גילוי דליפות

by דלתא הנדסה / יום שישי, 25 במרץ 2016 / פורסם ב מתח גבוה

צינור גילוי דליפה משמש כדי לקבוע אם ובמקרים מסוימים התרחשה נזילה במערכות המכילות נוזלים וגזים. שיטות האיתור כוללות בדיקות הידרוסטטיות לאחר הקמת צינור וגילוי דליפות במהלך השירות.

רשתות צנרת הן אמצעי התחבורה הכלכלי והבטוח ביותר עבור נפט, גזים ומוצרי נוזלים אחרים. כאמצעי תחבורה למרחקים ארוכים, על צינורות למלא דרישות גבוהות של בטיחות, אמינות ויעילות. אם מתוחזקים כראוי, צינורות יכולים להימשך ללא הגבלת זמן ללא דליפות. הדליפות המשמעותיות ביותר שאכן מתרחשות נגרמות על ידי נזק מציוד חפירה סמוך, ולכן חשוב להתקשר לרשויות לפני החפירה כדי להבטיח כי אין צינורות קבורים בסביבה. אם צנרת לא מתוחזקת כראוי, היא יכולה להתחיל להשתבש באטיות, במיוחד במפרקי בנייה, בנקודות שפל בהן אוספים רטיבות, או במיקומים עם פגמים בצינור. עם זאת, ניתן לזהות ליקויים אלה באמצעות כלי בדיקה ולתקן אותם לפני שהם מתקדמים לדליפה. סיבות נוספות לדליפות כוללות תאונות, תנועת אדמה או חבלה.

המטרה העיקרית של מערכות גילוי דליפות (LDS) היא לסייע לבקרי צנרת באיתור ודליפת לוקליזציה. LDS מספקת אזעקה ומציגה נתונים קשורים אחרים לבקרי הצינור על מנת לסייע בקבלת ההחלטות. מערכות גילוי דליפת צנרת מועילות גם מכיוון שהן יכולות לשפר את הפרודוקטיביות ואת אמינות המערכת בזכות הפחתת זמן ההשבתה והפחתת זמן הבדיקה. לפיכך LDS הם היבט חשוב בטכנולוגיית הצינור.

על פי מסמך ה- API "RP 1130", LDS מחולקים ל LDS מבוסס פנים ול LDS מבוסס חיצוני. מערכות מבוססות פנים מנצלות מכשור שדה (למשל חיישני זרימה, לחץ או טמפרטורת נוזלים) כדי לפקח על פרמטרים של צנרת פנימית. מערכות מבוססות חיצוניות משתמשות גם במכשירי שדה (למשל רדיומטרים אינפרא אדום או מצלמות תרמיות, חיישני אדים, מיקרופונים אקוסטיים או כבלים אופטיים) לפיקוח על פרמטרים של צנרת חיצונית.

חוקים ותקנות

יש מדינות המסדירות באופן רשמי את פעולות הצינור.

API RP 1130 "ניטור צנרת חישוב לנוזלים" (ארה"ב)

תרגול מומלץ זה (RP) מתמקד בתכנון, הטמעה, בדיקה ותפעול של LDS המשתמשים בגישה אלגוריתמית. מטרת הנוהג המומלץ הזה היא לסייע למפעיל הצינור בזיהוי נושאים הרלוונטיים לבחירה, הטמעה, בדיקה ותפעול של LDS. LDS מסווגים למבנים פנימיים ומבוססים חיצוניים. מערכות מבוססות-פנים משתמשות במכשור שטח (למשל לזרימה, לחץ וטמפרטורת נוזלים) כדי לפקח על פרמטרים צינוריים פנימיים; פרמטרים צנרת אלה משמשים לאחר מכן להסקת נזילה. מערכות מבוססות חיצוניות משתמשות בחיישנים ייעודיים מקומיים.

