3. Методы контроля утечек и предупреждения аварий

Все методы контроля могут быть разделены на динамические, осуществляемые без остановок перекачки, и статические - с остановкой перекачки.

К динамическим методам относится широко известный метод обнаружения места утечки по излому линии гидравлического уклона путем графического построения или аналитического расчета, но он применим лишь для приближенного определения района повреждения.

При работающем трубопроводе применяется способ измерения и сравнения расходов на соседних участках трубопровода и таким образом определяют место утечки с точностью длины участка между двумя соседними датчиками расхода. Выходные сигналы расходомеров сравниваются либо специальным вторичным измерительным устройством, либо ЭВМ, которые выдают аварийный сигнал при несовпадении входных сигналов. При стационарном режиме перекачки такие системы работают стабильно и надежно, позволяют определять утечки в 2ti м3/ч, при нестационарном режиме - точность определения утечек снижается.

Разновидностью данного метода является разработанная Харьковским отделением треста Водоканалпроект схема дифференциальной защиты трубопровода.

В ФРГ разработал метод контроля утечек в трубопроводе, основанный на измерении мгновенного расхода жидкости при нарушении герметичности трубопровода.

Кроме того, без остановок перекачки для обнаружения утечек применяются:

метод волн падения давления, основанный на регистрации возникающих в результате утечки волн снижения давления (отрицательных волн давления), которые распространяются вдоль трубопровода от места утечки со скоростью примерно 1 км/с;

метод измерения уровня шумов вдоль трассы трубопровода с помощью акустических датчиков, связанных с диспетчерским пунктом и устанавливаемых на трубопроводе на равных расстояниях друг от друга.

Предложены также методы, основанные на сигнализации изменения вибрации и звукового эффекта, возникающих при истечении жидкостей через отверстие в стенке трубы.

Разработано множество конструкций переносных приборов для обнаружения утечек (течеискателей), действующих преимущественно на акустическом принципе действия.

В Рязанском радиотехническом институте разработан течеискатель ЭЛТ-2. Он представляет собой концентратор (рис. 5), механически соединенный с электроакустическим датчиком 3. Датчик в свою очередь электрически связан со входом электронного усилителя 2. К выходу усилителя подключаются телефон и индикаторный измерительный прибор 4 через выпрямитель 5. Концентратор / состоит из двух волноводов. Сечение волноводов уменьшается по направлению к датчику. Это способствует увеличению амплитуды-продольных механических колебаний, возбужденных в волноводах на конце концентратора.

Рисунок 5 - Кинематическая схема акустического течеискателя

Во время работы входной торец концентратора прикладывается к поверхности исследуемого трубопровода. При наличии акустических колебаний поверхности, вызванных шумом свища поврежденного трубопровода, их амплитуда усиливается на противоположном конце концентратора. Эти усиленные колебания воздействуют на датчик 3 и преобразуются в электрический сигнал переменного тока, который после усиления может быть прослушан через телефон и измерен прибором 5 после выпрямления.

Чтобы исключить влияние помех при обнаружении утечки, предложено 143] устройство (рис. 6), включающее два приемных датчика /, два усилителя 2 низкой частоты, выпрямители 3, компенсатор 4 выпрямленных напряжений, модулятор 5, автогенератор б, усилитель 7 переменного тока, двухполупериодный демодулятор 8t усилитель 9 постоянного тока и индикатор 10. Для нахождения в трубопроводе утечки приемные датчики на расстоянии 3-4 м один от другого перемещаются по поверхности земли вдоль трассы трубопровода. Имеются и другие переносные приборы-течеискатели.

Рисунок 6 - Блок-схема акустического течеискателя с двумя приемными датчиками

Для обнаружения малых утечек целесообразно использовать зондовые устройства, запускаемые в поток перекачиваемой жидкости. Например, в трубопровод запускается небольшое количество радиоактивного трассирующего вещества, которое вместе с жидкостью просачивается через отверстия в стенке трубопровода и задерживается в грунте вблизи повреждения. Место утечки определяют приборами внешнего и внутреннего обнаружения радиоактивности.

