Oleodotti - PCC Group

GROUND PROBING RADAR - UTILITY MAPPING AND DETECTION - CARGO INSPECTION - CIVIL ENGINEERING - GEOLOGY AND
ENVIRONMENT - CHEMICAL ANALYSIS - ARCHEOLOGY & CULTURAL HERITAGE - LOSS CONTROL - DRAFT / OBQ / ROB / BUNKER
SURVEY – EDP SERVICES – LOSSES DETECTING RADAR SYSTEM – INDUSTRIAL GEORADAR APPLICATION – INDUSTRIAL
SYSTEMS AND TECNOLOGY – CUSTOMER SERVICE - RESEARCH AND DEVELOPMENT
PCC Group S.r.l.
95129 Catania – Via Perugia, 10 - Italy
Partita IVA 04336700879 REA CT 288678
RAPPORTO TECNICO
Prospezione Ground Probing Radar
Raffineria
(XX)
Committente : xxxxxxxxxxx.
Prot. N°
Rev.
Data
Indagine
Data
Emissione
12345/00
1
01.01.1900
01.01.1900
Redazione
(RC)
Verifica
(RSQ)
Approvazione
(DT)
Pag.
16
SOMMARIO
In questo documento sono contenuti i risultati di una prospezione
GPR (Ground Probing Radar) condotta col sistema RIS, di
fabbricazione IDS Ingegneria dei Sistemi (Italy) nella raffineria
petrolifera XXXXXxxxxxxx (XX) nelle seguenti zone:
•
lungo un oleodotto sulla strada parallela al litorale
•
lungo un raccordo perpendicolare alla suddetta strada nei
pressi della torcia.
Lo scopo della prospezione è stato quello di verificare la presenza
di possibili perdite dell’oleodotto nei due tratti investigati.
CONCLUSIONI:
L’oleodotto interessato è stato chiaramente individuato lungo
tutto il suo tragitto, dove è stato possibile realizzare la copertura
delle aree richieste.
Sono state individuate almeno 2-3 zone di possibile perdita di
idrocarburi in prossimità dell’incrocio tra la via litoranea
interna alla raffineria e il raccordo sotto la torcia.
Evoluzione del documento
Revisione
Data
Rev. 1.0
Motivazione della Modifica
Prima Edizione
Registrazione Modifiche al Documento
RNC
Riferimenti
Descrizione modifiche
2
INDICE
1. Introduzione ....................................................................................................................4
1.1 Scopo..........................................................................................................................4
1.1.1 Indagine Lungo l’oleodotto .................................................................................4
1.1.2 Indagine nel raccordo sotto la torcia....................................................................5
1.2 Strumentazione Utilizzata per l’indagine...............................................................6
1.2.1 Sistema di Controllo ............................................................................................6
1.2.2 Sensori Antenna...................................................................................................7
2. risultati della prospezione ...............................................................................................8
2.1 Indagine Lungo l’Oleodotto ....................................................................................8
2.2 Indagine Lungo il raccordo ...................................................................................10
3. I principi delle prospezioni georadar............................................................................13
3.1 Cenni alla Teoria del georadar..............................................................................13
3.1.1 La rappresentazione dei dati radar: aspetti operativi .........................................14
INDICE DELLE FIGURE
FIG. 1-1 – PLANIMETRIA DELLA ZONA INDAGATA COL RADAR ....................... 4
FIG. 1-2 – PUNTO DI RIFERIMENTO PER LA PARTENZA (SX) E FOTO
DEL SITO (DX)................................................................................................ 4
FIG. 1-3 – ZONA DEL RACCORDO................................................................................ 5
FIG. 1-4 – DAD DIGITAL ANTENNA DRIVER ................................................................ 6
FIG. 1-5 – PORTATILE DEDICATO ALLA GESTIONE DEL DATO RADAR............ 6
FIG. 1-6 – ANTENNA TR SMA UTILIZZATA PER LA PROSPEZIONE RADAR...... 7
FIG. 2-1 – SEZIONE TRASVERSALE DELL’OLEODOTTO ........................................ 8
FIG. 2-2 – MAPPE DI PENETRAZIONE E ATTENUAZIONE DEL SEGNALE .......... 8
FIG. 2-3 – MAPPE TOMOGRAFICHE DI UN TRATTO DELLA LITORANEA .......... 9
FIG. 2-4 – CARTOGRAFIA CAD DELLA ZONA DEL RACCORDO......................... 10
FIG. 2-5 – SEZIONE RADAR TRASVERSALE (SX) E MAPPA
TOMOGRAFICA (DX) IN CORRISPONDENZA DEL RACCORDO......... 10
FIG. 2-6 – MAPPA DI PENETRAZIONE DEL SEGNALE LUNGO IL RACCORDO 11
FIG. 2-7 – MAPPA TOMOGRAFICA 2D DEL RACCORDO....................................... 11
FIG. 2-8 – MAPPA DI SATURAZIONE 3D ................................................................... 12
FIG. 3-1 - ESEMPIO DI SEZIONE RADAR................................................................... 14
FIG. 3-2 - ESEMPIO DI ARRAY DI ANTENNE A CONFRONTO CON ANTENNA
SINGOLA ........................................................................................................ 15
FIG. 3-3 - ESEMPIO DI SEZIONE RADAR MULTIPLA ............................................. 15
FIG. 3-4 - PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL GEORADAR ............................. 16
3
1. INTRODUZIONE
1.1 Scopo
Questo documento contiene i risultati di una prospezione GPR (Ground Probing Radar) condotta col
sistema RIS, nella raffineria XXXXXXXXxx (XX) nelle seguenti zone:
•
lungo un oleodotto sulla strada parallela al litorale.
