Zbulimi i rrjedhjeve

by Inxhinieri Delta / E premte, 25 March 2016 / Botuar në Tension të lartë

Gazsjellës zbulimi i rrjedhjeve përdoret për të përcaktuar nëse dhe në disa raste kur ka ndodhur një rrjedhje në sisteme që përmbajnë lëngje dhe gazra. Metodat e zbulimit përfshijnë testimin hidrostatik pas ngritjes së tubacionit dhe zbulimit të rrjedhjes gjatë shërbimit.

Rrjetet e tubacionit janë mënyra më ekonomike dhe më e sigurt e transportit për naftë, gazra dhe produkte të tjerë fluide. Si një mjet i transportit në distanca të gjata, tubacionet duhet të plotësojnë kërkesat e larta të sigurisë, besueshmërisë dhe efikasitetit. Nëse mirëmbahen siç duhet, tubacionet mund të zgjasin pafundësisht pa rrjedhje. Rrjedhjet më të rëndësishme që ndodhin janë shkaktuar nga dëmtimi nga pajisjet e gërmimit aty pranë, prandaj është me rëndësi të thirren autoritetet para gërmimit për të siguruar që nuk ka tubacione të varrosura në afërsi. Nëse një tubacion nuk mirëmbahet siç duhet, ai mund të fillojë të gërryhet ngadalë, veçanërisht në nyjet e ndërtimit, në pikat e ulëta ku mblidhet lagështia, ose vendet me papërsosmëritë në tub. Sidoqoftë, këto defekte mund të identifikohen me mjete inspektimi dhe të korrigjohen para se të përparojnë në një rrjedhje. Arsyet e tjera për rrjedhje përfshijnë aksidente, lëvizje në tokë ose sabotim.

Qëllimi kryesor i sistemeve të zbulimit të rrjedhjeve (LDS) është të ndihmojë kontrollorët e tubacionit në zbulimin dhe lokalizimin e rrjedhjeve. LDS siguron një alarm dhe shfaq të dhëna të tjera të lidhura me kontrollorët e tubacionit, në mënyrë që të ndihmojë në vendimmarrjen. Sistemet e zbulimit të rrjedhjes së gazsjellësit janë gjithashtu të dobishme, sepse ato mund të rrisin produktivitetin dhe besueshmërinë e sistemit falë reduktimit të joproduktive dhe kohës së zvogëluar të inspektimit. Prandaj, LDS janë një aspekt i rëndësishëm i teknologjisë së tubacionit.

Sipas dokumentit API "RP 1130", LDS ndahen në LDS bazuar në brendësi dhe LDS bazuar në jasht. Sistemet e bazuara brenda vendit përdorin instrumentacionin në terren (për shembull sensorët e rrjedhës, presionit ose temperaturës së lëngut) për të monitoruar parametrat e brendshëm të tubacionit. Sistemet e bazuara nga jashtë përdorin gjithashtu instrumentet në terren (për shembull radiometrat infra të kuqe ose kamerat termike, sensorët e avullit, mikrofonet akustike ose kabllot optike) për të monitoruar parametrat e jashtëm të tubacionit.

Rregullat dhe rregulloret

Disa vende rregullojnë zyrtarisht funksionimin e tubacionit.

API RP 1130 "Monitorimi i gazsjellësit llogaritës të lëngjeve" (SH.B.A.)

Kjo praktikë e rekomanduar (RP) përqendrohet në modelimin, implementimin, testimin dhe funksionimin e LDS që përdorin një qasje algoritmike. Qëllimi i kësaj praktike të rekomanduar është të ndihmojë Operatorin e Gazsjellësit në identifikimin e çështjeve që lidhen me zgjedhjen, implementimin, testimin dhe funksionimin e një LDS. LDS klasifikohen në bazë të brendshme dhe në bazë të jashtme. Sistemet e bazuara brenda përdorin instrumentimin në terren (p.sh. për rrjedhën, presionin dhe temperaturën e lëngut) për të monitoruar parametrat e brendshëm të tubacionit; këto parametra të tubacionit më pas përdoren për të konkluduar një rrjedhje. Sistemet e bazuara nga jashtë përdorin sensorë lokalë, të dedikuar.