TRFL (גרמניה)

TRFL הוא קיצור של "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (כלל טכני למערכות צינור). ה- TRFL מסכם את הדרישות לצינורות הכפופים לתקנות רשמיות. הוא מכסה צינורות המובילים נוזלים דליקים, צינורות המובילים נוזלים המסוכנים למים, ורוב הצינורות המובילים גז. נדרשים חמישה סוגים שונים של פונקציות LDS או LDS:

שני LDS עצמאיים לגילוי דליפות רציף במהלך פעולה במצב יציב. אחת המערכות האלו או מערכת נוספת חייבת להיות מסוגלת לאתר דליפות במהלך פעולה חולפת, למשל במהלך הפעלת הצינור.
LDS אחד לגילוי דליפות במהלך פעולת הכיבוי
LDS אחד לדליפות זוחלות
LDS אחד למיקום דליפה מהיר

דרישות

API 1155 (שהוחלף על ידי API RP 1130) מגדיר את הדרישות החשובות הבאות עבור LDS:

רגישות: על LDS לדאוג שאובדן הנוזלים כתוצאה מדליפה יהיה קטן ככל האפשר. זה מציב שתי דרישות למערכת: עליה לאתר דליפות קטנות, ועליה לאתר אותן במהירות.
אמינות: על המשתמש להיות מסוגל לסמוך על ה- LDS. המשמעות היא שעליה לדווח נכונה על כל אזעקות אמיתיות, אך חשוב לא פחות שהיא לא תפיק אזעקות שווא.
דיוק: חלק מה- LDS מסוגלים לחשב את זרימת הדליפה ואת מיקום הדליפה. יש לעשות זאת במדויק.
איתנות: על ה- LDS להמשיך ולפעול בנסיבות שאינן אידיאליות. לדוגמה, במקרה של כשל מתמר, המערכת צריכה לאתר את הכישלון ולהמשיך לפעול (יתכן עם פשרות הכרחיות כמו רגישות מופחתת).

מצב יציב ותנאים חולפים

בתנאי מצב יציב, הזרימה, הלחצים וכו 'בצנרת קבועים (פחות או יותר) לאורך זמן. במצבים חולפים, משתנים אלה עשויים להשתנות במהירות. השינויים מתפשטים כמו גלים דרך הצינור במהירות הצליל של הנוזל. תנאים חולפים מתרחשים בצנרת, למשל בעת ההפעלה, אם הלחץ בכניסה או בשקע משתנה (גם אם השינוי קטן), וכאשר אצווה משתנה, או כאשר מספר מוצרים נמצאים בצנרת. צינורות גז נמצאים כמעט תמיד בתנאים ארעיים, מכיוון שגזים דחוסים מאוד. אפילו בצינורות נוזליים, לא ניתן להתעלם מרוב הזמן מהשפעות חולפות. על LDS לאפשר איתור נזילות בשני התנאים בכדי לספק איתור דליפות במהלך כל זמן ההפעלה של הצינור.

LDS מבוסס-פנים

מערכות מבוססות-פנים משתמשות במכשור שטח (למשל לזרימה, לחץ וטמפרטורת נוזלים) כדי לפקח על פרמטרים צינוריים פנימיים; פרמטרים צנרת אלה משמשים לאחר מכן להסקת נזילה. עלות המערכת והמורכבות של LDS מבוסס-פנים מתונים מכיוון שהם משתמשים במכשור שדה קיים. סוג זה של LDS משמש לדרישות בטיחות סטנדרטיות.

ניטור לחץ / זרימה

נזילה משנה את ההידראוליקה של הצינור, ולכן משנה את קריאות הלחץ או הזרימה לאחר זמן מה. לפיכך ניטור מקומי של לחץ או זרימה בנקודה אחת בלבד יכול לספק גילוי נזילות פשוט. מכיוון שהיא נעשית באופן מקומי היא דורשת באופן עקרוני שום טלמטריה. עם זאת, הוא מועיל רק בתנאים במצב יציב, ויכולתו להתמודד עם צינורות גז מוגבלת.

