علل نشتي گاز و نشت ياب ها در خطوط لوله گاز

[faridbensaeed]

بررسي علل نشتي گاز و نشت ياب ها در خطوط لوله گاز
خطوط لوله و مخازن مواد شيميايي كه در بسياري از موارد در آن ها مواد آلاينده ي محيط زيست، مواد آتش زا و حتي مواد سمي وجود دارد از اهميت به سزايي در صنعت برخوردارند. .بديهي است كه وجود نشتي از اين خطوط، مي تواند خطرات زيادي براي موجوداتي كه روي زمين زندگي مي كنند فراهم آورد.از طرفي هدر رفتن بخشي از مواد ارزشمند كه جزء محصولات و يا مواد اوليه ي ما هستند، از لحاظ اقتصادي نيز ناخوشايند است. بنابراين دو عامل اقتصاد و محيط زيست انگيزه ي كافي براي رفع چنين مشكلي در ما ايجاد مي كنند. خطوط لوله گاز كه گاز شيرين خروجي از پالايشگاه ها را به مصرف كننده هاي عمده در شهرها و كارخانه هاي صنعتي انتقال مي دهد به رغم همه ي تمهيدات پيش بيني شده در طراحي و اجراي آن و همچنين نظارت هاي مستمري مانند نشت يابي، اندازه گيري ولتاژ به طور دوره اي و...كه در طول بهره برداري آن ها اعمال مي گردد، به علت گستردگي و پراكندگي زيادي كه دارد نمي توان احتمال وقوع نشتي را در آن ها ناديده گرفت. در واقع به دليل فشار بالاي عملياتي خطوط لوله هرگونه نشتي جزيي مي تواند خيلي سريع محيط اطراف خود را فرا گرفته و انفجار و آتش سوز ي در پي داشته باشد. نشت گاز نشت گاز طبق تعريف عبارت است از خروج ناخواسته گاز كه به علل گوناگون و به طور ناگهاني روي مي دهد. همواره امكان بروز پديده نشت گاز در تاسيسات، خطوط لوله، شبكه هاي گاز رساني و منازل وجود دارد و اگر در مكان هاي سربسته و محصور اتفاق بيفتد، مي تواند به حوادث ناگوار و خسارات غيرقابل جبران منجر گردد. نشت گاز به علل مختلف در لوله هاي گاز و تاسيسات گازي روي مي دهد كه مهمترين آن ها عبارت است از: الف-خوردگي و فرسودگي: در اثر نقص در عايق كاري و يا اجرا نكردن حفاظت كاتدي صحيح سطوح خارجي لوله ها، امكان بروز خوردگي وجود دارد. گرچه خوردگي ها به طور عمده در سطوح خارجي لوله ها اتفاق مي افتد ولي امكان بروز خوردگي داخلي چه در لوله ها و چه در ظروف عملياتي به علت وجود تركيبات خورنده اي مانند ئيدروژن سولفوره و آب نيز وجود دارد. عوامل محيطي مثل سرما، يخبندان، گرما و...، همچنين خسارت هاي عمدي و سهوي و عمليات خارج از محدوده ي طراحي نيز ممكن است به لوله ها و مخازن آسيب برساند. وفرسودگي لوله ها و مخازن همچنين يك عامل طبيعي به شمار مي رود ب- سايش داخلي: در اثر وجود ناخالصي هاي همراه با گاز پديده ي سايش اتفاق مي افتد. به طور معمول در محل خم لوله ها و يا در شيرهاي كاهش دهنده ي فشار به علت افزايش سرعت گاز، ميزان سايش بيشتر است. پ- عوامل خارجي: مانند ضربه هاي مكانيكي، تماس با كابل برق و يا جريانات القايي. ت- نقص در ساختار متالوژيكي لوله، اتصالات، شيرها و ساير متعلقات ث- نقص در اجرا و نصب شيرها و ساير اتصالات فلنجي و همچنين رزوه اي. ج- نقص در جوش لوله ها و اتصالات جوشي. بنابراين با توجه به وسعت عواملي كه مي توانند