누수 탐지

by 델타 엔지니어링 / 금요일 25 월 2016 / 에 게시됨 높은 전압

관로 누수 탐지 액체와 가스가 포함된 시스템에서 누출이 발생했는지 여부와 경우에 따라 결정하는 데 사용됩니다. 감지 방법에는 파이프라인 설치 후 수압 테스트와 서비스 중 누출 감지가 포함됩니다.

파이프라인 네트워크는 석유, 가스 및 기타 유체 제품을 위한 가장 경제적이고 안전한 운송 수단입니다. 장거리 운송 수단으로서 파이프라인은 안전성, 신뢰성 및 효율성에 대한 높은 요구를 충족해야 합니다. 적절하게 관리된다면 파이프라인은 누수 없이 무한정 지속될 수 있습니다. 발생하는 대부분의 중대한 누출은 인근 굴착 장비의 손상으로 인해 발생하므로 굴착 전에 당국에 연락하여 인근에 매설된 파이프라인이 없는지 확인하는 것이 중요합니다. 파이프라인이 적절하게 유지 관리되지 않으면 특히 건설 조인트, 수분이 모이는 낮은 지점 또는 파이프에 결함이 있는 위치에서 천천히 부식되기 시작할 수 있습니다. 그러나 이러한 결함은 검사 도구로 식별하고 누출로 진행되기 전에 수정할 수 있습니다. 누출의 다른 이유에는 사고, 지구 이동 또는 파괴 행위가 포함됩니다.

누출 감지 시스템(LDS)의 주요 목적은 파이프라인 컨트롤러가 누출을 감지하고 위치를 찾는 데 도움을 주는 것입니다. LDS는 의사 결정을 돕기 위해 파이프라인 컨트롤러에 알람을 제공하고 기타 관련 데이터를 표시합니다. 파이프라인 누출 감지 시스템은 다운타임 감소와 검사 시간 단축 덕분에 생산성과 시스템 신뢰성을 향상시킬 수 있기 때문에 유용합니다. 따라서 LDS는 파이프라인 기술의 중요한 측면입니다.

API 문서 "RP 1130"에 따르면 LDS는 내부 기반 LDS와 외부 기반 LDS로 구분됩니다. 내부 기반 시스템은 현장 계측(예: 유량, 압력 또는 유체 온도 센서)을 활용하여 내부 파이프라인 매개변수를 모니터링합니다. 외부 기반 시스템은 또한 외부 파이프라인 매개변수를 모니터링하기 위해 현장 계측(예: 적외선 방사계 또는 열 카메라, 증기 센서, 음향 마이크 또는 광섬유 케이블)을 활용합니다.

규칙 및 규정

일부 국가에서는 파이프라인 운영을 공식적으로 규제합니다.

API RP 1130 "액체용 전산 파이프라인 모니터링"(미국)

이 권장 사례(RP)는 알고리즘 방식을 사용하는 LDS의 설계, 구현, 테스트 및 운영에 중점을 둡니다. 이 권장 사례의 목적은 파이프라인 운영자가 LDS의 선택, 구현, 테스트 및 운영과 관련된 문제를 식별하도록 지원하는 것입니다. LDS는 내부 기반과 외부 기반으로 분류됩니다. 내부 기반 시스템은 현장 계측(예: 흐름, 압력 및 유체 온도)을 활용하여 내부 파이프라인 매개변수를 모니터링합니다. 이러한 파이프라인 매개변수는 이후에 누출을 추론하는 데 사용됩니다. 외부 기반 시스템은 로컬 전용 센서를 사용합니다.

TRFL(독일)

TRFL은 "Technische Regel für Fernleitungsanlagen"(파이프라인 시스템에 대한 기술 규칙)의 약어입니다. TRFL은 공식 규정의 적용을 받는 파이프라인에 대한 요구 사항을 요약합니다. 가연성 액체를 운반하는 파이프라인, 물에 위험한 액체를 운반하는 파이프라인 및 가스를 운반하는 대부분의 파이프라인을 다룹니다. 다섯 가지 종류의 LDS 또는 LDS 기능이 필요합니다.

