NO332570B1

NO332570B1 - Instrumenteringssystem for bestemmelse av risikofaktorer

Info

Publication number: NO332570B1
Application number: NO20110531A
Authority: NO
Inventors: Simon Jeeves; Tore Juvik
Original assignee: Bjorge Solberg & Andersen As
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-11-05
Also published as: MX338517B; EP2695114A1; EP2695114A4; MX2013011687A; PL2695114T3; NO20110531A1; MY167836A; WO2012138228A1; EP2695114B1; BR112013025867B1; ES2651237T3; BR112013025867A2; DK2695114T3

Description

INSTRUMENTERINGSSYSTEM FOR BESTEMMELSE AV RISIKOFAKTORER

Teknisk område for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører instrumenteringssystemer for bestemmelse av risikofaktorer, for eksempel instrumenteringssystemer for bestemmelse av risikofaktorer knyttet til apparater som omfatter én eller flere ventiler, for eksempel «juletre»- (ventiltre-) apparater som omfatter stengeventiler som anvendes til å dekke til olje- og gassborehuller. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter for anvendelse av instrumenteringssystemer for bestemmelse av risikofaktorer, fremgangsmåter for anvendelse av instrumenteringssystemer for bestemmelse av risikofaktorer knyttet til apparater som omfatter én eller flere ventiler, for eksempel «juletre»- (ventiltre-) apparater som omfatter stengeventiler som anvendes til å dekke til olje- og gassborehuller. Videre vedrører oppfinnelsen også programvareprodukter som er utførbare på datamaskinvare for gjennomføring av de ovennevnte fremgangsmåter. Apparatet er eventuelt knyttet til olje- og/eller gassproduksjon, selv om apparatet er åpent for å bli benyttet i andre anvendelser som ikke er relatert til olje- og/eller gassutvinning og/eller -produksjon.

Bakgrunn for oppfinnelsen

I mange eksisterende installasjoner, for eksempel olje- og/eller gassproduksjons-anlegg, i kjernereaktorer, i kjemikalieprosessfabrikker, er der kritiske komponenter hvis svikt eventuelt resulterer i ødeleggende konsekvenser. En alvorlig olje katastrofe i Mexicogulfen i 2010 («Deep Water Horizon») er et eksempel på potensiell skade som inntreffer når kritiske komponenter svikter. Videre viser senere problemer med atomreaktorene i Fukushima, Japan, i 2011 viktighet av at kritiske sikkerhetssystemer er i stand til å funksjonere når det er nødvendig i en krisesituasjon, nemlig å frembringe midlertidig kjøling av atomreaktorer som er blitt stengt av, men som ennå ikke er blitt nedkjølt. I alle disse installasjoner er der fluidstrømmer som styres via reguleringsventiler, for eksempel via såkalte «strupeventiler», spindel-og-seteventiler osv.

Ved operering av installasjoner hvis svikt ville kunne ha utløst kolossal skade, er operatører tvunget til å tegne assuranse for å bringe i orden skadekostnader i et tilfelle hvor det opptrer en alvorlig ulykke. Selskaper, så som Veritas AS, spesialiserer seg på å tilby forsikring for større tekniske prosjekter, for eksempel for offshore olje og/eller gassinstallasjoner, for produkter innen bygg- og anleggs-virksomhet, så som brokonstruksjoner, samt for shipping og offshore vindturbiner. Ofte krever forsikringstildeling at operatører av installasjoner har tatt adekvate forholdsregler for å redusere risiko for at det skal oppstå en potensiell ulykke. Slike adekvate forholdsregler omfatter for eksempel valg av egnede komponenter og materialer, inkludering av sikkerhets-backupsystemer for dekking dersom det oppstår en krisesituasjon, samt overvåkningssystemer for overvåkning av fysikalske forhold i en installasjon.