نشتي را ايجاد كنند و همچنين هزينه ها و مخاطراتي كه اين پديده دربر دارد، نشت يابي و جلوگيري از تداوم نشت، مساله ي بسيار مهمي است. که با توجه به وسعت و گستردگي اين پديده تشخيص نشتي به طور دقيق و سريع كار بسيار مشكلي است. سيستم هاي نشت ياب: امروزه سيستم هاي نشت يابي بسيار متنوعي ارائه شده است كه هر كدام با استفاده از تكنيكي خاص سعي در يافتن دقيق و سريع اين پديده دارند. بسياري از اين سيستم ها بسيار ساده و برخي هم سيستم هاي پيچيده اي هستند. اما هنوز هيچ كدام از اين سيستم ها نتوانسته اند به طور كامل همه ي انتظارات را برآورده كنند. از ساده ترين روش هاي تشخيص نشتي در سيستمهاي خط لوله عبارتند از: الف- اطلاع دادن نشتي توسط افرادي كه در مجاورت خط لوله قرار دارند. اين افراد از طريق حس بويايي، شنوايي، بينايي و يا مشاهده ي اثراتي كه اين مواد شيميايي در پيرامون خود ايجاد مي كنند، مثل تاثير روي گياهان يا حيوانات يا پرندگان، مي توانند اين پديده را تشخيص دهند. راه ساده تر ديگر اضافه كردن مواد معطر به سيال است. بايد در نظر داشت كه ماده معطري كه براي اين منظور انتخاب مي شود بايد به راحتي قابل جداسازي باشد. اين روش براي سيالاتي كه بدون بو و غيرقابل اشتعال هستند روش نسبتاً موثري است مثلاً براي تشخيص نشتي گاز مونو اكسيدكربن كه بي بو ولي بسيار سمي و خطرناك است. مواد شيميايي مثل مركاپتان ها، تري متيل آمين و...مي توانند نشتي را در سيستم تشخيص دهند. اين دو روش در محيط هاي عاري از سكنه يا در جاهايي كه بادهاي شديد مي وزند، نمي توانند كاربرد عملي داشته باشند. ب- استفاده از موازنه ي جريان به صورت روزانه يا ساعتي و ترجيحاً آن لاين است. يك سيستم اندازه گيري فشار خط لوله در كنار جريان سنج ها لازم است كه نشان دهد گراديان فشار نسبت به حالت بدون نشتي تغيير كرده است يا نه. اين روش دو اشكال دارد، يكي اين كه با اين روش موقعيت نشتي تشخيص داده نمي شود. ديگر اين كه اگر شدت جريان ها تغيير كند يعني سيستم Steady state نباشد موازنه براي تشخيص نشتي بسيار مشكل مي شود. پ- از روش هاي ديگر چك كردن وجود نشتي در خطوط لوله، موازنه ي حجمي خطوط لوله است. اين روش به خصوص براي خطوط لوله ي مايعاتي كه تقريباً تراكم ناپذيرند، مناسب است. در اين روش تغييرات موجود در خطوط لوله از روي اختلاف بين جريان ورودي و خروجي محاسبه مي شود و از روي اين اختلاف، نشتي هاي كوچك تشخيص داده مي شود. موازنه در خط لوله به صورت زير است. dV=Vin-Vout-Vl كه در آن : dV: حجم نشتي Vin: جريان سيال ورودي Vout: جريان سيال خروجي Vl: ميزان موجودي مايع در خط لوله است. ت- يكي ديگر از سيستم هاي نشت يابي، نشت يابي صوتي است. جريان سيالات مي تواند ارتعاشاتي با فركانس هايي در محدوده ي مافوق صوت توليد كند كه به وسيله ي مبدل هايي خاص قابل تشخيص هستند. اين مبدل ها قابل حمل بوده و مي توانند توسط ماموران خط حمل و به هر نقطه ي دلخواهي برده شوند. ث - نصب سنسورهاي پيزو الكتريك است. اين سنسورها وقتي تحت تاثير تنش قرار مي گيرند، يك خروجي را صادر مي كنند. بنابراين زماني كه در سيستم خط لوله يك نشتي اتفاق مي افتد، به سرعت در خط لوله افت فشار خواهيم داشت. امواج ناشي از اين افت فشار با سرعت صوت در هر دو جهت حركت مي كنند. در نتيجه سنسورهاي نصب شده، اين امواج را دريافت كرده و مكان نشتي را از روي شرايط خط و زمان اندازه گيري شده توسط ابزارها، تشخيص مي دهند.