ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка Анемометр

Методы визуализации утечек газов

Автор: Б.Б. Хроленко (Компания “ГК РЕСУРС”, руководитель направления по локализации утечек газов)

Опубликовано на портале «Химическая техника», май 2021

Время прочтения: 15 минут

Своевременная локализация утечек газов для нефтегазовых предприятий является важной частью диагностики, потому что утечки могут привести к авариям, отравлению персонала и большим финансовым потерям. Даже небольшая утечка может нанести серьезный ущерб. Чтобы создать эффективную систему контроля объектов на предмет утечек и обеспечить требования промышленной безопасности, нужно определить слабые места таких объектов.

Комплекс мероприятий по выявлению утечек после пусконаладочных работ (ПНР), ремонтных и сварочных работ резервуаров, трубопроводов может быть недостаточным. Так же коррозия металла, разрушение уплотнений из-за вибрации, старение материалов, ослабление резьбы гаек и болтов, воздействие перепадов температур и давления – всё это ведёт к быстрому износу элементов газовых систем. Как следствие, нарушается герметичность, что приводит к утечке газа.

Слабые места нефтегазовых систем:

  • Задвижки и уплотнения газопровода.
  • Уплотнения вентилей трубопроводов.
  • Фланцевые соединения труб.
  • Сальниковые узлы.
  • Патрубки сброса.
  • Клапаны отсечки.
  • Линия продувки.
  • Сосуды под давлением: газоотделители, фильтры.

Система технологической безопасности для предотвращения утечки природного газа и выбросов других углеводородов предполагает регулярные осмотры, планово-предупредительные работы, своевременное обслуживание, эксплуатацию оборудования и систем трубопроводов в соответствии с инструкциями, нормативными документами отрасли.

Методы локализации утечек

Тем не менее, соблюдение общих правил работы со сложными инженерно-техническими системами не гарантирует отсутствие аварий. Для обнаружения утечек используют следующие методы:

  • ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
    Рисунок 1. Метод «обмыливания».

    Нанесение мыльного раствора на места, подверженные утечкам. Рассмотрим плюсы и минусы данного метода. При «обмыливании» мы видим точное место утечки, а не где-то рядом, также мы можем видеть несколько утечек на одном небольшом участке. Этот метод дешевый и простой в приготовлении. Теперь к минусам: мыльная эмульсия провоцирует коррозию металлов; её невозможно применять при минусовых температурах, к примеру, на предприятиях Севера России (правда, существуют специальные морозостойкие поверхностно-активные вещества (ПАВ)); её необходимо готовить каждый раз перед проверкой, и из-за использования различного мыла и непостоянного состава воды из разных отдельно взятых труб, раствор имеет непостоянные характеристики. Так что «мыльность» от раствора к раствору меняется. Также обмылить большие участки трубопроводов и прочего оборудования очень трудозатратно и малоэффективно.

  • ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
    Рисунок 2. Многоканальный газоанализатор для
    персональной защиты, измеряющий горючие газы
    и пары, а также O2, CO, NO2, SO2 и H2S.

    Использование газоанализатора в предполагаемом месте утечки. Такие приборы — это второй по доступности метод. Они недостаточно точно определяют место утечки, т.к. работают по концентрации газа в воздухе, также на точность может повлиять незначительный сквозняк или ветер на открытых объектах. Информацию об утечке мы видим либо на дисплее прибора, либо слышим в динамиках, без возможности точной локализации места выхода газа. Детекторы газоанализаторов настроены на конкретный газ, то есть газоанализатор, предназначенный для определения углеводородов, не сработает на монооксид углерода или гелий. То есть даже «обмыливание» нам дает более точные результаты. Также газоанализатор является измерительным прибором, который нуждается в периодической поверке. К преимуществам этих приборов можно отнести удобство в использовании, их портативность и вариативность: есть ручные приборы, мобильные, закрепляемые поверх спецодежды персонала и стационарные с регулируемыми уставками на отключение оборудования и на вывод предупреждающего или аварийного сигнала на пульт управления.

  • ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
    Рисунок 3. Инспекция конденсатоотводчиков и
    клапанов.

    Детекторы акустические. Эти легкие портативные приборы просты в использовании, не требуют специального обучения, выявляют утечки с расстояния. Как правило, идут в комплекте с наушниками. Имеют регулировку чувствительности датчика и уровня громкости наушников. С помощью гибкого наконечника можно находить утечки в труднодоступных местах. Основным преимуществом является возможность поиска различных типов газов. К недостаткам можно отнести: ограниченное расстояние определения источника утечки, сложность в интерпретации данных, даже для опытного дефектоскописта. Есть большая вероятность принять высокочастотный шум или вибрацию за утечку. В большинстве случаев простые акустические детекторы с одним микрофоном необходимо будет комбинировать с классическими методами поиска утечек.

  • ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
    Рисунок 4. Применение визуально-акустического
    дефектоскопа на российском НПЗ.

