Possible leakage detection level in transmission pipelines using improved simplified methods

• Autorzy: Ostapkowicz P. , Bratek A.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.3.20

Warianty tytułu

PL

Weryfikacja możliwego poziomu wykrywalności wycieków w zakresie zastosowania zmodyfikowanych uproszczonych metod diagnostycznych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

This paper deals with issues of detecting leaks in liquid transmission pipelines. It presents an overall comparison of three improved simplified methods, i.e. correlation analysis of pressure and flow rate, pressure monitoring and volume balance. Besides the well-known solutions, the authors also propose a detection algorithm with a new process variable structure and with two options of a resulting function. These methods do not require a complicated mathematical model and highly specialist measuring hardware. Their application and maintenance are easy and low cost. The interest of this paper is to determine the leakage detection level, when these methods are used for diagnosing single leakages under steady-state operating pipeline’s conditions. The assessment, carried out on a laboratory water pipeline, was based on two performance indexes, i.e. a magnitude of a minimal leakage, which can be detected and the response time, i.e. time between the moment of beginning (occurrence) of leakage and the moment when it has been detected. The obtained results proved a high efficiency of proposed techniques in detection of leaks.

PL

Artykuł dotyczy zagadnień diagnozowania wycieków z rurociągów przesyłowych cieczy z wykorzystaniem metod, które bazują na pomiarach wewnętrznych parametrów przepływu (zmiennych procesowych), tj.: strumienia i ciśnienia. Artykuł prezentuje porównanie trzech zmodyfikowanych uproszczonych technik, tj.: analizy korelacyjnej sygnałów ciśnienia i przepływu, monitorowania zmian ciśnienia i bilansu strumieni. Oprócz uprzednio znanych rozwiązań autorzy proponują również rozwiązanie algorytmu detekcyjnego o nowej strukturze zmiennych i o dwóch wariantach funkcji wynikowych. Metody nie wymagają zastosowania skomplikowanych modeli rurociągu, cechuje je niski koszt w sensie wymagań dotyczących urządzeń pomiarowych oraz łatwa realizacja i obsługa. Obszarem zainteresowania niniejszego artykułu jest określenie dla proponowanych metod wskaźników jakościowych, w przypadku diagnozowania pojedynczych wycieków w stanach ustalonych. Taka ocena dotyczy w szczególności ustalenia możliwego poziomu wykrywalności wycieku, tj. minimalnej wielkości wycieku, który może być wykryty. Innym określanym parametrem jest tzw. czas odpowiedzi, tj. czas od momentu wystąpienia wycieku do jego wykrycia. Podstawę weryfikacji stanowiły badania eksperymentalne przeprowadzone na stanowisku z modelem fizycznym rurociągu. Uzyskane wyniki potwierdziły wysoką skuteczność proponowanych technik wykrywania wycieków.

Słowa kluczowe

EN

fault detection; pipelines; leak detection methods; leakage detection level

PL

wykrywanie uszkodzeń; rurociągi; metody wykrywania wycieków; poziom wykrywalności wycieków

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 3
• Strony: 469--480
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ostapkowicz P.

• Faculty of Mechanical Engineering Bialystok University of Technology ul. Wiejska 45C, 15-351 Białystok, Poland

autor

Bratek A.

