СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АВАРИЙНЫХ ПРОТЕЧЕК ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2016 года по МПК F17D5/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтегазовой технике, к области контроля состояния систем трубопроводного транспорта жидких и газообразных углеводородов, в частности нефти, газового конденсата, нефтепродуктов, природного и попутных газов и нефтегазовых смесей различной степени переработки, более конкретно - к техническим решениям, обеспечивающим защиту от загрязнения среды вблизи трассы трубопровода, транспортирующего эти жидкости, газы и их смеси, рассматривающиеся как потенциальные загрязнители окружающей среды и источник взрыво- и пожарноопасности. Изобретение эффективно и целесообразно использовать на участках нефте- или газопровода, в первую очередь, при прокладке трубопроводов через или в непосредственной близости от населенных пунктов, зон отдыха, природных заповедных и рекреационных зонах, прибрежных акваториях морей, для которых предъявляются особо строгие требования промышленной, в частности, экологической и пожарной безопасности, а также через заболоченные территории, акватории океанов и морей, озер, больших рек, где особенно затруднен непосредственный контроль целостности и герметичности оболочки трубопровода.

Уровень техники

Известна и широко применяется конструктивно-технологическая схема «труба в трубе»; ее используют при прокладке подземных, надземных и подводных трубопроводов - под и над дорогами, при сооружении транспортных переходов различного назначения, в частности при преодолении водных преград (реки, каналы, морские акватории, заболоченные территории и др.); прокладка транспортных трубопроводов по схеме «труба в трубе» повышает экологическую безопасность трубопроводной трассы - как при надземном, так и при подземном, подводном расположении трубопровода. Однако сама по себе ограждающая труба в этом случае имеет назначением, в первую очередь, создание щадящих условий эксплуатации транспортного трубопровода, уменьшение возможности его повреждения, увеличивая тем самым срок его эксплуатации. Либо играет технологическую роль, как, например, при исполнении переходов через водные преграды. Попутно она может ограничивать проникновение в окружающую среду загрязнителей - при возникновении протечки трубопровода (если при этом реализованы мероприятия по герметизации ее стыков и торцов), но не являются составной частью системы обнаружения протечек и не способствуют ее функционированию.

Наряду с этим в течение многих лет ведутся разработки систем обнаружения утечек в трубопроводах транспорта жидкостей, прежде всего - нефти и нефтепродуктов, газов и газожидкостных смесей. Они строятся в основном на основе фиксации, измерений (мониторинга) и анализа физических процессов, происходящих либо в среде, транспортируемой по трубопроводу, либо в окружающем трубопровод пространстве. Процессы, происходящие при возникновении утечки (протечки) в конструкции трубопровода, такие как вибрации, ударные волны, акустические явления, при этом практически не рассматриваются.

Наиболее близким техническим решением по технической сути и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для контроля за состоянием магистрального трубопровода (см. [1] а.с. СССР №836453, F17D 1/10, опубликованное 07.06.1981), состоящее из двух концентрично установленных труб, межтрубное пространство между которыми заполнено жидкостью, пространство разделено поперечными перегородками на участки, каждый их которых снабжен устройством для контроля уровня жидкости в мерном цилиндре, соединенном с межтрубным пространством.

Недостатками прототипа являются трудности его практической реализации, громоздкость и несовременность общего технического решения, сложность и ненадежность устройства в эксплуатации.

Сущность изобретения

Задачей заявленного изобретения является создание эффективного технологического процесса выявления факта утечки транспортируемой среды из транспортного трубопровода с целью предотвращения разливов транспортируемых веществ, загрязнения акватории или береговой линии, загазованности местности. Попутно предлагаемая технологическая процедура позволяет обнаружить также протечки контрольной жидкости или контрольного газа через герметичную ограждающую конструкцию - рубашку.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности защиты окружающей среды от загрязнений вблизи трассы трубопровода.

