3.2. Определение места утечки на трассе трубопровода

Современные трубопроводы имеют достаточно солидный возраст. Поэтому все чаще отмечаются случаи возникновения утечек.

В зависимости от расхода вытекающих нефти и нефтепродуктов разли­чают утечки крупные и мелкие. На нефте- и нефтепродуктопроводах, напри­мер, к крупным относят утечки величиной более 10 м³/ч, а к мелким—от 2 до 600 л/ч. Средних утечек величиной от 600 л/ч до 10 м³/ч, как показывает опыт, не наблюдается.

Утечки с расходом менее 50 л/ч функционируют не постоянно, так как мел­кие дефекты в теле трубы постепенно забиваются парафином, песком и други-мшдеханическими частицами.

3.2.1. Крупные утечки

Поскольку крупные утечки приводят к изменению гидродинамичес­ких параметров работы трубопровода, то возможно определение их местона­хождения расчетным путем.

Контроль утечки по изменению расхода

Рассмотрим нефтепровод длиной L с п перекачивающими станциями. Допустим, что в процессе перекачки по возникшему дебалансу при неизмен­ном количестве работающих на станциях насосов замечено, что объемный рас­ход нефти, поступающей в нефтепровод, увеличился в/раз. Требуется найти расстояние х от головной перекачивающей станции до места утечки.

Уравнение баланса напоров до возникновения утечки имеет вид

N₃

э

-h_oc

ос

где N_o—число эксплуатационных участков; h_n—напор подпорных насосов; А, В—коэффициенты в напорной характеристике перекачивающей станции; /—гидравлический уклон при единичном расходе;AZ—разность высотных отметок конца и начала трубопровода; h_ocm—остаточный напор. Откуда

1 ,02- f -L + nB

После возникновения утечки на перегоне, обслуживаемом (щ+ 1)-й пере­качивающей станцией, уравнение баланса напоров таково

= 1,02/[е

+ (а ■ (pf^m ■ (L - х)] + AZ + 2V₃ + h_ocm,

где Q*—расход, с которым нефть закачивается в нефтепровод после возникно­вения утечки; ср — отношение расхода в трубопроводе за местом утечки к рас­ходу до него.

Отсюда величина Q²'^m составит

^Q'

(3.14)

1,02/ [х + q?'^m ■ (L - х)] + В [л, + <р²- (п - п,)]' Поделив почленно формулу (3.14) на (3.13), получаем

1,02 JL + пВ

(3.15)

х²~^т = ■

1,02/ [jc + (p²'^m (L - х)] + В [п, + <р²~^т (п - щ)] "

Перейдем для простоты к безразмерным координатам, обозначив х = x/L = В j (1,02 ■ / • L). Здесь х —доля длины трубопровода, предшествующая утечке, a W—соотношение крутизны характеристик перекачивающей станции и трубопровода в целом. С учетом принятых обозначений формула (3.15) при­нимает вид

1 + nW

X = ~

(3.16)

Ее можно решить относительно координаты утечки 1

х + q?-^m ■ (1 - х) + W [л, + ф²"" {п - и,)] '

х = ■

. (3.17)

Чтобы воспользоваться формулой (3.17) достаточно иметь данные о рас­ходах в начале и в конце нефтепровода. Алгоритм ее применения следующий: 1) установив, что величина/ значимо отличается от единицы, вычисляют (puW;2) задавшись номером перекачивающей станции (п_у +1), обслуживающей аварийный перегон, вычисляют Зс и далее х; 3) проверяют соответствие приня­того щ их.

При выборе п_х необходимо иметь в виду, что после появления утечки (как и при путевом сбросе) напоры на выходе станций, предшествующих аварий­ному участку, уменьшаются относительно тех, которые были до появления утечки.

Контроль утечек по изменению давления

Участок, на котором возникла утечка, также выявляется по уменьшению напора НПС.

В соответствии с расчетной схемой (рис. 3.9) для определения места утеч­ки можем составить уравнение

46

47

р

— pg

x_Y = Z_K

Pg

- x_l

(3.18)

До возникновения утечки гидравлический уклон на данном перегоне был равен

где Z_H, P_H9 i_H — высотная отметка, давление и гидравлический уклон в начале рассматриваемого перегона длиной €; Z_K, P_K9 i_K—то же в конце рассматриваемо­го перегона; х_{ —расстояние от начала перегона до места утечки.

Pg,

Pg

(3.20)

нпс

После возникновения утечки гидравлический уклон до места утечки ста­нет равен

\ 2—т

Q

(3.21)

а за местом утечки

а

(3.22)

где Q_o, Q*—соответственно первоначальная (до возникновения утечки) и вновь установившаяся (после возникновения утечки) производительности нефте­провода; € — коэффициент увеличения производительности трубопровода по нефти, закачиваемой в рассматриваемый участок.

С учетом (3.20)...(3.22) выражение (3.19) можем переписать в виде

_"Г-

P_H-P_K-pgAZ

Рис. 3.9. Расчетная схема к задаче об определении места утечки по изменению давления

Решая (3.18) относительно х_ь несложно получить

h ~h I pg )

Таким образом, место утечки будет известно, если мы выразим величины

К ^и h-

В соответствии с совмещенной характеристикой нефтепровода и перека­чивающих станций возникновение утечки приводит к увеличению его произ­водительности (рис. ЗЛО).

НА

Рис. 3.10. Совмещенная характеристика НПС и трубопровода: 1, 2—характеристи­ка трубопровода до и после возникновения утечки; 3—суммарная характеристика НПС

х. = —- = ■

-AZ-i_K-t\-(p²-^m .(3.23)

I p_HB-p_KI!-p_gAz

Неизвестную величину/в (3.23) найдем следующим образом. Напор стан­ции в начале рассматриваемого участка до возникновения утечки был равен

Р ~Р

— ^{но во}

Pg

С другой стороны, его обычно аппроксимируют выражением

Следовательно

но во

Р.... - Р.

pg

Откуда производительность трубопровода до возникновения утечки составляла

Р8

48

49

_\V¥

По аналогии, для случая, когда утечка имеет место, можем получить произ­водительность, с которой нефть закачивается в поврежденный участок

Р8

То есть увеличение производительности нефтепровода на участке до мес­та утечки равно

pgA ~Р_Н+Р_в

pgA-P_HO+P_eo '

Величину (р в формуле (3.23) в соответствии с (3.21), (3.22) следует прини­мать равной <р= i_K/ /„, где величины гидравлических уклонов i_K, i_u определяют­ся на основании показаний датчиков системы телемеханики, расположенных на линейной части нефтепровода.