Lekkasjedeteksjon

by Delta Engineering / Fredag, 25 mars 2016 / Publisert i Høyspenning

Rørledning lekkasjedeteksjon brukes til å bestemme om og i noen tilfeller hvor det har oppstått en lekkasje i systemer som inneholder væsker og gasser. Metoder for påvisning inkluderer hydrostatisk testing etter rørledningens ereksjon og lekkasjedeteksjon under service.

Rørledningsnett er den mest økonomiske og sikreste transportmåten for olje, gasser og andre flytende produkter. Som et middel for langtransport må rørledninger oppfylle høye krav til sikkerhet, pålitelighet og effektivitet. Hvis de vedlikeholdes riktig, kan rørledninger vare på ubestemt tid uten lekkasjer. De viktigste lekkasjene som oppstår er forårsaket av skader fra graveapparatet i nærheten, og det er derfor viktig å ringe myndighetene før utgraving for å sikre at det ikke er noen nedgravde rørledninger i nærheten. Hvis en rørledning ikke er korrekt vedlikeholdt, kan den begynne å korrodere sakte, spesielt ved konstruksjonsfuger, lave punkter der fuktigheten samler seg, eller steder med feil i røret. Imidlertid kan disse feilene identifiseres ved hjelp av inspeksjonsverktøy og korrigeres før de går over til en lekkasje. Andre årsaker til lekkasjer inkluderer ulykker, jordbevegelse eller sabotasje.

Hovedformålet med leksjonsdeteksjonssystemer (LDS) er å hjelpe rørledningsregulatorer med å oppdage og lokalisere lekkasjer. LDS gir alarm og viser andre relaterte data til rørledningskontrollerne for å hjelpe til i beslutningen. Rørledningsdeteksjonssystemer er også fordelaktig fordi de kan forbedre produktiviteten og systemets pålitelighet takket være redusert driftsstans og redusert inspeksjonstid. LDS er derfor et viktig aspekt ved rørledningsteknologi.

I følge API-dokumentet “RP 1130” er LDS delt inn i internt baserte LDS og eksternt baserte LDS. Internt baserte systemer bruker feltinstrumentering (for eksempel strømnings-, trykk- eller fluidtemperatursensorer) for å overvåke interne rørledningsparametere. Eksternt baserte systemer bruker også feltinstrumentering (for eksempel infrarøde radiometere eller termiske kameraer, damp sensorer, akustiske mikrofoner eller fiberoptiske kabler) for å overvåke eksterne rørledningsparametere.

Regler og bestemmelser

Noen land regulerer rørledningsdrift formelt.

API RP 1130 "Computational Pipeline Monitoring for Liquids" (USA)

Denne anbefalte praksis (RP) fokuserer på design, implementering, testing og drift av LDS som bruker en algoritmisk tilnærming. Formålet med denne anbefalte fremgangsmåten er å hjelpe rørledningsoperatøren med å identifisere spørsmål som er relevante for valg, implementering, testing og drift av en LDS. LDS klassifiseres i internt og eksternt basert. Internt baserte systemer bruker feltinstrumentering (f.eks. For strømning, trykk og væsketemperatur) for å overvåke interne rørledningsparametere; disse rørledningsparametrene blir deretter brukt for å utlede en lekkasje. Eksternt baserte systemer bruker lokale, dedikerte sensorer.

TRFL (Tyskland)

TRFL er forkortelse for “Technische Regel für Fernleitungsanlagen” (teknisk regel for rørledningssystemer). TRFL oppsummerer kravene til at rørledninger er underlagt offisielle forskrifter. Den dekker rørledninger som transporterer brennbare væsker, rørledninger som transporterer væsker som er farlige for vann, og de fleste rørledninger som transporterer gass. Fem forskjellige typer LDS- eller LDS-funksjoner kreves:

To uavhengige LDS for kontinuerlig lekkasjedeteksjon under stabil drift. Et av disse systemene eller et ekstra system må også kunne oppdage lekkasjer under kortvarig drift, f.eks. Under oppstart av rørledningen
Én LDS for lekkasjedeteksjon under innstengningsdrift
Én LDS for krypende lekkasjer
Én LDS for hurtig lekkasjeplassering

Krav

API 1155 (erstattet av API RP 1130) definerer følgende viktige krav for en LDS:

Følsomhet: Et LDS må sørge for at væsketapet som følge av en lekkasje er så lite som mulig. Dette stiller to krav til systemet: det må oppdage små lekkasjer, og det må oppdage dem raskt.
Pålitelighet: Brukeren må kunne stole på LDS. Dette betyr at den må rapportere alle virkelige alarmer riktig, men det er like viktig at det ikke genererer falske alarmer.
Nøyaktighet: Noen LDS er i stand til å beregne lekkasjestrøm og lekkasjeplassering. Dette må gjøres nøyaktig.
Robusthet: LDS bør fortsette å operere under ikke-ideelle omstendigheter. I tilfelle svinger i svinger, bør systemet for eksempel oppdage feilen og fortsette å fungere (muligens med nødvendige kompromisser som redusert følsomhet).