•
lungo un raccordo perpendicolare alla suddetta strada nei pressi della torcia.
Area indagata
lungo il raccordo
Fig. 1-1 – Planimetria della zona indagata col radar
Area indagata
lungo l’oleodotto
1.1.1 Indagine Lungo l’oleodotto
Lo scopo della prospezione è stato quello di verificare la presenza di possibili perdite dell’oleodotto. Con
questo obiettivo, è stata indagata, col sistema Radar RIS, una zona lungo la conduttura (per un’estensione
di circa 950m lineari), nella quale i tecnici ritenevano essere ubicata la perdita:
Fig. 1-2 è riportato il punto di riferimento (antincendio 272), rispetto al quale è stato collocato il punto di
partenza dell’indagine, ad una distanza di 5,40m.
Fig. 1-2 – Punto di riferimento per la partenza (sinistra) e foto del sito (destra)
4
Lungo la strada litoranea sono state realizzate scansioni longitudinali, parallele alla direzione del tubo,
distanziate 1m l’una dall’altra, per un totale di 4 scansioni, che hanno coperto la lunghezza complessiva
del tratto stradale (circa 950m). Queste scansioni hanno lo scopo principale di individuare zone a diverso
contenuto dielettrico nel terreno, attraverso la visualizzazione di mappe topografiche.
A seguire sono state realizzate scansioni trasversali, perpendicolari all’asse stradale, distanziate l’una
dall’altra di circa 80-100m. Queste scansioni sono state effettuate allo scopo di definire la posizione
dell’oleodotto lungo il suo percorso.
La copertura radar è stata realizzata con l’obiettivo di identificare il contrasto dielettrico tra terreni saturi
e terreni anidri. Infatti i terreni saturi in acqua hanno un forte capacità di attenuazione della propagazione
del segnale elettromagnetico in profondità ciò non accade in presenza di terreni con contenuto naturale di
acqua. In questa ottica la prospezione radar è stata finalizzata nella ricerca di zone a contatto, con diversa
capacità di attenuazione del segnale elettromagnetico.
1.1.2 Indagine nel raccordo sotto la torcia
L’indagine è stata effettuata all’interno di un tratto principalmente asfaltato e in parte in area denominata
“pericolosa” all’interno delle catenelle di recinzione. In questo caso la finalità della prospezione è stata
simile alla precedente con la necessità di individuare un’area di possibile perdita di greggio. Nella foto la
zona indagata (ved. Fig. 1-3). A causa degli ostacoli posti sul tratto di strada interessato (recinzioni per
cantieri di lavoro e accumuli di materiale) non è stato possibile coprire totalmente l’area, per cui è stata
realizzata una serie di scansioni parallele all’asse strada a distanza di 1m l’una dall’altra per un tratto di
circa 50m, e alcune scansioni trasversali di varia lunghezza a seconda dello spazio libero a disposizione.
