NO326642B1 - Rorledning for transport av gass - Google Patents

Abstract

Rørledning for transport av gass, idet leveringstrykket for gass ut fra rørledningen gjennom et utløp ikke skal overskride en grenseverdi, hvor rørledningen omfatter en sikkerhetsenhet med en trykkgiver og en temperaturgiver anordnet i tilknytning til rørledningen nær et innløp til rørledningen, særpreget ved at sikkerhetsenheten omfatter en anordning for strømningsmengdemåling, og sikkerhetsenheten anvendes til enten å kunne holde et økt innløpstrykk til rørledningen, og/eller til å kunne anvende en rørledning med redusert indre diameter, innenfor et gitt sikkerhetsnivå mot lekkasje og overtrykk.

Description

O ppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører rørledninger for transport av gass. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen gassrørledninger som skal opereres innenfor et gitt sikkerhetsnivå mot overtrykk og lekkasje av gass fra rørledningen, selv om rørledningen er tilknyttet en trykkilde som kan overtrykke rørledningen i forhold til rørledningens designkode.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk

Myndighetene pålegger operatører av gassrørledninger å operere nevnte ledninger slik at risikoen for en gasslekkasje i løpet av ett år ligger innenfor et gitt sikkerhetsnivå. De myndighetspålagte krav vil variere fra land til land, men vil i alle tilfeller sette et krav til hvorledes en gassrørledning skal opereres. Et typisk sikkerhetsnivå er at den årlige sannsynlighet for lekkasje og for å overskride et gitt trykk innenfor en margin på 2 bar, skal være mindre enn 1- IO"3, totalt for alle kilder til høyt trykk og alle hendelser som kan finne sted under driften av rørledningen. For å imøtekomme nevnte krav blir en sikkerhetsenhet anordnet i forbindelse med rør-ledningen. Komponentene som kan anvendes i forbindelse med nevnte sikkerhetsenhet må være myndighetsgodkjente til å ha en pålitelighet som svarer til nevnte sikkerhetsnivå. Et overordnet hensyn i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse, er at gassrørledningen og alt utstyr som er med på å bestemme sikkerheten, må være innenfor et gitt totalt sikkerhetsnivå, hvorfor det ikke er relevant å anvende metoder eller komponenter som ikke er godkjent for nevnte sikkerhetsnivå. Det finnes en rekke prosesstyringssystemer og lekkasjedeteksjonssystemer som ikke er anvendbare i forbindelse med en sikkerhetsenhet i tilknytning til en gassrørledning.

Tidligere kjente sikkerhetsenheter for gassrørledninger gjør bruk av trykk- og temperaturmålinger. Det er ikke funnet tidligere kjent sikkerhetsenheter som i tillegg gjør bruk av strømningsmengdemålinger ved innløpet på en gassrørledning. Gassens kompressibilitet gjør at det ikke er en umiddelbar sammenheng mellom strømnings-mengde, trykk og temperatur inn på en rørledning i forhold til hva som slipper ut av rørledningen. Derfor er sikkerhetsenheter som er anvendbare for en væskeførende rør-ledning ikke anvendbare for en gassførende rørledning.

I et typisk tilfelle skal en gassrørledning kobles til et eksisterende rørlednings-system, og leveringstrykket for gass ut fra rørledningen gjennom et utløp må ikke overskride en gitt grenseverdi, bestemt av betingelser gitt for det mottakende rørlednings-system. Sammenkoblingen av nevnte rørledning og rørledningssystem utføres typisk med en såkalt hot tap-kobling. Det er behov for en gassrørledning som er særlig egnet for tilkobling til et eksisterende rørledningssystem under betingelser som nevnt ovenfor.

