تشخیص نشت

by مهندسی دلتا / جمعه، 25 مارس 2016 / منتشر شده در ولتاژ بالا

خط لوله تشخیص نشت استفاده می شود برای تعیین اینکه آیا در بعضی موارد نشتی در سیستم های حاوی مایعات و گازها رخ داده است. روشهای تشخیص شامل آزمایش هیدرواستاتیک پس از نصب خط لوله و تشخیص نشت در حین سرویس است.

شبکه های خط لوله اقتصادی ترین و امن ترین حالت حمل و نقل برای نفت ، گازها و سایر محصولات سیال است. به عنوان وسیله حمل و نقل از راه دور ، خطوط لوله باید خواسته های بالای ایمنی ، قابلیت اطمینان و کارایی را برآورده سازند. در صورت حفظ صحیح ، خطوط لوله می توانند به طور نامحدود و بدون نشت دوام داشته باشند. مهمترین نشتهایی که رخ می دهد در اثر صدمه دیدن تجهیزات حفاری در این نزدیکی است ، بنابراین ضروری است با مسئولان قبل از حفاری تماس بگیرید تا اطمینان حاصل کنید که هیچ خط لوله دفن شده در مجاورت وجود ندارد. اگر یک خط لوله به درستی نگهداری نشود ، می تواند به آرامی شروع به خوردگی کند ، به خصوص در اتصالات ساختمانی ، نقاط کم جایی که رطوبت جمع می شود ، یا مکان هایی با نواقص داخل لوله. اما ، این نقایص را می توان با استفاده از ابزارهای بازرسی شناسایی کرد و قبل از پیشرفت به یک نشت ، اصلاح کرد. از دیگر دلایل بروز نشت می توان به حوادث ، حرکت زمین یا خرابکاری اشاره کرد.

هدف اصلی سیستم های تشخیص نشت (LDS) کمک به کنترل کننده های خط لوله در تشخیص و بومی سازی نشت ها است. LDS زنگ خطر را فراهم می کند و سایر داده های مرتبط را به کنترل کننده های خط لوله نمایش می دهد تا به آنها در تصمیم گیری کمک کند. سیستم های تشخیص نشت خط لوله نیز مفید هستند زیرا می توانند به لطف کاهش زمان خرابی و کاهش زمان بازرسی باعث افزایش بهره وری و قابلیت اطمینان سیستم شوند. بنابراین LDS یک جنبه مهم از فناوری خط لوله است.

طبق سند API "RP 1130" ، LDS به LDS داخلی و LDS مبتنی بر خارجی تقسیم می شود. سیستم های مستقر در داخل از ابزار دقیق میدان (مثلاً سنسورهای جریان ، فشار یا دما) برای نظارت بر پارامترهای خط لوله داخلی استفاده می کنند. سیستم های مبتنی بر خارجی همچنین از ابزار دقیق زمینه (به عنوان مثال رادیومتر مادون قرمز یا دوربین های حرارتی ، حسگر بخار ، میکروفن های صوتی یا کابل های فیبر نوری) برای نظارت بر پارامترهای خط لوله خارجی استفاده می کنند.

قوانین و مقررات

برخی از کشورها به طور رسمی عملکرد خط لوله را تنظیم می کنند.

API RP 1130 "نظارت بر خط لوله محاسباتی مایعات" (ایالات متحده)

این روش پیشنهادی (RP) بر طراحی ، پیاده سازی ، آزمایش و عملکرد LDS متمرکز است که از یک روش الگوریتمی استفاده می کند. هدف از این روش توصیه شده کمک به اپراتور خط لوله در شناسایی مسائل مربوط به انتخاب ، اجرا ، آزمایش و عملکرد LDS است. LDS به دو دسته داخلی و خارجی طبقه بندی می شوند. سیستم های مستقر در داخل از ابزار درست (به عنوان مثال برای جریان ، فشار و دمای سیال) برای نظارت بر پارامترهای داخلی خط لوله استفاده می کنند. این پارامترهای خط لوله متعاقباً برای استنباط نشت استفاده می شود. سیستم های مستقر در خارج از سنسورهای محلی و اختصاصی استفاده می کنند.

