Lekke tuvastamine

by Delta ehitus / Reede, 25 märts 2016 / Avaldatud Kõrgepinge

Torujuhe lekke avastamine Seda kasutatakse vedelike ja gaaside sisaldavate süsteemide lekke kindlakstegemiseks ja mõnel juhul ka siis, kui süsteem on lekkinud. Avastamismeetodid hõlmavad hüdrostaatilist testimist pärast torujuhtme püstitamist ja lekke tuvastamist hoolduse ajal.

Torujuhtmevõrgud on kõige ökonoomsem ja ohutum transpordiviis nafta, gaaside ja muude vedelate toodete jaoks. Pikamaavedudena peavad torustikud vastama kõrgetele ohutus-, töökindlus- ja efektiivsusnõuetele. Nõuetekohase hoolduse korral võivad torujuhtmed lekketa töötada määramata aja jooksul. Kõige olulisemad lekked on põhjustatud lähedalasuvate kaevetehnika kahjustustest, seetõttu on kriitiline, et enne kaevamist tuleb helistada ametivõimudele, et veenduda, et läheduses pole maetud torustikke. Kui torujuhet ei hooldata õigesti, võib see hakata aeglaselt korrodeeruma, eriti ehitusvuukides, madalates kohtades, kus niiskus koguneb, või kohtades, kus torus on puudusi. Neid defekte saab kontrollimisvahenditega tuvastada ja enne lekke tekkimist parandada. Muud lekete põhjused hõlmavad õnnetusi, maa liikumist või sabotaaži.

Lekketuvastussüsteemide (LDS) peamine eesmärk on abistada torujuhtmete kontrollereid lekete tuvastamisel ja lokaliseerimisel. LDS varustab alarmi ja kuvab torujuhtmete kontrolleritele muid seotud andmeid otsustamise hõlbustamiseks. Torustiku lekke tuvastamise süsteemid on kasulikud ka seetõttu, et tänu vähendatud seisakuid ja lühendatud kontrolliaega võivad need suurendada tootlikkust ja süsteemi töökindlust. Seetõttu on LDS torustike tehnoloogia oluline aspekt.

Vastavalt API-dokumendile “RP 1130” jaotatakse LDS sisemiseks ja välispidiseks LDS-iks. Sisepõhistes süsteemides kasutatakse torujuhtme sisemiste parameetrite jälgimiseks väliseid mõõteriistu (näiteks voolu-, rõhu või vedeliku temperatuuri andureid). Välispõhistes süsteemides kasutatakse torujuhtme väliste parameetrite jälgimiseks ka väliseid mõõteriistu (näiteks infrapunakiirguse mõõtjaid või termokaameraid, auruandureid, akustilisi mikrofone või kiudoptilisi kaableid).

Reglement

Mõned riigid reguleerivad gaasijuhtmete kasutamist ametlikult.

API RP 1130 “Vedelike arvutuslik torujuhtmete seire” (USA)

See soovitatav tava (RP) keskendub algoritmilist lähenemist kasutavate LDS-ide kavandamisele, rakendamisele, testimisele ja toimimisele. Selle soovitatava tava eesmärk on aidata torujuhtme operaatoril välja selgitada LDS-i valiku, rakendamise, testimise ja toimimisega seotud küsimused. LDS liigitatakse sisepõhiseks ja välispõhiseks. Sisepõhistes süsteemides kasutatakse torujuhtme sisemiste parameetrite jälgimiseks väli seadmeid (nt voolu, rõhu ja vedeliku temperatuuri jaoks); neid torujuhtme parameetreid kasutatakse seejärel lekke järeldamiseks. Välispõhistes süsteemides kasutatakse kohalikke spetsiaalseid andureid.

