Pengesanan kebocoran

by Kejuruteraan Delta / Jumaat, Mac 25 2016 / Disiarkan dalam Voltan tinggi

Paip pengesanan kebocoran digunakan untuk menentukan apakah dan dalam beberapa kes di mana kebocoran telah terjadi pada sistem yang mengandungi cecair dan gas. Kaedah pengesanan termasuk pengujian hidrostatik setelah pendirian saluran paip dan pengesanan kebocoran semasa servis.

Rangkaian saluran paip adalah kaedah pengangkutan paling ekonomi dan paling selamat untuk minyak, gas dan produk cecair lain. Sebagai alat pengangkutan jarak jauh, saluran paip harus memenuhi tuntutan keselamatan, kebolehpercayaan dan kecekapan yang tinggi. Sekiranya dijaga dengan betul, saluran paip dapat bertahan selama-lamanya tanpa kebocoran. Kebocoran paling ketara yang berlaku disebabkan oleh kerosakan dari alat penggalian yang berdekatan, oleh itu sangat penting untuk menghubungi pihak berkuasa sebelum penggalian untuk memastikan bahawa tidak ada saluran paip yang terkubur di sekitarnya. Sekiranya saluran paip tidak dijaga dengan betul, ia dapat mula berkarat dengan perlahan, terutama pada sendi pembinaan, titik rendah di mana kelembapan terkumpul, atau lokasi dengan ketidaksempurnaan di dalam paip. Walau bagaimanapun, kecacatan ini dapat dikenal pasti dengan alat pemeriksaan dan diperbetulkan sebelum mengalami kebocoran. Sebab lain untuk kebocoran termasuk kemalangan, pergerakan bumi, atau sabotaj.

Tujuan utama sistem pengesanan kebocoran (LDS) adalah untuk membantu pengawal saluran paip dalam mengesan dan melokalisasikan kebocoran. LDS memberikan penggera dan menampilkan data lain yang berkaitan dengan pengendali saluran paip untuk membantu dalam pengambilan keputusan. Sistem pengesanan kebocoran saluran paip juga bermanfaat kerana dapat meningkatkan produktiviti dan kebolehpercayaan sistem berkat pengurangan waktu henti dan pengurangan masa pemeriksaan. Oleh itu, LDS merupakan aspek penting dalam teknologi saluran paip.

Menurut dokumen API "RP 1130", LDS dibahagikan kepada LDS berdasarkan dalaman dan LDS berdasarkan luaran. Sistem berdasarkan dalaman menggunakan instrumen lapangan (misalnya aliran, tekanan atau sensor suhu bendalir) untuk memantau parameter saluran paip dalaman. Sistem berdasarkan luaran juga menggunakan instrumentasi lapangan (misalnya radiometrik inframerah atau kamera termal, sensor wap, mikrofon akustik atau kabel serat optik) untuk memantau parameter saluran paip luaran.

Syarat dan Peraturan

Beberapa negara secara rasmi mengatur operasi saluran paip.

API RP 1130 "Pemantauan Paip Komputasi untuk Cecair" (AS)

Amalan yang disarankan (RP) ini memberi tumpuan kepada reka bentuk, pelaksanaan, pengujian dan operasi LDS yang menggunakan pendekatan algoritma. Tujuan praktik yang disarankan ini adalah untuk membantu Operator Pipa dalam mengenal pasti isu-isu yang berkaitan dengan pemilihan, pelaksanaan, pengujian, dan operasi LDS. LDS dikelaskan kepada berdasarkan dalaman dan luaran. Sistem berasaskan dalaman menggunakan instrumen lapangan (misalnya untuk aliran, tekanan dan suhu bendalir) untuk memantau parameter saluran paip dalaman; parameter saluran paip ini kemudiannya digunakan untuk menyimpulkan kebocoran. Sistem berasaskan luaran menggunakan sensor khas tempatan.

