PredictCUI: Prediction of water liquid and vapour migration for mitigating corrosion under insulation

Isolerte rør finnes overalt der varm gass eller væske skal flyttes fra et sted til et annet, om det er varmtvannet i huset der du bor eller store damprør på industrianlegg. Isolasjonen, som ligger som en varm ullgenser rundt røret, hjelper til med å redusere varmetap, kostnader og utslipp. Når isolerte rør står utendørs, trenger de en regnjakke akkurat som oss mennesker, laget av et tynt lag med metall som kalles kledning. Men hvis det blir hull på denne regnjakken er konsekvensene mye verre enn en våt skulder. Hvis kledningen på et isolert rør blir skadet, kan vannet som lekker inn forårsake et alvorlig problem som på engelsk heter corrosion under insulation (CUI). CUI er rett og slett rustskader på det isolerte røret. I verste fall kan CUI føre til store ulykker dersom det oppstår skade på rør som frakter brennbare eller eksplosive fluider. Å unngå CUI er en så viktig utfordring i kjemi- og petroleumsindustrien at det brukes mer enn 1 milliard kroner per år bare i Norge på CUI-vedlikehold. En av grunnene til den store kostnaden er at operatørene ikke kan forutsi hvor CUI har skjedd, så hundrevis av kilometer med isolerte rør må manuelt inspiseres regelmessig. Prosjektet PredictCUI vil muliggjøre utvikling av et overvåkningssystem for fuktighet, ved å lukke viktige kunnskapshull i vår forståelse av fukttransport i rørisolasjon. Det er fordi man gjennom å måle fuktigheten kan finne fram til hvor det har kommet inn vann, og ta grep tidlig. Ved å kombinere den nye kunnskapen man vil få fra teoretisk arbeid og laboratorieforsøk, med erfaringen og datamodellene som vil utvikles i PredictCUI, vil vi kunne ta en sensorbasert CUI-overvåkningsløsning ett steg nærmere virkeligheten. PredictCUI er et flerfaglig forskningssamarbeid mellom SINTEF, NTNU og TU Eindhoven, og er støttet av partnerne Shell, Equinor, Gassco samt Norges Forskningsråd. I 2020 har prosjektet startet opp og man har arbeidet med å lage og utplassere sensorer som måler fukt i isolasjonen, man har begynt på laboratoriearbeid for å utforske i detalj hvordan vann sprer seg i isolasjon, man har startet arbeidet med modellering av fuktmigrasjonen, og man har sørget for god kartlegging av de eksisterende standarder og dokumenter som regulerer hvordan isolasjon brukes og innkapsles i dag, samt hvordan risikoen for CUI håndteres i dagens situasjon der man ikke har sensordata eller modeller. I 2021 har prosjektet hatt sitt første hele år i normal drift, og man har utviklet og utplassert sensorer og innhentet feltmålinger av fukt i isolasjonen, man har kjørt laboratorieforsøk med fukttransport på vertikale isolerte rør, man har utviklet mer avanserte modelleringsverktøy for fuktmigrasjon i isolasjon som er termodynamisk konsistente, og man har gjort tester for å kartlegge hvordan moderne posisjoneringsteknologi med centimeteroppløsning kan nyttegjøres for CUI-overvåkning på industrianlegg. Stipendiatene i prosjektet har begge kommet godt i gang med sine arbeidsoppgaver.

Corrosion under insulation (CUI) receives special attention in the oil and gas industry, specifically off-shore, as consequences of spillage or pipe rupture can be catastrophic. CUI is a matter of grave concern because it may break the structural integrity of insulated pipe networks. Corrosion rates can be as high as 20% of pipe wall thickness per year, demanding exhaustive maintenance work, consuming up to 50% of the preventive maintenance budget. PredictCUI will initiate a shift towards predictive CUI maintenance. Targeted maintenance will mitigate the risk of major accidents on the Norwegian Continental Shelf (NCS), support improvements in efficiency, and increase health and safety of maintenance personnel. The security of supply and competitiveness of the Norwegian petroleum industry will be strengthened. PredictCUI will enable the development of a humidity monitoring system by closing knowledge gaps in the understanding of humidity transport in pipe insulation. A coupled multi-scale fluid dynamic-thermodynamic computational model will be developed and validated against new laboratory setups to measure humidity transport. Robust, retrofittable, long lasting, wired and wireless sensors will be tested in close collaboration with Equinor, Shell and Gassco, under realistic laboratory and on-site field conditions. New knowledge obtained in PredictCUI will contribute to lift the TRL of sensor-based CUI monitoring solutions towards proof-of-principle and lay the groundwork for future standardisation and commercialisation. PredictCUI will enable data integration and accelerate offshore digitalisation by developing a scalable and reliable model-sensor interface prototype. Findings from PredictCUI are relevant throughout a range of process application industries. PredictCUI will be a multidisciplinary research collaboration among SINTEF Energy Research, SINTEF Digital, NTNU PoreLab, NTNU Department of Energy and Process Engineering and Technical University of Eindhoven.