Анализ нормативных методов обнаружения утечек и пути их совершенствования

УДК 622.6

Анализ нормативных методов обнаружения утечек

и пути их совершенствования

Р.А. ШЕСТАКОВ, аспирант кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов Д.Н. КОМАРОВ, к.т.н., доцент кафедры нефтепродуктообеспечения и газоснабжения СА ФИЛИППОВ, студент кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина (Россия,119991, Москва, Ленинский пр-т, д. 65, корп. 1).

В статье рассматриваются нормативные методы обнаружения утечек, диапазоны их применения, а также чувствительность. Выявлены достоинства и недостатки рассматриваемых методов. Также была показана необходимость совершенствования нормативных методов и самой нормативной базы.

Ключевые слова: магистральные нефтепроводы, утечки, несанкционированные врезки, технические методы.

ОАО «АК «Транснефть» - российская государственная транспортная монополия, крупнейшая трубопроводная компания в мире, которая эксплуатирует свыше 70 тыс. км магистральных трубопроводов, транспортирует около 90% добываемой в России нефти и около 25% производимых в стране нефтепродуктов.

Современное состояние трубопроводной системы ОАО «АК «Транснефть» должно соответствовать самым высоким требованиям надежности, промышленной и экологической безопасности и обеспечивать бесперебойную доставку нефти на внутренний и внешний рынок.

В целях обеспечения непрерывного мониторинга герметичности магистральных нефтепроводов в пределах технологического участка нефтепровода в режиме реального времени по заданным алгоритмам на всех режимах функционирования нефтепровода, включая нестационарные, переходные режимы и режим остановленной перекачки, применяются системы обнаружений утечек (далее - СОУ).

В трубопроводной системе ОАО «АК «Транснефть» требования к вновь изготавливаемым (устанавливаемым) и реконструируемым СОУ комбинированного типа: к структуре построения, алгоритмам и параметрам СОУ; характеристикам СОУ; применяемому оборудованию в составе СОУ, включая системы телемеханики и технологической связи,

регламентированы РД-13.320.00-КТН-223-09 (далее - РД) [1].

Для внедрения в технологический процесс транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводной системе ОАО «АК «Транснефть» современных подходов и технологий по использованию СОУ, которые применяют на практике нефтяные компании, необходимо провести анализ применяемых методов обнаружения утечек и подготовить предложения по их дальнейшему использованию.

В приведенном РД представлено описание и требования к следующим видам СОУ:

• системы обнаружения утечек по волне давления;

• параметрические системы обнаружения утечек;

• комбинированные системы обнаружения утечек.

В соответствии с РД в ОАО «АК «Транснефть» применяют следующие методы обнаружения утечек.

Метод определения утечек по анализу профиля давления основан на сопоставлении расчетного профиля давления и наблюдаемого во всех точках нефтепровода. При возникновении утечки или несанкционированной врезки появляется излом в профиле давления.

Достоинства

1. Возможность определения интенсивности утечки.

2. Обеспечение постоянного мониторинга контролируемого участка и обработки данных.

Недостатки

1. Возможность применения только при установившемся режиме эксплуатации изотермического трубопровода.

2. Возможность частых ложных срабатываний из-за изменения шероховатости труб, вязкости или плотности.

3. Невозможность применения в трубопроводных сетях со сбросами и подкачками.

4. Снижение точности метода при уменьшении интенсивности утечки.

5. Необходимость установки дополнительного измерительного оборудования для создания контрольных точек сравнения расчетного профиля давления и фактического.

Балансовый метод заключается в рассогласовании расходов в начальном и конечном сечении контролируемого участка нефтепровода, позволяет учитывать количество продукта в самой трубе.

Достоинства

1. Возможность диагностирования утечек на больших участках нефтепровода.

2. Возможность обнаружения как быстро, так и медленно развивающихся утечек и отборов продукта.

3. Использование стандартных контрольно-измерительных приборов (КИП).

4. Экономичность.

5. Обеспечение постоянного мониторинга контролируемого участка.

Недостатки

1. Невозможность определения места утечки или несанкционированной врезки (УНВ).

2. Зависимость точности метода от точности КИП, следовательно, отсутствие возможности определения УНВ при расходе менее допустимой ошибки КИП.

3. Необходимость остановки перекачки по трубопроводу во время замены и ремонта турбинных счетчиков.

4. Увеличение сложности алгоритма и понижение точности при наличии проектных ответвлений, лупингов и других конструкционных усложнений контролируемого нефтепровода.

Метод «давление — расход» основан на применении математической модели расчета давления и расхода в системе, он определяет факт УНВ и ее координаты. Для обеспечения корректных граничных условий необходимо измерять расход и давление на концах контролируемого СОУ участ-

ка. Все измерения должны сопровождаться метками времени.

Достоинства

1. Использование штатных КИП.

2. Возможность определения факта присутствия и координаты УНВ.

3. Экономичность.

4. Обеспечение постоянного мониторинга контролируемого участка трубопровода.

Недостатки

1. Низкая точность метода, сложность определения незначительных УНВ.

2. Низкая чувствительность метода к величине утечки.

3. Невозможность применения при проектных отводах нефти.

4. Ложные срабатывания при возникновении местных сопротивлений вследствие загрязнения внутренней полости трубы.

Метод диагностики утечек на основе анализа давлений в изолированных секциях при закрытых задвижках.

При использовании данного метода необходимо, чтобы были перекрыты линейные задвижки, и тем самым нефтепровод был разделен на несколько участков. Метод основан на анализе изменений давления в секциях за определенный период и позволяет определять утечки, имеющие малые величины.