정상 상태 작동 중 지속적인 누출 감지를 위한 XNUMX개의 독립적인 LDS. 이러한 시스템 중 하나 또는 추가 시스템은 일시적인 작동 중에(예: 파이프라인 시작 중에) 누출을 감지할 수 있어야 합니다.
폐쇄 작동 중 누출 감지용 LDS XNUMX개
크리핑 누출을 위한 하나의 LDS
빠른 누출 위치 파악을 위한 하나의 LDS

요구조건 니즈

API 1155 (API RP 1130으로 대체)는 LDS에 대한 다음과 같은 중요한 요구 사항을 정의합니다.

감도: LDS는 누출로 인한 체액 손실이 가능한 한 적도록 해야 합니다. 이것은 시스템에 두 가지 요구 사항을 부여합니다. 작은 누출을 감지해야 하고 신속하게 감지해야 합니다.
신뢰성: 사용자는 LDS를 신뢰할 수 있어야 합니다. 즉, 실제 경보를 올바르게 보고해야 하지만 잘못된 경보를 생성하지 않는 것도 마찬가지로 중요합니다.
정확도: 일부 LDS는 누출 흐름과 누출 위치를 계산할 수 있습니다. 이것은 정확하게 수행되어야 합니다.
견고성: LDS는 이상적이지 않은 상황에서도 계속 작동해야 합니다. 예를 들어, 트랜스듀서 오류가 발생한 경우 시스템은 오류를 감지하고 계속 작동해야 합니다(감도 감소와 같은 필요한 절충안이 있을 수 있음).

정상 상태 및 과도 상태

정상 상태 조건에서 파이프라인의 흐름, 압력 등은 시간이 지남에 따라 일정합니다. 일시적인 조건에서 이러한 변수는 빠르게 변경될 수 있습니다. 변화는 유체의 음속으로 파이프라인을 통해 파도처럼 전파됩니다. 예를 들어 시작 시, 입구 또는 출구의 압력이 변경되는 경우(변화가 작더라도), 배치가 변경되거나 여러 제품이 파이프라인에 있는 경우와 같은 과도 상태가 파이프라인에서 발생합니다. 가스 파이프라인은 가스가 매우 압축되기 때문에 거의 항상 과도 상태에 있습니다. 액체 파이프라인에서도 대부분의 경우 과도 효과를 무시할 수 없습니다. LDS는 파이프라인의 전체 작동 시간 동안 누출 감지를 제공하기 위해 두 조건에 대한 누출 감지를 허용해야 합니다.

내부 기반 LDS

내부 기반 시스템은 현장 계측(예: 흐름, 압력 및 유체 온도)을 활용하여 내부 파이프라인 매개변수를 모니터링합니다. 이러한 파이프라인 매개변수는 이후에 누출을 추론하는 데 사용됩니다. 내부 기반 LDS의 시스템 비용과 복잡성은 기존 현장 장비를 사용하기 때문에 보통입니다. 이러한 종류의 LDS는 표준 안전 요구 사항에 사용됩니다.

압력/유량 모니터링

누출은 파이프라인의 유압 장치를 변경하므로 일정 시간이 지나면 압력 또는 유량 판독값이 변경됩니다. 따라서 한 지점에서만 압력 또는 흐름을 국부적으로 모니터링하면 간단한 누출 감지가 가능합니다. 로컬에서 수행되므로 원칙적으로 원격 측정이 필요하지 않습니다. 그러나 정상 상태에서만 유용하며 가스 파이프라인을 처리할 수 있는 능력이 제한됩니다.

음향 압력파

음압파 방식은 누수가 발생했을 때 생성되는 희박파를 분석합니다. 파이프라인 벽이 파손되면 유체 또는 가스가 고속 제트 형태로 빠져나갑니다. 이것은 파이프라인 내에서 양방향으로 전파되는 음압파를 생성하고 감지 및 분석할 수 있습니다. 이 방법의 작동 원리는 파이프라인 벽에 의해 안내되는 소리의 속도로 장거리를 이동하는 압력파의 매우 중요한 특성을 기반으로 합니다. 압력파의 진폭은 누출 크기에 따라 증가합니다. 복잡한 수학적 알고리즘은 압력 센서의 데이터를 분석하고 몇 초 만에 50m(164ft) 미만의 정확도로 누출 위치를 가리킬 수 있습니다. 실험 데이터는 직경 3mm(0.1인치) 미만의 누출을 감지하고 업계에서 가장 낮은 오경보율(연간 1회 미만)으로 작동하는 방법의 능력을 보여주었습니다.

