Приборы и методы обнаружения утечек из газопроводов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………  3

1. Основные методы обнаружения утечек из газопроводов ………….  4

2. Параметрическая СОУ «leakspy» (ОАО «Энергоавтоматика») …… 7

3. СОУ «Appius LD» (инжиниринговая компания «Комбит») ………..11

4. «Инфразвуковая Система Мониторинга Трубопроводов» (ООО «НПФ «ТОРИ») …………………………………………………………………. 14

Заключение ……………………………………………………………….18

Список использованной литературы ……………………………………19

ВВЕДЕНИЕ

Тема моего реферата – «Приборы и методы обнаружения утечек из газопроводов». Проблема обеспечения промышленной и экологической безопасности газопроводов всегда была актуальной. При нарушении их герметичности происходит значительный по объему выброс продуктов перекачки. Это не только причиняет материальный ущерб предприятиям газопроводного транспорта в связи с потерями продукта перекачки, затратами на ликвидацию аварий, штрафными санкциями, но и приводит к загрязнению окружающей среды, создает предпосылки для возникновения чрезвычайных экологических ситуаций техногенного характера.  

Для обеспечения безопасной эксплуатации газопроводов, защиты от несанкционированных врезок необходима надежная система непрерывного дистанционного контроля технического состояния газопроводов с функциями обнаружения утечек и охраны. Такие системы интенсивно разрабатываются как в России, так и за рубежом.

В настоящее время всё большее распространение получают автоматические системы обнаружения утечек (СОУ) из газопроводов, позволяющие оперативно обнаружить факт утечки и установить место её образования. Это позволяет не только значительно сократить время реакции аварийных служб и, как следствие значительно уменьшить экологический ущерб от разлива перекачиваемых продуктов, но и свести к минимуму время вынужденного простоя газопровода.

В связи с вышесказанным, в данный момент на мировом рынке существует множество компаний, предлагающих свои системы обнаружения утечек. В данном реферате рассмотрены основные продукты в области систем обнаружения утечек российских производителей.

1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ИЗ ГАЗОПРОВОДОВ

В настоящее время на трубопроводах эксплуатируется ряд систем, работа которых основана на различных физических принципах.
   Акустические системы регистрируют в акустическом диапазоне частот волны, сформированные утечками. Параметрические системы основаны на измерении давления и расхода продукта перекачки. Существуют также системы, работающие на других физических принципах, среди которых, в частности, следует отметить системы виброакустического мониторинга на основе волоконно-оптического кабеля, а также системы оперативного дистанционного контроля утечек (ОДК), основанные на измерении проводимости изоляционного покрытия трубопровода.

Акустические и параметрические системы имеют преимущества по сравнению с другими благодаря более высоким техническим характеристикам и экономическим показателям. При сравнении систем существенным показателем является стоимость оборудования, его монтажа и текущего обслуживания в расчете на 1 км протяженности трубопровода. И если характеристики двух систем сравнимы, то предпочтение отдается, безусловно, экономически более привлекательной разработке.

Анализ экономических показателей позволяет условно разделить перечисленные системы на две стоимостные группы (распределенные и протяженные системы), которые отличаются способом монтажа оборудования на трубопроводе:

-         в распределенных системах регистрирующие модули устанавливаются на трубопроводе, как правило, на значительном расстоянии друг от друга и используют доступные каналы связи - радиоканал, спутниковый, телемеханический, оптоволоконный. К этой группе относятся акустические и параметрические системы;

-         в протяженных системах устанавливаемое оборудование требует прокладки вдоль трубопровода дополнительного канала связи.

Для распределенных систем стоимость оборудования, монтажа и текущего обслуживания в расчете на 1 км примерно в 10 раз ниже по сравнению с протяженными системами.

В то же время анализ технических характеристик указанных систем показывает, что они обеспечивают регистрацию крупных утечек, сопровождающихся падением давления, и имеют предел чувствительности, который составляет около 1 % производительности трубопровода. При этом утечки с низкой интенсивностью (менее 1 %) такие системы не регистрируют. Так, например, при производительности 2000 м3/ч система с чувствительностью 1 % способна обнаружить только утечку с интенсивностью 333,3 л/мин и более.

