[1] Определения, обозначения и сокращения

[2] ВВЕДЕНИЕ

[3] Технология трубопроводного транспорта нефти

[3.1] Роль трубопроводного транспорта в ТЭК

[3.2] Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода

[3.3] Системы перекачки нефти

[3.4] Актуальность задачи обнаружения утечек

[4] Патентная проработка

[4.1] Выбор и обоснование предмета поиска

[4.2] Регламент патентного поиска

[4.3] Результаты поиска

[4.4] Анализ результатов патентного поиска

[5] Методы моделирования и обнаружения утечек

[5.1] Метод «волны давления»

[5.2] Метод баланса вещества

[5.3] Анализ профиля давления

[5.4] Акустический корреляционный метод

[5.5] Волоконно-оптические методы

[5.5.1] Волоконно-оптический дифракционный (на брегговских решётках) метод.

[5.5.2] Волоконно-оптический спектроскопичекий (на внутреннем рассеянии)

[5.5.2.1] Датчики на основе Рамановского рассеяния.

[5.5.2.2] Датчики на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.

[5.5.3] Волоконно-оптический на основе виброакустического мониторинга.

[5.6] Контроль давления в изолированных секциях

[5.7] Метод дифференциальных давлений

[5.8] Акусто-эмиссионный метод

[5.9] Электромагнитный метод контроля

[5.10] Визуальный метод

[5.11] Ультразвуковая диагностика

[5.12] Радиоактивный метод

[5.13] Лазерный газоаналитический метод

[6] Средства диагностики утечек

[6.1] Комбинированные системы, использующие метод баланса вещества, анализ профиля давления и метод «волны давления»

[6.1.1] ООО «Энергоавтоматика».

[6.1.1.1] О компании. ООО «Энергоавтоматика» создана в марте 1992 года группой специалистов в области управления и технической диагностики ракетных двигателей.

[6.1.1.2] История создания системы определения утечек. Первая система диагностики утечек была установлена Энергоавтоматикой в Тюменском районном диспетчерском пункте ОАО СИБНЕФТЕПРОВОД в 1995 году. Называлась она LeakSYS и функционировала под ОС MS DOS (рисунок 4.1).

[6.1.1.3] Система обнаружения утечек LeakSPY(Expert). Комбинированная система обнаружения утечек (СОУ) LeakSPY предназначена для определения утечек (вызванных природными факторами или механическими повреждениями) или несанкционированных врезок в нефтепроводах (нефтепродуктопроводах, газопроводах).

[6.1.1.4] Система обнаружения утечек LeakSPY. Устанавливается на сравнительно небольшие объекты диагностики (на трубы с 25-35 КП, водные переходы).

[6.1.1.5] LeakWave. В том случае, если необходимо указать место утечки с точностью до десятков метров и среагировать на утечку мгновенно, в течении нескольких секунд, мы предлагаем локальную систему диагностики утечек LeakWave.

[6.1.2] Компания «PSI».

[6.1.2.1] О компании. Немецкая компания, являющаяся одним из европейских лидеров по поставке ПО для диспетчеризации и автоматизации технологических процессов (в 2007 году чистый совокупный доход составил 132 млн. евро). PSI разрабатывает и интегрирует программные продукты для решения сложных задач по управлению сетью, производством и инфраструктурой. Компания является ведущим разработчиком программных продуктов для управления производством на европейском рынке, и специализируется на предоставлении систем управления для поставщиков энергоресурсов, промышленности и крупных сетевых провайдеров.

[6.1.2.2] Система обнаружения утечек. В области СОУ компания придерживается следующей политики: проекты осуществляются в тандеме с компанией-интегратором, которая поставляет оборудование и необходимое ПО нижнего уровня, устанавливает и настраивает его. Компания PSI, со своей стороны поставляет, АРМ СОУ с ПО и обеспечивает его настройку и общую информационную поддержку проекта.

[6.1.3] Компания «КОМБИТ».

[6.1.3.1] О компании. «КОМБИТ» – инжиниринговая компания, предоставляющая полный спектр инжиниринговых услуг для предприятий нефтегазовой отрасли: от проведения предпроектных изысканий до ввода готового объекта в эксплуатацию.