O ppsummering av oppfinnelsen

Det ovennevnte behov imøtekommes ved at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en rørledning for transport av gass, idet leveringstrykket for gass ut fra rørledningen gjennom et utløp ikke skal overskride en grenseverdi, hvor rørledningen omfatter en sikkerhetsenhet med en trykkgiver og en temperaturgiver anordnet i tilknytning til rørledningen nær et innløp til rørledningen,

særpreget ved at sikkerhetsenheten omfatter en anordning for strømnings-mengdemåling, sikkerhetsenheten er tilkoblet minst to nødavstengningsventiler i serie i eller nær rørledningens innløp, slik at inngående målbare parametere består av trykk, temperatur og strømningsmeiigde ved rørledningens innløp og utgående parametere består av signal til å styre kilden til trykk inn i rørledningen samt styringssignal til nevnte to nødavstengningsventiler i serie i eller nær rørledningens innløp, idet sikkerhetsenheten kan anordnes til enten å holde et økt innløpstrykk til rørledningen og/eller til å kunne anvende en rørledning med redusert indre diameter, innenfor et gitt sikkerhetsnivå mot lekkasje og overtrykk, hvor nevnte sikkerhetsnivå kan velges slik at 1 løpet av ett år er sannsynligheten for overtrykk i eller ut av rørledningen innenfor en margin på 2 bar, eller lekkasje, iberegnet alle mulige hendelser og kilder til høyt trykk, maksimalt 1-10 .

Med begrepet et gitt sikkerhetsnivå mot lekkasje og overtrykk, menes det at leveringstrykket for gass ut fra rørledningen gjennom et utløp ikke skal overskride en grenseverdi, og at lekkasje ikke skal finne sted fra rørledningen, innenfor en gitt sannsynlighet som er definert av sikkerhetsnivået. Sikkerhetsnivået er slik at den årlige sannsynlighet for å overskride et gitt leveringstrykk ved utløpet, innenfor en margin på 2 bar, iberegnet alle kilder til trykk, hendelser og lekkasje fra selve rørledningen, maksimalt 1-IO"<3>, mer foretrukket maksimalt 1-IO"<5>.

I en foretrukken utførelsesform er anordningen for strømningsmengdemåling et venturirør plassert i eller nær et innløp til rørledningen. Sikkerhetsenheten kan opereres i henhold til en algoritme som beregner utløpstrykket fra rørledningen, utelukkende basert på målinger av trykk, temperatur og strømningsmengde i eller nær rørledningens innløp.

Med den foreliggende oppfinnelse oppnås det at den eksisterende gassrør-ledning kan øke kapasiteten, eller at en ny rørledning kan konstrueres med mindre indre diameter enn tidligere, når det sammenlignes med tidligere gassrørledninger med en sikkerhetsenhet anordnet. Dette har meget betydelige tekniske og økonomiske fordeler for operatøren av gassrørledningen og operatører for tilknyttede felt og rørledningssystemer.