그러나 이 방법은 초기 이벤트 이후 진행 중인 누출을 감지할 수 없습니다. 파이프라인 벽 파손(또는 파열) 후 초기 압력파가 가라앉고 후속 압력파가 생성되지 않습니다. 따라서 시스템이 누출을 감지하지 못하는 경우(예: 펌핑 압력 또는 밸브 전환과 같은 작동 이벤트로 인해 발생하는 일시적인 압력파에 의해 압력파가 가려졌기 때문에) 시스템은 진행 중인 누출을 감지하지 않습니다.

균형 방법

이러한 방법은 질량 보존의 원칙을 기반으로 합니다. 정상 상태에서 질량 흐름 $\dot{M}_I$ 누출 없는 파이프라인에 진입하면 질량 흐름의 균형이 유지됩니다. $\dot{M}_O$ 그것을 떠나; 파이프라인을 떠나는 질량 감소(질량 불균형 $\dot{M}_I - \dot{M}_O$ ) 누출을 나타냅니다. 균형 방법 측정 $\dot{M}_I$ 과 $\dot{M}_O$ 유량계를 사용하여 마지막으로 알 수 없는 실제 누출 흐름의 추정치인 불균형을 계산합니다. 이 불균형(일반적으로 여러 기간에 걸쳐 모니터링됨)을 누출 경보 임계값과 비교 $\감마$ 불균형이 모니터링되면 경보를 생성합니다. 향상된 밸런싱 방법은 파이프라인의 대량 재고 변화율을 추가로 고려합니다. 향상된 라인 밸런싱 기술에 사용되는 이름은 볼륨 밸런스, 수정된 볼륨 밸런스 및 보정된 질량 밸런스입니다.

통계 방법

통계적 LDS는 통계적 방법(예: 결정 이론 분야)을 사용하여 누출을 감지하기 위해 한 지점 또는 불균형에서 압력/유량을 분석합니다. 이는 일부 통계적 가정이 유지되는 경우 누출 결정을 최적화할 수 있는 기회로 이어집니다. 일반적인 접근 방식은 가설 검정 절차를 사용하는 것입니다.

\text{가설 }H_0:\text{ 누출 없음}

\text{가설 }H_1:\text{ 누출}

이것은 고전적인 탐지 문제이며 통계에서 알려진 다양한 솔루션이 있습니다.

RTTM 방법

RTTM은 "실시간 과도 모델"을 의미합니다. RTTM LDS는 질량 보존, 운동량 보존 및 에너지 보존과 같은 기본 물리 법칙을 사용하여 파이프라인 내의 흐름에 대한 수학적 모델을 사용합니다. RTTM 방법은 운동량과 에너지 보존 원칙을 추가로 사용하므로 균형 방법의 개선으로 볼 수 있습니다. RTTM은 수학적 알고리즘의 도움으로 실시간으로 파이프라인을 따라 모든 지점에서 질량 유량, 압력, 밀도 및 온도를 계산할 수 있게 합니다. RTTM LDS는 파이프라인에서 정상 상태 및 과도 흐름을 쉽게 모델링할 수 있습니다. RTTM 기술을 사용하여 정상 상태 및 일시적인 조건에서 누출을 감지할 수 있습니다. 적절하게 작동하는 기기를 사용하면 사용 가능한 공식을 사용하여 누설률을 기능적으로 추정할 수 있습니다.

E-RTTM 방법

신호 흐름 E-RTTM(Extended Real-Time Transient Model)

E-RTTM은 "Extended Real-Time Transient Model"의 약자로 통계적 방법과 함께 RTTM 기술을 사용합니다. 따라서 높은 감도로 정상 상태 및 과도 상태에서 누출 감지가 가능하며 통계적 방법을 사용하여 잘못된 경보를 피할 수 있습니다.

