1. Зміст статті
2. Порівняння традиційних технологій і лазерного контролю витоків газу
3. Лазерний течеискатель метану для дистанційного виявлення витоків з повітря
4. Застосування і заходи безпеки
5. Переваги ДЛС перед традиційними методами та приладами
6. багатопрохідний осередок
7. Багатопрохідні осередки для патрулювання на автомобілях
8. вимоги ринку
9. Підтвердження результатів інспекції
10. Управління даними
11. Нова розробка - система виявлення витоків газу з БПЛА
12. Світле майбутнє
13. Бібліографія

Дистанційний лазерний детектор витоків газу визначає витоку метану на магістральних газопроводах. ДЛС вимірює концентрацію газу в повітрі і попереджає про перевищення заданої норми, точно визначає витоку на відстані до 250 метрів.

Зміст статті

Контроль витоків метану лазерним методом

Прилад для дистанційного виявлення витоків метану ДЛС-Пергам допомагає запобігти серйозним аварії на магістральних газопроводах за рахунок своєчасного обстеження території з вертольота або автомобіля.

Безпека в газотранспортної індустрії виключно важлива. Ефективно підтримувати програму моніторингу викидів та детектування витоків газу в економічно складну епоху - це непросте завдання для операторів. За минулі роки підходи і технології, використовувані для дискретного виявлення витоків, практично не змінилися. А бізнес-конкуренція в газовій промисловості збільшилася і продовжує зростати. Більш строгі вимоги з боку контролюючих органів дають новий імпульс альтернативних підходів, таким як лазерні методи детектування витоків метану.

Крім того, є три основні причини, чому виявлення витоків газу відіграє таку важливу роль у контролі цілісності трубопроводів. Питання безпеки навіть не обговорюється. Будь-яка подія моментально обертається мільйонними збитками і завдає непоправної шкоди репутації компанії. Завдяки "руху зелених" і різними програмами моніторингу викидів парникових газів, ініціаторами яких виступили національні і міжнародні організації з охорони навколишнього середовища, широка громадськість пильно спостерігає за газовою промисловістю і тим, наскільки там дотримуються екологічні стандарти.

Фінансовий збиток через витоки є дуже великою. Навіть через витік середнього розміру газ йде в такому обсязі, який з часом приніс би значний дохід. Таким чином, очевидно, що час - або, скоріше, періодичність контролю - грає важливу роль в програмі виявлення витоків і пов'язаному з нею питанні фінансової економії.

«Знайдіть витоку і знайдіть їх швидко!» - заявив недавно інженер з експлуатації трубопроводів після презентації програм виявлення витоків. По суті, ця вимога і визначає тематику даної статті.

Порівняння традиційних технологій і лазерного контролю витоків газу

Наскільки різноманітна міжнародна газова промисловість, настільки різноманітні і підходи до виявлення витоків. Традиційно команда, обладнана таким собі засобом для виявлення газу, таким як полум'яно-іонізаційний детектор (ПІД), датчик горючих газів або натренований на газ собака, робить обходи або рухається на автомобілі вздовж траси трубопроводу і шукає ознаки наявності газу. Виключаючи використання собаки, всі технології дозволяють досить точно вимірювати концентрацію газу і мають можливість оцінити розмір витоку.

«Ефективна програма моніторингу викидів і детектування витоків в економічно складну епоху є непростим завданням для операторів». // Борис Хорн

Найчастіше для обстеження магістральних трубопроводів оператори покладаються на результати візуального огляду з повітряного судна. Спостерігач з борта літака або вертольота шукає зачахшую рослинність над трубопроводом - це ознака витоку. Стан рослинності, а також будівельні роботи (особливо переміщення грунту) в межах траси трубопроводу необхідно контролювати під час патрулювання. Цікаво, що навіть оператори трубопровідних ліній, що мають стаціонарні системи контролю витоків часто проводять періодичний огляд цих ліній з повітря або землі.

