RU2117855C1

RU2117855C1 - Method of detecting leaks of liquid hydrocarbons from mine pipelines

Info

Publication number: RU2117855C1
Application number: RU97102118A
Authority: RU
Inventors: Р.М. Алеев; В.Н. Чепурский; Г.Г. Хоперский
Original assignee: Научно-производственная фирма "Оптоойл"
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: oil-piping engineering. SUBSTANCE: method comprises photographing heat field of pipeline route, optically probing near- surface atmosphere layer at hydrocarbon fraction-absorption wavelength, and determining position of area sites with abnormal temperature and maximum absorption of near-surface atmosphere layer. Additionally, acoustic intensity in near-surface soil layer within the pipeline route, is recorded. Then, one determines magnitudes and directions of temperature, atmosphere absorption, and noise gradients near detected sites and leakage point is determined from position of site where temperature abnormality, absorption of near-surface atmosphere layer, and noise intensity exceed specified limiting values for each test parameter, provided that gradients of these parameters do not exceed specified limiting values in all directions round given site. EFFECT: facilitated localization of leakage point.

Description

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при диагностике действующих трубопроводов, предназначенных для транспортирования жидких углеводородов. The invention relates to the field of pipeline transport and can be used in the diagnosis of existing pipelines designed to transport liquid hydrocarbons.

Эксплуатация современных трубопроводов предполагает их периодическое обследование с целью выявления нарушения целостности труб, происходящих, например, из-за коррозии или деформации, вызываемой перемещениями грунта при замерзании и оттаивании, а также из-за несанкционированной деятельности человека в полосе отчуждения трубопровода. The operation of modern pipelines involves their periodic inspection in order to identify violations of the integrity of the pipes, for example, due to corrosion or deformation caused by soil movements during freezing and thawing, as well as due to unauthorized human activities in the exclusion zone of the pipeline.

Существуют способы обнаружения утечек на ранней стадии нарушения целостности трубопроводов, основанные на анализе теплового поля, измерении интенсивности флуоресценции или поглощении газовой фракцией углеводородов оптического излучения (см. патенты N 1800219, N 2036372, заявку N 94036134/06/035948 от 27.09.94) с последующей локализацией места утечки для отправки ремонтных бригад. Однако при эксплуатации трубопроводов часто встречаются случаи когда, например, нефть уже вылилась из трубопровода и на поверхности земли вдоль и над трубопроводом образовалось "озерцо" нефти, закрыв место течи из трубопровода. Локализовать место течи нефти из трубопровода, если оно находится под "зеркалом" нефти, является первейшей задачей, т.к. от этого зависят объемы земляных работ и сроки устранения аварии. Также на практике бывают случаи, когда дистанционными методами невозможно обнаружить утечку из-за ее малости или недостаточной чувствительности метода, а она проявилась на значительном расстоянии от места утечки в виде "озерца" нефти или пленки нефти на поверхности водоема в силу длительного характера ее истечения из трубопровода. There are methods for detecting leaks at an early stage in the integrity of pipelines, based on the analysis of the thermal field, measuring the fluorescence intensity or absorption of optical radiation by the gas fraction of hydrocarbons (see patents N 1800219, N 2036372, application N 94036134/06/035948 from 09/27/94) subsequent localization of the leak to send repair crews. However, in the operation of pipelines, there are often cases when, for example, oil has already spilled out of the pipeline and an “lake” of oil has formed on the surface of the earth along and above the pipeline, blocking the leak from the pipeline. To localize the place of oil leakage from the pipeline, if it is under the “mirror” of oil, is the first task, because the volume of earthwork and the timing of the elimination of the accident depend on this. Also in practice, there are cases when it is impossible to detect a leak by remote methods due to its smallness or insufficient sensitivity of the method, and it appeared at a considerable distance from the leak in the form of a "lake" of oil or a film of oil on the surface of the reservoir due to the long nature of its outflow from the pipeline.

Известен способ обнаружения утечек из трубопроводов, основанный на измерении интенсивности акустического шума, вызываемого утечкой (Дробот Ю.Б., Грешников В. А. , Бачегов В.Н. Акустическое контактное течеискание. М.: Машиностроение, 1989). Недостатком этого способа, применительно к обнаружению утечек в магистральных трубопроводах, является необходимость раскопки шурфов для установки акустического датчика (микрофона) непосредственно на металлическую поверхность трубы, ввиду того, что поиск утечек с поверхности земли ограничен малой дистанционностью (до нескольких метров) вследствие сильного ослабления звука грунтом. A known method for detecting leaks from pipelines, based on measuring the intensity of acoustic noise caused by a leak (Drobot Yu.B., Greshnikov V.A., Bachegov V.N. Acoustic contact leak detection. M .: Mechanical Engineering, 1989). The disadvantage of this method, in relation to the detection of leaks in the main pipelines, is the need to dig pits for installing an acoustic sensor (microphone) directly on the metal surface of the pipe, due to the fact that the search for leaks from the ground is limited by a small distance (up to several meters) due to the strong attenuation of sound soil.

