СТАЦИОНАРНОЕ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА УТЕЧКИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ НА УЧАСТКАХ ТРУБОПРОВОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗОНДОВ
STATIONARY DEVICE FOR DETERMINING POINT OF OIL AND OIL PRODUCTS LEAKAGE AT PIPELINE SECTIONS USING METAL PROBES

Изобретение относится к устройствам для диагностирования объектов транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов и может быть использована в нефтехимической и нефтедобывающей отраслях нефтепродуктообеспечения.
Предлагаемое изобретение наиболее применимо при транспортировании нефти и нефтепродуктов в подземных технологических трубопроводах.
Загрязнения литосферы и гидросферы происходят в результате утечек горючего из трубопроводов и резервуаров и другим причинам.
Если пролив горючего из наземного трубопровода можно обнаружить визуально, то утечку нефти и нефтепродуктов из подземного трубопровода определить можно только сложными диагностическими методами. Данные методы включают: визуальный и измерительный контроль, ультразвуковой и акустико-эмиссионный контроль, магнитометрический и капиллярный контроль и другие виды диагностирования [ПБ 03-585-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов].
Также проводятся гидравлические и пневматические испытания на прочность и плотность.
Многие из указанных методов связаны с освобождением трубопроводов от горючего, с вскрытием и выемкой грунта на отдельных участках, с последующим снятием изоляции, с измерением толщины стенки, с контролем сварных соединений.
По срокам проведения установлены следующие виды диагностики: первичная, очередная и внеочередная. Первичная диагностика проводится не позднее 2 лет после ввода трубопровода в эксплуатацию. Очередная диагностика проводится с периодичностью не более 1 раз в 8 лет. Внеочередная диагностика проводится в случае возникновения инцидента или аварии, при вводе в эксплуатацию объекта, не эксплуатировавшегося более 3 лет, а также через 30 лет с момента ввода в эксплуатацию технологических трубопроводов [РД-23.040.00-КТН-387-07. Методика диагностики технологических нефтепроводов НПС].
В процессе эксплуатации стенки трубопровода подвергаются различным видам коррозии, которые связаны с наличием сернистых и других агрессивных соединений в нефти и нефтепродуктах, а также воды в трубопроводе и в грунте.
Борьба с потерями горючего от утечек в трубопроводах становится важной экологической и экономической проблемой. Известен способ обнаружения утечек нефти или нефтепродуктов из трубопровода [Ш.И. Разматуллин и др. Патент на изобретение №2008113927 от 27.08.2010 г. Способ обнаружения утечек нефти и нефтепродуктов из трубопровода].
1-2
1-2
2-3
2-3
Данный способ гидравлической локации утечек жидкости из линейного участка трубопровода, включает обнаружение утечек жидкости из трубопровода - по изменениям расхода жидкости и линии гидравлического уклона трубопровода путем графического построения или аналитического расчета. В указанном способе контролируемый линейный участок трубопровода, не оснащенный системой расходомеров, разбивают на два соседних сегмента и с помощью датчиков давления, размещенных на концах каждого из них, производят измерение потерь давления на трение (гидравлические уклоны каждого сегмента), по которым определяют массовые расходы жидкости на каждом сегменте G (i),G(i) и производят периодический контроль значения дебаланса массовых расходов.
Пороговое значение дебаланса определяют на основе использования и анализа базы данных, характеризующих параметры перекачки (давление, температура, плотность, вязкость жидкости) в течение периода, предшествующего возникновению нештатной ситуации (утечки), с привлечением статистической методологии.
Недостатками данного способа при диагностировании трубопроводов являются:
1. Низкая эффективность способа при малых утечках горючего из трубопровода.
2. Сложность определения и большие временные затраты для расчетов.
3. Применение способа для участков трубопровода небольшой длины.
Известно устройство для обнаружения места утечки нефтепродуктов в трубопроводе [В.П. Добровольсков и др. Заявка на изобретение №95106872 от 20.04.1997 г. Устройство для обнаружения места утечки нефтепродуктов в трубопроводе].
Устройство предназначено для обнаружения места повреждения, сопровождающегося утечкой нефтепродуктов. Изобретение решает задачу упрощения конструкции, повышения надежности и взрывопожаробезопасности устройства при обнаружении места утечки нефтепродуктов из трубопровода. Сущность изобретения заключается в следующем. Кабель и проводник выполнены из волоконных световодов, проложенных снаружи трубопровода в две линии одинаковой длины на расчетном расстоянии друг от друга. Кабель и проводник соединены в конце трубопровода с измерительным блоком места утечки. На обеих линиях волоконных световодов через определенные расстояния удалена полимерная оболочка, а сами участки с удаленной оболочкой установлены напротив друг друга в корпусе с отверстиями, при этом на одной из линий, начало которой оптически сопряжено с источником излучения, электрически связанным через делитель с выходом блока запуска, участки волоконного световода с удаленной оболочкой покрыты полимерной пленкой, а начало другой линии оптически сопряжено с фотоприемным устройством, электрически связанным с измерительным блоком, второй вход которого соединен с одним из выходов делителя.