Дві характерні особливості, які, головним чином, відрізняють лазерний прилад від ПІД або датчика горючих газів: лазерний детектор витоку газу може виявляти викиди дистанційно з частотою до 10 імпульсів в секунду. Це означає, що команді операторів немає необхідності знаходитися поряд з трубопроводом і передбачуваним хмарою газу. Пізніше я зупинюся на питанні, чому детектування на відстані, а також швидкість обстеження можуть бути дуже корисними крім підвищення рівня безпеки команди операторів. Більш того, лазерний прилад виявлення витоків природного газу дозволяє вимірювати навіть крізь деякі матеріали, наприклад, скло - чудова характеристика саме цього методу для оцінки надзвичайної ситуації.

чутливість детектора на основі лазера - чудова, можна виявити навіть найменші викиди газу. Якщо мова йде про точність результатів вимірювань, то пальма першості дістається ПІД і датчику горючих газів. Проте, точність лазерного приладу більш ніж достатня для програм виявлення витоків з трубопроводів. Зазвичай основне завдання - це знайти витік, а кількісна оцінка точності вимірювання концентрації є додатковою. Порівняння результатів простого візуального патрулювання і патрулювання з використанням інструментального контролю - оцінка базується на можливості детального документування та раннього, протягом однієї хвилини, виявлення ознак витоку.

зараз лазерні прилади для виявлення витоків , Включаючи пов'язану з ними оптику і електроніку, доступні практично всіх розмірів і конструктивного виконання. Від портативних приладів і систем, що встановлюються на автомобілях / літальних апаратах, до стаціонарних платформ для одно- або многоточечного контролю - все це обладнання є на ринку і пройшло польові випробування. Досить нова сфера застосування лазерних систем детектування витоків метану, в основному, для сховищ СПГ - стаціонарні системи контролю. При використанні високоефективних уголкових відбивачів можливе проведення вимірювань вздовж трубопровідної лінії на відстані до 4 км.

Лазерний течеискатель метану для дистанційного виявлення витоків з повітря

Основа лазерного приладу для знаходження витоків метану - це діодний лазер з перебудовується частотою і випромінюванням в спектральному діапазоні 1,65 мкм. Метан добре поглинає інфрачервоне випромінювання на довжині хвилі 1,65 мкм, що забезпечує високу ефективність цього методу.
Лазер наводиться на трубопровід за допомогою дзеркал або призм. Промінь лазера відбивається від поверхні (або від самого трубопроводу, або від підземної мережі на поверхні над трубопроводом). Відбите випромінювання приймається оптичним блоком системи, і завдяки спектроскопічної демодуляції сигналу і складним алгоритмом обробки можна обчислити концентрацію газу, якщо метан присутній десь уздовж траєкторії променя лазера.
Цей метод можна застосовувати для багатьох інших газів, якщо цей газ добре поглинає випромінювання в певному спектральному діапазоні. На жаль, перенастроювання системи на інший газ вимагає істотних змін параметрів лазера, фільтра і алгоритму обробки даних.

Застосування і заходи безпеки

Що стосується застосування цього обладнання з повітря, то в цілях безпеки необхідно враховувати такі фактори як низька висота і швидкість польоту. Очевидно, що чутливість залежить, наприклад, від таких умов як швидкість вітру, відстань і фон. сучасні бортові лазерні системи виявлення витоків метану дозволяють виконувати обліт на висоті 150 метрів над трубопроводом зі швидкістю до 145 км / год і домагатися чудових результатів, навіть при поривах вітру до 13 м / с. Ці параметри польоту забезпечують льотчику достатній інтервал часу, щоб почати посадку на авторотації в разі відмови турбіни. Максимальна чутливість досягається при висоті 75 метрів і максимальної швидкості вітру 8 м / с. Перевага інших методів контролю з повітря полягає в тому, що, завдяки їм можна візуалізувати витік, а також виявляти інші гази. Кількісне визначення майже неможливо і потрібно наявність особливих погодних умов під час обстеження, щоб отримати достатню інтенсивність випромінювання для функціонування цієї технології. Ці умови обмежують комерційну реалізацію таких методик в польових умовах.

«Можна застосовувати цей метод і для багатьох інших газів, якщо цей газ добре поглинає випромінювання певного спектрального діапазону». // Борис Хорн

Переваги ДЛС перед традиційними методами та приладами

Практично всі системи, засновані на лазерному методі виявлення витоків метану, мають вбудовану порівняльну кювету. Ця порівняльна кювета використовується для отримання стабільного сигналу в реперному каналі, а також для автоматичного тестування системи і перевірки градуювання.

