Международный опыт предотвращения утечек газа с применением клапанов «газ-стоп»
Газообразное топливо занимает все большее место в топливном балансе страны (по РФ более 50%). С ростом числа газопроводов, газифицированных объектов, потребителей, использующих данный вид топлива, наблюдаются тенденции увеличения роста аварий, аварийных ситуаций, инцидентов, несчастных случаев, связанных с использованием газа в быту.
На основе проведенного анализа определены основные причины возникновения аварий и инцидентов:
При подготовке мероприятий, направленных на снижение аварийности на системах газораспределения и газопотребления (СГРГП), ключевыми задачами:
- усиление контроля за соблюдением охранных зон систем газораспределения;
- усиление контроля со стороны газовых хозяйств (ГХ) при проведении земляных работ;
- проведение занятий для администраций, муниципальных образований и руководителей предприятий по требованиям «Правила охраны газораспределительных систем»;
- уточнение привязки прохождения газопроводов в соответствии ПБ, как на территории городов и населенных пунктов, так и в сельской местности;
- внедрение новых технологий и оборудования, направленных на снижение аварийности.
Особую тревогу вызывает несчастные случаи с использованием газа в быту, количество которых растет, несмотря на принимаемые меры.
Основными причинами нечастных случаев являются:
Основные рекомендации, которых необходимо придерживаться при организации работы ГХ:
- Совершенствование порядка проведения инструктажа лиц, использующих газообразное топливо.
- Заключение ГХ (100%) договоров на аварийно-диспетчерское и техническое обслуживание внутридомового газового оборудования (ВДГО).
- Усиление работы по пропаганде ПБ при использовании газообразного топлива в быту, особенно в зимний период.
- Совершенствовать работу по проверке газовых приборов имеющих отвод продуктов сгорания.
- Внедрять новые технологии и оборудование по обслуживанию и снижению аварийности ВДГО.
Одной из важных задач при эксплуатации СГРГП должен стать постоянный анализ и уточнение причин аварий, а по результатам, выбор оборудования и внедрение современных технологий, направленных на снижение аварий и несчастных случаев.
Техническое решение для повышения безопасности и эффективности
Одним из основных направлений снижения аварийности и оперативности ликвидации аварий является внедрение клапанов «Газ-стоп», которые нашли широкое применение в зарубежной практике.
Фирмы производители называют их по-разному – клапаны безопасности расхода газа (ТЕСО), контролеры газового по тока (MERTIK MAXITROL), запорные клапаны (NUPIGECO), автоматический быстродействующий запорный клапан Gas-Stop (PIPELINE).
Клапаны безопасности расхода газа – это устройства, которые закрываются и отсекают подачу газа, если его расход достигает определенной величины. Они устанавливаются в газопроводах с низким, средним или высоким рабочим давлением (от 25 мбар до 6 бар) на участке между отводом от распределительного газопровода и основным отключающим устройством.
Функционирование клапана характеризуется двумя основными признаками:
В случае повреждения – например, экскаватором – трубопровода на участке от распределительной трубы до регулятора давления установленный в системе клапан автоматически закрывается за доли секунды, как только будет превышено заданное предельное значение расхода.
И, напротив, во время работы в обычном режиме, то есть при заданных максимальных значениях номинального потребления газа потребителями, клапан гарантированно остается в открытом положении в любом случае. Сбои при работе в обычном режиме исключены.
Принцип действия клапанов безопасности расхода газа у всех производителей одинаков. Каждый пытается внести свой элемент ноу-хау, но далеко друг от друга производители не ушли.
Определен максимальный расход газа при соответствующем рабочем давлении. Клапан безопасности расхода газа постоянно находится в открытом положении (рисунок 1), на него не влияют никакие импульсы, вызванные, к примеру, включением оборудования потребителей.
В случае превышения предельного значения расхода клапан закрывается за доли секунды и удерживается в закрытом состоянии давлением в сети. Крайне малые повреждения, при которых расход не достигает значения закрытия, не ведут к срабатыванию клапана.
Повторный ввод клапана безопасности расхода газа в эксплуатацию после проведения ремонтных работ производится двумя возможными способами, в зависимости от типа клапана, которые бывают с перепускным приспособлением/отверстием и без него.
Наличие в стандартном исполнении клапанов безопасности расхода газа перепускного приспособления (отверстия) обеспечивает самостоятельное открытие клапана безопасности расхода газа после устранения повреждения газопровода.
