بخشی از مقاله
این مقاله به بیان روش جدید محقق برای نشت یابی مواد نفتی با استفاده از بستر های موجود در ایستگاه های نفتی مانند ترانسمیتر های معمولی فلو، ترانسمیتر فشار و مقایسه آنها با یکدیگر و تجزیه و تحلیل آنها توسط سیستم های مانیتورینگ و رایانه ای می پردازد. مهم ترین هدف محقق در این مقاله این بوده است که با استفاده از امکانات الکتریکی موجود در تلمبه خانه ها، ایستگاه های رسید و ارسال مواد نفتی، فشار شکن ها و یا دیگر مراکز انتقال نفت و بدون استفاده از امکانات سخت افزاری اضافی و باصرف کمترین هزینه و حد اکثر دقت روشی برای یافتن نشتی ارائه دهد. جهت اثبات درستی تئوری بیان شده از روش تجربی در یکی از مراکز انتقال نفت در شمال ایران و مقایسه آن با میزان رسید مواد نفتی در ایستگاه بعدی استفاده شده که میزان خطای کمتر از یک درصدی آن نشان از درستی این روش بوده است.
واژه های کلیدی: ترانسمیتر، فلومیتر، مانیتورینگ، SCADA،PLC
-1مقدمه
نشتی در شریان های نفتی حاکی از وجود یک مشکل بزرگ با پیامدهای جانی، اقتصادی، زیست محیطی است. مشکل اصلی در یافتن مکان نشتی بیشتر به ماهیت نهان سیال بر می گردد.[1] همگام با توسعه صنایع بزرگ نفت و گاز در دنیا، نیاز به تشخیص و جدا سازی انواع خطا ها در خطوط لوله انتقال نفت افزایش می یابد. چه از لحاظ آسیب هایی که ممکن است به محیط زیست برساند و چه از این لحاظ که جلوگیری در برابر هدر رفت مواد گرانبها بسیار ارزشمند است. خوشبختانه برخی از شرکت های بزرگ نفتی دنیا توجه خاصی به این مقوله نشان داده اند.[2]
-2 پیشینه و موارد مروری
یکی از روشهای پیشین در نشت یابی، روش آکوستیک است که در آن سیگنالهای صوتی انتشار یافته ناشی از نشتی پردازش می شود تا زمان و مکان نشتی را بیابد.[1]
تکنیک های غیر آکوستیک به شرح ذیل می باشد:
1.فرستادن سیستم های ردیاب پیشرفته داخل سیال
2.بازرسی های الکترومغناطیسی داخل لوله
3.آنالیز سیگنالهای شبه پایدار اندازه گیری شده توسط سنسورهای نصب شده روی لوله نظیر فشار، فلو و دما
4.آنالیز سیگنالهای محرک کشف شده توسط سنسور های نصب شده در لوله نظیر آنالیز موج فشار
5.آنالیز تغییرات دمایی منتشر شده ناشی از نشتی توسط ترموگرافی سنسورهای اینفرارد نصب شده در بیرون خط لوله
6.شناسایی فرکانسهای رادیویی و یا راداری منتشر شده از ترانسمیتر های داخل خط لوله که به شیار ها و ترک های داخل خط نفوذ می کنند برخی روش ها، شامل روش 2 ،5 و 6 روشهای پر هزینه ای محسوب می شوند در حالی که برخی دیگر، شامل 1 ، 2 و 6 روشهایی هستند که موجب ایجاد آلودگی خواهند شد. گر چه در روشهایی مشابه روش 4 تحقیقات زیادی انجام شده است اما تحقیقات نشان داده شده حاکی از آن است که آن ها مستقیما اطلاعات درست و کاربردی را به سیستم نمی دهند.[3]روش 3 بر اساس پردازش سیگنالهای دریافتی فلو، فشار و در برخی موارد دما عمل می کند،که یک روش مهندسی معکوس برای حل مسئله می باشد که جمع آوری داده ها و تکنیک تشخیص الگوها در آن کاربرد دارد و برای حل این مشکلات روش شبکه های عصبی - ANNs - کاربرد دارد .[4]
.3 روش پیشنهادی محقق، نشت یابی توسط PLC و SCADA
تمام ایستگاه ها و مراکز انتقال نفت مجهز به دستگاه های اندازه گیری پیشرفته می باشند. ولی از آنها تنها جهت وظیفه اصلی خودشان یعنی اندازه گیری های عادی استفاده می شود. اما بر اساس روش پیشنهادی محقق، امکان استفاده چند گانه از این تجهیزات و یافتن مقدار و مکان نشتی به شرح ذیل امکان پذیر است.با استفاده از یک شیوه نرم افزاری و بااستفاده از روابط ریاضی و بدون صرف هیچ هزینه اضافی و یا نصب دستگاه جدیدی می توان مشکل نشت یابی را در بسیاری از ایستگاه های نفتی و مراکز انقال نفت و فرآورده ای نفتی حل نمود و از نشتی خط در کوتاه ترین زمان ممکن مطلع شد.
