Эксплуатация МН (МНПП) и оборудования НПС (стр. 5 )

Физическая сущность метода заключается в анализе гидравлических характеристик участка нефтепровода. Измеряемой величиной в этом случае является манометрическое давление на концах двух специально выбранных базисных сегментах, находящихся вблизи перекачивающих станций. По показаниям манометров вос­станавливается гидростатический напор про­дукта. Линия гидравлических укло­нов, проведенная по уровням гидростатических напоров в двух точках, экстраполируется на весь участок между насосными станциями. Аналогичная процедура, выполненная на базисном сегменте в конце участка трубо­провода при одинаковых условиях, должна дать тот же гидравлический уклон при условии герметичности трубопровода. Две экстраполяционные линии в этом случае будут параллель­ны. Если в некоторой точке возникает утечка нефти, то линия гидравлического уклона иска­жается и становится ломаной.

Рисунок 1.2.1 – Метод гидравлической локации утечки

Метод гидравлической лока­ции утечек позволяет фиксировать дисбаланс рас­ходов жидкости it рассчитывать сечения, в кото­рых они происходят. Однако возможности этого метода ограничены, т. к. при уменьшении интен­сивности утечки точность метода снижается.

Достоинства метода

- Низкая эксплуатационная стоимость;

- Использование только штатных средств КИП;

- Оперативность обнаружения значи­тельных утечек (аварий, разрывов);

- Дополнительные аналитические воз­можности: визуализация распределе­ния давления по трассе.

Недостатки метода

- Низкая чувствительность (5-15% от номинальной производительности), зависящая от расположения дефект­ного участка;

- Наличие «мертвой зоны» в конце экс­плуатационного участка;

- Применение только при установив­шемся режиме эксплуатации изотер­мического трубопровода;

- Не применим в трубопроводных сетях со сбросами и подкачками:

- Чувствительность алгоритма к измене­нию проходного сечения труб в 3—5 раз выше, чем к утечкам, что приводит к ложным срабатываниям системы.

Тем не менее, барокорреляцнонный прин­цип применяется повсеместно во всех современ­ных технологиях диагностики утечек совместно с другими методами ввиду удовлетворительной точности в определении места утечки и низкой стоимости аппаратных и программных средств.

3 Метод сканирующих волн («ударной диа­граммы» )

Метод определения места утечки с помощью ударной диаграммы основан на анализе пере­ходных процессов в трубопроводах при возникновении гидроудара. Впервые этот метод теоретически был обоснован и эксперименталь­но исследован на Алексеевской водокачке (г. Москва) выдающимся российским инжене­ром проф. в 1897 году [3].

На основании своих работ была получена система уравнений, описываю­щая переходный режим при гидравлическом ударе без учета сил трения по длине. Физичес­кая сущность этих процессов связана с преобра­зованием кинетической и потенциальной энер­гий, которые определяют физические свойства среды и характер волновых процессов в ней.
При наличии утечки по­является импульс пониженного давления через dt от момента посылки волны повышенного давления. Этот интервал времени соответствует времени пробега волны повышенного давления от датчика до утечки и возвращения отражен­ного отрицательного импульса назад к датчику давления. Сравнение задних фронтов — пони­жения давления показывает, что при наличии утечки появляется импульс пониженного давле­ния через dt от момента посылки волны пони­женного давления. Далее следуют волны пони­женного давления, образованные накладкой множества отраженных от различных неоднородностей волн.

К достоинствам метода необходимо отнести возможность обнаружения утечки (несанкцио­нированной врезки) в стадии сброса (отбора) продукта с постоянным расходом.

Достоинства метода:

- Непрерывность контроля во времени;

- Эффективен для быстрого обнаруже­ния значительных утечек (разрывов);

- Обеспечивает дистанционное зондирование утечки;

- Независимость от погодных условий;

- Расположение оборудования в преде­лах насосной станции.

Недостатки метода:

- Большая погрешность при определе­нии местонахождения значительных утечек (аварий);

- Низкая чувствительность к величине утечки (не применим для контроля малых утечек);

- Чувствительность метода понижается при последовательной перекачке раз­личных нефтепродуктов.

Существенным недостатком данного спосо­ба является необходимость периодически гене­рировать импульсы давления с амплитудой 0,5... 1.0 МПа. что требует соответствующего запаса прочности материала труб.

Модификацией метода ударной диаграммы является метод отрицатель­ных ударных волн. Математическая модель волнового процесса, послужившая основой для метода сканирующих волн, является общей для обоих методов.

