Condition monitoring tool for separators based on combined use of tracer technology and multiphase flow modeling

Alle snakker om digitalisering, men hvordan skal man egentlig digitalisere et prosess-system? Dette forskningsprosjektet har utviklet tilstandsmåling for et prosess-anlegg ved hjelp av en kombinasjon av målinger og matematiske beregninger. Teknologien er utviklet for gass-væske separatorer (gass-scrubbere), men er anvendbar langt utover denne prosess-komponenten. Gass-scrubbere er designet for å fjerne små mengder vann og kondensat (lett olje) fra store volum med gass. Volumforskjellene gjør det svært utfordrende å måle effektivitet av separasjonen med tradisjonelle løsninger. Teknologien som er utviklet i prosjektet gjør det mulig å automatisere en måling av prosess-tilstand og vil kunne være et viktig verktøy for beslutningsstøtte i kontrollrom og drift. Neste skritt vil være å utvikle prediktive metoder, en slags «værvarsling for kontrollrommet», som kan forutsi tilstand fremover i tid. I ytterste konsekvens kan teknologien, koblet sammen med maskinlæring og kunstig intelligens, muliggjøre autonome prosessanlegg som styrer og drifter seg selv. Teknologien består av to hovedkomponenter: 1) Målinger utføres med kortlivede radioaktive sporingsstoffer (tracere) som produseres lokalt av en RTG-enhet (Radiotracer generator) og automatisk injiseres i en flerfasestrøm oppstrøms en prosess-enhet. Det radioaktive signalet måles oppstrøms og nedstrøms enheten. Fordelen med bruk av kortlivede radioaktive sporingsstoffer er at radioaktiviteten blir borte etter endt måling og man unngår tilstedeværelse av radioaktivitet nedstrøms i prosessanlegget. Prosjektet har utviklet en prototype på en RTG enhet som produserer isotoper som deretter gjøres vann-heftende eller olje-heftende etter behov. 2) Signalet tolkes deretter av en simulator basert på matematiske flerfasemodeller som gir en kvalitativ måling av tilstanden i prosessenheten. Det er utviklet en egen simulator til dette formålet som er testet mot detaljerte laboratoriemålinger. Teknologien er utviklet og testet opp til laboratorieskala i prosjektet og deretter testet, men ikke demonstrert, i full skala på et større land-anlegg i Norge. Prosjektet har også inkludert fundamentale vitenskapelige publikasjoner på annulær strømning av gass og væske og har utviklet kraftig forbedrede teknikker for målinger av meget tynne væskefilmer.

A condition monitoring tool for measuring liquid carry-over from separators and scrubbers will be developed and tested. Controlling liquid carry over is essential for operation of equipment downstream of separators and scrubbers as, for example, compresso rs, are intolerant to large amount of liquids. Any liquid carried over has the potential to cause scale problems in process equipment causing decreased system performance and ultimately failure. Further, in gas transport lines following subsea separation, hydrate formation is a concern, requiring reliable methods for monitoring separator performance. The proposed condition monitoring tool is based on the combined use of tracer technology and modeling of low liquid load multiphase flow. The tracing techni ques are focused on the use of short-lived radiotracers for water and oil provided by the method of radiotracer generators. The modeling of low liquid load multiphase flow will be developed concurrently with multiphase flow experiments at the IFE Well Flo w Loop, which will generate input parameters to the model. New experimental advances in X-ray tomography of thin films are an important task in the project. The project's main delivery is a condition monitoring tool, enabling more accurate evaluation of l iquid carry-over. However, the condition monitoring tool itself is just a part of the deliveries from this project. A new prescription for describing the entrainment process in high density, low liquid load systems contributes to the fundamental understa nding of multiphase flow, and may have implications for process equipment design. Automated radiotracer generators for short-lived radiotracers may be used to monitor industrial processes involving fluid flow not only in the petrochemical industry, but al so generally in the process industry. Additionally, recruitment to the petroleum industry is an integrated part of the project through education of PhD and MSc Students and employment of a Post-Doctoral Fellow.