TRFL (Gjermani)

TRFL është shkurtesa për "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (Rregulla Teknike për Sistemet e Tubacioneve). TRFL përmbledh kërkesat për tubacionet që janë objekt i rregulloreve zyrtare. Ai përfshin tubacionet që transportojnë lëngje të ndezshme, tubacionet që transportojnë lëngje të rrezikshme për ujin dhe shumicën e tubacioneve që transportojnë gaz. Kërkohen pesë lloje të ndryshme të funksioneve LDS ose LDS:

Dy LDS të pavarura për zbulimin e rrjedhshëm të vazhdueshëm gjatë operacionit në gjendje të qëndrueshme. Një nga këto sisteme ose një shtesë duhet të jetë në gjendje të zbulojë rrjedhjet gjatë operimit kalimtar, p.sh. gjatë fillimit të tubacionit
Një LDS për zbulimin e rrjedhjeve gjatë operacionit të mbyllur
Një LDS për rrjedhjet e rrëshqitshme
Një LDS për vendndodhjen e rrjedhjes së shpejtë

Kërkesat

1155 API (zëvendësohet me API RP 1130) përcakton kërkesat e mëposhtme të rëndësishme për një LDS:

Ndjeshmëria: Një LDS duhet të sigurojë që humbja e lëngut si rezultat i një rrjedhje të jetë sa më e vogël që të jetë e mundur. Kjo vendos dy kërkesa në sistem: duhet të zbulojë rrjedhje të vogla dhe duhet t'i zbulojë ato shpejt.
Besueshmëria: Përdoruesi duhet të jetë në gjendje t'i besojë LDS. Kjo do të thotë që duhet të raportojë në mënyrë korrekte çdo alarm alarmi, por është po aq e rëndësishme që të mos prodhojë alarme false.
Saktësia: Disa LDS janë në gjendje të llogaritin rrjedhën e rrjedhjes dhe vendndodhjen e rrjedhjes. Kjo duhet të bëhet me saktësi.
Qëndrueshmëri: LDS duhet të vazhdojë të funksionojë në rrethana jo-ideale. Për shembull, në rast të një dështimi të dhënësit, sistemi duhet të zbulojë dështimin dhe të vazhdojë të funksionojë (ndoshta me kompromise të nevojshme siç është zvogëlimi i ndjeshmërisë).

Gjendje të qëndrueshme dhe kushte kalimtare

Gjatë kushteve të gjendjes së qëndrueshme, fluksi, presionet, etj në tubacion janë (pak a shumë) konstante me kalimin e kohës. Gjatë kushteve kalimtare, këto ndryshore mund të ndryshojnë me shpejtësi. Ndryshimet përhapen si valë përmes tubacionit me shpejtësinë e zërit të lëngut. Kushtet kalimtare ndodhin në një tubacion për shembull gjatë fillimit, nëse presioni në hyrje ose në prizë ndryshon (edhe nëse ndryshimi është i vogël), dhe kur një grup ndryshon, ose kur shumë produkte janë në tubacion. Tubacionet e gazit janë pothuajse gjithmonë në kushte kalimtare, sepse gazrat janë shumë të kompresueshëm. Edhe në tubacionet e lëngshme, efektet kalimtare nuk mund të merren parasysh shumicën e kohës. LDS duhet të lejojë zbulimin e rrjedhjeve për të dy kushtet për të siguruar zbulimin e rrjedhjeve gjatë gjithë kohës së funksionimit të tubacionit.