Чувствительность рассматриваемых систем ограничена "шумом" измеряемых параметров. В последнее время растет производительность магистральных трубопроводов, что приводит к увеличению "шума" и снижению чувствительности систем. Реализация только одной функции контроля технического состояния в акустических и параметрических системах является их существенным недостатком.

Для обеспечения нескольких функций, например таких, как регистрация утечек, охрана трубопровода, сопровождение (контроль местоположения) внутритрубных устройств, необходимо устанавливать 3 разные системы, что приводит к снижению надежности при реализации отдельных функций и росту общих затрат.

Актуальность регистрации утечек с низкой интенсивностью чрезвычайно высока, поскольку такие утечки в ряде случаев приводят к масштабным катастрофам.

К сожалению, в большинстве случаев факт обнаружения утечки при несанкционированном отборе не позволяет предотвратить хищение.

Таким образом, для безопасной эксплуатации трубопроводного транспорта УВ, защиты от несанкционированных врезок необходима надежная система непрерывного дистанционного контроля (мониторинга) технического состояния трубопроводов, которая должна обеспечить:

-         обнаружение утечек с чувствительностью к их интенсивности более 1 % производительности трубопровода;

-         охрану трубопровода (регистрацию механических воздействий).

   Для этого система должна характеризоваться:

-         высоким быстродействием (1-2 мин);

-         предельно малым числом ложных срабатываний;

-         относительно низкой стоимостью оборудования, его монтажа и обслуживания.

Чувствительность системы и ее быстродействие, т.е. способность обнаруживать слабые утечки и механические повреждения в минимально короткое время, являются одними из важнейших требований. Слабые, но длительные по времени утечки могут, как показывает опыт, приводить к значительным экологическим и финансовым последствиям. Кроме того, именно в режиме слабой утечки организован отбор продукта при несанкционированных врезках, так как он практически не поддается контролю применяемыми системами регистрации.

2. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ СОУ «LEAKSPY» (ОАО «ЭНЕРГОАВТОМАТИКА»)

Параметрическая СОУ «LeakSPY» – первая в России система диагностики утечек из магистрального нефтепровода, использующая математическую модель. Впервые данная система была установлена в Тюменском районном диспетчерском пункте ОАО «Сибнефтепровод» в 1995 году. С тех пор аналогичные системы были установлены еще в пятнадцати региональных нефтепроводных компаниях. Они контролируют более 16000 километров магистральных нефтепроводов.

СОУ «LeakSPY» является полностью завершенным программным пакетом, в состав которого входит математическая модель реального времени нефтепровода. В качестве исходной информации для расчета модель реального времени использует данные о давлении, температуре, расходе и т.п. и является реальной динамической моделью, которая позволяет рассчитывать переходные и нестационарные процессы в газопроводе. По сути, система использует модель для постоянной проверки соблюдения основных физических законов течения жидкости в газопроводе.

Помимо функции диагностики утечек модель используется для анализа перекачки, состояния измерительных приборов, эффективного диаметра газопровода, идентификации характеристик насосных агрегатов, расчета графика движения скребка и порций нефти различного качества или отличающихся по свойствам, анализа критических режимов. Диагностика утечек, как правило, является превалирующей функцией системы.

СОУ «LeakSPY» является программным комплексом, работающим на отдельно выделенном персональном компьютере (ПК), находящемся в локальной диспетчерской сети, под управлением операционной системы «Windows». ПК с «LeakSPY» по сети получает информацию из базы данных системы диспетчерского управления (рис.1).

Рис. 1 Структурная схема системы мониторинга газопровода с применением СОУ «LeakSPY»

При этом система не требует установки дополнительного оборудования. Часть информации (профили трассы, размещение технологического оборудования и т.д.) вводится вручную на этапе конфигурации системы. Остальная информация (значения давления, расхода, состояние исполнительных механизмов и т.д.) поступают регулярно из базы данных системы диспетчерского управления в СОУ «LeakSpy» с заданным интервалом времени. Необходимо, чтобы значения всех необходимых параметров поступали с метками времени, т.е. в момент измерения давления или расхода этим параметрам присваивалась метка времени.

