Материал: Системы обнаружения утечек в нефте- и нефтепродуктопроводах

Системы обнаружения утечек в нефте- и нефтепродуктопроводах

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

Дипломная работа

СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК В НЕФТЕ- И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДАХ

Студент

Селезнев С.С.

Уфа

Содержание

Введение

. Технология трубопроводного транспорта нефти

.1 Роль трубопроводного транспорта в ТЭК

.2 Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода

.3 Системы перекачки нефти

.4 Актуальность задачи обнаружения утечек

. Патентная проработка

.1 Выбор и обоснование предмета поиска

.2 Регламент патентного поиска

.3 Результаты поиска

.4 Анализ результатов патентного поиска

. Методы моделирования и обнаружения утечек

.1 Метод «волны давления»

.2 Метод баланса вещества

.3 Анализ профиля давления

.4 Акустический корреляционный метод

.5 Волоконно-оптические методы

.6 Контроль давления в изолированных секциях

.7 Метод дифференциальных давлений

.8 Акусто-эмиссионный метод

.9 Электромагнитный метод контроля

.10 Визуальный метод

.11 Ультразвуковая диагностика

.12 Радиоактивный метод

.13 Лазерный газоаналитический метод

. Средства диагностики утечек

.1 Комбинированные системы, использующие метод баланса вещества, анализ профиля давления и метод «волны давления»

.2 Системы, использующие метод «волны давления»

.3 Системы, использующие акустический метод

.4 Системы, использующие метод баланса вещества

.5 Системы, использующие акусто-эмиссионный метод

.6 Системы, использующие волоконно-оптические методы

. Математическая модель метода «волна давления»

.1 Математическое описание движения жидкости

.2 Анализ скорости распространения возмущения в трубопроводе

.3 Локализация утечек по временной задержке сигналов

.4 Обнаружение утечки методом анализа волны давления

. Охрана труда и техника безопасности

.1 Анализ потенциальных опасностей и производственных вредностей при монтаже, ремонте и эксплуатации системы обнаружения утечек

.2 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных условий труда

Заключение

Список использованных источников

Введение

Трубопроводные системы являются одним из самых экономичных и безопасных способов транспортировки газов, нефти, нефтепродуктов и других жидкостей. В качестве средства транспортировки на большие расстояния трубопроводы имеют высокую степень безопасности, надёжности и эффективности. Большая часть трубопроводов в независимости от транспортируемой среды разрабатываются исходя из срока эксплуатации порядка 25 лет. По мере старения они начинают отказывать, появляются утечки в конструкционно-слабых местах соединений, точках коррозии и участках, имеющих небольшие структурные повреждениях материала. Кроме того есть и другие причины, приводящие к появлению утечек, такие как случайное повреждение трубопровода, террористические акты, диверсии, воровство продукта из трубопровода и т.д.

Главная задача систем обнаружения утечек (СОУ) состоит в том, чтобы помочь владельцу трубопровода выявить факт утечки и определить её местоположение. СОУ обеспечивает формирование сигнала тревоги о возможном наличии утечки и отображение информации, помогающей принять решение о наличии или отсутствии утечек. Системы обнаружения утечек из трубопроводов имеют большое значение для эксплуатации трубопроводов, поскольку позволяют уменьшить время простоя трубопровода.

При этом всё большее распространение получают автоматические системы обнаружения утечек из трубопроводов, позволяющие оперативно обнаружить факт утечки и установить место её образования. Это позволяет не только значительно сократить время реакции аварийных служб и, как следствие значительно уменьшить экологический ущерб от разлива продуктов, но и свести к минимуму время вынужденного простоя трубопровода, что, несомненно, является актуальной задачей.

Цель данной дипломной работы - анализ эффективности систем обнаружения утечек.

Задачами дипломной работы являются:

¾  изучение различных методов обнаружения;

¾      анализ существующих средств диагностики утечек;

¾      выбор метода обнаружения и составление для него математической модели

¾      проверка адекватности математической модели при диагностике утечек.

При работе над данной дипломной работой были использованы материалы ОАО «Нефтеавтоматика».

1. Технология трубопроводного транспорта нефти

.1 Роль трубопроводного транспорта в ТЭК

Магистральный трубопроводный транспорт является важнейшей составляющей топливно-энергетического комплекса России. В стране создана разветвленная сеть магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов, которые проходят по местности большинства субъектов Российской Федерации.

Трубопроводный транспорт активно влияет на формирование и развитие ТЭК страны и отдельных регионов, являясь его неотъемлемой частью, и обеспечивает:

—  перекачку добытых и переработанных энергоресурсов;

—      выполняет роль распределительной системы комплекса;

—      транспортировку энергоресурсов на экспорт в страны близкого и дальнего зарубежья.