Если в трубопроводе между соседними датчиками возникает утечка, то скорость потока будет меняться и датчики покажут изменившееся время движения шара. На рис. 7 представлена кинематическая схема способа обнаружения утечек по изменению скорости потока.

Рисунок 7 - Кинематическая схема способа обнаружения утечек по изменению скорости потока

В начале контролируемого участка трубопровода 1 устанавливают расходомер 2 и камеру 5 для запуска, шаровых разделителей 4. С расходомером связан генератор импульсов 3, образующий импульсы пропорционально показаниям расходомера. Импульсы поступают в счетчики 7,8 м другие, снабженные системой аварийной сигнализации. Кроме того, каждый счетчик импульсов получает сигналы от датчиков 6 и 9, ограничивающих определенную секцию трубопровода. Запускаемый в трубопровод шаровой разделитель 4 перемещается по нему со скоростью перекачиваемой жидкости. В момент прохождения разделителя мимо датчика 6 последний посылает сигнал, выключающий счетчик 7 и включающий счетчик 8. В дальнейшем при прохождении разделителя по трубопроводу выключаются предыдущие счетчики и включаются последующие. Если между датчиками 9 и 11 в трубопроводе имеется отверстие 10, время прохождения разделителя по этому участку трубопровода увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению числа импульсов, зарегистрированных счетчиком 8. Каждый счетчик рассчитан на предельно допустимое число импульсов, при превышении которого включается аварийная сигнализация, что свидетельствует о наличии утечки в обследуемом участке.

Точность способа местонахождения утечки определяется длиной участка между соседними датчиками на трубопроводе.

В НИПИНефтехимавтомате разработано устройство на основе метода регистрации падения давления. Оно представляет собой контейнер, закрепленный между двумя шаровыми разделителями, при прохождении которого по поврежденному участку трубопровода давление в зоне между двумя шаровыми разделителями резко падает. При этом между указанной зоной и участком трубопровода перед устройством возникает перепад давления, приводящий к срабатыванию датчика утечки-дифференциального контактного манометра. Сигналы от датчика утечки фиксируются на магнитной ленте. На этой же ленте записываются сигналы от датчика меток, который срабатывает при прохождении устройством специальных магнитных реперных точек, устанавливаемых на определенном расстоянии друг от друга вдоль трассы трубопровода. По взаимному расположению на пленке сигналов от реперных точек и утечки определяется ее местонахождение. С помощью разработанного устройства можно определить утечку порядка 0,25 % от расхода по трубопроводу. Причем погрешность в определении места утечки не превышает 2,5 % от расстояния между реперными точками.

Применяется также зондовая аппаратура с акустическим способом определения утечек.

Кроме способов обнаружения утечек, связанных с измерением различных характеристик и параметров потока и эффектов от утечек, разработаны методы, основанные на простых физических принципах.

В Баварии на участке Трансальпийского нефтепровода длиной 30 км для обнаружения утечек используют сигнальные шланги из пластмассы, растворимой в нефти. Шланги длиной по 2 км, заполненные водой под давлением 0,15-0,25 МПа, обернуты вокруг нефтепровода и заканчиваются в напорных водяных резервуарах. Изменение уровня воды в резервуарах в случае повреждения шлангов сигнализирует об утечке нефти.

В системах Северо-Западного, Центральноевропейского и Трансальпийского нефтепроводов на некоторых участках с известным направлением течения грунтовых вод у трубопровода (снизу и сбоку) проложены пластмассовые лотки, по которым вода поступает в смотровые колодцы. Здесь наличие нефти может быть установлено визуально или отборами проб.

Статические методы контроля связаны с остановкой через определенные промежутки времени перекачки, они позволяют обнаружить малые утечки.

