Lekkasjedeteksjon - Leak detection

Rørledning lekkasjedeteksjon brukes til å bestemme om og i noen tilfeller hvor en lekkasje har forekommet i systemer som inneholder væsker og gasser. Deteksjonsmetoder inkluderer hydrostatisk testing , infrarød og laserteknologi etter rørledningens ereksjon og lekkasjedeteksjon under service.

Rørledningsnettverk er en transportform for olje, gasser og andre væskeprodukter. Som et middel for langdistanse transport må rørledninger oppfylle høye krav til sikkerhet, pålitelighet og effektivitet. Rørledninger kan vedlikeholdes på ubestemt tid uten lekkasjer. Noen betydelige lekkasjer som oppstår skyldes skader fra graving i nærheten, men de fleste lekkasjer er forårsaket av korrosjon og utstyrsfeil og feil bruk. Hvis en rørledning ikke vedlikeholdes ordentlig, kan den korrodere, spesielt ved konstruksjonsfuger, lave punkter der fukt samler seg, eller steder med feil i røret. Andre årsaker til lekkasjer inkluderer utvendig kraftskade (for eksempel skader på biler og borerigger) og naturkraft (som jordbevegelse, kraftig regn og flom, lyn og temperatur).

Den vanligste lekkasjedeteksjonsmetoden for rørledningsoperatører kalles Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) -systemet. Dette systemet bruker en serie sensorer for å spore data som trykk, strømningshastigheter, temperatur og om ventiler er åpne eller lukkede. Sensorene videresender informasjonen til et kontrollrom hvor operatørene bestemmer legitimiteten til lekkasjealarmene. Noen systemer har lagt til Computational Pipeline Monitoring System (CPM), hvis hovedoppgave er å oppdage lekkasjer. Disse systemene har blitt rapportert av rørledningsoperatører til US Department of Transportation's Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration for å være ineffektive i lekkasjedeteksjon. Selv med disse på plass, rapporteres det at SCADA -systemet bare har oppdaget 19% av lekkasjer, og CPM -systemet oppdager bare 10% av lekkasjer.

Hovedformålet med lekkasjedeteksjonssystemer (LDS) er å hjelpe rørledningskontrollere med å oppdage og lokalisere lekkasjer. LDS gir alarmer og viser andre relaterte data til rørledningskontrollerne for å hjelpe beslutningstaking. Lekkasjedeteksjonssystemer for rørledninger kan også forbedre produktiviteten og påliteligheten av systemet takket være redusert nedetid og inspeksjonstid.

I følge API -dokumentet "RP 1130" er LDS delt inn i internt basert LDS og eksternt basert LDS. Internt baserte systemer bruker feltinstrumentering (for eksempel strømnings-, trykk- eller væsketemperaturfølere) for å overvåke interne rørledningsparametere. Eksternt baserte systemer bruker et annet sett med feltinstrumenter (for eksempel infrarøde radiometere eller termiske kameraer , dampsensorer, akustiske mikrofoner eller fiberoptiske kabler) for å overvåke eksterne rørledningsparametere.

Regler og forskrifter

Noen land regulerer formelt driften av rørledninger.

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 praksisen er å hjelpe rørledningsoperatøren med å identifisere problemer som er relevante for valg, implementering, testing og drift av en LDS.

TRFL (Tyskland)

TRFL er forkortelsen for "Technische Regel für Fernleitungsanlagen" (teknisk regel for rørledningssystemer). TRFL oppsummerer krav 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 rørledningene som transporterer gass. Fem forskjellige typer LDS- eller LDS -funksjoner kreves:

To uavhengige LDS for kontinuerlig lekkasjedeteksjon under stasjonær drift. Ett av disse systemene eller et ekstra system må også kunne oppdage lekkasjer under forbigående drift, f.eks. Under oppstart av rørledningen
Én LDS for lekkasjedeteksjon under drift
En LDS for krypende lekkasjer
Én LDS for rask lekkasjeplassering

Krav

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

Følsomhet: En LDS må sikre 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 riktige alarmer riktig, men det er like viktig at den 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 fungere under ikke-ideelle forhold. For eksempel, i tilfelle en svingerfeil, bør systemet oppdage feilen og fortsette å fungere (muligens med nødvendige kompromisser som redusert følsomhet).