[6.1.3.2] Система обнаружения утечек. Система собирает, обобщает и анализирует все доступные технологические данные. В результате этого комплексного анализа система выдаёт аварийный сигнал о наличии утечки и её координате. Оператор имеет возможность проанализировать технологические данные, предоставляемые системой и на их основании принять окончательное решение о факте утечки.

[6.1.3.3] Состав системы. Appius LD может создаваться как с максимальным использованием средств телемеханики, СДКУ и КИП, существующих на объекте Заказчика, так и полностью автономно. Система представляет собой сложный технический комплекс, состоящий из следующих уровней (рисунок 4.4):

[6.1.3.4] Характеристики системы. Характеристики системы могут варьироваться в широком диапазоне и зависят от состава и точности используемых средств измерения и технологических особенностей конкретного трубопровода. 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 [15].

[6.1.4] ЗАО «ЭлеСи».

[6.1.4.1] О компании. Компания разрабатывает и внедряет оборудование и ПО для промышленной автоматизации. Одним из основных продуктов компании является систему телемеханики трубопровода с фукнкцией СОУ. Данной системой оснащён ряд трубопроводов, в том числе несколько магистральных трубопроводов компании «Транснефть».

[6.1.4.2] Система обнаружения утечек. Разработанная система обнаружения утечек основывается на базе штатных средств телеметрии. Для обнаружения утечек использует такие методы как: метод отрицательных волн давления, метод баланса масс (рассходов) и методы на основе математической модели трубопровода (гидравлический уклон). Также в СОУ входят дополнительные методы контроля герметичности трубопровода такие как: акустико-эмиссионный метод и метод виброакустического и температурного мониторинга с использованием оптоволокна. Структура СОУ представлена на рисунке 4.5 [16].

[6.1.5] «KROHNE»

[6.1.5.1] О компании. Компания KROHNE была основана в 1921 году, когда LUDWIG KROHNE начал выпуск ротаметров (название фирмы звучало LUDWIG KROHNE & SOHN). В 1936 году состоялся перенос производства из арендуемых помещений в здания, находящиеся в собственности компании, которые впоследствии были разрушены в ходе 2-ой Мировой войны.

[6.1.5.2] Система обнаружения утечек. Разработанная совместно с одним из ведущих университетов Германии. Первоначально разрабатывалась для больших труб химической промышленности Германии. После всесторонних тестов было решено применение в нефтегазовой промышленности. Дальнейшее развитие в течении нескольких лет привело к появлению системы обнаружения утечек под названием KROHNE PipePatrol. Функциональная схема системы приведена на рисунке 4.6.

[6.1.6] ОАО «Нефтеавтоматика»

[6.2] Системы, использующие метод «волны давления»

[6.2.1] НПО «Вира Реалтайм»

[6.2.1.1] О компании. Научно-производственная ассоциация «Вира Реалтайм» была образована в 1989 году на базе коллективов разработчиков систем контроля и управления технологическими объектами в нефтегазовой промышленности и электроэнергетике, а также специалистов предприятий оборонного комплекса. Основным направлением деятельности предприятия является разработка, проектирование и поставка «под ключ» систем СДКУ и АСУ ТП как на глобальных территориально-распределенных промышленных объектах, так и на небольших (локальных). С момента основания фирмой внедрено более 700 различных систем на предприятиях энергетики, нефтегазового и химического комплексов.

[6.2.1.2] Система обнаружения утечек. Для анализа используется только одна величина - давление. Оно меняется при утечке из трубопровода. Эти изменения могут быть очень малы (в случае соответствующего дефекта) - даже под порогом чувствительности классических измерительных методов. Наш собственный метод позволяет системе Leak Detection System обнаруживать незначительные дефекты и реагировать практически мгновенно. Это достигается использованием нетрадиционных измерительных и вычислительных методов для статистической оценки изменений давления.

[6.2.1.3] Состав оборудования можно разделить на несколько основных компонентов.

[6.2.1.4] Апробация. Система Leak Detection System хорошо себя зарекомендовала на предприятиях нефтегазового комплекса Восточной Европы, России, Украины.

[6.2.2] LB Group

[6.2.2.1] Система обнаружения утечек. Система обнаружения утечек WaveControl работает по принципу обнаружения и моментального фиксирования волны давления при утечке.

[6.2.3] Компания «Грант»

[6.2.3.1] О компании. Научно-производственное предприятие «ГРАНТ» разрабатывает и производит более 40 наименований датчиков, приборов и систем контроля технологических параметров для предприятий:

[6.2.3.2] Система обнаружения утечек. УС0-01.01 предназначено для использования в системах мониторинга давления и определения утечек (СОУ).

[6.2.3.3] Техническое описание.

[6.2.4] «Комис».

[6.2.4.1] О компании. Компания «Комис» была основана в 1992 году. Более пятнадцати лет мы развиваем наш бизнес по нескольким направлениям -дистрибуция, системная интеграция. На сегодняшний день «Комис» является одним из ведущих системных интеграторов Поволжья. «Комис» поставляет и инсталлирует оборудование более чем пятидесяти ведущих мировых производителей систем безопасности, автоматизации и связи. Реализованные комплексные проекты на гражданских и промышленных объектах обеспечили компании репутацию лидера в области системной интеграции.

[6.2.4.2] Система обнаружения утечек. Система измеряет только значения давления в некоторых точках продуктопровода. При утечке из продуктопровода эти изменения могут быть очень малы (в случае соответствующего дефекта) – даже за порогом чувствительности классических измерительных методов. Предложенный нами метод позволяет обнаруживать незначительные дефекты и реагировать практически мгновенно. Это достигается использованием нетрадиционных измерительных и вычислительных методов для статистической оценки изменений давления. Для системы не требуется установка дорогостоящих узлов учета или расходомеров. Необходимо измерения только одной величины – давления.

[6.2.4.3] Время обнаружения утечки. Вся система работает в реальном времени. Центральная станция определит утечку при помощи метода А до 3 — 5 минут (в случае оптимального времени передачи данных из линейных станций в центр до 3 минут) после возникновения утечки. В случае метода Б время обработки длится до15 минут. Центральная станция делает целый ряд проверок во избежание ложных тревог. Если подозрение соответствует строгим условиям фильтрации ложных утечек, объявляется тревога.

[6.2.4.4] Точность определения места утечки. Центральная станция выдает информацию о месте утечки, которая показана в виде общей длины от начала продуктопровода до места утечки. Информация дополнена оценкой погрешности, то есть, промежуток, в котором утечка должна находиться. Общая точность определения места утечки в сравнении с реальными координатами этой утечки при рабочем давлении 1,5 МПа и больше находится в диапазоне 0-100 м, при более низких рабочих давлениях, точность координаты утечки может ухудшаться. Для более точного расчета погрешности определения координаты утечки, необходимо от заказчика получить точные координаты всех пунктов, где будут размещены линейные станции СОУ.

[6.2.4.5] Чувствительность системы. Чувствительность системы обнаружения утечек (возможность обнаружения утечки) характеризуется соотношением внутреннего диаметра отверстия утечки к диаметру продуктопровода. Обычно это соотношение составляет 1:100. Чувствительность зависит от количества станций, способа подключения датчиков давления, от давления в продуктопроводе и от его естественного колебания (шума). В приложении находится таблица, в которой можно для отдельного рабочего давления увидеть порог чувствительности и величину самого малого отверстия, которое уже вызовет тревогу (срабатывание СОУ).

[6.2.4.6] Функции системы:

[6.2.4.7] Коммуникации. Данные измерительных станций компрессируются и кодируются. В качестве каналов связи может использоваться радио или проводная связь. Интерфейс связи со станциями СОУ – RS-232 или RS-485. Протокол передачи данных закрытый.

[6.2.4.8] Аппробация. Эта система защиты продуктопроводов успешно внедрена на ряде объектов в Сибири и Европейской части РФ [22].

[6.2.5] Argosy Technologies

[6.2.5.1] О Компании. Компания «Аргоси Технолоджис» впервые вышла на российский рынок в 1992 году c передовыми технологиями, современным оборудованием и эффективными комплексными решениями в области измерений и автоматизации для предприятий нефтегазовой отрасли. От добычи, хранения, транспортировки, переработки нефти и газа до утилизации нефтешламов и экологического мониторинга.

[6.2.5.2] Система обнаружения утечек (СОУ) LeakNet является программно-аппаратным комплексом, предназначенным для решения задачи определения течей в нефте- и газопроводах.