Новизна подхода к решению задачи состоит в том, что оба нежелательных события - утечку транспортируемой среды из транспортного трубопровода и утечку контрольной жидкости через ограждающую рубашку выявляют по изменению давления контрольной жидкости или контрольного газа в межтрубном (подрубашечном) пространстве.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного результата предлагается способ выявления аварийных протечек, включающий сооружение трубопроводной трассы на особо контролируемом участке, к которому предъявляются повышенные требования экологической и пожарной безопасности, по известной конструктивно-технологической схеме «труба в трубе». Вокруг транспортного трубопровода, являющегося внутренним гермоконтуром, посекционно формируют наружный контур в виде герметизированной ограждающей рубашки. Изготовление рубашки, ее монтаж на конструкциях, составляющих транспортный трубопровод, и герметизацию можно выполнять либо заблаговременно, в заводских условиях, либо непосредственно при прокладке трубопроводной трассы. При этом рубашку разбивают на изолированные герметичные секции (секционирование) исходя из особенностей топографического профиля трассы и конструктивных особенностей трубопровода. Секции рубашки снабжают газоотводными устройствами с клапанами сброса давления - в верхних точках трассы и штуцерами с запорной арматурой для удаления жидкости в дренажные отводы - в нижних точках трубопроводной трассы. На секциях рубашки монтируют упругодеформируемые компенсаторы давления. Секции рубашки заполняют контрольной жидкостью, не оказывающей вредного воздействия на окружающую среду, например водой с ингибитором коррозии. На секциях рубашки устанавливают средства измерения и контроля давления и температуры контрольной жидкости. Данные о давлении и температуре контрольной жидкости транслируют в измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) и/или оператору, они используются для управления защитными мероприятиями, связанными с утечкой. Туда также поступает информация о текущих значениях давления и температуры в транспортном трубопроводе и в окружающей среде.

В каждой секции рубашки создают давление контрольной жидкости, избыточное по отношению к давлению окружающей среды, но существенно меньшее, чем давление в транспортном трубопроводе. И осуществляют посекционный контроль давления и температуры контрольной жидкости, заполняющей пространство под рубашкой.

Повышение давления контрольной жидкости в секциях рубашки сверх допустимой величины свидетельствует о возникновении протечки жидкости из транспортного трубопровода в рубашку (допустимый интервал давления в подрубашечном пространстве определяется ИВК с учетом естественных температурных изменений). При обнаружении аварийной ситуации, связанной с протечкой транспортного трубопровода, перекрывают запорную арматуру на входе в контролируемый участок; при необходимости, отводят избыточную жидкость из-под рубашки - в дренаж, а попутный газ - на факел. Находят и устраняют (по возможности) дефект транспортного трубопровода.

При понижении давления контрольной жидкости в секциях рубашки ниже допустимой величины, свидетельствующем о разгерметизации рубашки, по возможности, выполняют подкачку контрольной жидкости до приемлемого давления в секции, находят и устраняют дефект ограждающей конструкции.

После выявления факта протечки, как правило, требуется определить конкретное место ее возникновения. Для этого применяют известные методы - например акустический, волоконно-оптический, параметрический, комбинированный и др.

Далее выясняют характер и величину дефекта, определяют предпочтительную технологию его устранения. Проводят ремонтные работы.

Давление контрольной жидкости может изменяться в силу естественных климатических факторов. При повышении давления контрольной жидкости, возникающем в секции рубашки вследствие внешнего теплового воздействия, перепускают излишек контрольной жидкости из этой секции рубашки в упругодеформируемый компенсатор давления - до достижения приемлемого уровня давления в секции.

Описанные процедуры, в принципе, применимы и для трубопроводов газов или газожидкостных смесей. Отличия определяются различием физических явлений жидкости и газа, прежде всего - несжимаемостью жидкостей и сжимаемостью газов. Так секции рубашки заполняют вместо контрольной жидкости контрольным (инертным) газом, не оказывающим вредного воздействия на окружающую среду, например азотом. В каждой секции рубашки создают давление контрольного газа, избыточное по отношению к давлению окружающей среды, но существенно меньшее, чем давление в транспортном трубопроводе, и осуществляют посекционный контроль давления и температуры контрольного газа, заполняющего пространство под рубашкой.

При повышении давления контрольного газа в секциях рубашки сверх допустимой величины, свидетельствующем о возникновении протечки газа или газожидкостных смесей из транспортного трубопровода, перекрывают запорную арматуру на входе в контролируемый участок транспортного трубопровода, находят и устраняют дефект транспортного трубопровода.

При понижении давления контрольного газа в секциях рубашки ниже допустимой величины, свидетельствующем о разгерметизации рубашки, выполняют наддув секции рубашки, по возможности, до приемлемого давления в секции, находят и устраняют дефект ограждающей конструкции.