TRFL (Saksamaa)

TRFL on lühend "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (torujuhtmesüsteemide tehniline reegel). TRFL võtab kokku nõuded torujuhtmetele, mille suhtes kehtivad ametlikud eeskirjad. See hõlmab torujuhtmeid, mis transpordivad tuleohtlikke vedelikke, torujuhtmeid, mis transpordivad veele ohtlikke vedelikke, ja enamikku gaasijuhtmeid. Vaja on viit erinevat tüüpi LDS- või LDS-funktsiooni:

Kaks sõltumatut LDS-i pideva lekke tuvastamiseks püsiseisundi ajal. Üks neist või täiendav süsteem peab olema võimeline tuvastama ka lekkeid mööduva töö ajal, nt torujuhtme käivitamisel
Üks LDS lekke tuvastamiseks sisselülitamise ajal
Üks LDS roomavate lekete jaoks
Üks LDS kiire lekkekoha jaoks

Nõuded

API 1155 (asendatud API RP 1130-ga) määratleb järgmised olulised nõuded LDS-ile:

Tundlikkus: LDS peab tagama, et vedelikukaotus lekke tagajärjel oleks võimalikult väike. See seab süsteemile kaks nõuet: see peab tuvastama väikesed lekked ja tuvastama need kiiresti.
Usaldusväärsus: kasutaja peab saama LDS-i usaldada. See tähendab, et ta peab õigesti teatama kõigist tegelikest häiretest, kuid sama oluline on ka see, et see ei tekita valehäireid.
Täpsus: mõned LDS suudavad arvutada lekkevoolu ja lekkekohta. Seda tuleb teha täpselt.
Vastupidavus: LDS peaks jätkama tööd ka mitte ideaalsetes olukordades. Näiteks muunduri rikke korral peaks süsteem rikke tuvastama ja jätkama töötamist (võib-olla vajalike kompromissidega, näiteks tundlikkuse vähenemine).

Püsiseisund ja mööduvad seisundid

Püsiseisundi tingimustes on vool, rõhud jne torustikus aja jooksul (enam-vähem) konstantsed. Mööduvates tingimustes võivad need muutujad kiiresti muutuda. Muutused levivad nagu lained torujuhtme kaudu vedeliku helikiirusega. Mööduvad tingimused tekivad torustikus näiteks käivitamisel, kui rõhk sisselaske- või väljalaskeaval muutub (isegi kui muutus on väike) ja kui partii muutub või kui torustikus on mitu toodet. Gaasitorud on peaaegu alati mööduvates tingimustes, kuna gaasid on väga hästi kokkusurutavad. Isegi vedelates torujuhtmetes ei saa mööduvat mõju enamasti tähelepanuta jätta. LDS peaks võimaldama mõlemas olukorras lekete tuvastamist, et lekkeid tuvastada kogu torujuhtme tööaja jooksul.

Ettevõttesisene LDS

Sisepõhistes süsteemides kasutatakse torujuhtme sisemiste parameetrite jälgimiseks väli seadmeid (nt voolu, rõhu ja vedeliku temperatuuri jaoks); neid torujuhtme parameetreid kasutatakse seejärel lekke järeldamiseks. Sisemiste LDS-i süsteemikulud ja keerukus on mõõdukad, kuna nad kasutavad olemasolevaid väliinstrumente. Sellist LDS-i kasutatakse standardsete ohutusnõuete täitmiseks.

Rõhu / voolu jälgimine

Lekk muudab torujuhtme hüdraulikat ja seetõttu muudab mõne aja pärast rõhu või voolu näitu. Rõhu või vooluhulga lokaalne jälgimine ainult ühes punktis võib seetõttu hõlpsalt lekke tuvastada. Kuna seda tehakse kohapeal, ei vaja see põhimõtteliselt telemeetriat. See on kasulik ainult püsiseisundis ja selle võime gaasijuhtmetega tegelemiseks on piiratud.

