Terra Nova utenfor Canadas kyst. Produksjonsskip. (Bilde: Senscient)
ELDS detektor produsert av Senscient. på produksjonsskip på Terra Nova-feltet. (Bilde: Senscient)
ELDS detektor produsert av Senscient. på produksjonsskip på Terra Nova-feltet. (Bilde: Senscient)
Under testing ble det gjort en rekke simuleringer av en gasslekkasje. (Bilde: Senscient)
Artikkelforfatter Ed Sharpe har 10 års erfaring i olje- og gassindustrien, og er Prosess Automasjons leder i Suncor Energy, med støtteansvar for aktiviteter på Terra Nova FPSO. Han er Ingeniør utdannet ved Memorial University of Newfoundland med en grad i elektroteknikk, og er en TUV Functional Safety Professional. (Bilde: Senscient)
Artikkelforfatter Rajat Burua er konsernsjef i Senscient. Tidligere har han jobbet hos Schlumberger, Shell, Cameron International og Lime Rock Partners. Han startet sin karriere som feltingeniør og har 17 år med erfaring fra energibransjen innen drift, økonomi, ledelse, salg og markedsføring. Barua er utdannet ved McGill University og Harvard University. (Bilde: Picture This (Imaging) LTD)
Grafisk illustrasjon av Terra Nova med nøkkelområder og moduler vist. (Bilde: Senscient)
Terra Nova utenfor Canadas kyst. Produksjonsskip (Bilde: Senscient)

Senscient laser gassdetektor

Laserdetektor reduserer falske alarmer

Skifte av gassdetektorer reduserte feilmeldinger fra over 100 000 til 0.

  • Nyhetsbrev

Terra Nova

  • Terra Nova-feltet ligger i Grand Banks, i Newfoundland og Labrador, og er det nest største offshore oljefeltet i Canada.
  • De totale utvinnbare oljereservene i feltet er anslått å være på 419 millioner fat.
  • Eierne av Terra Nova-feltet er: Suncor Energy (37,675%), Exxonmobil (19%), Statoil (15%), Husky Energy (13%), Murphy Oil (10,475%), Mosbacher Drifts Ltd (3,85%) og Chevron Canada (1%).
  • Suncor Energy er operatør for Terra Nova-feltet.

Forfatterne

Rajat Burua er konsernsjef i Senscient. Tidligere har han jobbet hos Schlumberger, Shell, Cameron International og Lime Rock Partners. Han startet sin karriere som feltingeniør og har 17 år med erfaring fra energibransjen innen drift, økonomi, ledelse, salg og markedsføring. Barua er utdannet ved McGill University og Harvard University.

Ed Sharpe har 10 år med erfaring i olje- og gassindustrien, og er prosessautomasjonsleder i Suncor Energy, med støtteansvar for aktiviteter på Terra Nova FPSO. Han er ingeniør utdannet ved Memorial University of Newfoundland med en grad i elektroteknikk, og er en TUV Functional Safety Professional.

Rapport

Artikkelen er et sammendrag av en 20 sider lang rapport skrevet av Suncor sammen med GexCon. Erfaringene som Suncor har er tilsvarende også for mange av de norske installasjonene som bruker linjegass-detektorer.

Du kan få hele rapporten ved henvendelse til Håland Instrumentering som er norsk distributør av disse produktene.

På Terra Nova-feltet var det opprinnelige gassdeteksjonssystemet en kombinasjon av punktdetektorer og linje-gassdetektorer (Line-of-sight, LOS) basert på infrarød (IR) teknologi. Hovedtyngden av deteksjon var basert på LOS-type. Siden produksjonsstart i 2002 har det vært problemer med påliteligheten av LOS-detektorene. I 2010 begynte deler av Terra Nova-feltet uventet å produsere den giftige gassen hydrogensulfid (H2S) fra brønnene. Det var ikke brukt noen form for faste H2S-detektorer i systemet. Et tverrfaglig team ble satt sammen for å vurdere oppgradering av gassdeteksjonssystemet på det flytende, produksjons- og lagerskipet (FPSO).

Før H2S-produksjonen hadde den største utfordringen vært ytelse under ugunstige værforhold. I perioder med tåke eller snø gikk mange av detektorene inn i en feiltilstand med blokkert synsfelt (beam blocked). Dette ga noen feilaktige gassalarmer. Som et resultat ble teknikerene pålagt rutinemessig rensing av linsene for å få detektorene ut av beam blocked-statusen og inn i normal operasjon igjen.

Flere prosjekter ble satt i gang som et svar på behovet for å oppgradere gassdeteksjonssystemet slik at det kan detektere H2S og utfordringene rundt linje-gassdetektorene.

