Способ обнаружения утечек жидких углеводородов из магистральных трубопроводов

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидких углеводородов. Способ предусматривает съемку теплового поля трассы трубопровода, оптическое зондирование приземного слоя атмосферы на длине волны поглощения газовой фракцией углеводородов, определение местоположения локальных участков местности с аномальной температурой и максимальным поглощением приземного слоя атмосферы, дополнительно регистрируют интенсивность акустического шума в подповерхностном слое почвы трассы трубопровода и определяют величину и направление градиентов температуры, поглощения атмосферы и акустического шума в окрестностях выявленных локальных участков, а место течи определяют по местоположению локального участка, где температурная аномалия, поглощение приземного слоя атмосферы и интенсивность акустического шума превышают заданные пороговые значения по каждому измеряемому параметру, при условии, что градиенты измеряемых параметров не превосходят заданные пороговые значения градиентов по всем направлениям в окрестности данного локального участка. Способ позволяет повысить точность локализации местоположения утечки.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при диагностике действующих трубопроводов, предназначенных для транспортирования жидких углеводородов.

Эксплуатация современных трубопроводов предполагает их периодическое обследование с целью выявления нарушения целостности труб, происходящих, например, из-за коррозии или деформации, вызываемой перемещениями грунта при замерзании и оттаивании, а также из-за несанкционированной деятельности человека в полосе отчуждения трубопровода.

Существуют способы обнаружения утечек на ранней стадии нарушения целостности трубопроводов, основанные на анализе теплового поля, измерении интенсивности флуоресценции или поглощении газовой фракцией углеводородов оптического излучения (см. патенты N 1800219, N 2036372, заявку N 94036134/06/035948 от 27.09.94) с последующей локализацией места утечки для отправки ремонтных бригад. Однако при эксплуатации трубопроводов часто встречаются случаи когда, например, нефть уже вылилась из трубопровода и на поверхности земли вдоль и над трубопроводом образовалось "озерцо" нефти, закрыв место течи из трубопровода. Локализовать место течи нефти из трубопровода, если оно находится под "зеркалом" нефти, является первейшей задачей, т.к. от этого зависят объемы земляных работ и сроки устранения аварии. Также на практике бывают случаи, когда дистанционными методами невозможно обнаружить утечку из-за ее малости или недостаточной чувствительности метода, а она проявилась на значительном расстоянии от места утечки в виде "озерца" нефти или пленки нефти на поверхности водоема в силу длительного характера ее истечения из трубопровода.

Известен способ обнаружения утечек из трубопроводов, основанный на измерении интенсивности акустического шума, вызываемого утечкой (Дробот Ю.Б., Грешников В. А. , Бачегов В.Н. Акустическое контактное течеискание. М.: Машиностроение, 1989). Недостатком этого способа, применительно к обнаружению утечек в магистральных трубопроводах, является необходимость раскопки шурфов для установки акустического датчика (микрофона) непосредственно на металлическую поверхность трубы, ввиду того, что поиск утечек с поверхности земли ограничен малой дистанционностью (до нескольких метров) вследствие сильного ослабления звука грунтом.

Учитывая, что глубина залегания труб на трассе магистрального трубопровода составляет около 1,5 м, при установке микрофона в подповерхностном слое грунта за одно измерение можно проконтролировать не более одного-двух погонных метров труб, что делает применение данного способа для поиска малых утечек нерентабельным.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран известный способ обнаружения утечек жидких углеводородов, в частности нефти, из магистральных трубопроводов (см. заявку N 94036135/06 от 1994, кл. F 17 D 5/02), включающий съемку теплового поля трассы трубопровода, оптическое зондирование приземного слоя атмосферы на длинах волн поглощения основными компонентами газовой фракции нефти и определение места утечки по местоположению участка с аномальной температурой, для которого интенсивность поглощения оптического излучения превышает заданное пороговое значение.

Данный способ учитывает 2 фактора, сопровождающих утечку: температурную аномалию, возникающую вследствие того, что продукт, выходящий из трубопровода, как правило, отличается по температуре от окружающей среды и вносит дисбаланс в тепловое поле трассы, и усиление поглощения оптического излучения, возникающее вследствие повышения концентрации газовой фракции углеводородов над местом утечки.

Недостатком данного способа является то, что оба эти фактора (наличие температурной аномалии и повышение концентрации газовой фракции углеводородов) сильно коррелированы между собой, ввиду того, что как величина температурной аномалии локального участка местности, так и концентрация газовой фракции углеводородов в первую очередь зависят от количества продукта, находящегося под поверхностным слоем почвы данного локального участка.

Поэтому в тех случаях, когда трасса трубопровода в районе утечки имеет естественный уклон или грунт, насыпанный на трубопровод, имеет неоднородности по плотности и теплопроводности, основная масса вытекшего продукта будет скапливаться на участках трубопровода, которые могут находиться на некотором расстоянии от утечки и местоположение максимумов поглощения газовой фракции и температурной аномалии не будет совпадать с местоположением утечки, что приведет к снижению точности локализации утечек.

Целью изобретения является повышение точности локализации местоположения утечек жидких углеводородов в магистральном трубопроводе.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения утечек из трубопровода, включающем съемку теплового поля трассы, оптическое зондирование приземного слоя атмосферы на длине волны поглощения газовой фракцией углеводородов, определение местоположения локальных участков местности с аномальной температурой и максимальным поглощением атмосферы, дополнительно регистрируют интенсивность акустического шума в подповерхностном слое почвы и определяют величину и направление градиентов температуры почвы, поглощения атмосферы и интенсивности акустического шума в окрестностях выявленных локальных участков, а место течи определяют по местоположению локального участка, где температурная аномалия, поглощение атмосферы и интенсивность акустического шума превышают заданные пороговые значения по каждому измеряемому параметру, при условии, что градиенты измеряемых параметров не превосходят заданные пороговые значения градиентов по всем направлениям в окрестности данного локального участка.

