Устройство для обнаружения и определения местонахождения утечек

Изобретение относится к устройству для обнаружения и определения местонахождения утечек. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения местонахождения утечек при длинном коллекторе. В устройстве, содержащем проницаемый коллектор (1), соединенный с насосом (2) для транспортной среды и, по меньшей мере, с одним датчиком (4а) для выходящего при утечке вещества (М), предусмотрено, что коллектору (1) в качестве маркеров в известных местах и на расстоянии друг от друга приданы источники (7) детектируемого газа (G) и что каждому датчику (4а) пространственно придан датчик (4b) для газа (G). 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройству для обнаружения и определения местонахождения утечек, содержащему проницаемый коллектор, соединенный с насосом для транспортной среды и, по меньшей мере, с одним датчиком для выходящего при утечке вещества.

Такое устройство известно из DE 2431907 С3 и используется в качестве системы обнаружения и определения местонахождения утечек (LEOS), например, в трубопроводе (например, для газа или нефти). В случае, если вещество выходит из течи в трубопроводе, оно попадает за счет диффузии в коллектор, позднее его вместе с транспортной средой посредством насоса доставляют по коллектору к датчику и детектируют там. По времени транспортировки и известной скорости потока определяют затем место утечки.

По мере увеличения длины коллектора, которая у трубопроводов может составлять до 800 км, возникает проблема, заключающаяся в том, что из-за неизбежных колебаний плотности, давления и температуры газообразной транспортной среды вдоль коллектора, а также из-за необходимого для ее транспортировки большого перепада давлений ее скорость потока по всему коллектору непостоянна и также может колебаться, так что точность, с которой может быть определено место утечки, уменьшается по мере увеличения длины коллектора.

В основе изобретения лежит задача создания устройства для обнаружения и определения местонахождения утечек, у которого повышена точность определения местонахождения утечек также при длинном коллекторе.

Задача решается согласно изобретению посредством устройства с признаками п.1 формулы. Поскольку коллектору в качестве маркеров в известных местах и на расстоянии друг от друга приданы источники детектируемого газа, а датчику для выходящего вещества пространственно придан датчик для детектируемого газа, точное определение местонахождения течи возможно и тогда, когда скорость потока транспортной среды в коллекторе неизвестна. Напротив, достаточно, что точно известны места, в которых детектируемый газ попадает в коллектор. В датчике поступающие максимумы детектируемого газа служат тогда маркерами, которые относятся к определенному месту коллектора. Если, например, максимум вещества возникает между вторым и третьим максимумами детектируемого газа, то ясно, что вещество проникло в коллектор между вторым и третьим источниками детектируемого газа. Поскольку места расположения этих источников точно документированы, а, кроме того, по расстоянию от максимума вещества до соседнего максимума газа можно сделать вывод о расстоянии от места утечки до соответствующего места расположения источника, достигается надежное определение местонахождения утечки.

В принципе, можно использовать один и тот же датчик для обнаружения как вещества, так и газа. В этом случае детектируемое вещество и газ могут быть идентичными. Преимущественно, однако, предусмотрен детектируемый газ, который не соответствует выходящему при утечке веществу, причем в одном особенно предпочтительном выполнении предусмотрено использование датчика для выходящего вещества, который не регистрирует газ. За счет этого можно надежно и с высокой чувствительностью обнаружения определять утечки, находящиеся в непосредственной близости от маркеров.

В особенно предпочтительном варианте выполнения изобретения датчику для выходящего вещества предвключен каталитический конвертер для превращения водорода в воду, к которому датчик невосприимчив. Это гарантирует то, что измерительному сигналу, зарегистрированному датчиком для выходящего из течи вещества, водород не мешает. Для детектирования самого водорода имеются тогда собственные датчики.

В частности, макерами являются аноды протекторной защиты, служащие источниками водорода. Такие аноды протекторной защиты размещены на трубопроводе в точно известных местах для предотвращения коррозии трубопровода. Аноды протекторной защиты состоят, как правило, из алюминия, находятся в электрическом контакте с трубопроводом и образуют с ним локальный элемент, на отрицательном полюсе (катоде) которого, т.е. на трубопроводе, образуется водород. Он попадает затем в качестве детектируемого газа в коллектор в точно известных местах.