Steady-state og forbigående forhold

Under steady-state forhold er strømmen, trykket, etc. i rørledningen (mer eller mindre) konstant over tid. Under forbigående forhold kan disse variablene endres raskt. Endringene forplanter seg som bølger gjennom rørledningen med lydhastigheten til væsken. Forbigående forhold oppstår i en rørledning, for eksempel ved oppstart, hvis trykket ved innløp eller utløp endres (selv om endringen er liten), og når en batch endres, eller når flere produkter er i rørledningen. Gassrørledninger er nesten alltid i forbigående forhold, fordi gasser er veldig komprimerbare. Selv i flytende rørledninger kan man ikke se bort fra forbigående effekter det meste av tiden. LDS bør tillate deteksjon av lekkasjer for begge forholdene for å gi lekkasjedeteksjon under hele driftstiden for rørledningen.

Internt basert LDS

Oversikt om internt basert LDS.

Internt baserte systemer bruker feltinstrumentering (f.eks. For strømning, trykk og væsketemperatur) for å overvåke interne rørledningsparametere som brukes til å oppdage mulige lekkasjer. Systemkostnadene og kompleksiteten til internt basert LDS er moderate fordi de bruker eksisterende feltinstrumentering. Denne typen LDS brukes for standard sikkerhetskrav.

Trykk/strømningsovervåking

En lekkasje endrer hydraulikken i rørledningen, og endrer derfor trykk- eller strømningsavlesningene etter en tid. Lokal overvåking av trykk eller strømning på bare ett punkt kan derfor gi enkel lekkasjedeteksjon. Som det gjøres lokalt, krever det i prinsippet ingen telemetri . Det er imidlertid bare nyttig i steady-state forhold, og dets evne til å håndtere gassrørledninger er begrenset.

Akustiske trykkbølger

Den akustiske trykkbølgemetoden analyserer rarefaksjonsbølgene som produseres når en lekkasje oppstår. Når det oppstår sammenbrudd i en rørledning, slipper det ut væske eller gass i form av en stråle med høy hastighet. Dette produserer negative trykkbølger som forplanter seg i begge retninger i rørledningen og kan detekteres og analyseres. Metodens driftsprinsipper er basert på den svært viktige egenskapen til trykkbølger for å bevege seg over lange avstander med lydhastigheten som ledes av rørledningens vegger. Amplituden til en trykkbølge øker med lekkasjestørrelsen. En kompleks matematisk algoritme analyserer data fra trykksensorer og kan i løpet av sekunder peke til plasseringen av lekkasjen med en nøyaktighet på mindre enn 50 m (164 fot). 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 første hendelsen: etter nedbrytning av rørledningen (eller brudd) avtar de første trykkbølgene og det genereres ingen påfølgende trykkbølger. Derfor, hvis systemet ikke klarer å oppdage lekkasjen (for eksempel fordi trykkbølgene ble maskert av forbigående trykkbølger forårsaket av en operasjonell hendelse som en endring i pumpetrykk eller ventilbytte), vil systemet ikke oppdage den pågående lekkasjen.

Balanseringsmetoder

Disse metodene baserer seg på prinsippet om bevaring av masse . I jevn tilstand vil massestrømmen som kommer inn i en lekkasjefri rørledning balansere massestrømmen som forlater den; ethvert fall i masse som forlater rørledningen (masseubalanse ) indikerer en lekkasje. Balanseringsmetoder måler og bruker strømningsmåler og beregner til slutt ubalansen som er et estimat av den ukjente, sanne lekkasjestrømmen. Sammenligning av denne ubalansen (vanligvis overvåket over flere perioder) mot en lekkasjealarmterskel genererer en alarm hvis denne overvåkte ubalansen. Forbedrede balanseringsmetoder tar i tillegg hensyn til endringshastigheten for rørets massebeholdning. Navn som brukes for forbedrede linjebalanseringsteknikker er volumbalanse, modifisert volumbalanse og kompensert massebalanse. ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {I}}$ ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {O}}$ ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {I}-{\ dot {M}} _ {O}}$ ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {I}}$ ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {O}}$ ${\ displaystyle \ gamma}$