В способе необходимость регистрации акустического шума в подповерхностном слое почвы обусловлена тем, что интенсивность шума, вызванного истечением продукта из свища в трубопроводе максимальна над местом утечки и не связана напрямую (не коррелирована) с наличием концентрации газовой фракции продукта в приземном слое атмосферы и с температурными аномалиями на поверхности почвы. Поэтому наличие акустического шума в локальном участке местности, характеризующемся наличием температурной аномалии и повышенной концентрацией газовой фракции, является существенным признаком наличия утечки.

Вместе с тем в способе регистрация акустического шума утечки в подповерхностном слое почвы может служить только в качестве дополнительной операции, предназначенной для уточнения факта наличия утечки в выбранном локальном участке трассы, ввиду того, что дальность действия метода акустического течеискателя через слой грунта не превышает нескольких метров.

Второе существенное отличие способа заключается в необходимости учета градиентов температуры, акустического шума и поглощения атмосферы в окрестности выявленного локального участка трассы. Это объясняется тем фактом, что при идеальном залегании трубопровода на трассе (в случае, если трасса не имеет уклонов, а грунт, насыпанный на трубопровод, не имеет неоднородностей по плотности, теплопроводности и звуконепроницаемости) все три измеряемых параметра (температурная аномалия, поглощение приземного слоя атмосферы и интенсивность акустического шума) над местом утечки имели бы максимальное значение. Это означает, что градиенты измеряемых параметров по всем направлениям в окрестности места утечки были бы равны нулю.

В реальных условиях наличие уклонов трассы и неоднородностей в засыпном грунте несколько искажают идеальную картину, поэтому градиенты измеряемых параметров становятся отличными от нуля, но вместе с тем сохраняют минимальные значения по сравнению с градиентами, характеризующими состояние локальных участков местности, расположенных вне зоны утечки.

Тот факт, что градиенты измеряемых параметров в реальных условиях становятся отличными от нуля, обусловливает необходимость проведения операции сравнения этих градиентов с заданными пороговыми значениями.

При практической реализации предлагаемый способ может быть осуществлен, например, следующим образом. Съемку теплового поля трассы трубопровода производят путем измерения температуры почвы посредством контактного термодатчика.

Оптическое зондирование приземного слоя атмосферы осуществляют с помощью оптического спектроанализатора, настроенного на длину волны поглощения газовой фракцией углеводородов (Горелик Д.О., Конопелько Л.А. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов. - М.: Издательство стандартов, 1992). Измерение температуры почвы и поглощения атмосферы производят, например, в процессе пешего обхода трассы, в точках, расположенных с заданной периодичностью Т вдоль трубопровода.

По результатам проведенных измерений на трассе отмечают участки, в которых тепловые аномалии существенно превосходят значения естественных температурных неоднородностей почвы, а поглощение атмосферы существенно превышает уровень, обусловленный поглощением естественной атмосферы на рабочей длине волны спектроанализатора.

В пределах и окрестностях каждого отмеченного участка, в точках, расположенных с меньшей периодичностью, например 0,1 Т вдоль трассы трубопровода, производят измерение температуры почвы, поглощения атмосферы и интенсивности акустического шума в подповерхностном слое почвы, после чего производят сравнение измеряемых параметров и их градиентов с заданными пороговыми значениями.

Интенсивность акустического шума может быть измерена посредством акустического контактного течеискателя (см. упомянутую книгу Ю. Б. Дробота и др.).

Величины градиентов измеряемых параметров определяют как отношение разности между значениями этих параметров, измеренными в 2-х соседних точках, к расстоянию между точками измерения.

Пороговые значения измеряемых параметров и их градиентов могут быть заданы на основе статистического анализа флуктуаций параметров вследствие наличия естественных неоднородностей грунта на трассе трубопровода и фонового поглощения атмосферы на рабочей длине волны спектроанализатора.

Пороговые значения могут варьироваться в зависимости от погодных и сезонных условий.

Использование предлагаемого способа обнаружения утечек по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности локализации местоположения утечек за счет исключения из сферы поиска локальных участков с аномальной температурой и повышенной концентрацией газовой фракции, сформировавшихся вследствие наличия геофизических неоднородностей грунта на трассе трубопровода.

Формула изобретения

Способ обнаружения утечек жидких углеводородов из магистральную трубопроводов, включающий съемку теплового поля трассы трубопровода, оптическое зондирование приземного слоя атмосферы на длине волны поглощения газовой фракцией углеводородов, определение местоположения локальных участков местности с аномальной температурой и максимальным поглощением приземного слоя атмосферы, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют интенсивность акустического шума в подповерхностном слое почвы трассы трубопровода и определяют величину и направление градиентов температуры, поглощения атмосферы и акустического шума в окрестностях выявленных локальных участков, а место течи определяют по местоположению локального участка, где температурная аномалия, поглощение приземного слоя атмосферы и интенсивность акустического шума превышает заданные пороговые значения по каждому измеряемого параметру при условии, что градиенты измеряемых параметров не превосходят заданные пороговые значения градиентов по всем направлениями в окрестности данного локального участка.