Определение места и размера утечки на газопроводах

Рассматриваются основные вопросы, касающиеся определения места и размера утечки на газопроводах. Показаны основные методы по определению местоположения утечки, а также предложена математическая модель, с помощью которой можно найти утечку на газопроводах. Проанализирован процесс изменения давления при различных рабочих режимах. Рассмотрены три варианта возникновения утечек газа.

Ключевые слова: Утечки газа, сеть газопроводов, природный газ, изменение параметров сети, испытание газопроводов.

Для поддержания в рабочем состоянии всех сетей газопроводов, структур и задействованных в работе устройств, очень важным является проведение всех необходимых мероприятий, которые определяли бы утечки газа и таким образом исключали ненужные потери природного газа, гарантировали безопасность обслуживающего персонала, а также защиту окружающей среды [1, 2]. Большое значение здесь имеет, как определение места и размера утечки, так и газовые эмиссии, которые произошли при разрыве газопровода. Если существует опасность того, что газопровод имеет утечку, или если испытание давлением закончились отрицательным результатом, необходимо организовать дальнейшие исследования для локализации утечек и неплотностей, в соответствии с действующими письменными инструкциями.

Для определения утечек в литературе [3] были встречены следующие методы: утечка газопровод давление модель.

• 1. Разделение газопровода на мелкие участки, и проведение повторного испытания.
• 2. Добавление красящего вещества в воду, для лучшего распознавания неплотности.
• 3. Добавление гексафторида серы, и проведение испытания с подходящим детектором.
• 4. Добавление гелия и проведение испытания с подходящим детектором.
• 5. Добавление метана с концентрацией ниже предела взрываемости, и проведение испытания с подходящим детектором.
• 6. Испытания ультразвуком.

После успешного испытания уполномоченный персонал составляет протокол проверки газопровода [4].

Но для проведения проверки газопроводов по данным методам, необходимо непосредственное испытание газопроводов, что не всегда является возможным, поэтому была проанализирована возможность определения места утечки с помощью математической модели. Для того, чтобы составить математическую модель определения места и размера утечки необходимо смоделировать ситуацию на примере. Так в системе газопроводов образовалась утечка, размер утечки, как и ее месторасположение неизвестно. Для того, чтобы найти два обозначенных значения будет проанализирован процесс изменения давления при различных рабочих режимах.

Для исследования рассмотрим три наиболее часто встречаемых варианта:

• 1. Изменение давления в газопроводе при утечке в пункте «х», без изменения начального давления и подачи дополнительного количества газа.
• 2. Изменение давления в газопроводе при утечке в пункте «х», без изменения начального давления, но при подаче дополнительного количества газа.
• 3. Изменение давления в газопроводе при утечке в пункте «х», при стабильном конечном давлении и без увеличения подачи газа.

Рис. 1 Газопровод с образовавшейся утечкой

где — начальное и конечное давление, — давление о области утечки, L — общая длина газопровода, х — расстояние до утечки, q — утечка, — объемный расход газа в начале и конце газопровода.

Случай 1.

По длине газопровода происходит утечка в пункте «х» и состояние истечения газа меняется. В конечной точке газопровода наблюдается уменьшение поступающего количества газа. Тогда пропускная способность соответствует подводимому количеству минус количество газа из-за утечки. Одновременно изменяется конечное давление на. На рис. 2 и 3 представлены изменение давления при стабильной работе сети и при возникновении утечки.

Рис. 2 Изменение давления по длине газопровода при стабильной работе

Рис. 3 Возникновение утечки по длине газопровода в пункте «х», без изменения начального давления и подачи дополнительного количества газа

При известных начальных параметрах газа, можно определить конечное давление при работе сети в нормальном режиме:

где л — коэффициент гидравлического сопротивления, Diдиаметр газопровода (внутренний), — плотность газа при нормальных условиях, — температура газа при нормальных условиях. — средняя температура газа, — коэффициент сжимаемости, -объемный расход газа в нормальных условиях.

Для удобства расчетов введем фактор «С». Величина «С» будет охватывать все единицы, кроме длины L объемного расхода газа. Тогда:

Полный процесс истечения газа можно поделить на два отрезка, от до и от до, тогда:

Тогда:

(1).

Если мы знаем, например при измерении давления газа в конче газопровода, тогда становится возможным определить давление.

Точно так можно найти, если известно давление Как правило, в конце газопровода известны давление или объемный расход (или же два параметра). Из одной единицы можно всегда выразить другую.

Итак, из выражения (1) можно определить положение утечки «х»:

Количество истекшего газа, может быть определено:

Т.к. давление газа в газопроводе больше, чем атмосферное давление, тогда скорость газа, в устье утечки, будет достигать скорости звука:

Тогда, форма утечки находится:

Случай 2.

Второй случай — это подача дополнительного количества газа на величину, для того, чтобы компенсировать потери газа через утечку. При этом, начальное давление останется постоянным (см. Рис. 4).

Рис. 4 Возникновение утечки по длине газопровода в пункте «х», без изменения начального давления, но при подаче дополнительного количества газа

Для участка от до действует:

Для участка от до действует:

Просуммировав оба выражения, получаем:

В случае, если известно, выразим :

Количество истекшего газа, может быть определено:

Случай 3.

Третий случай — это изменение начального давления, для того, чтобы сохранить конечное давление. Для случая, когда дополнительное количество газа не подводится, в начальном участке газопровода наблюдается пропускная способность. Начальное давление меняется на .

Рис. 5 Возникновение утечки по длине газопровода в пункте «х», при стабильном конечном давлении и без увеличения подачи газа

Для участка от до действует:

Для участка от до действует:

Просуммировав оба выражения, получаем:

В случае, если известно, выразим :

Тогда:

Количество истекшего газа, может быть определено:

Таким образом, приведенный алгоритм определения места и размеров утечки, может быть использован для практических расчетов определения месторасположение прорывов газопроводов в реальных условиях.

• 1. Скорняков, А. А. Направления по энергосбережению и повышению энергоэффективности на предприятиях магистрального транспорта газа // «Инженерный вестник Дона», 2011, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/420.
• 2. Страхова, Н.А., Лебединский П. А. Анализ энергетической эффективности экономики России // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/999.
• 3. DIN EN 12 327. Gasinfrastruktur — Druckprьfung, Inund AuЯerbetriebnahme. Funktionale Anforderungen; Deutsche Fassung EN 12 327: 2012. pp. 4−5.
• 4. СП 42−101−2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. ЗАО «Полимергаз». Москва 2003. С. 102−103.
• 5. Mischner, J. Zur Berechnung des Druckverlaufs in Gasrohrleitungen. 5/2009. pp. 267.
• 6. Правила безопасности в газовом хозяйстве. Издание 3-е с изменениями № 1 и № 2, утвержденными Госгортехнадзором России 11.02.92 г. и 14.12.92 г. С. 40−42.
• 7. Масловский, В. В. Основы технологии ремонта газового оборудования и трубопроводных систем: Учеб. пособие. М.: Высш. школа, 2004. С. 56.
• 8. Волков, М. М., Михеев А. Л., Конев К. А. Справочник работника газовой промышленности. 2-е издание, перераб. и допол. 2007. С. 51.
• 9. Давидсон, В. Е. Основы гидрогазодинамики в примерах и задачах: учеб. пособие для студ. высш. учеб. завед. / В. Е. Давидсон. М.: Издательский центр «Академия», 2008. С. 101−105.
• 10. Kummel, W. Technische Strцmungsmechanik. Theorie und Praxis. 3., ьberar. und ergдnzte Auflage. B. G. Teubner Verlag, Wiesbaden 2007. pp. 200.