Ағып кетуді анықтау

by Delta Engineering / Жұма, 25 наурызда 2016 / Жарияланды Жоғары кернеу

Құбыр ағып кетуді анықтау сұйықтықтар мен газдардан тұратын жүйелерде ағып кетудің болғандығын немесе кейбір жағдайларды анықтау үшін қолданылады. Анықтау әдістері құбырды салғаннан кейін гидростатикалық сынау және қызмет көрсету кезінде ағып кетуді анықтау болып табылады.

Құбыр желілері мұнай, газ және басқа сұйық өнімдерді тасымалдаудың ең экономикалық және қауіпсіз түрі болып табылады. Қалааралық көлік құралы ретінде құбырлар қауіпсіздік, сенімділік және тиімділіктің жоғары талаптарын орындауы керек. Дұрыс ұсталған жағдайда, құбырлар ағып кетпестен ұзаққа созылуы мүмкін. Көптеген ағып кетулерге жақын жердегі қазу жабдықтарының зақымдануы себеп болады, сондықтан қазба басталғанға дейін жақын жерде көмілген құбырлардың жоқтығына көз жеткізу үшін билік органдарына хабарласу өте маңызды. Егер құбыр дұрыс ұсталмаса, ол баяу коррозияға ұшырауы мүмкін, әсіресе құрылыс түйіспелерінде, ылғал жиналатын төмен жерлерде немесе құбырдағы кемшіліктер бар жерлерде. Алайда, бұл ақауларды тексеру құралдарымен анықтап, олар ағып кетпес бұрын түзетуге болады. Құбырдың басқа себептері - апаттар, жердің қозғалысы немесе диверсия.

Тастауды анықтау жүйелерінің (LDS) негізгі мақсаты - құбырлардың контроллерлеріне ағып кетулерді анықтауға және оларды оқшаулауға көмектесу. LDS дабыл береді және шешім қабылдауға көмектесу үшін контроллерлерге басқа да деректерді көрсетеді. Құбырлардың ағып кетуін анықтау жүйелері де тиімді, өйткені олар жұмыс уақытының қысқаруы мен бақылаудың қысқаруы арқасында өнімділік пен жүйенің сенімділігін арттыра алады. Сондықтан LDS құбыржол технологиясының маңызды аспектісі болып табылады.

«RP 1130» API құжатына сәйкес, LDS ішкі негізделген LDS және сыртқы LDS болып бөлінеді. Ішкі жүйелер құбырдың ішкі параметрлерін бақылау үшін далалық аспаптарды қолданады (мысалы, ағын, қысым немесе сұйықтық температурасы датчиктері). Сыртқы жүйелер сонымен қатар өріс аспаптарын (мысалы, инфрақызыл радиометрлер немесе жылу камералары, бу датчиктері, акустикалық микрофондар немесе талшықты-оптикалық кабельдер) сыртқы құбырлардың параметрлерін бақылау үшін қолданады.

Ережелер мен қағидалар

Кейбір елдер құбырлардың жұмысын ресми түрде реттейді.

API RP 1130 «Сұйықтарға арналған есептеу құбырларының мониторингі» (АҚШ)

Бұл ұсынылған тәжірибе (RP) алгоритмдік тәсілді қолданатын LDS жобалауға, енгізуге, тестілеуге және жұмыс істеуге бағытталған. Осы ұсынылған тәжірибенің мақсаты Құбыр операторына LDS таңдау, енгізу, сынау және пайдалануға қатысты мәселелерді анықтауға көмектесу болып табылады. LDS ішкі және сыртқы негізді болып жіктеледі. Ішкі жүйелер құбыр желісінің ішкі параметрлерін бақылау үшін далалық аспаптарды қолданады (мысалы, ағын, қысым және сұйықтық температурасы үшін); құбырдың осы параметрлері кейіннен ағып кету туралы қорытынды жасау үшін қолданылады. Сыртқы негізделген жүйелер жергілікті, арнайы сенсорларды қолданады.