В альтернативной форме выполнения маркеры включают в себя металлические тела, состоящие из более благородного металла, чем аноды протекторной защиты, и электрически соединены с ними. Таким образом, возникает самостоятельный локальный элемент. Это обеспечивает постоянное и надежное образование водорода на аноде протекторной защиты или на соединенном с анодом протекторной защиты металлическом теле у проложенного под водой коллектора.

Металлическое тело, действующее в качестве катода, электрически изолировано от анода протекторной защиты, например, пластиком и посредством электрического провода подключено к аноду протекторной защиты.

Преимущественно в качестве насоса предусмотрен нагнетательный насос, который в направлении течения присоединен к началу коллектора. По сравнению с использованием всасывающего насоса это имеет то преимущество, что вдоль коллектора может быть создана большая разность давлений, которая многократно превышает достигаемую всасывающим насосом максимальную разность давлений, так что система может быть использована на расстояния свыше 15 км без необходимости расположения друг за другом нескольких систем. В коллекторе за счет использования нагнетательного насоса может быть создана такая большая разность давлений, что даже через несколько сотен километров поток транспортной среды будет достаточным. Благодаря использованию нагнетательного насоса можно, тем самым, транспортировать транспортную среду на очень большое расстояние без необходимости дополнительных насосов. Это делает возможным использование в трубопроводе, проложенном под водой на большие расстояния (до 800 км), поскольку в этом случае сложная станция для насоса требуется только в начале или в конце коллектора.

В другой предпочтительной форме выполнения коллектору придано несколько отстоящих друг от друга сенсорных блоков для выходящего вещества и газа, причем все сенсорные блоки посредством электрической питающе-измерительной линии соединены с блоком обработки в конце коллектора.

За счет того, что коллектору придано несколько сенсорных блоков, достигается то преимущество, что диффундирующее вещество обнаруживается быстрее, чем это было бы возможно при очень длинной транспортировке до конца коллектора. Кроме того, после очень длинной транспортировки вещества оно могло бы распределиться по более длинному отрезку трубы, чем при проникновении, что затруднило бы детектирование. Отдельные сенсорные блоки требуют лишь одну питающе-измерительную линию, с тем чтобы передать измеренные значения к центральному блоку обработки в конце коллектора. Там каждый участок отрезка между насосом и первым сенсорным блоком, между двумя соседними сенсорными блоками или между последним сенсорным блоком коллектора и дополнительным сенсорным блоком в блоке обработки может рассматриваться отдельно.

Расстояние между сенсорными блоками может составлять 10-50 км, тогда как длина всего коллектора может составлять 400-800 км.

Благодаря устройству согласно изобретению достигается то преимущество, что известная как таковая система обнаружения и определения местонахождения утечек (LEOS) может использоваться также на очень большие расстояния, например до 800 км, а также на подводном трубопроводе.

Устройство для обнаружения и определения местонахождения утечек более подробно поясняется с помощью примера выполнения на чертеже, на котором изображают:

фиг.1: устройство согласно изобретению в схематичном общем виде;

фиг.2 и 3: другие предпочтительные выполнения также в общем виде.

На фиг.1 изображен снабженный несколькими сенсорными блоками 4 коллектор 1 длиной примерно 500 км для известной как таковая системы обнаружения и определения местонахождения утечек, который идет от насоса 2, работающего как нагнетательный насос, и заканчивается блоком 3 обработки, в котором находится последний сенсорный блок 4. Остальные сенсорные блоки 4 на расстоянии друг от друга приданы коллектору 1. Каждый сенсорный блок 4 включает в себя датчик 4а для выходящего при утечке вещества М. В случае если из соседнего и расположенного под водой вместе с коллектором трубопровода 5 из течи 51 выходит вещество М, оно попадает к коллектору 1, диффундирует в него, транспортируется в последующем процессе прокачки вместе с протекающей в коллекторе 1 транспортной средой Т к следующему сенсорному блоку 4 и регистрируется там. Все сенсорные блоки 4 посредством электрической питающе-измерительной линии 6 соединены с блоком 3 обработки, где затем определяют место утечки.