Некоторые нефте- и нефтепродуктопроводные управления в нашей стране для предупреждения аварий от износа трубопровода применяют так называемый Метод плановых испытании. Этот метод заключается в периодической (1 раз в два года) опрессовке магистральных трубопроводов перекачиваемым продуктом. Работы по испытаниям выполняются, как правило, летом. Испытание проводится под давлением, максимально допустимым для данного участка трубопровода, оно создается опрессовочным агрегатом. Участок выдерживается под давлением в течение б ч, при этом ведется контроль за показаниями манометров, осмотр и облет на самолете или объезд трассы на машине. Испытание участка трубопровода считается законченным, если в течение 6 ч утечек или снижения опрессовочного давления не обнаружено. Опыт показывает, что при таких испытаниях число аварийных повреждений на трубопроводах снижается.

Применяется также следующий способ статического контроля. На контролируемом участке трубопровода перекрывают задвижки и в течение некоторого времени ведутся наблюдения за изменением давления. Наличие и величина утечек оценивается по скорости падения давления.

На западноевропейских нефтепроводах для определения герметичности применяют методы дифференциального давления и падения давления. Первый из них основан на равенстве давления по обеим сторонам линейной задвижки, если утечек нет. Дли проведения измерений трубопровод перекрывают "несколькими задвижками. Разность давления в соседних секциях контролируют с помощью дифманометров (со шкалой 0,05 МПа), устанавливаемых у задвижек. Если утечки имеются, на одном из смежных участков баланс нарушается, о чем сигнализирует прибор. Для получения верных результатов необходимо останавливать нефтепровод на длительное время (до нескольких суток), так как за короткое время разбаланс давления может быть вследствие непостоянства температуры грунта и нефти. Этот метод испытывался на ряде нефтепроводов ФРГ. В результате была установлена целесообразность проведения испытании 4 раза в год для выявления утечек в размере 0,12 м³/ч и по одному разу в год для выявления утечек в. размере 0,04 и 0,01 м³/ч.

Во Франции испытания с перепадом давления на участках трубопровода проводят в среднем 3 раза в год. При испытаниях осуществляется централизованный дистанционный контроль за давлением на отдельных секциях трубопровода.

Испытания по методу падения давления на западноевропейских трубопроводах осуществляются следующим образом. Оператор дистанционно перекрывает задвижки вдоль трубопровода и в течение 15 мин следит за изменением давления. Если давление меняется, что свидетельствует о наличии утечки, оператор переходит к испытаниям по методу дифференциального давления.

Наряду с применением систем контроля утечек используются системы защиты магистральных трубопроводов от аварийных ситуаций. Часто одной из причин аварий на линейной части магистральных нефтепроводов, работающих в режиме "из насоса в насос", является внезапное отключение промежуточных насосных станций, вызывающее распространение волны повышения давления, значительной по крутизне и амплитуде. Расчеты показывают, что и трубопроводах диаметром 1220 мм эти волны могут повысить давление до 1 МШ сверх нормального. В таких случаях одним из основных методов защиты нефтепроводов является сбрасывание волны давления на всасывании промежуточной станции при ее внезапной остановке путем сброса потока из линии всасывания в небольшой резервуар через регулятор скорости повышения давления.

На нефтепроводах, имеющих надежные линии связи между насосными станциями, наибольшее распространение получили системы защиты от разрыва с помощью опережающего сигнала. Такими системами оборудованы многие современные зарубежные трубопроводы.

На нефтепроводе "Дружба" эксплуатируются две системы "Волна", принцип действия которых состоит в том, что при отключении любой промежуточной станции, если на ней работали два или три насосных агрегата, на предыдущую станцию по каналу связи передается электрический сигнал, при этом снижается уставка регулятора давления на линии нагнетания или отключается один агрегат.

Для обеспечения безаварийной работы трубопроводов важен своевременный и качественный ремонт оборудования. На современном уровне это достигается созданием баз производственного обслуживания (БПО) в составе централизованной системы технического обслуживания и ремонта (ЦСТОР) районных управлений. В состав БПО входят опорный аварийно-восстановительный пункт, ремонтно-механическая мастерская с обменным пунктом и ряд участков с выездными бригадами по ремонту и наладке технологического и энергетического оборудования, средств электрохимической защиты, автоматики и телемеханики. Подробно вопросы ремонта освещены в специальной технической литературе.