Detaljert beskrivelse

Anordningen for strømningsmengdemåling kan være godkjent for fiskale målinger, om den verifiseres som pålitelig nok, i tillegg til å ha nøyaktighet og pålitelighet i henhold til det bestemte sikkerhetsnivå. Det finnes ultralydbaserte fiskale strømningsmengdemålere for gass, det finnes coriolis- metere anvendbare for samme formål, og det finnes differensialtrykkmålere basert på en innsnevret del i gassrørledningen, eksempelvis med et venturirør. Det er kun anordningen med et venturirør som for tiden er innenfor sikkerhetsnivået som må følges i Nordsjøen. Trykkgivere, temperaturgivere eller strømningsmengdegivere i forbindelse med venturirøret blir tilknyttet sikkerhetsenheten, likeledes blir trykkgivere i forbindelse med gassrørledningen tilknyttet sikkerhetsenheten. Strømningsmengden kan gis direkte fra venturirøret eller bestemmes av sikkerhetsenheten. Sikkerhetsenheten er tilknyttet minst to, fortrinnsvis minst tre nødavstengningsventiler i serie i gassrørledningen, i eller nær innløpet for denne. Videre er sikkerhetsenheten fordelaktig tilkoblet en gassturbin eller en annen kilde til trykk inn i gassrørledningen, slik at setpunkt for nevnte kilde kan justeres ved hjelp av signaler fra sikkerhetsenheten. Ved hjelp av en egnet algoritme tar sikkerhetsenheten hensyn til den transiente oppførselen av gassen i gassrørledningen. Således er det mulig å opprettholde det gitte sikkerhetsnivå uten å ha et omfattende instrumenteringssystem med målinger ved gassrørledningens utløp og langs gassrørledningen. Dette sparer i seg selv betydelige kostnader. Alle elementer i gassrørledningen, sikkerhetsenheten og tilknyttede enheter, kan i og for seg være kjente, men det er kombinasjonen av disse i en sikkerhetsenhet for drift av gassrørledningen innenfor et gitt sikkerhetsnivå, som medfører en overraskende teknisk effekt. For en eksisterende gassrørledning er det mulig å øke kapasiteten, idet høyere innløpstrykk for gassen kan anvendes. For nye gassrørledninger er det mulig å redusere den indre diameter, hvilket fører til store besparelser i investeringskostnadene. Det er mulig med kombinasjoner av noe økt innløpstrykk og noe redusert indre diameter i gassrørledningen, innenfor det totale sikkerhetsnivå

Algoritmen som sikkerhetsenheten gjør bruk av kan som tidligere nevnt være kjent. Imidlertid må algoritmen tilpasses de gjeldende parametere, inkludert parametere for gassrørledningen, i hvert enkelt tilfelle. Strømningstekniske programmer som OLGA og Hy SYS bør anvendes til å simulere algoritmens funksjonaliteten ved ulike driftsforhold, inkludert blokkeringer av eksempelvis hydrater i rørledningen og kraftige økninger i strømningsmengde, for å verifisere at maksimalt tillatt trykk i rørledningen i forhold til designkoden, og maksimalt tillatt utløpstrykk fra rørledningen, ikke blir . overskredet. Algoritmen må verifiseres slik at unødvendige nedstengninger fra sikkerhetsenheten unngås, samtidig som nedstengninger som finner sted ikke skal medføre overtrykk i rørledningen med hensyn til verken designkode eller utløpstrykk, innenfor det gitte sikkerhetsnivå. Algoritmen er typisk bygget opp rundt polynomiske uttrykk for strømningsmengde, trykk og temperatur, innenfor gitte faste størrelser og med oppdatering av parametere over tid innenfor gitte grenser.

En nærmere overordnet beskrivelse av sikkerhetssystemer og sikkerhetsenheter relevant for den foreliggende oppfinnelse, finnes i dokumentet DnV OS-F101. De eksisterende sikkerhetssystemer baserer seg på redundante nedstrøms trykkmålinger og trippel redundans for telemetri, rørledninger med fullt designtrykk over hele lengden, eller stor rørledningsdiameter for å unngå eksporttrykk høyere enn nedstrøms eksisterende rørledningssystemer.

De eksisterende rørledningssystemer blir mer og mer komplekse, med stadig nye grenledninger som kobles til. Kompleks telemetri og komplekse pålitelighetsvurderinger hindrer videre utvikling av transportnettverk i form av rørledningssystemer. Med de<*>n foreliggende oppfinnelse innføres en pålitelig strømningsmengdemåling sammen med et eksisterende sikkerhetssystem. Dette medfører flere fordeler, hvorav nevnes at trykket ved et svakt punkt i en gassrørledning blir tilstrekkelig nøyaktig estimert av sikkerhetssystemet istedenfor å måle nevnte trykk. Videre er undervanns trykkmålinger ved innkoblingspunktet ikke nødvendig. Ytterligere unngås det omfattende telemetrianordninger, hvilket også er besparende. For eksisterende transportsystemer kan eksporttrykket inn i rørledningen økes til over maksimaltrykket tillatelig i det nedstrøms plasserte rørledningssystem, hvilket øker eksporten av gass gjennom rørledningen. For nye systemer kan den indre diameter i rørledningen reduseres, hvilket medfører et betydelig redusert investeringsbehov.

