Система виявлення витоків і ударів Leak and Impact / Shock Detection System: LDS (розробник – ООО «Химбалт», Росія )

Застосовується для будь-яких трубопроводів не залежно від виду продукту, що транспортується, і може бути встановлена як на нових, так і на діючих наземних, підземних і підводних трубопроводах. Вона дозволяє виявити витоки з будь-яких трубопроводів, незалежно від складу і стану продукту, що транспортується. За розподілом давачів через кожні 15 км по довжині трубопроводу можна визначити місцезнаходження витоку (мінімальний розмір – 5 мм) з точністю до 100 м по трубопроводу. Система сповіщає пост управління в режимі реального часу про наявність витоку або удару об продуктопровід.

Система виявлення витоків і ударів для продуктопроводів базується на акустичному методі виявлення за допомогою давачів двох типів – гідрофон (контактує з продуктом) і акселерометр; визначення місця розгерметизації чи удару здійснюється на базі GPS приймачів для вимірювання різниці часу появи шуму; для локалізації витоку система використовує акустичний кореляційний метод.

Точність виявлення місцезнаходження звуку залежить від трьох факторів: точність визначення швидкості звуку; точність визначення лінійної відстані між давачами; точність “глобального” часу, який видається навігаційною супутниковою системою GPS. Нормальна загальна точність системи LDS – 1% відстані між давачами (150 м).

Вібродіагностичний комплекс (розробник – ІТЦ “Діагностика”, Україна) діагностує технічний стан газоперекачувального обладнання, визначення руйнувань в газопроводі і вузлів машин, попередження аварійних ситуацій, пов’язаних з високою вібрацією газотранспортного обладнання і наявністю витоків в газопроводі (комплекс включає комп’ютерну систему, що поєднує функції аналізатора, віброметра, колектора даних, діагностичної системи, балансного пристрою). Локалізація місця витоку проводиться за допомогою взаємної кореляційної функції. Для надійного виділення піків кореляції, які відповідають окремим трактам запізнення сигналу, різниця часу розповсюдження в будь-якій парі трактів повинна перевищувати величину, обернену полосі частот вихідного шуму. Для вузькополосних випадкових процесів (мікровитоків і імпульсів акустичної емісії) кореляційна функція представляє собою функцію, близьку до косинусоїди, що не дозволяє ідентифікувати місцезнаходження джерела сигналу. Застосовується перетворення Фур’є логарифму вихідного спектру (перехресний кепстр), що покращує якість визначення часу розповсюдження сигналу. Первинні перетворювачі комплексу – акселерометри.

На ринку сучасних засобів контролю значна частина базується на дистанційному методі діагностування витоків з трубопроводів. Нижче наведено коротку характеристику вказаних систем.

Система LineWatch (розробник – фірма KROHNE, Німеччина). Дана система дозволяє здійснювати моніторинг, визначення і локалізацію витоків в трубопроводах для рідин і газів. Система розраховує профіль трубопроводу з використанням показів витрати, тиску і температури, на основі яких виводиться механічний потік і будується термодинамічна модель трубопроводу. Система дає можливість виявлення незначних витрат (0,5 – 1%) з точністю локалізації місця витоку 1–2 %.

Система 1010Gas Leak Detection (GLD) (розробник – компанії Controlotron і “Комбит”, США і Росія). Система вимірювання витрати газу на базі ультразвукових витратомірів 1010GC дає можливість фіксування витоків від 0,5% номінальної витрати та локалізації місця витоку з точністю до 100 м. Метод виявлення витоків – об’ємний балансовий метод (метод лінійного балансу) з врахуванням різниць в об’ємах речовини, яка проходить через сегмент трубопроводу між двома давачами. Локалізація витоку в межах сегменту – технологія SoniLocator.

Система ATMOS Pipe (розробник – ООО АППЭК®–Сервис, Росія). Застосування статистичних моделей для виявлення витоків трубопроводів, використовує в якості вхідних дані з давачів тиску, температури і витратомірів. Функціонування системи базується на оцінці ймовірності настання події при регулярній частоті замірів. Основним принципом, що використовується для розрахунків ймовірності є принцип збереження маси (розрахунок балансу) і постійна перевірка гіпотези – наявність витоку проти відсутності витоку. Відхилення від рівноваги визначається за допомогою методу оптимального статистичного аналізу.

Система виявлення витоків Leak Detection System (розробник – компанія Process Automation Systems, Чехія). Вхідна величина, яку аналізує система, – тиск, який змінюється при витоку з трубопроводу, використовуються нетрадиційні вимірювальні і обчислювальні методи для статистичної оцінки зміни тиску: з енергетичного балансу і припущення про незмінність оточуючих факторів випливає, що при виникненні дефекту і витоку речовини з продуктопроводу наявна зміна потенціальної енергії тиску. У випадку малих витоків, зміна тиску не досягає нижньої границі роздільної здатності класичних методів вимірювання. Метод Leak Detection System ґрунтується на точному вимірюванні зміни тиску і на статистичній оцінці тренда тиску в різних точках трубопроводу. Статистичний метод враховує динаміку процесів в рідині і газі, зміну тіла і оточення, технологічні процеси і інші фактори, що впливають на чутливість і точність. Чутливість системи виражена відношенням діаметру трубопроводу до мінімального діаметру дефекту, який може бути виявленим. Вона залежить від різниці тиску робочого середовища і навколишньої атмосфери. При стаціонарних умовах експлуатації це відношення

становить 100:1, при тимчасових змінах режиму початок/кінець перекачування чутливість падає до відношення 30:1. При нормальних умовах (середня відстань між станціями близько 30 км і тиску 4 МПа) точність коливається в діапазоні від 20 до 30 метрів на 100 км довжини трубопроводу. Прикладом аналогічного принципу визначення витоків є система Sherlog Security Pipelines чеської компанії АО "Текнолоджи".

Огляд представлених систем виявлення і локалізації витоку демонструє широке застосування в якості вимірювальних приладів акустичних давачів. Такі давачі повинні бути чутливими до динамічних сигналів, мати широку частотну характеристику, бути надійними.

Для виявлення акустичних сигналів в трубопроводах широко використовуються акселерометри, які кріпляться чутливим елементом до стінки трубопроводу. Чутливим елементом акселерометра є п’єзоелектричний кристал, який чутливий до прискорення вібрації. Амплітуда незначної вібрації створює електричний сигнал, який підсилюється і дозволяє створити динамічний прилад.