تقنيات كشف تسربات خطوط نقل الغاز، كم نوعًا تعرف؟

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة yinkuilin6868 في تاريخ 14-12-2015 الساعة 10:13. تصنيف تقنيات الكشف: يمكن القول إن الأبحاث المتعلقة بكشف تسربات خطوط نقل الغاز في العالم حاليًا متقدمة للغاية، وهناك العديد من الطرق والأساليب للكشف عن التسربات، ويمكن تقسيمها بشكل عام إلى فئتين: الكشف المباشر عن التسربات والكشف غير المباشر عنها. يشير الكشف المباشر عن التسريبات في هذا السياق إلى استخدام عمليات التفتيش اليدوي أو الأجهزة القابلة للحمل للتعامل مع تسريبات الأنابيب مباشرةً، ويُستخدم بشكل أساسي لاكتشاف التسريبات الصغيرة في الأنابيب، كما يمكن استخدامه للكشف عن التسريبات سواء كانت الأنابيب في حالة تشغيل أو غير تشغيل. الكشف غير المباشر عن التسريبات يعني الكشف عن التسريبات في الأنابيب من خلال معايير فيزيائية مثل موجات الصوت وموجات الضغط والتيارات الدوامية ومعدل التدفق، بالإضافة إلى علاقات التوازن الكيميائي. تشمل تقنيات الكشف عن التسربات التقليدية: طريقة التصوير بالظلال، وطريقة الكشف باستخدام الروبوتات الذكية، وتقنية أجهزة الاستشعار الحسية، وطريقة فحص الغازات، ورادار الاستشعار تحت الأرض، وتقنية كشف موجات الإجهاد، وطريقة تحديد التوازن بين الكمية والتدفق، بالإضافة إلى طرق الكشف الإحصائي وتحليل النماذج الديناميكية. تعاني معظم طرق فحص تسربات خطوط نقل الغاز من مشاكل مثل عدم كفاية دقة الفحص، وضعف القدرة على اكتشاف التسربات الصغيرة. 2 تقنيات جديدة لكشف التسربات 2.1 تقنية كشف التسربات باستخدام الأشعة تحت الحمراء عندما يحدث تسرب في خطوط نقل الغاز، فإن ذلك يؤدي إلى تغيير درجة حرارة التربة المحيطة. وتعتمد تقنية الأشعة تحت الحمراء على هذه الظاهرة، حيث يتم مقارنة درجة حرارة التربة المصابة بالتسرب مع درجة حرارة التربة الطبيعية لتحديد وجود تسرب أم لا. تم اختراع هذه التقنية من قبل شركة OILTON الأمريكية، والطريقة المستخدمة فيها هي استخدام مروحيات تحمل كاميرات أشعة تحت الحمراء دقيقة، لتطير فوق خطوط نقل الغاز، وتسجل التأثيرات الناتجة عن الإشعاع الحراري غير المنتظم حول خطوط النقل. كما يتم استخدام التحليل الطيفي لتحديد ما إذا كان هناك تسرب في الخطوط، وتحديد موقع التسرب بدقة. استخدت الاتحاد السوفيتي سابقًا أجهزة تحليل الليزر عن بُعد التي طورتها الولايات المتحدة، وتم تركيبها على المروحيات لتطير على طول خطوط أنابيب نقل الغاز. تم اكتشاف سحابة غازية بأبعاد عدة أمتار، حيث لا يتجاوز نسبة الإيثان فيها واحد بالمئة. تتميز هذه التقنية بسرعة الكشف ونطاقه الواسع ودقتها العالية، لكنها تواجه بعض الصعوبات في كشف الأنابيب المدفونة على عمق كبير. ووفقًا للبيانات المتوفرة، عندما يكون ارتفاع الطائرة 300 متر، يجب أن يكون عمق دفن الأنابيب ضمن 6 أمتار، كما أن هذه الطريقة لا تسمح بإجراء فحوصات مستمرة للأنابيب. 2.2 تقنية كشف التسربات باستخدام موجات الضغط السلبي: في السنوات الأخيرة، أصبحت طريقة كشف التسربات باستخدام موجات الضغط السلبي من الطرق المحللة بشكل كبير على المستوى الدولي لكشف تسربات الأنابيب. يعتمد مبدأ هذه الطريقة على أنه عند حدوث تسرب للغاز، يقل الكثافة النسبية للغاز في المنطقة المحيطة بنقطة التسرب، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الضغط. وبما أن الغاز مادة متصلة، فإن ذلك يخلق فرقًا في الضغط حول نقطة التسرب. يؤدي