Mator AS & IFE har i samarbeid utviklet målemetoder for diagnostisering av separasjonsanlegg med bruk av radioaktive sporstoffer (tracer).

Transkript

1 Kvantifisering av væskemedrivning med bruk av radioaktiv tracer Stavanger 30. september 1. oktober 2009 Kristian Kjæstad, Mator AS

2 Kvantifisering av væskemedrivning Mator AS & IFE har i samarbeid utviklet målemetoder for diagnostisering av separasjonsanlegg med bruk av radioaktive sporstoffer (tracer). Kvalitet på gjennomføring ivaretaes ved å kombinere IFE s spisskompetanse innen tracerteknologi og nukleærfysikk, og Mator s driftserfaring fra offshore prosesser. unik kombinasjon av kompetanse. kompletterer resultattolkning ifht prosessforståelse. Resultater av en tracertest har liten verdi dersom de ikke relateres til reelle operasjonelle forhold. Mator AS & IFE er av StatoilHydro kvalifiserte leverandører av tjenester relatert til tracerbasert måling av væskemedrivning!

3 Kvantifisering av væskemedrivning Tracermetoden er en pålitelig applikasjon, som har vist seg anvendelig i ulike sammenhenger: 2-fase scrubber: Verifisere ytelse. Kvantifisere væskemedrivning til nedstrøms glykolkontaktor og/eller kompressor. 3-fase separator: Verifisere ytelse og driftsforhold. Kartlegging av strømningsforhold og oppholdstidsanalyser (RTD). Tracermetoden er den mest eksakte metodikk for bestemmelse av væskemedrivning!

4 Kvantifisering av væskemedrivning Tracermetoden er meget utprøvd de senere år, og Mator/IFE har gjennomført flere skreddersydde studier basert på kunders ulike motiver: Feilsøking i prosessanlegg. identifisering og kvantifisering av væskemedrivning. Kunde ønsker å etablere et dokumenterbart beslutningsgrunnlag ifbm. iverksetting av evt. modifikasjoner. Verifikasjon av kapasitets-/operasjonsvindu p for eksisterende separasjonsanlegg. 3. parts vurdering av ytelse ifbm. leverandørgaranti. 3. parts uavhengig verifikasjon av ikke kommersiell teknologi.

5 Kvantifisering av væskemedrivning Konsekvenser av uønsket væskemedrivning: Avsetninger i gassmålestasjon. Voksavsetninger. Saltavsetninger. Erodering av gasstetninger. g Redusert varmeoverføring i gasskjølere. Korrosjon i gassystemer. Kontaminering og nedsatt ytelse av nedstrøms gassprosesser Aminanlegg Glykolanlegg Kompressorhavari.

6 Kvantifisering av væskemedrivning Tracermetoden alene løser ikke problemet men bidrar til å kartlegge årsakssammenhenger!

7 Kvantifisering av væskemedrivning Metoden er basert på batchvis injeksjon av radioaktive substanser, og simultan deteksjon av strålingsintensitet på utvalgte posisjoner gjennom prosessanlegget: En injeksjon tilsvarer i radioaktivitet ca en behandlingsdose med jod ifbm En injeksjon tilsvarer i radioaktivitet, ca. en behandlingsdose med jod ifbm. behandling av skjoldbruskkjertel 1.0 GBq fordelt på 10ml væskevolum!

8 Kvantifisering av væskemedrivning Væskemedrivning beregnes ut ifra integrert deteksjonsrespons på inn- og utløp, korrigert for strømningshastigheter:

9 Kvantifisering av væskemedrivning Forberedelser og gjennomføring i praksis må man ta hensyn til: Tracermolekyl neglisjerbart damptrykk. Case spesifikt design av tracer molekyl. Bærevæske for tracer representativ for prosessen. Plassering og skjerming av detektorer. Returstrømmer av tracer må unngåes. Radioaktive nivåmålere ombord kan bli påvirket av stråling fra tracer! Resultatevaluering i etterkant må man ta hensyn til: Veggtykkelse og rørdimensjon. Skjevfordeling av væske i røret. Pålitelige gass- & væske strømningsrater.

10 Kvantifisering av væskemedrivning - CASE Case spesifikt videre i denne presentasjonen: CASE A: 2-fase scrubber Bakgrunn: kvantifisere væskemedrivning ifht. evtentuell garantitvist mot utstyrsleverandør. CASE B: 3-fase innløpsseparator Bakgrunn: modifisert innløpsarrangement oppdragsgiver ønsker å dokumentere operasjonsvindu/gasskapasitet

11 Case A: Væskemedrivning fra 2-fase scrubber Praktisk k problem: væskemedrivning i fra scrubber til nedstrøms kompressor voksavsetninger i kompressor. lekkasjer i gasstettninger. Oppdragsgivers bakgrunn: ønsker å få dokumentert faktisk ytelse av scrubber i form av væskemedrivning til nedstrøms kompressor. Parameter Design Case A Gassrate: Am3/hr Am3/hr Væskerater: Hydrokarbon: 1,65 m3/hr Vann: 1,95 m3/hr Hydrokarbon: ~0,5 m3/hr Vann: ~0,5 m3/hr Oper. 24,4 o C 24,4 o C Temperatur: Oper. Trykk: 18,8 barg 18,8 barg

12 Case A: Væskemedrivning fra 2-fase scrubber Gjennomført arbeide: Vekselvis tracing av både hydrokarbon- & vannfase. injeksjon med bruk av pneumatisk pumpe. 131 I merket hydrokarbon for kondensatfase tracer. 131 I merket jodid salt for vannfase tracer. Fordampningsfraksjon av tracer < 0,010 vol% ved gitte T & P. 131 I nukliden er foretrukken på grunn av: Lav energi (redusert eksponeringsrisiko for involvert personell). Gunstig halveringstid på 8 dager. Tracermolekyl syntetiseres i Norge. rask leveringstid og kostnadseffektiv løsning.