Клапан с перепускным приспособлением
При закрытом клапане небольшое количество газа все же проходит. Благодаря этому после устранения причины утечки (ремонта трубопровода) давление выравнивается самостоятельно (рисунок 2).
Рисунок 2 – Самостоятельное выравнивание давления.
Клапан без перепускного приспособления
После устранения причины утечки следует выровнять давление до и после клапана с помощью подходящего источника давления, например, путем закачки воздуха, азота или другого инертного газа в трубу со стороны поврежденного участка для выравнивания давления на входе и выходе устройства. Как только давление достигнет рабочего, клапан откроется самостоятельно (рисунок 3).
Рисунок 3 – Выравнивание давления путем создания противодавления.
Обзор производителей
1 NUPIGECO – Италия
Название – Запорный клапан Nupigeco S.p.A. ESF (рисунок 4).
Рисунок 4 – Внешний вид клапана.
2 TECO – Италия
Название – Клапан безопасности расхода газа Teco s.r.l. GST.
Клапан GST расположен внутри газопровода и при допустимых колебаниях расхода газа остается в открытом состоянии (рисунок 5).
В том случае если расход газа начинает превышать предварительно установленное значение, устройство GST немедленно закрывается (рисунок 6).
3 PIPELIFE – Австрия
Название – Автоматический быстродействующий запорный клапан Pipelife Gas-Stop.
Армированный стекловолокном полифениленсульфид и полиметиленоксид. Эти материалы устойчивы к ползучести, износу, коррозии и сохраняют форму при высоких температурах. Вариант исполнения представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 – Исполнение клапана для диаметров 20 – 63 мм.
4 MERTIK MAXITROL – Германия
Название – Контроллеры расхода газа Mertik Maxitrol Sentry GS.
Компания Mertik Maxitrol уже более 65 лет использует одинаковые материалы, из которых состоят их изделия. Корпус и пружина изготавливаются из латуни и нержавеющей стали, а закрывающая секция – из латуни и алюминия (рисунок 8).
Рисунок 8 – Конструкция клапана.
Клапаны безопасности расхода газа используется предприятиями газоснабжения во всем мире. В десятках тысяч случаев благодаря ним удалось предотвратить утечку газа после повреждения газопровода.
В мире использование клапанов безопасности расхода газа регламентировано законодательством (решение Международного газового союза в 2006 году), когда как в России, в настоящий момент, нет требований об обязательности их использования при строительстве и реконструкции СГРГП, только рекомендации.
Газоснабжающие предприятия Германии используют клапаны безопасности расхода газа в подземных газопроводах с 1994 года. В результате, в 2004 году в Германии стало обязательным использование клапанов безопасности расхода газа в подземных газопроводах и внутри помещений.
Применение клапанов безопасности расхода газа успешно внедрено в целом ряде стран. В США газоснабжающие предприятия используют клапаны безопасности расхода газа уже более 35 лет, а применение их в подземных газопроводах стало обязательным с 2008 года.
Во Франции клапаны безопасности расхода газа используются в подземных газопроводах с 1997 года. В настоящее время во Франции, Германии, Нидерландах, Австрии, Швейцарии и Италии в эксплуатации находится в общей сложности более 5 000 000 этих устройств.
Есть и другие производители, но в настоящее время по разным причинам приобретение их оборудования на Российском рынке затруднительно (не поставляются в Россию, нет технической документации адаптированной к использованию в России в соответствии с имеющимися у нас стандартами).
На основании многолетнего опыта применения в зарубежных странах можно выделить три главных плюса системы защиты:
- безусловное повышение уровня безопасности благодаря предотвращению утечек газа;
- отсутствие утечки газа в промежуток времени между непосредственно повреждением и задействованием аварийных служб либо прекращением эксплуатации трубопровода (благодаря этому опасность несчастного случая на месте исключена);
- экономическая эффективность;
- отсутствие ажиотажа общественности при проведении восстановительных работ.
Опыт использования в России
Клапаны безопасности «Газ-стоп» используются на газораспределительных сетях ОАО «Котласгазсервис» с 2022 года. Установлено более 100 шт. на низком, более 20 шт. на среднем и один (экспериментальный) на высоком давлении. За истекший период применения все объекты, перед которыми находятся клапаны, работали в штатном режиме, без каких-либо нареканий.