TRFL (آلمان)

TRFL مخفف "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (قانون فنی برای سیستم های خط لوله) است. TRFL خلاصه ای از الزامات خطوط لوله را تحت مقررات رسمی قرار می دهد. این خطوط لوله انتقال مایعات قابل اشتعال ، خطوط لوله انتقال مایعات خطرناک برای آب و بیشتر خطوط لوله انتقال گاز را شامل می شود. پنج نوع عملکرد LDS یا LDS مورد نیاز است:

دو LDS مستقل برای تشخیص نشت مداوم در طول عملیات حالت پایدار. یکی از این سیستم ها یا سیستم اضافی نیز باید بتواند نشت را در حین کار گذرا تشخیص دهد ، به عنوان مثال هنگام راه اندازی خط لوله
یک LDS برای تشخیص نشت در حین کار خاموش
یک LDS برای نشت خزنده
یک LDS برای محل نشت سریع

مورد نیاز

1155 API (جایگزین API RP 1130) شرایط مهم زیر را برای LDS تعریف می کند:

حساسیت: یک LDS باید اطمینان حاصل کند که از دست رفتن مایعات در اثر نشت تا حد ممکن کوچک است. این دو مورد را روی سیستم قرار می دهد: باید نشت های کوچکی را تشخیص داد و باید سریع آنها را تشخیص داد.
قابلیت اطمینان: کاربر باید بتواند به LDS اعتماد کند. این بدان معنی است که باید هشدارهای واقعی را به درستی گزارش دهد ، اما به همان اندازه مهم است که آلارم کاذب ایجاد نمی کند.
دقت: برخی از LDS ها قادر به محاسبه جریان نشت و محل نشت هستند. این باید با دقت انجام شود.
استحکام: LDS باید در شرایط غیر ایده آل به فعالیت خود ادامه دهد. به عنوان مثال ، در صورت خرابی مبدل ، سیستم باید نقص را تشخیص داده و به کار خود ادامه دهد (احتمالاً با سازش های لازم مانند کاهش حساسیت).

حالت پایدار و زودگذر

در شرایط پایدار ، جریان ، فشارها و غیره در خط لوله (کم و بیش) با گذشت زمان ثابت هستند. در شرایط گذرا ، این متغیرها ممکن است به سرعت تغییر کنند. این تغییرات مانند امواج از طریق خط لوله با سرعت صدای سیال پخش می شوند. اگر گذر از فشار در ورودی یا خروجی تغییر کند (و حتی اگر تغییر کوچک باشد) و هنگامی که یک دسته تغییر می کند یا وقتی چندین محصول در خط لوله هستند ، شرایط گذرا در یک خط لوله به عنوان مثال در هنگام راه اندازی رخ می دهد. خطوط لوله گاز تقریباً همیشه در شرایط گذرا است زیرا گازها بسیار فشرده می شوند. حتی در خطوط لوله مایع ، اثرات گذرا بیشتر وقت ها قابل چشم پوشی نیست. LDS باید امکان تشخیص نشتی را برای هر دو شرایط فراهم کند تا بتواند نشت نشت را در کل زمان بهره برداری از خط لوله فراهم کند.

LDS داخلی

سیستم های مستقر در داخل از ابزار درست (به عنوان مثال برای جریان ، فشار و دمای سیال) برای نظارت بر پارامترهای داخلی خط لوله استفاده می کنند. این پارامترهای خط لوله متعاقباً برای استنباط نشت استفاده می شود. هزینه و پیچیدگی سیستم LDS مبتنی بر داخلی متوسط است زیرا آنها از ابزار دقیق میدانی استفاده می کنند. این نوع LDS برای الزامات استاندارد ایمنی استفاده می شود.

فشار / نظارت بر جریان

نشت هیدرولیک خط لوله را تغییر می دهد و بنابراین فشار یا جریان قرائت را بعد از مدتی تغییر می دهد. بنابراین نظارت محلی بر فشار یا جریان تنها در یک نقطه می تواند تشخیص نشت ساده را فراهم کند. همانطور که به صورت محلی انجام می شود ، در اصل نیازی به تله متری نیست. این تنها در شرایط پایدار مفید است ، اما توانایی آن در مقابله با خطوط لوله گاز محدود است.

امواج فشار صوتی

روش موج فشار صوتی ، امواج کمیاب تولید شده را هنگام تولید نشت تجزیه و تحلیل می کند. هنگامی که خرابی دیواره خط لوله رخ می دهد ، مایع یا گاز به شکل یک جت با سرعت بالا خارج می شود. این امواج فشار منفی تولید می کند که در هر دو جهت داخل خط لوله پخش می شوند و می توانند شناسایی و تجزیه و تحلیل شوند. اصول عملیاتی این روش بر اساس ویژگی بسیار مهم امواج فشار برای طی مسافت های طولانی با سرعت صوت هدایت شده توسط دیواره های خط لوله است. دامنه یک موج فشار با اندازه نشت افزایش می یابد. یک الگوریتم پیچیده ریاضی داده ها را از حسگرهای فشار تجزیه و تحلیل می کند و قادر است در عرض چند ثانیه به محل نشت با دقت کمتر از 50 متر (164 فوت) اشاره کند. داده های تجربی توانایی روش را در تشخیص نشتهایی با قطر کمتر از 3 میلی متر (0.1 اینچ) و کارکرد با کمترین میزان هشدار کاذب در صنعت - کمتر از 1 زنگ هشدار کاذب در سال نشان داده است.

