הפקולטה להנדסה -
המגמה להנדסה מכנית
בקרת
דליפות בקווי דלק
תקציר
לספר ספר הפרוייקטים
פרוייקט גמר
מאי 2002
מגיש: גיל
ברנשטיין
מנחה:יוסף מורוז
מקום הביצוע: חברת תשתיות נפט ואנרגיה
מרכז
התעשייה הרצליה פיתוח.
תקציר מנהלים
רקע כללי:
חברת
תשתיות נפט ואנרגיה בע"מ (תש"נ) הנה חברה ממשלתית העוסקת בקליטת סוגי
דלק שונים המגיעים מחו"ל או מבתי הזיקוק בארץ,ייצוא דלק לחו"ל, אחסון
דלקים עבור חברות שונות, אחסון דלק אסטרטגי, אספקת דלקים לחב' חשמל ושדות תעופה
וכן שינוע דלקים בצנרת תת קרקעית בכל רחבי הארץ באורך כולל של כאלף ק"מ.
בהתאם לדרישת המשרד
לאיכות הסביבה, נדרשת החברה להתקין מערכת בקרת דליפות על קווי הדלק התת קרקעיים
אשר תזהה דליפות במהירות ותעצור את ההזרמה מיד עם זיהוי הדליפה. מערכת בקרת
הדליפות תהיה מבוססת על בקרת גלוי דליפות
בשני מצבים: האחד - קו בהזרמה והשני - קו מופסק (ללא הזרמה). הזרמות בקווים תת קרקעיים מבוצעות ע"י אגף
התפעול בחברה בהתאם לתוכנת בקרת ההזרמות. בקרת הדליפות מבוססת על מערכת
בקרת ההזרמות ומהווה חלק חשוב בגילוי מוקדם של דליפה והפסקת ההזרמה לאורך הקו
(בקרת ההזרמות מבוצעת מרגע תחילת ההזרמה ועד סיומה).
מצבי
עבודה אפשריים לבקרת דליפות:
1.
בעת
הזרמה יציבה וקבועה (Steady state).
2.
ללא
הזרמה.
בקרת הדליפות לא תתבצע במצב מעבר (Transient) ,כלומר בתחילת הזרמה
(פאזת המעבר מרגע תחילת ההזרמה והפעלת המשאבה עד להתייצבות לחצי הקו ) ובסיום
הזרמה (בפרק הזמן שבין הפסקת הזרמה, כיבוי המשאבה וסגירת המגופים, ועד
להתייצבות הלחצים במצב אי הזרמה).
למרות שאין מערכת בקרת הדליפות פועלת עד
להתייצבות הלחצים לאורך הקו, החל מתחילת ההזרמה מתבצעת השוואת כמויות ע"י
מערכת בקרת ההזרמות.
איסוף
נתוני ההזרמות:
בכדי לממש את בקרת הדליפות על הצנרת קיים הצורך לאסוף את כל
נתוני ההזרמה הנמדדים בשטח לאורך קילומטרים רבים ובמרחק רב מחדר הבקרה הראשי. על
הצנרת בשטח קיימים מכשירי מדידה אשר מעבירים נתונים למחשב זרימה מרכזי אשר ממוקם
בחדר הבקרה בחיפה. במחשב מתקבל מידע של כמויות, צפיפויות, וטמפרטורות בקצוות הקו ולחצים
לאורך הקו, אשר נבדקים בכל הזרמה. המערכת האחראית על איסוף הנתונים נקראת מערכת
בקרת סקדה.
על קצה המזלג-מהי בקרת סקדה?
בקרת
סקדה (SCADA- Supervisory Control And Data
Acquisition ) הנה מערכת ממוחשבת לתקשורת אשר אוספת, מעבדת, ומציגה נתונים אשר
מגיעים ממכשור השדה.
(ראה בעמוד הבא סכימת בקרה כללית של קו אופייני רב מוצרי הנמצא בתהליך
החלפת מוצר)
סכמת הבקרה הכללית של קו אופייני רב מוצרי הנמצא בתהליך החלפת
מוצר:
מקרא:
|
P |
- משדר
לחץ. |
D |
- משדר
צפיפות. |
d |
- יעד. |
|
Q |
- מונה |
PB |
- משדר לחץ
במגוף חוצץ או במשאבת לחץ. |
s |
- מקור. |
|
T |
- משדר
טמפ'. |
|
- מגוף
חוצץ. |
|
|
הערה:
במערכת הבקרה להלן קיימים כפי שמותקנת בחברה
קיימים מדי צפיפות רק בסמוך למונים, כלומר רק בקצוות הקו.
שלושת קווי הדלק לבקרה:
אשדוד -חיפה[1] :בקוטר "10 ובאורך כולל של כ-160
ק"מ.
