Por que há vazamentos nos dutos?
Os vazamentos em dutos são eventos que nunca queremos que aconteçam, mas ainda assim ocorrem regularmente. Para mitigar os efeitos de um vazamento, é vital não apenas escolher o sistema correto de detecção de vazamentos, mas também entender por que os dutos vazam em primeiro lugar.
Vários fatores podem contribuir para um vazamento, sendo alguns mais óbvios do que outros, mas as causas categorizadas de vazamentos em dutos são geralmente listadas como
- Escavação e força externa
- Materiais e equipamentos
- Corrosão externa e interna
- Causas operacionais
- Causas naturais
- Outras causas
Embora um vazamento em duto possa ser resultado de danos internos, são normalmente as forças externas que causam um vazamento em dutos.
A extremidade de um vazamento também depende da configuração do duto e do fluido que ele está transportando. Embora as tubulações de água vazem 200.000 vezes por ano nos EUA e os dutos de líquidos perigosos vazem aproximadamente 300 vezes por ano, o impacto do último é pior. Os vazamentos de óleo precisam ser limpos e os líquidos voláteis representam uma ameaça imediata se formarem uma nuvem de gás inflamável. Basta olhar para os eventos históricos de vazamento para entender as consequências de um vazamento e apreciar a importância de um sistema eficaz de detecção de vazamentos.
Detecção de vazamentos sem um modelo
Em um duto de entrada única e saída única, há muitas maneiras de detectar um vazamento que não exigem a construção, a manutenção e a simulação de um modelo transiente completo.
O Atmos Pipe, um sistema de equilíbrio de volume estatístico, é um exemplo de solução não baseada em modelo que obteve sucesso excepcional como detector de vazamentos. Ele usa o método de tempo de voo e de fricção para localizar vazamentos em um raio de poucos quilômetros.
Nos últimos anos, o Atmos Wave localizou pontos de derivação com uma precisão de alguns metros em dutos de petróleo bruto e de vários produtos onde foram detectados roubos. Ele opera com tecnologia de onda de pressão negativa e amostragem de dados em alta velocidade de sensores de pressão dinâmica.
Mas quando se trata de redes complexas de dutos de gás, um modelo transiente em tempo real (RTTM) é um método eficaz para a detecção de vazamentos.
Introdução à detecção de vazamento de gás com um modelo transiente em tempo real
A compressibilidade de um gás significa que a velocidade do som é menor em um duto de gás do que em um líquido. O gás também tem uma densidade menor e até mesmo uma pequena mudança de pressão pode causar uma grande mudança no fluxo. Mudanças de pressão suficientemente grandes em um duto de gás podem criar uma onda de choque com fluxo estrangulado, o que pode resultar em vazamentos.
Os dutos de gás passam por transientes frequentes - que o capítulo 9 do "The Atmos book of pipeline simulation" discute em mais detalhes, portanto, um detector de vazamento baseado em modelo transiente em tempo real e bem ajustado é uma maneira eficaz de detectar um vazamento em um duto de gás complexo e elimina a necessidade de cães farejadores, barcos e helicópteros, que são lentos e caros.
O que um modelo transiente em tempo real (RTTM) precisa para funcionar?
O ponto forte de um modelo transiente em tempo real é que ele se baseia em uma simulação física precisa para identificar vazamentos com precisão e evitar inundar os operadores de dutos com alarmes falsos. Isso significa que um detector de vazamentos baseado em modelo só funcionará se uma descrição física completa da rede de dutos for incorporada ao modelo. Além disso, os RTTMs precisos exigem que a pressão, a taxa de fluxo e a temperatura ambiente sejam medidas em cada entrada e saída para facilitar as camadas que descrevem o tubo, o isolamento e os arredores.
Figura 2: A instrumentação típica necessária para um detector de vazamento baseado em modelo
Para realizar a detecção de vazamentos eficazmente, um modelo transiente em tempo real só pode monitorar de forma confiável uma determinada região se todas as entradas e saídas de um duto tiverem medições válidas e de boa qualidade da taxa de fluxo e da pressão.
Como funciona um modelo transiente em tempo real (RTTM)?
Para evitar alarmes falsos, as discrepâncias persistentes nas leituras do medidor de vazão podem ser aprendidas gradualmente por um RTTM para que suas leituras corrigidas cheguem a um acordo durante um período estável e sem vazamentos. Qualquer desequilíbrio no fluxo, entrada menos saída, deve causar uma alteração no inventário.
As pressões podem ser convertidas em inventário modelado para comparar com o inventário da última etapa e calcular como ele foi alterado. Quando ocorre um vazamento, a seção do tubo em questão despressuriza. Essa alteração no inventário não é mais responsável pelo desequilíbrio do fluxo medido e uma discrepância é detectável porque o inventário reduzido pela pressão fica abaixo das expectativas.
Usando esse método, os vazamentos podem ser detectados mesmo quando o influxo não excede o fluxo de saída, mas o sucesso desse método depende de um modelo de inventário com redução de pressão trabalhando em paralelo com o RTTM.
O modelo somente de pressão para localização de vazamentos
Assim como o detector de vazamentos, o localizador de vazamentos Atmos SIM usa as mesmas entradas, mas trabalha em seções delimitadas por medidores de pressão. Os localizadores de vazamento são mais sensíveis às flutuações da pressão medida do que um detector de vazamento porque calculam o inventário e a taxa de fluxo em suas seções.
O localizador de vazamentos do Atmos SIM usa um algoritmo que foi bem-sucedido na localização de vazamentos durante transientes hidráulicos em dutos de líquidos e experimentos subsequentes descobriram que uma versão ligeiramente modificada do algoritmo também localiza com precisão vazamentos em dutos de gás.
Figura 3: Um localizador de vazamentos estima onde um vazamento detectado se encontra em um duto
Localize vazamentos com precisão
Da mesma forma que um piloto de avião sobrecarregado com avisos não consegue agir adequadamente com base neles, um operador de duto inundado com alarmes falsos não achará nenhum deles útil.
A localização de vazamentos usando um modelo transiente em tempo real garante estimativas precisas da localização e do tamanho de um vazamento e menos interrupções desnecessárias nas operações de rotina do duto.
Para obter mais informações sobre como o RTTM, juntamente com a simulação de dutos, pode localizar vazamentos eficientemente, leia o capítulo dez do livro da Atmos sobre simulação de dutos.
Referências
1 “The Atmos book of pipeline simulation”
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O Capítulo 11 aborda como o investimento em um modelo de duto físico sólido e subjacente para estudos off-line paga dividendos durante a vida útil de um duto.