גלי לחץ אקוסטי

שיטת גלי הלחץ האקוסטית מנתחת את גלי הנדירות המופקים בעת דליפה. כאשר מתרחשת התקלה בקיר הצינור, נוזל או גז בורח בצורת סילון במהירות גבוהה. זה מייצר גלי לחץ שליליים שמתפשטים בשני הכיוונים בתוך הצינור וניתן לזהות ולנתח אותם. עקרונות הפעולה של השיטה מבוססים על המאפיין החשוב מאוד של גלי לחץ לנוע למרחקים ארוכים במהירות הקול המונחית על ידי קירות הצינור. המשרעת של גל לחץ עולה עם גודל הדליפה. אלגוריתם מתמטי מורכב מנתח נתונים מחיישני לחץ ומסוגל תוך מספר שניות להצביע על מיקום הדליפה בדיוק פחות מ- 50 מ '(164 רגל). נתונים ניסיוניים הראו את יכולת השיטה לאתר נזילות בקוטר של פחות מ -3 מ"מ (0.1 אינץ ') ולפעול בקצב אזעקת השווא הנמוך ביותר בתעשייה - פחות מאזעקת שווא אחת לשנה.

עם זאת, השיטה אינה מצליחה לאתר דליפה מתמשכת לאחר האירוע הראשוני: לאחר פירוק דופן הצינור (או קרע), גלי הלחץ הראשוניים שוככים ולא נוצרים גלי לחץ לאחר מכן. לפיכך, אם המערכת לא מצליחה לאתר את הנזילה (למשל מכיוון שגלי הלחץ הוסתרו על ידי גלי לחץ חולפים שנגרמו כתוצאה מאירוע מבצעי כמו שינוי בלחץ השאיבה או מיתוג שסתום), המערכת לא תזהה את הדליפה המתמשכת.

שיטות איזון

שיטות אלה מתבססות על עיקרון שימור המסה. במצב יציב, זרימת המסה $\ dot {M} _I$ כניסה לצינור נטול דליפות תאזן את זרימת המסה $\ dot {M} _O$ השארתו; כל ירידה במסה היוצאת מהצינור (חוסר איזון המוני $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) מציין דליפה. מודד שיטות איזון $\ dot {M} _I$ ו $\ dot {M} _O$ באמצעות מדי זרימה ולחשב סוף סוף את חוסר האיזון שהוא אומדן לזרימת הדליפה האמיתית והלא ידועה. השוואת חוסר איזון זה (בדרך כלל מנוטרת לאורך מספר תקופות) מול סף אזעקת דליפה $\ גמא$ יוצר אזעקה אם חוסר איזון פיקוח זה. שיטות איזון משופרות לוקחות בחשבון גם את קצב השינוי במלאי המוני של הצינור. שמות המשמשים לטכניקות משופרות של איזון קווים הם מאזן נפח, איזון נפח שונה ומאזן מסה מפוצה.

שיטות סטטיסטי

LDS סטטיסטי משתמש בשיטות סטטיסטיות (למשל מתחום תורת ההחלטות) כדי לנתח לחץ / זרימה בנקודה אחת בלבד או את חוסר האיזון על מנת לאתר דליפה. זה מוביל להזדמנות לייעל את החלטת הדליפה אם ישנן הנחות סטטיסטיות. גישה נפוצה היא השימוש בהליך בדיקת ההשערה

\ text {השערה} H_0: \ text {אין דליפה}

\ text {השערה} H_1: \ text {Leak}

זוהי בעיית גילוי קלאסית, ויש פתרונות שונים הידועים מסטטיסטיקה.

שיטות RTTM

RTTM פירושו "מודל חולף בזמן אמת". RTTM LDS משתמש במודלים מתמטיים של הזרימה בתוך צינור תוך שימוש בחוקים פיזיקליים בסיסיים כגון שימור המסה, שימור המומנטום ושמירת האנרגיה. ניתן לראות בשיטות RTTM שיפור בשיטות האיזון שכן הן משתמשות גם בעקרון השימור של מומנטום ואנרגיה. RTTM מאפשר לחשב זרימת מסה, לחץ, צפיפות וטמפרטורה בכל נקודה לאורך הצינור בזמן אמת בעזרת אלגוריתמים מתמטיים. RTTM LDS יכול בקלות לדגם זרימה במצב יציב וחולף בצינור. באמצעות טכנולוגיית RTTM ניתן לאתר נזילות בתנאי מצב יציב וחולף. עם מכשור תפקודי תקין, ניתן לאמוד את שיעורי הדליפה באמצעות נוסחאות זמינות.