Akustilised rõhulained

Akustilise rõhulainete meetod analüüsib lekke tekkimisel tekkivaid haruldasi lainetusi. Torujuhtme seina purunemisel väljub vedelik või gaas suure kiirusega joana. See tekitab torujuhtmes mõlemas suunas levivad alarõhulained, mida saab tuvastada ja analüüsida. Meetodi tööpõhimõtted põhinevad rõhulainete väga olulisel omadusel läbida torustiku seintest juhitava helikiirusega pikki vahemaid. Rõhu laine amplituud suureneb lekke suurusega. Kompleksne matemaatiline algoritm analüüsib rõhuandurite andmeid ja suudab mõne sekundi jooksul näidata lekke asukohta täpsusega alla 50 m (164 jalga). Eksperimentaalsed andmed on näidanud meetodi võimet tuvastada vähem kui 3 mm (0.1 tolli) läbimõõduga lekkeid ja töötada tööstusharu madalaima valehäire määraga - vähem kui 1 valehäirega aastas.

Kuid meetod ei suuda pärast esialgset sündmust tuvastada käimasolevat leket: pärast torujuhtme seina purunemist (või rebenemist) algsed rõhulained kaovad ja järgnevaid rõhulaineid ei teki. Seega, kui süsteem ei suuda leket tuvastada (näiteks seetõttu, et rõhulaineid maskeerisid mööduvad rõhulained, mis olid põhjustatud tööjuhtumist, näiteks pumpamissurve muutus või klapi ümberlülitamine), siis süsteem ei tuvasta käimasolevat leket.

Tasakaalustusmeetodid

Need meetodid põhinevad massi säilitamise põhimõttel. Püsiseisundis massivool $\ punkt {M} _I$ lekkevabasse torustikku sisenemine tasakaalustab massivoolu $\ punkt {M} _O$ jättes selle; torujuhtmest väljuv massi langus (massi tasakaalustamatus $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) näitab leket. Tasakaalustusmeetodid mõõdavad $\ punkt {M} _I$ ja $\ punkt {M} _O$ voolumõõturite abil ja arvutage lõpuks tasakaalustamatus, mis on hinnang tundmatu tegeliku lekkevooluhulgale. Selle tasakaalustamatuse (tavaliselt jälgitakse mitme perioodi jooksul) võrdlust lekke häire lävega $\ gamma$ tekitab häire, kui see jälgitav tasakaalustamatus tekib. Tõhustatud tasakaalustusmeetodid võtavad lisaks arvesse torujuhtme massinventari muutumiskiirust. Täiustatud joone tasakaalustamise tehnikates kasutatakse nimesid mahu tasakaal, muudetud mahu tasakaal ja kompenseeritud massi tasakaal.

Statistilisi meetodeid

Statistiline LDS kasutab lekke tuvastamiseks statistilisi meetodeid (nt otsusteooria valdkonnast), et analüüsida rõhku / voolu ainult ühes punktis või tasakaalustamatust. See annab võimaluse lekkeotsuse optimeerimiseks, kui mõned statistilised eeldused kehtivad. Levinud lähenemisviis on hüpoteesi testimise protseduur

\ text {hüpotees} H_0: \ text {puudub leke}

\ text {hüpotees} H_1: \ text {Leak}

See on klassikaline tuvastamisprobleem ja statistikast on teada mitmeid lahendusi.

RTTM meetodid

RTTM tähendab „reaalajas siirduvat mudelit“. RTTM LDS kasutab torujuhtme voolu matemaatilisi mudeleid, kasutades põhilisi füüsikalisi seadusi, nagu massi säilitamine, impulsi säilitamine ja energia säilitamine. RTTM-meetodeid võib vaadelda tasakaalustusmeetodite täiustamisena, kuna need kasutavad lisaks hoogu ja energiat. RTTM võimaldab matemaatiliste algoritmide abil arvutada reaalajas torujuhtme igas punktis massivoolu, rõhku, tihedust ja temperatuuri. RTTM LDS suudab hõlpsasti modelleerida torujuhtme stabiilset ja mööduvat voolu. RTTM-tehnoloogia abil saab lekkeid tuvastada püsiseisundi ja mööduvate olude korral. Korralikult töötavate seadmete korral võib lekete määra funktsionaalselt hinnata olemasolevate valemite abil.