Fig. 1-3 – Zona del raccordo
5
1.2 Strumentazione utilizzata per l’indagine
La prospezione radar è stata effettuata utilizzando il sistema RIS fabbricato da IDS Ingegneria dei Sistemi
S.p.A. (Italia) composto da:
•
Sistema di Controllo radar
•
Sensori Antenna
1.2.1 Sistema di Controllo
Il sistema di controllo del radar è composto da
•
Unita di Controllo Radar DAD (Digital Antenna Driver)
Preposta a generare gli impulsi di controllo delle antenne, le caratteristiche tecniche della DAD
sono le seguenti:
o Scan Rate: up to 850 Scans/rate
o Range: up to 9999 nsec.
o Sample size:16bit
o Number of sample per scan: 128-4096
o Maximum number of channels: 4ch
o Lan ,Battery
Fig. 1-4 – DAD Digital Antenna Driver
•
PC Portatile
Dedicato al controllo ed al salvataggio del dato radar tramite il software K2 preposto alla
gestione delle informazioni radar
Fig. 1-5 – Portatile dedicato alla gestione del dato radar
6
1.2.2 Sensori Antenna
Il sensore antenna utilizzato per la prospezione è costituito da:
•
Antenna TR SMA
Costituita da N.4 sensori radar costituiti da antenne a 200MHz e 600MHz, dedicate alle indagini
di superficie ed idonee alla valutazione della presenza di sottoservizi e per la valutazione delle
condizione saturazione del terreno.
Fig. 1-6 – Antenna TR SMA utilizzata per la prospezione radar
7
2. RISULTATI DELLA PROSPEZIONE
Di seguito vengono descritti i risultati della prospezione Radar suddiviso in funzione del sito indagato.
2.1 Indagine Lungo l’Oleodotto
L’attività di prospezione radar, come già descritto nei paragrafi precedenti è stata condotta con l’obiettivo
di confinare un’area, lungo lo sviluppo dell’oleodotto (diametro 40”), all’interno della quale è possibile
identificare la perdita del tubo. Dalle scansioni trasversali (vedi sezione di Fig. 2-1) si individua
chiaramente la sezione del tubo interessato, rappresentato dalla caratteristica iperbole, posto ad una
profondità di 2m. Nell’allegato in formato CAD è possibile seguire il tragitto dei tubi identificati in 3D,
mostrato in parallelo alla cartografia della raffineria.
Oleodotto
Fig. 2-1 – Sezione trasversale dell’oleodotto
Dalla mappa di attenuazione della potenza del segnale si individua una zona diffusa ad attenuazione
elevata (aree in rosso), superiore a 50dB/m, indice di un’area in cui il segnale è limitato in penetrazione a
causa di possibile presenza di sacche sature all’interno del terreno. Quest’area è compresa tra le
progressive X=600m e X=650m, ossia in corrispondenza del raccordo alla strada litoranea (Fig. 2-2).
Fig. 2-2 – Mappe di penetrazione e attenuazione del segnale
8
Questa osservazione trova conferma anche dall’analisi delle mappe topografiche, che mostrano, in
particolar modo tra i 610m e i 635m un’area di basso contrasto dielettrico fino ad una profondità di oltre
2m (si notino le aree di colore predominante blu in Fig. 2-3).
Fig. 2-3 – Mappe tomografiche di un tratto della litoranea
E’ quindi plausibile in tutta questa area una possibile presenza di terreni saturi. Vista anche la presenza di
tubi antincendio nella zona, oltre che oleodotti di varie dimensioni, se ne deduce che detta area possa
rappresentare una zona interessata da perdite di greggio e/o acqua.
9
2.2 Indagine Lungo il raccordo
Percorso
dell’oleodotto
Direzione
dei profili
longitudinali
Direzione
dei profili
trasversali
Punto di
origine del
sistema T-L
Fig. 2-4 – Cartografia CAD della zona del raccordo
I tecnici ci hanno informati che l’oleodotto in questione avrebbe una deviazione in corrispondenza del
raccordo in un punto non ben identificato e che detto oleodotto avrebbe un diametro di 24” (minore
rispetto ai 40” dell’oleodotto lungo la litoranea). Obiettivo è stato quello di individuare tale connessione e
localizzare eventuali perdite di greggio. Dall’analisi delle sezioni radar si individua chiaramente una
grossa tubazione, indicata con la crocetta blu in corrispondenza del top dell’iperbole mostrata in Fig. 2-5,
correlabile all’oleodotto principale grazie alla stessa profondità e alla posizione (circa 1m oltre il punto di
origine, come indicato dalla line tratteggiata rossa in Fig. 2-4). La posizione è confermata dall’analisi
della mappa tomografica di Fig. 2-5, dove si può notare una zona ad alto contrasto dielettrico ad una
profondità di circa 2m e ad una distanza di circa 1m dal punto di origine.
