CC BY
237
IUI Инженерный вестник Дона. №4 (2014) HB ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2014/2677
Определение места и размера утечки на газопроводах
М.В. Ксензов
Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова
Аннотация: 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:
1. Разделение газопровода на мелкие участки, и проведение повторного испытания.
2. Добавление красящего вещества в воду, для лучшего распознавания неплотности.
3. Добавление гексафторида серы SFÜ, и проведение испытания с подходящим
детектором.
4. Добавление гелия и проведение испытания с подходящим детектором.
5. Добавление метана СН^ 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.
N Инженерный вестник Дона, №4 (2014) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2014/2677
Рис. 1. - Газопровод с образовавшейся утечкой. где - начальное и конечное давление, - давление о области утечки, Ь
- общая длина газопровода, х - расстояние до утечки, q - утечка, %ьг ¥3 -
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 Уп минус количество
газа из-за утечки Одновременно изменяется конечное давление на Р3.
На рис. 2 и 3 представлены изменение давления при стабильной работе сети и при возникновении утечки.
и
Рис. 2. - Изменение давления по длине газопровода при стабильной работе.
Рис. 3. - Возникновение утечки по длине газопровода в пункте «х», без изменения начального давления Р ^ и подачи дополнительного количества
газа
При известных начальных параметрах газа, можно определить конечное давление Р: при работе сети в нормальном режиме:
,где X - коэффициент гидравлического сопротивления, Бь диаметр газопровода (внутренний), - плотность газа при нормальных условиях, Ти-
и
температура газа при нормальных условиях. Тт - средняя температура газа, Кю - коэффициент сжимаемости, -объемный расход газа в нормальных
условиях.
(РЛ* л а £ 16 V,
^ г*
V* ■к
и
Для удобства расчетов введем фактор «С». Величина «С» будет охватывать все единицы, кроме длины Ь объемного расхода газа Тогда:
Полный процесс истечения газа можно поделить на два отрезка, от Р:
до Рх и от ?х до Р3, тогда:
Тогда:
(1)
М Инженерный вестник Дона, №4 (2014) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2014/2677
Если мы знаем например при измерении давления газа в конче газопровода, тогда становится возможным определить давление Ра:
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»:
(£-Л-)■ V?) = С-х-У£ + С-Ь-У£-С х-У£
Т.к. давление газа в газопроводе больше, чем атмосферное давление, тогда скорость газа, в устье утечки, будет достигать скорости звука:
Точно так можно найти если известно давление Ра. Как правило, в
Количество истекшего газа, может быть определено:
Тогда, форма утечки находится:
Случай 2
и
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 Р , но при подаче дополнительного
Г1
количества газа У2. Для участка от Рх до Рк действует:
Для участка от РЕ до Р3 действует: Просуммировав оба выражения, получаем:
В случае, если Р3 известно, выразим К2:
и
Количество истекшего газа, может быть определено: Случай 3.
Третий случай - это изменение начального давления ?ъ для того,
чтобы сохранить конечное давление Р;. Для случая, когда дополнительное
количество газа не подводится, в начальном участке газопровода наблюдается пропускная способность Начальное давление меняется на Рд..
р.
V
V
Рис. 5. - Возникновение утечки по длине газопровода в пункте «х», при стабильном конечном давлении Р2 и без увеличения подачи газа .
Для участка от Р5 до Р:{ действует: Для участка от Рх до действует:
IUI Инженерный вестник Дона. №4 (2014) HB ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2014/2677
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.
Литература
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 12327. Gasinfrastruktur - Druckprüfung, In- und Außerbetriebnahme - Funktionale Anforderungen; Deutsche Fassung EN 12327: 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 Strömungsmechanik. Theorie und Praxis. 3., überar. und ergänzte Auflage. B. G. Teubner Verlag, Wiesbaden 2007. pp. 200.
References
1. Skornjakov, A.A. // Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, №2. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/420.
2. Strahova, N.A., Lebedinskij P.A. // Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/999.
3. DIN EN 12327. Gasinfrastruktur - Druckprüfung, In- und Außerbetriebnahme - Funktionale Anforderungen; Deutsche Fassung EN 12327: 2012. pp. 4-5.
4. SP 42-101-2003. Obshhie polozhenija po proektirovaniju i stroitel'stvu gazoraspredelitel'nyh sistem iz metallicheskih i polijetilenovyh trub. ZAO «Polimergaz». Moskva 2003. pp. 102-103.
5. Mischner, J. Fachberichte. Zur Berechnung des Druckverlaufs in Gasrohrleitungen. 5/2009. pp. 267.
6. Pravila bezopasnosti v gazovom hozjajstve. Izdanie 3-e s izmenenijami № 1 i № 2, utverzhdennymi Gosgortehnadzorom Rossii 11.02.92 g. i 14.12.92 g. pp. 40-42.
7. Maslovskij, V. V. Osnovy tehnologii remonta gazovogo oborudovanija i truboprovodnyh sistem [Fundamentals of technology of repair of gas equipment and piping systems]. Ucheb. posobie. - M.: Vyssh. shkola, 2004. pp. 56.
8. Volkov, M. M., Miheev, A. L., Konev K. A. Spravochnik rabotnika gazovoj promyshlennosti [Handbook of gas industry]. 2-e izdanie, pererab. i dopol. 2007. pp. 51.
9. Davidson, V.E. Osnovy gidrogazodinamiki v primerah i zadachah [Fundamentals of fluid dynamics in the examples and problems]. Ucheb. posobie dlja stud. vyssh. ucheb. zaved. / V. E. Davidson. - M. : Izdatel'skij centr «Akademija», 2008. pp. 101-105.
10. Kummel, W. Technische Strömungsmechanik. Theorie und Praxis. 3., überar. und ergänzte Auflage. B. G. Teubner Verlag, Wiesbaden 2007. pp. 200.