با این حال ، این روش قادر به تشخیص نشت مداوم پس از رویداد اولیه نیست: پس از خرابی دیواره خط لوله (یا پارگی) ، موج اولیه فشار فروکش می کند و هیچ موج فشار بعدی ایجاد نمی شود. بنابراین ، اگر سیستم نتواند نشتی را تشخیص دهد (به عنوان مثال ، زیرا امواج فشار توسط امواج فشار گذرا ناشی از یک رویداد عملیاتی مانند تغییر فشار پمپاژ یا سوئیچینگ سوپاپ نقاب شده است) ، سیستم نشت مداوم را تشخیص نمی دهد.

روش های متعادل سازی

این روشها مبتنی بر اصل حفظ جرم است. در حالت پایدار ، جرم جریان می یابد $\ dot {M} _I$ ورود به خط لوله بدون نشت باعث تعادل جریان جرم خواهد شد $\ dot {M} _O$ ترک آن هرگونه افت توده ای از خط لوله (عدم تعادل جمعی) $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) نشان دهنده نشتی است. روش های متعادل سازی اندازه گیری می شود $\ dot {M} _I$ و $\ dot {M} _O$ با استفاده از فلومتر و در نهایت محاسبه عدم تعادل که تخمین جریان نشت واقعی و ناشناخته است ، محاسبه می شود. مقایسه این عدم تعادل (به طور معمول در طی چند دوره تحت نظارت) در برابر آستانه هشدار نشت $\ گاما$ در صورت عدم تعادل کنترل شده ، هشدار ایجاد می کند. روش های تعادل پیشرفته علاوه بر این ، نرخ تغییر موجودی انبوه خط لوله را در نظر می گیرند. نام هایی که برای تکنیک های افزایش تعادل خط استفاده می شود ، تعادل حجم ، تراز حجم اصلاح شده و ترازوی جرم جبران شده است.

روش های آماری

LDS آماری برای تشخیص نشت ، از روشهای آماری (مثلاً از حوزه تئوری تصمیم گیری) برای تحلیل فشار / جریان فقط در یک نقطه یا عدم تعادل استفاده می کند. در صورت وجود برخی مفروضات آماری ، این فرصت برای بهینه سازی تصمیم نشت منجر می شود. یک رویکرد معمول استفاده از روش آزمون فرضیه است

\ text {فرضیه} H_0: \ text {بدون نشت}

\ text {فرضیه} H_1: \ text {نشت

این یک مشکل تشخیص کلاسیک است و راه حل های مختلفی وجود دارد که از آمار مشخص می شود.

روشهای RTTM

RTTM به معنای "مدل گذرا در زمان واقعی" است. RTTM LDS از مدلهای ریاضی جریان درون خط لوله با استفاده از قوانین اساسی فیزیکی مانند حفظ جرم ، حفظ حرکت و صرفه جویی در انرژی استفاده می کند. روش های RTTM را می توان به عنوان یک روش بهبود تعادل در نظر گرفت زیرا علاوه بر این از اصل صرفه جویی و انرژی استفاده می کنند. RTTM امکان محاسبه جریان جرم ، فشار ، چگالی و دما را در هر نقطه از خط لوله در زمان واقعی با کمک الگوریتم های ریاضی فراهم می کند. RTTM LDS به راحتی می تواند جریان پایدار و گذرا را در یک خط لوله مدلسازی کند. با استفاده از فناوری RTTM ، نشتی ها در شرایط پایدار و گذرا قابل تشخیص هستند. با ابزار دقیق عملکرد ، ممکن است نرخ نشتی با استفاده از فرمول های موجود برآورد شود.

روشهای E-RTTM

جریان سیگنال تمدید مدل گذرا در زمان واقعی (E-RTTM)

E-RTTM مخفف "Extended Real-Time Transient Model" است ، با استفاده از فناوری RTTM با روش های آماری. بنابراین ، در شرایط پایدار و گذرا با حساسیت بالا ، تشخیص نشت امکان پذیر است و از هشدارهای غلط با استفاده از روش های آماری جلوگیری می شود.

