長途石化管線洩漏檢測系統
殼牌(Shell)石化公司,於1980年初著手研究開發”長途管線洩漏檢測系統”,並將該系統商品化,廣泛安裝於世界各地輸油、輸氣體或石化產品之管線網絡。
Shell公司研發人員是以高階統計演算方法,可以計算標定管線洩漏位置,洩漏量、洩漏速率。
這套系統並非單純以管線的流量壓力來演算,而是以流量及壓力的相依關係,長期自我建立有效的統計資料庫,即使是流量壓力儀表的偏差,亦不影響整套系統操作的準確性。
依管線輸送端及接收端,壓力、流量變化的行為模式,在不同流體,不同人員操作模式,不同管線,將呈現各自獨特的模式,每一條管線均會有自己的輸送模式被建立。若有洩漏產生,將引起管壓的下降及兩端流量的差異,這套系統通過模式的辨識分析,將有效迅速的提出警告及標示洩漏位置
與洩漏量。舉二個案例:
西北乙烯輸送管(NORTHWESTERN ETHYLENE PIPLINE)
1992年起Shell就建造North Western乙烯輸送管,從蘇格蘭Grangemouth跨越Canbria及Lancashire一直到Ellesmere Port的石化廠,全長413公里。全路徑有25區關斷閥,設有12個中間加壓站,協助維持乙烯向前被輸送,而這些加壓泵,經常不時的被開被關,來維持管中乙烯的流動。
在這條長途管線,兩端輸送/接收端,裝有流量計、壓力計、溫度計、密度計,在各區關斷閥的上下游則有壓力計及溫度計。所以總共有160個量測作為輸入參數及25個關斷閥位置標定。
1997年,Shell安裝了這套ATMOS長途洩漏監測系統,這套軟體安裝於一台個人電腦上。從原管線控制室內即有的DCS系統每30秒取得160個量測數據,經由演算所得結果再送回給DCS警告洩漏位置及洩漏量。這套系統主要的功能有
- 每30秒收集長途管線的流量、壓力、溫度及閥的資料。
- 演判有效值及無效值,即是現場儀錶不正確數據也會被診斷出來。
- 在管線靜止狀態,輸送動態狀態下,均能被檢測到洩漏事件。
- 計算洩漏量及洩漏位置。
- Pinhole leaks針孔洩漏尋找。
- 紀錄歷史資料及事件。
Shell在1998年3月的驗收測試中,在15分鐘內精確地計算出8噸/小時洩漏量及洩漏位置。
1999年11月,ATMOS系統發出警報,在距輸送端319公里處,產生7.8噸/小時洩漏量。距離實際開始發生洩漏時間約23分鐘,實際發生距離是離輸送端305公里處。
圖一是SAT Lambda模式產生的警告
圖二是洩漏量的電腦圖示。
液態丙烯輸送管
一條液態丙烯管於1991年引入ATMOS系統,在上游的工廠將丙烯輸送到下游客戶端,全長37公里4吋管,經過20多年的操作,兩端的操作模式均以大量被建立起來。發生洩漏的大小及反應時間如圖三所示。
這套ATMOS軟體利用即有管線的儀錶,案例數據,即可進行模式學習及建立,從現場勘場,設計製作,到現場試車測試預計要6個月的工作期。
ATMOS 的系統性能
*即時洩漏檢測:
液態物質0.2%洩漏量
氣態物質1%洩漏量
*洩漏位置標定:
位置標定準確度: ≦10%在PT之間距離
*洩漏量計算:
洩漏量計算準確度: ≦1%誤差
*可操作於管線個狀態: 靜止狀態,輸送中狀態,關閉狀態,啟動暫態,停車暫態
圖(一) SAT Lambda模式產生的警告
圖(二)洩漏量的電腦圖示