Как показал опыт, системы «Газ-стоп» обладают следующими преимуществами:
- простота сборки и монтажа;
- более безопасный пуск газопровода и оборудования;
- минимизация или отсутствие опасных факторов в случае повреждения газопроводов;
- возможность ограничения (контроля) максимального расхода газа у потребителя (уменьшается вероятность несанкционированного дополнительного потребления);
- сведение к минимуму потерь газа при повреждении и во время ремонта трубопровода;
- отсутствие необходимости отключения и повторного пуска большого числа потребителей для выполнения ремонтных работ;
- безопасный и менее затратный ремонт на участках в зоне работы систем;
- срок службы – не менее 50 лет.
Клапаны безопасности на газораспределительных сетях и газопроводах-вводах к индивидуальным жилым домам (объектам) повышают надежность эксплуатации системы газоснабжения в случае механического повреждения или разрыва подземного газопровода при производстве земляных работ, а кроме того, при повреждении выхода газопровода из земли или нарушении целостности фасадного и внутренних газопроводов.
Альенков Д. С., Тарасенко В.И.
Если вы связаны с газовой отраслью, вы можете стать членом Ассоциации.
Последние достижения в области обнаружения утечек в газопроводах
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esi.today 2020, №1, Том 12 / 2020, No 1, Vol 12 https://esj.today/issue-1-2020.html URL статьи: https://esj.today/PDF/27SAVN120.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:
Дудин Р.В., Дербичев В.С., Роман К. С., Липатова А.В., Гулая Ю.В., Шульгин В.Е. Последние достижения в области обнаружения утечек в газопроводах // Вестник Евразийской науки, 2020 №1, https://esj.today/PDF/27SAVN120.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Dudin R.V., Derbichev V.S., Roman K.S., Lipatova A.V., Gulaya Ju.V., Shulgin V.E. (2020). Recent advances in gas leak detection. The Eurasian Scientific Journal, [online] 1(12). Available at: https://esj.today/PDF/27SAVN120.pdf (in Russian)
УДК 05.23.00 ГРНТИ 05.23.03
Дудин Роман Валерьевич
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия Студент 2-го курса кафедры «Нефтегазовое дело и нефтехимии»
Магистрант E-mail: dudin.rv@students.dvfu.ru
Дербичев Вячеслав Сергеевич
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия Студент 2-го курса кафедры «Нефтегазовое дело и нефтехимии»
Магистрант E-mail: slavka564@mail.ru
Роман Константин Сергеевич
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия Студент 2-го курса кафедры «Нефтегазовое дело и нефтехимии»
Магистрант E-mail: kpocc_god@mail.ru
Липатова Анжела Владиславовна
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия Студент 2-го курса кафедры «Нефтегазовое дело и нефтехимии»
Магистрант E-mail: lipatova.av@students.dvfu.ru
Гулая Юлия Васильевна
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия Студент 2-го курса кафедры «Нефтегазовое дело и нефтехимии»
Магистрант E-mail: gulaya.yuv@students.dvfu.ru
Шульгин Владислав Евгеньевич
ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия Студент 2-го курса кафедры «Нефтегазовое дело и нефтехимии»
Магистрант E-mail: shulgin.ve@students.dvfu.ru
Последние достижения в области обнаружения утечек в газопроводах
Аннотация. На сегодняшний день большая часть транспортировки природного газа во всем мире приходится на компримированный пригодный газ, который транспортируется по магистральным газопроводам. Важной задачей этого процесса является обеспечение безопасной работы газопровода на протяжении всего срока службы для предотвращения возникновения опасности жизни людей и угроз для экологии. Утечки газа из газопроводов являются одной из основных опасностей в работе газопроводов. Так как газ находится под большим давлением, то даже небольшое нарушение герметичности может привести к серьезному объему утечки газа. В случае с подземной прокладкой современных газопроводов это может привести к ухудшению качества почв и возникновения возгораний вблизи газопровода, что является чрезвычайно опасной ситуацией как для жизни и здоровья людей, так и для экологии. Во избежание подобных ситуаций и поддержания безопасности и надежности работы газопроводов, значительные усилия направляются на обнаружение и локализацию утечек в газопроводах с использованием различных подходов. В представленной работе рассматриваются перспективные технологии обнаружение утечек в газопроводах и проводится сравнительный анализ современных средств мониторинга работы газопроводов. Сравнительный анализ проводился на основе определения производительности средств контроля. Были даны рекомендации по выбору того или иного метода обнаружения нарушения герметичности газопроводов в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Кроме того, в ходе проведенного исследования были предложены дальнейшие направления для разработки более надежных систем обнаружения утечек в газопроводах.