برای روش باقیمانده ، یک ماژول RTTM تخمین ها را محاسبه می کند $\ hat {\ dot {M}} _ من$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ برای MASS FLOW به ترتیب در ورودی و خروجی. این می تواند با استفاده از اندازه گیری برای انجام شود فشار و درجه حرارت در ورودی ( $p_I$ , $T_I$ ) و خروجی ( $p_O$ , $به$ ) این جریان جرم تخمین زده شده با جریان جرم اندازه گیری شده مقایسه می شود $\ dot {M} _I$ , $\ dot {M} _O$ باقیمانده بازده $x = \ dot {M} _I - \ hat \ dot {M}} _ من$ و $y = \ dot {M} _O - \ hat \ dot {M}} _ O$ . در صورت عدم وجود نشت ، این باقیمانده ها نزدیک به صفر هستند. در غیر این صورت باقیمانده ها یک امضای مشخصه را نشان می دهند. در مرحله بعد ، باقیمانده ها موضوع تجزیه و تحلیل امضای نشت هستند. این ماژول با استخراج و مقایسه امضای نشت با امضاهای نشت در یک پایگاه داده ، رفتار زمانی آنها را تحلیل می کند. زنگ نشت اعلام می شود اگر امضای نشت استخراج شده با اثر انگشت مطابقت داشته باشد.

LDS خارجی مبتنی بر

سیستم های مستقر در خارج از سنسورهای محلی و اختصاصی استفاده می کنند. چنین LDS بسیار حساس و دقیق است ، اما هزینه سیستم و پیچیدگی نصب آن معمولاً بسیار زیاد است. بنابراین برنامه های کاربردی به مناطق ویژه با خطر بالا محدود می شوند ، به عنوان مثال در نزدیکی رودخانه ها یا مناطق محافظت از طبیعت.

کابل تشخیص نشت روغن دیجیتال

کابل های دیجیتالی حس (Sense Digital) از یک نوار از رساناهای داخلی نیمه نفوذ پذیر محافظت شده توسط یک نوار عایق قالب ریزی و سازه نفوذ پذیر تشکیل شده است. یک سیگنال الکتریکی هرچند رسانای داخلی منتقل می شود و توسط یک ریزپردازنده داخلی درون کانکتور کابل کنترل می شود. مایعات فرار از زیر باریک نفوذپذیری خارجی عبور کرده و با رسانای نیمه نفوذ پذیر داخلی ارتباط برقرار می کنند. این باعث تغییر در خصوصیات الکتریکی کابل می شود که توسط ریز پردازنده تشخیص داده می شود. ریزپردازنده می تواند مایع را با وضوح 1 متر در طول طول آن پیدا کرده و سیگنال مناسبی را برای سیستم های مانیتورینگ یا اپراتورها فراهم کند. کابل های حس را می توان در اطراف خطوط لوله پیچید ، زیر سطح را با خط لوله دفن کرد یا به عنوان پیکربندی لوله در لوله نصب کرد.

تست خط لوله رادیومتری مادون قرمز

دماسنج هوایی خط لوله نفتی متقاطع مدفون که آلودگی زیرزمینی را ناشی از نشت نشان می دهد

آزمایش خط لوله گرماسنج مادون قرمز نشان داده است که خود در تشخیص و مکان یابی نشت خط لوله زیر سطحی ، حفره های ناشی از فرسایش ، خراب شدن عایق خط لوله و ضعف تخلیه ضعیف ، دقیق و کارآمد است. وقتی نشت خط لوله به مایعات ، مانند آب ، اجازه می دهد تا در نزدیکی خط لوله ، ستون تشکیل دهد ، این مایع رسانایی گرمایی متفاوت از خاک خشک یا پساب دارد. این در الگوهای مختلف دمای سطح بالاتر از محل نشت منعکس خواهد شد. یک رادیومتر سنجش مادون قرمز با وضوح بالا امکان اسکن کل مناطق را فراهم می کند و داده های حاصل به عنوان عکسهایی با مناطق با درجه حرارت متفاوت که با تغییر رنگهای خاکستری بر روی یک عکس سیاه و سفید یا با رنگهای مختلف بر روی تصویر رنگی تعیین می شوند ، نمایش داده می شوند. این سیستم فقط الگوهای انرژی سطح را اندازه گیری می کند ، اما الگوهایی که در سطح زمین بالای یک خط لوله دفن شده اندازه گیری می شوند ، می توانند به نشان دادن محل نشت خط لوله و ایجاد حفره های فرسایشی کمک کنند. مشکلات را تا عمق 30 متری سطح زمین تشخیص می دهد.