אלרואי-חגית (תחנת כוח) : בקוטר "8 ובאורך כולל של כ-15 ק"מ.
קו לבן (חיפה-גלילות): בקוטר "6 ובאורך כולל של כ-85 ק"מ.
ניתוח נתוני ההזרמות
דורש הכרה של רשת קווי החברה הפרוסים בארץ ,ההסתעפויות השונות, ואפשרויות ההזרמה
השונות. נתוני ההזרמות עד לא מזמן לא היו נשמרים, רק לאחרונה הותקנה בחברה
מערכת לאגירת נתוני ההזרמות-מערכת ה-IGEM.
חלק לא קטן מן העבודה
היה הכנה הכרחית של המערכת ,על מנת שנתוני משדר כלשהו אכן יישמרו יש צורך להגדירו
בממשק ה-IGEM.
בשל אילוצים הנובעים מבעיות טכניות וכן מבעית מחסור בנתונים (לא בוצעו הזרמות
בקונפיגורציות ספציפיות) לא בוצעו ניתוחי נתונים עבור קונפיגורציות מסוימות.
מטרת הפרויקט:
1. הצגת הנתונים וניתוח הפרמטרים הקובעים.
2.
בניית מודל אמפירי לקביעת הפרמטרים הקובעים וערכים קריטיים בתנאי
הזרמה שונים.
3.
בניית מודל חישובי אשר יתבסס על נתונים אמפיריים
וייתן הערכה לגבי פרמטרים שונים לאורך הקו.
4. המלצות לגבי שימוש במודלים (האמפירי והחישובי).
השלמת מטרות אלו תאפשר
למערכת בקרת הדליפות המותקנת על קווי הדלק להיות
אמינה ובעלת היכולת לזהות דליפות ללא
התערבות המפעיל בזמן קצר.
מהות הפרויקט:
מהותו
של הפרוייקט הנה שיפור אופן פעולת מערכת בקרת הדליפות כפי שהיא פועלת כיום
בחברת תש"נ. על מנת לחדד את הנקודות בהן תוצאות פרויקט זה ישפר את ביצועי
המערכת יש להבין כיצד מתבצעת בקרת הדליפות כיום.
עקרון
ביצוע הבקרה בהזרמה:
כיום הבקרה מתבצעת
ע"י השוואת קריאות מונים מנורמלות
ל-15ºc בשני קצוות הקו (מקור ויעד).
עקרון
ביצוע הבקרה ללא הזרמה:
בחוסר הזרמה בקרת הדליפות מתבצעת ע"י קריאת מדידות לחץ לאורך הקו כאשר הקו
"נעול" משני צדדיו ע"י מגופים, הבדיקה אשר נערכת היא השוואת קריאות
כפונקציה של הזמן.
תוצרי העבודה המעשית:
1.
הגדרת ערכים אופייניים תקינים עבור משדרי הלחץ לאורך
הקווים בקונפיגורציות שונות של הזרמה/חוסר הזרמה.
2.
קביעת
זמנים להתייצבות הקווים בהתחלת/הפסקת הזרמה.
3. בדיקה
ואישוש הנתונים האמפיריים למודל מתמטי חישובי אשר נבנה על סמך התיאורית של זרימה
בצינורות.
4.
בניית מודל חישובי המתבסס על נתונים אמפיריים לצורך
הערכת פילוג הטמפרטורה של המוצרים השונים לאורך הקווים.
5.
יצירת בסיס דוחות במערכת ה-IGEM לצורך בניית מאגר הנתונים.
מסקנות עיקריות:
1.
זמן
התייצבות הקווים בתחילת/סוף הזרמה הנו פונקציה של הספיקה,קוטר הקו ואורכו, ככל
שאחד מפרמטרים אלו גדל כך מתארך פרק הזמן עד להשגת יציבות.
2.
בזמן
עבודה עם מערכת ה-IGEM
התגלו מס' משדרי לחץ אשר יצאו מכיול, הנתונים הועברו לאחראי המכשור בחברה לצורך
טיפול.
3.
בזמן
בדיקת הפרשי קריאות מונים בין מקור ליעד התגלו בעיות תקשורת בהעברת הנתונים ממכשור
השדה למערכת ה-IGEM,
עובדה אשר גרמה לסטיות לא הגיוניות בין קריאות המונים אשר לא קרו בפועל, המערכת
הועברה לבדיקת אנשי המכשור בחברה.
4. שינוי
צפיפות הזורם גורם לשינוי בלחצי היניקה/סניקה של המשאבות וכן לשינוי הפרופיל
ההידראולי לאורך הקו.
5.