TRFL (Германия)

TRFL - бұл «Technische Regel für Fernleitungsanlagen» (Құбыр жүйелеріне арналған техникалық ереже) сөзінің қысқартылуы. TRFL ресми ережелерге сәйкес құбырларға қойылатын талаптарды жинақтайды. Ол тұтанғыш сұйықтықтарды тасымалдайтын құбырларды, су үшін қауіпті сұйықтықтарды тасымалдайтын құбырларды және газды тасымалдайтын құбырлардың көп бөлігін қамтиды. LDS немесе LDS функциясының бес түрлі түрі қажет:

Тұрақты жұмыс кезінде ағып кетуді үздіксіз анықтауға арналған екі тәуелсіз LDS. Осы жүйелердің біреуі немесе қосымша жүйе, сонымен қатар, уақытша пайдалану кезінде, мысалы, құбырды іске қосу кезінде ағып кетулерді анықтай алуы керек.
Жабылу кезінде ағып кетуді анықтауға арналған бір LDS
Ағып кетуге арналған бір LDS
Жылдам ағып кету үшін бір LDS

талаптар

API 1155 (API RP 1130 ауыстырылған) LDS үшін келесі маңызды талаптарды анықтайды:

Сезімталдық: LDS ағып кету нәтижесінде сұйықтықтың жоғалуы мүмкіндігінше аз болуын қамтамасыз етуі керек. Бұл жүйеге екі талап қояды: ол кішігірім ағып кетулерді анықтап, оларды тез анықтауы керек.
Сенімділік: пайдаланушы LDS-ге сене алуы керек. Бұл кез-келген нақты дабылдар туралы дұрыс хабарлауы керек дегенді білдіреді, бірақ оның жалған дабылдарды жасамайтындығы бірдей маңызды.
Дәлдік: Кейбір LDS ағып кету ағыны мен ағып жатқан жерді есептей алады. Мұны дәл жасау керек.
Беріктік: LDS идеалды емес жағдайларда жұмысын жалғастыруы керек. Мысалы, түрлендіргіштің ақаулығы туындаған жағдайда, жүйе ақаулықты анықтап, жұмысын жалғастыруы керек (сезімталдықтың төмендеуі сияқты қажетті ымыралар болуы мүмкін).

Тұрақты және өтпелі жағдайлар

Тұрақты жағдай кезінде құбырдағы ағын, қысым және т.б. уақыт өте келе тұрақты болады (аз немесе аз). Өтпелі жағдайлар кезінде бұл айнымалылар тез өзгеруі мүмкін. Өзгерістер сұйықтықтың дыбыс жылдамдығымен құбыр арқылы таралады. Өтпелі жағдайлар құбырда, мысалы, іске қосу кезінде, егер кіріс немесе шығысындағы қысым өзгерсе (өзгеріс аз болса да), пакет өзгерген кезде немесе құбырда бірнеше өнім болған кезде пайда болады. Газ құбырлары әрдайым өтпелі жағдайда болады, өйткені газдар өте қысымды. Сұйық құбырларда да көп жағдайда өтпелі әсерлерді елемеуге болмайды. LDS құбырдың барлық жұмыс барысында ағып кетуді анықтауға мүмкіндік беретін екі жағдай үшін де ағып кетулерді анықтауға мүмкіндік беруі керек.

Ішкі LDS

Ішкі жүйелер құбыр желісінің ішкі параметрлерін бақылау үшін далалық аспаптарды қолданады (мысалы, ағын, қысым және сұйықтық температурасы үшін); құбырдың осы параметрлері кейіннен ағып кету туралы қорытынды жасау үшін қолданылады. Ішкі LDS жүйесінің құны мен күрделілігі орташа, өйткені олар қолданыстағы далалық аспаптарды қолданады. Мұндай LDS түрі стандартты қауіпсіздік талаптары үшін қолданылады.

Қысым / ағынды бақылау

Кему құбырдың гидравликасын өзгертеді, сондықтан біраз уақыттан кейін қысым немесе ағынның көрсеткіштері өзгереді. Сондықтан қысымның немесе ағынның бір нүктеде жергілікті мониторингі қарапайым ағып кетуді анықтауға мүмкіндік береді. Жергілікті жерде жасалынғандықтан, оған ешқандай телеметрия қажет емес. Бұл тек тұрақты жағдайда ғана пайдалы, бірақ оның газ құбырларымен жұмыс істеу мүмкіндігі шектеулі.