• Industrial Research Institute for Automation and Measurements Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Begovich O, Navarro A, Sanchez E N, Besancon G. Comparison of two detection algorithms for pipeline leaks. Proceedings of 16th IEEE International Conference on Control Applications, 1-3 October 2007. Singapore; 777-782, http://dx.doi.org/10.1109/CCA .2007.4389327
• 2. Billman L, Isermann R. Leak detection methods for pipelines. Automatica 1987; 23: 381-385, http://dx.doi.org/10.1016/0005-1098(87)90011-2
• 3. Brunone B, Ferrante M. Detecting leaks in pressurised pipes by means of transients. Journal of Hydraulic Research 2001; 39(5): 539-547, http://dx.doi.org/10.1080/00221686.2001.9628278
• 4. Colombo A F, Lee P, Karney B W. A selective literature review of transient-based leak detection methods. Journal of Hydroenvironment Research 2009; 2(4): 212-227, http://dx.doi.org/10.1016/j.jher.2009.02.003
• 5. da Silva H V, et al. Leak detection in petroleum pipelines using a fuzzy system. Journal of Petroleum Science and Engineering 2005; 49(3):223-238,. http://dx.doi.org/10.1016/j.petrol.2005.05.004
• 6. Farmer E. System for monitoring pipelines. US Patent 4,796,466, 1989.
• 7. Ge Ch, Wang G, Ye H. Analysis of the smallest detectable leakage flow rate of negative pressure wave-based leak detection systems for liquid pipelines. Computers and Chemical Engineering 2008; 32: 1669-1680, http://dx.doi.org/10.1016/j.compchemeng.2007.08.011
• 8. Gertler J, Romera J, Puig V, Quevedo J. Leak detection and isolation in water distribution networks using principal component analysis and structured residuals. Proceedings of Conference on Control and Fault Tolerant Systems, 6-8 October 2010. France Nice; 191-196, http://dx.doi.org/10.1109/SYSTOL.2010.5676043
• 9. Haghighi A, Covas D, Ramos H. Direct backward transient analysis for leak detection in pressurized pipelines: from theory to real application. Journal of Water Supply: Research and Technology – AQUA 2012; 63(3): 189-200, http://dx.doi.org/10.2166/aqua.2012.032
• 10. Isermann R. Leak detection of pipelines, in.: Fault-Diagnosis Applications: Model-Based Condition Monitoring: Actuators, Drives, Machinery, Plants, Sensors and Fault-tolerant Systems. Berlin: Springer-Verlag, 2011, http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-12767-0_7
• 11. Kowalczuk Z, Gunawickrama K. Detecting and locating leaks in transmission pipelines, in.: Korbicz K J, Koscielny J M, Kowalczuk Z , Cholewa W (Eds.). Fault Diagnosis: Models, Artificial Intelligence, Applications. Berlin: Springer-Verlag, 2004, http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-18615-8_21
• 12. Li Y, Sun L. Leakage detection and d for long range oil pipeline using negative pressure wave technique. Proceedings of 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, May 25-27 2009. China Xi’an; 3220-3224, http://dx.doi.org/10.1109/ICIEA .2009.5138796
• 13. Liou C. Pipeline leak detection based on mass balance. Proceedings of the International Conference on Pipeline Infrastructure II , ASCE , 1993.
• 14. Ostapkowicz P. Improving the efficiency of diagnosing of leaks from liquid transmission pipelines by using the new diagnostic information - the signals of weak interactions between objects. Solid State Phenomena 2009; 147-149: 492-497, http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.147-149.492
• 15. Ostapkowicz P. Leakage detection from liquid transmission pipelines using improved pressure wave technique. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2014; 16(1): 9-16.
• 16. Siebert H, Isermann R. Leckerkennung und Lokalisierung bei Pipelines durch on-line Korrelation mit einen Prozesrechnes. Regelungstechnik 1977; 25: 69-74, http://dx.doi.org/10.1524/auto.1977.25.112.69
• 17. Turkowski M, Bratek A, Slowikowski M. Methods and systems of leak detection in long range pipelines. Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems 2007; 1: 39-46. ISSN 1897-8649
• 18. Verde C, Molina L, Carrera R. Practical issues of leaks diagnosis in pipelines. Proceedings of 18th IFAC World Congress, 28 August - 2 September 2011. Italy Milano; 12337-12342, http://dx.doi.org/10.3182/20110828-6-IT-1002.01688
• 19. Wang X J, Simpson A R, Lambert M F, Vítkovsky J P. Leak detection in pipeline systems using hydraulic methods: a review. Proceedings of the Conference on Hydraulics in Civil Engineering, The Institution of Engineers, 23-30 November 2001. Australia Hobart; 391-400.
• 20. Zhang J. Statistical pipeline leak detection for all operating conditions. Pipeline & Gas Journal 2001; 228(2): 42-45.