СОУ «LeakSPY» состоит из следующих основных функциональных модулей (рис.2):

– модуль обмена данными, обеспечивающий связь с системой диспетчерского управления посредством локальной сети;

– модуль подготовки данных, осуществляющий обработку полученной информации, контроль её достоверности и целостности, сохранение её во внутренней базе данных;

– модуль контроля достоверности информации, полученной от средств измерения, определения неисправных каналов, либо испорченных измерений;

– модуль алгоритмов диагностики, объединяющий в себе различные алгоритмы, используемые для контроля герметичности, а также определения места возникновения утечки;

Рис. 2 Состав СОУ «LeakSPY»

– модуль динамической математической модели нефтепровода, функционирующей в реальном масштабе времени, расчеты проводятся на основе полученной измерительной информации, и используются алгоритмами диагностики для принятия решения;

– модуль принятия решений, осуществляющий анализ информации о технологическом процессе и принятие окончательного диагноза;

– модуль архивации;

– модуль человеко-машинного интерфейса, отвечающий за связь программы с диспетчером: представление информации в виде графических объектов на экране, генерация звуковых сообщений и приём команд от диспетчера;

– модуль адаптации алгоритмов;

– модуль аварийной сигнализации;

– менеджер программы, управляющий распределением ресурсов компьютера между перечисленными выше модулями.

3. СОУ «APPIUS LD» (ИНЖИНИРИНГОВАЯ КОМПАНИЯ «КОМБИТ»)

Система «Appius LD» собирает, обобщает и анализирует все доступные технологические данные и в результате выдаёт аварийный сигнал о наличии утечки и её координате. Оператор имеет возможность проанализировать технологические данные, предоставляемые СОУ и на их основании принять окончательное решение о факте утечки.

Система совмещает в себе волновой, объёмно-балансовый методы и метод анализа профиля распределения давления.

СОУ «Appius LD» представляет собой технический комплекс, состоящий из следующих уровней (рис.3):

Рис. 3 Структурная схема системы обнаружения утечек «Appius LD»

– нижний уровень (средства измерения);

– средний уровень (локальные станции СОУ, расположенные на КП газопровода);

– верхний уровень (сервер СОУ и АРМ СОУ).

Средства нижнего уровня СОУ, выбранные с учётом требований к характеристикам системы, обеспечивают достоверное измерение технологических параметров.

Локальные измерительные станции собирают технологические данные, измеренные средствами нижнего уровня. С помощью программного обеспечения определяются значения давления, плотности и вязкости жидкости, которые учитываются при расчете расходов. Дополнительно учитывается влияние изменения температуры на жидкость и геометрические размеры трубы, что очень важно для длинных участков газопровода.

Локальная станция СОУ оснащена проводной или спутниковой системой точного времени, которая позволяет с высокой точностью синхронизовать локальные станции.

Из собранных данных формируются информационные пакеты, снабженные метками времени. Эти пакеты по каналам связи передаются серверу СОУ.

Верхний уровень состоит из сервера СОУ и одного или нескольких АРМ СОУ. Обнаружение утечек выполняется ПО сервера СОУ с помощью волнового и объёмно-балансового методов с учетом эпюр давлений и распределения температуры вдоль газопровода на основе информации, получаемой от локальных станций. Также система может взаимодействовать с СДКУ, используя имеющуюся информацию (статусы линейных объектов, показания средств измерения и т.п.) для более детального анализа ситуации, что позволяет значительно повысить надёжность системы и заметно улучшить её точностные характеристики. Сигналы тревоги, значения технологических параметров, состояние отдельных элементов газопровода отображаются на мнемосхемах АРМ СОУ.

В состав системы входит тренажер оператора, базирующийся на гидродинамической модели газопровода, который позволяет проводить обучение персонала в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации газопровода.

Характеристики системы могут варьироваться в широком диапазоне и зависят от состава и точности используемых средств измерения и технологических особенностей конкретного газопровода. При оптимальных условиях система способна обнаруживать утечки величиной до 0,5 % от номинального расхода за 2-3 минуты и локализовать место образования утечки с точностью до 100 м.