שיטות E-RTTM

זרימת אות דגם מורחב בזמן אמת מורחב (E-RTTM)

E-RTTM מייצג "מודל חולף בזמן אמת מורחב", תוך שימוש בטכנולוגיית RTTM בשיטות סטטיסטיות. לכן, איתור דליפות אפשרי במצב יציב וחולף עם רגישות גבוהה, והימנעות מאזעקות שווא בשיטות סטטיסטיות.

עבור השיטה השיורית, מודול RTTM מחשיב אומדנים $\ hat {\ dot {M}} _ אני$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ לזרימת MASS בכניסה ויציאה, בהתאמה. ניתן לעשות זאת באמצעות מדידות עבור לחץ וטמפרטורה בכניסה ( $פאי$ , $T_I$ ) ושקע ( $p_O$ , $ל$ ). זרימות המסה המשוערות אלה מושוות לזרימות המסה שנמדדו $\ dot {M} _I$ , $\ dot {M} _O$ , מניב את השאריות $x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ ו $y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . שאריות אלה קרובות לאפס אם אין דליפה; אחרת השאריות מראות חתימה אופיינית. בשלב הבא, השאריות ניתנות לניתוח חתימת דליפה. מודול זה מנתח את התנהגותם הזמנית על ידי חילוץ והשוואת חתימת הדליפה עם חתימות דליפה במסד נתונים ("טביעת אצבע"). אזעקת דליפה מוצהרת אם חתימת הדליפה שחולצה תואמת את טביעת האצבע.

LDS מבוסס חיצונית

מערכות מבוססות חיצוניות משתמשות בחיישנים ייעודיים מקומיים. LDS כאלה הם רגישים ומדויקים ביותר, אך בדרך כלל עלות המערכת ומורכבות ההתקנה הם גבוהים מאוד; לכן יישומים מוגבלים לאזורים מיוחדים בסיכון גבוה, למשל ליד נהרות או אזורי הגנת טבע.

כבל גילוי דליפת שמן דיגיטלי

כבלי סנס דיגיטליים מורכבים מצמה של מוליכים פנימיים חדירים למחצה המוגנים על ידי צמה מבודדת חדירה. אות חשמלי מועבר על ידי המוליכים הפנימיים ומנוטר על ידי מעבד מיקרו מובנה בתוך מחבר הכבל. נוזלים בורחים עוברים דרך הצמה החדירה החיצונית ויוצרים קשר עם המוליכים הפנימיים החדירים למחצה. זה גורם לשינוי בתכונות החשמליות של הכבל שמתגלה על ידי המעבד. המעבד יכול לאתר את הנוזל לרזולוציה של 1 מטר לאורכו ולספק איתות מתאים למערכות ניטור או למפעילים. ניתן לעטוף את כבלי החוש סביב צינורות, לקבור את תת-הקרקע באמצעות צינורות או להתקין אותם בתצורת צינור בצינור.

בדיקת צינור רדיומטרי אינפרא אדום

תרמוגרפיה אווירית של צנרת נפט קרוס-ארצית קבורה וחושפת זיהום מתחת לפני השטח שנגרם כתוצאה מדליפה

בדיקות צנרת תרמוגרפיות אינפרא אדום הראו שהן מדויקות ויעילות גם בזיהוי ובאיתור דליפות צנרת תת קרקעיות, חללים הנגרמים כתוצאה משחיקה, בידוד צינורות מתדרדר ומילוי חוזר לקוי. כאשר דליפת צנרת אפשרה לנוזל, כמו מים, ליצור פלומה ליד צינור, לנוזל יש מוליכות תרמית שונה מהאדמה היבשה או ממילוי חוזר. זה יבוא לידי ביטוי בדפוסי טמפרטורת שטח שונים מעל מיקום הנזילה. רדיומטר אינפרא אדום ברזולוציה גבוהה מאפשר לסרוק אזורים שלמים ולהציג את הנתונים המתקבלים כתמונות עם אזורים של טמפרטורות שונות המיועדות על ידי גוונים אפורים שונים בתמונה בשחור לבן או בצבעים שונים בתמונת צבע. מערכת זו מודדת דפוסי אנרגיה עילית בלבד, אך הדפוסים הנמדדים על פני האדמה מעל צינור קבור יכולים לעזור להראות היכן נזילות צנרת ונוצרים חללי סחף; הוא מגלה בעיות עד 30 מטר מתחת לפני הקרקע.