LDS bazuar në brendësi

Sistemet e bazuara brenda përdorin instrumentimin në terren (p.sh. për rrjedhën, presionin dhe temperaturën e lëngut) për të monitoruar parametrat e brendshëm të tubacionit; këto parametra të tubacionit më pas përdoren për të konkluduar një rrjedhje. Kostoja e sistemit dhe kompleksiteti i LDS-ve të brendshme janë të moderuara sepse ato përdorin instrumentet ekzistuese në terren. Ky lloj LDS përdoret për kërkesat standarde të sigurisë.

Monitorimi i presionit / rrjedhës

Një rrjedhje ndryshon hidraulikën e tubacionit, dhe për këtë arsye ndryshon presionin ose leximet e rrjedhës pas disa kohësh. Monitorimi lokal i presionit ose i rrjedhjes vetëm në një pikë mund të sigurojë zbulimin e thjeshtë të rrjedhjeve. Siç bëhet në vend, në parim kërkon telemetri. Isshtë e dobishme vetëm në kushte të gjendjes së qëndrueshme, megjithatë, dhe aftësia e tij për t'u marrë me tubacionet e gazit është e kufizuar.

Valët e presionit akustik

Metoda e valës së presionit akustik analizon valët e rrallimit të prodhuara kur ndodh një rrjedhje. Kur ndodh prishja e murit të tubacionit, lëngu ose gazi shpëton në formën e një avioni me shpejtësi të lartë. Kjo prodhon valë presioni negativ të cilat përhapen në të dy drejtimet brenda tubacionit dhe mund të zbulohen dhe analizohen. Parimet e funksionimit të metodës bazohen në karakteristikën shumë të rëndësishme të valëve të presionit për të udhëtuar në distanca të gjata me shpejtësinë e zërit të udhëhequr nga muret e tubacionit. Amplituda e një vale presioni rritet me madhësinë e rrjedhjes. Një algoritëm kompleks matematikor analizon të dhënat nga sensorët e presionit dhe është në gjendje që brenda pak sekondash të tregojë vendndodhjen e rrjedhjes me saktësi më të vogël se 50 m (164 ft). Të dhënat eksperimentale kanë treguar aftësinë e metodës për të zbuluar rrjedhje më pak se 3 mm (0.1 inç) në diametër dhe të veprojnë me shkallën më të ulët të alarmit të rremë në industri - më pak se 1 alarm të rremë në vit.

Sidoqoftë, metoda nuk është në gjendje të zbulojë një rrjedhje të vazhdueshme pas ngjarjes fillestare: pas prishjes së murit të tubacionit (ose këputjes), valët fillestare të presionit zhyten dhe nuk krijohen valë të mëpasshme të presionit. Prandaj, nëse sistemi nuk arrin të zbulojë rrjedhjen (për shembull, sepse valët e presionit u maskuan nga valët e presionit kalimtar të shkaktuar nga një ngjarje operative siç është ndryshimi në presionin e pompimit ose ndërrimi i valvulave), sistemi nuk do të zbulojë rrjedhjen e vazhdueshme.

Metodat e balancimit

Këto metoda bazohen në parimin e ruajtjes së masës. Në gjendje të qëndrueshme, masa rrjedh $\ Me pikë {M} _I$ hyrja në një tubacion pa rrjedhje do të balancojë rrjedhën e masës $\ Me pikë {M} _O$ duke e lënë atë; çdo rënie në masë duke e lënë tubacionin (çekuilibër masiv $\ pikë {M} _I - \ pikë {M} OO$ ) tregon një rrjedhje. Masa e metodave të balancimit $\ Me pikë {M} _I$ $\ Me pikë {M} _O$ duke përdorur rrjedhësa dhe në fund llogaritni çekuilibrin që është një vlerësim i rrjedhës së panjohur, rrjedhje të vërtetë. Krahasimi i këtij çekuilibri (i monitoruar në mënyrë tipike gjatë një numri periudhe) kundër një pragu të alarmit të rrjedhjes $\ gama$ gjeneron një alarm nëse kjo çekuilibër monitorohet. Metodat e përmirësuara të balancimit gjithashtu marrin parasysh shkallën e ndryshimit të inventarit masiv të tubacionit. Emrat që përdoren për teknikat e përmirësuara të balancimit të linjës janë bilanci i vëllimit, bilanci i modifikuar i vëllimit dhe bilanci i masës së kompensuar.