Користувачі традиційних приладів стикаються зі складною процедурою щоденної перевірки для забезпечення нормальної роботи обладнання. У деяких країнах відповідно до нормативів така перевірка навіть є обов'язковою. Крім цієї щоденної перевірки, більшість приладів вимагає щорічної повторного калібрування.

багатопрохідний осередок

Термін служби вбудованої порівняльної кювети до шести років, і вона не вимагає щорічного перекалібрування. Більш того, вона дозволяє виконувати перевірку системи автоматично кожного разу при її включенні. Зазвичай цей процес виконується в три етапи. На першому етапі підтверджується концентрація метану в порівняльній кюветі. На другому етапі здійснюється автоматична перевірка приладу, а третій етап - це перевірка калібрування. Тільки якщо всі три етапи пройшли успішно, то з системою можна працювати. Ці можливості допомагають знизити вартість експлуатації системи за рахунок часу, зекономленого на перевірці системи і, особливо, за рахунок відмови від щорічного калібрування. Залежно від місця розташування найближчого сервіс-центру, на калібрування може піти, як правило, кілька тижнів, і вона може становити до 12% від вартості обладнання.

Багатопрохідні осередки для патрулювання на автомобілях

Автомобільна версія ДЛС-Пергам розроблена спеціально для пошуку витоків метану в міських умовах . Концентрація метану у поверхні землі в міських умовах при можливих витоках метану з трубопроводів низького тиску зазвичай вкрай мала. У спеціальній конструкції лазерної системи детектування витоків метану використовується багатопрохідний кювету з метою отримання порога чутливості менше 0,1 ppm. У багатопрохідної кюветі, використовуваної в системах SELMA MPB, промінь лазера зазнає відображення 108 раз. Насос постійно всмоктує повітря з поверхні дороги через сопла системи відбору проби і прокачує його через оптичний канал. Коректна установка лазера вимагає максимальної точності виготовлення оптичного каналу, застосування тільки тих матеріалів, на які не впливають коливання температури, а також використання високоефективних амортизаторів.

Очевидно, що виготовлення такої прецизійної системи призводить до її відносно високу вартість. Однак висока чутливість і стабільність свідчень цієї системи дозволять збільшити швидкість обстеження. При використанні потужних насосів швидкість обстеження може досягати 50 км / ч. Може здатися, що висока швидкість інспектування не є критичною, але беручи до уваги аварії на дорогах, викликані повільним переміщенням інспекційних транспортних засобів, швидкість в значній мірі підвищує безпеку роботи операторів. Крім економічних переваг, пов'язаних зі зниженням часу проведення робіт, більш високі інвестиції в кінцевому підсумку виправдані.

вимоги ринку

В рамках процесу реалізації інновацій компанія «Пергам» спільно з 46 газотранспортними компаніями з 18 різних країн провела робочу дослідження, що стосується виявлення витоків. Мета - вивчити робочий процес повністю - від планування до архівування даних, оцінити важливість виявлення витоку в цьому ланцюзі і питання, пов'язані з доступною сьогодні технологією.

Фокус-групи становили газотранспортні компанії, які не мали внутрішньої стаціонарної системи безперервного контролю витоків. Результат цього дослідження показує, що є три основні проблеми - це управління даними, кваліфікація оператора / контроль роботи оператора, а також наявність підтвердження результатів обстеження, яке б задовольняло вимогам контролюючих органів, а іноді навіть внутрішнім стандартам компаній.

Підтвердження результатів інспекції

Коли мова йде про документації, дивно багато компаній як і раніше використовують паперові протоколи для планування, проведення і аналізу результатів зйомки на предмет наявності витоків. "Сліди від черевиків пішої команди" показують обстежені області, а витоку позначають маркером або просто стікерами. Це може звучати занадто узагальнено, але велике число сервісних служб навіть в розвинених країнах все ще так виконують цю процедуру. Робоча платформа всіх лазерних систем контролю витоків метану повністю цифрова, що спрощує можливості формування звітності.