13 Case A: Væskemedrivning fra 2-fase scrubber Detektorkonfigurasjon 2-fase scrubber: 3+2 online gammadetektorer installert t på innløpet til scrubber. 2+3 online gammadetektorer installert på utløpet av scrubber. Integrasjon av detektert gammastråling på innløp og gassutløp av scrubber, korrigert for hastighetsforskjeller. D #07/08 17,19m D #09/10/11 Gass fase 27,23m D #01/02/03 D #04/05 Fra separatorer VG Tracer injeksjon D #06 Væske fase

14 Case A: Væskemedrivning fra 2-fase scrubber Detektor-respons INNLØP Sammenligning i INNLØP/UTLØP Detektor-respons UTLØP

15 Case A: Væskemedrivning fra 2-fase scrubber Detektor-respons INNLØP A inn = I inn ( t ) dt = counts Detektor-respons UTLØP Medrivning = A A ut inn u u ut inn ,1 = = 0,7% ,5 Aut = Iut ( t) dt = counts

16 Case A: Væskemedrivning fra 2-fase scrubber Konklusjon 2-fase scrubber: Med gitte forhold, tilsvarer 0,7vol% væskemedrivning: i 0, m 3 pr MSm 3 gass NORSOK design krav 2-fase scrubber væskemedrivning: 13, m 3 pr MSm 3 gass Separator tilfredsstiller NORSOK designkrav ved gitte betingelser. Mest sannsynlig at avsetninger i kompressor ikke stammet fra aktuell scrubber ved normale og stabile operasjonelle forhold!!

17 Case B: Væskemedrivning fra 3-fase innløpsseparator Praktisk k problem: væskemedrivning i fra separator til gassmålestasjon salt- og voksavsetninger i målestasjon har ført til usikker måling av gassmengder produsert. problem har oppstått etter modifikasjon av innløpsseksjon i separator. Finnes en sammenheng? Oppdragsgivers bakgrunn: ønsker å få dokumentert faktisk operasjonsvindu mhp. gasskapasitet etter modifkasjon. Parameter Design Case B Gass rate: Sm 3 /d Sm 3 /d Olje rate: Sm3/d Sm3/d Vann rate: Sm3/d 240 Sm3/d Oper. Trykk: 20 19,80 barg Oper. Temperatur: 35 35,20 C

18 Case B: Væskemedrivning fra 3-fase innløpsseparator Gjennomført arbeide: Vekselvis tracing av både hydrokarbon- & vannfase. injeksjon med bruk av pneumatisk pumpe. 131 I merket hydrokarbon for kondensatfase tracer. 131 I merket jodid salt for vannfase tracer. Fordampningsfraksjon av tracer < 0,010 vol% ved gitte T & P. 131 I nukliden er foretrukken på grunn av: Lav energi (redusert eksponeringsrisiko for involvert personell). Gunstig halveringstid på 8 dager. Tracermolekyl syntetiseres i Norge. rask leveringstid og kostnadseffektiv løsning.

19 Case B: Væskemedrivning fra 3-fase innløpsseparator Detektorkonfigurasjon 3-fase separator: Væsketracer injisert på manifold oppstrøms 3-fase separator. 3+1 online gammadetektorer installert på innløpet til separator online gammadetektorer installert på utløpet av separator. Integrasjon av detektert gammastråling på innløp og gassutløp av separator, korrigert for hastighetsforskjeller. D #01/02/03 15m D #04 D #05 15,07m D #06/07/08 11,38m D #09/10/11 Fra Brønner Gass fase Tracer injeksjon VA D #12 D #13 Vann Olje

20 Case B: Væskemedrivning fra 3-fase innløpsseparator Detektor-respons INNLØP Sammenligning INNLØP/UTLØP Detektor-respons UTLØP

21 Case B: Væskemedrivning fra 3-fase innløpsseparator Detektor-respons INNLØP A = I inn ( t) dt = 110. counts inn 494 Medrivning = A A ut inn u u ut inn ,85 = = 0,09% ,2 Detektor-respons UTLØP Aut = Iut ( t) dt = 812 counts

22 Case B: Væskemedrivning fra 3-fase innløpsseparator Konklusjon 3-fase separator: Med gitte forhold, tilsvarer 0,09vol% 09 væskemedrivning: i 5, m 3 pr Sm 3 gass NORSOK design krav 3-fase separator væskemedrivning: 1, m 3 pr Sm 3 gass Separator tilfredsstiller ikke NORSOK designkrav ved gitte betingelser. Sannsynlig å anta at voksavsetninger i målestasjon kunne relateres til økt væskemedrivning som følge av de utførte modifikasjoner på separatorens innmat!!

23 Oppsummering: Kvantifisering av væskemedrivning Væskemedrivning er kvantifisert i begge casestudier. Begge gjennomførte prosjekter har gitt pålitelige konklusjoner i forhold til oppdragsgivers problemstilling: Case A: voksavsetninger i kompressor skyldes andre forhold. Case B: separator modifikasjon var ikke 100% suksess. Mator/IFE og oppdragsgiver har etablert gode rutiner for å møte utfordringer ifht. håndtering av radioaktive tracermaterialer: HMS. Logistikk. Mulig interferens med eksisterende nivåinstrumentering. Begge prosjekter er utført optimalt med god planlegging og fokus på detaljert resultattolkning! Tracermetoden har vist seg som et meget nyttig verktøy!