Вклад авторов.
Дудин Роман Валерьевич – автор оказывал участие в поиске общей информации для написания статьи. Собрал, проанализировал и сгруппировал информацию для включения в текст статьи.
Дербичев Вячеслав Сергеевич – автор производил поиск информации.
Роман Константин Сергеевич – автор оказывал участие в написании статьи. Производил создание графического материала. Одобрил окончательную версию статьи перед её подачей для публикации.
Липатова Анжела Владиславовна – автор внес главный вклад в написание статьи. Ему принадлежит идея статьи. Принимал участие в написании статьи. Производил координацию работы научного коллектива.
Гулая Юлия Васильевна – автор оказывал координацию членов коллектива по поиску информации. Производил поиск информации по вопросу, поднятому в статье, в зарубежных источниках.
Шульгин Владислав Евгеньевич – автор оказывал участие в поиске общей информации для написания статьи. Собрал, проанализировал и сгруппировал информацию для включения в текст статьи.
Ключевые слова: утечка газа; обнаружение утечек; нарушение герметичности; локализация утечек; магистральные газопроводы; методы мониторинга; акустические методы; оптоволоконные датчики
На сегодняшний день природный газ показывает самые высокие темпы роста спроса среди экономик как развивающихся стран, так и стран с высоким уровнем развития. Все говорит о том, что вскоре рынок газа можно будет с уверенностью назвать мировым рынком
Введение
наряду с рынком нефти. Сегодня мы наблюдаем уверенные тренды развития как транспортной инфраструктуры, так и инфраструктуры для хранения и перевалки природного газа, а также так называемой спотовой торговли, то есть торговли, не подразумевающей подписания длительных соглашений. В связи с этим растет роль трубопроводного транспорта природного газа, как наиболее экономичного на сегодняшний день метода. Обратной стороной этой медали является то, что с ростом объемов транспортируемого по газопроводам природного газа растет и риск возникновения чрезвычайных ситуаций на объектах этого комплекса. Природный газ является горючим веществом, которое при смешении с воздухом в определенных процентных соотношениях образует взрывоопасную смесь. Кроме того, природный газ, который примерно на 99 % состоит из метана (СН4), является сильным парниковым газом [1]. По этой причине важнейшей задачей трубопроводного транспорта является обеспечение безопасности путем предотвращения утечек природного газа. Нарушение герметичности газопроводов происходит по различным причинам. На рисунке 1 показана диаграмма, иллюстрирующая статистику по основным причинам возникновения нештатных ситуаций в работе газопроводов за 10 последних лет.
Рисунок 1. Круговая диаграмма статистики по источникам отказов газопроводов (составлено авторами)
Исходя из вышесказанного становится очевидно, что очень важным является обеспечение контроля состояния газопровода для своевременного обнаружения утечек, что позволит принять надлежащие меры с целью снижения последствий. За последние годы были предложены различные методы обнаружения утечек на газопроводах, такие как:
Акустические методы.
Оптоволоконные датчики.
Радары подземного базирования.
Волны отрицательного давления.
Анализ давления в сечении.
Динамическое моделирования.
Инфракрасная термография.
Баланс массы и объема.
Существуют различные классификации этих методов. Некоторые исследователи разделяют методы контроля на: аппаратные и программные методы [2].
В представленной работе методы контроля состояния трубопровода были разделены на: внешние, визуальные и внутренние или вычислительные методы. На рисунке 2 показана подробная классификация данных методов.
Рисунок 2. Блок-схема различных подходов обнаружения утечек в трубопроводе (составлено авторами)
Внешние методы используют различные системы обнаружения для обнаружения утечек. Кроме того, в эту категорию входят визуальный, слуховой и обонятельный контроль обученных собак или опытного персонала. В свою очередь внутренний контроль подразумевает использование стационарных датчиков с установленным программным обеспечением, использующим интеллектуальные вычислительные алгоритмы.
Цель данной работы – изучить современные достижения в области обнаружения утечек на трубопроводах, в том числе и транспортирующих нефть и жидкие продукты, и выработать концепцию мониторинга состояния современных газопроводов с устранением существующих проблем и использование практик других отраслей.
