Поиск утечек газа на сетях газораспределения, основанный на новых принципах

В статье рассмотрены новые технологии в газораспределении, позволяющие своевременно выявить утечки природного газа. Практика применения лазерных детекторов утечек метана и тепловизоров для оптической визуализации газов.

Новые технологии в газораспределении

В статье рассмотрены новые технологии в газораспределении, позволяющие своевременно выявить утечки газа. Основная задача газораспределительных организаций – обеспечение надёжного и безопасного газоснабжения. Данная задача реализуется посредством своевременного проведения регламентных работ, использования качественного оборудования, современных технологий и приборов, применяемых на объектах сетей газораспределения, на всех этапах их жизненного цикла.

В настоящее время на рынке представлено много технологий и оборудования, позволяющих, по информации производителей, существенно повысить качество регламентных работ на объектах сетей газораспределения. Апробация предлагаемых различными производителями технологий и оборудования одинакового назначения позволяет подтвердить или опровергнуть заявленные характеристики, а также провести сравнительный анализ для выбора наиболее эффективных как с технической, так и с экономической точек зрения.

При этом в первую очередь в газораспределении ведётся поиск и апробация технологий и оборудования, направленных на решение наиболее распространенных неисправностей и проблем, а также штатных процедур, требующих значительных ресурсов для их выполнения.

Выявление утечек газа

Существует множество причин для возникновения утечки природного газа (метана) (далее – утечка газа) на сети газораспределения. Это коррозионные повреждения газопроводов, потеря герметичности разъёмных соединений и уплотнений, утечки газа через клапаны и затворы запорной арматуры на сбросных газопроводах, а также дефекты сварных швов. Применение современного оборудования и уплотнительных материалов позволяет снизить вероятность возникновения утечек газа и их величину. Задача газораспределительной организации – своевременно идентифицировать и устранить утечки газа до того, как они станут причиной аварийных и нештатных ситуаций. Также скорейшее устранение утечек газа минимизирует негативное влияние на экологию.

Признаки утечки газа надо знать

Выявление утечек газа на газопроводах проводится при мониторинге охранных зон газопроводов по внешним признакам (пожелтению растительности на трассе, появлению пузырей на поверхности воды, запаху одоранта, шипению газа, появлению бурых пятен на снегу и др.), технических осмотрах и обследованиях газопроводов с помощью переносных течеискателей и газоанализаторов.

Оборудование для поиска утечек газа

Выявление утечек газа в пунктах редуцирования газа (ПРГ) проводится при технических осмотрах и техническом обслуживании по внешним признакам, с помощью переносных течеискателей и газоанализаторов, мыльной эмульсии или в ходе постоянного мониторинга утечек газа системой телеметрии, сблокированной со стационарно установленными в ПРГ сигнализаторами загазованности. Также утечки газа могут быть выявлены по заявкам потребителей в аварийную службу о запахе газа.

Приведенные методы позволяют с высокой вероятностью выявить утечки газа из подземных газопроводов, а также из арматуры и разъемных соединений на наземных и надземных газопроводах. В то же время вероятность выявления утечек газа на технологических газопроводах, предназначенных для сброса газа в атмосферу при нештатных ситуациях и техническом обслуживании ПРГ (далее – сбросные свечи) невысока, т. к. выход газа осуществляется на высоте. 

Крупные утечки газа через сбросные свечи могут быть обнаружены по шуму, запаху газа или зафиксированы газоанализаторами, если условия рассеивания утечки газа обеспечивают повышение концентрации метана в зоне отбора пробы. Небольшие утечки газа, как правило, обусловлены неплотным закрытием сбросного клапана или негерметичностью уплотнений в затворе запорной арматуры, выявить их традиционными методами затруднительно. Сбросные свечи обеспечивают рассеивание утечки газа на значительной высоте, и опасности данные утечки газа не представляют. 

Рис. 1. Лазерные детекторы метана, предназначенные для размещения на стационарной опоре или транспорте

Новые методы обнаружения утечек газа

В целях совершенствования методов поиска и выявления утечек газа на сетях газораспределения, в рамках программы апробации новой техники и технологий в области газораспределения и газопотребления ООО «Газпром межрегионгаз» проведена апробация приборов, обеспечивающих принципиально новые методы обнаружения утечек газа. Эти приборы позволяют обнаружить утечку газа с расстояния, без контакта с загазованной средой. Апробацию проходили лазерные детекторы метана и портативная инфракрасная камера (ИК-камера) для обнаружения и визуализации утечек газа.

Принцип работы этих приборов основан на свойстве метана поглощать инфракрасное излучение на определенной длине волны. Излучение фокусируется с помощью оптики на приемнике и преобразуется в понятный человеку вид.

В ИК-камере регистрируется инфракрасное излучение окружающих предметов и преобразуется в картинку на экране камеры. Зоны повышенной концентрации метана на таком изображении выделяются на окружающем фоне. В итоге невидимые невооруженным глазом утечки газа становятся видимыми на экране тепловизора.