Для того чтобы для расчета места утечки не требовалось учитывать скорость потока в очень длинном коллекторе 1, в известных местах расположены источники 7 детектируемого газа G, в частности водорода, служащие маркерами. Они состоят в примере выполнения из анодов 8 протекторной защиты, которые расположены обычно на проложенном под водой трубопроводе 5. Вокруг этих анодов 8 протекторной защиты образуется водород, который в качестве детектируемого газа G, как и детектируемое, выходящее из трубопровода 5 вещество М, попадает в коллектор 1 и детектируется сенсорным блоком 4. Каждый сенсорный блок 4 содержит для этого собственный, приданный датчику 4а датчик 4b для детектируемого газа, например водородный датчик. Другими словами, каждому датчику 4а для вещества М пространственно придан датчик 4b для газа G. Поскольку места расположения водородных источников, а именно места расположения анодов 8 протекторной защиты, известны, по положению максимума выходящего из течи вещества М между двумя максимумами водорода можно сделать вывод о месте утечки, не обязательно зная скорость потока в коллекторе 1.

Для усовершенствования служащих маркерами анодов 8 протекторной защиты предусмотрены металлические тела 10, состоящие из более благородного металла, чем аноды 8 протекторной защиты, электрически изолированы от них пластиком и посредством электрического провода соединены с анодами 8 протекторной защиты. На этих металлических телах 10 образуется заметно больше водорода, чем на самих анодах 8 протекторной защиты.

Для того чтобы датчикам 4а для выходящего вещества М не мешал водород, измеряемый датчиками 4b, предусмотрена предвключенные каталитические конвертеры 9, превращающие водород в немешающую воду.

Достигается то преимущество, что места утечек могут быть надежно определены также на очень длинном недоступном трубопроводе 5.

На фиг.2 и 3 служащие маркерами источники 7 детектируемого газа G могут быть расположены также непосредственно на коллекторе 1, а также кольцеобразно вокруг него, как показано на фиг.3. Эти источники представляют собой емкости, в которых находится жидкость L, например углеводородное соединение с низким давлением пара, в частности этанол или смесь этанола и воды, газообразный компонент G которой диффундирует в коллектор 1. В качестве альтернативы можно также использовать в качестве жидкости воду и расположить в емкости неблагородный металл 12 (фиг.3), например проволоку из цинка. Образующегося тогда водорода достаточно для его обнаружения в качестве маркера с помощью датчика 4b. Изображенные на фиг.2 и 3 формы выполнения больше не требуют при этом присутствия воды вокруг коллектора 1 или контролируемого трубопровода, поскольку образование детектируемого газа не зависит от окружающей коллектор 1 или трубопровод среды.

Перечень ссылочных позиций

1 - коллектор

2 - насос

3 - блок обработки

4а, b - датчик

5 - трубопровод

6 - питающе-измерительная линия

7 - источник

8 - анод протекторной защиты

9 - каталитический конвертер

10 - металлическое тело

12 - металл

51 - течь

G - газ

М - вещество

Т - транспортная среда

L - жидкость

1. Устройство для обнаружения и определения местонахождения утечек, содержащее проницаемый коллектор (1), соединенный с насосом (2) для транспортной среды и, по меньшей мере, с одним датчиком (4а) для выходящего при утечке вещества (М), отличающееся тем, что коллектору (1) в качестве маркеров в известных местах и на расстоянии друг от друга приданы источники (7) детектируемого газа (G), при этом датчику (4а) для выходящего вещества пространственно придан датчик (4b) для газа (G).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газ (G) не соответствует выходящему при утечке веществу (М).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что газ (G) является водородом.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что датчик (4а) для выходящего вещества (М) нечувствителен к газу (G).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что датчику (4а) для выходящего вещества (М) предвключен каталитический конвертер (9) для превращения водорода в воду.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что в качестве источников (7) предусмотрены расположенные на трубопроводе (5) аноды (8) протекторной защиты.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что источниками (7) являются металлические тела (10), которые состоят из более благородного металла, чем аноды (8) протекторной защиты, и электрически соединены с ними.

8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что насос (2) в качестве нагнетательного насоса в направлении потока соединен с началом коллектора (1).

9. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что коллектору (1) придано несколько отстоящих друг от друга сенсорных блоков (4) для выходящего вещества (М) и газа (G), при этом все сенсорные блоки (4) посредством электрической питающе-измерительной линии (6) соединены с блоком (3) обработки в конце коллектора (1).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что каждый сенсорный блок (4) содержит датчик (4а) для выходящего вещества (М) и датчики (4b) для газа (G).