Eksempel

En gassrørledning av lengde 130 km er planlagt fra den halvt nedsenkbare plattformen Gjøa til rørledningssystemet FLAGS. Tilkoblingen til FLAGS vil være gjennom en hot-tap sammen med rørledningen Tampen Link. Gassen sendes derved til St. Fergus i Storbritannia for videre prosessering og transport til kunder. Gassrør-ledningen fra Gjøa er planlagt med en indre diameter på 720 mm. Ved å anvende en rørledning for gasstransport med en sikkerhetsenhet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, kan det indre strømningstverrsnitt i gassrørledningen senkes med ca. 20 %, eksempelvis fra 720 mm til 660 mm indre diameter. Dette medfører en besparelse på selve rørledningen på 95 millioner norske kroner. Dersom det er driftsmessig fornuftig for Gjøa og tilknyttede felt, kan alternativt den indre rørledningsdiameter på 720 mm beholdes, mens strømningsmengden gjennom rørledningen økes, hvorved eksportert gassmengde kan økes med ca 15 %. Eventuelt kan den indre diameter senkes noe mindre, mens eksportert gassmengde kan økes noe mindre, innenfor det gitte sikkerhetsnivå.

Den tekniske effekt av oppfinnelsen vil variere mye og må beregnes for hvert tilfelle. Dersom verdien av økt gasseksport og/eller redusert rørledningsdiameter overskrider investeringen i en anordning i en rørledning i henhold til oppfinnelsen, representerer oppfinnelsen en økonomisk fordel.

Claims (5)

1. Rørledning for transport av gass, idet leveringstrykket for gass ut fra rørledningen gjennom et utløp ikke skal overskride en grenseverdi, hvor rørledningen omfatter en sikkerhetsenhet med en trykkgiver og en temperaturgiver anordnet i tilknytning til rørledningen nær et innløp til rørledningen, karakterisert ved at sikkerhetsenheten omfatter en anordning for strømnings-mengdemåling, sikkerhetsenheten er tilkoblet minst to nødavstengningsventiler i serie i eller nær rørledningens innløp, slik at inngående målbare parametere består av trykk, temperatur og strømningsmengde ved rørledningens innløp og utgående parametere består av signal til å styre kilden til trykk inn i rørledningen samt styringssignal til nevnte to nødavstengningsventiler i serie i eller nær rørledningens innløp, idet sikkerhetsenheten kan anordnes til enten å holde et økt innløpstrykk til rørledningen og/eller til å anvende en rørledning med redusert indre diameter, innenfor et gitt sikkerhetsnivå mot lekkasje og overtrykk, hvor nevnte sikkerhetsnivå kan velges slik at i løpet av ett år er sannsynligheten for overtrykk i eller ut av rørledningen innenfor en margin på 2 bar, eller lekkasje, iberegnet alle mulige hendelser og kilder til høyt trykk, maksimalt HO"<3.>

2. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte sikkerhetsnivå kan velges slik at i løpet av et år er sannsynligheten for overtrykk i eller ut av rørledningen innenfor en margin på 2 bar, eller lekkasje, iberegnet alle mulige hendelser og kilder til høyt trykk, maksimalt HO"<5>.

3. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen for strømningsmengdemåling er i form av et venturirør.

4. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at sikkerhetsenheten kan opereres i henhold til en algoritme som tar hensyn til gassens transiente oppførsel.

5. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at inngående målbare parametere består av trykk, temperatur og strømningsmengde ved rørledningens innløp, og utgående parametere består av setpunkt til en gasskompressor som leverer gass til rørledningen og styringssignal til tre nødavstengningsventiler anordnet i serie i eller nær rørledningens innløp.