Metodat statistikore

LDS-ja statistikore përdor metoda statistikore (p.sh. nga fusha e teorisë së vendimit) për të analizuar presionin / rrjedhën vetëm në një pikë ose çekuilibrin në mënyrë që të zbulojë një rrjedhje. Kjo çon në mundësinë për të optimizuar vendimin për rrjedhje nëse mbajnë disa supozime statistikore. Një qasje e zakonshme është përdorimi i procedurës së testit të hipotezës

\ tekst {Hipotezë} H_0: \ tekst Pa rrjedhje

\ tekst {Hipotezë} H_1: \ tekst {Rrjedhje

Ky është një problem klasik i zbulimit, dhe ka zgjidhje të ndryshme të njohura nga statistikat.

Metodat e RTTM

RTTM do të thotë "Modeli kalimtar në kohë reale". RTTM LDS përdor modele matematikore të rrjedhës brenda një tubacioni duke përdorur ligjet themelore fizike si ruajtja e masës, ruajtja e momentit dhe ruajtja e energjisë. Metodat RTTM mund të shihen si një përmirësim i metodave të balancimit pasi ato gjithashtu përdorin parimin e ruajtjes së momentit dhe energjisë. Një RTTM bën të mundur llogaritjen e rrjedhës së masës, presionit, dendësisë dhe temperaturës në çdo pikë përgjatë tubacionit në kohë reale me ndihmën e algoritmeve matematikorë. RTTM LDS mund të modelojë lehtësisht rrjedhën në gjendje të qëndrueshme dhe kalimtare në një tubacion. Duke përdorur teknologjinë RTTM, rrjedhjet mund të zbulohen gjatë kushteve të qëndrueshme dhe kalimtare. Me instrumentimin e duhur të funksionimit, normat e rrjedhjeve mund të vlerësohen në mënyrë funksionale duke përdorur formula të disponueshme.

Metodat E-RTTM

Rrjedha e sinjalit Modeli i përkohshëm i zgjatur në kohë reale (E-RTTM)

E-RTTM qëndron për “Modeli i Kaluar i Kohës së Re në kohë Reale”, duke përdorur teknologjinë RTTM me metoda statistikore. Pra, zbulimi i rrjedhjeve është i mundur gjatë gjendjes së qëndrueshme dhe gjendjes kalimtare me ndjeshmëri të lartë, dhe alarme false mund të shmangen duke përdorur metoda statistikore.

Për metodën e mbetur, një modul RTTM llogarit vlerësimet $\ Hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ Kapele {\ pikë {M}} _ O$ për MASS FLOW në hyrje dhe dalje, përkatësisht. Kjo mund të bëhet duke përdorur matjet për presion dhe temperatura në hyrje ( $p_I$ , $t_i$ ) dhe dalje ( $p_O$ , $T_O$ ). Këto flukse të vlerësuara të masës krahasohen me flukset e masës së matur $\ Me pikë {M} _I$ , $\ Me pikë {M} _O$ , duke dhënë mbetjet $x = \ pikë {M} _I - \ hat \ pikë {M}} _ I$ $y = \ pikë {M} _O - \ hat \ pikë {M}} _ O$ . Këto mbetje janë afër zeros nëse nuk ka rrjedhje; përndryshe mbetjet tregojnë një nënshkrim karakteristik. Në një hap tjetër, mbetjet janë subjekt i një analize të nënshkrimit të rrjedhjeve. Ky modul analizon sjelljen e tyre kohore duke nxjerrë dhe krahasuar nënshkrimin e rrjedhjes me nënshkrimet e rrjedhjeve në një bazë të dhënash ("gjurmët e gishtërinjve"). Alarmi i rrjedhjes deklarohet nëse firma e rrjedhjes së nxjerrë përputhet me gjurmën e gishtit.