Акустикалық қысым толқындары

Акустикалық қысым толқыны әдісі ағып кету кезінде пайда болатын сирек толқындарды талдайды. Құбыр қабырғасының бұзылуы кезінде сұйықтық немесе газ жоғары жылдамдықты ағын түрінде сыртқа шығады. Бұл құбыр бойында екі бағытта таралатын және анықтауға және талдауға болатын теріс қысым толқындарын тудырады. Әдістің жұмыс принциптері құбыр қабырғалары басшылыққа алатын дыбыс жылдамдығымен ұзақ қашықтыққа өту үшін қысым толқындарының өте маңызды сипаттамасына негізделген. Қысым толқынының амплитудасы ағып кету мөлшеріне байланысты артады. Күрделі математикалық алгоритм қысым датчиктерінен алынған мәліметтерді талдайды және бірнеше секунд ішінде 50 м (164 фут) кем дәлдікпен ағып жатқан жерді көрсете алады. Тәжірибелік мәліметтер әдістің диаметрі 3 мм-ден (0.1 дюйм) төмен ағып кетулерді анықтауға және өндірістегі ең төменгі жалған дабыл жылдамдығымен жұмыс істеуге мүмкіндік беретіндігін көрсетті - жылына 1 жалған дабылдан аз.

Алайда, әдіс алғашқы оқиғадан кейін ағып жатқан ағуды анықтай алмайды: құбырдың қабырғасы бұзылғаннан (немесе бұзылғаннан) кейін бастапқы қысым толқыны басылып, қысымның келесі толқыны пайда болмайды. Сондықтан, егер жүйе ағып кетуді анықтай алмаса (мысалы, қысым толқыны сорғы қысымының өзгеруі немесе клапанның ауысуы сияқты өндірістік оқиғадан туындаған өтпелі қысым толқындарымен маскаланғандықтан), жүйе ағып жатқан ағуды анықтай алмайды.

Тепе-теңдік әдістері

Бұл әдістер массаны сақтау принципіне негізделген. Тұрақты күйде масса ағады $\ нүкте {M} _I$ ағып кетпейтін құбырға кіру массаның ағынын теңестіреді $\ нүкте {M} _O$ оны қалдыру; Құбырдан кететін массаның кез келген түсуі (жаппай теңгерімсіздік) $\ нүкте {M} _I - \ нүкте {M} _O$ ) ағып жатқандығын көрсетеді. Теңдестіру әдістері $\ нүкте {M} _I$ және $\ нүкте {M} _O$ өлшегіштерді қолданып, ақырында белгісіз, шынайы ағып кетудің ағынына теңгерімсіздікті есептеңіз. Бұл теңгерімсіздікті (әдетте бірнеше кезеңдерде бақыланады) ағып кету дабылы деңгейімен салыстыру $\ гамма$ егер бұл бақыланатын теңгерімсіздік болса, дабыл шығарады. Жетілдірілген теңдестіру әдістері құбырды жаппай түгендеудің өзгеру жылдамдығын қосымша ескереді. Тепе-теңдікті күшейтудің кеңейтілген әдістері үшін қолданылатын атаулар - бұл көлемдік теңгерім, өзгертілген көлемдік баланс және компенсацияланған массалық баланс.

Статистикалық әдістер

Статистикалық LDS статистикалық әдістерді қолданады (мысалы, шешім теориясының саласынан) тек бір нүктеде қысым / ағынды немесе ағып кетуді анықтау үшін теңгерімсіздікті талдау. Бұл кейбір статистикалық жорамалдар сақталған жағдайда ақпараттың шешілуін оңтайландыру мүмкіндігіне әкеледі. Гипотезаны тексеру процедурасын қолдану кең таралған тәсіл болып табылады

\ мәтін {Гипотеза} H_0: \ мәтін {Жоқ}

\ мәтін {гипотеза} H_1: \ мәтін {ағып кету}

Бұл классикалық анықтау мәселесі, және статистика белгілі түрлі шешімдер бар.

РТТМ әдістері

RTTM «нақты уақыттағы өтпелі модель» дегенді білдіреді. RTTM LDS масса сақтау, импульстің сақталуы және энергияның сақталуы сияқты негізгі физикалық заңдылықтарды қолдана отырып, құбыр ішіндегі ағынның математикалық модельдерін қолданады. RTTM әдістерін тепе-теңдік әдістерін жетілдіру ретінде қарастыруға болады, өйткені олар импульс пен энергияны сақтау принципін қосымша қолданады. RTTM математикалық алгоритмдердің көмегімен нақты уақыт режимінде құбыр бойындағы әр нүктеде масса ағынын, қысымын, тығыздығы мен температурасын есептеуге мүмкіндік береді. RTTM LDS құбырдағы тұрақты және өтпелі ағынды оңай модельдей алады. RTTM технологиясын қолдана отырып, тұрақты және өтпелі жағдайларда ағып кетуді анықтауға болады. Тиісті түрде жұмыс істейтін аспаптарда ағып кету жылдамдығы функционалды түрде қол жетімді формулалар көмегімен бағалануы мүмкін.