Jevn tilstand og forbigående forhold

Under jevn tilstand er strømmen, trykket, etc. i rørledningen (mer eller mindre) konstant over tid. Under kortvarige forhold kan disse variablene endre seg raskt. Endringene forplanter seg som bølger gjennom rørledningen med lydens hastighet. Forbigående forhold forekommer i en rørledning for eksempel ved oppstart, hvis trykket ved innløpet eller utløpet endres (selv om endringen er liten), og når en gruppe endres, eller når flere produkter er i rørledningen. Gassrørledninger er nesten alltid under forbigående forhold, fordi gasser er veldig komprimerbare. Selv i flytende rørledninger kan det ikke sees bort fra forbigående effekter mesteparten av tiden. LDS bør gi mulighet for deteksjon av lekkasjer under begge forhold for å gi lekkasjedeteksjon under hele driftstiden for rørledningen.

Internt basert LDS

Internt baserte systemer bruker feltinstrumentering (f.eks. For strømning, trykk og væsketemperatur) for å overvåke interne rørledningsparametere; disse rørledningsparametrene blir deretter brukt for å utlede en lekkasje. Systemkostnader og kompleksitet av internt basert LDS er moderat fordi de bruker eksisterende feltinstrumentering. Denne typen LDS brukes til standard sikkerhetskrav.

Trykk / flowovervåkning

En lekkasje endrer rørledningens hydraulikk, og endrer derfor trykk- eller strømningsavlesningene etter en tid. Lokal overvåking av trykk eller strømning på bare ett punkt kan derfor gi enkel lekkasjedeteksjon. Ettersom det gjøres lokalt krever det i prinsippet ingen telemetri. Det er imidlertid bare nyttig under jevn tilstand, og dens evne til å håndtere gassrørledninger er begrenset.

Akustiske trykkbølger

Den akustiske trykkbølgemetoden analyserer sjeldne bølger som produseres når en lekkasje oppstår. Når det oppstår en sammenbrudd av rørveggen, slipper væske eller gass ut i form av en høyhastighetsstråle. Dette gir undertrykkbølger som forplanter seg i begge retninger i rørledningen og kan oppdages og analyseres. Metodens driftsprinsipper er basert på den svært viktige egenskapen til trykkbølger for å bevege seg over lange avstander med lydhastigheten styrt av rørveggene. Amplituden til en trykkbølge øker med lekkasjestørrelsen. En kompleks matematisk algoritme analyserer data fra trykksensorer og er i stand til i løpet av sekunder å peke på plasseringen av lekkasjen med nøyaktighet mindre enn 50 m (164 ft). Eksperimentelle data har vist metodens evne til å oppdage lekkasjer mindre enn 3 mm (0.1 tommer) i diameter og operere med den laveste falske alarmhastigheten i bransjen - mindre enn 1 falsk alarm per år.

Imidlertid er metoden ikke i stand til å oppdage en pågående lekkasje etter den innledende hendelsen: etter rørledningens veggsammenbrudd (eller brudd), avtar de første trykkbølgene og ingen etterfølgende trykkbølger genereres. Hvis systemet ikke klarer å oppdage lekkasjen (for eksempel fordi trykkbølgene ble maskert av forbigående trykkbølger forårsaket av en driftshendelse som for eksempel en endring i pumpetrykk eller ventilomkobling), vil systemet ikke oppdage den pågående lekkasjen.

Balansemetoder

Disse metodene baserer seg på prinsippet om bevaring av masse. I jevn tilstand flyter massen $\ Dot {M} _I$ å komme inn i en lekkasjefri rørledning vil balansere massestrømmen $\ Dot {M} _O$ forlater det; ethvert fall i masse som forlater rørledningen (masseubalanse $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) indikerer en lekkasje. Balansemetoder måler $\ Dot {M} _I$ og $\ Dot {M} _O$ ved hjelp av flowmeters og til slutt beregne ubalansen som er et estimat for den ukjente, sanne lekkasjestrømmen. Sammenligning av denne ubalansen (vanligvis overvåket over en rekke perioder) mot en terskel for lekkasjealarmer $\ gamma$ genererer en alarm hvis denne overvåket ubalansen. Forbedrede balanseringsmetoder tar i tillegg hensyn til endringshastigheten for rørlagets massebeholdning. Navn som brukes til forbedrede linjebalanseringsteknikker er volumbalanse, modifisert volumbalanse og kompensert massebalanse.

