Усовершенствование математического аппарата метода зональной локации

Федеральное  агентство Российской   Федерации  по  образованию   Государственное   образовательное   учреждение высшего профессионального образования САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра  «Трубопроводный транспорт»

 

 

 

 

 

Научная работа

«УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА МЕТОДА ЗОНАЛЬНОЙ ЛОКАЦИИ»

 

Гредасова Светлана

Логанова Мария

Егоров Александр

студенты 2-НТ-4 СамГТУ

 

 

Научные руководители:

профессор, д.т.н Тян В.К.,

  доцент КТТ ЗемлерубЛ.Е.

 

Самара 2014г.

Содержание:

1.Цель.Задачи………………………………...………………………………………...3

2.Введение……………………………………………………………………………...4

3. Классификация утечек………………………...……………………………………5

4.Анализ методов утечек……………………………...………………………………6

                    4.1.Визуальный метод……………………………………………………7

                   4.2.Метод гидравлической локации…………..…………………………8

                   4.3.Метод отрицательных ударных волн………………………….…..8-9

                   4.4.Метод сравнения расходов…………………………………..………9

                   4.5.Метод линейного баланса………………………………..………….10

                  4.6.Метод акустической эмульсии………………………….…………10-12

                   4.7.Метод зональной локации…………………………………………14-17

5.Метематическая модель  расхождения места утечки по  методу зональной локации…………………………………………………………………………….18-29

6 .Вывод ……..………………………………………………………………….…….30

Список литературы ………………………………………………………………..31

 

 

 

 

 

 

1.Цель

Доказать  эффективность  метода зональной локации и усовершенствовать его математический аппарат

 

Задачи:

1.Проанализировать все  существующие методы

2. Изучить метод зональной  локации

3.Исследовать зависимости  изменения интервала утечки от  погрешностей датчиков 

4. Рассмотреть погрешность  датчика как случайную величину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Введение

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.

К  настоящему времени опубликовано достаточно много различного рода  работ , в которых описаны методы, способы, и средства контроля и поиска места утечек и дефектов.

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, значительно уменьшить экологический ущерб от разлива перекачиваемых продуктов.

Несмотря на то, что постоянно ведется поиск эффективных и технологичных решений, говорить об окончательном решении этой проблемы пока не приходится. Предлагается множество методов обнаружения утечек, как расчетных, так и аппаратурных, однако большинство из них либо не универсально, либо технологически сложно, либо необычайно дорого.

Именно поэтому перед нами встала задача сравнить и проанализировать известные методы, выявить самые эффективные из них, а также усовершенствовать математический аппарат одного из них.

3.Классификация утечек

Диагностика наличия утечек жидкости из трубопроводов

В зависимости от вида повреждения труб и объема потерь перекачиваемого продукта за определенное время утечки нефти и нефтепродуктов могут быть:

1) крупные (величиной более 10 м3/ч), влияющие на гидродинамический процесс перекачки;

2) малые (величиной от 2 до 600 л/ч), которые на гидродинамический  процесс перекачки не влияет.

Средних утечек (величиной от 600 л/ч до 10 м3/ч) не наблюдается.

Утечки величиной менее  50 л/ч функционируют непостоянно, т.к. повреждения постепенно забиваются парафином, песком и другими механическими частицами.

Возникновение крупных утечек (аварий) фиксируется относительно просто. Процессы, происходящие при появлении трещины или разрывы трубы, протекают примерно по одному «сценарию»: в первые доли секунды происходит резкое увеличение утечки, а затем в связи с падением давления она уменьшается. Признаком возникновения аварии является падение давления на выходе насосных станций при одновременном увеличении подачи и потребляемой мощности. Также последствия крупных утечек (аварий) фиксируются визуально при патрулирования нефте и нефтепродуктов (воздушном или наземном). Кроме того, о возникновении крупной утечки можно судить по появлению дисбаланса в количестве продукта, закачиваемого в трубопровод и принимаемого из него.

Сложнее зафиксировать мелкие утечки, т.к. их появление не приводит к видимым изменениям в режимах перекачки, дисбаланс объемов перекачки находится в пределах погрешности порезервуарного учета, а визуальное появление утечки появляется спустя значительное время после их возникновения.

4.Анализ методов утечек

Все существующие методы можно представить в виде следующей таблицы.

Таблица. Методы обнаружения утечек из трубопроводов.