هذا الفرق في الضغط إلى تدفق الغازات ذات الضغط العالي من الجزء العلوي والسفلي نحو الغازات ذات الضغط المنخفض عند نقطة التسرب، مما يشكل موجة ضغط تتمركز حول نقطة التسرب، وتُسمى ميكانيكيًا بموجة الضغط السلبي. بفضل وظيفة القناة الموجية في جدار الأنبوب، يحدث انخفاض ضئيل في موجات الضغط السلبي أثناء انتشارها، ولذلك يمكنها الانتشار لمسافات بعيدة. يمكن استخدام مستشعرات الضغط المثبتة على طرفي الأنبوب للكشف عن إشارات تقلبات الضغط، وبناءً على الفرق في الوقت الذي يتم فيه استقبال موجات الضغط السلبي في كلا الطرفين، يمكن تحديد الموقع الدقيق لتسرب الأنبوب. من مزايا استخدام موجات الضغط السلبي لكشف تسربات الأنابيب، وجود دقة عالية في تحديد الموقع وسرعة استجابة كبيرة. عيبه يكمن في صعوبة اكتشاف التسريبات الصغيرة، حيث لا يمكن اكتشافها إلا عندما يكون هناك تسريب كبير في الأنابيب. نظرًا لتعقيد ظروف عمل خطوط نقل الغاز، فإن مستشعرات الضغط غالبًا ما تتأثر بمختلف الإشارات، مما يؤدي إلى انخفاض دقة القياس. 2.3 تقنية كشف التسربات المغناطيسية: يُقصد بالتسربات المغناطيسية حدوث تغيير في مسار خطوط القوة المغناطيسية داخل الأنابيب، عندما تكون الأنابيب سليمة وخالية من العيوب؛ ففي هذه الحالة تكون خطوط القوة المغناطيسية موزعة بشكل متساوٍ داخل الأنابيب. أما عندما تظهر عيوب في الجدار الداخلي أو الخارجي للأنابيب، فإن خطوط القوة المغناطيسية تتغير مسارها، وبعضها يخرج من جدار الأنبوب، مما يؤدي إلى ظاهرة التسربات المغناطيسية. تقنية كشف المجالات المغناطيسية الضائعة تعتمد على استخدام أجهزة استشعار موضوعة بالقرب من جدار الأنبوب للكشف عن المجالات المغناطيسية الضائعة. ثم يتم معالجة الإشارات المستشعرة عبر التصفية والتضخيم وتحويلها إلى صيغة رقمية، قبل تخزينها في ذاكرة الجهاز. وأخيرًا، يتم تحليل هذه البيانات باستخدام البرمجيات لتحديد ما إذا كانت هناك عيوب أم لا. يُعتبر أسلوب الكشف عن التسربات المغناطيسية حاليًا، على المستوى المحلي والدولي، أحد أفضل طرق فحص الأنابيب. فهو لا يسمح فقط بكشف التسربات في الأنابيب، بل يمكنه أيضًا تحديد مستوى تآكل الأنابيب، مما يوفر أساسًا لإجراء أعمال الصيانة اللازمة. وبذلك، يقلل هذا الأسلوب من العشوائية في أعمال الصيانة، كما يساعد في توفير التكاليف. 2.4 تقنية الكشف عن التسربات باستخدام الألياف الضوئية الموزعة: لقد حظيت تقنيات الاستشعار بالألياف الضوئية باهتمام الناس في سبعينيات القرن الماضي، مع التطور السريع في مجال الاتصالات عبر الألياف الضوئية. تعتمد تقنية كشف التسربات باستخدام الألياف الضوئية بشكل أساسي على التغيرات في توزيع الضوء المنعكس من الألياف الضوئية، وذلك لتحليل التغيرات في مستويات الإجهاد ودرجة الحرارة المحيطة بالألياف الضوئية وغيرها من المقاييس المراد قياسها. ينقسم الضوء المنعكس إلى ضوء انعكاس مرن وضوء انعكاس غير مرن، حيث يشمل الضوء المنعكس المرن ضوء الانعكاس رايلي، بينما يشمل الضوء المنعكس غير المرن ضوء الانعكاس رامان وضوء الانعكاس بريان. يمكن تطوير أنواع مختلفة من المستشعرات باستخدام الخصائص المختلفة لأشعة الانكسار المختلفة. على سبيل المثال: أجهزة استشعار OTDR المطورة باستخدام الانتشار الرايلي العكسي، وأجهزة B-OTDR وB-OTDA المطورة باستخدام انتشار بريان، وأجهزة R-OTDR المطورة باستخدام انتشار رامان، وغيرها. جهاز الاستشعار FBG هو جهاز غير نشط مصنوع بالكامل من الألياف