TRFL (Jerman)

TRFL adalah singkatan dari "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (Peraturan Teknikal untuk Sistem Paip). TRFL merangkum syarat untuk saluran paip yang menjadi subjek peraturan rasmi. Ini meliputi saluran paip yang mengangkut cecair yang mudah terbakar, saluran paip yang mengangkut cecair yang berbahaya bagi air, dan kebanyakan saluran paip mengangkut gas. Lima jenis fungsi LDS atau LDS diperlukan:

Dua LDS bebas untuk pengesanan kebocoran berterusan semasa operasi keadaan tetap. Salah satu sistem ini atau sistem tambahan juga mesti dapat mengesan kebocoran semasa operasi sementara, contohnya semasa permulaan saluran paip
Satu LDS untuk pengesanan kebocoran semasa operasi tutup
Satu LDS untuk kebocoran yang merayap
Satu LDS untuk lokasi kebocoran pantas

Keperluan Jawatan

API 1155 (digantikan oleh API RP 1130) menentukan syarat penting berikut untuk LDS:

Sensitiviti: LDS mesti memastikan bahawa kehilangan cecair akibat kebocoran sekecil mungkin. Ini meletakkan dua keperluan pada sistem: ia mesti mengesan kebocoran kecil, dan mesti mengesannya dengan cepat.
Kebolehpercayaan: Pengguna mesti boleh mempercayai LDS. Ini bermaksud bahawa mesti melaporkan penggera sebenar dengan betul, tetapi sama pentingnya ia tidak menghasilkan penggera palsu.
Ketepatan: Beberapa LDS dapat mengira aliran kebocoran dan lokasi kebocoran. Ini mesti dilakukan dengan tepat.
Kekukuhan: LDS harus terus beroperasi dalam keadaan tidak ideal. Sebagai contoh, sekiranya berlaku kegagalan transduser, sistem harus mengesan kegagalan dan terus beroperasi (mungkin dengan kompromi yang diperlukan seperti sensitiviti yang dikurangkan).

Keadaan stabil dan sementara

Semasa keadaan keadaan stabil, aliran, tekanan, dan lain-lain di saluran paip (lebih kurang) berterusan sepanjang masa. Semasa keadaan sementara, pemboleh ubah ini dapat berubah dengan cepat. Perubahan menyebar seperti gelombang melalui saluran paip dengan kelajuan bunyi bendalir. Keadaan sementara berlaku di saluran paip misalnya pada saat start-up, jika tekanan di saluran masuk atau saluran keluar berubah (bahkan jika perubahannya kecil), dan ketika batch berubah, atau ketika banyak produk dalam proses. Saluran paip gas hampir selalu dalam keadaan sementara, kerana gas sangat mampat. Walaupun dalam saluran paip cair, kesan sementara tidak dapat diabaikan sepanjang masa. LDS harus memungkinkan untuk mengesan kebocoran untuk kedua-dua keadaan untuk memberikan pengesanan kebocoran sepanjang masa operasi saluran paip.

LDS berasaskan dalaman

Sistem berasaskan dalaman menggunakan instrumen lapangan (misalnya untuk aliran, tekanan dan suhu bendalir) untuk memantau parameter saluran paip dalaman; parameter saluran paip ini kemudiannya digunakan untuk menyimpulkan kebocoran. Kos sistem dan kerumitan LDS berdasarkan dalaman adalah sederhana kerana menggunakan instrumen lapangan yang ada. LDS jenis ini digunakan untuk keperluan keselamatan standard.

Pemantauan tekanan / aliran

Kebocoran mengubah hidraulik saluran paip, dan oleh itu mengubah bacaan tekanan atau aliran selepas beberapa waktu. Pemantauan tekanan atau aliran tempatan hanya pada satu titik dapat memberikan pengesanan kebocoran yang mudah. Oleh kerana ia dilakukan secara tempatan, ia tidak memerlukan secara telemetri. Ia hanya berguna dalam keadaan stabil, namun kemampuannya menangani saluran paip gas adalah terhad.

Gelombang Tekanan Akustik

Kaedah gelombang tekanan akustik menganalisis gelombang pecahan yang dihasilkan apabila berlaku kebocoran. Apabila kerosakan dinding saluran paip berlaku, cecair atau gas keluar dalam bentuk jet halaju tinggi. Ini menghasilkan gelombang tekanan negatif yang merambat ke dua arah dalam saluran paip dan dapat dikesan dan dianalisis. Prinsip operasi kaedah ini didasarkan pada ciri gelombang tekanan yang sangat penting untuk menempuh jarak jauh dengan kelajuan suara yang dipandu oleh dinding saluran paip. Amplitud gelombang tekanan meningkat dengan ukuran kebocoran. Algoritma matematik yang kompleks menganalisis data dari sensor tekanan dan mampu dalam hitungan detik untuk menunjukkan lokasi kebocoran dengan ketepatan kurang dari 50 m (164 kaki). Data eksperimen telah menunjukkan kemampuan kaedah untuk mengesan kebocoran dengan diameter kurang dari 3mm (0.1 inci) dan beroperasi dengan kadar penggera palsu terendah di industri - kurang dari 1 penggera palsu setiap tahun.