Недостатками указанного устройства являются:
1. Наличие в конструкции большого количества дополнительных корпусов с отверстиями, расположенных через малые расстояния, что значительно повышает стоимость и металлоемкость устройства.
2. Недостаточная точность определения места утечки из трубопровода. Разрешающая способность определяется частотой расположения участков с удаленной оболочкой, находящихся в корпусах с отверстиями.
3. Техническая сложность определения места утечки. Устройство состоит из сложных и дорогостоящих элементов.
Также известно стационарное устройство диагностирования и обнаружения места утечки нефти и нефтепродуктов в трубопроводе [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №136527 от 10.01.2014 г. Стационарное устройство диагностирования и обнаружения места утечки нефти и нефтепродуктов в трубопроводе].
Под предлагаемый трубопровод, имеющий сварные швы, прибор учета горючего, манометр, задвижку, изоляцию, в слой земельного грунта, укладываются параллельно в две линии проводники с изоляторами. Проводники линиями связи соединены с омметрами, которые также линиями связи связаны с персональным компьютером. Проводники изготовлены из меди, покрытой никелем. Изоляторы представляют собой ПВХ покрытие.
Прибор учета горючего, омметр и задвижка расположены в технологическом колодце.
Изобретение работает следующим образом. Нефтепродукт перекачивается по трубопроводу.
С целью постоянного диагностирования наличия утечек под трубопроводом с помощью линий связи, омметров производятся замеры сопротивлений между проводниками с изоляторами различных линий, которые выводятся на компьютер. При этом в начальный момент измеряется сопротивление «сухой» линии, которое при наличии утечек будет уменьшаться, а значение сопротивления при утечке позволит определить место утечки из трубопровода.
В случае появления утечки нефтепродукта из трубопровода значения измеренных сопротивлений начинают уменьшаться и выходят за пределы установленного интервала.
Оценка значений сопротивлений между проводниками расположенными в грунте параллельно друг другу с помощью омметров и компьютера позволяет определить не только наличие утечки нефти и нефтепродуктов из трубопровода, но и выявить конкретное место утечки с целью эффективного ремонта трубопровода.
Недостатками указанного устройства являются:
1. Наличие в конструкции двух линий проводников, что повышает стоимость и металлоемкость устройства.
2. Недостаточная точность определения места утечки из трубопровода, так как линии проводников имеют большую длину и проходят через грунты различных почв и пород, имеющих разное сопротивление.
3. Техническая сложность определения места утечки.
Наиболее близкой к указанной проблеме является стационарное устройство диагностирования и обнаружения места утечки нефти и нефтепродуктов на отдельных участках трубопровода [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №151156 от 20.03.2015 г. Стационарное устройство определения места утечки нефти и нефтепродуктов на отдельных участках трубопровода].
Под предлагаемый трубопровод, имеющий сварные швы, прибор учета горючего, манометр, задвижку, изоляцию, в слой земельного грунта, укладывается в одну линию проводник с изоляторами. Проводник линией связи соединен с омметром. Проводник изготовлен из алюминия. Изоляторы представляют собой ПВХ покрытие.
Прибор учета горючего, омметр и задвижка расположены в технологическом колодце.
Алюминиевые зонды устанавливаются на расстоянии 5-10 см выше проводника. Алюминиевые зонды линиями связи соединены с клеммами электронного коммутатора и омметром.
Омметр линией связи связан с персональным компьютером.
Полезная модель работает следующим образом. Нефтепродукт перекачивается по трубопроводу.
С целью постоянного определения утечек под трубопроводом с помощью линий связи, омметра производятся замеры сопротивлений грунта между линией проводника и алюминиевыми зондами. Зонды через электронный коммутатор поочередно подключаются к омметру и значения сопротивлений грунта выводятся на компьютер. При этом в начальный момент измеряется сопротивление грунта, не смоченного нефтью и нефтепродуктами. При наличии утечек нефти и нефтепродуктов сопротивление грунта между линией проводника и алюминиевым зондом будет значительно увеличиваться, что позволит определить место утечки из трубопровода.
В случае появления утечки нефтепродукта из трубопровода значения измеренных сопротивлений начинают увеличиваться и выходят за пределы установленного интервала по участкам трубопровода.
Недостатками указанного устройства являются:
1 Недостаточная точность определения места утечки из трубопровода во влажном грунте, так как сопротивление влажного грунта смоченного нефтепродуктом возрастет незначительно.
2. Недостаточная точность определения места утечки из трубопровода, так как линия проводника с изоляторами имеет большую длину и проходит через грунты различных почв и пород, имеющих разное сопротивление.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения утечки нефти и нефтепродукта в увлажненном водой грунте и в различных земных породах, предотвращение утечек горючего из трубопровода, повышение надежности его эксплуатации.