Достоинства

1. Возможность быстрого обнаружения даже малых УНВ.

2. Возможность применения на любом автоматизированном нефтепроводе.

Недостатки

1. Необходимость остановки перекачки на определенный период.

2. Большая погрешность определения места УНВ (позволяет определить только секцию, на которой есть предполагаемая УНВ).

3. Возможность ложных результатов.

Алгоритм определения утечек по волне давления основан на регистрации фронта волны изменения давления, которая возникает в месте утечки из нефтепровода. Место возникновения утечки вычисляют по разнице времени прихода фронта волны в конечные сечения исследуемого участка нефтепровода [2].

Достоинства

1. Непрерывность контроля во времени.

2. Оперативное обнаружение несанкционированных врезок.

3. Возможность применения независимо от погодных условий.

4. Высокая избирательность.

Недостатки

1. Необходимость поддержания давления внутри нефтепровода, которое обеспечивает полное заполнение сечения нефтепродуктом, то есть невозможность работы при наличии самотечных участков на контролируемом нефтепроводе.

2. Невозможность работы на участках со сложным рельефом местности, особенно с большими перепадами высот вблизи пункта приема продукта.

3. Низкая чувствительность к величине утечки.

4. Неработоспособность в стадии сброса продукта при постоянном расходе.

5. Сложность фиксации появления утечки в динамике из-за наличия колебаний давления, вызванных работой насосных агрегатов и запорной арматурой.

6. Снижение чувствительности метода при последовательной перекачке различных типов продуктов.

В целях определения влияния ответвлений на режим перекачки нефти по трубопроводу авторами было рассмотрено общее количество постановок технической задачи (1287 шт.) для идеализированного трубопровода с ответвлением. Построены трехмерные диаграммы зависимостей параметров МН в конечном сечении от параметров ответвления (несанкционированной врезки). Анализ диаграммы показал, что несколько разных комбинаций численных значений конструкционных и технологических параметров от-

ветвления могут давать одинаковое значение изменения параметров режима в конечном сечении МН, что приводит к неоднозначности трактовки численных значений КИП [3].

В РД не учтено влияние геодезических параметров нефтепровода (высотных отметок) и вставок, которые позволяют имитировать сужение полости трубы за счет загрязнения на параметры режима в конечном сечении. В данном случае существует возможность подбора точки подключения несанкционированной врезки таким образом, чтобы свести к минимуму эффективность некоторых методов обнаружения утечек [4].

В связи с тем что температура оказывает существенное влияние на технологические параметры, возникает необходимость учета температурного режима МН [5].

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. В указанном РД рассмотрены методы обнаружения утечек.

Для увеличения точности и достоверности предложено использование параметрических методов совместно с методом обнаружения утечек по волне давления.

2. Одним из важных требований к СОУ является использование комбинации методов, причем один из них обязательно параметрический.

3. С учетом влияния дополнительных факторов на точность методов обнаружения УНВ и фиксации количественных диапазонов изменения их параметров возникает необходимость анализа и расширения применимости методов обнаружения утечек и несанкционированных врезок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. РД-13.320.00-КТН-223-09. Системы обнаружения утечек комбинированного типа на магистральных нефтепроводах: Общее техническое задание на проектирование, изготовление и ввод в эксплуатацию.

2. Шестаков Р.А. К вопросу о методах обнаружения утечек и несанкционированных врезок на магистральных нефтепроводах // Тр. РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. 2015. № 1. С.85-94.

3. Поляков В.А., Шестаков Р.А. Влияние ответвления на режим перекачки нефти по трубопроводу //

Тр. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. 2014. № 2. С. 3-42.

4. Поляков В.А., Шестаков Р.А. Влияние геодезических параметров нефтепровода и вставок на режим перекачки при отборе нефти // Тр. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. 2014. № 3. С. 40-47.

5. Поляков В.А., Шестаков Р.А. Изменение характера технологического режима трубопроводного транспорта высоковязкой нефти по длине нефтепровода // Тр. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. 2013. № 4. С. 79-83.

ANALYSIS OF NORMATIVE METHODS OF LEAK DETECTION AND WAYS TO IMPROVE THEM

Shestakov R.A., Postgraduate student of the Department of design and operation of gas and oil pipelines Komarov D.N., Cand. Sci.

ABSTRACT

The article discusses the normative methods of leak detection, the ranges of their application, as well as sensitivity. Advantages and disadvantages of the considered methods was shown.Also was shown the need to improve regulatory practices and the regulatory evidence base.

Keywords: main pipelines, spills, unauthorized connections, technical methods.

REFERENCES

1. RD-13.320.00-KTH-223-09. System leak detection combined type on the main oil. General technical specification for design, construction and commissioning.

2. Shestakov R.A. To the question about the methods of leak and illegal branches detection of oil pipelines // Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas, № 1 (278), 2015. P. 85-94.

3. Polyakov V.A., Shestakov R.A. Effect of branching on mode pumping oil through the pipeline // Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas, № 2 (275), 2014. P. 33-42.

4. Polyakov V.A., Shestakov R.A. Effect of geodetic parameters of the pipeline and inserts on pumping mode during removal of oil // Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas, № 3 (276), 2014. P. 40-47.

5. Polyakov V.A., Shestakov R.A. The changing nature of technological regime of high oil pipeline transport along the length of the pipeline // Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas, № 4 (273), 2013. P. 79-83.