4 Метод отрицательных ударных волн

Согласно теории неустановившихся процессов, в момент возникновения утечки (или отбора) жидкости в трубопроводе возникают волны разряжения. Волна давления достигает измери­тельных точек по обе стороны от утечки. Время прибытия сигналов от преобразователей регис­трируется на центральном диспетчерском пунк­те. Вычислительная процедура обрабатывает результаты поступающей информации с уче­том: последовательности поступления сигна­лов, расстояния до преобразователей, скорости распространения волны понижения давления, эксплуатационных параметров перекачки и вы­числяет место утечки.

Метод не предполагает искусственного ге­нерирования импульсов давления, но требует постоянного слежения за параметрами пере­качки, что значительно повышает стоимость системы и эксплуатационные расходы. Но вы­сокая чувствительность, избирательность и бы­стродействие стали решающими факторами в промышленной реализации метода различны­ми IT-компаниями.

Примером успешной коммерческой реали­зации метода может служить система постоян­ного мониторинга WaveAlert® компании Acoustic System Inc., которая позволяет опера­тивно обнаруживать утечки (в пределах I мин.), выявлять место потери герметичности с точно­стью ± 200 м в камеральных условиях.

Рисунок 1.4.1 – Система обнаружения утечек WaveAlert®

Система обнаружения утечек WaveAlert® включает три уровня аппаратных и программ­ных средств:

- процессор предварительной обработки сигнала (интеллектуальный датчик-преобразова­тель, предварительный усилитель, контроллер);

- узловой (групповой) процессор с систе­мой телекоммуникации (радио, оптоволокно, проводная связь);

- головной (host) компьютер с программ­ным обеспечением SCADA и аналитическими возможностями.

Достоинства, метода:

- Непрерывность контроля во времени;

- Оперативное обнаружение криминаль­ных врезок;

- Высокая избирательность;

- Простота адаптивного алгоритма по единственному диагностическому па­раметру .

Недостатки метода:

- Высокие эксплуатационные расходы на непрерывный мониторинг;

- Неработоспособность алгоритма в ста­дии сброса продукта при постоянном расходе;

- Искажение полезного сигнала на са­мотечных участках;

- Блокирование сигнала при разрывах сплошности потока.

Регистрация на концах контролируемого участка волны разрежения отечественными средствами КИП показывает достаточно высо­кую чувствительность метода на действующих трубопроводах (1,5...3% QH0M), время регистрации (5... 10 мин), и малую погрешность определения места утеч­ки (500... 1000 м на участке 100 км). Время зату­хания волн давления соизмеримо со временем регистрации. Кроме того, разрыв сплошности протока в трубе на самотечном участке практи­чески полностью изолирует сигнал и исключает возможность его регистрации, а присутствие в трубе инородных предметов пли врезок, резких поворотов, гофров и пр. порождает отражен­ные волны, которые искажают фронт ударной волны, чем снижают процент регистрации. Тем не менее, метод нашел широкое применение в системе нефтепродуктопроводов для оператив­ного выявления несанкционированных врезок и хищения нефтепродуктов. Только в за 2000 г. зарегистриро­вано 279 несанкционированных врезок, 218 из которых своевременно выявлены действующей системой.

В отсутствие контрольно-измерительных приборов по трассе трубопровода и средств синхронизации регистрации параметров на концах контролируемого участка метод упро­щается до фиксации резкого перепада давлений на нагнетании и всасывании насосных станций, т. е. сводится к методу мониторинга давления с фиксированной или скользящей уставкой.

Группа методов обнаружения утечек, осно­ванная на интерпретации результатов измере­ний другого эксплуатационного параметра — производительности трубопровода Q, имеет большую точность и избирательность, но зна­чительно дороже в эксплуатации и приборном обеспечении.

5 Дифференциальный метод сведения баланса расходов

Дифференциальный метод сведения балан­са расходов на участке трубопровода, обору­дованном по концам расходомерами самый точный из всех известных методов. В зависи­мости от особенностей обработки исходной информации сводится к методу линейного ба­ланса, методу сравнения расходов или методу сравнения скорости изменения расходов, спо­собен регистрировать «малые» утечки (мень­ше 1%) [8].

В соответствии с принципом линейного ба­ланса масс разность расходов транспортируе­мого продукта на входе и выходе должна быть равна изменениям его количества в герметич­ном трубопроводе:

, (1)

где – скорректированный дисба­ланс масс за период времени – расходы соответственно на входе и выходе трубопроводной сети:

М и N – число входов и выходов трубопро­водной сети;

– изменение количества продукта в трубопроводе за время τ.

Существует два способа решения уравнения (1). Фирма ATMOS® International (REL Instrumentation), являющаяся специализиро­ванной дочерней компанией Shell, ответствен­ной за развитие и внедрение систем для обнару­жения утечек трубопроводов под торговой маркой ATMOS Pipe®, предлагает статистичес­кий метод [16], исключающий сложное модели­рование трубопровода.