И.О. Карнаухов, магистр СамГТУ

Т.А. Ширяева, магистр СамГТУ

Н.Г. Ижедерова, магистр СамГТУ

Н.Г. Губанов, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой АУТП СамГТУ

Самарский государственный технический университет, Россия

Анализ способов обнаружения утечек

Трубопроводные системы являются одним из самых экономичных и безопасных способов транспортировки газов, нефти, нефтепродуктов и других жидкостей. В качестве средства транспортировки на большие расстояния трубопроводы имеют высокую степень безопасности, надёжности и эффективности. Большая часть трубопроводов в независимости от транспортируемой среды разрабатываются исходя из срока эксплуатации порядка 25 лет. По мере старения они начинают отказывать, появляются утечки в конструкционно слабых местах соединений, точках коррозии и участках, имеющих небольшие структурные повреждениях материала. Кроме того есть и другие причины, приводящие к появлению утечек, такие как случайное повреждение трубопровода, террористические акты, диверсии, воровство продукта из трубопровода и т. д.

Главная задача систем обнаружения утечек (СОУ) состоит в том, чтобы помочь владельцу трубопровода выявить факт утечки и определить её местоположение. СОУ обеспечивает формирование сигнала тревоги о возможном наличии утечки и отображение информации, помогающей принять решение о наличии или отсутствии утечек. Системы обнаружения утечек из трубопроводов имеют большое значение для эксплуатации трубопроводов, поскольку позволяют уменьшить время простоя трубопровода.

При этом всё большее распространение получают автоматические системы обнаружения утечек из трубопроводов, 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 продуктов, но и свести к минимуму время вынужденного простоя трубопровода, что, несомненно, является актуальной задачей.

Актуальность проблемы поиска утечек очевидна. Появление даже самой маленькой утечки может стать косвенно причиной другой, более серьезной аварии, например взрыва высвободившегося газа, а также разрыва трубопровода, что увеличивает затраты на ремонт. Отсюда следует, что экономически выгодно обнаруживать утечки на ранней стадии их появления [1].

Исходя из опыта эксплуатации имеющихся систем обнаружения утечек (СОУ) и их свойств, можно сформулировать следующие основные требования к СОУ:  

· высокая чувствительность;  

· точность определения координат мест утечек;  

· обеспечение контроля состояния трубопроводов большой протяженности;  

· высокая степень надежности, достоверность информации;

· возможность автоматизации процессов контроля;  

· отсутствие помех, оказывающих влияние на режим перекачки;  экономичность;  

· возможность работы в любых климатических и погодных условиях [2].

В данной статье рассматриваются методы и системы обнаружения утечек. Известно множество методов обнаружения утечек, однако каждый из них обладает своими особенностями. Поэтому выделить среди них единственный приоритетный метод невозможно.  Для оптимального выбора СОУ проводился патентный поиск с использованием источников патентной документации Российской Федерации.

Таблица 1– Результаты патентного поиска

Страна	Индекс МПК	Номера просмотренных патентов	Перечень анализируемых патентов
Россия	F17D 5/02	2309323- 2449210	2319933 «Способ определения величины и места утечки в магистральном трубопроводе между двумя смежными насосными станциями насосно-трубопроводного комплекса по перекачке нефти и нефтепродуктов» № 2368843 «Способ обнаружения утечек жидких углеводородов из магистральных трубопроводов» № 2421657 «Способ обнаружения утечек жидких углеводородов из магистральных трубопроводов»

Результат патентных исследований показал, что существующие на сегодняшний день способы обнаружения утечек разнообразны по своим принципам действия. Рассмотрим патенты, перечисленные в таблице 1, более подробно.

Способ определения величины и места утечки в магистральном трубопроводе между двумя смежными насосными станциями насосно-трубопроводного комплекса по перекачке нефти и нефтепродуктов (2319933). В начале и в конце участка магистрального трубопровода между двумя смежными насосными станциями измеряются значения активной электрической мощности, потребляемой приводными электродвигателями насосов из сети, с указанием номера работающего насосного агрегата. Цифровыми часами измеряется время перетекания объема жидкости, находящейся в трубопроводе между двумя смежными насосными станциями, выходы с которых поданы в систему телемеханики, которая передает их на диспетчерский пункт в ЭВМ, в которой находится база данных по каждому насосному агрегату. С учетом полученных текущих данных вычисляется по каждому насосному агрегату мощность, действующая на валу насоса, давление, создаваемое каждым насосом, вычисляется расходный коэффициент насосного агрегата. Сравнивают полученное значение расхода и перепада давления на магистральном участке трубопровода между двумя смежными насосными станциями с предыдущими значениями и если эти значения не равны, то вычисляется место утечки в трубопроводе по цифровым часам, которые запускаются в работу при пуске трубопровода в работу с отсчетом времени. Одновременно по известному расходу определяется время, в течение которого вся жидкость, находящаяся в трубопроводе, должна перетечь от одной станции к другой. По истечении этого времени делается сброс часов и последние начинают отсчет времени вновь. Если в процессе работы появилась утечка, то расходы на смежных насосных станциях не будут равны друг другу и в это время подается сигнал на остановку часов, которые будут показывать время от начала утечки при прохождении жидкости от одной насосной станции к другой. По известному времени определяется расстояние до места утечки, степень которой оценивается по разнице расходов на смежных насосных станциях.

Способ обнаружения утечек жидких углеводородов из магистральных трубопроводов (2368843) включает измерение давления и расхода жидкости на концах контролируемого участка трубопровода и определение изменения массы жидкости на указанном участке за фиксированный промежуток времени путем сравнения количества жидкости, поступившей в контролируемый участок и вытекшей из него, при этом по измеренным значениям давлений и расходов на концах контролируемого участка трубопровода дополнительно определяют распределение давления по длине этого участка за вышеупомянутый промежуток времени, по которому находят интегральную массу жидкости, заключенную между сечениями контролируемого участка, сравнивают полученные значения изменения массы жидкости с рассчитанным изменением интегральной массы и при возникновении разности между ними фиксируют наличие утечки на контролируемом участке.

Способ обнаружения утечек жидких углеводородов из магистральных трубопроводов (2421657). Определяют распределение давления по длине упомянутого участка трубопровода в течение фиксированного промежутка времени, соответствующего времени прохождения волны давления на контролируемом участке, вычисляют значения среднеквадратичной разности между найденными распределениями давления для каждой точки контролируемого участка и по минимальному значению указанной разности фиксируют сечение утечки. Технический результат - повышение достоверности регистрации утечек, как при стационарных, так и при нестационарных (переходных) режимах работы трубопровода за счет учета характера неустановившихся переходных течений жидкости в трубопроводе. В ходе проделанной патентной проработки было найдено три различных по своим принципам способа обнаружения утечек [3].

Наиболее предпочтительным выглядит способ обнаружения утечки по волне давления (2421657), т.к. способ (2368843) не позволяет локализовать координату утечки, а способ (2319933) имеет ограничения по применимости.

Библиографический список

1. Нефтегазовое строительство / Беляева, В.А. и др. под общ. ред. проф. Мазура, И.И. и проф. Шапиро, В.Д. – М.: ОМЕГА-Л, 2008 – 774с.

2. Соломахин, А.Ю. Методы обнаружения утечек из магистральных трубопроводов, их возможности в автоматических системах контроля транспорта нефти / А. Ю. Соломахин // Труды выпускников аспирантуры ТУСУРа. - Томск : ТУСУР, 2005. - С. 142-149.

3. http://www.freepatent.ru