اين روش به خصوص در زماني كه مقدار نشت زياد است، بسيار موثر مي باشد. ج - سيستم هاي حساس بيروني اين سيستم ها مشخص كننده ي نشتي در خارج خط لوله هستند. اين سيستم ها داراي سنسورهاي حساس به بخار و مايع هستند. زماني كه ماده از داخل خط لوله به خارج نشت مي كند اين سيستم ها به راحتي اين مساله راتشخيص مي دهند. دو نمونه از اين سيستم ها عبارتند از: 1- سيستم نمايش بخار: در اين روش گازهاي اطراف سيستم لوله كشي، آناليز مي شوند و اگر با مقدار طبيعي اختلاف داشته باشند، اعلام نشتي مي شود. 2- سيستم كابلي: سيستم كابلي شامل كابل نوري يا الكترونيكي پيوسته اي از جنس مواد هيدروكربني است. اين كابل ها در مسير لوله كشي قرار مي گيرند و به يك كنترلر و تابلوي زنگ خطر وصل مي شوند. وقتي كه مواد نشت كرده بااين كابل تماس حاصل كنند، خواصي از كابل مثل مقاومت الكتريكي و... تغيير مي كند و در نتيجه نشتي اعلام ميشود. اشكال اساسي اين روش اين است كه كابل ها يك بار مصرفند و قابل احيا نمي باشند. از طرفي سيستم هاي حساس بيروني به علت تكنولوژي جديد و گراني و همچنين تجارب كم در استفاده از آن ها، داراي كاربرد كمي هستند. چ - لوله كشي دو جداره: اين روش اخيراً مورد استفاده قرار گرفته است. لوله كشي دو جداره شامل دو لوله ي تو درتو است. فضاي مياني دو لوله براي نمايش نشتي استفاده مي شود. جنس لوله هاي مورد استفاده در اين روش فايبر گلاس است. اين سيستم،سيستم شكننده اي است و درمواقع نصب به توجه ويژه اي نياز دارد. حفاظت در برابر خطرات مكانيكي توسط خط لوله ي بيروني انجام مي شود. در فشار بين دو لوله نيتروژن تحت فشار زياد تزريق مي شود. اين فشار بايد از فشار عملياتي داخل لوله بزرگ تر باشد. يك سنسور در فضاي بين دو لوله و در هر انتهاي خط لوله نصب مي شود. اين سنسور به فشاركم حساس است. اين سنسور فشاري، روي فشاري تنظيم مي شود كه از فشار عملياتي جريان بزرگ تر و از فشار فضاي بين دو لوله كم تر باشد. حال اگر خط لوله ي داخلي نشتي داشته باشد، نيتروژن از فضاي ما بين دو لوله به داخل لوله ي داخل نفوذ مي كند، لذا فشار بين دو لوله كم شده و سنسور حساس به فشار كم، فعال مي شود. ح - دستگاه هاي نشت ياب«اف.آي.دي» اين دستگاه ها وسايل بسيار حساسي هستند كه براي تشخيص نشت گاز در لوله هاي تو كار استفاده مي شود «اف.آي.