الضوئية، تم تطويره في تسعينيات القرن العشرين. يمكن لهذا الجهاز أن يقوم بمراقبة خطوط أنابيب الغاز الطبيعي بشكل مستمر. وتعتمد تقنية الاستشعار هذه بشكل أساسي على طريقة التعديل بالموجات الطويلة، وذلك لتجنب تأثير شدة الضوء ومشاكل قياس الطور في أجهزة الاستشعار المعتمدة على الألياف الضوئية. باستغلال خاصية شبكات الألياف الضوئية شبه الموزعة في إجراء الفحوصات على مساحات واسعة، يمكن تمديد كابل ضوئي على طول الأنابيب، واستخدام شبكات الألياف الضوئية FBG كمستشعرات لالتقاط إشارات التوتر في أنابيب نقل الغاز. ومن خلال تحليل ومعالجة هذه الإشارات، يمكن تحديد موقع التسرب في أنابيب النقل. ميزة كشف التسربات باستخدام الألياف الضوئية الموزعة تكمن في أن أي نقطة على الألياف الحساسة لديها القدرة على الإحساس، مما يسمح بالحصول على معلومات مستمرة. يمكن تحديد موقع التسرب بدقة عالية. مدى الكشف بعيد وله حساسية عالية. على الرغم من وجود العديد من المزايا لاستخدام الألياف الضوئية في كشف التسربات، إلا أنه لا تزال هناك بعض المشاكل التي تحتاج إلى حل عاجل. (1) تأثير ضغط الإشارة الصوتية في نقاط التسرب على الضوء، (2) مدى حساسية الألياف الضوئية للإشارات الصوتية، (3) مشكلة تقادم مواد الغلاف المحيط بالألياف الضوئية، (4) مشاكل خوارزميات معالجة الإشارات المكتشفة، (5) مشكلة فقدان شدة الضوء في مسار الضوء. في الوقت الحالي، لا تزال أبحاثنا في مجال تقنيات كشف التسربات باستخدام الألياف الضوئية في مراحلها الأولى، ومعظم التسربات في خطوط نقل الغاز هي تسربات صغيرة. وفي مواجهة هذه التسربات الصغيرة، فإن تقنية OTDR عاجزة عن حل المشكلة. بالإضافة إلى ذلك، في ظل وجود شبكة واسعة من الألياف الضوئية، يجب أخذ عوامل مثل تقادم المواد، ومدة الاستخدام، والتكلفة في الاعتبار بشكل كامل. لذلك، لا يزال أمام تقنية الكشف بالألياف الضوئية الموزعة مجال كبير للتطور. 2.5 تقنية كشف التسريبات باستخدام أجهزة الاستشعار الحسية للرائحة: تعتمد هذه التقنية على استخدام أجهزة استشعار قادرة على التفاعل مع المكونات الكيميائية الموجودة في الغاز الطبيعي، ومن ثم إصدار إشارات. يتم تحليل هذه الإشارات عبر عمليات حسابية لتحديد ما إذا كان هناك تسريب في الأنابيب أم لا. يمكن تركيب أجهزة الاستشعار الخاصة بالرائحة على المواسير على مسافات معينة، لتشكيل شبكة من أجهزة الاستشعار، وبذلك يمكن مراقبة المواسير في الوقت الفعلي. وعند حدوث تسرب للغازات، ستقوم أجهزة الاستشعار بالتفاعل مع ذلك. لكن حاليًا، لا تزال أبحاث هذه التقنية في مراحلها الأولى، وهي تقنية غير ناضجة بعد، ولذلك لم يتم استخدامها بعد في الإنتاج. 2.6 تقنية الكشف عن التسربات في الطبقة الواقية الذكية: تعني طريقة الطبقة الواقية الذكية إضافة دائرة كشف عن التسربات إلى الطبقة الواقية لخطوط نقل الغاز؛ ففي حال حدوث تسرب، سيتم تدمير الطبقة الواقية بالتأكيد، ويمكن معرفة ما إذا كانت الطبقة الواقية سليمة أم لا من خلال قيمة المقاومة الكهربائية للدائرة. تتمثل مزايا طريقة الفحص هذه في: (1) الحساسية العالية، (2) دقة التحديد العالية، (3) انخفاض تكاليف النقل والاستشعار، (4) سهولة استعادة النظام. العيوب هي: (1) يتأثر هذا الأسلوب في الكشف بشكل كبير بالعوامل البيئية، فإن التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة قد تؤثر على مقاومة التوصيل، مما يؤدي إلى تنبيهات خاطئة. (2) يتطلب تركيب النظام تكاليف مرتفعة. 