Et problem som oppstår i praksis ved kompliserte installasjoner er at det ofte er vanskelig å bestemme en øyeblikkelig risikofaktor som er potensielt temporært dynamisk varierende avhengig av en driftsstatus for installasjonene. Bestemmelse av risikofaktorer, nemlig en indikasjon på sannsynligheten for svikt ved installasjonene, er ofte overlatt til erfarent personell, for eksempel ingeniører, som har personlig erfaring med teknologier som benyttes i installasjonene.

I US patentskrift 3.865.142 («Electrical remote control system for underwater wells», Begun et al., FMC Corp., California, USA), er det beskrevet et feilsikkert elektrisk . system for kontrollering, fra en fjern lokalisering, drift av hydraulisk, pneumatisk og/eller elektrisk drevne mekanismer, for måling av trykk, temperaturer og enhver annen parameter som kan omdannes til en elektrisk parameter og som indikerer tilsvarende verdier derav på et displaypanel i den fjerne lokalisering. Anvendt sammen med ventiler og trykk i en undervanns olje-, gass- eller annen brennstoff-brønn omfatter systemet en kontrollstasjon på et egnet overflatested, en undervanns- eller undersjøisk stasjon ved brønnen, en eneste elektrisk kabel som forbinder de to stasjoner med hverandre, samt ytterligere enkle elektriske kabler fra den undersjøiske stasjon til hver av ventilene som skal opereres og til hver av trykk-stedene som skal overvåkes. Hvor ventiler, strupere eller andre elementer i brønnen er hydraulisk eller pneumatisk drevne anvendes det i systemet solenoidventiler som er hensiktsmessig plassert i den undersjøiske stasjon for å kontrollere de hydrauliske eller pneumatiske trykk som leveres til elementene. Hvor ventilere er elektrisk drevne styres de ved egnete reléer i deres elektriske krets. Et spesifikt system for styring av driften av ni ventiler og for overvåkning av fem trykk i en brønns «juletre»-enhet (ventiltre) er beskrevet, slik også et system for utførelse av prosedyrer på en antall brønner fra en eneste kontrollstasjon er.

Videre vises til WO 2010039804 A1 som beskriver system og metode for forbedret koordinering mellom kontroll og sikkerhetssystemer. Publikasjonen beskriver reduksjon av risikoen ved feilsituasjoner, og der feltenhetene inneholder konvensjonelt sikkerhetsutstyr. WO 2005/059294 A2 beskriver en metode for å redusere konsekvenser og risiko av feil ved et hydrokarbonrørledningssystem.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse har som formål å frembringe et instrumenteringssystem for bestemmelse av én eller flere risikofaktorer vedrørende en anordning som omfatter én eller flere ventiler utstyrt med én eller flere sensorer for avføling av drift av nevnte ene eller flere ventiler.

Dessuten har oppfinnelsen som formål å frembringe en fremgangsmåte for bestemmelse av én eller flere risikofaktorer vedrørende nevnte anordning.

Ifølge et første aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt et instrumenteringssystem ifølge det medfølgende krav 1: Det er frembrakt et instrumenteringssystem for overvåkning av én eller flere ventiler i anordningen, hvor systemet omfatter én eller flere sensorer som er koplet til nevnte ene eller flere ventiler, og et databearbeidelsesarrangement for bearbeidelse av sensorsignaler som er generert av nevnte ene eller flere sensorer for frembringelse av en indikasjon på driften av nevnte ene eller flere ventiler, kjennetegnet ved at instrumenteringssystemet er innrettet til å overvåke nevnte ene eller flere ventiler som er inkorporert i en olje-og/eller gassproduksjonsenhet i form av et juletre, - nevnte ene eller flere sensorer og databehandlingsarrangement er innrettet til å beregne én eller flere risikofaktorer utfra sensorsignalene som indikasjon på driftspålitelighet og/eller sikkerhet for nevnte ene eller flere ventiler, og - hver ventil omfattet et tilhørende, justerbart strømningskontrollerende element, et aktivatorarrangement for aktivering av det strømningskontrollerende element, og at nevnte ene eller flere sensorer er innrettet til å avføle:

(a) en dynamisk trykkforskjell tvers over elementet,

(b) et trykk i et hulrom som indikasjon på lekkasje i én eller flere retninger i

elementet,

(c) et dreiemoment generert av aktivatorarrangementet ved aktivering av

elementet, samt

(d) et trykk av aktiverende fluid tilført til aktivatorarrangementet.