دي» نوعي نشت ياب مورد استفاده در شركت ملي گاز است كه بر اساس يونيزاسيون شعله ي ئيدروژن كار مي كند؛ به اين صورت كه در داخل دستگاه يك محفظه احتراق با سوخت ئيدروژن وجود دارد كه هواي لازم را از محيط اطراف جذب مي كند و به محض ورود كمترين مقادير ئيدروكربن هاي گازي به داخل محفظه، يونيزاسيون محيط اطراف شعله تغيير مي كند و نتيجه به صورت علائم بصري و صوتي ديده مي شود. ميزان نشت گاز هر قدر جزيي باشد سرانجام به سطح زمين خواهد رسيد، لذا اين دستگاه ها با دقت بالايي كه دارند قادر به تشخيص آن خواهند بود. دقت دستگاه هاي نشت ياب در حد جزء در ميليون«پي.پي.ام» و از حساسيت بالايي برخوردارند، به طوري كه هنگام استفاده در شهرها و يا محوطه هاي صنعتي بايد قبل از آن براي ميزان ئيدروكربن هاي موجود در هواي آن محيط، كاليبره شوند خ - گازياب ها گازياب ها وسايلي است كه وجود گاز را در غلظت هاي كمتر از حد پايين انفجار تشخيص داده و هشدار مي دهد. اين دستگاه ها در داخل خود داراي فيلامنت كاتاليستي از جنس پلاتين هستند كه در غلظت هاي زير حد انفجار مي تواند امكان تركيب گاز و اكسيژن را فراهم سازد و نسبت به ميزان غلظت گاز، دماي فيلامنت تغيير كرده و نتيجه به صورت تغيير مقاومت در يك مدار الكتريكي و پس از آن تغيير جريان حاصله به صورت علائم بصري ـ آنالوگ يا ديجيتال ـ بر روي صفحه ي نشانگر و علائم صوتي مشخص مي شود. اين دستگاه ها از نظر كاربردي به دو گروه زير تقسيم مي شوند: 1 ـ گازياب هاي دستي و قابل حمل: اين نوع گازياب ها قابل حمل بوده و توسط افراد در مسير لوله گاز و يا محل هاي مورد نظر حركت داده مي شوند كه در صورت برخورد با هرگونه نشتي با توجه به حساسيت دستگاه، به وسيله ي علائم هشدار دهنده ي وجود گاز و ميزان آن را اعلام مي كند. 2ـ گازياب هاي ثابت: اين نوع گازياب ها كه براي تشخيص گاز به طور دائمي به كار مي روند بيشتر در محيط هاي صنعتي، سالن ها يا كارگاه ها نصب مي شوند و به دو دسته تقسيم مي شوند: الف ـ گازياب هاي منفرد: اين نوع گازياب ها به صورت مستقل عمل نموده و بيشترين جنبه كاربرد آن ها غيرصنعتي است.گازياب هاي ثابت براي گاز طبيعي و ارتفاع بالا و براي گاز مايع در سطوح پايين نصب مي گردد. روش هاي جديد براي تشخيص نشتي عبارت اند از - ساخت سنسور ردياب نشتي گاز طبيعي قابل حمل با دست، با قابليت نشت يابي از راه دور : هدف از اين ايده و پيگيري ساخت اين نوع ردياب، افزايش توانمندي تکنولوژي رديابهاي سبک وزن است که قادر است نشتي گاز طبيعي را از نشتي ساير هيدروکربنها تشخيص داده، عمل نشت يابي را از فاصله دور انجام دهد و حجم نسبي گاز نشت شده را به صورت اعداد کمي نشان دهد. عملکرد دستگاه به صورتي است که کارايي دستگاه ردياب را در محيطهاي آلوده ميسر کرده است بدون اينکه براي تکنسين نشت ياب خطري ايجاد کند. مکانيسم عملکرد دستگاه بدين صورت است که اشعه ليزري مادون قرمز (Infrared laser beam) بسمت محيط آلوده و يا محيط مشکوک به آلودگي مانند سطح جاده يا ديوار ساختمان، تابانده مي شود سنسوري ميزان نور ليزر برگشتي از روي مانع سخت (ديوار ساختمان يا سطح جاده) را جمع آوري کرده و پس از پردازش آن، مقدار گاز متان موجود در مسير تابش نور ليزر را اعلام مي کند. . از ديگر مزاياي