Трубопровод - это магистраль из стальных труб диаметром до 1500 мм, укладываемая на глубину до 2,5 метров. Нефтепроводы обустроены оборудованием для обезвоживания и дегазации нефти, оборудованием для подогрева вязких видов нефти. На газопроводах - установки для осушения газа, для одоризации (придание газу резкого запаха) и распределительные станции. Для поддержания нужного давления устанавливают особые перекачивающие станции. В начале магистрали - головные, потом через каждые 100-200 км - промежуточные. Протяженность магистральных трубопроводов России составляет 217 тыс. км, в т.ч. 151 тыс.км газопроводных магистралей, 46,7 тыс. км нефтепроводных, 19,3 тыс.км нефтепродуктопроводных. В состав сооружений трубопроводного транспорта входят 487 перекачивающих станций на нефте- и нефтепродуктопроводах, резервуарные парки вместимостью 17,4 млн. куб. м, а также 247 компрессорных станций, 4053 газоперекачивающих агрегата и 3300 газораспределительных станций. По магистральным трубопроводам перемещается 100% добываемого газа, 99% нефти, более 50% продукции нефтепереработки. В общем объеме грузооборота трубопроводного транспорта доля газа составляет 55,4%, нефти - 40,3%, нефтепродуктов - 4,3%.

К трубопроводному транспорту относятся магистральные нефте- и газопроводы, а также продуктопроводы. Значимость трубопроводного транспорта для Российской Федерации определяется значимой удаленностью главных месторождений нефти и газа от потребителей, а также высокой долей нефти, нефтепродуктов и газа в экспортном балансе России.

Трубопроводный транспорт обладает большим количеством достоинств:

—  магистральные трубопроводы позволяют обеспечить возможность подачи практически неограниченного потока нефти, автобензинов, дизельных и реактивных топлив в любом направлении;

—      по магистральным трубопроводам можно осуществлять последовательную перекачку нефти разных сортов или нефтепродуктов различных видов, а также разных газов;

—      работа магистральных трубопроводов непрерывна, планомерна в течение года, месяца, суток и не зависит от климатических, природных, географических и других условий, что гарантирует бесперебойное обеспечение потребителей;

—      трубопровод может быть проложен практически во всех районах РФ, направлениях, в любых инженерно-геологических, топографических и климатических условиях;

—      трасса трубопровода - это кратчайший путь между начальным и конечным пунктами следования и может быть значительно короче, чем трассы других видов транспорта;

—      сооружение трубопроводов проводят в сравнительно непродолжительные сроки, что обеспечивает быстрое освоение нефтяных и газовых месторождений, мощности нефтеперекачивающих заводов;

—      на магистральных трубопроводах может быть обеспечено применение частично или полностью автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) перекачки нефти, нефтепродуктов и газа;

—      возможность значительной автоматизации и телемеханизации, внедрение систем автоматизированного управления технологическими процессами способствует поддержанию оптимальных режимов эксплуатации трубопроводных систем, сокращению расхода электроэнергии, а также потерь нефти, нефтепродуктов и газа при перекачке, сокращению численности обслуживающего персонала;

—      трубопроводный транспорт имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению с другими видами транспорта нефтяных грузов, а для транспорта природного газа, находящегося в газообразном состоянии, является единственно возможным;

—      высокая надежность и простота в эксплуатации;

—      разгрузка традиционных видов транспорта.

Однако несмотря на упомянутые преимущества, нужно отметить и два существенных недостатка: большой расход металла и «жёсткость» трассы перевозок, то есть невозможность изменения направления перевозок нефти, нефтепродуктов или газа после постройки трубопровода.

В настоящее время для транспортирования энергоносителей также используют железнодорожный, водный и автомобильный транспорт.

.2 Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода

Магистральный нефтепровод, в общем случае, состоит из следующих комплексов сооружений (рисунок 1.1):

—      подводящие трубопроводы;

—      головная и промежуточные нефтеперекачивающие станции (НПС);

—      конечный пункт;

—      линейные сооружения.

Рисунок 1.1 - Состав сооружений магистрального нефтепровод: 1 - подводящий трубопровод; 2 - головная нефтеперекачивающая станция; 3-промежуточная нефтеперекачивающая станция; 4 - конечный пункт; 5-линейная часть; 6 - линейная задвижка; 7 - подводный переход; 8 - надземный переход; 9 - переход под автодорогой; 10 - переход под железной дорогой; 11 - станция катодной защиты; 12 - дренажная установка; 13 - дом обходчика; 14 - линия связи; 15 - вертолетная площадка; 16 - вдольтрассовая дорога

Подводящие трубопроводы связывают источники нефти с головными сооружениями МНП.

