ES2558791A1 - System and method for the control and detection of leaks in oil pipelines (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
La Figura 6 es un diagrama de flujo del método de control y detección de fugas de la invención, según una realización preferente de dicho método. Figure 6 is a flow chart of the leak control and detection method of the invention, according to a preferred embodiment of said method.
Se expone, a continuación, una descripción detallada de la presente invención, referida a una realización preferente de la misma, sin considerarse ésta como limitativa frente a otras realizaciones. A detailed description of the present invention, referring to a preferred embodiment thereof, is described below, without considering it as limiting against other embodiments.
El sistema de análisis de la invención comprende diferentes dispositivos que permiten, en combinación, la recolección de datos de presión y el análisis en tiempo real para detectar posibles fugas mediante el estudio de la onda de presión asociada a dichas fugas. The analysis system of the invention comprises different devices that allow, in combination, the collection of pressure data and real-time analysis to detect possible leaks by studying the pressure wave associated with said leaks.
El análisis de ondas de presión es una técnica que se basa en la aparición de ondas de expansión cuando ocurre una fuga. La salida de producto a través de una fisura en el oleoducto ocasiona una disminución repentina de la presión en la tubería correspondiente, con origen en el punto en que se produce la fuga. Así, cualquier perturbación que se produzca en el oleoducto se desplaza a lo largo de éste en forma de onda de presión, tal y como se observa en la ilustración de la Figura 1 del presente documento. En el caso de que la perturbación se produjera en un punto intermedio, la representación de la fuga quedaría como se observa en la Figura 2. De esta forma, la fuga genera ondas de presión negativa en ambos sentidos de la tubería, que pueden ser medidas por transmisores de presión, registrándolas y enviando la información asociada a un subsistema de monitorización, que determina si una caída de presión dada es o no una fuga, comparándola con un umbral de suceso determinado. Pressure wave analysis is a technique that is based on the appearance of expansion waves when a leak occurs. The output of the product through a fissure in the pipeline causes a sudden decrease in the pressure in the corresponding pipe, originating at the point at which the leak occurs. Thus, any disturbance that occurs in the pipeline moves along it in the form of a pressure wave, as seen in the illustration in Figure 1 of this document. In the event that the disturbance occurred at an intermediate point, the representation of the leak would be as seen in Figure 2. In this way, the leak generates negative pressure waves in both directions of the pipe, which can be measured by pressure transmitters, recording them and sending the information associated with a monitoring subsystem, which determines whether a given pressure drop is a leak or not, comparing it with a given event threshold.
No obstante, cuando se realiza el análisis real de los datos de presión, siempre existe ruido en la señal medida obteniéndose, en la práctica, señales como la mostrada en la Figura 3 del presente documento. Asimismo, otro efecto que se produce en la señal de medida es la reducción y atenuación en la amplitud de la onda de presión, a lo largo de su desplazamiento por la tubería. However, when the actual analysis of the pressure data is performed, there is always noise in the measured signal obtaining, in practice, signals such as that shown in Figure 3 of this document. Also, another effect that occurs in the measurement signal is the reduction and attenuation in the amplitude of the pressure wave, along its displacement through the pipe.
De este modo, existen dos puntos críticos y necesarios a la hora de llevar a cabo la detección de la onda de presión, que son la capacidad de lectura de señales de presión con gran sensibilidad, y la sincronización de dichas señales en las marcas temporales correspondientes. Con este objetivo, el sistema de la presente invención se basa en la utilización de equipos de registro de datos (o, de ahora en adelante, registrador de datos, también conocido como “datalogger”, por su término en inglés), donde dichos equipos comprenden un dispositivo electrónico que registra datos en el tiempo, o en relación a la ubicación de dicho dispositivo (por ejemplo, mediante sincronización GPS), a través de instrumentos y sensores propios o conectados externamente. Uno de los principales beneficios del uso de registradores de datos es la capacidad para recopilar automáticamente datos las 24 horas del día. Los equipos de tipo registrador de datos son conocidos en el estado de la técnica, y se utilizan en multitud de campos de aplicación. No obstante, no es conocido el uso de los mismos al ámbito técnico de la presente invención, empleados como medio de registro de datos asociados a las ondas de presión producidas en oleoductos. Thus, there are two critical and necessary points when carrying out the detection of the pressure wave, which are the ability to read pressure signals with great sensitivity, and the synchronization of these signals in the corresponding time stamps . With this objective, the system of the present invention is based on the use of data recording equipment (or, henceforth, data logger, also known as "datalogger", for its term in English), where said equipment they comprise an electronic device that records data over time, or in relation to the location of said device (for example, by GPS synchronization), through its own or externally connected instruments and sensors. One of the main benefits of using data loggers is the ability to automatically collect data 24 hours a day. Data logger type equipment is known in the state of the art, and is used in many fields of application. However, their use in the technical scope of the present invention, used as a means of recording data associated with pressure waves produced in pipelines, is not known.