    Из наиболее доступных дистанционных способов можно выделить использование визуально-акустического течеискателя. Прибор позволяет на расстоянии обнаружить утечку газов, измерить объем газа, рассчитать размер потерь в рублях.

Визуально-акустический течеискатель выполнен в корпусе мобильной камеры. Основной рабочий орган – параболические микрофоны. Они регистрируют ультразвук в диапазоне частот 2-35 кГц. Большое количество встроенных микрофонов позволяет дефектоскопу выполнять свою функцию с большой точностью и отсеивать ложные сигналы-помехи.

С 2022 года компания ГК РЕСУРС является официальным дистрибьютором финского производителя Noiseless Acoustics Ltd и эксклюзивно предлагает визуально-акустический дефектоскоп NL-камера. NL-камера является новинкой в сфере неразрушающего контроля и благодаря 124 сверхчувствительным микрофонам способна находить различные источники звука в диапазоне от 2 до 65 кГц, в зависимости от выбранных настроек. А алгоритм искусственного интеллекта на основании данных тысяч измерений сопоставляет и локализует дефект и его характер максимально точно (Рисунок 5).

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 5. Дисплей визуально-акустического дефектоскопа NL-camera.

Технология ультразвуковой дефектоскопии

Прибор работает, обнаруживая ультразвуковой сигнал утечек, вызванных турбулентностью газа, создаваемой перепадом давления (Рисунок 6). Звуковая волна достигает микрофонов прибора менее чем на 1 мсек., этого времени достаточно, чтобы 4-х ядерный процессор ARM 1.4 ГГц обработал сигнал, обнаружил местоположение источника звука и визуализировал его. Для ультразвуковой визуализации с большим количеством микрофонов можно провести аналогию с матрицей тепловизора: каждый микрофон подобен пикселю матрицы, и чем больше этих “пикселей”, тем точнее акустическое изображение, и с большего расстояния мы можем инспектировать объекты.

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 6. Ультразвуковой сигнал, вызванный турбулентностью газа.

Промышленный шум меньше мешает прибору на высоких частотах. С утечками газов обычно можно добиться хороших результатов, если сконцентрироваться на звуках выше 20 кГц. NL камера моментально обнаруживает звуки, в диапазоне возникновения утечки газов, что дает лучшие результаты с меньшими усилиями пользователя при диагностике. По умолчанию камера не воспринимает почти весь мешающий шум.

  • Инфракрасная камера – это самый эффективный и дорогостоящий вариант дистанционной визуализации утечек (Рисунок 7). Прибор позволяет обнаружить невидимый газ и визуализировать его на дисплее в виде газового облака или потока.
ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 7. Инфракрасная камера для визуализации углеводородов.

Компания ГК РЕСУРС является дистрибьютором передового производителя тепловизионного оборудования FLIR Systems и для визуализации газов предлагает инфракрасные камеры серии GF. Оборудование компании пользуется заслуженной популярностью и востребовано в нефтегазовой отрасли: на нефтеперерабатывающих заводах, транспортных сооружениях газоперерабатывающих заводов, объектах нефтедобычи.

Как работает оптическая визуализация газа?

Ярким примером работы методов визуализации углеводородов является тепловизор серии GF. Конструктивно тепловизор представляет собой портативный прибор, оснащенный объективом, экраном. Основной рабочий орган – инфракрасный детектор в качестве чувствительного элемента. Электроника обрабатывает сигнал с детектора. На экран выводится термограмма. (Рисунок 8).

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 8. Визуализация утечки бутана.

Работа таких устройств основана на том, что газ поглощает инфракрасный спектр в определенном диапазоне. Чувствительная камера определяет, какой конкретно диапазон инфракрасного излучения поглощен и визуализирует это место. Такие камеры созданы на основе самых современных технологий и обладают сверхчувствительными детекторами. Для сравнения большинство углеводородов поглощают инфракрасное излучение в диапазоне 3,2-3,4 микрометра, а углекислый газ (CO2) – 4,2-4,4 микрометра. Это очень узкий спектр, поэтому каждый прибор имеет встроенный специальный фильтр OGI (optical gas imaging – визуализация газов). Фильтр ограничивает длину волны распространения газа, отвечает за визуализацию и вывод графической информации о локализации утечки на экран устройства.

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 9. Конструкция системы оптической визуализации газа.

Все объекты испускают и отражают инфракрасное излучение, совокупность этих излучений мы назовем фоновым излучением. Когда это излучение попадает в объектив ИК-камеры, оно проходит через линзу до фильтра, который пропускает на детектор длины волн, соответствующие газам, для поиска которых предназначена данная камера (Рисунок 9). Таким образом, если между фоновыми объектами и ИК-камерой находится утечка газа – “газовое облако”, это облако поглощает часть фонового излучения в спектре соответствующего газу.  При этом количество излучения, передаваемого детектору, будет меньше, что позволяет камере визуализировать газ (Рисунок 10).

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 10. Эффект газового облака.