E-RTTM meetodid

Signaalivoolu laiendatud reaalajas ajutine mudel (E-RTTM)

E-RTTM tähistab laiendatud reaalajas transientmudelit, kasutades RTTM-tehnoloogiat koos statistiliste meetoditega. Niisiis on lekete tuvastamine kõrge tundlikkusega püsiseisundi ja mööduva seisundi korral võimalik ning statistilisi meetodeid kasutades välditakse valehäireid.

Jääkmeetodi jaoks arvutab RTTM-moodul hinnangud $\ hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ MASS FLOW jaoks vastavalt sisse- ja väljalaskeavas. Seda saab teha, kasutades mõõtmeid surve ja temperatuur sisselaskeavas ( $p_I$ , $t_i$ ) ja väljalaskeava ( $p_O$ , $T_O$ ). Neid hinnangulisi massivooge võrreldakse mõõdetud massivoogudega $\ punkt {M} _I$ , $\ punkt {M} _O$ , saades jäägid $x = \ punkt {M} _I - \ müts {\ punkt {M}} _ I$ ja $y = \ punkt {M} _O - \ müts {\ punkt {M}} _ O$ . Kui leket pole, on need jäägid nulli lähedased; vastasel juhul näitavad jäägid iseloomulikku allkirja. Järgmises etapis analüüsitakse jääkide lekke allkirjastamise analüüsi. See moodul analüüsib nende ajalist käitumist, eraldades ja võrreldes lekkesignatuuri lekkesignatuuridega andmebaasis (sõrmejälg). Lekkehäire kuulutatakse välja juhul, kui eraldatud lekke allkiri vastab sõrmejäljele.

Väliselt asuv LDS

Välispõhistes süsteemides kasutatakse kohalikke spetsiaalseid andureid. Sellised LDS-id on väga tundlikud ja täpsed, kuid süsteemi maksumus ja paigaldamise keerukus on tavaliselt väga kõrged; Seetõttu piirduvad rakendused spetsiaalsete kõrge riskiga aladega, näiteks jõgede lähedal või looduskaitsealadega.

Digitaalne õlilekke tuvastamise kaabel

Digitaalse kaabli kaablid koosnevad poolläbilaskva sisejuhtme punutisest, mida kaitsevad läbilaskev isoleeriv vormitud punutis. Elektriline signaal edastatakse sisemistest juhtidest ja seda jälgib kaabli pistikus sees olev sisseehitatud mikroprotsessor. Väljapääsvad vedelikud läbivad välise läbilaskva punutise ja kontakteeruvad sisemiste poolläbilaskvate juhtmetega. See põhjustab mikroprotsessori tuvastatud kaabli elektriliste omaduste muutumise. Mikroprotsessor suudab vedeliku leida kogu pikkuses kuni 1-meetrise eraldusvõimega ja anda järelevalvesüsteemidele või operaatoritele asjakohase signaali. Sensskaablid saab mähkida torujuhtmete ümber, matta torustikega aluspinnale või paigaldada torus-torus konfiguratsioonina.

Infrapuna radiomeetrilise torujuhtme testimine

Maetud krossi naftatorustiku õhust termogramm, mis paljastab lekke põhjustatud pinnase saastumise

Infrapuna-termograafiliste torujuhtmete testimine on näidanud end nii täpse kui ka efektiivse allpool torujuhtme lekete, erosioonist põhjustatud tühimike, torujuhtme halvenenud isolatsiooni ja halva tagasitäite tuvastamisel ja leidmisel. Kui torujuhtme leke on võimaldanud vedelikul, näiteks veel, torujuhtme lähedusse tekkida, on vedeliku soojusjuhtivus erinev kuivast pinnasest või tagasitäitest. See kajastub lekkekoha kohal erinevates pinnatemperatuuri mustrites. Kõrge eraldusvõimega infrapunaradiomeeter võimaldab skannida terveid alasid ja kuvada saadud andmeid piltidena, kus erineva temperatuuriga alad on tähistatud mustvalgel pildil erinevate hallide toonide või värvilistel piltidel erinevate värvidega. See süsteem mõõdab ainult pinnaenergia mustreid, kuid maetud torujuhtme kohal maapinnal mõõdetud mustrid võivad aidata näidata, kus torujuhtme lekib ja sellest tulenevad erosioonitühikud moodustuvad; see tuvastab probleeme kuni 30 meetrit maapinnast allpool.