Учитывая, что глубина залегания труб на трассе магистрального трубопровода составляет около 1,5 м, при установке микрофона в подповерхностном слое грунта за одно измерение можно проконтролировать не более одного-двух погонных метров труб, что делает применение данного способа для поиска малых утечек нерентабельным. Given that the depth of the pipes on the route of the main pipeline is about 1.5 m, when installing the microphone in the subsurface soil layer in one measurement, no more than one or two linear meters of pipes can be monitored, which makes the use of this method for finding small leaks unprofitable.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран известный способ обнаружения утечек жидких углеводородов, в частности нефти, из магистральных трубопроводов (см. заявку N 94036135/06 от 1994, кл. F 17 D 5/02), включающий съемку теплового поля трассы трубопровода, оптическое зондирование приземного слоя атмосферы на длинах волн поглощения основными компонентами газовой фракции нефти и определение места утечки по местоположению участка с аномальной температурой, для которого интенсивность поглощения оптического излучения превышает заданное пороговое значение. As a prototype of the invention, a well-known method for detecting leaks of liquid hydrocarbons, in particular oil, from trunk pipelines (see application N 94036135/06 of 1994, class F 17 D 5/02), including shooting the thermal field of the pipeline route, optical sensing, was selected the atmospheric surface layer at the absorption wavelengths by the main components of the oil gas fraction and determining the leak location by the location of the section with an anomalous temperature for which the optical radiation absorption intensity exceeds a predetermined threshold value.

Данный способ учитывает 2 фактора, сопровождающих утечку: температурную аномалию, возникающую вследствие того, что продукт, выходящий из трубопровода, как правило, отличается по температуре от окружающей среды и вносит дисбаланс в тепловое поле трассы, и усиление поглощения оптического излучения, возникающее вследствие повышения концентрации газовой фракции углеводородов над местом утечки. This method takes into account 2 factors that accompany the leak: a temperature anomaly arising from the fact that the product exiting the pipeline, as a rule, differs in temperature from the environment and introduces an imbalance in the thermal field of the path, and an increase in the absorption of optical radiation resulting from an increase in concentration the gas fraction of hydrocarbons above the leak.

Недостатком данного способа является то, что оба эти фактора (наличие температурной аномалии и повышение концентрации газовой фракции углеводородов) сильно коррелированы между собой, ввиду того, что как величина температурной аномалии локального участка местности, так и концентрация газовой фракции углеводородов в первую очередь зависят от количества продукта, находящегося под поверхностным слоем почвы данного локального участка. The disadvantage of this method is that both of these factors (the presence of a temperature anomaly and an increase in the concentration of the gas fraction of hydrocarbons) are strongly correlated with each other, due to the fact that both the temperature anomaly of the local area and the concentration of the gas fraction of hydrocarbons primarily depend on the amount product located under the surface soil layer of this local area.

Поэтому в тех случаях, когда трасса трубопровода в районе утечки имеет естественный уклон или грунт, насыпанный на трубопровод, имеет неоднородности по плотности и теплопроводности, основная масса вытекшего продукта будет скапливаться на участках трубопровода, которые могут находиться на некотором расстоянии от утечки и местоположение максимумов поглощения газовой фракции и температурной аномалии не будет совпадать с местоположением утечки, что приведет к снижению точности локализации утечек. Therefore, in cases where the pipeline route in the leakage area has a natural slope or soil poured into the pipeline has inhomogeneities in density and thermal conductivity, the bulk of the leaked product will accumulate in sections of the pipeline that may be at some distance from the leak and the location of absorption maxima gas fraction and temperature anomaly will not coincide with the location of the leak, which will lead to a decrease in the accuracy of the location of the leak.

