Научно-обоснованные предложения по разработке и методам внедрения инновационных технологий утилизации выбросов, содержащих метан (стр. 12 )

Сначала проводятся обследования по выявлению мест утечек. Измеряется массовый объем эмиссии из узлов, через которые происходит утечка газа, оценивается стоимость ремонта и рассчитывается период окупаемости ремонта по каждой утечке. Данные по утечкам и стоимости ремонта, полученные в результате основных проверок, в последующие годы используются для проведения последующих осмотров, позволяя операторам сконцентрировать внимание на узлах, подверженных утечкам, устранение которых рентабельно.

На объектах нефтегазового сектора России и за рубежом применяются различные технологии обнаружения утечек [39-41]:

-  использование мыльных растворов является оперативным, простым и недорогим методом определения мест утечек, при котором мыльный раствор наносится на мелкие, доступные узлы типа резьбовых соединений;

-  электронная индикация проводится с использованием небольших переносных детекторов или газоанализаторов, оснащенных термокаталитическими датчиками для обнаружения мест утечек (в среднем 50 обследований за час);

-  применение анализаторов (пламенно-ионизационных и фотоионизационных детекторов) для определения и измерения концентрации органических паров в диапазоне 9-10 000 ppm. Утечки обнаруживают путем направления впускного отверстия зонда на отверстие, откуда возможно появление утечки;

-  акустическое обнаружение утечек путем измерения звукового сигнала, возникающего при выходе из отверстия газа, находящегося под высоким давлением. Акустические детекторы не позволяют измерять объем утечек, но с их помощью можно определить относительные размеры мест утечек, так как высокоинтенсивный или «громкий» звук указывает на более высокий уровень утечки. Высокочастотное акустическое обнаружение наиболее целесообразно применять в условиях постороннего шума и возможности размещения датчика непосредственно на месте утечки. Акустические датчики особенно удобны для обнаружения утечек, связанных с клапанами, типа выпускных, предохранительных устройств сброса давления, соединенных с вентиляционными отводами для газов. Другим вариантом является применение ультразвукового метода обнаружения утечек, основанного на регистрации распространяющихся в воздушной среде ультразвуковых сигналов в диапазоне 20 кГц - 100 кГц. Ультразвуковые детекторы оснащены портативным акустическим зондом или сканером, который позволяет находить источник утечки на расстоянии до 30,5 м. Основные капитальные затраты связаны с приобретением ультразвукового детектора стоимостью около 16 тыс. руб. Эксплуатационные затраты состоят из расходов на оплату труда (обход трубопровода). Технология более эффективна при большом количестве устройств.

Основные технологии измерения утечек:

-  отбор в газосборные емкости используется для измерения удельной массовой эмиссии из мест утечек. Место утечки или весь узел накрывают «мешком» или тентом. Инертный газ, например, азот, подается в емкость с известным расходом. После наполнения мешка из него отбирается проба газовой смеси и измеряется концентрация метана. Удельная массовая эмиссия рассчитывается на основе измеренной концентрации метана в газосборном мешке и скорости подачи в него инертного газа. Погрешность от ± 10% до 15%. Метод применим для измерения больших утечек, но неприемлем для измерений на очень крупных узлах оборудования, имеющих сложную форму и расположенных в недоступных местах;

-  пробоотборники больших объемов полностью улавливают утечки из узлов с нарушенной герметичностью и позволяют точно определять их скорость. Измеряемый газ и большой объем воздуха в месте утечки на узле с нарушенной герметичностью нагнетаются в прибор через вакуумный шланг. Пробоотборники больших объемов оснащены двумя детекторами углеводородов для измерения концентрации углеводородных газов в отобранной пробе и в воздухе. Объем эмиссии метана определяется путем калибровки детекторов углеводородов с учетом диапазона концентраций метана в воздухе. Пробоотборники больших объемов позволяют измерять утечки со скоростью до 0,22 м3/мин, что соответствует 325 м3/сут. Утечки со скоростью выше 0,22 м3/мин следует измерять методом отбора в газосборные емкости или расходомером;

-  ротаметры и другие расходомеры применяются для измерений исключительно больших утечек, которые нельзя выполнить с помощью других приборов. На расходомеры газ от источника утечки обычно поступает через калибровочную трубку. Поток приподнимает в трубке «поплавок» на высоту, пропорциональную скорости утечки. Ввиду громоздкости ротаметров их целесообразно использовать на патрубках сброса и узлах, на которых весь поток может быть полностью направлен через счетчик;

-  инфракрасная камера может работать как в ручном режиме, так может быть установлена на вертолете. Система определяет невидимые выбросы, может определить источник выбросов и их шлейф и показывает в каком направлении движется газ. Эта технология использует видео или фотографии для мониторинга утечек и обеспечивает фактические изображения шлейфа газа. Она может определять природный газ, метан, пентан, пропан, пропилен, бутан, этилен.