Eventuelt er olje- og/eller gassproduksjonsenheten og systemet tilpasset til undersjøisk drift.

Eventuelt er instrumenteringssystemet utført slik at nevnte én eller flere sensorer og et kommunikasjonsarrangement som kopler nevnte ene eller flere sensorer til databearbeidelsesarrangementet er innrettet til å være konstruert til en egensikker standard.

Eventuelt er instrumenteringssystemet utført slik at databearbeidelsesarrangementet er innrettet til å beregne nevnte ene eller flere risikofaktorer ved å ta i betraktning i det minste strømningskarakteristikker for en strøm av fluid gjennom nevnte ene eller flere ventiler avfølt av nevnte ene eller flere sensorer.

Ifølge et andre aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt en fremgangsmåte for anvendelse av et instrumenteringssystem for overvåkning av én eller flere ventiler i en enhet, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter: (a) inkludering av én eller flere sensorer koplet til én eller flere ventiler, og et databearbeidelsesarrangement for bearbeidelse av sensorsignaler generert av nevnte ene eller flere sensorer, (b) anvendelse av databearbeidelsesarrangementet for bearbeidelse av sensorsignaler generert av nevnte ene eller flere sensorer under drift for beregning av én eller flere risikofaktorer ( R) fra sensorsignalene som indikasjon på d rifts på I ite I ig h e t og/eller sikkerhet for nevnte ene eller flere ventiler, og (c) avføling under anvendelse av nevnte ene eller flere sensorer i forhold til hver ventil for et tilsvarende justerbart strømningskontrollerende element, og et aktivatorarrangement for aktivering av det strømningskontrollerende element, av følgende parametre:

(i) en dynamisk trykkforskjell tvers over elementet,

(ii) et hulromstrykk som indikasjon på lekkasje i én eller flere pakninger i elementet, (iii) et dreiemoment generert av aktivatorarrangementet ved aktivering av elementet, samt

(iv) et trykk av aktiverende fluid tilført til aktivatorarrangementet.

hvori instrumenteringssystemet er innrettet til å overvåke nevnte ene eller flere ventiler som er inkorporert i en olje- og/eller gassproduksjonsenhet i form av et juletre.

Ifølge et tredje aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt et programvareprodukt registrert på maskinlesbare datalagringsmedia, kjennetegnet ved at programvareproduktet er utførbart på datamaskinvare for gjennomføring av en fremgangsmåte ifølge det andre aspekt ved oppfinnelsen.

Ifølge et fjerde aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt en enhet som omfatter én eller flere ventiler for kontrahering av fluidstrøm i senheten, kjennetegnet ved at enheten omfatter et instrumenteringssystem ifølge det første aspekt ved oppfinnelsen.

Trekk ved oppfinnelsen kan kombineres i forskjellige kombinasjoner uten å avvike fra rammen av oppfinnelsen slik som definert av kravene.

Beskrivelse av tegningene

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempler, under henvisning til de følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et riss av en kompleks installasjon som omfatter én eller flere ventiler hvis pålitelige drift er kritisk for installasjonen. Fig. 2 viser et riss av et instrumenteringssystem ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser et riss av et eksisterende «ValveWatch»-system tilpasset til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser et alternativt riss av et instrumenteringssystem ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen

Enheter som omfatter én eller flere ventiler anvendes for tiden i forskjellige installasjoner, som er sikkerhetsmessig kritiske, nemlig hvor ventilsvikt eventuelt kan ha alvorlige konsekvenser. Nevnte ene eller flere ventiler er utstyrt med én eller flere tilhørende aktivatorer og er innrettet til å frembringe en kontrollerbar grad av motstand mot fluidstrømning gjennom den, for eksempel i stengt, åpen eller delvis åpen stand. Ifølge den foreliggende oppfinnelse utledes informasjon som indikasjon på en tilstand for nevnte ene eller flere ventiler og deres nevnte ene eller flere aktivatorer utledes fordelaktig både fra en endelig aktivert stand derav og også av deres karakteristika når de aktiveres. I et eksempel på en kompleks installasjon som er angitt generelt med henvisningstall 10 i fig. 1 er der et antall ventiler 20 hvor svikt av bare én av ventilene 20 er potensielt følsom for å forårsake alvorlige drifts-problemer. I et sentralt kontrollrom 30 i den komplekse installasjon 10 er for å unngå en potensiell informasjonsoverbelastning av operatører 40 et datamaskinsystem 50 i kontrollrommet 30 innrettet til å aggregere data mottatt i kontrollrommet 30 for å presentere for operatørene 40 en total indikasjon på en sanntidstilstand for installasjonen 10. Operatørene 40 har ofte ikke tid til å overvåke drift av hver individuell ventil 20 i installasjonen 10 i detalj, for eksempel å observere enhver nyanse av drift av ventilen 20. Dersom innsamlingen ikke utføres på en fleksibel og gjennomsiktig måte oppstår det eventuelt en risiko slik som den oppstod i Harrisburg «Three Mile Island» kjerneulykken, hvor operatørene 40 er hindret av lag av programvare mot å forstå hva som faktisk hender med hensyn til individuelle ventiler 20, noe som kan ha en kritisk funksjon i installasjonen 10.

Installasjonen 10 er for eksempel en olje- og/eller gassproduksjonsinstallasjon, en kjernekraftstasjon, en fasilitet for fremstilling av kjemikalier, et vannverk, et vannkraft-verk, en vindturbinenhet, selv om den foreliggende oppfinnelse også kan anvendes for andre typer komplekse installasjoner. Selv om nevnte ene eller flere ventiler 20 er nevnt ovenfor, er oppfinnelsen eventuelt også aktuell for andre typer aktiverte anordninger, for eksempel monteringsutstyr for kjernebrenselsstenger. Eventuelt er for eksempel nevnte ene eller flere ventiler 20 forbundet med en «ventiltre-«

(juletre-)enhet som ofte anvendes på undersjøiske steder for å dekke til foringsrør som fører til undergrunnsolje-/gassreservoarer, for eksempel avgrenset inne i geologiske antiklinaler. Et eksempel på en «ventiltre-« (juletre-)enhet er beskrevet i ovennevnte US patentskrift 3.865.142, som herved er inkorporert ved henvisning.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et instrumenteringssystem 100 for bestemmelse av risikofaktorer knyttet til utforminger av nevnte ene eller flere ventiler 20, for eksempel som vist i fig. 1. Nevnte ene eller flere ventiler 20 er forbundet med en enhet 110, for eksempel en undersjøisk «ventiltre»-enhet. Instrumenterings systemet 100 omfatter én eller flere sensorer 120 for måling i enheten 110 av én eller flere fysikalske parametre, for eksempel et statisk trykk (dvs. «DC-trykk»), en temporal variasjon i trykk (dvs. «AC-differanse»), en temperatur, en strømnings-hastighet, en relativ posisjon av en komponent eller et element osv. Instrumenteringssystemet 100 omfatter dessuten et kommunikasjonsarrangement 130 for kommunisering av signaler generert av nevnte ene eller flere sensorer 120 til et databehandlingsarrangement 140. Databehandlingsarrangementet 140 er eventuelt fjernt fra enheten 110. Alternativt er databehandlingsarrangementet 140 eventuelt romlig lokalt til enheten 110. Alternativt er databehandlingsarrangementet 140 realisert på atskillige romlige steder, for eksempel delvis lokalt til enheten 110 og delvis romlig fjernt fra denne.