E-RTTM әдістері

Сигнал ағынының кеңейтілген нақты уақыттағы өтпелі моделі (E-RTTM)

E-RTTM статистикалық әдістермен RTTM технологиясын қолдана отырып, «кеңейтілген нақты уақыттағы өтпелі модель» дегенді білдіреді. Осылайша, жоғары сезімталдықпен тұрақты және өтпелі күйде ағып кетуді анықтау мүмкін, ал статистикалық әдістердің көмегімен жалған дабылды болдырмауға болады.

Қалдық әдіс үшін RTTM модулі бағалауды есептейді $\ hat {\ нүкте {M}} _ Мен$ , $\ hat {\ нүкте {M}} _ O$ сәйкесінше кіріс және шығыс MASS FLOW үшін. Мұны өлшеуді қолдана отырып жасауға болады қысым және кіру температурасы ( $p_I$ , $T_I$ ) және шығыс ( $p_O$ , $T_O$ ). Бұл есептелген массалық ағындар өлшенген масса ағындарымен салыстырылады $\ нүкте {M} _I$ , $\ нүкте {M} _O$ , қалдықтарын береді $x = \ нүкте {M} _I - \ hat {\ нүкте {M}} _ I$ және $y = \ нүкте {M} _O - \ hat {\ нүкте {M}} _ O$ . Егер ағып кету болмаса, бұл қалдықтар нөлге жақын болады; әйтпесе қалдықтар өзіне тән қолтаңбаны көрсетеді. Келесі қадамда қалдықтар жасырын қолтаңба талдауы болады. Бұл модуль деректердің ағып кету қолтаңбаларын алу және салыстыру арқылы олардың уақытша мінез-құлқын талдайды («саусақ ізі»). Шығарылған ағып кету қолы саусақ ізіне сәйкес келсе, ағып кету туралы дабыл беріледі.

Сыртқы LDS

Сыртқы негізделген жүйелер жергілікті, арнайы сенсорларды қолданады. Мұндай LDS өте сезімтал және дәл, бірақ жүйенің құны мен орнатудың күрделілігі әдетте өте жоғары; қосымшалар ерекше қауіпті аймақтармен, мысалы өзендер маңында немесе табиғатты қорғау аймақтарымен шектеледі.

Мұнайдың ағуын анықтайтын сандық кабель

Digital Sense кабельдері өткізгіш оқшауланған өрілген орамамен қорғалған жартылай өткізгіш ішкі өткізгіштерден тұрады. Электрлік сигнал ішкі өткізгіштер арқылы қабылданады және кабель қосқышының ішіндегі кіріктірілген микропроцессормен бақыланады. Қашып кететін сұйықтықтар сыртқы өткізгіштік тордан өтіп, ішкі жартылай өткізгіштермен байланысады. Бұл микропроцессор анықтаған кабельдің электрлік қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі. Микропроцессор сұйықтықты өзінің ұзындығы бойынша 1 метрге дейін анықтай алады және бақылау жүйелері мен операторларына тиісті сигнал бере алады. Сезім кабельдерін құбырларға орап, жер бетіне құбырлармен көміп қоюға немесе труба құбыры конфигурациясы ретінде орнатуға болады.

Инфрақызыл радиометриялық құбырларды сынау

Жер қойнауының ағып кету салдарынан ластануын анықтайтын жерасты мұнай құбырының әуе термограммасы

Инфрақызыл термографиялық құбырларды сынау дәл және тиімді, жерасты құбырының ағып кетуін, эрозиядан туындаған бос жерлерді, құбыр оқшаулауының нашарлауын және нашар толтырылған жерді анықтауда және табуда тиімді болды. Құбырдың ағып кетуі су сияқты сұйықтықтың құбырдың қасында түтік пайда болуына жол берген кезде, сұйықтықтың жылу өткізгіштігі құрғақ топырақтан немесе толтырылғаннан ерекшеленеді. Бұл ағып жатқан жердің үстіңгі бетіндегі температураның әртүрлі үлгілерінде көрініс табады. Ажыратымдылығы жоғары инфрақызыл радиометр барлық аумақтарды сканерлеуге және алынған мәліметтерді әр түрлі температура аймақтары бар суреттер түрінде ақ-қара суреттегі әр түрлі реңктермен немесе түрлі-түсті кескіндермен белгілеуге мүмкіндік береді. Бұл жүйе тек беттік энергия үлгілерін өлшейді, бірақ жердің үстіңгі қабатында жерленген құбырдың үстінде өлшенетін сызбалар құбырдың ағып кетуі мен эрозия қуысының пайда болатын жерін көрсетуге көмектеседі; ол жер бетінен 30 метр тереңдіктегі проблемаларды анықтайды.