Statistiske metoder

Statistisk LDS bruker statistiske metoder (f.eks. Fra beslutningsteori) for å analysere trykk / strømning på bare ett punkt eller ubalansen for å oppdage en lekkasje. Dette fører til muligheten til å optimalisere lekkasjeavgjørelsen hvis noen statistiske forutsetninger holder. En vanlig tilnærming er bruken av hypotesetestprosedyren

\ text {Hypotese} H_0: \ text {Ingen lekkasje}

\ text {Hypotese} H_1: \ text {Lekkasje}

Dette er et klassisk deteksjonsproblem, og det er forskjellige løsninger kjent fra statistikk.

RTTM-metoder

RTTM betyr “transientmodell i sanntid”. RTTM LDS bruker matematiske modeller av strømmen i en rørledning ved hjelp av grunnleggende fysiske lover som bevaring av masse, bevaring av momentum og bevaring av energi. RTTM-metoder kan sees på som en forbedring av balanseringsmetoder, ettersom de i tillegg bruker bevaringsprinsippet momentum og energi. En RTTM gjør det mulig å beregne massestrøm, trykk, tetthet og temperatur på hvert punkt langs rørledningen i sanntid ved hjelp av matematiske algoritmer. RTTM LDS kan enkelt modellere steady-state og transient flow i en rørledning. Ved hjelp av RTTM-teknologi kan lekkasjer oppdages under steady-state og forbigående forhold. Med riktig fungerende instrumentering kan lekkasjerater estimeres funksjonelt ved hjelp av tilgjengelige formler.

E-RTTM metoder

Signalstrøm Utvidet sanntids forbigående modell (E-RTTM)

E-RTTM står for “Extended Real-Time Transient Model”, ved hjelp av RTTM-teknologi med statistiske metoder. Så lekkasjedeteksjon er mulig under steady-state og forbigående tilstand med høy følsomhet, og falske alarmer vil unngås ved bruk av statistiske metoder.

For den resterende metoden beregner en RTTM-modul estimater $\ Hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ Hat {\ dot {M}} _ O$ for MASS FLOW ved henholdsvis innløp og utløp. Dette kan gjøres ved hjelp av målinger for press og temperatur ved innløpet ( $p_I$ , $T_I$ ) og utløp ( $p_O$ , $TIL$ ). Disse estimerte massestrømmene sammenlignes med de målte massestrømmene $\ Dot {M} _I$ , $\ Dot {M} _O$ , gir restene $x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ og $y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . Disse restene er nær null hvis det ikke er lekkasje; ellers viser restene en karakteristisk signatur. I et neste trinn blir restene gjenstand for en lekkasjesignaturanalyse. Denne modulen analyserer deres tidsmessige oppførsel ved å trekke ut og sammenligne lekkasignaturen med lekkasjesignaturer i en database (“fingeravtrykk”). Lekkasjealarm erklæres hvis den ekstraherte lekkasjesignaturen samsvarer med fingeravtrykket.

Eksternt basert LDS

Eksternt baserte systemer bruker lokale, dedikerte sensorer. Slike LDS er svært følsomme og nøyaktige, men systemkostnadene og kompleksiteten ved installasjonen er vanligvis veldig høye; bruksområder er derfor begrenset til spesielle høyrisikoområder, f.eks i nærheten av elver eller naturvernområder.

Digital oljelekkasjedeteksjonskabel

Digital Sense-kabler består av en flette av halvgjennomtrengelige indre ledere beskyttet av en gjennomtrengelig, isolerende støpt flette. Et elektrisk signal sendes gjennom de interne lederne og overvåkes av en innebygd mikroprosessor inne i kabelforbindelsen. Rømningsvæsker passerer gjennom den utvendige permeable fletten og tar kontakt med de innvendige halvgjennomtrengelige lederne. Dette fører til en endring i de elektriske egenskapene til kabelen som blir oppdaget av mikroprosessoren. Mikroprosessoren kan lokalisere væsken til en oppløsning på 1 meter langs dens lengde og gi et passende signal til overvåkningssystemer eller operatører. Sansekablene kan pakkes rundt rørledninger, graves ned under overflaten med rørledninger eller installeres som en rør-i-rørkonfigurasjon.