Головная НПС предназначена для приема нефти с промыслов, смешения или разделения ее по сортам, учета нефти и ее закачки из резервуаров в трубопровод. Головная НПС располагается вблизи нефтепромыслов.

Промежуточные НПС служат для восполнения энергии, затраченной потоком на преодоление сил трения, с целью обеспечения дальнейшей перекачки нефти. Промежуточные НПС размещают по трассе трубопровода согласно гидравлическому расчету (обычно через каждые 200 км).

Конечным пунктом магистрального нефтепровода обычно является нефтеперерабатывающий завод или крупная перевалочная нефтебаза.

На магистральных нефтепроводах большой протяженности организуются эксплуатационные участки длиной от 400 до 600 км. Граница между эксплуатационными участками обязательно проходит через промежуточные НПС. Промежуточная НПС, находящаяся в начале эксплуатационного участка, является для него головной НПС, а промежуточная НПС, находящаяся в конце эксплуатационного участка - конечным пунктом для него. Состав сооружений промежуточных НПС, расположенных на концах эксплуатационного участка, отличается от обычных наличием резервуарных парков. Таким образом, магистральный нефтепровод большой протяженности состоит как бы из нескольких последовательно соединенных нефтепроводов протяженностью не более 600 км каждый.

К линейным сооружениям магистрального нефтепровода относятся:

) собственно трубопровод (или линейная часть);

) линейные задвижки;

) средства защиты трубопровода от коррозии (станции катодной и протекторной защиты, дренажные установки);

) переходы через естественные и искусственные препятствия (реки, дороги и т. п.);

) линии связи;

) линии электропередачи;

) дома обходчиков;

) вертолетные площадки;

) грунтовые дороги, прокладываемые вдоль трассы трубопровода.

Трубы магистральных нефтепроводов (а также нефтепродуктопроводов и газопроводов) изготавливают из стали, так как это экономичный, прочный, хорошо сваривающийся и надежный материал.

Трубопроводная арматура предназначена для управления потоками нефти, транспортируемыми по трубопроводам. По принципу действия арматура делится на три класса: запорная, регулирующая и предохранительная.

Запорная арматура (задвижки) служит для полного перекрытия сечения трубопровода, регулирующая (регуляторы давления) - для изменения давления или расхода перекачиваемой жидкости, предохранительная (обратные и предохранительные клапаны) - для защиты трубопроводов и оборудования при превышении допустимого давления, а также предотвращения обратных токов жидкости.

Задвижками называются запорные устройства, в которых проходное сечение перекрывается поступательным перемещением затвора в направлении, перпендикулярном направлению движения нефти. На магистральных нефтепроводах задвижки оснащают электроприводом.

Регуляторы давления - это устройства, служащие для автоматического поддержания давления на требуемом уровне. В соответствии с тем, где поддерживается давление - до или после регулятора, - различают регуляторы типа «до себя» и «после себя».

Предохранительными клапанами называются устройства, предотвращающие повышение давления в трубопроводе сверх установленной величины. На нефтепроводах применяют мало- и полноподъемные предохранительные клапаны закрытого типа, работающие по принципу сброса части жидкости из места возникновения повышенного давления в специальный сборный коллектор.

Обратным клапаном называется устройство для предотвращения обратного движения среды в трубопроводе. При перекачке нефти применяют клапаны обратные поворотные - с затвором, вращающимся относительно горизонтальной оси. Арматура магистральных нефтепроводов рассчитана на рабочее давление 6,4МПа.

Средства защиты трубопроводов от коррозии. Для защиты трубопроводов от коррозии применяются пассивные и активные средства и методы. В качестве пассивного средства используются изоляционные покрытия, к активным методам относится электрохимическая защита.

Насосно-силовое оборудование. Насосами называются гидравлические машины, которые служат для перекачки жидкостей. При трубопроводном транспорте нефти используются в основном центробежные насосы. Для успешного ведения перекачки на входе в центробежные насосы должен поддерживаться определенный подпор. Его величина не должна быть меньше некоторого значения, называемого допустимым кавитационным запасом. Основное назначение подпорных насосов - создание на входе в основные насосы подпора, обеспечивающего их устойчивую работу. Основные и подпорные насосы устанавливаются соответственно в основной и в подпорной насосных.

Резервуары и резервуарные парки в системе магистральных нефтепроводов служат:

—  для компенсации неравномерности приема-отпуска нефти на границах участков транспортной цепи;

—      для учета нефти;

—      для достижения требуемого качества нефти (отстаивание от воды и мехпримесей, смешение и др.).

В соответствии с этим резервуарные парки размещаются:

—  на головной НПС;

—      на границах эксплуатационных участков;

—      в местах подкачки нефти с близлежащих месторождений или сброса нефти попутным потребителям.