В лазерных детекторах метана используется инфракрасный лазерный луч, который, отражаясь от поверхностей за объектом контроля, даёт значительно более сильный сигнал. Прибор принимает отраженный поток излучения и измеряет степень его затухания в спектре поглощения метана. Величина затухания сигнала пересчитывается прибором в плотность метана в слое воздуха на пути лазерного луча. При превышении пороговых величин прибор подает звуковой и световой сигнал. Применение инфракрасного лазера позволяет использовать в приборе более простые детекторы приёма излучения.

В ходе апробации наибольшую чувствительность к утечкам метана с большего расстояния показали лазерные детекторы метана, предназначенные для размещения на стационарной опоре или транспорте. Внешний вид таких приборов приведен на рис. 1.

Применение детекторов утечек газа

Данные приборы дают возможность обнаружить даже маленькие утечки метана с расстояния в несколько десятков метров. Утечка газа объемом 5 л/ч детектировалась с расстояния 40 м. Более крупные утечки газа фиксируются приборами с расстояния до 60 м. Габариты этих приборов не позволяют использовать их в качестве переносных. Их зона применения – это мониторинг утечек газа на площадных объектах, таких как газораспределительные или компрессорные станции, станции приема и хранения сжиженного природного газа.

При размещении газоанализаторов на автомобиле данные приборы могут использоваться для мониторинга утечек газа на фасадных газопроводах, в том числе крышных котельных, на газопроводах, расположенных на мостах и высоких эстакадах, или на газопроводах, расположенных на участках, доступ к которым затруднен или ограничен. Также с помощью приборов возможно осуществлять мониторинг утечек на сбросных свечах. Полезным свойством лазерных детекторов метана является возможность определить загазованность помещения через стекло, что позволяет быстро провести проверку загазованности помещений через окна.

Чувствительность приборов обеспечивает выявление наличия метана в помещении при концентрациях намного меньше нижнего порога распространения пламени, а дальность действия обеспечивает проверку загазованности квартир даже на верхних этажах 9‑этажного дома. Имеется и исполнение приборов для размещения на летательных аппаратах для обследования трассы газопровода с воздуха.

Компактный (переносной) лазерный детектор метана также показал высокую чувствительность к утечкам метана, но со значительно меньшего расстояния. Утечка газа объемом 5 л/ч уверенно детектируется с расстояния 1 м. При увеличении объёма утечки возрастает и расстояние, с которого она обнаруживается. Утечки объемом 15 л/ч фиксируются с помощью прибора с расстояния до 15 м. Эффективная дальность поиска более крупных утечек для этого прибора составляет до 20 м. Следует отметить, что соотношения величины утечки и расстояния её обнаружения не являются постоянной величиной и зависят от условий рассеивания газа. Приведенные результаты получены на фасадном газопроводе при порывистом ветре 6 м/с. В безветренную погоду рассеивание утечки не столь интенсивно, и эффективность выявления утечек повышается.

Рис. 2. Компактный лазерный детектор метана Laser Methane mini

Компактный лазерный детектор метана предназначен для использования в качестве переносного течеискателя. Его внешний вид приведен на рис. 2.

Данный прибор имеет значительно меньшую стоимость по сравнению со стационарными приборами, рассмотренными выше. Дальность его действия позволяет проводить мониторинг утечек газа из надземных газопроводов (например, фасадных), расположенных на небольшой высоте, и выявлять утечки на сбросные свечи. Прибор с высокой эффективностью обнаруживает утечки газа на технических и технологических устройствах, даёт возможность проводить проверку загазованности в колодцах и помещениях, в том числе выявлять загазованность помещения через закрытые окна. Прибор может применяться при технических осмотрах и технических обследованиях подземных газопроводов.

Отличный от используемых в лазерных детекторах метана принцип визуализации утечки накладывает иной подход к поиску утечек газа с помощью ИК-камеры. При поиске утечек газа с помощью ИК-камеры оператор, по сути, производит визуальный осмотр обследуемого газопровода. При этом утечки газа выглядят в объективе камеры как «струйки чёрного дыма». В ходе испытаний прибор показал сопоставимую с компактным лазерным детектором чувствительность к утечкам, но немного большую дальность действия. Внешний вид и индикация утечек представлены на видео.

При этом следует учесть, что с помощью ИК-камеры нельзя определить загазованность помещения, т.к. способ визуализации данного прибора требует наличия зоны с повышенной концентрацией метана на общем фоне. Вместе с тем ИК-камера требует более высокой квалификации работника, а также опыта работы с данным прибором для уверенного и быстрого поиска утечек газа малого объёма.

Прибор позволяет выявлять утечки газа на сбросные свечи, а также проводить мониторинг утечек из надземных газопроводов, технических и технологических устройств.

Применяемые и запланированные к внедрению новые технологии в газораспределении, на основании которых реализована работа современного апробируемого оборудования, позволяют идти газораспределительным организациям в ногу со временем по пути повышения надежности работы объектов газораспределительных систем и совершенствования подходов к их технической эксплуатации.

Источник: Газовая промышленность Спецвыпуск № 3 2019.
Авторы: Д. С. Колобов, ООО «Газпром межрегионгаз» (Санкт-Петербург, РФ),
Д. Е . Рыбкин, ООО «Газпром межрегионгаз».