25344

مدلسازي و مطالعه تجربي نشتييابي خطوط لوله گاز

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/06/30

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي

مهندسي شيمي

خطوط لوله به عنوان يكي از اقتصادي‌ترين روش‌هاي انتقال سيالات در مسافت‌هاي طولاني و توزيع آن در مناطق و شهر‌هاي بزرگ شناخته مي‌شوند. سيالاتي كه توسط اين خطوط لوله جابجا و توزيع‌ مي‌شوند، از ارزش اقتصادي بالاي برخوردار هستند و معمولا خطرناك و آلوده‌كننده محيط‌زيست نيز هستند. در اين شرايط توسعه سيستمي براي نظارت بر اين خطوط لوله كه وظيفه تشخيص، مكان‌يابي و تخمين ميزان نشتي را داشته باشد ضروري است. در اين تحقيق روش‌هاي تكنيكي نشتي‌يابي كه به دو دسته روش‌هاي سخت‌افزاري و محاسباتي تقسيم‌بندي شده‌اند و نقاط قوت، ضعفها و محدوديت آن‌ها بررسي شده است. از آن‌جايي كه نشتي خط لوله يك عارضه بسيار زيان‌بار مي‌باشد و منجر به آسيب‌هاي محيط‌زيستي و اقتصادي بسيار زيادي مي‌شوند، روش منتخب بايد در حداقل زمان و هزينه ممكن، وجود نشتي را شناسايي و مكان‌يابي كند. روش‌هاي نشتي‌يابي محاسباتي عموما روش‌هايي هستند كه نشتي را يا به شكل آنلاين يا با حداقل تاخير شناسايي مي‌كنند و اين روش‌ها براي تشخيص، مكان¬يابي و تخمين ميزان نشتي به تجهيزات اندازه‌گيري و نظارتي بسيار كمتري در مقايسه با روش‌هاي سخت‌افزاري احتياج دارند. روش‌هاي محاسباتي عملكرد يكساني در فرايند نشتي‌يابي در شرايط مختلف عملياتي و محيطي ندارند و بسيار حياتي مي‌باشد كه براي هر خط لوله به منظور جلوگيري از آسيب‌هاي زياد محيط‌زيستي و اقتصادي، روش يا روش‌هاي مناسب با شرايط عملياتي و محيطي مخصوص به همان خط لوله براي توسعه سيستم نظارت انتخاب شود. در اين تحقيق به منظور بررسي عملكرد و توانايي روش‌هاي مدل‌سازي آنلاين، روش طبقه‌بندي و روش موج فشار منفي در تشخيص، مكان‌يابي و تخمين ميزان نشتي سه خط لوله گازي به طول‌هاي 21 متر، 1/62 كيلومتر و 50 كيلومتر مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به اين كه امكان تكرار آزمايش‌هاي نشتي‌يابي براي هر روش در خطوط لوله امكان پذير نمي‌باشد، از نرم‌افزار OLGA براي شبيه‌سازي شرايط نشتي و عملياتي گوناگون استفاده شده است. از بين روش‌هاي بررسي شده، روش موج فشار منفي به ترتيب با 84/0٪ و 32/1٪ خطاي نسبي ميانگين در مكان‌يابي نشتي بهترين نتيجه را در ميان روش‌هاي بررسي شده به ثبت رساند. براي روش‌ طبقه‌بندي بيست و چهار روش مهم و كاربردي در اين زمينه مورد بررسي قرار گرفت كه در آن روش Fine KNN بهترين نتيجه را به ترتيب با 1/8٪و 7/1٪ خطاي نسبي ميانگين را براي مورد مطالعاتي دوم و سوم در مكان‌يابي نشتي به ثبت رساند. لازم به ذكر است در شرايط وجود نويز محيطي هم روش Fine KNN با كمترين افت دقت عملكرد نسبتا پايداري در تشخيص، مكان‌يابي و تخمين ميزان نشتي به ثبت رساند. روش مدل‌سازي آنلاين براي مكان‌يابي نشتي به ترتيب 30/15٪، 36/18٪ و 10/31٪ خطاي نسبي ميانگين را براي مورد مطالعاتي اول، دوم و سوم به ثبت رساند. از آن‌جايي كه هنوز به دليل محدوديت‌هاي سيستم‌هاي محاسباتي امكان توسعه يك روش جامع واحد براي تشخيص، مكان‌يابي و تخمين ميزان نشتي وجود ندارد كه بتواند در شرايط عملياتي و نشتي گوناگون عملكرد قابل اطميناني داشته‌باشد پيشنهاد مي‌شود كه با توجه به شرايط عملياتي و محيطي از مجموعه‌اي از روش‌هاي محاسباتي استفاده شود تا فرايند نشتي‌يابي در شرايط مختلف با دقت بالايي انجام شود.

1400/07/19

Modeling and experimental study of gas pipeline leak detection

9/21/2022 12:00:00 AM

Pipelines are known as one of the most economical methods of transporting fluids over long distances and distributing them in large areas and cities. The fluids transported and distributed by these pipelines are of high economic value and sometimes hazardous and pollute the environment. In this situation, it is necessary to develop a system to monitor these pipelines, responsible for detecting, locating, and estimating leakage size. In this research, leak detection techniques have been divided into hardware and computational methods, and their strengths, weaknesses, and limitations have been investigated. Since pipeline leakage is a very harmful complication and leads to much environmental and economic damage, the chosen method should identify and locate the leakage in the least possible time and cost. Computational leak detection methods are generally methods that detect leaks either online or with minimal delay. These methods require much less measurement and monitoring equipment to detect, locate, and estimate leaks sizes than hardware methods. Computational methods do not have the same performance in the leak detection process in different operational and environmental conditions. It is vital that for each pipeline to prevent severe environmental and economic damage, appropriate method(s) with specific operational and environmental conditions for the same pipeline to develop the Monitoring system. This study evaluates the performance and capability of Real-Time transient modeling methods, the classification method, and the negative pressure wave method in detecting, locating, and estimating the leakage size of three gas pipelines with lengths of 21 m, 62/1 km, and 50 km were studied. Since it is impossible to repeat leak detection tests for each method in pipelines, OLGA software has been used to simulate various leakage and operating conditions. Among the studied methods, the negative pressure wave method recorded the best result among the studied methods with 0/84, and 1/32% relative mean error in leak detection, respectively, for the second and third pipeline cases. Twenty-four important and practical methods in this field were examined for the classification method. The Fine KNN method gave the best result with 8/1%, and 1/7% mean relative error for the second and third cases leakage localization, respectively. In the presence of environmental noise, the Fine KNN method with a relatively minimal loss of accuracy recorded a relatively stable performance in detecting, locating, and leak size estimating. The online modeling method for leak detection recorded 15/30%, 18/36%, and 31/10% of the mean relative error for the first, second and third case studies, respectively. Since due to the limitations of computing systems, it is not yet possible to develop a single comprehensive method for detecting, locating, and estimating leakage sizes that can perform reliably in a variety of operating and leakage conditions, it is recommended that a set of computational methods be used to perform the leak detection process in different conditions with high accuracy.

خطوط لوله , نشتي‌يابي خطوط لوله , روش‌هاي محاسباتي نشتي‌يابي , موج فشار منفي , مدل‌سازي آنلاين , طبقه‌بندي

Pipelines , Pipelines Leak detection , Computational leak detection methods , Negative pressure wave , Real time transient modeling