GPS-модуль або підключення до мобільного телефону дозволяє відслідковувати маршрут зйомки і встановлювати відповідність результатів детектування витоків газу з їх місцем розташування. Крім того, ці дані можуть бути проаналізовані з метою контролю якості виконання патрулювання. Найняті команди не завжди дотримуються процедуру обстеження. Основна проблема полягає в тому, що для економії часу фахівці з обстеження використовують замість пішого пересування якесь транспортний засіб. В даному випадку зміна швидкості свідчить про «спрощення вимірювань».

Накладення схем мережі трубопроводів на маршрут виконаної зйомки дає чітке уявлення про проведення процесу обстеження. Записані дані містять маршрут, позначку часу та дати, примітки операторів і основну інформацію про прилади разом з виміряної концентрацією газу. Ця інформація може бути оброблена для створення звітів про відповідність технічним умовам і збережена у всіх форматах. Фото- і відеокамери, доступні додатково, забезпечують прив'язку до місцевості і полегшують локалізацію виявлених витоків.

Управління даними

З урахуванням масивів даних, що зустрічаються в сучасному світі, здається, що проблема управління даними відома кожному. Під час проведеного в 2014 році дослідження з приводу подальшого використання даних про витоки, з яких відділів дані використовуються, хто і як може аналізувати і оновлювати дані, виявилося, що вузьким місцем часто є штатні високооплачувані фахівці в області ГІС та ІТ. Цим відділам регулярно потрібно вводити дані в ПО управління або ПО обстеження в польових умовах.

Велика канадська газотранспортна компанія стверджує, що витрати на підготовку і постобработку даних обстеження вище, ніж проведення інспектування на місцевості. Обстеження виконується підрядником, який отримує файли зі схемою трубопроводів і відправляє звіт про знайдену витоку.

Ми розробили власне програмне забезпечення для автоматизації збору, обробки і передачі даних про витоки. ВО «DLS Reporter» обробляє файли даних, створених в процесі вимірювання концентрації газу за допомогою детекторів витоків метану «ДЛС-Пергам». Основна робоча програма «GLD Pergam» зберігає результати вимірювань в режимі реального часу. Дані одночасно записуються в п'ять файлів з різними розширеннями, в них зберігається вся інформація про обстеження (координати витоків, таблиці витоків, дані з різними режимами вимірювань, технічна інформація). Зібрані програмою дані можна імпортувати в зручні для читання і обробки формати.

Нова розробка - система виявлення витоків газу з БПЛА

Індустрія БПЛА (безпілотні літальні апарати) одна з найбільш швидко розвиваються галузей у всьому світі. Тут можна реалізувати найбожевільніші і сміливі ідеї, практика показує, що більшість з них будуть затребувані.

За якіх пару років цивільний сектор безпілотніх літальних апаратів віріс в індустрію з багатомільйоннімі прибутку. У звіті по безпілотнім літальнім системам, опублікованому Дослідніцької службою Конгресу США у вересні 2015 року, Кількість проданих цівільніх БПЛА ставити 300000 з планованім доходом в 5200-5400 миллионов долларов в 2015 р Детектор метану на базі БЛА, розроблення для газової промісловості, БУВ уявлень на Сайти Вся в середини 2015 року и відразу ж серйозно зацікавів віробніків и сервісні служби, что Використовують БПЛА, а такоже компании газопостачання Загальна Користування. Постачальником БПЛА часто розглядають їх як універсальний засіб для обстеження територій. У газовій промисловості до БПЛА відносяться більш стримано і сприймають їх, скоріше, як допоміжний інструмент.