	Обнаружение утечки по технологическим параметрам перекачки	Обнаружение утечки на основе других физических параметров
Методы постоянного контроля	--  -Метод гидравлической локации  утечки     -Метод сравнения расходов; -Метод сравнения скорости  изменения расходов;         -Метод  материального баланса;   -Метод отрицательных  ударных волн;	-Волоконно-оптический  метод   (на   (на  основе решеток Брэгга);         -Волоконно-оптический            м      метода (на основе рефлекто-                                   метрического принципа); - Метод акустической эмиссии;
Методы периодического контроля	-Метод гидравлических  испыта-     ний (опрессовка);     -Метод дифференциальных    давлений	-Методы визуального контроля; -Акустический метод; -Радиоактивный метод; -Лазерный газоаналити- ческий    метод; -Ультразвуковой (зондовый) метод; -Методы внутритрубной инспекции; -Аэрокосмический мониторинг

 

Рассмотрим некоторые из них, а также выявим их достоинства и недостатки

 

4.1.Визуальный метод

Визуальный метод наиболее прост, применяется уже давно и повсеместно. Его сущность заключается в обнаружении мест утечек обходчиков, автотранспорта, плавсредств и авиации.

Признаками наличия утечки являются:

• видимый выход на поверхность перекачиваемой нефти или нефтепродукта;
• изменение цвета (пожелтение) растительности;
• потемнение снежного покрова;
• появление пены или пузырей на поверхности воды.

Достоинства метода:

Простота обнаружения видимых утечек.

Недостатки:

1. Трудоемкость регулярного патрулирования с помощью обходчиков и наземного автотранспорта.
2. Ограниченные возможности патрулирования в труднодоступных местах трассы, в темное время суток при неблагоприятных погодных условиях.
3. Невозможность обнаружения мелких утечек до выхода перекачиваемого продукта на поверхность грунта или воды.
4. Большие затраты на применение авиации при патрулировании трубопроводов.

 

4.2.Метод гидравлической локации

Метод используется при стационарном режиме работы трубопровода и основан на сравнении гидравлических уклонов по длине трубопровода. При возникновении утечки гидравлический уклон до места утечки i1 больше, чем за ним i2, а точка их пересечения указывает место утечки.

Достоинства метода:

• непрерывность контроля за появлением утечек;
• простота конструкции приборов и доступность в обслуживании;
• автоматическая обработка измеряемых величин и выдача результатов.

Недостатки:

• применим только при стационарном режиме перекачки;
• низкая чувствительность (обнаруживает утечки с расходом не менее 200 м3/ч);
• большая погрешность определения места утечки.

В настоящее время данный метод используется на трубопроводах Рейн-Майн, Роттердам-Рейн.

4.3.Метод отрицательных ударных волн

Метод основан на регистрации волн понижения давления, возникающих в момент появления утечки и распространяющихся в обе стороны по трубопроводу со скоростью звука(≈ 1 км/c)

Конструктивно метод реализуется следующим образом. По трассе трубопровода (практически на каждой задвижке) устанавливаются электронные преобразователи, информация с которых автоматически передается на диспетчерский пункт. При возникновении утечки отрицательная волна давления достигает электронных преобразователей, по обе стороны утечки. Время прибытия сигналов регистрируется в контрольном диспетчерском пункте, после чего ЭВМ по специальной программе обрабатывает поступающую информацию, определяя величину и место утечки.

Достоинства метода:

1. эффективен для быстрого обнаружения значительных утечек;
2. применим независимо от длины и конструкции линейной части трубопровода;
3. обеспечивает непрерывной контроль за появлением утечек;
4. простота и доступность в эксплуатации.

Недостатки:

• низкая чувствительность (Qy>100 м3/ч)
• большая погрешность определения места утечки(+-3км)

Метод был применен на трубопроводе Роттердам-Рейн.

4.4.Метод сравнения расходов

Метод основан на постоянстве мгновенного расхода нефти (нефтепродукта) в начале и в конце участка трубопровода между НПС при отсутствии утечки и установившемся режиме перекачки.

На входе и выходе каждого участка трубопровода устанавливаются расходомеры турбинного или объемного типа, дистанционно связанные с ЭВМ, находящейся на центральном диспетчерском пункте. Информация с расходомеров о расходе нефти (нефтепродуктов) непрерывно поступает на вход ЭВМ.

В ЭВМ, с учетом температурной поправки, непрерывно производится сравнение расходов в начале и в конце каждого участка трубопровода. Если разность расходов превышает допустимый предел, установленный программой.выдается сигнал о появлении аварийной утечки.

Достоинства метода:

быстрое обнаружение утечек при установившемся режиме перекачки;

непрерывность и дистанционностьконтроля за появлением утечек;

автоматическая обработка информации и выдача сигнала.

Недостатки:

низкая чувствительность ( Qy> 50 м3/ч);

не обеспечивает определения места утечки.

Данный метод широко применяется в США, Западной Европе и Японии.

4.5.Метод линейного баланса