lekvloei. Vergelyk hierdie wanbalans (meestal oor 'n aantal periodes gemonitor) met 'n drempel vir lekalarms $\ gamma$ wek 'n alarm as hierdie gemonitor wanbalans. Verbeterde balanseringsmetodes neem ook die veranderingstempo van die massa-inventaris van die pypleiding in ag. Name wat gebruik word vir verbeterde lynbalanseringstegnieke is volume balans, gewysigde volume balans en kompenseerde massa balans.

Statistiese metodes

Statistiese LDS gebruik statistiese metodes (bv. Uit die veld van besluitnemingsteorie) om druk / vloei op slegs een punt of die wanbalans te ontleed om 'n lek op te spoor. Dit lei tot die geleentheid om die lekbesluit te optimaliseer as sommige statistiese aannames geld. 'N Algemene benadering is die gebruik van die hipotesetoetsprosedure

\ text {Hipotese} H_0: \ text {Geen lek}

\ text {Hipotese} H_1: \ text {Lek}

Dit is 'n klassieke opsporingsprobleem, en daar is verskillende oplossings bekend uit statistieke.

RTTM-metodes

RTTM beteken 'intydse kortstondige model'. RTTM LDS gebruik wiskundige modelle van die vloei binne 'n pyplyn deur basiese fisiese wette te gebruik, soos die behoud van die massa, die behoud van die momentum en die behoud van energie. RTTM-metodes kan gesien word as 'n verbetering van balanseringsmetodes, aangesien dit ook die bewaringsbeginsel van momentum en energie gebruik. 'N RTTM maak dit moontlik om massavloei, druk, digtheid en temperatuur op elke punt langs die pyplyn in real-time te bereken met behulp van wiskundige algoritmes. RTTM LDS kan bestendige en kortstondige vloei maklik in 'n pyplyn modelleer. Met behulp van RTTM-tegnologie kan lekkasies opgespoor word tydens bestendige toestand en kortstondige toestande. Met behoorlike funksionering van instrumente kan lekkasies funksioneel geskat word met behulp van beskikbare formules.

E-RTTM-metodes

Seinvloei Uitgebreide real-time transient model (E-RTTM)

E-RTTM staan vir 'Extended Real-Time Transient Model', wat RTTM-tegnologie met statistiese metodes gebruik. Dus, lekopsporing is moontlik tydens bestendige toestand en kortstondige toestande met 'n hoë sensitiwiteit, en vals alarms sal vermy word met behulp van statistiese metodes.

Vir die resmetode word 'n RTTM-module bereken $\ Hoed {\ dot {M}} _ I$ , $\ Hoed {\ dot {M}} _ O$ vir MASS FLOW by in- en uitlaat, onderskeidelik. Dit kan gedoen word deur metings vir druk en temperatuur by inlaat ( $PI$ , $T_ek$ ) en afset ( $p_O$ , $T_O$ ). Hierdie geskatte massavloei word vergelyk met die gemete massavloei $\ Dot {M} _I$ , $\ Dot {M} _O$ , wat die oorblyfsels lewer $x = \ dot {M} _I - \ hoed {\ dot {M}} _ I$ en $y = \ dot {M} _O - \ hoed {\ dot {M}} _ O$ . Hierdie oorblyfsels is naby nul as daar geen lekkasie is nie; anders vertoon die oorblyfsels 'n kenmerkende handtekening. In 'n volgende stap word die oorblyfsels onderwerp aan 'n ontleding van die lekteken. Hierdie module ontleed hul tydelike gedrag deur die lekteken en -tekening in 'n databasis (“vingerafdruk”) te onttrek en te vergelyk. Lekkasie alarm word verklaar as die onttrekte lekkasieteken ooreenstem met die vingerafdruk.

Ekstern gebaseerde LDS

Eksterne stelsels gebruik plaaslike, toegewyde sensors. Sulke LDS is baie sensitief en akkuraat, maar die stelselkoste en die kompleksiteit van die installasie is gewoonlik baie hoog; Toepassings is dus beperk tot spesiale hoërisikogebiede, byvoorbeeld naby riviere of natuurbeskermingsgebiede.

Digitale olielekkingsdeteksiekabel

Digital Sense-kabels bestaan uit 'n vlegsel van semi-deurlaatbare interne geleiers wat beskerm word deur 'n deurlaatbare, gevormde vlegsel. 'N Elektriese sein word deur die interne geleiers oorgedra en word gemonitor deur 'n ingeboude mikroverwerker binne die kabelaansluiting. Ontsnapende vloeistowwe gaan deur die eksterne deurlaatbare vlegsel en maak kontak met die interne semi-deurlaatbare geleiers. Dit veroorsaak 'n verandering in die elektriese eienskappe van die kabel wat deur die mikroverwerker opgespoor word. Die mikroverwerker kan die vloeistof binne 'n resolusie van 1 meter langs die lengte opspoor en 'n gepaste sein gee vir moniteringstelsels of -operateurs. Die sintuigkabels kan om pypleidings toegedraai word, ondergronds met pypleidings begrawe word of as pyp-in-pypkonfigurasie geïnstalleer word.