LDS me bazë të jashtme

Sistemet e bazuara nga jashtë përdorin sensorë vendorë, të dedikuar. LDS të tilla janë shumë të ndjeshme dhe të sakta, por kostoja e sistemit dhe kompleksiteti i instalimit janë zakonisht shumë të larta; aplikimet për këtë arsye janë të kufizuara në zona të veçanta me rrezik të lartë, p.sh. afër lumenjve ose zonave të mbrojtjes së natyrës.

Kablloja për zbulimin e rrjedhjeve dixhitale të vajit

Kabllot Digital Sense përbëhen nga një bishtalec i përçuesve të brendshëm gjysëm të depërtueshëm të mbrojtur nga një bishtalec i formuar me izolim të përshkueshëm. Një sinjal elektrik kalohet megjithëse përçuesit e brendshëm dhe monitorohet nga një mikroprocesor i brendshëm brenda lidhësit kabllor. Lëngjet shpëtuese kalojnë nëpër bishtalecin e përshkueshëm të jashtëm dhe krijojnë kontakt me përçuesit e brendshëm gjysëm të depërtueshëm. Kjo shkakton një ndryshim në vetitë elektrike të kabllit që zbulohet nga mikroprocesori. Mikroprocesori mund të lokalizojë lëngun brenda një rezolucioni 1 metër përgjatë gjatësisë së tij dhe të sigurojë një sinjal të përshtatshëm për sistemet e monitorimit ose operatorët. Kabllot sens mund të mbështillen rreth tubacioneve, të varrosen nën sipërfaqe me tubacione ose të instalohen si një konfigurim tubi në tub.

Testimi i tubacionit radiometrik me infra të kuqe

Thermogrami ajror i tubacionit të naftës ndër-tokësore të varrosur që zbulon ndotjen nën sipërfaqe të shkaktuar nga një rrjedhje

Testimi i tubacionit termografik infra të kuqe ka treguar se është i saktë dhe efikas në zbulimin dhe lokalizimin e rrjedhjeve të tubacionit nën sipërfaqe, boshllëqet e shkaktuara nga erozioni, izolimi i përkeqësuar i tubacionit dhe mbushja e dobët. Kur një rrjedhje e tubacionit ka lejuar që një lëng, siç është uji, të formojë një pendë afër një tubacioni, lëngu ka një përçueshmëri termike të ndryshme nga toka e thatë ose mbushja. Kjo do të pasqyrohet në modele të ndryshme të temperaturës së sipërfaqes mbi vendin e rrjedhjes. Një radiometër me rezolucion të lartë lejon të skanohen zona të tëra dhe të dhënat që rezultojnë të shfaqen si fotografi me zona me temperatura të ndryshme të përcaktuara nga tone të ndryshme gri në një imazh bardh e zi ose nga ngjyra të ndryshme në një imazh me ngjyra. Ky sistem mat vetëm modelet e energjisë sipërfaqësore, por modelet që maten në sipërfaqen e tokës mbi një tubacion të varrosur mund të ndihmojnë të tregojnë se ku rrjedhin tubacioni dhe po krijohen zbrazëtitë e erozionit; zbulon probleme deri në 30 metra nën sipërfaqen e tokës.