Detezione
dell’oleodotto
Fig. 2-5 – Sezione radar trasversale (sinistra) e mappa tomografica (destra) in corrispondenza del raccordo
10
L’analisi della mappa di penetrazione del segnale mostra come esistano due zone ben distinte con la
profondità a diversa penetrazione del segnale e le zone più attenuanti potrebbero essere dovute alla
presenza di sacche di idrocarburi. Infatti tutta la zona potrebbe essere inquinata, quindi le aree fresche non
si noterebbero facilmente; inoltre la vicinanza del mare potrebbe causare la presenza di cunei salini. Il
salto di penetrazione mostrato in Fig. 2-6, ci dice che vi è una zona (blu) a maggiore penetrazione ed una
zona (verde) a minore penetrazione, riconducibile alla presenza di idrocarburi liberi nel terreno.
Salto di
penetrazione
Fig. 2-6 – Mappa di penetrazione del segnale lungo il raccordo
L’analisi delle mappe tomografiche (Fig. 2-7) conferma quanto suddetto individuando due zone
rappresentate col colore rosso a partire da una profondità minima di 1.6m fino a oltre i 2.2m. Tali zone
potrebbero essere riconducibili a zone sature di idrocarburi.
Fig. 2-7 – Mappa tomografica 2D del raccordo
11
Infine è stata realizzata una rappresentazione tridimensionale della mappa di saturazione, al fine di
definire meglio le zone interessate da questo fenomeno.
Le zone di anomalia sono chiaramente mostrate in Fig. 2-8, dove si notano distintamente due aree
circoscritte in rosso, che rappresenterebbero il tetto delle zone di saturazione.
L’immagine rappresenta una visione 3D delle sezioni longitudinali sogliate ad alta energia La profondità
infatti coincide con la soglia dei 2m circa e si estende oltre i 3m.
Zone di
saturazione
Fig. 2-8 – Mappa di saturazione 3D
12
3. I PRINCIPI DELLE PROSPEZIONI GEORADAR
La prospezione georadar (Ground Probing Radar o G.P.R.), è una metodologia di indagine del
sottosuolo, che permette l’acquisizione di informazioni e di facile interpretazione all’interno del mezzo
indagato. Caratteristiche distintive dell’utilizzo di tale metodologia di indagine geofisica sono:
•
economia dei costi,
•
velocità di esecuzione,
•
tipologia di indagine non distruttiva e non invasiva,
•
restituzione di dati di facile interpretazione.
Il georadar è sostanzialmente costituito da un’apparecchiatura ricetrasmittente in grado di inviare impulsi
multifrequenza nel sottosuolo e di ricevere le riflessioni generate dalla da ciò che li circonda.
3.1 Cenni alla Teoria del georadar
Tutti i mezzi reali assorbono le onde elettromagnetiche in misura dipendente dalle loro caratteristiche
elettriche. Un mezzo omogeneo parzialmente conduttore è definito da un punto di vista elettrico da una
coppia di valori:
•
costante dielettrica relativa (er)
•
conduttività
Il sottosuolo è costituito da un mezzo eterogeneo le cui caratteristiche dielettriche sono determinanti per
la individuazione di segnali ben definiti ed interpretabili.
L’onda elettromagnetica generata dal radar viene emessa nel sottosuolo mediante un trasmettitore (TX)
presente all’interno dell’antenna. Quando le onde elettromagnetiche incontrano una discontinuità fisica,
parte dell’energia incidente viene riflessa, generando un impulso di forma simile a quello trasmesso ma
attenuato e distorto in fase e frequenza, che viene raccolto da un ricevitore (RX).
La forma dell’impulso trasmesso è opportunamente calibrata in modo da ottenere una distribuzione
spettrale di tipo gaussiano con il valore centrale che rappresenta la frequenza caratteristica, o frequenza
centrale dell’antenna, la quale corrisponde alla frequenza dominante dell’impulso. La frequenza centrale
dell’antenna determina le caratteristiche di risoluzione e di massima profondità di esplorazione ottenibile.
Le antenne possono operare in tre modi principali:
•
disposizione monostatica;
•
disposizione bistatica;
•
disposizione cross-polare.