Акустические сенсоры
Акустические методы используют шум или вибрацию, возникающую в результате внезапного падения давления, чтобы обнаружить возможные утечки. Этот метод применим для газопроводов. В случае возникновения утечки в газопроводе, возникают упругие волны в диапазоне частот до 1 МГц из-за выхода газа под высоким давлением. Обнаружение таких волн может позволить зафиксировать возникновение утечки на участке. Разница во времени между фиксацией акустического сигнала двумя соседними на участке датчиками может позволить вычислить местонахождение источника сигнала, то есть утечки. Использование акустических методов мониторинга является основным направление в области контроля за состояние газопроводов ведущих компаний отрасли, так как этот метод не требует выведения системы из работы для установки и наладки датчиков. Существуют следующие основные виды акустических датчиков: аквафоны и геофоны. Аквафоны подразумевают непосредственный контакт со стенкой газопровода, таким образом они подходят для установки на участках надземной или подводной прокладки газопровода. Геофоны могут располагаться на поверхности земли, закрепленные непосредственно над газопроводом. Амплитуда сигналов давления измеряется как уровень звукового давления [3].
где Ро – это эталонная амплитуда звукового давления, которая чаще всего принимается равно 20 Па [4].
В исследованиях посвященных акустическим методам контроля [5; 6], был установлен эталонный стандарт для настройки и оценки эффективности датчиков. Исследование показало, что доминирующая частота шума окружающей среды составляет менее 2 кГц, в то время как доминирующие частоты акустических сигналов, возникающих при возникновении утечек, сосредоточены в диапазоне от 0 до 10 кГц.
В представленной работе предлагается использовать полученный набор функций для обучения нейронной сети, задачей которой будет выявление среди всего набора данных тех сигналов, которые соответствуют выбранному диапазону, а также проводить проверку выбранных сигналов на соответствие ряду критериев. Точность работы такой системы в будущем может составить 99 %, что примерно на 10 % выше точности существующих промышленных программных комплексов по обработке акустических сигналов, не только на газопроводах, но и на других объектах. Кроме того, важной особенностью акустических методов контроля является то, что сигналы могут быть зафиксированы на большом расстоянии. Благодаря этой особенности, предлагается внести в алгоритм обнаружения данные, полученные также с датчиков, расположенных на соседних участках. На сегодняшний день это нецелесообразно, так как с увеличением расстояния увеличивается также и объем шумовых сигналов, препятствующих детектированию сигнала утечки. Однако с помощью обучения нейронной сети, возможно добиться детектирования таких сигналов датчиками соседних участков, что позволит еще больше улучшить точность обнаружения утечки, устранив дополнительные локальные факторы, препятствующие точному обнаружению утечки.
Одним из перспективных направлений работы в этой области является обнаружение низкочастотных сигналов. В работах [7; 8] было обнаружено, что акустические волны, возникающие в результате утечки, распространяются вдоль газопровода со скорость транспортировки газа. Однако также было замечено, что высокочастотные компоненты акустического сигнала угасают значительно быстрее чем низкочастотные компоненты.
(1)
Исходя из этого предлагается производить дополнительную настройку датчиков для фиксирования низкочастотных сигналов высокой амплитуды, а также введение в программное обеспечение существующих комплексов новых алгоритмов для обработки таких сигналов. Благодаря этому станет возможны определение не только точного местонахождения утечки, но и также оценка геометрических размеров и формы отверстия в газопроводе, что может позволить сделать предположение о причине возникновения утечки, а также предусмотреть более эффективные методы срочного устранения этого происшествия.
Главной проблемой в этой области контроля на сегодняшний день остается влияние фонового шума, который может замаскировать сигнал утечки [9]. Чтобы преодолеть эту проблему предлагается использовать не только уже обозначенные самообучающиеся системы, но и комбинации различных методов фиксирования утечек, таких, как например магнитные методы. Это позволит решить проблему по фиксации множественных утечек, расположенных на одном участке. Существующие системы могут сталкиваться с тем, что наложение сигналов от нескольких утечек может приводить к неверному вычислению местонахождения и величины утечки. Для решения этой проблемы предлагается использование метода взаимной корреляции магнитных и акустических датчиков. Слабые сигналы могут быть выявлены с помощью нелинейной адаптивной фильтрации в соответствии с различными характеристиками сигнала утечки и шума.
Одним из наиболее перспективных методов, выбранных в представленной работе для рассмотрения, является метод использования оптоволоконных датчиков. Датчики устанавливаются вдоль внешней части трубопровода. Главным преимуществом таких систем является непрерывность контроля выбранного параметра или нескольких параметров на протяжении всего выбранного участка [10]. Большинство других систем предусматривает установку датчиков, которые фиксируют те или иные параметры в определенной точке, то есть локально, вследствие чего они неизбежно подвержены эффекту извинения сигнала от точки утечки до датчика. Оптоволокно может фиксировать температуру на протяжении всего участка трубопровода.