Walau bagaimanapun, kaedah ini tidak dapat mengesan kebocoran yang berterusan setelah kejadian awal: setelah kerosakan dinding saluran paip (atau pecah), gelombang tekanan awal mereda dan tidak ada gelombang tekanan berikutnya yang dihasilkan. Oleh itu, jika sistem gagal mendeteksi kebocoran (misalnya, karena gelombang tekanan ditutupi oleh gelombang tekanan sementara yang disebabkan oleh peristiwa operasi seperti perubahan tekanan pompa atau peralihan injap), sistem tidak akan mengesan kebocoran yang sedang berlangsung.

Kaedah mengimbangkan

Kaedah ini berdasarkan prinsip pemuliharaan jisim. Dalam keadaan stabil, jisim mengalir $\ titik {M} _I$ memasuki saluran paip bebas kebocoran akan mengimbangkan aliran jisim $\ titik {M} _O$ meninggalkannya; sebarang penurunan jisim yang meninggalkan saluran paip (ketidakseimbangan jisim $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) menunjukkan kebocoran. Kaedah pengimbangan mengukur $\ titik {M} _I$ and $\ titik {M} _O$ menggunakan flowmeters dan akhirnya mengira ketidakseimbangan yang merupakan anggaran aliran kebocoran yang tidak diketahui dan benar. Membandingkan ketidakseimbangan ini (biasanya dipantau selama beberapa tempoh) terhadap ambang penggera kebocoran $\ gamma$ menghasilkan penggera jika ini tidak seimbang. Kaedah pengimbangan yang dipertingkatkan juga mengambil kira kadar perubahan inventori massa saluran paip. Nama yang digunakan untuk teknik pengimbangan garis yang dipertingkatkan adalah keseimbangan isipadu, keseimbangan isipadu yang diubah, dan keseimbangan jisim yang dikompensasi.

Kaedah statistik

LDS statistik menggunakan kaedah statistik (contohnya dari bidang teori keputusan) untuk menganalisis tekanan / aliran pada satu titik atau ketidakseimbangan untuk mengesan kebocoran. Ini membawa kepada peluang untuk mengoptimumkan keputusan kebocoran jika beberapa andaian statistik berlaku. Pendekatan yang biasa dilakukan adalah menggunakan prosedur ujian hipotesis

\ text {Hipotesis} H_0: \ teks {Tiada kebocoran}

\ text {Hipotesis} H_1: \ teks {Bocor}

Ini adalah masalah pengesanan klasik, dan terdapat pelbagai penyelesaian yang diketahui dari statistik.

Kaedah RTTM

RTTM bermaksud "Model Sementara Masa Nyata". RTTM LDS menggunakan model matematik aliran dalam saluran paip menggunakan undang-undang fizikal asas seperti pemuliharaan jisim, pemeliharaan momentum, dan pemuliharaan tenaga. Kaedah RTTM dapat dilihat sebagai peningkatan kaedah pengimbangan kerana mereka juga menggunakan prinsip pemeliharaan momentum dan tenaga. RTTM memungkinkan untuk mengira aliran jisim, tekanan, ketumpatan dan suhu pada setiap titik sepanjang saluran paip dalam masa nyata dengan bantuan algoritma matematik. RTTM LDS dapat dengan mudah memodelkan keadaan stabil dan aliran sementara dalam saluran paip. Dengan menggunakan teknologi RTTM, kebocoran dapat dikesan semasa keadaan stabil dan sementara. Dengan instrumen berfungsi dengan betul, kadar kebocoran dapat dianggarkan secara fungsional menggunakan formula yang tersedia.