Para evaluar la capacidad de medida y análisis del sistema de la invención, se han realizado diferentes pruebas y un simulacro de fuga con registradores de señal de tipo comercial. Más concretamente, se utilizan equipos registradores comercializados por la marca Delphin, instalados en dos posiciones kilométricas de un oleoducto, y originando una fuga en una posición intermedia. Ambos equipos se sincronizan vía GPS, para compartir la marca de tiempo de registro de la forma más exacta posible. In order to evaluate the measurement and analysis capacity of the system of the invention, different tests and a leak simulation with commercial type recorders have been performed. More specifically, recording equipment marketed by the Delphin brand is used, installed in two kilometer positions of a pipeline, and causing a leak in an intermediate position. Both devices are synchronized via GPS, to share the registration timestamp as accurately as possible.
La prueba del sistema se lleva a cabo, en la presente realización preferente, con diferentes caudales de fuga: The system test is carried out, in the present preferred embodiment, with different leakage rates:
- - -
- En primer lugar se realiza con un caudal estático de 1140 l/h con, aperturacierre rápido y lento (máximo 3 minutos, equivalente a 57 litros), obteniéndose un resultado muy similar (ver Figura 4 del presente documento). In the first place, it is carried out with a static flow of 1140 l / h, with fast and slow closing (maximum 3 minutes, equivalent to 57 liters), obtaining a very similar result (see Figure 4 of this document).
- - -
- En segundo lugar, se realiza con un caudal dinámico, con valores desde 1000 a 4700 l/h, con un máximo de 4 minutos (100 litros) (ver Figura 5). Secondly, it is carried out with a dynamic flow, with values from 1000 to 4700 l / h, with a maximum of 4 minutes (100 liters) (see Figure 5).
La detección de las fugas de forma gráfica resultó satisfactoria y ofrece las siguientes ventajas frente a otros sistemas conocidos: The leak detection in a graphic manner was satisfactory and offers the following advantages over other known systems:
- Proporciona una alta sensibilidad de las entradas del registrador: saltos de 0,0008% frente al 0,05% de los PLCs actuales, es decir 64 veces mejor. Además, permite distinguir cambios menores a 0,01 Kg/cm2 (el límite pasa a la sensibilidad del transmisor de presión). - Provides high sensitivity of the recorder inputs: 0.0008% jumps compared to 0.05% of current PLCs, that is 64 times better. In addition, it allows to distinguish changes smaller than 0.01 Kg / cm2 (the limit passes to the sensitivity of the pressure transmitter).
- Confiere mayor capacidad de filtrado de los datos. - It confers greater capacity of filtering of the data.
- Ofrece mejor precisión de la marca de tiempo. Al realizar la medida de tiempo mediante el sistema GPS en lugar de envíos periódicos de segundos, la - Offers better time stamp accuracy. When measuring time using the GPS system instead of periodic second shipments, the
- Reconocimiento de secciones (2, 2’, 2’’): - Section recognition (2, 2 ’, 2’):
Reconocimiento de secciones dinámicas (secciones con caudal) (2’): Recognition of dynamic sections (sections with flow) (2 ’):
Una vez que se han leído los valores de la base de datos del equipo SCADA, es posible conocer los tramos de oleoducto que se están empleando para realizar los bombeos, a cada una de las configuraciones que están en uso en un determinado intervalo temporal. En estas secciones dinámicas se realiza el balance de producto teniendo en cuenta dos factores: Once the values of the SCADA equipment database have been read, it is possible to know the sections of the pipeline that are being used to perform the pumping, to each of the configurations that are in use at a certain time interval. In these dynamic sections the product balance is carried out taking into account two factors:
- Caudales netos de entrada y salida a la red de oleoductos. - Net flows of entry and exit to the pipeline network.