Den første oppgaven var å bygge en gassprede-modell for Terra Nova FPSO’en og bruke resultatet fra denne til å fullføre en komplett evaluering av gassdeteksjonen og optimalisere den videre studien. Parallelt begynte Suncor å undersøke og prøve ulike teknologier for gassdeteksjon som kunne løse problemene og detektere både brennbare og giftige gasslekkasjer.

Les også: Mangel på sengeplass driver frem trådløse systemer

Evaluering av deteksjonen

Detaljert analyse basert på «Computational Fluid Dynamics» (CFD) modellering ble utført av GexCon. Målet med analysen var å teste og optimalisere systemytelsen og foreslå forbedringer for eksisterende system og plassering av detektor.

CFD-modell Flacs ble valgt fordi denne muliggjør simulering av lekkasjer av de relevante gassene. Slik som modellering av detaljert geometri i anlegget, simulering av både naturlig og mekanisk ventilasjon, evaluering av gasskonsentrasjonen målt ved hjelp av linje- og punktdetektorer, evaluering av farepotensial for spredningen av gasskyen, og evnen til å utføre parametrisk følsomhet og optimaliseringsstudier. Geometrien på Terra Nova FPSO var basert på en dataassistert konstruksjon, en såkalt DAK-modell.

Den kvantitative evalueringen av detektorsystemet i prosessmoduler var basert på testing av ytelsen for et stort spekter av realistiske lekkasjescenarier. Ventilasjonsforholdene ble bestemt av vindstyrke og retning, retningen av baugen til skipet, større påvirkninger fra moduler og bygninger oppvinds og på lesiden av området under evaluering, så vel som mindre påvirkninger fra bygninger, vegger, utstyr og rør inne i området. Samlet ble det simulert mer enn 1400 scenarier for gasslekkasje som ble brukt for videre evaluering av detektorutvelgelse, prosess, optimalisering og generelle designkrav for oppgraderingen av deteksjonssystemet.

Les også: Setter verdensrekord med nytt styringssystem

Terra Nova utenfor Canadas kyst. Produksjonsskip, M09 simulering av gasslekkasje
Terra Nova utenfor Canadas kyst. Produksjonsskip, M09 simulering av gasslekkasje Senscient

Valg av riktig teknologi

Siden begynnelsen har Terra Nova FPSO primært basert seg på linje-gassdeteksjon. Derfor var det foretrukne alternativet tilgjengelig linje-gassdetektor-teknologi som kunne erstatte eksisterende detektorer. Dette ville minimere endringer, man ville unngå å trekke nye kabler og kabelgater. Etter omfattende søk og omfattende lab-tester og feltforsøk valgte teamet Enhanced Laser Diode Spectroscopy-teknologi (ELDS) . Denne teknologien, utviklet av Senscient, hadde evnen til å kombinere deteksjon av både giftige og brannfarlige gasser i en enkel linje-gassdetektor, noe som forbedrer ytelsen og påliteligheten til FPSO-gassdeteksjonssystem.

I februar 2011, ble en ELDS kjøpt for kvalifiseringstesting på Terra Nova sitt on-shore distribuert kontrollsystem simulator (DCS) . Over en periode på to uker, ble strenge ytelsestester utført på enheten under forhold som var kjent for å skape problemer for IR-detektorene: simulert tåke med bruk av vanntåke, direkte vannsprut på linser, plast av ulike typer i strålebanen, samt snø over linsen (ca 2,5 cm tykk).

Testresultatene viste ingen problemer med ytelsen under disse fire forholdene.

Ved hjelp av en konfigurasjon med sender-mottaker, detekterer og måler finner ELDS-systemet gasskonsentrasjoner på bestemte gassers absorpsjon av bølgelengder over avstander på helt opp til 200 meter. En av de viktigste teknologiene som gjør det mulig for ELDS å oppdage lave konsentrasjoner er Harmonic Fingerprinting. En Harmonic Fingerprint er et bestemt sett av harmoniske komponenter som introduseres av målgassens absorpsjon hvor de relative amplituder og faser av komponentene er kjent og spesifikke for målgassens absorpsjonsmønster.

Gjennomføringen

Mai 2011, etter on-shore testingen var gjennomført, ble en kombidetektor, Metan-H2S ELDS, installert på skipet, som erstatning for eksisterende detektorer. Avstanden mellom sender (Tx) og mottaker (Rx) for denne installasjonen var ca. 34 meter. I løpet av en prøveperiode på 24 måneder, fungerte ELDS-detektoren veldig bra, og uten falske alarmer. Etter den vellykkede offshoretesten, ble det besluttet av Suncor å erstatte alle eksisterende IR-detektorer på Terra Nova FPSO med ELDS-teknologi. Som en del av studien anbefalte GexCon ytterligere 17 ELDS-detektorer for å forbedre dekningen av gassdeteksjon. Det ble lagt planer for demontering av 141 IR-detektorer og montering av 158 ELDS-detektorer.