잔여 방법의 경우 RTTM 모듈이 추정치를 계산합니다. $\hat{\dot{M}}_I$ , $\hat{\dot{M}}_O$ 각각 입구와 출구에서의 MASS FLOW에 대해. 이것은 다음에 대한 측정을 사용하여 수행할 수 있습니다. 압박 입구 온도( $p_I$ , $T_I$ ) 및 콘센트( $p_O$ , $에게$ ). 이러한 추정된 질량 흐름은 측정된 질량 흐름과 비교됩니다. $\dot{M}_I$ , $\dot{M}_O$ , 잔차 산출 $x=\dot{M}_I - \hat{\dot{M}}_I$ 과 $y=\dot{M}_O - \hat{\dot{M}}_O$ . 누출이 없는 경우 이러한 잔차는 XNUMX에 가깝습니다. 그렇지 않으면 잔차가 특징적인 서명을 나타냅니다. 다음 단계에서 잔차는 누출 서명 분석의 대상이 됩니다. 이 모듈은 누출 서명을 추출하고 데이터베이스의 누출 서명("지문")과 비교하여 일시적인 동작을 분석합니다. 추출된 누출 서명이 지문과 일치하면 누출 경보가 선언됩니다.

외부 기반 LDS

외부 기반 시스템은 로컬 전용 센서를 사용합니다. 이러한 LDS는 매우 민감하고 정확하지만 시스템 비용과 설치 복잡성이 일반적으로 매우 높습니다. 따라서 응용 프로그램은 강이나 자연 보호 지역 근처와 같은 특수한 고위험 지역으로 제한됩니다.

디지털 누유 감지 케이블

디지털 감지 케이블은 투과성 절연 성형 편조로 보호되는 반투과성 내부 전도체의 편조로 구성됩니다. 전기 신호는 내부 도체를 통해 전달되며 케이블 커넥터 내부에 내장된 마이크로프로세서에 의해 모니터링됩니다. 빠져나가는 유체는 외부 투과성 브레이드를 통과하여 내부 반투과성 전도체와 접촉합니다. 이로 인해 마이크로프로세서가 감지하는 케이블의 전기적 특성이 변경됩니다. 마이크로프로세서는 길이를 따라 1미터 분해능 내에서 유체를 찾고 모니터링 시스템 또는 운영자에게 적절한 신호를 제공할 수 있습니다. 감지 케이블은 파이프라인 주위를 감싸거나, 파이프라인이 있는 표면 아래에 묻히거나, 파이프-인-파이프 구성으로 설치할 수 있습니다.

적외선 라디오메트릭 파이프라인 테스트

누수로 인한 지하 오염을 보여주는 매설된 크로스 컨트리 송유관의 항공 열화상

적외선 열화상 파이프라인 테스트는 지하 파이프라인 누출, 침식으로 인한 공극, 파이프라인 절연 열화 및 빈약한 백필을 감지하고 찾는 데 정확하고 효율적인 것으로 나타났습니다. 파이프라인 누출로 인해 물과 같은 유체가 파이프라인 근처에 플룸을 형성할 때 유체는 건조한 토양 또는 되메우기와는 다른 열 전도도를 갖습니다. 이는 누출 위치 위의 다양한 표면 온도 패턴에 반영됩니다. 고해상도 적외선 방사계를 사용하면 전체 영역을 스캔하고 결과 데이터를 흑백 이미지의 다른 회색 톤 또는 컬러 이미지의 다양한 색상으로 지정된 온도가 다른 영역이 있는 그림으로 표시할 수 있습니다. 이 시스템은 표면 에너지 패턴만 측정하지만 매설된 파이프라인 위의 지표면에서 측정된 패턴은 파이프라인 누출 및 그로 인한 침식 보이드가 형성되는 위치를 표시하는 데 도움이 될 수 있습니다. 지표면 아래 30미터 깊이의 문제를 감지합니다.