- El volumen de producto existente en las tuberías implicadas. - The volume of existing product in the pipes involved.
Los cálculos dan como resultado, para cada una de las secciones: The calculations result in each of the sections:
- - -
- Caudal de fuga instantáneo. Instantaneous leakage rate.
- - -
- Caudal de fuga pasado, evaluado para registros anteriores (por ejemplo, para valores de los últimos 15, 30 y 60 minutos). Past leakage rate, evaluated for previous records (for example, for values of the last 15, 30 and 60 minutes).
- Umbrales de alarma: el valor de alarma que tendrá en cuenta los transitorios. - Alarm thresholds: the alarm value that the transients will take into account.
Reconocimiento de secciones estáticas (secciones sin caudal) (2’’): Recognition of static sections (sections without flow) (2 ’):
Los tramos de oleoducto que no estén en marcha, es decir con caudal cero, entran en modo de detección estática, en la que se realiza el balance de producto dentro del oleoducto (presión, temperatura, densidad, etc.). Estos tramos están formados por una estación principal cabecera, una estación principal cola y las válvulas de línea telemandadas existentes entre ambas estaciones principales. The pipeline sections that are not running, that is to say with zero flow, enter static detection mode, in which the product balance is carried out within the pipeline (pressure, temperature, density, etc.). These sections are formed by a main head station, a main tail station and the telecommand line valves existing between both main stations.
- Cálculo de volumen de tramo estático: - Calculation of static section volume:
Las diferentes instalaciones existentes están enlazadas por líneas de oleoductos por las que se realiza el envío de producto, denominadas como tramos. Por cada tramo es necesario calcular continuamente el volumen de producto existente. Este volumen dependerá de las condiciones de presión y temperatura y de la densidad del producto que contiene. Con las variaciones de este volumen se calculará el caudal asociado. Estas señales de caudal entrarán a formar parte de las configuraciones correspondientes. El signo de este caudal será el mismo que el de las salidas de la The different existing facilities are linked by lines of pipelines through which the product is sent, called as sections. For each section it is necessary to continuously calculate the volume of existing product. This volume will depend on the pressure and temperature conditions and the density of the product it contains. With the variations of this volume the associated flow will be calculated. These flow signals will become part of the corresponding configurations. The sign of this flow will be the same as that of the outputs of the
corregidos, por ejemplo, como consecuencia del camino que trazan las secciones de dichos tramos, de que exista alguna sección cerrada, o de que sea una sección estática. corrected, for example, as a consequence of the path that the sections of said sections trace, that there is a closed section, or that it is a static section.
- Generación de interfases de densidad: - Generation of density interfaces:
Se denomina interfase de densidad a un cambio rápido e importante en la densidad del producto dentro del tubo, que se define por su posición en el tramo (segmento y volumen dentro del segmento) y por los valores de densidad a ambos lados del cambio de densidad. Se llama densidad de origen a la más cercana al origen constructivo de la sección en la que está, y se denomina densidad de destino a la más cercana al destino constructivo de la sección. Esos valores se guardan en una tabla de interfases del equipo SCADA para ser consultada por otros procesos. Density interface is called a rapid and important change in the density of the product inside the tube, which is defined by its position in the section (segment and volume within the segment) and by the density values on both sides of the density change . Density of origin is called the one closest to the constructive origin of the section in which it is located, and the density of destination is called the closest to the constructive destination of the section. These values are stored in an interface table of the SCADA device to be consulted by other processes.
Las interfases se generan en cada sección, utilizando la señal de densidad asignada a esa sección: Se calcula la media de la densidad en un tiempo parametrizable (número de ciclos) y usando sólo el último valor. The interfaces are generated in each section, using the density signal assigned to that section: The average density is calculated in a parameterizable time (number of cycles) and using only the last value.
Se genera una interfase cuando la media difiera del valor actual en un valor parametrizable (valor en kg/cm2). Se asigna a esa interfase la posición 0 del primer segmento y el valor densidad destino de la interfase como el valor medio en ese momento. En el caso de que la sección esté en modo reversible, la posición será en el último segmento y volumen teórico; el valor definido será la densidad origen. An interface is generated when the average differs from the current value by a parameterizable value (value in kg / cm2). The position 0 of the first segment and the target density value of the interface are assigned to that interface as the average value at that time. In the event that the section is in reversible mode, the position will be in the last segment and theoretical volume; The defined value will be the origin density.