Инфракрасная видеокамера позволяет качественно определить выбросы на удаленных и недоступных объектах (рисунок 4.4). Точное изображение утечки можно увидеть на видео. Система работает на расстоянии до 45 метров. Видеокамера определяет утечки, но не оценивает размер утечки. Время обследования минимально, что ведет к уменьшению затрат на обслуживание, возможность обследования до 3000 компонентов в час. Период окупаемости – примерно 1 год, технология обеспечивает экономию природного газа и увеличение дохода, потенциал для снижения затрат и повышение эффективности осмотров оборудования путем оценки технологий и методологий по снижению выбросов метана, удаленное определение утечек и обследования труднодоступного оборудования.

Рисунок 4.4 – Система определения утечек инфракрасной камерой [40]

Использование перспективных распределенных волоконно-оптических систем для решения задач охраны и мониторинга целостности трубопроводов позволяет добиться пространственного разрешения, недостижимого ни для одной другой технологии. Эта технология используется для контроля утечек на нефте- и газопроводах [42].

Распределенные волоконно-оптические системы обеспечивают:

-  непрерывный контроль трубопровода при отсутствии мертвых зон в покрытии системы; возможность детектирования и локализации трещин; постоянный непрерывный контроль вне зависимости от погоды и климатических условий;

-  возможность детектирования и локализации георисков (движение грунтов вблизи трубопровода), высокую чувствительность, гарантирующую своевременный отклик системы на любую угрозу; отсутствие ложных срабатываний.

Интеллектуальная система мониторинга трубопроводов включает в себя следующие подсистемы:

-  распределенный волоконно-оптический датчик температуры;

-  распределенный волоконно-оптический датчик акустических воздействий;

-  датчик вторжений.

Распределенный волоконно-оптический датчик температуры использует технологию анализа рассеянного света и обеспечивает область измерений до 35 км вдоль одного оптического волокна (1 канал). Один прибор может поддерживать до 8 каналов.

Распределенный волоконно-оптический датчик акустических воздействий измеряет акустическое поле вокруг чувствительного кабеля на протяжении нескольких десятков километров. В основе прибора лежит принцип временной рефлектометрии – анализа обратного релеевского рассеянного света. Распределенный волоконно-оптический датчик акустических воздействий подключается к одному концу стандартного телекоммуникационного волокна и не требует использования никаких других специальных компонентов, таких как волоконные решетки. Длина волоконно-оптической линии может быть увеличена за счет установки дополнительных усилителей вдоль линии. Использование распределенного волоконно-оптического датчика акустических воздействий для контроля утечек трубопроводов может обеспечить уникальные преимущества. В частности, обнаружение утечек газа и утечек жидкости под высоким давлением, когда градиент температуры сильно ограничен. Обе технологии могут работать с использованием уже существующего телекоммуникационного кабеля, однако использование специально разработанного оптоволокна поможет достигнуть лучшего качества работы системы.

Программное обеспечение для управления системой мониторинга позволяет отображать схематический план трубопроводной сети на отдельном экране (рисунок 4.5). На карте могут быть определены различные зоны наблюдения и задано несколько типов тревожных событий.

Рисунок 4.5 – Программное обеспечение для управления

системой мониторинга [42]

При получении предупреждения оператору отправляется сообщение о тревожном событии и специальный маркер, указывающий на тип и место события, появляется на карте. Оператору предоставляется дополнительная информация, включающая время, тип и зону в отдельном тревожном окне. Каждому тревожному событию присваивается уникальный ID, после чего все данные, связанные с событием, сохраняются в локальной базе данных.

Технологии по предотвращению утечек метана в нефтегазовом секторе включают:

Технология тестирования на износ спускных клапанов и проведение технического обслуживания. В случае превышения максимально допустимого рабочего давления в компрессоре, газопроводе или резервуаре, спускные клапаны открываются для понижения давления, и излишки газа сбрасываются в атмосферу. Со временем уплотнительные элементы клапанов изнашиваются или повреждаются, пропуская газ, содержащий метан, в атмосферу. Небольшие утечки со временем усиливаются. Со временем утечки через спускные клапаны достигают такого объёма, когда расходы на оплату труда и оборудование для обнаружения и ремонта неисправного клапана экономически оправданы. Технология заключается в проведении тестирования спускных клапанов на предмет утечек с помощью газоанализатора, акустического определителя утечек или с использованием газосборника во время работы спускных клапанов. Данная технология прибыльна при большом количестве клапанов и применима ко всем типам клапанов.