Допустимое изменение (в частности, приращение) давления и/или расширение контрольной жидкости, газа должно определяться с учетом прогнозируемых изменений температуры контрольной жидкости и перепускания излишка контрольной жидкости в упругодеформируемый компенсатор давления. Отсутствие корреляции между изменениями температуры, давления и объема контрольной жидкости может служить критерием аварийности, на основании которого принимается решение о введении в действие аварийных операций и алгоритмов, в частности закрытие запорной арматуры на входе в контролируемый участок транспортного трубопровода, либо включение насосов подкачки контрольной жидкости и т.п. Эти действия могут совершаться как в автоматизированном режиме (по командам ИВК), так и в ручном режиме (по командам оператора).

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 условно показана трубопроводная трасса, проложенная на пересеченной местности по схеме «труба в трубе».

На фиг. 2 показано сечение А-А трубопроводной трассы.

На фиг. 3 - показано сечение Б-Б трубопроводной трассы.

На фиг. 4 - схематично изображен упругодеформируемый компенсатор.

Раскрытие изобретения

На фиг. 1 схематично показана трубопроводная трасса. Между стенкой транспортного трубопровода 1 и секционированной ограждающей конструкцией (рубашкой) 2 образован зазор 3. Он образован при монтаже трубных конструкций с помощью системы центрирующих опор 4 (центрирующие опоры 4 выполнены со сквозными проемами, например, в виде набора цилиндрических секторов, брусков или арок, чтобы они не препятствовали свободному перемещению жидкостей и газов в пространстве зазора 3. В верхних точках топографического профиля трубопроводной трассы на герметизированной рубашке 2 герметично установлены предохранительные (стравливающие) клапаны 5 (газоотводные устройства с клапанами сброса давления), а в нижних точках трассы - жидкостные выходы в дренаж с запорной арматурой 6 (штуцеры с запорной арматурой).

На фиг. 2 показано сечение трубопроводной трассы в состоянии, когда пространство «рубашки» заполнено жидкостью 7, но в верхней части этого пространства образовался газовый «пузырь» 8 (еще не стравленный клапаном 5).

На фиг. 3 показано сечение трубопроводной трассы с запорной арматурой 6 на штуцере для выхода жидкости в дренаж.

На фиг. 4 схематично изображен упругодеформируемый компенсатор 9 с дистанционно управляемым стравливающим клапаном 10, присоединенный к штуцеру 11 на одной из секций рубашки 2.

Трубопроводную трассу укладывают с учетом топографического профиля местности и при подготовке трубопровода к работе в зазорах 3 секционированной рубашки 2 с помощью внешней помпы создают давление контрольной жидкости 7 (или газа), несколько превышающее давление окружающей среды (с учетом его вероятных колебаний), но существенно меньшее рабочего давления в транспортном трубопроводе 1. Выбор давления контрольной среды для заполнения секций рубашки выполняет предприятие, эксплуатирующее трубопровод, руководствуясь собственными нормативами. ИВК, обслуживающий трубопровод, (или оператор) контролирует показатели давлений и температур контрольной жидкости (или контрольного газа) в секциях рубашки, производя периодическое сканирование средств измерений, размещенных на трубопроводе, - согласно принятой инструкции.

При повышении давления в секции рубашки 2 выше фонового (определяется по принятой инструкции на основе данных метеослужбы) реализуют мероприятия, предусмотренные регламентом для аварийной ситуации, соответствующей возникновению протечки транспортного трубопровода; например, перекрывают запорную арматуру на входе в контролируемый участок транспортного трубопровода; выполняют поиск конкретного места протечки имеющимися средствами, с использованием, в частности, акустического, волоконно-оптического, параметрического или комбинированного метода; стравливают контрольную жидкость (газ) из секции рубашки 2, под которой обнаружена протечка (и, при необходимости, жидкость (газ) из отключенного участка транспортного трубопровода 1; выполняют ремонтные операции - по технологическому плану.

При понижении давления в секции рубашки 2 реализуют мероприятия, предусмотренные регламентом для аварийной ситуации, соответствующей возникновению протечки рубашки трубопровода; например, выполняют подкачку жидкости (или газа) в зазор до приемлемого давления в секции; выполняют поиск конкретного места протечки имеющимися средствами, с использованием, в частности, акустического, волоконно-оптического, параметрического или комбинированного метода; стравливают контрольную жидкость (газ) из секции рубашки 2, под которой обнаружена протечка; выполняют ремонтные операции - по технологическому плану.