Databehandlingsarrangement 140 er innrettet til å utføre én eller flere programvareprodukter 150, som er innrettet til å motta avfølt informasjon vedrørende bevegelse av nevnte ene eller flere ventiler 20 i enheten 110 og/eller én eller flere aktivatorer for denne/disse, for eksempel bevegelse av komponenter for ventilene 20, forandringer i trykk, forandringer i trykkvariasjoner, fluidstrømningshastighet osv. Den avfølte informasjon genereres av nevnte ene eller flere sensorer 120 som er forbundet med nevnte ene eller flere ventiler 20 og/eller deres tilhørende ene eller flere aktivatorer. Nevnte ene eller flere programvareprodukter 150 er innrettet til å bearbeide den avfølte informasjon ifølge et sett av regler, som i konglomerat definerer en fremgangsmåte, hvorfra én eller flere risikofaktorer beregnes. For eksempel henledes nevnte ene eller flere operatører 40 med fordel på nevnte ene eller flere risikofaktorer i en situasjon hvor nevnte ene eller flere beregnede risikofaktorer overskrider én eller flere tilhørende terskelverdier eller -nivåer. Eventuelt forandres nevnte ene eller flere terskelverdier eller -nivåer dynamisk som reaksjon på en type driftsmodus av ventilene 20, for eksempel når det er nødvendig å regulere strømmen av forskjellige typer fluid i forskjellige tilfeller med innbyrdes forskjellige grader av skade forbundet med dette. Eventuelt defineres nevnte ene eller flere terskelverdier av forsikringsorganisasjonen, for eksempel Veritas AS. Eventuelt forandres nevnte ene eller flere terskelverdier eller -nivåer dynamisk for å ta hensyn til korrosjons- og/eller aldringskarakteristikkerfor nevnte ene eller flere ventiler 20 som overvåkes av nevnte ene eller flere programvareprodukter. For eksempel er det mer sannsynlig at en gammel utslitt og/eller korrodert ventil 20 vil svikte enn en nylig installert, uberørt, kvalitetssertifisert ventil 20. Eventuelt er de ovennevnte sett av regler en del av en parametermodell for nevnte ene eller flere ventiler 20, og avfølte signaler fra nevnte ene eller flere ventiler 20 og/eller deres nevnte ene eller flere aktivatorer er inngangsparametre for parametermodellen, mens utganger fra parametermodellen benyttes til å beregne nevnte ene eller flere risikofaktorer som sammenlignes mot nevnte ene eller flere terskelnivåer eller - verdier for å frembringe forskjellige grader av risikodriftsadvarsler fra nevnte ene eller flere programvareprodukter 150 til operatørene 40. Eventuelt er parametermodellen innrettet til å forandres dynamisk som reaksjon på inngangssignaler som leveres til den, for eksempel modellering av ventilslitasje,

-korrosjon og -aldring.

Søker (Solberg & Andersen AS) er produsent av overvåkningssystemer for ventiler, for eksempel et «ValveWatch»-system. «ValveWatch»-systemet er innrettet til å utføre lekkasje- og tilstandsovervåkning av kritiske på/av-ventiler, for eksempel ventiler av typen ESD/ESV. «ValveWatch»-systemet anvendes med fordel for realisering av utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse.