Как видно из принципа работы, между входящим в газовое облако излучением и выходящим из него должна быть разница. На рисунке 11 входящее и выходящие излучения показаны красной и синей стрелками соответственно.

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 11. Контраст облака.

Условия визуализации утечек газов инфракрасной камерой:

  • Газ частично поглощает излучение в диапазоне пропускания фильтра камеры.
  • Газовое облако контрастирует с фоном в ИК-спектре.
  • Различные температуры облака газа и фона.
  • Газовое облако подвижно.
  • Точно откалиброванная камера для измерения температуры.

Область применения ИК камер и тепловизоров

На крупных производствах, где эксплуатируется большое количество нефтегазового оборудования с тысячами мест потенциальных утечек, выявить все их при помощи газоанализатора невозможно. Использование ИК-камеры или тепловизора позволяет в десятки раз быстрее выполнить проверку, чем при использовании классических методик.

Для мониторинга и автоматизации процесса обнаружения утечек на критических местах устанавливают не переносные, а стационарные модели. Они ведут круглосуточный мониторинг газопроводов, что удобно для труднодоступных и удаленных объектов. Такие инструменты находятся на буровых платформах морского базирования, на газораспределительных станциях и газоперерабатывающих заводах. Подойдут стационарные оптические средства визуализации углеводородов для биологических газов, нефтехимических заводов, скважин.

Применяется оптическая визуализация газов не только в нефтегазовой отрасли. В энергетике для предотвращения отключений оборудования проверяют высоковольтные выключатели и КРУЭ на предмет утечек элегаза (шестифтористая сера – SF6) ИК-камерой FLIR GF 306. На электростанциях (ТЭЦ, АЭС) работают турбогенераторы с водородным охлаждением. Чтобы находить утечки водорода быстро и эффективно применяют камеру FLIR GF 343, только в качестве индикаторного газа используется углекислый газ СO2. На сталелитейных заводах для защиты персонала и окружающей среды от токсичных концентраций угарного газа (монооксид СО), работают камерой FLIR GF 346. Для визуализации около 10 газообразных хладагентов используют FLIR GF 304. Также существуют универсальные камеры, к примеру неохлаждаемая инфракрасная камера GF-77 способна визуализировать метан (CH4), гексафторид серы (SF6), аммиак (NH3), диоксид серы (SO2), окислы азота (N2O) и другие. Неохлаждаемая камера не имеет модуль с охладителем Стирлинга, что делает ее более компактной и легкой в ущерб чувствительности (Рисунок 12).

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 12. Сравнение термограммы с камеры GF320 (слева) и GF77 (справа).

Взрывозащищённая камера тепловизор FLIR GFx320 прошла сертификацию для эксплуатации в зонах класса опасности II по ATEX.

Преимущества инфракрасных приборов

Результаты испытаний оборудования ультразвукового и инфракрасного приборов

Независимо от погодных условий, характерных для различных климатических зон и времени года, проделанная с помощью тепловизоров серии GF работа на объектах одной из нефтедобывающих компаний России принесла ожидаемые результаты. Съемка проводилась при температуре воздуха до – 45°C, в дождь со снегом и в солнечную погоду. Камеры обнаружили самые незначительные утечки этана, пропилена, метана, смеси водорода с 10% содержанием метана.

Также были проведены сравнительные испытания ультразвукового и инфракрасного приборов визуализации газа на одном из крупнейших НПЗ РФ. Основное преимущество инфракрасных камер — это возможность определить направление распространения газового облака, даже в системах, где утечки минимальные, и турбулентность, необходимая для приборов ультразвукового контроля, отсутствует.  Из 10 утечек метана, определенных ИК-камерой GF320, ультразвуковая NL камера локализовала 8 (Рисунок 13).

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 13. Работа с ультразвуковой и инфракрасной камерами.

Это достаточно неплохой результат если учесть, что ультразвуковые приборы стоят в 5 раз дешевле инфракрасных. С ИК-камерой можно работать в прямой видимости объекта исследования, а ультразвуковая технология хорошо зарекомендовала себя в поиске утечек по отраженным сигналам в труднодоступных местах. В следующем примере мы наглядно покажем как  на нефтехимическом производстве с помощью визуально-акустического течеискателя NL-камера  в несколько шагов была найдена утечка газа с расстояния до 100 метров методом отраженного сигнала. (Рисунок 14).

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Рисунок 14. Работа с ультразвуковой камерой по отраженному сигналу.

Для более детального сравнения визуально-акустической камеры и инфракрасной камеры GF предлагаем ознакомиться с таблицей 1.

ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В ГАЗОПРОВОДАХ – тема научной статьи по прочим технологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка
Таблица 1. Сравнение приборов для локализации утечек газов.

Нужно отметить, что технология инфракрасной визуализации газов значительно эффективнее существующих на данный момент методик. Комплексное использование традиционных методов, ультразвуковой диагностики и оптической инфракрасной визуализации значительно снижает вероятность аварии на оборудовании нефтегазового хозяйства.

Про анемометры:  Датчик давления - Запчасти ГАЗ
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector