CO₂LeakTrace: Oppdag og spore CO₂ lekkasje fra gass rørledning

Bakgrunn
Overvåkning med akustisk emisjon er en teknologi som kan brukes til å oppdage og spore lekkasjer fra rørledninger. Denne teknologien er allerede i bruk for overvåkning av oljerørledninger, men ikke i det kommersielle markedet for CO₂ gassrørledninger. Når en lekkasje oppstår i en gassrørledninger, kan det føre til sterk turbulens på grunn av gass som beveger seg fra høytrykk til lavtrykkatmosfære gjennom en trang åpning. Denne turbulensen skaper stressbølger, og akustisk emisjon-teknologien måler disse stressbølgene og konverterer dem til elektriske signaler for diagnostikk ved bruk av spesielt utformede piezo-elementer. Bruken av akustisk emisjon for deteksjon av gasslekkasjer har store fordeler, for eksempel, 1) det er en ikke-destruktive overvåkningsmetode, 2) den har et stort frekvensspekter (20 kHz til 2,5 MHz), 3) den kan også lokalisere lekkasjen. I dette prosjektet, ‘‘CO₂LeakTrace’’ skal vi utvikle en ny løsning for overvåkning av CO₂-gasslekkasje i rørledninger, for å oppdage, lokalisere og kvantisere lekkasjen.

Mål
Mål for prosjektet er å vurdere om akustisk emisjon er økonomisk bærekraftig for tilstandsovervåkning av CO₂-rørledninger. For å oppfylle prosjektmålet skal NORCE:
• Utføre mulighetsstudie i NORCE-lab på rørledninger med akustisk emisjon.
• Utføre foreløpig analyse av akustisk emisjonsdata for å oppdage og spore CO₂-lekkasjer.
• Undersøke rekkevidde for en akustisk emisjon-sensor for å oppdage CO₂-lekkasjer fra rørledninger.
• Estimere hvor mye kostnader vi kan spare ved å oppdage CO₂-lekkasjer med akustisk emisjon og sammenlignet med CO₂-lekkasjer per time uten overvåkning.

Aktiviteter
• Workshop/møte med planlegging av testanlegg, design av eksperimenter og datainnsamling
• Test og datainnsamling
• Dataanalyse
• Overordnet analyse og konklusjoner
• Prosjektledelse, sluttrapport, og rapportering

Resultater
Denne studien undersøkte bruken av AE-sensorer for å overvåke CO₂-lekkasje fra 6 meter rørledninger.

Hovedobservasjonene fra studien er som følger:
• Bruk av AE-funksjoner som RMS, bandpower, power spectral density, mean frequency og median frequency gjør det mulig å overvåke lekkasje fra rørledningen uavhengig av lekkasjeposisjon. Den minste lekkasjen som ble overvåket i rørledningen var 43 L/min.
• Bruk av AE-funksjoner som RMS, bandpower og power spectral density gjør det mulig å overvåke lekkasje fra ventilen ned til 0,5 L/min.
• Lekkasjelokalisering i rørledningen ved bruk av energibaserte metoder ga en feil på under 10 % ved de fleste AE-sensorposisjonene.
• Kostnytte-analysen viste at AE-sensorer kan gi betydelige økonomiske fordeler, fra flere hundre tusen til millioner av dollar årlig, samtidig som de reduserer klimagassutslipp og unngår regulatoriske bøter.

Denne studien gir et solid grunnlag for at industrien og FoU-institusjoner kan identifisere lekkasjer fra rørledninger og ventiler ved hjelp av AE-sensorer.

Videre arbeid
Fra studien observerte vi også at kostnad ikke er den eneste faktoren som hindrer omfattende implementering i olje- og gassindustrien for å overvåke lekkasjer fra rørledninger og ventiler. Faktorer som rørledningslengde, nedgravde rør, gassstrøm i superkritisk tilstand, kontinuerlig datainnsamling og -prosessering, ettermontering i eksisterende infrastruktur, begrenset batterikapasitet og kommunikasjon i undersjøiske miljøer er kjent for å påvirke den brede bruken. Avslutningsvis bør videre forskning rettes mot å adressere de tekniske og operative barrierene for å muliggjøre en bredere bruk av AE-sensorer for lekkasjedeteksjon og lokalisering i CO₂-transportsystemer i olje- og gassindustrien.

Publikasjoner
Shanbhag. V. V, Schlanbusch. R, Belbachir. N, “Økonomisk gjennomførbarhet av akustisk emisjonsovervåking i CO₂‑rørledninger: En eksperimentell studie”. (Artikkelen er klar. Den vil snart bli sendt til et tidsskrift.)