음향 방출 감지기

빠져나가는 액체는 파이프의 구멍을 통과할 때 음향 신호를 생성합니다. 파이프라인 외부에 부착된 음향 센서는 손상되지 않은 상태의 파이프라인 내부 소음에서 라인의 기본 음향 "지문"을 생성합니다. 누출이 발생하면 그 결과 저주파 음향 신호가 감지되고 분석됩니다. 기준선 "지문"에서 벗어나면 경보 신호를 보냅니다. 이제 센서는 주파수 대역 선택, 시간 지연 범위 선택 등으로 더 나은 배열을 갖습니다. 이로 인해 그래프가 더 뚜렷하고 분석하기 쉬워집니다. 누출을 감지하는 다른 방법이 있습니다. 필터 배열이 있는 접지 지오폰은 누출 위치를 정확히 찾아내는 데 매우 유용합니다. 굴착 비용을 절약합니다. 흙속의 물줄기는 흙이나 콘크리트의 내벽에 부딪힌다. 이렇게 하면 약한 소음이 발생합니다. 이 소음은 표면에 올라오는 동안 감소합니다. 그러나 최대 사운드는 누출 위치에서만 픽업할 수 있습니다. 앰프와 필터는 깨끗한 노이즈를 얻을 수 있도록 도와줍니다. 파이프 라인에 유입된 일부 유형의 가스는 파이프를 떠날 때 다양한 소리를 생성합니다.

증기 감지 튜브

증기 감지 튜브 누출 감지 방법에는 파이프라인의 전체 길이를 따라 튜브를 설치하는 것이 포함됩니다. 케이블 형태의 이 튜브는 특정 응용 분야에서 감지할 물질에 대한 투과성이 높습니다. 누출이 발생하면 측정할 물질이 증기, 가스 또는 물에 용해된 형태로 튜브와 접촉하게 됩니다. 누출이 발생하면 누출 물질의 일부가 튜브로 확산됩니다. 일정 시간이 지나면 튜브 내부는 튜브를 둘러싼 물질의 정확한 이미지를 생성합니다. 센서 튜브에 존재하는 농도 분포를 분석하기 위해 펌프는 튜브의 공기 기둥을 감지 장치를 지나 일정한 속도로 밀어냅니다. 센서 튜브 끝에 있는 감지 장치에는 가스 센서가 장착되어 있습니다. 가스 농도가 증가할 때마다 뚜렷한 "누출 피크"가 나타납니다.

광섬유 누출 감지

적어도 두 가지 광섬유 누출 감지 방법이 상용화되고 있습니다: 분산 온도 감지(DTS) 및 분산 음향 감지(DAS). DTS 방법은 모니터링 중인 파이프라인의 길이를 따라 광섬유 케이블을 설치하는 것과 관련됩니다. 누출이 발생하면 측정 대상 물질이 케이블과 접촉하여 케이블의 온도가 변경되고 레이저 빔 펄스의 반사가 변경되어 누출을 알립니다. 레이저 펄스가 방출된 시점과 반사가 감지된 시점 사이의 시간 지연을 측정하여 위치를 알 수 있습니다. 이것은 물질이 주변 환경과 다른 온도에 있는 경우에만 작동합니다. 또한 분산 광섬유 온도 감지 기술은 파이프라인을 따라 온도를 측정할 수 있는 가능성을 제공합니다. 섬유의 전체 길이를 스캔하면 섬유를 따라 온도 프로파일이 결정되어 누출 감지로 이어집니다.

DAS 방법은 모니터링 중인 파이프라인의 길이를 따라 유사한 광섬유 케이블 설치를 포함합니다. 누출을 통해 파이프라인을 떠나는 물질로 인해 발생하는 진동은 레이저 빔 펄스의 반사를 변경하여 누출 신호를 보냅니다. 레이저 펄스가 방출된 시점과 반사가 감지된 시점 사이의 시간 지연을 측정하여 위치를 알 수 있습니다. 이 기술은 분산 온도 감지 방법과 결합하여 파이프라인의 온도 프로파일을 제공할 수도 있습니다.