Вивчення застосування цієї технології показало, що безпілотний літальний апарат, обладнаний камерою і лазерним детектором метану , Чудово підходить для обстеження прольотів, наприклад, труб під мостами, або для обстеження резервуарів для зберігання газу; тобто там, де традиційно були потрібні лісу або підйомна платформа. Іншою сферою застосування з підтвердженою практичною користю є обстеження трубопроводів в сільській місцевості, де трубопроводи проходять через сільськогосподарські поля. Наземний контроль також можливий, але в разі пошкодження зернових культур, сервісним службам доводиться компенсувати ці збитки. Інспектори, які виконують огляди в житлових районах, знають про труднощі, які виникають, коли кінець трубопроводу і лічильник знаходяться в закритій огородженій зоні. При цьому багато часу і коштів витрачається на пошук власника, щоб домовитися про проведення обстеження. Детектор метану, встановлений на БЛА, дозволяє виконувати огляд таких зон швидко і без шкоди будь-кому. Це справедливо і для обстеження об'єктів на задніх дворах. Крім трубопроводів, технологія застосовується БПЛА для моніторингу викидів на місцях поховань відходів, для контролю в гирлах свердловин або вимірів при дослідницьких роботах.

Ця розробка на основі різних БПЛА доступна для комерційного застосування і пройшла успішні випробування. Однак на даний момент вона використовується в промисловості лише частково. Перешкодою на багатьох ринках є неясна ситуація з нормативними документами. Національні авіаційні комітети в більшості країн працюють над структурою для нормативів, але приймається їх дуже мало. Федеральне авіаційне управління США вимагає, крім усього іншого, наявність візуального контакту з БПЛА. Звичайне відстань по лінії прямої видимості становить 2,4 км - відстань, при якому утруднюється обстеження навіть невеликої мережі трубопроводів. В інших країнах також існують подібні правила. Ймовірно, Японія і Австралія мають найбільш розроблені правила по використанню БПЛА. У цих країнах БЛА вже використовуються в інших областях, наприклад, обприскування в сільському господарстві. Іншою перешкодою сьогодні є ємність батареї живлення - деякі БЛА можуть залишатися в повітрі більше 40 хвилин до вимушеної заміни батарей. Незважаючи на всі обмеження, БПЛА, обладнаний детектором газу і камерами, - дуже цінне додатковий засіб при розумному застосуванні. Для класичного патрулювання на великих відстанях, основним засобом для спостереження з повітря протягом наступних декількох років, можливо, будуть залишатися вертоліт і літаки з нерухомим крилом.

Світле майбутнє

Згідно зі звітом по обладнанню для детектування газів, опублікованому у вересні 2015 року дослідницькою організацією Global Industry Analysts, очікується, що до 2020 року світовий ринок апаратури для детектування газів досягне 3,2 мільярда доларів США, і цьому сприятиме збільшується в глобальному масштабі кількість нормативних документів з безпеки і охорони навколишнього середовища.

Наприклад, в жовтні Управління з безпеки трубопроводів і небезпечним матеріалами США розробило регламентують поправки і пропозиція до більш досконалої системі детектування витоків, а також до обстеження трубопроводів, які зазнали впливу суворих погодних умов або стихійних лих. В даний час воно перебуває в стадії розгляду. Це і багато інших міжнародних регламентаційні пропозиції напевно приведуть до більш суворим правилам щодо виявлення витоків з трубопроводів по всьому світу. Нові технології, такі як лазерний метод виявлення витоків метану і більш досконалі системи управління даними з безпосередньою інтеграцією даних з виявлення витоку в робочий процес, адаптуються з промисловості та сприятимуть здешевленню контролю витоків.

Бібліографія

1. Hodgkinson J., van Well, B., Padgett, M., Pride, R, D., Modelling and interpretation of gas detection using remote laser pointers, Spectrochimica Acta Part A 63 (2006) 929-939, 2005
2. Canis, B., Unmanned Aircraft Systems (UAS): Commercial Outlook for a New Industry, Congressional Research Service 7-5700 - R44192, 2015
3. Federal Aviation Administration Press Release dated Feb. 15, 2015 року, Summary of Major Provisions of Proposed Part 107, 2015
4. Global Industry Analysts, Inc., Gas Detection Equipment September 2015 року, Global Strategic Business Report 2014- 2018 ID 347950, 2015
5. Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA), Department of Transportation (DOT), Notice of proposed rulemaking, Docket No. PHMSA-2010-0229, BC 4910-60-W, 2015

Борис Хорн
Компанія «Pergam Technical Services, Inc.»
Директор з розвитку бізнесу, Сіетл, США
[email protected]