Trådløs instrumentering gir økt fleksibilitet ved enklere installasjon. Det er også mye å spare på trådløs instrumentering. Selv om selve detektoren koster mer, er innsparingen i installasjon mye større. Det er verken behov for strømforsyning, signalkabel, koblingsbokser eller kabelbruer. For et olje- og gassanlegg med kanskje mer enn 500 slike detektorer kommer besparelsene opp i mangemillionersklassen.
Dette samt den raske responstiden var årsaken til at analyseselskapet Frost & Sullivan tildelte Gassecure en innovasjonspris for 2011. Frost & Sullivan er spesialister innen teknologianalyser og ser på trender i teknologiutvikling og markeder.
To år
SINTEF i Oslo begynte å utvikle ideen om en trådløs optisk gassdetektor i samarbeid med to større oljeselskaper, Statoil og ConocoPhillips. SINTEF hadde teknologikunnskapene om optiske sensorer, mens oljeselskapene hadde kunnskapen om behovet. For å utvikle ideen ble selskapet Gassecure etablert i desember 2009.
Nå i skrivende stund august 2011, er prototypen av gassdetektoren klar til test. Ifølge hjemmesiden til Gassecure, på Statoils testsenter K-Lab på Kårstø. De første kommersielle gassdetektorene kan leveres 2. kvartal 2012.
Lavt forbruk
Den trådløse gassdetektoren er unik. Effektforbruket er redusert fra 5 Watt til 5 milliwatt. Dette skyldes en unik filterteknologi utviklet og produsert ved SINTEFs Mikro- og Nanolab, samt logikk for å styre selve detektoren. Kommunikasjonen er basert på standard protokoller med et ekstra sikkerhetslag for å oppnå tilstrekkelig pålitelighet for sikkerhetssystemer. Foreløpig er ISA100 protokollen implementert, men radioen støtter også Wireless HART protokollen.
– Detektoren er batteridrevet. Vi bruker to litium thionyl chloride batteri som er standard i all trådløs industriautomasjon. De varer i minimum to år med kontinuerlig måling. Hele detektorene er egensikker og klasset i Ex (ib), hvilket vil si at den kan stå i sone 1 områder som på boredekk, forteller daglig leder Knut Sandven til Industrien.
Fri plassering
GasSecures detektor har store fordeler sammenlignet med dagens optiske sensorer. Den kan plasseres hvor som helst, normalt 100 meter fri sikt,, bare den ikke står i for lang avstand fra gatewayen som sender signaletvidere til et brann og gassvarslingsanlegg.
– I gjennomsnitt koster i dag hver gassdetektor rundt 150 000 kroner å installere når alle kostnader som kabling, koblingsbokser, kabelbruer etc. er tatt med. Med trådløse detektorer kan systemkostnadene reduseres med minst 70% og flere detektorer kan enkelt installeres for å øke dekningsgraden.På nybygg og eksisterende installasjoner er det krav til å dokumentere dekningsgraden til gassdeteksjon. Dokumentasjon utføres ved å simulere dekningsgraden i forskjellige lekkasjescenarioer for installasjonen. Ved manglende dekningsgrad kan det være en stor besparelse å kunne sette inn et større antall trådløse gassdetektorer. I andre tilfeller kan det være nødvendig å flytte gassdetektorer basert på simulering. Dersom trådløse gassdetektorer benyttes vil man slippe å trekke om eller legge nye kabler. Mange eldre anlegg har også katalytiske sensorer som bør erstattes med de mer pålitelige optiske sensorene, sier Sandven.
To sensorer
Selve gassdetektoren er utstyrt med to forskjellige sensorer. En ultrasonisk sensor som trigger på endringer i gassammensetningen i lufta. En endring trigger den optiske sensoren som består av en lyskilde og et konfigurerbart optisk filter pluss fotodetektor som leser av endringene i lysmengde i definerte bølgelengdeområder på grunn av absorpsjon fra gass i lufta.
– Selve kluet ved denne er det optiske filteret. Dette er en mikroelektromekanisk (MEMS) komponent som vi har utviklet i samarbeid med SINTEF og som produseres på SINTEFs Mikro og Nanolab Filteret sorterer vekselsvis ut bølgelengdene hvor hydrokarboner absorberer energi og referansebølgelengder hvor det ikke er absorpsjon. Signalnivåene sammenlignes og grad av absorpsjon gir mål på gasskonsentrasjonenKonsentrasjonsmålinger sendes tilbake til brann og gassvarslingssystemet. En slik melding skal ikke ta mer en fem sekunder fra gass oppdages til det meldes i kontrollrommet, sier Sandven.
Mot referanse
Hele gassensoren er basert å bruke av såkalt MEMS-teknologi (Mikro Elektro-Mekaniske Systemer). Denne teknologien har en stor fordel ved at den har rask oppstart og kan gjøre målingen i løpet av millisekunder. – Målinger kan gjøres fra kald tilstand. Vi får både reelle målinger og referansemålinger i det samme systemet. Kjernekomponenten er det optiske filteret som har to tilstander. Denne ene er når det reflekterer bølgelengder hvor hydrokarboner absorberer, og det andre er referansemålingen. Sensoren skifter mellom disse to målingene med en frekvens på 1-2 kHz, forteller Sandven.
Redundans
Gassecure har også utviklet en egen gateway med protokoll for sikker kommunikasjon innebygd. Den kan vanligvis brukes til flere hundre instrumenter, mens for denne løsningen har GasSecure valg å stoppe på maksimalt 30 sensorer per gateway. – Vi har som opsjon en redundant gateway, dersom kunden ønsker det. Systemet er også slik som ISA 100 protokollen beskriver, at ved hinder i kommunikasjonsveien så sender gassdetektoren meldinger om hverandre for å finne nye veier til en gateway. Dette gir høy stabilitet i nettverket sier Sandven.
– Systemet har full kontroll på alle meldinger. Det er styringsenheten som etterspør målinger fra enhetene og varsler hvis enhetene ikke svarer innen forventet tid og i riktig meldingsformat.
Vil produseres her
Gassecure planlegger å produsere enhetene i Norge, og er for tiden i en fase hvor de vurderer produsenter. – Vi har kommet så langt at vi nå har prototypen til labtesting. Deretter skal gassdetektoren plasseres ut på anlegg både på land og offshore.
– Utviklingen vi har gjort hadde ikke vært mulig uten finansiering fra Norges Forskningsråd gjennom Petromaks-programmet, Innovasjon Norge gjennom IFU ordningen, BIA programmet og fra Statoil og CononcoPhilips.