Statsobservatørbaserte metoder

Disse metodene er basert på statlige observatører som er designet fra flytende matematiske modeller uttrykt i representasjon av tilstand-rom . Disse metodene kan klassifiseres i to typer: uendelig-dimensjonale observatører og endelige-dimensjonale observatører. Den første typen er basert på et par kvasi-lineære hyperboliske partielle differensialligninger: et momentum og en kontinuitetslikning som representerer væskedynamikken i en rørledning. De endelige dimensjonale observatørene er konstruert ut fra en klumpete versjon av momentum og kontinuitetslikninger. Flere typer observatører har blitt brukt til lekkasjedeteksjon, for eksempel Kalman-filtre , observasjoner med høy forsterkning, observatører i glidemodus og observatører av Luenberger-type.

statistiske metoder

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

{\ displaystyle {\ text {Hypotese}} H_ {0}: {\ text {Ingen lekkasje}}}

{\ displaystyle {\ text {Hypotese}} H_ {1}: {\ text {Lekkasje}}}

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

RTTM -metoder

RTTM betyr "Transient Model i sanntid". RTTM LDS bruker matematiske modeller av strømmen i en rørledning ved å bruke 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 for 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 forbigående flyt i en rørledning. Ved bruk 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 bruk 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 metode, en RTTM modul beregner estimater , for massestrømning ved henholdsvis innløp og utløp,. Dette kan gjøres ved hjelp av målinger for trykk og temperatur ved innløp ( , ) og utløp ( , ). Disse estimerte massestrømmer blir sammenlignet med den målte massestrømmene , og man oppnår residualene og . 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 lekkasjesignaturen med lekkasjesignaturer i en database ("fingeravtrykk"). Lekkasjealarm deklareres hvis den ekstraherte lekkasjesignaturen stemmer overens med fingeravtrykket. ${\ displaystyle {\ hat {\ dot {M}}} _ {I}}$ ${\ displaystyle {\ hat {\ dot {M}}} _ {O}}$ ${\ displaystyle p_ {I}}$ ${\ displaystyle T_ {I}}$ ${\ displaystyle p_ {O}}$ ${\ displaystyle T_ {O}}$ ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {I}}$ ${\ displaystyle {\ dot {M}} _ {O}}$ ${\ displaystyle x = {\ dot {M}} _ {I}-{\ hat {\ dot {M}}} _ {I}}$ ${\ displaystyle y = {\ dot {M}} _ {O}-{\ hat {\ dot {M}}} _ {O}}$

Eksternt basert LDS

Termisk kamerasystem med videoanalyseprogramvare som oppdager en oljelekkasje fra en ventil på 50 fot og 150 fot i kraftig regn.

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

Analytisk termisk lekkasjedetektor for rørledninger over bakken

Videoanalysedrevet termisk avbildning ved bruk av ukjølte mikrobolometer infrarøde sensorer dukker opp som en ny og effektiv metode for å visualisere, oppdage og generere varsler om uplanlagte overflateutslipp av væsker og hydrokarbongassvæsker. Detektering av alarmgenerering tar mindre enn 30 sekunder. Denne teknologien er egnet for rørledninger over bakken, for eksempel pumpestasjoner, raffinerier, lagringssteder, gruver, kjemiske anlegg, vannkryss og vannbehandlingsanlegg. Behovet for nye løsninger på dette området er drevet av det faktum at mer enn halvparten av rørledningslekkasjer forekommer på anlegg.