Infrarooi radiometriese pyplyntoetsing

Lugtermogram van begrawe land-olie-pypleiding wat besmetting onder die oppervlak wat deur 'n lekkasie veroorsaak word, onthul

Infrarooi termografiese pypleidingtoetse het getoon dat dit akkuraat en doeltreffend is in die opsporing en opsporing van ondergrondse pypleidinglekkasies, leemtes wat veroorsaak word deur erosie, verswakte pypleiding-isolasie en slegte opvulling. Wanneer 'n pypleidinglek 'n vloeistof, soos water, toelaat om 'n pluim naby 'n pypleiding te vorm, het die vloeistof 'n termiese geleiding wat verskil van die droë grond of vulsel. Dit sal weerspieël word in verskillende oppervlaktemperatuurpatrone bo die lekplek. Met 'n infrarooi radiometer met 'n hoë resolusie kan die hele gebiede geskandeer word en die data wat daaruit voortvloei, vertoon word as foto's met gebiede van verskillende temperature wat deur verskillende grys kleure op 'n swart-wit beeld of verskillende kleure op 'n kleurbeeld aangedui word. Hierdie stelsel meet slegs oppervlakenergiepatrone, maar die patrone wat op die oppervlak van die grond bo 'n begrawe pypleiding gemeet word, kan help om aan te dui waar pypleidinglekkasies en gevolglike erosie-leemtes vorm; dit bespeur probleme so diep as 30 meter onder die grondoppervlak.

Akoestiese emissielektore

Ontsnapende vloeistowwe skep 'n akoestiese sein wanneer dit deur 'n gat in die pyp gaan. Akoestiese sensors wat aan die buitekant van die pypleiding aangebring is, skep 'n akoestiese 'vingerafdruk' van die lyn vanaf die interne geraas van die pypleiding in 'n onbeskadigde toestand. Wanneer 'n lekkasie plaasvind, word 'n akoestiese sein met 'n lae frekwensie waargeneem en ontleed. Afwykings van die basisvingerafdruk dui op 'n alarm. Nou is sensors beter in ooreenstemming met die seleksie van frekwensieband, die keuse van tydvertraging, ens. Dit maak die grafieke meer duidelik en maklik om te ontleed. Daar is ander maniere om lekkasies op te spoor. Geografiese grondtelefone met filteropstelling is baie handig om die lekkasie te bepaal. Dit bespaar die uitgrawingskoste. Die waterstraal in die grond tref die binnemuur van grond of beton. Dit sal 'n swak geluid skep. Hierdie geraas sal verval as hy op die oppervlak kom. Maar die maksimum klank kan slegs oor die lekkasieposisie opgetel word. Versterkers en filter help om duidelike geraas te kry. Sommige soorte gasse wat in die pypleiding beland, skep 'n verskeidenheid geluide wanneer u die pyp verlaat.

Dampgevoelige buise

Die dampdetekteringsmetode vir die opsporing van buislekkasies behels die installering van 'n buis oor die hele lengte van die pypleiding. Hierdie buis - in kabelvorm - is baie deurdringbaar vir die stowwe wat in die spesifieke toediening opgespoor kan word. As 'n lek voorkom, kom die te meet stowwe in kontak met die buis in die vorm van damp, gas of opgelos in water. In die geval van 'n lekkasie, versprei 'n deel van die lekkende middel in die buis. Na 'n sekere tydperk lewer die binnekant van die buis 'n akkurate beeld van die stowwe wat die buis omring. Om die konsentrasieverspreiding in die sensorbuis te analiseer, stoot 'n pomp die lugkolom in die buis met 'n konstante spoed verby 'n opsporingseenheid. Die detekteereenheid aan die einde van die sensorbuis is toegerus met gassensors. Elke toename in gaskonsentrasie het 'n uitgesproke 'lekpiek' tot gevolg.

Fiberoptiese lekopsporing

Ten minste twee veseloptiese lekopsporingsmetodes word gekommersialiseer: Distribueerde Temperatuur Sensing (DTS) en Distribueerde Akoestiese Sensing (DAS). Die DTS-metode behels die installering van 'n veseloptiese kabel langs die lengte van die pypleiding wat gemonitor word. Die stowwe wat gemeet moet word, kom in kontak met die kabel wanneer 'n lekkasie voorkom, die temperatuur van die kabel verander en die weerkaatsing van die laserstraalpuls verander, en dit dui op 'n lekkasie. Die ligging is bekend deur die tydvertraging tussen die laserpuls en die weerkaatsing te meet. Dit werk slegs as die stof op 'n ander temperatuur is as die omgewing. Daarbenewens bied die verspreide vezel-optiese temperatuurwaarnemingstegniek die moontlikheid om temperatuur langs die pyplyn te meet. Die hele lengte van die vesel word geskandeer, die temperatuurprofiel langs die vesel word bepaal, wat lei tot lekopsporing.

Die DAS-metode behels 'n soortgelyke installasie van veseloptiese kabel langs die lengte van die pypleiding wat gemonitor word. Vibrasies wat veroorsaak word deur 'n stof wat die pypleiding deur 'n lekkasie verlaat, verander die weerkaatsing van die laserstraalpuls, en dit dui op 'n lekkasie. Die ligging is bekend deur die tydvertraging tussen die laserpuls en die weerkaatsing te meet. Hierdie tegniek kan ook gekombineer word met die verspreide temperatuursensor-metode om 'n temperatuurprofiel van die pypleiding te gee.