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管道检测的发展

随着穿越该国的管道数量不断增加,迫切需要确保管道基础设施的安全。许多管道的使用年限和不同产品流通的数量使这一前景充满挑战。现在,已经开发出了新技术,可以满足符合法规要求的可靠保护,同时消除误报。通过使用模式识别(一种先进的计算技术,可以从不断增长的传感器数据池中获取更多信息),这些新系统减少了管理管道检测所需的资源,同时提高了可靠性。在新技术中,扩展实时瞬态模型(E-RTTM)技术已被证明是在所有操作条件下监视和保护管道的最有效的检测系统。

管道检测

世界各地的管道检测要求

埋在地下的管道系统往往比公路和桥梁等其他基础设施系统受到的关注更少。此外,根据所运输的内容,对管道安全性,运营和价值的监管监督有些分散。关键示例包括从油田到炼油厂的原油管道;从炼油厂到油库的多产品管道;浮动生产存储和卸载(FPSO)单元和平台的海底管道;非连续运行的运输管道(例如,喷气燃料);从海水淡化厂到城市的输水管道;和天然气管道。近年来,在成百上千的事件(无论大小)的刺激下,管道检测的意识有所提高。管道泄漏引起的爆炸造成数百人死亡或受伤,而数百万加仑的石油从重质原油管道泄漏到陆地或海洋中。认识到管道检测的重要性,美国运输部(DOT),管道和危险材料安全管理局(PHMSA),管道安全办公室(OPS)已将管道检测的规定和注意事项纳入了众多联邦法规中。此外,为响应2011年《管道安全,监管确定性和创造就业法案》而准备的一项联邦管道检测研究,为开展更广泛的全国对话奠定了基调。2012年的研究1指出:“由于全国范围内的管道数量众多,因此重要的是,必须使用可靠的管道检测系统来迅速识别何时发生管道泄漏,以便迅速采取适当的应对措施。这些行动的迅速行动可以帮助减少事故或事件对公众,环境和财产造成的后果。”具有里程碑意义的研究着眼于危险液体管道设施和运输相关流水线的操作员所使用的管道检测系统。它分析了当前管道检测系统的技术局限性,建议了可以采取哪些措施来鼓励开发更好的技术,并分析了实用的管道检测标准。其他重要的监管背景包括德国管道技术规则(TRFL),其中包含世界上最严格的管道检测要求。TRFL要求管道运营商安装一个管道检测系统,该系统使用两个连续运行的技术流程,这些流程基于可以检测稳态下的管道泄漏的不同物理变量。他们需要一种用于检测瞬态工况下管道泄漏的系统或过程;可以在静止状态下检测管道泄漏的系统或过程;检测逐渐泄漏的系统或过程;以及用于管道泄漏定位的系统或过程。总而言之,这些规则要求管道检测系统涵盖所有种类的日常管道运行,且不排除任何例外。

管道检测

管道检测系统

共有三种基本的管道检测系统:内部,外部和外观检查。

内部系统使用提供流量或压力读数的测量传感器,并执行计算以估计管道内流体的状态。这些系统必须遵循在美国石油协会(API)1130计算管道监测液体管道中找到的推荐做法。内部系统的三个主要类别包括:控制器使用体积平衡之类的方法定期或定期监视运行数据;压力/流量监控;压力点分析;和负压波法。

计算质量管道监控(CPM),使用质量平衡和管线组校正;实时瞬态建模(RTTM);统计模式识别;压力/流量模式识别;负压波建模/签名识别。

数据分析方法包括统计方法和数字信号分析。外部系统使用专用的仪器设备和传感器(通常位于管道外部)来检测逸出的流体。与内部系统不同,对于设计外部系统的工程师,没有公认的API工程标准,因此谨慎部署和安装至关重要。传感器放错位置很容易错过逸出的碳氢化合物羽流。

可用的外部传感器系统包括:

1、声学传感器

2、碳氢化合物传感光纤

3、温度感测电缆

4、液体感应电缆

5、蒸气感测管

6、化学蒸气传感器

光学方法

外观检查系统包括从外部检查管道以确定是否有管道泄漏。这可以通过使用无人驾驶飞机或直升飞机飞过,沿着管道行驶或在整个管道长度上使用光纤来检测温度变化来完成。由于目视检查依赖于人为干预,因此被认为是所有方法中最有效的方法,但是它非常昂贵。