גלאי פליטה אקוסטיים

נוזלים בורחים יוצרים אות אקוסטי כשהם עוברים דרך חור בצינור. חיישנים אקוסטיים המודבקים בצד החיצוני של הצינור יוצרים "טביעת אצבע" אקוסטית בסיסית של הקו מהרעש הפנימי של הצינור במצבו הבלתי פגום. כאשר מתרחשת דליפה, אותות אקוסטיים בתדרים נמוכים כתוצאה מתגלה ומנותחים. סטיות מ"טביעת האצבע "מהבסיס מאותות על אזעקה. עכשיו חיישנים עוברים סידור טוב יותר עם בחירת פס התדרים, בחירת טווח השהיית זמן וכו '. זה הופך את הגרפים ליותר ברורים וקלים לניתוח. ישנן דרכים אחרות לזהות דליפה. טלפונים גיאוגרפיים קרקעיים עם סידור פילטר מועילים מאוד לאיתור מיקום הדליפה. זה חוסך את עלות החפירה. סילון המים באדמה פוגע בקיר הפנימי של אדמה או בטון. פעולה זו תיצור רעש חלש. רעש זה יתפורר בזמן שהוא עולה על פני השטח. אבל את הצליל המקסימלי ניתן להרים רק מעל מיקום הדליפה. מגברים ומסננים עוזרים להשגת רעש ברור. סוגים מסוימים של גזים שנכנסים לקו הצינור יוצרים טווח צלילים בעת היציאה מהצינור.

צינורות חישה אדי

שיטת גילוי דליפת הצינור עם אדים כוללת התקנת צינור לכל אורך הצינור. צינור זה - בצורת כבל - הוא חדיר מאוד לחומרים שזוהו ביישום המסוים. אם מתרחשת נזילה, החומרים הנמדדים באים במגע עם הצינור בצורת אדי, גז או מומסים במים. במקרה של נזילה, חלק מהחומר הדולף מתפזר לתוך הצינור. לאחר פרק זמן מסוים, החלק הפנימי של הצינור מייצר תמונה מדויקת של החומרים המקיפים את הצינור. על מנת לנתח את התפלגות הריכוז הקיימת בצינור החיישן, משאבה דוחפת את עמוד האוויר בצינור מעבר ליחידת זיהוי במהירות קבועה. יחידת הגלאי בקצה צינור החיישן מצוידת בחיישני גז. כל עלייה בריכוז הגז מביאה ל"שיא שיא דליפה "בולט.

גילוי דליפות סיבים אופטיים

ממסחרים לפחות שתי שיטות לגילוי דליפות סיבים אופטיים: חישה טמפרטורה מבוזרת (DTS) וחישה אקוסטית מבוזרת (DAS). שיטת DTS כוללת התקנה של כבל סיב אופטי לאורך צנרת המעקב. החומרים שיש למדוד באים במגע עם הכבל כאשר מתרחשת דליפה, משנה את טמפרטורת הכבל ומשנה את השתקפות הדופק של קרן הלייזר, מאותת על דליפה. המיקום ידוע על ידי מדידת השהיית הזמן בין פליטת הדופק בלייזר לבין גילוי ההשתקפות. זה עובד רק אם החומר נמצא בטמפרטורה שונה מהסביבה הסביבתית. בנוסף, טכניקת חישת הטמפרטורה הסיב-אופטית המופצת מציעה אפשרות למדוד טמפרטורה לאורך הצינור. סורק את כל אורך הסיב, נקבע פרופיל הטמפרטורה לאורך הסיב, מה שמוביל לגילוי דליפות.

שיטת DAS כוללת התקנה דומה של כבל סיב אופטי לאורך צנרת המעקב. רעידות הנגרמות כתוצאה מחומר היוצא מהצינור באמצעות דליפה משנה את השתקפותו של דופק קרן הלייזר, מאותת על דליפה. המיקום ידוע על ידי מדידת השהיית הזמן בין פליטת הדופק בלייזר לבין גילוי ההשתקפות. ניתן לשלב טכניקה זו גם בשיטת החישה לטמפרטורה מבוזרת כדי לספק פרופיל טמפרטורה של הצינור.