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Con la disposizione monostatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) sono assemblati in un’unica
struttura, permettendo di ottenere informazioni in tutta l’area indagata e di determinare la profondità di
bersagli. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni superficiali quali servizi e reperti
archeologici con antenne a frequenza medio-alta (500-1000 MHz).
Con la disposizione bistatica, trasmettitore (TX) e ricevitore (RX) sono separati e messi ad una certa
distanza l’uno dall’altro. Il vantaggio consiste in una risposta più dettagliata nelle zone più profonde,
mentre lo svantaggio consiste nell’assenza di risposta in una porzione di terreno d funzione della distanza
reciproca dei due componenti. Tale disposizione è consigliata per ottenere informazioni da zone profonde
ed è generalmente impiegata con antenne a frequenza medio-bassa (80-300 MHz) e finalità geologiche.
Con la disposizione cross-polare, trasmettitore e ricevitore sono ortogonali tra loro. Tale disposizione
risulta particolarmente utile nel riconoscimento di bersagli inclinati obliqui rispetto alla direzione di
trascinamento delle antenne ed inoltre per particolari applicazioni scientifiche in genere.
3.1.1 La rappresentazione dei dati radar: aspetti operativi
Dal punto di vista operativo l’acquisizione dati è effettuata spostando su di una linea retta una o più
antenne (adagiate sul terreno) realizzando quella che prende il nome di “scansione”.
Durante la scansione vengono collezionate una serie di riflessioni da punti adiacenti (tipicamente uno
ogni 2 o 3 cm), le quali costituiscono l’immagine della sezione radar; in presenza di un oggetto sepolto
(p.e. un tubo) si ottiene una immagine radar con una caratteristica forma iperbolica (vedi Fig. 3-1).
Per riconoscere il tipo di bersaglio, ovvero per verificare se esso è un bersaglio:
• concentrato (p.e. un trovante),
• lineare (p.e. un servizio),
• distribuito (p.e. uno strato),
si ricorre a più scansioni parallele.
Fig. 3-1 - Esempio di sezione radar
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Esistono infine sistemi radar, dotati di array di antenne, che consentono di effettuare, con una unica
scansione, l’acquisizione di più sezioni. Un esempio di array di 4 antenne è illustrato in Fig. 3-2; con una
unica scansione sono in genere acquisite fino a 8 sezioni radar:
• 4 monostatiche (trasmette e riceve la stessa antenna)
• 2 bistatiche (trasmette una antenna e riceve quella adiacente)
• 2 cross-polari (trasmette una antenna copolare e riceve quella disposta in posizione ortogonale)
Fig. 3-2 - Esempio di array di antenne a confronto con antenna singola
In Fig. 3-3 è mostrato l’esempio di una acquisizione simultanea di più sezioni con un array di antenne.
Fig. 3-3 - Esempio di sezione radar multipla
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Le sezioni radar rappresentano i risultati delle indagini georadar. L’asse orizzontale riproduce la direzione
di avanzamento dell’antenna, mentre l’asse verticale rappresenta la direzione di penetrazione degli
impulsi. Tale distanza è espressa sotto forma di ritardo tra l’impulso emesso e quello riflesso ed è quindi
pari a due volte la distanza antenna-bersaglio. Il valore del ritardo viene convertito in valore metrico
tramite la conoscenza della velocità di propagazione del segnale nel mezzo. La visualizzazione radar di
un bersaglio presente nel sottosuolo è mostrata in Fig. 3-4
L’oggetto
L’oggettosepolto
sepoltoviene
viene‘visto’
‘visto’dal
dalgeoradar
georadarin
inmodo
mododeformato
deformato
x-N x-1 x0 x1 xN x
x-NTrasmettitore x0
x
Ricevitore N
Monitor
Antenna
d-N
moto
antenna
d0
d-1
d0
dN
d1
dN
d-N
oggetto sepolto
Acquisizione
Generazione
iperbole
Mappa radar
Fig. 3-4 - Principio di funzionamento del georadar
I radar con array di antenne, fornendo una visione tridimensionale del sottosuolo, consentono una
rappresentazione tomografica (tomografia) dei dati radar, ossia una visione planimetrica del sottosuolo
per fasce di profondità. La qualità delle immagini ottenute può essere migliorata mediante opportune
elaborazioni sia analogiche che digitali; il livello minimo di elaborazione necessario per la
visualizzazione ed interpretazione dei dati radar è costituito da:
• filtraggi verticali (almeno passa alto).
• filtraggi orizzontali (almeno passa alto).
• guadagno variabile in funzione della profondità.
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