Detektorë të emetimeve akustike

Lëngjet shpëtuese krijojnë një sinjal akustik pasi ato kalojnë nëpër një vrimë në tub. Sensorët akustikë të vendosur në pjesën e jashtme të tubacionit krijojnë një "gjurmë gishti" akustike të vijës nga zhurma e brendshme e tubacionit në gjendjen e tij të padëmtuar. Kur ndodh një rrjedhje, zbulohet dhe analizohet një sinjal akustik me frekuencë të ulët që rezulton. Devijimet nga "gjurmët e gishtave" fillestarë sinjalizojnë një alarm. Tani sensorët kanë një rregullim më të mirë me zgjedhjen e bandës së frekuencës, zgjedhjen e vargut të vonesave kohore, etj. Kjo i bën grafikët më të dallueshëm dhe të lehtë për t'u analizuar. Ka mënyra të tjera për të zbuluar rrjedhjet. Gjeo-telefonat tokësorë me aranzhim filtri janë shumë të dobishëm për të përcaktuar vendndodhjen e rrjedhjeve. Kursen koston e gërmimit. Avioni i ujit në tokë godet murin e brendshëm të tokës ose betonit. Kjo do të krijojë një zhurmë të dobët. Kjo zhurmë do të kalbet ndërsa del në sipërfaqe. Por tingulli maksimal mund të merret vetëm mbi pozicionin e rrjedhjes. Amplifikatorët dhe filtri ndihmojnë për të marrë zhurmë të qartë. Disa lloje të gazrave të futur në vijën e tubit do të krijojnë një gamë të tingujve kur largohen nga tubi.

Tubat që ndiejnë avull

Metoda e zbulimit të rrjedhjeve të tubit që ndien avullin përfshin instalimin e një tubi në të gjithë gjatësinë e tubacionit. Ky tub - në formë kablli - është shumë i përshkueshëm nga substancat që do të zbulohen në aplikimin e veçantë. Nëse ndodh një rrjedhje, substancat që do të maten bien në kontakt me tubin në formën e avullit, gazit ose të tretur në ujë. Në rast të një rrjedhjeje, disa nga substancat që rrjedhin përhapen në tub. Pas një periudhe të caktuar kohe, pjesa e brendshme e tubit prodhon një imazh të saktë të substancave që rrethojnë tubin. Në mënyrë që të analizohet shpërndarja e përqendrimit e pranishme në tubin e sensorit, një pompë shtyn kolonën e ajrit në tub pas një njësie zbulimi me një shpejtësi konstante. Njësia e detektorit në fund të tubit të sensorit është e pajisur me sensorë të gazit. Çdo rritje e përqendrimit të gazit rezulton në një "pik kulmi" të theksuar.

Zbulimi i rrjedhjeve të fibrave optike

Të paktën dy metoda të zbulimit të rrjedhjeve të fibrave optike janë duke u komercializuar: Ndjesia e Temperaturës së Shpërndarë (DTS) dhe Ndjesia Akustike e Shpërndarë (DAS). Metoda DTS përfshin instalimin e një kabllo optike optike përgjatë gjatësisë së tubacionit që monitorohet. Substancat që duhet të maten vijnë në kontakt me kabllon kur ndodh një rrjedhje, duke ndryshuar temperaturën e kabllit dhe duke ndryshuar reflektimin e pulsit të rreze lazer, duke sinjalizuar një rrjedhje. Vendndodhja njihet duke matur vonesën kohore ndërmjet kur emetohet pulsi lazer dhe kur zbulohet reflektimi. Kjo funksionon vetëm nëse substanca është në një temperaturë të ndryshme nga mjedisi i ambientit. Për më tepër, teknika e shpërndarjes së ndjeshmërisë së temperaturës me fibër optike ofron mundësinë për të matur temperaturën përgjatë tubacionit. Skanimi i gjithë gjatësisë së fibrës, profili i temperaturës përgjatë fibrës përcaktohet, gjë që çon në zbulimin e rrjedhjeve.

Metoda DAS përfshin një instalim të ngjashëm të kabllit optik-optik përgjatë gjatësisë së tubacionit që monitorohet. Dridhjet e shkaktuara nga një substancë që largohet nga tubacioni përmes një rrjedhje, ndryshojnë pasqyrimin e pulsit të rrezes lazer, duke sinjalizuar një rrjedhje. Vendndodhja njihet duke matur vonesën kohore ndërmjet kur emetohet pulsi lazer dhe kur zbulohet reflektimi. Kjo teknikë gjithashtu mund të kombinohet me metodën e Ndjesimit të Temperaturës së Shpërndarë për të siguruar një profil të temperaturës së tubacionit.