Infrarød radiometrisk rørledningstesting

Lufttermogram av nedgravd oljerørledning i langrenn som avslører forurensning under overflaten forårsaket av en lekkasje

Infrarød termografisk rørledningstesting har vist seg å være både nøyaktig og effektiv til å oppdage og lokalisere lekkasjer i undergrunnen, hulrom forårsaket av erosjon, forringet rørisolasjon og dårlig utfylling. Når en rørlekkasje har tillatt en væske, slik som vann, å danne en fjær nær en rørledning, har væsken en varmeledning som er forskjellig fra tørr jord eller gjenfylling. Dette vil gjenspeiles i forskjellige overflatetemperaturmønstre over lekkasjeplasseringen. Et infrarødt radiometer med høy oppløsning gjør det mulig å skanne hele områdene og de resulterende dataene vises som bilder med områder med forskjellige temperaturer angitt av forskjellige gråtoner på et svart-hvitt-bilde eller av forskjellige farger på et fargebilde. Dette systemet måler bare overflateenergimønstre, men mønstrene som måles på overflaten av bakken over en nedgravd rørledning kan bidra til å vise hvor rørledningslekkasjer og resulterende erosjonshull dannes; den oppdager problemer så dypt som 30 meter under bakken.

Akustiske emisjonsdetektorer

Rømming av væsker skaper et akustisk signal når de passerer gjennom et hull i røret. Akustiske sensorer festet til utsiden av rørledningen skaper et grunnleggende akustisk "fingeravtrykk" av linjen fra rørledningens indre støy i uskadet tilstand. Når det oppstår en lekkasje oppdages og analyseres et resulterende lydfrekvens akustisk signal. Avvik fra “fingeravtrykket” fra baseline signaliserer en alarm. Nå har sensorer bedre ordning med valg av frekvensbånd, valg av tidsforsinkelsesområde osv. Dette gjør grafene mer tydelige og enkle å analysere. Det er andre måter å oppdage lekkasje på. Jordtelefoner med filteroppstilling er veldig nyttige for å kartlegge lekkasjeplasseringen. Det sparer utgravningskostnadene. Vannstrålen i jorda treffer den indre veggen i jord eller betong. Dette vil skape en svak støy. Denne støyen vil forfalle mens den kommer opp på overflaten. Men den maksimale lyden kan plukkes bare over lekkasjeposisjonen. Forsterkere og filter hjelper deg med å få klar støy. Noen typer gasser som kommer inn i rørledningen vil skape et område med lyder når du forlater røret.

Dampfølende rør

Dampdetekteringsmetoden for lekkasjedeteksjon involverer installasjon av et rør langs hele rørledningen. Dette røret - i kabelform - er sterkt gjennomtrengelig for stoffene som skal oppdages i den spesielle applikasjonen. Hvis det oppstår en lekkasje, kommer stoffene som skal måles i kontakt med røret i form av damp, gass eller oppløst i vann. I tilfelle lekkasje diffunderer noe av det lekkende stoffet inn i røret. Etter en viss periode produserer innsiden av røret et nøyaktig bilde av stoffene som omgir røret. For å analysere konsentrasjonsfordelingen i sensorrøret, skyver en pumpe luftkolonnen i røret forbi en deteksjonsenhet med konstant hastighet. Detektorenheten på enden av sensorrøret er utstyrt med gassensorer. Hver økning i gasskonsentrasjon resulterer i en uttalt “lekkasjetopp”.

Fiberoptisk lekkasjedeteksjon

Minst to markedsføringsmetoder for fiberoptisk lekkasje blir kommersialisert: Distribuert temperaturfølelse (DTS) og Distribuert akustisk sensing (DAS). DTS-metoden innebærer installasjon av en fiberoptisk kabel langs rørledningen som overvåkes. Stoffene som skal måles kommer i kontakt med kabelen når det oppstår en lekkasje, endrer temperaturen på kabelen og endrer refleksjonen av laserstrålepulsen, signaliserer en lekkasje. Plasseringen er kjent ved å måle tidsforsinkelsen mellom da laserpulsen ble sendt ut og når refleksjonen blir oppdaget. Dette fungerer bare hvis stoffet har en annen temperatur enn omgivelsene. I tillegg tilbyr den distribuerte fiberoptiske temperatursenseteknikken muligheten til å måle temperatur langs rørledningen. Når du skanner fiberens lengde, bestemmes temperaturprofilen langs fiberen, noe som fører til lekkasjedeteksjon.

DAS-metoden innebærer en lignende installasjon av fiberoptisk kabel langs rørledningen som overvåkes. Vibrasjoner forårsaket av at et stoff forlater rørledningen via en lekkasje endrer refleksjonen av laserstrålepulsen og signaliserer en lekkasje. Plasseringen er kjent ved å måle tidsforsinkelsen mellom da laserpulsen ble sendt ut og når refleksjonen blir oppdaget. Denne teknikken kan også kombineres med distribuert temperaturfølermetode for å gi en temperaturprofil på rørledningen.