2.7 تقنية كشف التسربات بناءً على الموجات الصوتية داخل الأنابيب: في السنوات الأخيرة، أصبحت الموجات الصوتية، بخصائصها الإشارية الفريدة، موضوعًا محوريًا في أبحاث مجال كشف تسربات الأنابيب. أظهرت الدراسات أن الإشارات ذات التردد المنخفض الناتجة عن تسربات الأنابيب يمكن أن تنتقل لمسافات طويلة داخل الأنابيب، كما أن خصائص هذه الإشارات تختلف عن خصائص الإشارات الناتجة عن اضطرابات العمليات. في تسعينيات القرن الماضي، استخدم جولي وآخرون الموجات الصوتية لاكتشاف تسربات الأنابيب. طور هواكه وآخرون في عام 2009 نظامًا لكشف تسربات خطوط نقل الغاز وتحديد موقعها باستخدام الموجات الصوتية، وقد حقق هذا النظام نتائج جيدة جدًا في عملية الكشف. مبدأ كشف التسربات بناءً على الموجات الصوتية داخل الأنابيب هو: استخدام إشارات الموجات الصوتية التي يجمعها أجهزة استشعار الموجات الصوتية المثبتة على مدخل ومخرج الأنبوب، ومن خلال تحليل خصائص هذه الإشارات يتم تحديد ما إذا كان هناك تسرب في الأنبوب أم لا. أظهرت التجارب أن هذه الطريقة تتمتع بدقة تحديد مواقع جيدة، كما أنها بسيطة في التطبيق، ويمكنها أيضًا اكتشاف التسريبات الصغيرة. لكن في بيئة العمل الفعلية، يؤثر الضوضاء العالية على دقة الكشف، كما أن فعاليتها في فحص الأنابيب الطويلة ليست جيدة. لذلك، لم يتم استخدامها على نطاق واسع في الميدان حتى الآن. 2.8 تقنية التصوير بالغازات لكشف التسريبات: يعتمد مبدأ طريقة التصوير بالغازات على صعوبة تصوير الغازات باستخدام التقنيات البصرية، وذلك لتحديد ما إذا كانت هناك تسريبات في الأنابيب أم لا. يمكن لهذه التقنية ليس فقط اكتشاف تسربات خطوط نقل الغاز على سطح الأرض، بل أيضًا اكتشاف تسربات خطوط نقل الغاز تحت الأرض. 2.9 تقنية فحص التسربات باستخدام الصور الميدانية، والاسم الأصلي لها هو “field-signature method”، ويُختصر اسمها إلى FSM. يمكن لهذه التقنية ليس فقط اكتشاف تسربات الأنابيب، بل أيضًا تحديد مستوى تآكل الأنابيب قبل حدوث التسربات، ومعرفة ما إذا كانت هناك شقوق أو أضرار دقيقة أخرى. مبدأ ذلك هو أنه عندما يتدفق التيار الكهربائي داخل الأنابيب، فإن ذلك يؤدي إلى تكوين مجال كهربائي، ولهذا المجال “بصمة كهربائية” فريدة، وهي ما يُسمى بصورة المجال. يتم تحديد أضرار الأنابيب وتسرباتها بناءً على التغيرات في بصمة المجال الكهربائي المكتشفة. يمكن لهذه التقنية أن تكشف عن مستوى تآكل الأنابيب، وتتميز بدقة عالية ونطاق كشف واسع، مما يجعلها مناسبة لفحص خطوط نقل الغاز طويلة المسافة. ٣ الاستنتاج: مع تناقص احتياطيات النفط في العالم تدريجيًا، وزيادة الطلب العالمي على الطاقة، من المؤكد أن الغاز الطبيعي سيصبح المصدر الرئيسي للطاقة في المستقبل. من المهم جدًا الكشف عن التسريبات في خطوط نقل الغاز الطبيعي. مع التقدم والتطور التكنولوجي، ستصبح وسائل كشف التسريبات في المستقبل أكثر اعتمادًا على الذكاء الاصطناعي، كما سيزداد الطلب على دقة الأجهزة. يساعد استخدام مجموعة متنوعة من خطط الفحص معًا في تعويض عيوب الخطة الواحدة، مما يجعل تقنية كشف التسربات في الأنابيب أكثر كفاءة. يظل اكتشاف التسربات الصغيرة وتحديد مواقعها في خطوط نقل الغاز الطبيعي على المدى الطويل من المواضيع الرئيسية للبحث في المستقبل. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، يتم استخدام العديد من التقنيات الجديدة في كشف تسربات الأنابيب، مما سيضفي زخمًا جديدًا على أبحاث تسربات خطوط نقل الغاز.