اين نشت ياب گاز طبيعي نسبت به ساير دستگاه هاي نشت ياب، قدرت نشت يابي گاز طبيعي از فاصله 100 فوتي از محل نشتي است که به نشت ياب گاز طبيعي از راه دور (RMLD) معروف شده است. اين سيستم به نشتي هاي جزئي در حد چند ppm هم حساس است و قادر است سريعاً نشتي گاز طبيعي را به ميزان 50 ليتر در ساعت رديابي کند. ـ طراحي و ساخت سيستم پيشرفته هوايي رديابي نشتي گاز طبيعي خطوط لوله : سرويس هاي نشت يابي رايج در صنعت گاز، اين فرآيند را براي کارکنان نشت ياب بسيار مشکل نموده است چرا که بايستي بر روي مسير خط لوله بصورت پياده و با سرعت کم عمل نشت يابي را انجام دهند. روشهاي متداول نشت يابي، علاوه بر کند بودن فرآيند، پر هزينه بوده و مجزا از خطاي آلارم نيست. اخيراً سيستمهاي نوري نشت يابي ساخته شده است که قابليت نصب بر روي کاميون را دارد. اما هنوز داراي محدوديتهايي چون، مشکل راندن کاميون در زمينهاي غيرهموار و دامنه پوششي کم سنسور ردياب است که محدوديت سرعت در هنگام حرکت و نشت يابي هم بدان اضافه مي شود. شرکت Eeastman Kodak با طراحي و ساخت سيستم پيشرفته و نصب آن بر روي هواپيما، قابليت نشت يابي خطوط لوله را با سرعت بالا و دقت بسيار زياد در حد رديابي نشتيهاي با غلظات کم در زمينهاي مختلف و شرايط متنوع آب و هوايي و در طول مدت شبانه روز ، ممکن نموده است. مکانيسم عملکرد رديابي در اين سيستم بدين صورت است که نور ليزر با دو پالس مختلف و طول موج مختلف، از هواپيما بسمت زمين تابانده مي شود و سپس اين دو موج از سطح زمين منعکس شده، توسط سنسور موجود در هواپيما، ردگيري و جذب مي شود. يک پالس ليزر که پالس on-line ناميده مي شود به گونه اي است که قابليت جذب توسط گاز طبيعي را داراست و پالس ديگر ليزر که off – line است ، قابليت جذب توسط گاز طبيعي را نداشته و پس از برخورد به سطح زمين، منعکس مي شود. تفاوت انرژي بين اين دو پالس برگشتي، محاسبه مقدار گاز ردگيري شده را در حد چند ppm مقدور مي سازد. 3- سيستم رديابي لوله هاي پلاستيکي مدفون در زير خاک بکمک تکنولوژي (CT) " capacitive tomography " : سيستم قبلي ردياب لوله هاي پلي اتيلن با مکانيسمGPR (Ground penetrating radar) با وجود کم حجم بودن و ارزان بودن سنسور ردياب آن، محدوديت فعاليت در خاکهاي مرطوب و يا حاوي مواد معدني را داراست و در زمين هاي عادي هم بايستي يک اپراتور با سطح آموزش خيلي بالا به خدمت گرفته شود تا تحت هر شرايط بتواند مفسر نتايج دستگاه GPR باشد. سيستم ردياب CT، از چندين الکترود تخت تشکيل شده است که بطور منظم کنار هم قرار گرفته اند. وضوح تصوير بدست آمده از تاسيسات زير زميني بستگي به تعداد و مساحت سطحي اين الکترودها دارد. يک سيگنال به داخل خاک تزريق مي شود که محدوده فرکانسي آن بين 200KHZ , 100 KHZ است. مقاومت موجود بين الکترودهاي مجاور، باعث بوجود آمدن داده هاي تصويري مي شود. يک بسته نرم افزاري و الکترونيکي کار تقويت کردن و اسکن سيگنالهاي واصله به الکترودها را بر عهده دارد. سپس سيگنالهاي