Termografisk teknologi av høy kvalitet måler og visualiserer emisjon eller infrarød stråling (termisk varme) av objekter til gråtonebilder uten behov for omgivelsesbelysning. Det overvåkede petroleumsproduktet (f.eks. Olje) skiller seg fra bakgrunnsobjekter med denne varmeforskjellen. Tillegg av en analytisk programvarekomponent, vanligvis optimaliserbar for å bedre adressere en bestemt applikasjon eller et miljø, muliggjør automatisk lekkasjeanalyse, validering og rapportering på stedet, og reduserer dermed avhengigheten av menneskelig kraft. En lekkasje som oppstår i et analytisk område (en regel lagt til kameraet) analyseres umiddelbart for dets attributter, inkludert termisk temperatur, størrelse og oppførsel (f.eks. Sprøyting, samling, søl). Når en lekkasje er bestemt for å være gyldig basert på angitte parametere, genereres en alarmmelding med lekkasjevideo og sendes til en overvåkingsstasjon.

Optimal deteksjonsavstand varierer og påvirkes av kameralinsestørrelse, oppløsning, synsfelt, termisk deteksjonsområde og følsomhet, lekkasjestørrelse og andre faktorer. Systemets lag med filtre og immunitet mot miljøelementer, som snø, is, regn, tåke og gjenskinn, bidrar til å redusere falske alarmer. Den video overvåkning Arkitekturen kan integreres på eksisterende lekkasjedeteksjon og reparasjon (LDAR)-systemer, inklusive SCADA-nettverk, så vel som andre overvåkingssystemer.

Digital kabel for deteksjon av oljelekkasje

Digitale sansekabler 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 kabelkontakten. Rømmende væsker passerer gjennom den ytre permeable flettet og kommer i kontakt med de indre halvgjennomtrengelige lederne. Dette forårsaker en endring i de elektriske egenskapene til kabelen som oppdages av mikroprosessoren. Mikroprosessoren kan lokalisere væsken innenfor en 1-meters oppløsning langs dens lengde og gi et passende signal til overvåkingssystemer eller operatører. Sansekablene kan vikles rundt rørledninger, begraves underoverflate med rørledninger eller installeres som en rør-i-rør-konfigurasjon.

Infrarød radiometrisk rørledningstesting

Lufttermogram over nedgravd oljeledning for langrenn som avslører forurensning under overflaten forårsaket av lekkasje.

Infrarød termografisk rørledningstesting har vist seg å være både nøyaktig og effektiv for å oppdage og lokalisere lekkasjer under overflaten, hulrom forårsaket av erosjon, forringet isolasjon av rørledningen og dårlig påfylling. Når en rørledningslekkasje har tillatt en væske , for eksempel vann, å danne en røyk i nærheten av en rørledning, har væsken en varmeledningsevne som er forskjellig fra tørr jord eller påfylling. Dette vil gjenspeiles i forskjellige overflatetemperaturmønstre over lekkasjestedet. Et infrarødt radiometer med høy oppløsning gjør at hele områder kan skannes og de resulterende dataene vises som bilder med områder med forskjellige temperaturer angitt med forskjellige gråtoner på et svart / hvitt bilde eller med forskjellige farger på et fargebilde. Dette systemet måler bare overflatenergimønstre, 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 utslippsdetektorer

Chris Cassidy jobber med en ultralydlekkasjedetektor på den internasjonale romstasjonen.

Rømmende væsker skaper et akustisk signal når de passerer gjennom et hull i røret. Akustiske sensorer festet på utsiden av rørledningen skaper et grunnleggende akustisk "fingeravtrykk" av linjen fra den interne støyen fra rørledningen i ubeskadiget tilstand. Når det oppstår en lekkasje, oppdages og analyseres et resulterende lavfrekvent akustisk signal. Avvik fra grunnlinjen "fingeravtrykk" signaliserer en alarm. Nå har sensorer et bedre arrangement med valg av frekvensbånd, valg av tidsforsinkelsesområde osv. Dette gjør grafene mer tydelige og enkle å analysere. Det er andre måter å oppdage lekkasje. Jordede geotelefoner med filterarrangement er svært nyttige for å finne lekkasjestedet. Det sparer utgravningskostnadene. Vannstrålen i jorda treffer den indre veggen av jord eller betong. Dette vil skape en svak støy. Denne støyen vil forfalle mens den kommer opp på overflaten. Men den maksimale lyden kan bare plukkes opp over lekkasjestillingen. Forsterkere og filter bidrar til å få klar støy. Noen typer gasser som kommer inn i rørledningen vil skape en rekke lyder når du forlater røret.