Detección del fin de la interfase, cuando los últimos ciclos (número configurable) estén en un rango de densidad también configurable. Una vez detectado el final de la interfase, se fija el valor origen o destino, si es modo reversible, de la interfase como el valor en ese momento. Detection of the end of the interface, when the last cycles (configurable number) are in a density range also configurable. Once the end of the interface is detected, the origin or destination value, if reversible mode, of the interface is set as the value at that time.
Todos los parámetros configurables (ciclos y diferencia de densidad) son globales para todas las secciones, no siendo necesario parametrizarlo para cada sección. All configurable parameters (cycles and density difference) are global for all sections, it is not necessary to parameterize it for each section.
Al finalizar la interfase, se compara el valor origen y destino, y si la diferencia entre ambos es menor que un umbral determinado, por ejemplo 2 kg/cm2, se elimina la interfase de la tabla. At the end of the interface, the origin and destination value is compared, and if the difference between them is less than a certain threshold, for example 2 kg / cm2, the interface is eliminated from the table.
-Movimiento de interfases de densidad. Cálculo de caudales virtuales: -Movement of density interfaces. Calculation of virtual flows:
Una vez generadas las interfases y guardadas en una tabla, éstas se irán moviendo por los oleoductos con una velocidad proporcional al caudal que está circulando por esa sección. La posición de cada interfase se irá actualizando cada ciclo, calculando el volumen que ha avanzado por el segmento. Cuando una sección esté estática, la interfase mantendrá su posición. Once the interfaces have been generated and stored in a table, they will move through the pipelines with a speed proportional to the flow rate that is circulating through that section. The position of each interface will be updated every cycle, calculating the volume that has advanced through the segment. When a section is static, the interface will maintain its position.
En algunos casos, ese caudal se debe calcular previamente, al no tener un valor medido en la entrada o la salida. Para ello, se emplea un algoritmo que recorrerá las líneas dinámicas y calculará el caudal que está pasando por cada sección. También se le asignará un signo al caudal virtual, que será negativo cuando la sección esté en modo reversible. In some cases, this flow must be calculated beforehand, as it does not have a value measured at the input or output. For this, an algorithm is used that will travel the dynamic lines and calculate the flow rate that is going through each section. A sign will also be assigned to the virtual flow, which will be negative when the section is in reversible mode.
En el caso de líneas paralelas sin medidor en una de ellas, el algoritmo no puede resolver el caudal que circula por cada una de ellas. En esta situación se fija a cada línea la mitad del caudal. In the case of parallel lines without a meter in one of them, the algorithm cannot solve the flow that flows through each one of them. In this situation, half of the flow rate is fixed to each line.
En las interfases de densidad, al llegar al final del segmento, se debe avanzar al siguiente segmento y seguir moviéndose. Al llegar al final de la sección, se eliminan las de densidad, excepto si en el nodo y camino está marcada la casilla de continuación de interfases. En ese caso, la interfase pasa a esa nueva sección y si existieran varios caminos, se crea una nueva interfase por cada uno de ellos, con los mismos valores y teniendo en cuenta el sentido constructivo. In the density interfaces, at the end of the segment, you must advance to the next segment and continue moving. At the end of the section, the density ones are eliminated, except if the interface continuation box is checked on the node and path. In that case, the interface passes to that new section and if there are several paths, a new interface is created for each of them, with the same values and taking into account the constructive sense.
Hay que tener en cuenta para el avance de las interfases el signo del caudal virtual, es decir, el sentido dinámico de circulación del fluido. It is necessary to take into account for the advance of the interfaces the sign of the virtual flow, that is to say, the dynamic sense of circulation of the fluid.
-Generación de interfases de temperatura: -Generation of temperature interfaces:
Se denomina interfase de temperatura a un cambio rápido e importante en la temperatura del producto que entra en el tubo desde una cabecera. Se define una interfase de temperatura por su posición en el tubo (segmento y volumen dentro del segmento) y los valores de temperatura de origen y destino, de forma similar a las interfases de densidad. Esos valores se guardan en una tabla para ser consultada por los procesos que calculan las variaciones de volumen. A rapid and important change in the temperature of the product entering the tube from a head is called the temperature interface. A temperature interface is defined by its position in the tube (segment and volume within the segment) and the origin and destination temperature values, similar to the density interfaces. These values are stored in a table to be consulted by the processes that calculate the volume variations.
