CC BY
66НЕФТЬ И ГАЗ (OIL & GAS)
УДК 681.5.08
Базарбаев Ш.Е.
магистрант кафедры математического и компьютерного моделирование Международный университет информационных технологий
(г. Алматы, Казахстан)
ОБЗОР ВНЕШНИХ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК НЕФТИ В ТРУБОПРОВОДАХ
Аннотация: в этом исследовании обсуждаются технологии обнаружения утечек в трубопроводе и обобщаются современные достижения в этой области. Рассмотрены внешние способы обнаружения и локализации утечек в трубопроводных системах и выделены их сильные и слабые стороны. Кроме того, обсуждаются пробелы в исследованиях и нерешенные вопросы для разработки надежных систем обнаружения утечек в трубопроводе.
Ключевые слова: утечка, обнаружение утечек, характеристика утечки, локализация утечки; трубопроводы.
Использование трубопровода считается основным средством транспортировки нефтепродуктов, таких как ископаемое топливо, газы, химикаты и другие важные углеводородные жидкости, которые служат активами для экономики страны [1]. Было показано, что сети нефтепровода и газопроводов являются наиболее экономичным и безопасным средством транспортировки сырой нефти и удовлетворяют высоким требованиям к эффективности и надежности [2,3]. Например, расчетная смертность в результате аварий на тонно-километр отгруженных нефтепродуктов на 87%, 4% и 2,7% выше при использовании автомобильного, морского и железнодорожного транспорта, соответственно, по сравнению с использованием трубопроводов [4]. Однако, поскольку транспортировка опасных веществ с использованием трубопроводов протяженностью в несколько километров стала популярной во всем мире в
последние десятилетия, вероятность критических аварий из-за отказов трубопроводов возрастает. Причины отказов либо умышленные (например, вандализм), либо непреднамеренные (например, отказ устройства / материала и коррозия) повреждения, ведущие к отказу трубопровода и, таким образом, приводящие к необратимым убыткам, которые включают финансовые потери и экстремальное загрязнение окружающей среды, в частности при несвоевременном обнаружении утечки.
Целью данной статьи является изучение современных достижений в технологиях обнаружения утечек в трубопроводах и обсуждение пробелов в исследованиях и открытых проблем, требующих внимания в области технологий обнаружения утечек в трубопроводах.
Внешние методы обнаружения утечек
Внешние методы в основном включают использование специальных датчиков для контроля внешней части трубопроводов. Эти методы могут использоваться для определения аномалий в окружающем трубопроводе, а также для обнаружения утечек. Независимо от принципов работы, на которых основаны эти методы обнаружения, они требуют некоторой формы физического контакта между сенсорными зондами и контролируемой инфраструктурой.
Акселерометры
Акселерометры являются одним типом виброакустических измерительных устройств, которые полезны для контроля низкочастотных колебаний оболочки трубы. Было предложено несколько исследований для обнаружения и локализации утечек с использованием акселерометров [5,6]. Эль-Захаб и др. [5] использовали беспроводные акселерометры для обнаружения утечек на внешней стороне клапанов, соединяющих трубопроводные сети. В [6] было предложено экспериментальное исследование кросс-спектральной плотности измерения поверхностной вибрации в отдельных местах вдоль трубопроводов, таких как стыки, изгибы и трубопроводы различного размера, с использованием акселерометров. Использование акселерометров и гидрофонов для мониторинга
трубопроводов было предложено в [7]. Полученные результаты показали, что удовлетворительные характеристики обнаружения утечек были достигнуты на обоих преобразователях.
Метод флуоресценции
В методах флуоресценции для обнаружения разливов углеводородов используются источники света определенной длины волны для возбуждения молекул в целевом веществе до более высокого уровня энергии. Обнаружение разлива основано на пропорциональности между количеством сброшенного углеводородного флюида и скоростью света, излучаемого на другой длине волны, который затем может быть уловлен для обнаружения возникновения разлива углеводородов. Обнаружение утечек успешно реализовано с помощью флуоресцентных красителей (нефильтрованный ультрафиолет) [8]. Поскольку детекторы флуоресценции обладают высокой способностью к пространственному охвату, быстрое и легкое сканирование может быть выполнено путем установки датчиков на телеуправляемом необитаемом подводном аппарате (ТНПА), и обнаружение утечек может быть легко достигнуто независимо от направления приливного потока. Однако, если концентрация флуоресцентных красителей очень высока, видимость среды мониторинга должна быть высокой для достижения оптимальной производительности системы. Еще одним недостатком флуоресцентных красителей, особенно в подводной среде, является эффект ненастроенного черного света, который может легко сбить наблюдателей с пути отслеживания места утечки [9]. Хотя эта проблема была частично решена с помощью разработанных погружных (настроенных) флуориметров, которые могут передавать данные на сопровождающее судно для отображения в реальном времени, эта проблема все еще остается проблемой для мутных вод.
Емкостные датчики
В этом методе изменение диэлектрической проницаемости среды, окружающей датчик, измеряется для определения наличия утечки
углеводородов. Емкостной датчик - это датчик локальной зоны покрытия, который обычно используется в подводных трубопроводах. Датчики используют различия в диэлектрической проницаемости морской воды и углеводородов для обнаружения присутствия углеводородов, которые вызывают дисбаланс измеряемой емкости при контакте с датчиком. Чувствительность датчика к размеру утечки зависит от расстояния между местом утечки и дрейфом протекающей среды [10]. Емкостной датчик был представлен на рынке для мониторинга окружающей среды [11]. Однако датчик может вызывать ряд ложных срабатываний [10]. Причины этих ошибок в значительной степени могут быть связаны с тем, что датчику требуется прямой контакт с протекающей средой. Кроме того, эффекты плавучести могут уносить протекающую среду вдали от датчика, что можно преодолеть, установив коллектор для разливов углеводородов над контрольной структурой.
Заключение
В этой статье был проведен обзор внешних доступных методов обнаружения и локализации утечек в трубопроводе. Представлено резюме того, что было продемонстрировано на сегодняшний день, наряду с пробелами в исследованиях и открытыми проблемами, которые требуют внимания в этой области исследования. Внешние методы предполагают использование специально разработанных сенсорных систем для наблюдения за внешними частями трубопроводов. Методы, рассматриваемые в этой категории, включают акселерометры, метод флуоресценции, емкостные датчики. На основании обзора можно сделать вывод, что каждая методика имеет свои достоинства и недостатки. Также в статье приведены пробелы в исследованиях и открытые проблемы в области обнаружения, определения характеристик и локализации утечек в трубопроводе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Rehman, K.; Nawaz, F. Remote pipeline monitoring using Wireless Sensor Networks. In Proceedings of the International Conference on Communication, Computing and Digital Systems (C-CODE), Islandbad, Pakistan, 8-9 March 2017; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2017.
Boaz, L.; Kaijage, S.; Sinde, R. An overview of pipeline leak detection and location systems. In Proceedings of the 2nd Pan African International Conference on Science, Computing and Telecommunications (PACT 2014), Arusha, Tanzania, 14-18 July 2014; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2014.
Xiao, Q.; Li, J.; Sun, J.; Feng, H.; Jin, S. Natural-gas pipeline leak location using variational mode decomposition analysis and cross-time-frequency spectrum. Measurement 2018, 124, 163 172.
Cramer, R.; Shaw, D.; Tulalian, R.; Angelo, P.; Van Stuijvenberg, M. Detecting and correcting pipeline leaks before they become a big problem. Mar. Technol. Soc. J. 2015, 49, 31-46.
El-Zahab, S.; Mohammed Abdelkader, E.; Zayed, T. An accelerometer-based leak detection system. Mech. Syst. Signal Process. 2018, 108, 58-72. Yazdekhasti, S.; Piratla, K.R.; Atamturktur, S.; Khan, A. Experimental evaluation of a vibration-based leak detection technique for water pipelines. Struct. Infrastruct. Eng. 2018, 14, 46-55.
Martini, A.; Troncossi, M.; Rivola, A. Vibroacoustic Measurements for Detecting Water Leaks in Buried Small-Diameter Plastic Pipes. J. Pipeline Syst. Eng. Pract. 2017, 8, 1-10.
Jasper, A. Oil/Gas Pipeline Leak Inspection and Repair in Underwater Poor Visibility Conditions: Challenges and Perspectives. J. Environ. Prot. 2012, 3, 394-399. Chris, T. Subsea Leak Detection; Neptune Oceanographics Ltd.: Carlbury, UK, 2007.
Recommended Practice, DNV-RP-F302. Selection and Use of Subsea Leak Detection Systems. April 2010. Available online: https://rules.dnvgl.com/docs/pdf/ DNV/ codes/docs/2010-04/RP F302.pdf (accessed on 20 February 2019). Dario, C. A method to obtain precise determinations of relative humidity using thin film capacitive sensors under normal or extreme humidity conditions. J. Cult. Herit. 2019, 37, 166-169.
Bazarbayev S.E.
Master's student of the Department of Mathematical and Computer Modeling International University of Information Technology (Almaty, Kazakhstan)
OVERVIEW OF EXTERNAL DETECTION METHODS OIL LEAKS IN PIPELINES
Abstract: this study discusses pipeline leak detection technologies and summarizes recent advances in this area. External methods of detection and localization of leaks in pipeline systems are considered and their strengths and weaknesses are highlighted. In addition, research gaps and outstanding issues for the development of reliable pipeline leak detection systems are discussed.
Keywords: leak, leak detection, leak characteristic, leak localization; pipelines.