Целью изобретения является повышение точности локализации местоположения утечек жидких углеводородов в магистральном трубопроводе. The aim of the invention is to improve the accuracy of localization of the location of leaks of liquid hydrocarbons in the main pipeline.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения утечек из трубопровода, включающем съемку теплового поля трассы, оптическое зондирование приземного слоя атмосферы на длине волны поглощения газовой фракцией углеводородов, определение местоположения локальных участков местности с аномальной температурой и максимальным поглощением атмосферы, дополнительно регистрируют интенсивность акустического шума в подповерхностном слое почвы и определяют величину и направление градиентов температуры почвы, поглощения атмосферы и интенсивности акустического шума в окрестностях выявленных локальных участков, а место течи определяют по местоположению локального участка, где температурная аномалия, поглощение атмосферы и интенсивность акустического шума превышают заданные пороговые значения по каждому измеряемому параметру, при условии, что градиенты измеряемых параметров не превосходят заданные пороговые значения градиентов по всем направлениям в окрестности данного локального участка. This goal is achieved by the fact that in the known method for detecting leaks from the pipeline, including taking a thermal field of the route, optical sensing of the surface layer of the atmosphere at the absorption wavelength of the gas fraction of hydrocarbons, determining the location of local areas with anomalous temperature and maximum absorption of the atmosphere, additionally record the intensity of the acoustic noise in the subsurface soil layer and determine the magnitude and direction of the soil temperature gradients, atmospheric absorption spheres and intensities of acoustic noise in the vicinity of the identified local sections, and the leak location is determined by the location of the local section, where the temperature anomaly, atmospheric absorption and acoustic noise intensity exceed the specified threshold values for each measured parameter, provided that the gradients of the measured parameters do not exceed the specified threshold values of gradients in all directions in the vicinity of this local area.

В способе необходимость регистрации акустического шума в подповерхностном слое почвы обусловлена тем, что интенсивность шума, вызванного истечением продукта из свища в трубопроводе максимальна над местом утечки и не связана напрямую (не коррелирована) с наличием концентрации газовой фракции продукта в приземном слое атмосферы и с температурными аномалиями на поверхности почвы. Поэтому наличие акустического шума в локальном участке местности, характеризующемся наличием температурной аномалии и повышенной концентрацией газовой фракции, является существенным признаком наличия утечки. In the method, the need for recording acoustic noise in the subsurface soil layer is due to the fact that the intensity of the noise caused by the outflow of product from the fistula in the pipeline is maximum above the leak and is not directly related (not correlated) with the presence of the concentration of the gas fraction of the product in the surface layer of the atmosphere and with temperature anomalies on the surface of the soil. Therefore, the presence of acoustic noise in a local area, characterized by the presence of a temperature anomaly and an increased concentration of the gas fraction, is an essential sign of a leak.

Вместе с тем в способе регистрация акустического шума утечки в подповерхностном слое почвы может служить только в качестве дополнительной операции, предназначенной для уточнения факта наличия утечки в выбранном локальном участке трассы, ввиду того, что дальность действия метода акустического течеискателя через слой грунта не превышает нескольких метров. At the same time, in the method, recording acoustic noise leakage in the subsurface soil layer can only serve as an additional operation designed to clarify the fact of leakage in the selected local section of the route, since the range of the acoustic leak detector through the soil layer does not exceed several meters.

Второе существенное отличие способа заключается в необходимости учета градиентов температуры, акустического шума и поглощения атмосферы в окрестности выявленного локального участка трассы. Это объясняется тем фактом, что при идеальном залегании трубопровода на трассе (в случае, если трасса не имеет уклонов, а грунт, насыпанный на трубопровод, не имеет неоднородностей по плотности, теплопроводности и звуконепроницаемости) все три измеряемых параметра (температурная аномалия, поглощение приземного слоя атмосферы и интенсивность акустического шума) над местом утечки имели бы максимальное значение. Это означает, что градиенты измеряемых параметров по всем направлениям в окрестности места утечки были бы равны нулю. The second significant difference of the method lies in the need to take into account temperature gradients, acoustic noise and atmospheric absorption in the vicinity of the identified local section of the route. This is explained by the fact that when the pipeline lies perfectly on the route (in case the route does not have slopes, and the soil poured on the pipeline does not have inhomogeneities in density, thermal conductivity and soundproofness) all three measured parameters (temperature anomaly, surface layer absorption atmospheres and the intensity of acoustic noise) above the leak point would have a maximum value. This means that the gradients of the measured parameters in all directions in the vicinity of the leak would be zero.

В реальных условиях наличие уклонов трассы и неоднородностей в засыпном грунте несколько искажают идеальную картину, поэтому градиенты измеряемых параметров становятся отличными от нуля, но вместе с тем сохраняют минимальные значения по сравнению с градиентами, характеризующими состояние локальных участков местности, расположенных вне зоны утечки. In real conditions, the presence of slopes of the track and inhomogeneities in the backfill soil somewhat distort the ideal picture; therefore, the gradients of the measured parameters become nonzero, but at the same time they retain minimum values compared with gradients characterizing the state of local areas located outside the leakage zone.

Тот факт, что градиенты измеряемых параметров в реальных условиях становятся отличными от нуля, обусловливает необходимость проведения операции сравнения этих градиентов с заданными пороговыми значениями. The fact that the gradients of the measured parameters in real conditions become non-zero, necessitates the operation of comparing these gradients with predetermined threshold values.

При практической реализации предлагаемый способ может быть осуществлен, например, следующим образом. Съемку теплового поля трассы трубопровода производят путем измерения температуры почвы посредством контактного термодатчика. In practical implementation, the proposed method can be implemented, for example, as follows. The survey of the thermal field of the pipeline route is carried out by measuring the temperature of the soil by means of a contact temperature sensor.