Dampfølende rør

Metoden for detektering av damplekkasje av rør innebærer installasjon av et rør langs hele rørledningens lengde. Dette røret - i kabelform - er svært gjennomtrengelig for stoffene som skal påvises i den spesifikke applikasjonen. Hvis det oppstår en lekkasje, kommer stoffene som skal måles i kontakt med røret i form av damp, gass eller oppløst i vann. Ved lekkasje diffunderer noe av stoffet som lekker ut i røret. Etter en viss tid produserer innsiden av røret et nøyaktig bilde av stoffene som omgir røret. For å analysere konsentrasjonsfordelingen i sensorrøret, skyver en pumpe luftsøylen 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 fiberoptiske lekkasjedeteksjonsmetoder blir kommersialisert: Distributed Temperature Sensing (DTS) og Distributed Acoustic Sensing (DAS). DTS-metoden innebærer installasjon av en fiberoptisk kabel langs rørledningens lengde. Stoffene som skal måles kommer i kontakt med kabelen når det oppstår en lekkasje, endrer temperaturen på kabelen og endrer refleksjonen av laserstrålepulsen, og signaliserer en lekkasje. Stedet er kjent ved å måle tidsforsinkelsen mellom da laserpulsen ble sendt ut og når refleksjonen oppdages. Dette fungerer bare hvis stoffet har en annen temperatur enn omgivelsesmiljøet. I tillegg gir den distribuerte fiberoptiske temperaturfølende teknikken muligheten til å måle temperaturen langs rørledningen. Ved å skanne hele fiberlengden bestemmes temperaturprofilen langs fiberen, noe som fører til lekkasjedeteksjon.

DAS-metoden innebærer en lignende installasjon av fiberoptisk kabel langs rørledningens lengde som overvåkes. Vibrasjoner forårsaket av et stoff som forlater rørledningen via en lekkasje, endrer refleksjonen av laserstrålepulsen og signaliserer en lekkasje. Stedet er kjent ved å måle tidsforsinkelsen mellom da laserpulsen ble sendt ut og når refleksjonen oppdages. Denne teknikken kan også kombineres med metoden Distributed Temperature Sensing for å gi en temperaturprofil for rørledningen.

Rørledningsflyvninger

Overføringer av rørledningen utføres ofte for enten å bekrefte stedet eller for å oppdage og lokalisere små utslipp som ikke kan identifiseres med andre metoder. Vanligvis blir overflytting av veirett tatt opp med video, noe som kan ha noe bildefiltrering, for eksempel termisk avbildning. Større søl vil vanligvis bli identifisert med en "glans" i våtmark eller et område med død vegetasjon rundt utsettingsstedet.

Flyover er vanligvis planlagt og anbefales ikke som en primær metode for deteksjon av lekkasjer. De kan brukes til raskt å bekrefte tilstedeværelse og plassering av en lekkasje.

Biologisk lekkasjedeteksjon

Biologiske metoder for lekkasjedeteksjon inkluderer bruk av hunder, som er mer sannsynlig å bli brukt når en utgivelse er identifisert, men ikke er lokalisert på grunn av sin lille størrelse; eller av landskapsarkitekter som holder rørledningen rett fram.

Det er flere selskaper som kan tilby hunder som er opplært til å identifisere lukten av slipp. Vanligvis injiserer en tekniker en væske i rørledningen som dufthundene er opplært til å spore. Hundene vil deretter lede førerne mot en rørlekkasje. De er opplært til å indikere den sterkeste konsentrasjonen, derfor kan deres pekefunksjoner vanligvis være innenfor en meter. Det tar vanligvis 24 til 48 timer å mobilisere et team, og det kan ta flere dager å faktisk finne en utgivelse avhengig av områdets fjerne beliggenhet.

Rørledningsrettigheter holdes klare av landskapsarkitekter som også er opplært til å lete etter tegn på rørledningsutgivelser. Dette er vanligvis en planlagt prosess og bør ikke betraktes som en primær form for lekkasjedeteksjon.

Se også

Pipeline før igangkjøring

Languages

In other projects