Оптоволоконные сенсоры
Частота излучаемого света
Частота
Рисунок 3. Изменение частоты и амплитуды оптического сигнала с изменением температуры (составлено авторами)
В случае возникновения утечки температура внутри потока газа изменится, а следовательно, изменится и температура оптоволоконного кабеля, так как газ, транспортируемый по газопроводу, имеет температуру, отличную от температуры окружающей среды. Таким образом любая температурная аномалия может быть зафиксирована на участке с высокой точностью. Измерения основываются на трех классах данных, разделенных по частоте оптического сигнала. На рисунке 3 показаны эти частоты относительно друг друга.
Комбинированное рассеивание чувствительно только к температуре, что позволяет достичь большей точности измерения температуры с точностью до 0,01 °С.
В представленной работе предлагается применение оптоволоконных датчиков на участках, подверженных более высокому риску, таких как, например, подводные переходы через водные преграды. В таких условиях особенно важна точность определения местонахождения утечки для максимально эффективной локализации утечки, а также устранения последствий. Предлагается установка таких систем на подводных участках современных магистральных газопроводов, для которых наиболее важно обеспечение надежной и бесперебойной поставки.
В заключении важно отметить, что формирование комплекса мер по контролю за состояние магистрального или другого газопровода не может быть полным без рассмотрения всего спектра доступных решений. По этой причине основными направлениями дальнейшей рабою были выбраны эконмическое обоснование предложенного решения, а также сравнение других конфигураций оборудования по мониторингу утечек на системах транспортировки природного газа. Важным акцентов в проводимой работе планируется сделать сотрудничество с ведущими компаниями российского рынка, работающими в области транспорта и хранения природного газа, с целью подтверждения работоспособности предлагаемых методик, а также сходимости данных, получаемых в ходе экспериментальных исследований с данными промышленной эксплуатации действующих систем и установок.
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
1. 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8. 9.
Xiao, Q.; Li, J.; Sun, J.; Feng, H.; Jin, S. Natural-gas pipeline leak location using variational mode decomposition analysis and cross-time – frequency spectrum. Measurement 2022, 124, 163-172.
Варшицкий, В.М. Методология определения интервала повторных испытаний участка нефтепровода с трещиноподобными дефектами / В.М. Варшицкий, М.И. Валиев, О.А. Козырев // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2022. – №3(11). – С. 42-46.
Manekiya, M.H.; Arulmozhivarman, P. Leakage detection and estimation using IR thermography. In Proceedings of the 2022 International Conference on Communication and Signal Processing (ICCSP), Melmaruvathur, India, 6-8 April 2022; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2022; pp. 1516-1519.
Delgado, M.R.; Mendoza, O.B. A comparison between leak location methods based on the negative pressure wave. In Proceedings of the 14th International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control (CCE), Mexico City, Mexico, 20-22 October 2022; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2022; pp. 1-6.
Jia, Z.; Wang, Z.; Sun, W.; Li, Z. Pipeline leakage localization based on distributed FBG hoop strain measurements and support vector machine. Optik 2022, 176, 1-13.
Rehman, K.; Nawaz, F. Remote pipeline monitoring using Wireless Sensor Networks. In Proceedings of the International Conference on Communication, Computing and Digital Systems (C-CODE), Islandbad, Pakistan, 8-9 March 2022; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2022.
Коршунов С.А., Чионов А.М., Казак К.А., 2022. Метод расчета неустановившихся режимов транспортировки газа по ЛЧ МГ при возникновении утечки. М., Газовая промышленность, 44-47 с.
White, B.; Kreuz, T.; Simons, S. Midstream. In Compression Machinery for Oil and Gas; Klaus, B., Rainer, K., Eds.; Gulf Professional Publishing: Houston, TX, USA, 2022; pp. 387-400.
Mokhatab, S.; Poe, W.A.; Mak, J.Y. Raw Gas Transmission. In Handbook of Natural Gas Transmission and Processing, 2nd ed.; Gulf Professional Publishing: Waltham, MA, USA, 2022; pp. 103-176.
Чупин В.Р., Майзель Д.И. Обнаружение утечек газа из магистрального газопровода // Известия вузов: Инвестиции. Строительство. Недвижимость. Изд-во ИрГТУ, 2022. №1 (1). С. 142-148.