Et eksempel på anvendelse av «ValveWatch»-systemet 300 er vist i fig. 2 og fig. 3, nemlig egnet for anvendelse sammen med den ovennevnte ventil 20.1 et eksempel omfatter ventilen 20 et roterbart element 310 som er montert inne i en rørkomponent 320. Rotasjon av elementet 310 om en akse 330, som er vinkelrett på en lengdeakse 335 i rørkomponenten 320, er innrettet til å regulere en strøm av fluid i rør-komponenten 320. Oppstrøms og nedstrøms for elementet 310 er det anordnet to dynamiske trykksensorer 330, 340 som er montert i hull anordnet på rør-komponenten 320 slik som vist. De dynamiske trykksensorer 330, 340 er innrettet til å frembringe signaler som er representative for temporale trykkvariasjoner, nemlig «AC-koplet» trykkmålesignal. Videre omfatter rørkomponenten 320 et hulrom 350 rundt øvre og nedre områder hvor elementet 310 er monterbart montert rundt dreiepunkter 360, 370. Hulrommet 350 er utstyrt med en trykksensor 380 slik som vist. Eventuelt er rørkomponenten 320 også utstyrt med en deformasjonssensor som er montert på en utvendig omkretsoverflate av et åk 390. Åket 390 er innrettet til å overføre torsjonskraft som er nødvendig for å rotere elementet 310 for åpning eller stenging av ventilen 20. For vesentlig avtetning av hulrommet 350 med hensyn til et indre område 400 av rørkomponenten 320 er elementet 310 utstyrt med en ringformet pakning 410.1 drift roteres elementet 310 ved hjelp av en rotasjonsaktivator 420 som via åket 390 er koplet til elementet 310 slik som vist. Åket 390 er hensiktsmessig realisert som en aksel som har et stort sett sirkelrundt tverrsnitt. Eventuelt er aktivatoren 420 utstyrt med de to statiske trykksensorer 380 for måling av trykket i et aktiverende fluid som tilføres til aktivatoren 420. Med andre ord er de to statiske trykksensorer 380 innrettet til å måle statisk konstant trykk, nemlig «DC-koplede» trykksignaler. De dynamiske trykksensorer 330, 340 anvendes for å overvåke enhver økning i lekkasje gjennom ventilen 20. Aktivatorens 420 statiske trykksensorer 380 og deformasjonsmåleren som er montert på åket 390 anvendes til å overvåke en total driftstilstand for ventilen 20. For eksempel avføles skade eller korrosjon på elementet 310 eller vilkårlige komponentdeler som det grenser opp mot potensielt ved en økning i aktivatorfluidtrykk og/eller torsjon i åket 390 som er nødvendig for å forandre en tilstand av ventilen 20, for eksempel når den aktiveres mellom åpen og stengt tilstand. Deformasjonsmåleren som er montert på åket 390 er med fordel realisert i en Wheatstone-broutforming, slik at deformasjonsmåleren ikke bare måler torsjonen, men også deformasjonen i minst to kartetiske retninger, for eksempel i innbyrdes ortogonale X- og Y-retninger. Med andre ord er deformasjonssensoren innrettet til å måle dreie-, aksial-, gire- og torsjonskrefter med hensyn til åket 390.

Med formål å detektere lekkasje gjennom ventilen 20 er to prinsipielle typer sensorteknologi tenkelige for anvendelse: dynamiske trykksensorer, akustiske sensorer. Med fordel anvendes begge typer teknologi for realisering av den foreliggende oppfinnelse. Typene teknologi omfatter for eksempel piezo-elektriske trykksensorer.

Således, som oversikt, omfatter systemet 300, for eksempel realisert i sammenheng med et «ValveWatch»-system, sensorer som er festet på ventilen 20 og til aktivatoren 420 for å overvåke og registrere deres beteende på en rutinemessig måte. Eventuelt er systemet 300 innrettet til å operere ventilen 20 periodisk for å karakterisere dens driftsbeteende. Deformasjonssensoren og aktivatortrykksensorene overvåker et beteende hos ventilen 20 og dens aktivator 420 under drift, dynamisk trykksensorer og akustiske sensorer overvåker ventilen 20 for indre pakningssetelekkasjer, for potensielle lekkasjer og for potensiell fasthenging eller blokkering. I synergistisk kombinasjon, forsyner disse ovennevnte sensorer, via databehandlingsarrangement 140, operatørene 40 med en automatisert kontroll om en sanntidstilstand av ventilen 20 og dens tilknyttede aktivator 420, for eksempel ved å frembringe én eller flere beregnede risikofaktorer vedrørende ventilen 20, hvor risikofaktorene er indikasjon på sannsynlighet for driftssvikt eller komplikasjoner som er sannsynlige for at skal oppstå vedrørende ventilen 20. Nevnte ene eller flere beregnede risikofaktorer har en fordel ved at de kan oppfattes hurtig av operatørene 40 og deres viktighet hurtig fastslås. Eventuelt kan nevnte ene eller flere risiko faktorer benyttes til å utløse automatiske nødsikkerhetsprosedyrer og/eller vedlikeholdsprosedyrer.