آشکارسازهای انتشار آکوستیک

فرار مایعات با عبور از یک سوراخ در لوله ، یک سیگنال آکوستیک ایجاد می کند. سنسورهای صوتی وصل شده به خارج از خط لوله ، یک اثر انگشت آکوستیک خط را از سر و صدای داخلی خط لوله در وضعیت نامناسب آن ایجاد می کنند. هنگامی که نشتی رخ می دهد ، یک سیگنال صوتی در فرکانس پایین حاصل شناسایی و تجزیه و تحلیل می شود. انحراف از "اثر انگشت" پایه ، زنگ خطر را نشان می دهد. اکنون سنسورها با انتخاب باند فرکانس ، انتخاب محدوده تأخیر در زمان ، ترتیب بهتری دارند و این باعث می شود نمودارها تجزیه و تحلیل متمایز تر و آسانتری داشته باشند. روش های دیگری نیز برای تشخیص نشت وجود دارد. تلفن های زمینی با ترتیب فیلتر برای مشخص کردن محل نشت بسیار مفید هستند. این هزینه حفاری را پس انداز می کند. جت آب موجود در خاک به دیواره داخلی خاک یا بتن برخورد می کند. این کار باعث ایجاد سر و صدای ضعیفی می شود. این سر و صدا هنگام آمدن روی سطح پوسیدگی می کند. اما حداکثر صدا را می توان فقط بیش از موقعیت نشت برداشت. تقویت کننده ها و فیلتر به شما کمک می کند تا سر و صدای شفافی پیدا کنید. برخی از انواع گازهای وارد شده به خط لوله در هنگام خروج از لوله طیف وسیعی از صداها را ایجاد می کنند.

لوله های سنجش بخار

روش تشخیص نشت لوله سنجش بخار شامل نصب یک لوله در کل طول خط لوله است. این لوله - به شکل کابل - در مواد قابل شناسایی در کاربردهای خاص بسیار نفوذ پذیر است. در صورت بروز نشت ، مواد مورد اندازه گیری به صورت بخار ، گاز یا محلول در آب با لوله تماس می گیرند. در صورت نشت ، مقداری از ماده نشتی در لوله پخش می شود. بعد از مدت زمان مشخصی ، داخل لوله تصویر دقیقی از مواد اطراف لوله ایجاد می کند. به منظور تجزیه و تحلیل توزیع غلظت موجود در لوله حسگر ، یک پمپ ستون هوای لوله را با سرعت ثابت از کنار یک واحد تشخیص عبور می دهد. واحد ردیاب در انتهای لوله حسگر مجهز به سنسورهای گاز است. هر افزایش غلظت گاز منجر به "اوج نشت" مشخص می شود.

تشخیص نشت فیبر نوری

حداقل دو روش تشخیص نشت فیبر نوری در حال تجاری سازی است: سنجش دما توزیع شده (DTS) و سنجش صوتی توزیع شده (DAS). روش DTS شامل نصب کابل فیبر نوری در طول خط لوله است که مورد نظارت قرار می گیرد. موادی که باید اندازه گیری شوند در هنگام بروز نشت با کابل تماس می گیرند ، دمای کابل را تغییر می دهند و بازتاب پالس پرتو لیزر را تغییر می دهند ، سیگنال نشتی را نشان می دهد. این مکان با اندازه گیری تأخیر زمانی بین زمان انتشار پالس لیزر و هنگام بازتاب بازتاب شناخته می شود. این تنها در صورتی کار می کند که ماده در دمایی متفاوت از محیط اطراف باشد. علاوه بر این ، روش سنجش دما فیبر نوری توزیع شده امکان اندازه گیری دما در امتداد خط لوله را فراهم می کند. با اسکن تمام طول فیبر ، مشخصات دما در امتداد فیبر مشخص می شود و منجر به تشخیص نشت می شود.

روش DAS شامل نصب مشابهی از کابل فیبر نوری در طول خط لوله است که مورد نظارت قرار می گیرد. ارتعاشات ناشی از ماده ای که از طریق نشت از خط لوله خارج می شود ، بازتاب پالس پرتو لیزر را تغییر می دهد و سیگنال نشت را نشان می دهد. این مکان با اندازه گیری تأخیر زمانی بین زمان انتشار پالس لیزر و هنگام بازتاب بازتاب شناخته می شود. این روش همچنین می تواند با روش سنجش دما توزیع شده ترکیب شود تا مشخصات دما از خط لوله فراهم شود.