Устройство определения места утечки нефтепродуктов на участках трубопровода с помощью съемных металлических зондов

Полезная модель относится к устройствам для диагностирования объектов транспортирования и хранения нефтепродуктов и может быть использована в нефтехимической и нефтедобывающей отраслях нефтепродуктообеспечения.
Предлагаемая полезная модель наиболее применима при транспортировании нефтепродуктов (нефти) 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 нефтепродуктов (нефти) 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 нефтепродуктах (нефти), а также воды в трубопроводе и в грунте.
Борьба с потерями горючего от утечек в трубопроводах становится важной экологической и экономической задачей.
Известен способ обнаружения утечек нефти или нефтепродуктов из трубопровода [Разматуллин и др. Патент на изобретение №2008113927 от 20.10.2009 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 нахождения места утечек газо- и нефтепродуктов из трубопровода по непрерывному определению содержания углеводородов в почвенном воздухе, воде и снеге [Е.М. Кутузов, В.В. Горин. Патент на полезную модель №57915 от 27.10.2006 г. Устройство для нахождения места утечек газо- и нефтепродуктов из трубопровода по непрерывному определению содержания углеводородов в почвенном воздухе, воде и снеге].
Устройство содержит транспортное средство, механизм для вскрытия пласта почвы, механизм для забора пробы газа из под пласта почвы, выполненный в виде газозаборника, насос с фильтром, прибор для регистрации наличия газа, вход которого подсоединен к выходу насоса с фильтром, а выход к приемному устройству с индикатором, блок для определения координат местоположения транспортного средства, трассо-поисковое оборудование и буровую установку. При этом механизм для вскрытия пласта почвы дополнительно снабжен ножом, и канатом с регулировочным винтом, а прибор для регистрации наличия газа выполнен из универсального течеискателя-хроматографа, снабженного встроенной в него микро-ЭВМ, с памятью свыше 100 хроматограмм и с возможностью определения компонентного и процентного содержания углеводородного газа.
Устройство для нахождения места утечек газо- и нефтепродуктов из трубопровода по непрерывному определению содержания углеводородов в почвенном воздухе, воде и снеге, снабжено водяным насосом малой производительности и ультразвуковым дегазатором непрерывного действия, соединенными последовательно, а выход ультразвукового дегазатора подсоединен к входу хроматографа.
Недостатками данного устройства при обнаружении утечки нефти и нефтепродуктов из трубопроводов являются:
1. Большие затраты времени и средств, связанные с раскопкой трубопровода.
2. Большое время определения утечек нефтепродукта из трубопровода, а также места их нахождения.
3. Высокая стоимость устройства, связанная с содержанием транспортного средства, людей и сложных дорогостоящих механизмов.
4. Низкая скорость передвижения транспортного средства в условиях бездорожья.
Также известно переносное устройство оперативного контроля утечек нефтепродукта и диагностики днищ вертикальных стальных резервуаров, находящихся в эксплуатации [В.Н. Зайченко. Новые технологии ремонта стальных резервуаров. М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим» Москва. 2002].
Работа устройства сводится к зондированию грунта под днищем для выявления точек нахождения утечек нефтепродуктов по месту обнаружения электрических аномалий. Электрические аномалии связаны с повышенным и пониженным сопротивлением относительно фоновой величины грунта под днищем резервуара. Техническое устройство оперативного контроля и диагностики днищ вертикальных стальных резервуаров включает металлические зонды от 8 до 16 штук, кабель кросс, измеритель электрических величин (омметр), а также электрические разъемы.
Устройство работает следующим образом. В грунт вокруг основания резервуара через равные интервалы вводят металлические зонды. К металлическим зондам с помощью электрических разъемов посредством кабеля-кросса подсоединяют измеритель электрических величин (омметр). При помощи металлических зондов и измерителя электрических величин выполняют зондаж грунта под днищем резервуара замером сопротивления между соседними парами зондов в последовательности (1-2, 1-3, 1-4, 1-n, 2-3, 2-4, 2-5, 2-n, 3-4 и т.д.). Данные результатов измерений заносят в таблицу. Затем с помощью коэффициентов пересчитывают фактически полученные результаты в удельные единицы, которые также заносят в таблицу. После этого выбирают аномально высокие значения показателей и по ним на эскизе днища графически определяют место утечки нефтепродуктов.
Недостатками данного устройства при диагностировании являются:
1. Низкая точность определения, связанная с различными расстояниями между зондами.
2. Длительность и трудоемкость определения.
3. Недостаточная точность определения при больших расстояниях между зондами.
4. Отсутствие анализа паров нефтепродуктов в исследуемом грунте.
Известно стационарное устройство обнаружения утечки нефти и нефтепродуктов в трубопроводе и отключения электронасосной установки [Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №136869 от 10.01.2014 г. Стационарное устройство обнаружения утечки нефти и нефтепродуктов в трубопроводе и отключения электронасосной установки].
Предлагаемый трубопровод, находится на поверхности земли на подкладках и имеет задвижки с электрическим приводом, электронасосную установку, счетчики жидкости, датчики давлений. Счетчики жидкости и датчики давлений расположены на участках трубопровода и соединены линиями связи с клеммами электронного блока приема сигналов и персональным компьютером. Датчики давлений имеют стрелки и пластины предельных (низкого и высокого) значений давления. Указанные пластины линиями связи соединены с реле.
Устройство работает следующим образом.