Deformasjonssensoren og aktivatortrykksensorene frembringer verdifulle diagnostiske data hver gang ventilen 20 utfører slag, nemlig forandringer mellom dens åpne og stengte tilstand hvor elementet 310 roterer ved hjelp av aktivatoren 420. Deformasjonssensoren er permanent bundet til åket 390 og anvendes for å overvåke i det minste en dreiekraft som påtrykkes elementet under et av ventilens 20 slag. Tekniske problemer med drift av ventilen 20, også skade på visse komponenter i denne, er lett påvisbare fra signaler generert av deformasjonssensoren.

Trykksensorene 380 som er montert på tilførselsledninger til aktivatoren 420 med-virker til å muliggjøre registrering av forandringer i trykk i aktivatoren 420 ved et slag av ventilen 20. Skade på aktivatoren 420 eller et problem med luft- eller hydraulisk tilførsel til aktivatoren 420 kan detekteres ved anvendelse av disse trykksensorer 380. Trykksensorene 380 som er montert på aktivatoren 420 anvendes også til å overvåke når elementet 310 forandrer posisjon, for eksempel ved å detektere en momentan reduksjon i hydraulisk fluidtrykk når aktivatoren 420 utøver sitt slag. Med fordel er systemet 300 eventuelt innrettet til å utføre en stempelslagtest dersom et problem identifiseres, for ytterligere karakteriseringstester av ventilen 20.

Databehandlingssystemet 140 omfatter eventuelt en lokal dataanskaffelsesenhet (LDAU) som omfatter et «IP66» værbestandig hus og et antall moduler som er installert romlig så nær som mulig til ventilen 20. Modulene omfatter eventuelt to deformasjons-/AC-moduler og en kommunikasjonsmodul. Kommunikasjonsmodulen er innrettet til å understøtte kommunikasjon via deformasjonskanaler for bruk ved overvåkning av signaler fra deformasjonsmåleren som er forbundet med åket 390 og for de statiske trykksensorer 380 som er forbundet med aktivatoren 420. Dessuten er kommunikasjonsmodulen innrettet til å frembringe AC-kanaler for behandling av signaler generert av de dynamiske trykksensorer 330, 340. Databehandlingsarrangementet 140 er innrettet til å kondisjonere og omdanne signaler som mottas fra sensorene 120, 330, 340, 380 til et digitalt format for etterfølgende kommunikasjon via kommunikasjonsmodulen for trådløs eller data-over-kraft-overføring til en HUB-enhet. LDAU-enheten og sensorene 120, 330, 340, 380 er fordelaktig realisert på en egen sikker måte slik at driften av den ikke er i stand til å initiere noe form for brann eller eksplosjon i ventilen 20, sågar ved en lekkasje av brennbare fluider utvendig fra ventilen 20. Med fordel er LDAU-enheten og sensorene sertifisert ifølge nord amerikanske og europeiske standarder for installasjon i sone o områder.

Med fordel er et ytterligere kommunikasjonsapparat og en Ethernet-modul inkludert i HUB-enheten sammen med alle krafttilførsler, terminalstrimler og egensikre barrierer. Med fordel er HUB-enheten hyllemontert på et sikkert område med sone 2 betegnelse eller et ekvivalent rom. Eventuelt kan hver HUB-enhet utformes for å overvåke opptil åtte ventiler 20. Hensiktsmessig forbinder en Ethernet-kabel HUB-enheten med en server hvor sensordata lagres, overføres og deretter analyseres for lekkasje, for eksempel i forbindelse med beregning av én eller flere risikofaktorer. Eventuelt lagres alle testresultater fra nevnte ene eller flere ventiler 20 i en sikker Oracle-database-anvendelsesstøtte av databehandlingsarrangementet 140.