Акустикалық сәулелену детекторлары

Сұйықтықтың қашып кетуі акустикалық сигнал жасайды, өйткені олар құбырдағы тесіктен өтеді. Құбырдың сыртқы жағына бекітілген акустикалық датчиктер құбырдың ішкі шуынан бүлінбеген күйде акустикалық «саусақ ізін» жасайды. Ағып кету кезінде төмен жиілікті акустикалық сигнал анықталып, талданады. Негізгі «саусақ ізінен» ауытқу дабылды білдіреді. Қазір сенсорлар жиілік диапазонын, уақытты кідірту диапазонын және т.б. таңдауды жақсартты Сүзгісі бар жер гео-телефондары ағып жатқан жерді анықтауға өте пайдалы. Бұл қазба құнын үнемдейді. Топырақтағы су ағымы топырақтың немесе бетонның ішкі қабырғасына түседі. Бұл әлсіз шу шығарады. Бұл шу жер бетіне шыққан кезде ыдырайды. Бірақ максималды дыбысты тек ағып кету жағдайында ғана алуға болады. Күшейткіштер мен сүзгі анық шуды алуға көмектеседі. Құбыр желісіне кіретін газдардың кейбір түрлері құбырдан шыққан кезде бірқатар дыбыстар шығарады.

Бу сезетін түтіктер

Бу сезгіш түтіктің ағып кетуін анықтау әдісі құбырдың бүкіл ұзындығы бойына түтік орнатуды көздейді. Бұл түтік - кабель түрінде - белгілі бір қолдану кезінде анықталатын заттарға өте жақсы өтеді. Егер ағып кетсе, өлшенетін заттар түтікпен бу, газ түрінде немесе суда ериді. Ағып кету жағдайында ағып жатқан заттың бір бөлігі түтікке таралады. Белгілі бір уақыт өткеннен кейін түтіктің ішкі жағынан түтікті қоршаған заттардың дәл бейнесі пайда болады. Датчик түтігінде болатын концентрацияның таралуын талдау үшін сорғы түтіктегі ауа бағанын тұрақты жылдамдықпен анықтау қондырғысынан өткізіп жібереді. Сенсор түтігінің соңындағы детектор блогы газ датчиктерімен жабдықталған. Газ концентрациясының жоғарылауы айқын «ағып кету шыңына» әкеледі.

Талшықты-оптикалық ағуды анықтау

Кем дегенде екі талшықты-оптикалық ағуды анықтау әдісі коммерциаландырылуда: Температураны сезіну (DTS) және үлестірілген акустикалық сенсор (DAS). DTS әдісі бақыланатын құбырдың ұзындығы бойымен талшықты-оптикалық кабельді орнатуды қамтиды. Өлшенетін заттар ағын пайда болған кезде кабельмен байланысады, оның температурасы өзгереді және лазер сәулесінің импульсінің шағылысуы өзгеріп, ағып кетуді білдіреді. Орналасуы лазер импульсі шыққан кезде және шағылысу анықталған кездегі уақыттың кідірісін өлшеу арқылы белгілі. Бұл зат қоршаған орта температурасынан өзгеше температурада болса ғана жұмыс істейді. Сонымен қатар, үлестірілген талшықты-оптикалық температура әдісі құбыр бойымен температураны өлшеу мүмкіндігін ұсынады. Талшықтың бүкіл ұзындығын сканерлеп, талшықтың бойымен температура профилі анықталады, бұл ағып кетуді анықтайды.

DAS әдісі бақыланатын құбырдың ұзындығы бойымен талшықты-оптикалық кабельді орнатуды қамтиды. Құбырдан ағып кететін заттың әсерінен пайда болатын діріл ағып кетуді білдіретін лазер сәулесінің импульсін өзгертеді. Орналасуы лазер импульсі шыққан кезде және шағылысу анықталған кездегі уақыттың кідірісін өлшеу арқылы белгілі. Бұл әдісті құбырдың температуралық профилін қамтамасыз ету үшін үлестірілген температураны өлшеу әдісімен біріктіруге болады.