Utskifting av detektorene ble påbegynt i 2013, og er planlagt fullført i 2015.

Les også: Tror på ny offshore-oppgang

ELDS detektor produsert av Senscient. på produksjonsskip på Terra Nova feltet utenfor Canada
ELDS detektor produsert av Senscient. på produksjonsskip på Terra Nova feltet utenfor Canada Senscient

Sikkerhetsnivået

Ytelsen til det oppgraderte systemet har vært over all forventning. Før oppgraderingen opplevde Terra Nova FPSO tre til fem shut-downs, mer enn 100.000 feilmeldinger og 20-25 ukjente feil hvert år.

En gjennomgang av vedlikeholdssystemet viste at det var et gjennomsnitt på 21 feil på gassdetektorene per år fra 2009 til 2013. Signalet disse IR-enhetene sendte til kontrollsystemet indikerte status: OK, men de feilet under funksjonssjekk. ELDS-detektorene løste dette ved å fullføre en daglig diagnosesjekk og så signalisere feil hvis det er problemer. Ved utgangen av desember 2014 hadde Terra Nova ikke registrert en eneste feil med de laserbaserte gassdetektorene. Oppstart og uønskede nedstengninger av et prosessanlegg medfører risiko som ikke er til stede i normale operasjoner. Ved at antall falske alarmer, tidsbruk for oppstart og nedstengninger redusert, er dermed denne ekstra risikoen i anlegget redusert.

De laserbaserte sensorene installert på skipet har en minimum deteksjonsterskel som er mye lavere enn de eldre IR-baserte detektorene. I stedet for alarmgrenser for deteksjon av hydrokarboner 1 LELm / 2.5 LELm (lav/høy alarm), kan laserbaserte detektorer settes til en alarmgrense på 0,2 LELm / 1 LELm (lav/høy alarm), uten at detektoren drifter eller gir falske alarmer. Effekten av denne høyere følsomheten er at det detekterbare volumet av enhver gass-sky blir større, og det blir mer sannsynlig at en gitt detektor vil bli utsatt for detekterbar gass før volumet når farlig størrelse. I tillegg medfører H2S-innholdet på Terra Nova at selv små lekkasjer kan være farlige, altså er økt følsomhet en viktig faktor for å sikre ansattes sikkerhet. Enkelte IR-linje-gassdetektorer har et dødbånd på 0,5 LELm.

Drift og vedlikehold

En gjennomgang av Terra Novas historiske data viser at ELDS-detektorene har gitt dramatisk reduksjon av nedstengninger grunnet falske alarmer. Hovedforskjellen var antall feil og beam-blocked-varslinger. Ytelsesdata ble logget fra januar til desember 2011 for IR-linje-gassdetektorene da FPSO’en var av feltet for vedlikehold store deler av 2012 og 2013. Data fra juni 2013 til juni 2014 ble brukt for å logge resultatene fra detektorene som hadde blitt endret til laser-basert teknologi.

Med en slik betydelig reduksjon i antall feil, har kravet til teknikerens respons og feilsøking blitt redusert. Fra 2009 til 2013 ble det i gjennomsnitt generert 234 arbeidsordrer for vedlikehold per år, bare knyttet til IR-linje-gassdetektorer som gikk i feil. Det er verdt å merke seg at dette tallet ikke inkluderer et betydelig antall vedlikeholds call-out for å rengjøre detektorer som gikk i beam-block forårsaket av regn, tåke og snø. Fra juni 2013 til juli 2014, var det bare 13 arbeidsordrer relatert til vedlikehold som er opprettet i forbindelse med problemer med laserbaserte enheter.

Les også: Tar pulsen på brønnen

Innvirkning på produksjonen

Historisk har skipet opplevd tre til fire tilfeller av produksjonsstans per år grunnet falske gassalarmer. Disse nedstengningene har resultert i produksjonsutsettelse på 50.000 til 100.000 fat. Under en nødavstengning initiert av gassalarm, stenger avstengningsventilene raskt, utstyr tripper og gassen ventileres ut til fakkelsystemet.

Å stenge prosessanlegget på denne måten kan skade utstyr som generatorer og kompressorer, noe som har skjedd ved flere nødavstengninger før de laserbaserte gassdetektorene ble installert. Slike nødavstengninger resulterer i lengre strømbrudd og store reparasjonskostnader.Det har ikke vært et eneste tilfelle av falske gassalarmer med de nye laserbaserte detektorene.

Erfaringen fra Terra Nova viser at installering av avansert og laserbasert gassdeteksjon kan resultere i en betydelig forbedring i sikkerhet, pålitelighet og oppetid i industrianlegg hvor faren for giftig eller brennbar gasslekkasje eksisterer.