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新型E-RTTM管道检测技术

近年来,新的扩展实时瞬态模型(E-RTTM)计算管道监控技术已开发到PipePatrol中,该检测系统可用于在所有操作条件下(从长距离或短距离管道中)监视和保护管道用于石油,天然气或水,用于化学工业或其他行业的精炼产品。该系统符合API 1130,API 1175,California AB 864和德国TRFL标准以及CSA Z662油气管道系统标准。该系统还符合众多全球公司标准,包括壳牌DEP 31.40.60.11-Gen,科威特石油公司推荐做法KOC-MP-039,DOW全球LDS标准和沙特阿美SAES SAES-Z003。E-RTTM技术使用独特的管道泄漏模式识别算法,可以在任何类型的管道操作中进行极其快速和灵敏的管道检测,而不会产生错误警报。与其他系统不同,它不能简单地比较出口流量和入口流量。相反,它使用测量的条件来计算管道的水力曲线。将计算所得的流量分布图之一与入口和出口的实测流量进行比较,以确定在没有泄漏的情况下管道流量应为多少。在E-RTTM的第一阶段,为了生成特定的管道泄漏模式,全动态的实时过程模型会计算目标值。该模型基于被认为对于管道中的一维流最精确的特征方法。在过去的几年中,它一直在不断改进,现在包括完整的热/温度模型,因此它可以准确地模拟原油或诸如超临界二氧化碳或乙烯之类的密相气体。有关真实管道的信息将传输到计算机中,包括高程剖面图,产品和材料特性以及热力学方程式。基于动量,质量和能量守恒的物理定律,在在线测量的驱动下,开发了虚拟管道。现在,该虚拟管道会计算出无泄漏时管道的流量。由于其他事件将导致偏差,因此决策值将在第二阶段(签名分析)进行处理。签名分析连续监视不同类型模式的决策值。根据检测到的模式,系统将禁止显示消息,发出警告或发出管道泄漏警报。因此,并非每个偏差都会导致报警,从而避免了误报警。这很关键,因为错误警报在关闭生产线或过程或导致产品燃烧时会非常昂贵。

总之,与其他CPM方法不同,E-RTTM不能简单地比较出口流量和入口流量。相反,它使用测量的条件来计算管道的水力曲线。其中一项,即计算出的流量曲线,将与入口和出口的实测流量进行比较。签名分析方法使用管道泄漏模式识别来连续分析此数据并确定管道的管道泄漏状态。由于E-RTTM使用相对值,因此它可以在瞬态管道条件下继续有效地工作,而对其灵敏度没有任何重大影响。除管道检测外,该系统还包括提供其他重要操作优势的各种模块。这些措施包括盗窃检测,密封性监控,预测模型,断线检测,应力监控和批次跟踪,以及泵监控,数据采集和网络安全。实际上,在PHMSA管道检测研究中引用了PipePatrol系统,该系统指出:“没有理由不应该同时实施几种不同的内部管道检测方法。实际上,基本的工程鲁棒性原则要求至少两种方法都依赖于完全独立的物理原理。例如,美国KROHNE Industries注册的Extended-RTTM系统将RTTM与其他几种API 1130技术结合使用。”

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运作中的E-RTTM系统

管道运营商正在转向基于E-RTTM的系统,以满足现有和新的管道检测法规要求。这些产品包括非常广泛的产品,例如气体(包括非理想的亚临界和超临界/致密相气体),单产品液体,原油,多产品液体(包括精制产品),液化石油气( LPG),液化天然气(LNG),盐水,水和废水。一个例子是位于西弗吉尼亚州南查尔斯顿的化工厂,在7英里4英寸长的地方使用PipePatrol E-RTTM系统。环氧乙烷管道。另一个例子是德克萨斯州弗里波特市的一家工厂,该工厂使用的系统(包括破裂检测)为12英寸。液化乙烷气管线符合新的API RP 1175要求,与破裂报警器无关,适用于破裂报警器。操作员通过添加另一个带有专用警报的管道泄漏模式,将新警报集成到PipePatrol系统中。最后一个例子是与NuGen的合作关系,其中,加利福尼亚州的公司将PipePatrol系统用于Torrance炼油厂的管道网络,该网络运输原油和成品油。该网络包括从输油管线上的原油收集管线到炼油厂和所有连接管线,再到机场,卡车装卸和合作伙伴公司的18条管线。该系统可以监控从400英尺线到400英里线的所有内容,还包括API 1175破裂检测。

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管道的智能监控和保护

管道监控已从简单的质量平衡方法发展到可以提供泄漏,盗窃和断线检测以及密封性和使用寿命应力监测的整个系统。新系统涵盖了运营,安全,环境和法律要求,为石油,天然气,水和多产品管道提供了完整而灵敏的保护。

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