בתהליך הפסקת הזרמה כפי שמתבצע כיום בחברה נוצר מצב
בו הקווים אינם מלאים לחלוטין בסוף ההזרמה עובדה המשפיעה על פרופיל הלחצים המתקבל
במצב ללא הזרמה.
6.
שינוי
לחץ במצב של חוסר הזרמה כפונקציה של טמפרטורה במשך יממה נע בסביבות 2[bar]±
(כאשר קיימת גם השפעה של התרוקנות הקו אשר לא ניתנת לחישוב).
7. מערכת ה-IGEM אשר אינה מערכת ייעודית
לצורך בקרת דליפות הנה מערכת בעלת חסרונות רבים. אחד מחסרונותיה העיקריים הוא שיש
בה שני מצבים בה פשוט לא מתקבלות קריאות (אין נתונים על המסך) האחד כאשר לא מתקבלות קריאות בשל תקלה בתקשורת
והשני כאשר לא חל שינוי במשך זמן רב בין הקריאות. לא ניתן לדעת מהי הסיבה האמיתית
מבין הסיבות הנ"ל אשר גורמות לאי הופעת הנתונים.
8.
לקווים
הישנים (חיפה-בילו אשר הינו חלק מקו אשדוד חיפה "10 וקו לבן "6 ) אין
תיעוד הנדסי מסודר ,עקב זאת חלק מנתוני הגבהים אשר השתמשתי בהם לאורך הפרוייקט
נלקחו מנקודות סמוכות אשר לגביהן כן יש תיעוד ,וממקורות אחרים. יש להתייחס לאמינות
גבהים אלו ולדיוקם בעירבון מוגבל.
9.
ניתן להבחין בהבדלים בין הזרמות מוצרים שונים,עם
שינוי חלה עליה/ירידה בלחצים לאורך הקו בהתאם לצפיפות.
10. סטייה בין מודל מתמטי לתוצאות
אמפיריות נגרמת בשל:
·
אי דיוק גבהים ומרחקים בנקודות מדידת הלחצים.
·
הקושי בקביעת גבול המגע בין המוצרים השונים.
·
אי התחשבותו של המודל בשינויי טמפרטורה לאורך הקו.
11. המודל
המתמטי אשר פותח במסגרת הפרוייקט יכול לתת תמונה כללית לגבי הפרופיל ההידראולי
הצפוי להתקבל בזמן הזרמה אך איננו יכול לשמש לצורך קביעת טווחי הלחצים המותרים
בקונפיגורציות ההזרמה השונות.
12. טמפרטורת המוצרים בהגיעם ליעד
איננה נמוכה מטמפרטורת הסביבה.
המלצות:
המלצות לשיפור המערכת:
1.
יש
לערוך כיוון טווח ערכי לחצים תקין במערכת בהתאם למודל האמפירי.
2.
לאחר
קביעת טווח הלחצים התקין יש לשקול לבצע דימוי דליפה על מנת לבדוק את רגישות
המערכת.
3.
יש
לערוך מדידות של הגבהים והמרחקים הבעייתיים לאורך הקווים הישנים (קו לבן וקו
אשדוד-חיפה).
4.
יש
לערוך כיול תקופתי עבור מכשור המדידה בהתאם לנדרש על פי הוראות היצרן ובדגש על
משדרי הלחץ.
5.
יש
לפתור את בעיית ההבדל בזמני מדידת נתונים לאורך הקווים בדגש על קריאות המונים (מדידת הפרמטרים השונים איננה נשמרת באותו זמן).
6.
יש
להוסיף משדר לחץ בגלילות לקונפיגורצית ההזרמה בקו אשדוד חיפה ללא שימוש במשאבת
דחף.
7.
יש
לנסות לשמור על הקו במצב מלא (Fully-packed) בעת סיום הזרמה.
8.
יש
להכין רשימת הזרמות מפורטת על מנת להקל על השימוש במערכת ה-IGEM (פרטים בפרק המלצות).
המלצות להמשך ניתוח נתונים:
1.
יש
לערוך שנית ניתוח נתונים בקו אשדוד-חיפה לכשיתקבלו קריאות לכל אורך הקו.
2. יש להרחיב
ולבצע ניתוחי נתונים על קונפיגורציות נוספות אשר לא נכללו בפרויקט זה כולל קווי
דלק נוספים.
3. יש לחזור
ולאמת את ניתוחי הנתונים במקומות בהם התגלו משדרי לחץ לא מכוילים.
4.
לאחר
אימות נתוני הגבהים (במידה ויתבצע ע"י אנשי חברת תש"נ) יש לשקול הכנסת
שינויי טמפרטורה לחישובי המודל המתמטי, ולבדוק האם דיוק המודל גדל בהשוואה לערכים
האמפיריים.