Технический результат достигается измерением сопротивления грунта между зондами из одинакового металла, измерением напряжения грунта между зондами из разных металлов, с последующей оценкой значений, которая позволяет определить не только наличие утечки нефти и нефтепродуктов из трубопровода, но и выявить ее конкретное место.
Указанный технический результат достигается тем, что стационарное устройство определения места утечки нефти и нефтепродуктов на участках трубопровода с использованием металлических зондов включает зонды, коммутатор, омметр и персональный компьютер, при этом под трубопроводом проложены три зонда, соединенные с клеммами электронных коммутаторов, первый и второй зонды выполнены из одинакового металла, а третий зонд из другого металла, кроме того первый и второй зонды через коммутатор подключены к омметру, второй и третий зонды через другой коммутатор подключены к вольтметру, а омметр и вольтметр соединены с персональным компьютером.
В приведенных аналогах также ранее использовались зонды из одинакового металла, которые через коммутатор соединялись с омметром для определения сопротивления грунта по участкам трубопровода. Омметр был связан с персональным компьютером. По измеренным значениям сопротивлений происходило определение утечек нефти и нефтепродуктов из трубопровода.
Сущность изобретения пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2), на которых изображены: функциональная схема устройства определения утечек и фронтальный разрез трубопровода с проводниками.
Под предлагаемый трубопровод 1 (фиг. 1), имеющий сварные швы 2, прибор учета горючего 3, манометр 4, задвижку 5, изоляцию 6 (фиг. 2), в слой земельного грунта 7, укладываются параллельно друг другу и на заданном расстоянии зонды 8, 9, 10. Зонды 8, 9 выполнены из одинакового металла, например, медь. Зонд 10 из другого металла, например, стали. В грунте между зондами из разных металлов возникает напряжение (разность потенциалов). При смачивании земли нефтепродуктом (нефтью) напряжение грунта между зондами из разных металлов значительно изменяется.
Зонды 8, 9 линией связи 11 соединены с клеммами 12 первого электронного коммутатора 13. Коммутатор связан с омметром 14, который линией связи 11 соединен с персональным компьютером 15.
Прибор учета горючего, омметр и задвижка расположены в технологическом колодце 16.
Зонды 8, 9, 10 устанавливаются между собой на расстоянии 5-10 см. Зонд из стали 10 и зонд из меди 9 также линиями связи 11 соединены с клеммами 12 второго электронного коммутатора 13, который связан с вольтметром 17. Вольтметр 17 линией связи 11 соединен с персональным компьютером 15.
Изобретение работает следующим образом. Нефтепродукт 18 перекачивается по трубопроводу 1.
С целью постоянного определения утечек под трубопроводом 1 с помощью линий связи 11, омметра 14 производятся замеры сопротивлений грунта между зондами из одинакового металла 8, 9. Зонды через электронный коммутатор 13 поочередно подключаются к омметру 14 и значения сопротивлений грунта выводятся на компьютер 15. При этом в начальный момент измеряется сопротивление грунта, не смоченного нефтью и нефтепродуктами. При наличии утечек нефти и нефтепродуктов 19 сопротивление грунта между зондами 8 и 9 будет значительно увеличиваться, что позволит определить место утечки из трубопровода.
Также с целью более точного определения утечек под трубопроводом 1 с помощью линий связи 11, вольтметра 17 производятся замеры напряжений грунта между зондами из разных металлов 9, 10. Зонды через электронный коммутатор 13 поочередно подключаются к вольтметру 17 и значения напряжений грунта выводятся на компьютер 15. При этом в начальный момент измеряется напряжение грунта, не смоченного нефтью и нефтепродуктами. При наличии утечек нефти и нефтепродуктов 19 напряжение грунта между зондами 9 и 10 будет значительно уменьшаться, что позволит определить место утечки из трубопровода.
В случае появления утечки нефтепродукта 19 из трубопровода 1 значения измеренных сопротивлений (напряжений) начинают увеличиваться (уменьшаться) и выходят за пределы установленного интервала по участкам трубопровода.
Оценка значений сопротивлений (напряжений) грунта между зондами, с помощью электронного коммутатора, омметра, вольтметра и компьютера позволяет определить не только наличие утечки нефти и нефтепродуктов из трубопровода, с учетом влажности и различных пород грунта, но и выявить конкретное место утечки на наиболее опасных участках трубопровода с целью эффективного ремонта.
При совместном прохождении нескольких нефтепродуктопроводов изобретение позволит определить утечку конкретного нефтепродукта из трубопровода. Данное определение основывается на разных значениях сопротивлений и напряжений грунта, смоченного бензином, дизельным топливом или нефтью. Измеренные значения сопротивлений и напряжений грунта сравниваются со статистическими показателями указанных величин грунта, смоченного бензином, дизельным топливом или нефтью. После проведенных анализов и сравнений делается вывод об утечке из нефтепродуктопроводов конкретного нефтепродукта или нефти.