Для постоянного диагностирования наличия утечек в трубопроводе с помощью счетчиков жидкости, датчиков давлений, линий связи и электронного блока приема сигналов в постоянном режиме производятся замеры расхода жидкости и давления на участках трубопровода, которые выводятся на компьютер. Оператор сравнивает полученные показания расхода жидкости и давления по участкам с расчетными, на основании использования и анализа базы данных, характеризующих параметры перекачки. Затем оператор по значениям давления и расхода жидкости, выходящим за определенный интервал определяет утечку нефти и нефтепродуктов на конкретном участке трубопровода.
При возникновении аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией трубопровода, сварного шва с последующей утечкой горючего, стрелка датчика давления касается пластины предельного низкого значения и замыкает ее. При этом через линии связи срабатывает реле, которое отключает электронасосную установку и с помощью электропривода закрывает задвижки.
При возникновении аварийной ситуации, связанной с ошибкой оператора при открытии задвижки, выходом из строя запорной арматуры, забивкой трубопровода парафинами при низких температурах или механическими примесями стрелка датчика давления касается пластины порогового высокого значения и замыкает ее. При этом через линии связи срабатывает реле, которое отключает электронасосную установку и с помощью электропривода закрывает задвижки.
Недостатками стационарное устройство обнаружения утечки нефти и нефтепродуктов в трубопроводе и отключения электронасосной установки являются:
1. Низкая эффективность устройства при малых утечках горючего из трубопровода.
2. Применение устройства для участков трубопровода небольшой длины.
3. Отключение электронасосной установки при пуско-наладочных и ремонтных работах.
Наиболее близкой к указанной проблеме является 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, укладывается 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.
Полезная модель 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. В случае появления утечки нефтепродукта из трубопровода значения измеренных сопротивлений начинают значительно изменяться 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. Проводники установлены стационарно на наиболее опасных участках трубопровода. При этом на других участках трубопровода, возможности определения утечек нефтепродуктов не имеется.
Решение указанной задачи достигается тем, что вдоль трубопровода на определенную глубину устанавливаются съемные никелевые зонды, которые с помощью электрических разъемов и кабеля поочередно соединены с омметром, при этом зонды оборудованы грунтозаботником для забора пробы, а также тем, что измеренные сопротивления грунта между зондами, позволяют определить наличие и место утечки нефтепродуктов из трубопровода.
Данные признаки являются существенными для решения задачи полезной модели, так как своевременно определяются и предотвращаются даже незначительные утечки горючего из трубопровода, увеличивается точность определения места утечки, при этом трубопровод не освобождается от нефтепродукта. Наиболее вероятным местом утечки в трубопроводе является сварной шов.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2), на которых изображены: функциональная схема устройства определения места утечек, разрез съемного зонда с грунтозаборником в положениях вдоль трубопровода под землей и с отобранной пробой на поверхности земли с поднятой подвижной втулкой.
Под предлагаемый трубопровод 1 (фиг. 1), имеющий сварные швы 2, манометр 3, прибор учета горючего 4, задвижку 5 в слой земельного грунта 6 устанавливаются съемные зонды 7, выполненные из никеля, которые оснащены указателями заглубления 8 в грунт. В зависимости от объема работ количество применяемых зондов составляет от 20 до 30 шт.Манометр 3, прибор учета горючего 4 и задвижка 5 находятся в технологическом колодце 9.
Съемные зонды 7 с помощью электрических разъемов 10, кабеля 11 соединены с омметром 12. Зонды имеют грунтозаборник 13, подвижную втулку 14 и подъемную ручку 15. Зонды устанавливаются на расстоянии 5-10 м вдоль трубопровода на глубину 10-20 см глубже нижней края трубопровода.
При этом расстояние между зондами должно быть одинаковым. Одинаковые расстояния между зондами значительно снижают погрешность измерения.
Полезная модель работает следующим образом. Нефтепродукт 16 перекачивается по трубопроводу 1.
С целью постоянного определения наличия утечек оператор контролирует значения манометров 3 и приборов учета горючего 4. При отклонение значений давления и объема нефтепродуктов от нормативных, оператор устанавливает аварийный участок трубопровода.
После этого диагностическая группа, используя трассо-поисковое оборудование, определяет местонахождение трубопровода. Затем устанавливаются съемные никелевые зонды 7 под трубопроводом 1. Зонды забиваются в грунт по указателям заглубления 8 на установленную глубину. К зондам, расположенных на одинаковых расстояниях с помощью электрических разъемов подсоединяется кабель и омметр. Подсоединение зондов происходит поочередно первый со вторым, второй с третьим, третий с четвертым и т.д. После подсоединения производятся замеры сопротивления грунта между измеряемыми зондами, которые фиксируются и записываются группой. После окончания измерений с помощью подъемной ручки 15, поднимается втулка 14 съемного зонда 7.При этом открывается отверстие грунтозаборника 13 и отбирается проба грунта 17 ниже линии трубопровода 1. Для отбора пробы грунта необходимо сделать несколько вращательных движений зонда.
Затем втулка опускается вниз и зонд с пробой вынимается из земли. Проба грунта при необходимости отправляется на исследование в лабораторию на предмет наличия паров нефтепродуктов.
В случае появления утечки нефтепродукта из трубопровода образуется грунт 18, смоченный нефтепродуктом. При этом, значения измеренных сопротивлений начинают значительно увеличиваться и выходят за пределы установленного интервала.
Оценка значений сопротивлений между зондами, расположенными вдоль трубопровода в грунте с помощью электрических разъемов, кабеля и омметра и дополнительное исследование проб грунта позволяет определить не только наличие утечки нефтепродуктов (нефти) из трубопровода, но и выявить конкретное место даже незначительной утечки на участках трубопровода.
Предложенное устройство диагностирования позволяет без освобождения от нефтепродукта контролировать утечки горючего из трубопровода на любом аварийном участке.