Dudin Roman Valerievich
Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: dudin.rv@students.dvfu.ru
Derbichev Vyacheslav Sergeevich
Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: slavka564@mail.ru
Roman Konstantin Sergeevich
Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: kpocc_god@mail.ru
Lipatova Angela Vladivslavovna
Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: lipatova.av@students.dvfu.ru
Gulaya Julia Vasilievna
Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: gulaya.yuv@students.dvfu.ru
Shulgin Vladislav Evgenievich
Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: shulgin.ve@students.dvfu.ru
Recent advances in gas leak detection
Abstract. Today, most of the natural gas transportation in the world comes from compressed usable gas, which is transported through main gas pipelines. An important objective of this process is to ensure the safe operation of the gas pipeline throughout the entire service life to prevent the occurrence of danger to human life and environmental threats. Gas leaks from gas pipelines are one of the main dangers in the operation of gas pipelines. Since the gas is under high pressure, even a slight leakage can lead to a serious amount of gas leakage. In the case of the underground laying of modern gas pipelines, this can lead to deterioration of soil quality and the occurrence of fires near the gas pipeline, which is an extremely dangerous situation both for human life and health, and for the environment. In order to avoid such situations and maintain the safety and reliability of gas pipelines, considerable efforts are directed to the detection and localization of leaks in gas pipelines using various approaches. In this work, we consider promising technologies for detecting leaks in gas pipelines and conduct a comparative analysis of modern means of monitoring the operation of gas pipelines. A comparative analysis was carried out on the basis of determining the performance of controls. Recommendations were given on the choice of a particular method for detecting a leak in gas pipelines, depending on specific operating conditions. In addition, in the course of the study, further directions were proposed for the development of more reliable leak detection systems in gas pipelines.
Keywords: gas leak; leak detection; leakage; leak localization; gas pipelines; monitoring methods; acoustic methods; fiber optic sensors
Снижение потерь продукта на объектах транспорта газа (с помощью контроля герметичности) //журнал “технадзор” №6(103) июнь 2022г.
Развитие газотранспортной системы является одним из важнейших факторов роста экономики. Правильность работы оборудования, задействованного в организации бесперебойного снабжения газом потребителей, является не только гарантом стабильности и безопасности, но и значительно снижает потери продукта.
Обследование линейных участков МГ осуществляется в два этапа. На первом этапе производится периодическое воздушное патрулирование и контроль утечек с помощью лазерных локаторов или другой подобной аппаратуры.
На втором этапе производится уточнение местоположения источника утечек акустическим течеискателем или портативным газоанализатором.
Для окончательного решения о размерах повреждения производится шурфовка трубопровода с соблюдением всех необходимых мероприятий по безопасному ведению работ.
Протяженность и разветвленность газотранспортной системы, удалённость некоторых объектов, расположение их на открытом воздухе зачастую не позволяют своевременно выявлять малые по величине утечки продукта. К таким объектам, в частности, относятся крановые узлы, представляющие собой, как правило, линейный кран с обводной и свечной линией, байпасные и свечные краны, а также надземную обвязку.
Установка датчиков-сигнализаторов утечек газа на крановых узлах нецелесообразна вследствие специфики их расположения (на открытой местности) и полностью исключает создание систем мониторинга герметичности данного типа оборудования. С другой стороны, большое количество узлов, сочленений, соединений и уплотнений делает их уязвимыми с точки зрения возникновения локальных утечек в процессе эксплуатации.
Анализ результатов технического диагностирования крановых узлов позволяет составить перечень элементов, в которых наиболее вероятно возникновение утечек газа. Условно их можно разделить на три группы:
– утечки через элементы надземной части оборудования;
– утечки через элементы подземной части оборудования;
– утечки через внутренние узлы элементов трубопроводной арматуры.
1) Утечки через элементы надземной части оборудования.
Обязательному контролю герметичности по отношению к внешней среде должны быть подвержены все элементы надземной части оборудования (СТО Газпром 2-4.1-406-2009, «Методика по техническому диагностированию крановых узлов линейной части МГ с подземной установкой запорно-регулирующей арматуры», 2007г.).
К наиболее опасным (с точки зрения потери герметичности) надземным узлам относятся все резьбовые соединения вспомогательного оборудования, такие как соединения импульсных трубок и арматуры малого диаметра, соединения манометрических сборок, трубопроводы отбора импульсного газа.
2) Утечки через элементы подземной части оборудования.