-Temperatura calculada en estaciones cuando la sección se cierra: -Temperature calculated in stations when the section is closed:
En el momento en que una sección se cierre, la temperatura de entrada y de salida de esa sección, es decir, la temperatura de las estaciones que delimitan la sección, se calcula en la aplicación sin tener en cuenta el valor leído de campo. At the moment a section is closed, the inlet and outlet temperature of that section, that is, the temperature of the stations that delimit the section, is calculated in the application without taking into account the value read from the field.
En el momento del cierre de la sección, la temperatura cogerá el último valor leído de campo y, desde ese momento, se actualizará cada ciclo utilizando la misma fórmula de variación de la temperatura con el tiempo vista en el apartado anterior. Este valor que se va actualizando, se utiliza para calcular la media que genera las interfases. At the time of closing the section, the temperature will take the last value read from the field and, from that moment, each cycle will be updated using the same temperature variation formula with the time seen in the previous section. This value, which is updated, is used to calculate the average generated by the interfaces.
Este cálculo se realiza hasta el momento en el que la sección pase a formar parte de una línea, momento en el cual se vuelve a utilizar la temperatura medida en campo. Si la temperatura leída del SCADA en el momento de la apertura difiere bastante de la calculada mientras estaba cerrada la sección, se generará una interfase. This calculation is carried out until the moment in which the section becomes part of a line, at which time the measured field temperature is reused. If the temperature read from the SCADA at the time of opening differs considerably from that calculated while the section was closed, an interface will be generated.
-Cálculos de corrección de volumen con interfases: - Volume correction calculations with interfaces:
Una vez desarrollada la generación de interfases, los cálculos de volumen en las secciones cambian bastante para tener en cuenta las variaciones de densidad y de temperatura. Once the interface generation has been developed, the volume calculations in the sections change enough to take into account density and temperature variations.
La división de cada sección en segmentos se realiza mediante la parametrización. Además, cuando en un segmento exista alguna interfase de densidad, hay que dividir ese segmento en trozos, separados por esas interfases. Para cada uno de esos trozos, que serán variables en cada ciclo de cálculo se calculan los datos necesarios para obtener el volumen corregido. The division of each section into segments is done by parameterization. In addition, when a density interface exists in a segment, that segment must be divided into pieces, separated by those interfaces. For each of these pieces, which will be variable in each calculation cycle, the data necessary to obtain the corrected volume are calculated.
Actualización de Base de Datos SCADA (4): SCADA Database Update (4):
Una vez completados los cálculos se actualizarán los valores del equipo SCADA y se dispararán las alarmas necesarias, en el caso correspondiente. Once the calculations are completed, the SCADA device values will be updated and the necessary alarms will be triggered, if applicable.
Envío de alarmas (5): Sending alarms (5):
-Líneas dinámicas: -Dynamic lines:
El programa de detección de fugas, debe enviar una alarma al equipo SCADA cuando sus cálculos indiquen la posibilidad de una fuga en el sistema, pero intentando evitar falsas alarmas que puedan ocasionar que las verdaderas alarmas pasen inadvertidas. Para eso, se detallan una serie de parámetros y ecuaciones con el objetivo de fijar un The leak detection program should send an alarm to the SCADA equipment when their calculations indicate the possibility of a leak in the system, but trying to avoid false alarms that may cause the true alarms to go unnoticed. For that, a series of parameters and equations are detailed in order to set a
5 límite de desviación de caudal a partir del cual se enviará la alarma. 5 flow deviation limit from which the alarm will be sent.
-Secciones estáticas: -Static sections:
Una vez realizado el cálculo de las alarmas en las líneas dinámicas, se ha de llevar a Once the calculation of the alarms in the dynamic lines has been carried out, it must be carried
10 cabo los límites de alarma en las secciones cuando están paradas y no pertenecen a ninguna línea dinámica, es decir, cuando son secciones estáticas. 10 set the alarm limits on the sections when they are stopped and do not belong to any dynamic line, that is, when they are static sections.
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|---|---|
| ES2558791B1 (en) | 2016-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2558791 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20161028 |