سنسور بر روي يک کامپيوتر شخصي جمع آوري و پردازش مي شوند. اين سيستم ردياب با دارا بودن چهار برد مدار چاپي با مساحت 24 اينچ مربع که بعنوان حسگر عمل مي کنند و کنار هم قرار مي گيرند قادر است يک لوله پلاستيکي با قطر 4 اينچ را در عمق 4 فوتي زير خاک رديابي کند. بکمک حسگر 16 المنتي، لوله پلي اتيلن تا عمق 5 فوتي ، زير زمين مرطوب قابل رديابي است که يک تصوير ساده از تاسيسات زير زميني بکمک آن قابل ترسيم است. تصوير برداري از تاسيسات زير زميني بکمک سيستم CT داراي سه امتياز بارز نسبت به سيستم رديابي GPR است : 1. سيستم رديابي CT محدوديتهاي عملکردي GPR را در زمين هاي مرطوب ندارد. 2. تجهيزات الکترونيکي سيستم CT ارزانتر از GPR است. 3. تصوير بدست آمده از سيستم ردياب CT سادگي قابليت تفسير دارد و مانند تصويرهاي حاصل از رديابي GPR نيازمند بکارگيري کاربر آموزش ديده در سطح بالا نيست. - اخيرا" مؤسسهEPRI براي تشخيص نشتي گاز SF6 ، روش جديدي مبتني بر استفاده از دوربين “GasVue”،براي انجام بازرسي در محل تجهيزات ارائه نموده است. دوربين ليزري“GasVue” يك فناوري جديد در بازرسي و آشكار سازي نشتي گاز SF6مي باشد. اساس كار اين دوربين بر تركيب Co2laser (قسمتي كه طول موجهاي مادون قرمز را براي جذب و شناسايي SF6هماهنگ مي نمايد)با يك سيستم تصويري مادون قرمز مي باشد و بدين ترتيب، امكان مشاهده نشتي SF6 كه براي چشم غير مسلح و ديگر تجهيزات بازرسي بصري، غير محسوس است، فراهم مي گردد اين دوربين با سرعت و دقتي فراوان و بي نياز از خروج تجهيزات تحت بازرسي از حالت بهره برداري، حتي نشتي ناشي از يك سوراخ ريز را نشان مي دهد. استفاده از اين دوربين سبب ميگردد كه شركتهاي برق، نشتي هاي مربوط به گاز SF6 را سريعتر و صحيحتر از روشهاي رايج تشخيص دهند. در نتيجه با استفاده از اين سيستم، هزينه هاي مربوط به عيب يابي كاهش يافته و ميزان اتلاف گاز SF6 نيز كمتر مي گردد. بعلاوه مي توان نشتي روي سطوحي را كه به سختي در دسترس مي باشند شناسايي كرد و نيز با توجه به ساير تكنيكها، حتي طيفهاي ضعيف گاز و يا نشتيهاي پالسي را كه در حال خروج هستند، نشان داد. دوربين مذكور، ايمني عمليات بازرسي را بهبود مي بخشد چرا كه كاربر دوربين مي تواند از يك فاصله امن از تجهيزات و نيز در ارتفاع معيني از زمين كه عموما" بر روي نردبانها و چوب بستها مي باشد، عمل بازديد را هدايت نمايد. براي آشكار سازي نشتي گاز SF6 در كليدها و ديگر تجهيزات يك پست در ايالت ايلي نويز( آمريكا) ، بجاي آزمايشات مرسوم، از دوربين ليزري“GasVue” استفاده گرديد. با صرف نظر از هزينه هاي مشترك بين اين روش و آزمايشهاي مرسوم حبابي(صابوني)، برآورد بعمل آمده نشان داد كه هزينه صرفه جويي شده به واسطه اين روش كاربردي ساده، معادل 12 هزار دلار مي باشد. بهاره سنگري منبع : مؤسسه EPRI پايان نامه ي كارشناسي ارشد »مهرزاد ميرزانيا« دانشجوي رشته ي مهندسي شيمي (طراحي فرايند) دانشكده ي فني مهندسي دانشگاه تربيت مدرس

[.مخفی.]

عالی بود ممنون