Akustilise heite detektorid

Vedelikust väljuvad vedelikud tekitavad helisignaali, kui need läbivad torus oleva augu. Torujuhtme välisküljele kinnitatud akustilised andurid loovad torujuhtme sisemisest mürast kahjustamata olekus joone akustiliselt akustiliselt „sõrmejälje”. Lekke korral tuvastatakse ja analüüsitakse saadud madala sagedusega helisignaali. Kõrvalekalded algtaseme sõrmejäljest annavad märku häirest. Nüüd on andurid paremini kohandatud sagedusriba valiku, ajaviitevahemiku valikuga jne. See muudab graafikud selgemaks ja hõlpsamini analüüsitavaks. Lekke tuvastamiseks on ka teisi viise. Filtripaigutusega maapealsed geotelefonid on lekkekoha täpsustamiseks väga kasulikud. See säästab kaevetööde kulusid. Pinnas olev veejoa lööb pinnase või betooni siseseina. See tekitab nõrka müra. Pinnale kerkides see müra kahaneb. Kuid maksimaalse heli saab kätte ainult lekkeasendi korral. Võimendid ja filter aitavad selge müra saada. Teatud tüüpi torustikku sisenevad gaasid tekitavad torust väljudes mitmesuguseid helisid.

Aurutundlikud torud

Aurutundliku toru lekke tuvastamise meetod hõlmab toru paigaldamist kogu torujuhtme ulatuses. See toru - kaabli kujul - läbib aineid, mida konkreetses rakenduses tuleb tuvastada. Lekke korral puutuvad mõõdetavad ained kokku toruga auru, gaasi või vees lahustunud kujul. Lekke korral hajub osa lekkivast ainest torusse. Teatud aja möödudes annab toru sisekülg toru ümbritsevatest ainetest täpse pildi. Anduritorus sisalduva kontsentratsioonijaotuse analüüsimiseks lükkab pump torus oleva õhusamba ühtlase kiirusega mööda tuvastusseadet. Anduritoru otsas olev detektor on varustatud gaasianduritega. Iga gaasikontsentratsiooni suurenemise tulemuseks on väljendunud „lekke tipp“.

Kiudoptilise lekke tuvastamine

Turul on vähemalt kaks kiudoptilist lekke tuvastamise meetodit: hajutatud temperatuuri andur (DTS) ja hajutatud akustiline andur (DAS). DTS-meetod hõlmab kiudoptilise kaabli paigaldamist kogu jälgitava torujuhtme pikkusele. Mõõdetavad ained puutuvad lekke korral kaabliga kokku, muutes kaabli temperatuuri ja muutes laserkiire impulsi peegeldust, andes lekkele märku. Asukoha teadasaamiseks mõõdetakse ajaline viivitus laserimpulsi väljastamise ja peegelduse tuvastamise vahel. See toimib ainult siis, kui aine temperatuur on ümbritsevast keskkonnast erinev. Lisaks pakub hajutatud kiudoptiline temperatuuritundlik tehnika võimalust mõõta temperatuuri torujuhtme kohal. Kiu kogu pikkuse skaneerimisel määratakse temperatuuriprofiil piki kiudu, mis viib lekke tuvastamiseni.

DAS-meetod hõlmab sarnast kiudoptilise kaabli paigaldamist kogu jälgitava torujuhtme pikkusele. Torujuhtmest lekke kaudu väljuva aine põhjustatud vibratsioon muudab laserkiire impulsi peegeldumist, andes märku lekkest. Asukoha teadasaamiseks mõõdetakse ajaline viivitus laserimpulsi väljastamise ja peegelduse tuvastamise vahel. Seda meetodit saab torujuhtme temperatuuriprofiili saamiseks kombineerida ka hajutatud temperatuuri mõõtmise meetodiga.