Наиболее объемные утечки во внешнюю среду подземной части оборудования эффективно выявляются визуально при проведении вертолетного обследования.
В случае отсутствия явных признаков негерметичности при проведении обследования без шурфовки необходимо сконцентрировать внимание на участках выхода из-под земли колонн удлинителя штока арматуры и стояков отбора газа (Фото 3). Опыт показывает, что подземные утечки в большей степени обнаруживаются именно в этих местах. Обмыливание в данном случае не даст результатов, поэтому рекомендуется использовать портативные газоанализаторы.
После проведения шурфовки тщательному обследованию при помощи газоанализаторов подлежат:
– соединения гайки и шпильки корпуса крана (например, фирмы Grove) (Фото 4);
– места соединения трубок отбора газа, набивочных трубок, дренажной трубки с корпусом арматуры и элементов трубок между собой;
– резьбовые соединения корпуса;
– все сварные соединения.
Стояки отбора газа, выполненные из катушки малого диаметра и небольшой толщины, под воздействием грунта нередко подвержены перемещениям в пространстве относительно основного трубопровода, что инициирует развитие трещин в угловом сварном соединении, и может привести к аварии.
Нередки случаи возникновения таких трещин и, как следствие, микроутечек внутри подрезов (причём допустимых по результатам визуального и измерительного контроля). Специфика формы дефекта типа «подрез» не позволяет надёжно выявлять внутри него трещины на его границах с основным металлом.
3) Утечки через внутренние узлы элементов трубопроводной арматуры.
Наиболее часто встречаются утечки газа, вызванные негерметичностью сальниковых и других уплотнений. Здесь можно выделить утечки продукта через уплотнения штока напрямую во внешнюю среду или изначально в колонну удлинителя штока.
Главным фактором борьбы с негерметичностью по отношению к внешней среде является ее своевременное обнаружение и устранение на ранней стадии. В настоящее время существуют методики, описывающие процедуру обследования находящихся на воздухе элементов газотранспортной системы на предмет выявления негерметичности, но определение допустимости размера утечки на месте в соответствии с ними затруднительно.
Поэтому специалистам, проводящим данный контроль, необходимо руководствоваться здравым смыслом, анализируя, например, силу и направление ветра при локализации источника утечки. Для выявления данного рода несоответствий хорошо себя зарекомендовали портативные газоанализаторы с выносным гибким сенсором. В отдельных случаях для подтверждения источника утечки целесообразно использовать обмыливание.
Согласно требованиям нормативной документации любая негерметичность по отношению к внешней среде является недопустимой. Реалии повседневной жизни таковы, что устранить все выявляемые несоответствия единовременно не представляется возможным (наличие рабочего давления на участке газопровода, необходимость заказа необходимой арматуры).
Поэтому стоит разграничивать критические дефекты герметичности, требующие незамедлительного устранения, и несоответствия, носящие скорее незначительный характер. Необходимо создать критериальную оценку опасности дефектов, связанных с негерметичностью. В качестве основополагающих могут, например, выступать следующие тезисы:
– любые утечки на дефектах типа «трещина», «сквозной свищ» должны подлежать незамедлительному устранению;
– утечки через соединительные элементы надземной обвязки, находящиеся после отсекающей арматуры должны подлежать незамедлительному устранению;
– некоторые незначительные утечки, устранение которых потребует сброса давления на протяженном участке, можно оставлять до проведения ремонта в режиме мониторинга, периодически отслеживая изменение ее интенсивности.
Вывод.
Контроль герметичности по отношению к внешней среде объектов транспорта газа призван не только повышать безопасность работы оборудования, но и значительно снижать величину потерь. При этом:
– для выявления утечек целесообразно использовать газоанализаторы с выносным гибким сенсором, доступность и эффективность работы которых подтверждена на большом количестве крановых узлов;
– необходимо создать критериальную оценку опасности дефектов негерметичности оборудования.
Список нормативной документации:
- СТО Газпром 2-4.1-406-2009 «Методика оценки ресурса запорно-регулирующей арматуры магистральных газопроводов»;
- СТО Газпром 2-2.3-385-2009 «Порядок проведения технического обслуживания и ремонта трубопроводной арматуры»;
- СТО Газпром 2-3.5-454-2022 «Правила эксплуатации магистральных газопроводов»;
- СП 36.13330.2022 «Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*»;
- «Методика по техническому диагностированию крановых узлов линейной части МГ с подземной установкой запорно-регулирующей арматуры», 2007г.