Сброс излишка контрольной жидкости (или газа) в упругодеформируемый компенсатор 9 при повышении давления в секции(-ях) рубашки вследствие естественного нагрева выполняется, как правило, автоматически, по команде ИВК.

Изобретение относится к нефтегазовой технике, обеспечивающей защиту от загрязнения среды вблизи трассы трубопровода. Способ выявления аварийных протечек транспортного трубопровода жидких или газообразных углеводородов, или их смесей, включает сооружение «труба в трубе», состоящее из трубопровода и наружной рубашки, выполненной из герметизированных секций, снабженных газоотводными устройствами - в верхних точках трубопроводной трассы и штуцерами с запорной арматурой для удаления жидкости в дренажные отводы - в нижних точках трубопроводной трассы. Каждая секция заполнена контрольной жидкостью или газом и оборудована средствами контроля давления и температуры, которые соединены с системой сбора, обработки и передачи информации о протечке в измерительно-вычислительном комплексе. При изменении давления контрольной жидкости или газа в секциях применяют алгоритмы аварийного управления. Изобретение позволяет повысить эффективность защиты окружающей среды от загрязнений вблизи трассы трубопровода. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ выявления аварийных протечек транспортного трубопровода жидких или газообразных углеводородов, или их смесей, способных оказать загрязняющее или вредное воздействие на окружающую среду, включающий сооружение на контролируемом участке трубопроводной трассы по схеме «труба в трубе», где внутренним гермоконтуром является транспортный трубопровод, а наружный контур формируют при прокладке трубопроводной трассы или заблаговременно в заводских условиях как герметизированную ограждающую рубашку, выполненную:
- секционированной, исходя из особенностей топографического профиля трассы и конструктивных особенностей трубопровода;
- посекционно снабженной газоотводными устройствами с клапанами сброса давления - в верхних точках трубопроводной трассы и штуцерами с запорной арматурой для удаления жидкости в дренажные отводы - в нижних точках трубопроводной трассы;
- посекционно снабженной упругодеформируемыми компенсаторами давления;
- посекционно заполненной контрольной жидкостью, не оказывающей вредного воздействия на окружающую среду, при транспортировании жидких углеводородов; или посекционно заполненной инертным контрольным газом, не оказывающим вредного воздействия на окружающую среду, при транспортировании газообразных углеводородов или газожидкостных смесей;
- посекционно оборудованной средствами контроля давления и температуры контрольной жидкости или инертного контрольного газа, соединенными с системой сбора, обработки и передачи информации о протечке в измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) для управления защитными мероприятиями, связанными с утечкой;
характеризующийся тем, что
а. создают в каждой секции рубашки давление контрольной жидкости или инертного контрольного газа, избыточное по отношению к давлению окружающей среды, но существенно меньшее, чем давление в транспортном трубопроводе, и осуществляют посекционный контроль давления и температуры контрольной жидкости или инертного контрольного газа, заполняющих пространство под рубашкой;
b. текущие показатели давления и температуры контрольной жидкости или инертного контрольного газа в секциях рубашки передают в ИВК; туда также поступает информация о текущих значениях давления и температуры в транспортном трубопроводе и в окружающей среде;
c. при повышении давления контрольной жидкости или инертного контрольного газа в секциях рубашки сверх допустимой величины, свидетельствующем о возникновении протечки жидких или газообразных углеводородов из транспортного трубопровода, применяют алгоритмы аварийного управления;
d. при понижении давления контрольной жидкости или инертного контрольного газа в секциях рубашки ниже допустимой величины, свидетельствующем о разгерметизации рубашки, применяют алгоритмы аварийного управления;
e. решение о переходе в аварийные режимы управления, выбор и исполнение алгоритма реализуют в автоматизированном режиме - по командам ИВК или ручном режиме - по командам оператора.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что контрольной жидкостью является, например, вода с ингибитором коррозии, а инертным контрольным газом является, например, азот.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при выявлении факта протечки определяют конкретное место ее возникновения, в транспортном трубопроводе или в рубашке, - акустическим, волоконно-оптическим, параметрическим или комбинированным методами.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при повышении давления контрольной жидкости или инертного контрольного газа, возникающего в секции рубашки вследствие внешнего теплового воздействия, перепускают излишек контрольной жидкости или контрольного газа из этой секции рубашки в упругодеформируемый компенсатор давления - до достижения приемлемого уровня давления в секции.