Оптическое зондирование приземного слоя атмосферы осуществляют с помощью оптического спектроанализатора, настроенного на длину волны поглощения газовой фракцией углеводородов (Горелик Д.О., Конопелько Л.А. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов. - М.: Издательство стандартов, 1992). Измерение температуры почвы и поглощения атмосферы производят, например, в процессе пешего обхода трассы, в точках, расположенных с заданной периодичностью Т вдоль трубопровода. Optical sounding of the atmospheric surface layer is carried out using an optical spectrum analyzer tuned to the absorption wavelength of the gas fraction of hydrocarbons (Gorelik DO, Konopelko LA Monitoring of air pollution and emission sources. - M .: Publishing house of standards, 1992). Measurement of soil temperature and atmospheric absorption is carried out, for example, in the process of walking around the route at points located at a given frequency T along the pipeline.

По результатам проведенных измерений на трассе отмечают участки, в которых тепловые аномалии существенно превосходят значения естественных температурных неоднородностей почвы, а поглощение атмосферы существенно превышает уровень, обусловленный поглощением естественной атмосферы на рабочей длине волны спектроанализатора. According to the results of the measurements, sections are marked on the route in which thermal anomalies significantly exceed the values of the natural temperature inhomogeneities of the soil, and the absorption of the atmosphere significantly exceeds the level due to the absorption of the natural atmosphere at the working wavelength of the spectrum analyzer.

В пределах и окрестностях каждого отмеченного участка, в точках, расположенных с меньшей периодичностью, например 0,1 Т вдоль трассы трубопровода, производят измерение температуры почвы, поглощения атмосферы и интенсивности акустического шума в подповерхностном слое почвы, после чего производят сравнение измеряемых параметров и их градиентов с заданными пороговыми значениями. Within and around each marked area, at points located at shorter intervals, for example 0.1 T along the pipeline route, soil temperature, atmospheric absorption and acoustic noise intensity in the subsurface soil layer are measured, after which the measured parameters and their gradients are compared with given threshold values.

Интенсивность акустического шума может быть измерена посредством акустического контактного течеискателя (см. упомянутую книгу Ю. Б. Дробота и др.). The intensity of acoustic noise can be measured by means of an acoustic contact leak detector (see the mentioned book by Yu. B. Drobot and others).

Величины градиентов измеряемых параметров определяют как отношение разности между значениями этих параметров, измеренными в 2-х соседних точках, к расстоянию между точками измерения. The gradients of the measured parameters are defined as the ratio of the difference between the values of these parameters, measured at 2 neighboring points, to the distance between the measurement points.

Пороговые значения измеряемых параметров и их градиентов могут быть заданы на основе статистического анализа флуктуаций параметров вследствие наличия естественных неоднородностей грунта на трассе трубопровода и фонового поглощения атмосферы на рабочей длине волны спектроанализатора. The threshold values of the measured parameters and their gradients can be set based on a statistical analysis of parameter fluctuations due to the presence of natural inhomogeneities of the soil along the pipeline route and background atmospheric absorption at the working wavelength of the spectrum analyzer.

Пороговые значения могут варьироваться в зависимости от погодных и сезонных условий. Thresholds may vary due to weather and seasonal conditions.

Использование предлагаемого способа обнаружения утечек по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности локализации местоположения утечек за счет исключения из сферы поиска локальных участков с аномальной температурой и повышенной концентрацией газовой фракции, сформировавшихся вследствие наличия геофизических неоднородностей грунта на трассе трубопровода. Using the proposed method for detecting leaks in comparison with the prototype provides increased noise immunity and accuracy of localization of the location of leaks due to the exclusion from the scope of the search for local areas with anomalous temperature and increased concentration of the gas fraction formed due to the presence of geophysical inhomogeneities of the soil along the pipeline route.

Claims

A method for detecting liquid hydrocarbon leaks from the main pipelines, including taking a thermal field of a pipeline route, optical sensing of the surface layer of the atmosphere at the absorption wavelength of the hydrocarbon gas fraction, determining the location of local areas with anomalous temperature and maximum absorption of the surface layer of the atmosphere, characterized in that it is additionally recorded the intensity of acoustic noise in the subsurface soil layer of the pipeline route and determine the value and the direction of the temperature gradients, atmospheric absorption and acoustic noise in the vicinity of the identified local areas, and the leak location is determined by the location of the local area, where the temperature anomaly, the absorption of the surface layer of the atmosphere and the intensity of the acoustic noise exceed the specified threshold values for each measured parameter, provided that the gradients the measured parameters do not exceed the specified threshold values of the gradients in all directions in the vicinity of this local area.