Kaedah E-RTTM

Aliran Isi Masa Diperpanjang Masa Nyata Model (E-RTTM)

E-RTTM adalah singkatan dari "Extended Real-Time Transient Model", menggunakan teknologi RTTM dengan kaedah statistik. Oleh itu, pengesanan kebocoran adalah mungkin semasa keadaan stabil dan sementara dengan kepekaan tinggi, dan penggera palsu akan dielakkan menggunakan kaedah statistik.

Untuk kaedah sisa, modul RTTM mengira anggaran $\ hat {\ dot {M}} _ Saya$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ untuk MASS FLOW di saluran masuk dan keluar masing-masing. Ini boleh dilakukan dengan menggunakan ukuran untuk tekanan dan suhu di salur masuk ( $p_I$ , $T_I$ dan outlet ( $p_O$ , $T_O$ ). Aliran jisim yang dianggarkan ini dibandingkan dengan aliran jisim yang diukur $\ titik {M} _I$ , $\ titik {M} _O$ , menghasilkan sisa $x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ Saya$ and $y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . Baki ini mendekati sifar jika tidak ada kebocoran; jika tidak, baki menunjukkan tanda khas. Pada langkah seterusnya, sisa-sisa tersebut adalah subyek analisis tandatangan kebocoran. Modul ini menganalisis tingkah laku temporal mereka dengan mengekstrak dan membandingkan tanda tangan kebocoran dengan tanda tangan kebocoran dalam pangkalan data ("cap jari"). Penggera kebocoran dinyatakan jika tanda kebocoran yang diekstrak sesuai dengan cap jari.

LDS berasaskan luaran

Sistem berdasarkan luaran menggunakan sensor khas tempatan. LDS sedemikian sangat sensitif dan tepat, tetapi kos sistem dan kerumitan pemasangan biasanya sangat tinggi; Oleh itu, aplikasi terhad kepada kawasan berisiko tinggi khas, contohnya berhampiran sungai atau kawasan perlindungan alam.

Kabel Pengesanan Kebocoran Minyak Digital

Kabel Digital Sense terdiri daripada jalinan konduktor dalaman separa telap yang dilindungi oleh tocang penebat penebat yang telap. Suatu isyarat elektrik dilalui melalui konduktor dalaman dan dipantau oleh mikropemproses terbina dalam penyambung kabel. Cecair pelepasan melewati jalinan telap luaran dan bersentuhan dengan konduktor separa telap dalaman. Ini menyebabkan perubahan sifat elektrik kabel yang dikesan oleh mikropemproses. Mikroprosesor dapat mengesan bendalir ke dalam resolusi 1 meter sepanjang panjangnya dan memberikan isyarat yang sesuai kepada sistem pemantauan atau pengendali. Kabel akal boleh dililit di sekitar saluran paip, dikuburkan di bawah permukaan dengan saluran paip atau dipasang sebagai konfigurasi paip-dalam-pipa.

Ujian Paip Radiometrik Inframerah

Thermogram udara saluran paip lintas negara terkubur yang mendedahkan pencemaran bawah permukaan yang disebabkan oleh kebocoran

Ujian saluran paip termografi inframerah telah membuktikan dirinya tepat dan cekap dalam mengesan dan mengesan kebocoran saluran bawah permukaan, rongga yang disebabkan oleh hakisan, penebat saluran paip yang merosot, dan pengisian yang buruk. Apabila kebocoran saluran paip telah membenarkan bendalir, seperti air, membentuk bulu di dekat saluran paip, cecair tersebut mempunyai konduktansi termal yang berbeza dari tanah kering atau pengisian semula. Ini akan ditunjukkan dalam corak suhu permukaan yang berbeza di atas lokasi kebocoran. Radiometer inframerah resolusi tinggi membolehkan seluruh kawasan diimbas dan data yang dihasilkan ditampilkan sebagai gambar dengan kawasan dengan suhu berbeza yang ditentukan oleh nada kelabu yang berbeza pada gambar hitam putih atau dengan pelbagai warna pada gambar warna. Sistem ini mengukur corak tenaga permukaan sahaja, tetapi corak yang diukur di permukaan tanah di atas saluran paip yang terkubur dapat membantu menunjukkan di mana kebocoran saluran paip dan lompatan hakisan yang dihasilkan terbentuk; ia mengesan masalah sedalam 30 meter di bawah permukaan tanah.