[6.3] Системы, использующие акустический метод

[6.3.1] Научно-производственная фирма «ТОРИ»

[6.3.1.1] О компании. Научно-производственная фирма «ТОРИ» организована в 1994 г. в г. Новосибирске. Основное научное направление деятельности фирмы – разработка систем регистрации и обработки сигналов. Новые результаты позволили создать системы регистрации с характеристиками, которые были не достижимы при традиционных подходах.

[6.3.1.2] Система обнаружения утечек. Предлагается СОУ собственной разработки, которую называют «инфразвуковой». Изначально она представляла собой систему обнаружения внутритрубных снарядов, в которую позже была добавлены функции обнаружения утечек. Используются датчики давления и вибрации. Датчики вибрации называемые «геоантеннами» используются для обнаружения механических воздействий (ударов) на трубопровод. Принцип же работы СОУ, судя по всему, состоит в проведении корреляционного анализа показаний высокочастотных датчиков давления с широким динамическим диапазоном.

[6.3.1.3] Основные функции и характеристики. Основными функциями являются:

[6.3.1.4] Дополнительные характеристики:

[6.3.1.5] Апробация. 11.03.2011 - Инфразвуковая система мониторинга трубопроводов (ИСМТ) введена в промышленную эксплуатацию на трубопроводах в Оренбургской области

[6.4] Системы, использующие метод баланса вещества

[6.4.1] «Controlotron»

[6.4.1.1] О компании. Известный американский производитель ультразвуковых расходомеров. Ныне объединился с Siemens. Предлагается система на базе накладных ультразвуковых расходомеров.

[6.4.1.2] Система обнаружения утечек. Система 1010LD обеспечивает обнаружение как малых, так и катастрофических утечек из трубопровода. Система включает в себя локальные станции, на которых устанавливаются накладные ультразвуковые расходомеры, и головную станцию, которая собирает и анализирует информацию от локальных.

[6.4.1.3] Функции системы обнаружения утечек 1010LD.

[6.5] Системы, использующие акусто-эмиссионный метод

[6.5.1] ZETlab (ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы ЗЭТ»)

[6.5.1.1] О компании. Российский производитель оборудования для тензометрии, сейсмиики, виброаккустики. Предлагает СОУ на базе производимого оборудования, реализующее волновой и акусто-эмиссионый принципы обнаружения утечек и локализации утечек.

[6.5.1.2] Система обнаружения утечек. Система предназначена для контроля, поиска и локализации утечек жидких и газообразных продуктов из трубопроводов и обнаружения внешних механических воздействий на них методом акустической эмиссии в соответствии с РД 03-299.

[6.6] Системы, использующие волоконно-оптические методы

[6.6.1] «Омега»

[6.6.1.1] О компании. Компания «Омега» разработала и успешно применяет многоцелевую комплексную Систему непрерывного распределенного мониторинга технического и технологического состояния протяженного объекта.

[6.6.1.2] Система обнаружения утечек. В основе конструкции САМПО лежит использование принципа рефлектометрии оптоволоконного кабеля. В данном случае оптоволоконный кабель играет роль распределенного датчика виброакустических возмущений окружающей среды.

[6.6.1.3] Основные преимущества системы:

[6.6.2] Протяженность контролируемого объекта.

[7] Математическая модель метода «волна давления»

[7.1] Математическое описание движения жидкости

[7.2] Анализ скорости распространения возмущения в трубопроводе

[7.3] Локализация утечек по временной задержке сигналов

[7.3.1] Расчет места утечки по временной задержке сигналов

[7.4] Обнаружение утечки методом анализа волны давления

[7.4.1] Анализ распространения и затухания волны давления

[7.4.2] Алгоритм локализации утечки по затуханию волны давления

[8] Охрана труда и техника безопасности

[8.1] Анализ потенциальных опасностей и производственных вредностей при монтаже, ремонте и эксплуатации системы обнаружения утечек

[8.1.1] Токсичность и вредность рассматриваемого продукта перекачки

[8.1.2] Взрыво- и пожароопасность производства

[8.2] Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных условий труда

[8.2.1] Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации СОУ.

[8.2.2] Мероприятия по промышленной санитарии.

[8.2.3] Мероприятия по пожарной безопасности.

[8.2.4] Расчет освещенности в помещении операторной

[9] ЗАКЛЮЧЕНИЕ

[10] СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[11]
ПРИЛОЖЕНИЕ А