نکته بسیار مهم و کلیدی این است که در اغلب مراکز انتقال نفت و ایستگاه های انتهایی ترانسمیتر های فلو، فشار و دما وجود دارند و خروجی آنها در سیستم مانیتورینگ نمایش داده می شود و یکی از اهداف مانیتورنیگ این کمیت ها، کشف صرفا زمان وقوع نشتی در خط لوله می باشد اما درعمل چنین کاری در بیشتر مواقع امکان پذیر نمی باشد چرا که مقادیر فلو نوسانات شدیدی دارد و حتی در زمان عمل کرد درست سیستم - زمان عدم وجود نشتی - ، مقادیر متفاوتی در ایستگاه های مختلف دیده می شود و این موضوع سبب بی اعتمادی و بی توجهی ناخواسته نیروی انسانی و یا بهره برداران نسبت به این اعداد و ارقام خواهد شد. در این راستا استفاده از بستر های موجود در مراکز انتقال نفت در ایران، امکان ایجاد یک سامانه نشت یاب به شرح روابط ذیل امکان پذیر است. با انتگرال گیری از جریان مواد نفتی، مقدار حجم مواد عبوری در بازه های دلخواه، قابل اندازه گیری می باشد.
فلوی مواد نفتی از رابطه - 1 - ذیل به دست میآید:که در آن q، فلو مواد عبوری و v، مقدار حجم مواد عبوری در بازه معین از لوله می باشد.بنابراین حجم مواد نفتی هم از رابطه - 2 - به دست میآید - 2 - لذا، خواهیم داشت - 3 - با استفاده از فرمول شماره - - 3 و انتگرالگیری از فلو میتوان حجم مواد عبوری در ایستگاههای مختلف را به دست آورد. - 4 - روابط فوق نشان میدهد که حجم مواد عبوری در یک بازه زمانی مشخص در هر ایستگاهی، برابر با انتگرال فلوی عبوری در همان ایستگاه است.درصورتیکه هیچگونه نشتی، سرقت و یا برداشتی از خط نداشته باشیم، در یکلحظه معین خواهیم داشت: - 5 - یعنی در شرایط ایده آل و پس از پایداری خط لوله مقادیر یکسانی در یک لحظه معین برای فلوی مواد نفتی عبوری خواهیم داشت.و از دو رابطه - 4 - و - 5 - نتیجه خواهیم گرفت که:
- 6 - و نتیجه خواهیم گرفت که در شرایط مطلوب بایستی فرمول شماره - - 7 برقرار باشد. - 7 - اما اگر در بین نقاط اول و دوم نشتی داشته باشیم خواهیم داشتزمانی که نشتی در سیستم داشته باشیم، رابطه - 7 - برقرار خواهد شد. و برای اینکه مقدار نشتی را بیابیم کافی است حاصل تفاضل - 8 - را به دست بیاوریم: - 8 - پردازش همه این اطلاعات از ترانسمیتر های فلو و فشار و در نهایت PLC انجام می شود.پس از شناسایی زمان نشتی و دستور کنترل مرکزی مبنی بر توقف خط، سامانه خودکار مکان یاب نشتی فعال می گردد و پس از چند دقیقه با نمونه برداری از لحظات ابتدایی نمودار فشار-زمان، این سامانه، اقدام به تجزیه و تحلیل و پیش بینی روند تغییرات و مدلاسیون نمودار تغییرات فشار می نماید و با توجه به پردازش خطی نمودار فشار استاتیکی و ارتفاع، با داشتن فرم کاهش فشار استاتیکی، می توان در ابتدا به نقطه نهایی پایداری و مقدار نهایی فشار پی برد و سپس با داشتن مقدار فشار نهایی، ارتفاع نشتی و در نهایت نطقه نشتی آشکار می گردد.
.4 مقایسه روش انتگرال گیر فلو با مقادیر واقعی