Pengesan pelepasan akustik

Melarikan cecair menghasilkan isyarat akustik semasa mereka melalui lubang di dalam paip. Sensor akustik yang dilekatkan di bahagian luar saluran paip membuat "cap jari" akustik garis dasar dari bunyi dalaman saluran paip dalam keadaannya yang tidak rosak. Apabila berlaku kebocoran, isyarat akustik frekuensi rendah yang dihasilkan dikesan dan dianalisis. Penyimpangan dari "cap jari" asas menandakan penggera. Kini sensor mempunyai susunan yang lebih baik dengan pemilihan jalur frekuensi, pemilihan julat kelewatan masa dan lain-lain. Ini menjadikan grafik lebih jelas dan senang dianalisis. Terdapat cara lain untuk mengesan kebocoran. Telefon geo tanah dengan susunan penapis sangat berguna untuk menentukan lokasi kebocoran. Ia menjimatkan kos penggalian. Jet air di dalam tanah menyentuh dinding dalaman tanah atau konkrit. Ini akan menimbulkan kebisingan yang lemah. Bunyi ini akan merosot semasa muncul di permukaan. Tetapi suara maksimum dapat diambil hanya pada kedudukan kebocoran. Penguat dan penapis membantu mengeluarkan bunyi yang jelas. Beberapa jenis gas yang dimasukkan ke dalam saluran paip akan menghasilkan pelbagai bunyi semasa meninggalkan paip.

Tiub pengesan wap

Kaedah pengesanan kebocoran tiub pengesan wap melibatkan pemasangan tiub di sepanjang panjang saluran paip. Tiub ini - dalam bentuk kabel - sangat telap terhadap bahan yang dapat dikesan dalam aplikasi tertentu. Sekiranya berlaku kebocoran, bahan yang akan diukur bersentuhan dengan tiub dalam bentuk wap, gas atau larut dalam air. Sekiranya berlaku kebocoran, sebilangan bahan yang bocor meresap ke dalam tiub. Selepas jangka masa tertentu, bahagian dalam tiub menghasilkan gambaran yang tepat mengenai bahan-bahan di sekitar tiub. Untuk menganalisis taburan konsentrasi yang terdapat dalam tabung sensor, sebuah pam mendorong lajur udara di dalam tiub melewati unit pengesanan dengan kecepatan tetap. Unit pengesan di hujung tiub sensor dilengkapi dengan sensor gas. Setiap peningkatan kepekatan gas menghasilkan "puncak kebocoran" yang jelas.

Pengesanan kebocoran gentian optik

Sekurang-kurangnya dua kaedah pengesanan kebocoran gentian optik sedang dikomersialkan: Sensing Suhu Terdistribusi (DTS) dan Sensing Akustik Terdistribusi (DAS). Kaedah DTS melibatkan pemasangan kabel gentian optik sepanjang saluran paip sedang dipantau. Bahan yang akan diukur bersentuhan dengan kabel ketika terjadi kebocoran, mengubah suhu kabel dan mengubah pantulan denyut sinar laser, menandakan kebocoran. Lokasi diketahui dengan mengukur kelewatan waktu antara ketika denyut laser dipancarkan dan ketika pantulan dikesan. Ini hanya berfungsi jika bahan tersebut berada pada suhu yang berbeza dari persekitaran persekitaran. Selain itu, teknik penginderaan suhu serat optik yang diedarkan menawarkan kemungkinan untuk mengukur suhu di sepanjang saluran paip. Mengimbas sepanjang serat, profil suhu di sepanjang serat ditentukan, yang menyebabkan pengesanan kebocoran.

Kaedah DAS melibatkan pemasangan kabel gentian optik yang serupa sepanjang saluran paip sedang dipantau. Getaran yang disebabkan oleh bahan yang meninggalkan saluran paip melalui kebocoran mengubah pantulan denyut sinar laser, menandakan kebocoran. Lokasi diketahui dengan mengukur kelewatan waktu antara ketika denyut laser dipancarkan dan ketika pantulan dikesan. Teknik ini juga dapat digabungkan dengan kaedah Sens Dist Temperature Sensing untuk memberikan profil suhu saluran paip.