For fjernovervåking av risikofaktorer og drift av ventiler 20 omfatter systemet 300 med fordel et enkelt internet-grensesnitt for å muliggjøre lettvint tilgang til systemet 300 for overvåkning av dets status fra ethvert sted hvor internettilgang er tilgjengelig. Med fordel er det anordnet sikkerhet, for eksempel via kryptering, slik at bare autorisert personell har tilgang til systemet 300, for eksempel for inspisere dets systemkart, alarmvindu og systemtre for å inspisere status for ventilen 20 samt én eller flere beregnede risikofaktorer. Nevnte ene eller flere programvareprodukter 150 utført av databehandlingsarrangementet 140 er ved utførelse på datamaskinvaren innrettet til å generere rapporter og trendplotter slik at operatørene 40 er i stand til å evaluere ventilens 20 beteende og én eller flere risikofaktorer forbundet med nevnte ene eller flere ventiler 20.

I det foregående er det forklart at databehandlingsarrangement 140 er innrettet til å beregne én eller flere risikofaktorer i forbindelse med ventilen 20 i systemet 300. Beregnede sikkerhetsfaktorer som er frambrakt med hensyn til systemet 300 er i stand til å frembringe økt driftssikkerhet og derved mer pålitelig produksjon, for eksempel når ventilen 20 som er knyttet til systemet 300 er del av en «ventiltre»-enhet for olje- og/eller gassindustrier, for eksempel undersjøiske «ventiltre»-enheter. Beregning av én eller flere risikofaktorer er i stand til å redusere «nede»-tid og derfor frembringe økt profitt. Oppfinnelsen er således beskjeftiget med et instrumenteringssystem 300 som er innrettet til å overvåke kontinuerlig én eller flere risikofaktorer knyttet til en ventil 20, for eksempel realisert som en vingeventil, for eksempel for olje- og/eller gassplattformoperatører.

Nevnte ene eller flere risikofaktorer kan beregnes på forskjellige måter, men følger med fordel en generell form som definert i ligning 1.

hvor

R= én eller flere risikofaktorer,

F= en matematisk funksjon

S= en deformasjonsmåling, og

p= én eller flere trykkmålinger fra trykksensor 1-n knyttet til ventilen 20.

Et eksempel på funksjonen F vil nå bli forklart for å belyse en spesifikk måte å realisere den foreliggende oppfinnelse, selv om alternative måter for beregning av nevnte ene eller flere risikofaktorer er innenfor rammen av oppfinnelsen. Som forklart ovenfor er funksjonen F eventuelt basert på en parametrisk simuleringsmodell av ventilen 20.

I et første trinn av beregningen av risikofaktoren R beregnes til en stengekraft Cf ifølge ligning 2.

hvor

Bf= en «utblåsnings»-kraft for elementet 310 i ventilen 20,

Sf = en fjærkraft knyttet til elementet 310 i ventilen 20.

I et andre trinn av beregningen av risikofaktoren R beregnes en motkraft Of fra aktivatoren 420 ifølge ligning 3.

hvor

Hp = et hydraulisk trykk utøvet på et stempel i aktivatoren 420, og Ap = et område på stempelet som utsettes for det hydrauliske trykk Hp.

I et tredje trinn av beregningen av risikofaktoren R beregnes en friksjon M av elementet 310 i ventilen 20 ifølge ligning 4.

I et fjerde trinn av beregningen av risikofaktoren R utføres det en beregning ifølge ligning 5.

hvor

k = skaleringskoeffisient.

Selv om den foreliggende oppfinnelse ovenfor er beskrevet med hensyn til vinge- og stengeventiler 20, som nemlig omfatter elementet 310 innrettet til å utføre en forskyvningsbevegelse heller enn en rotasjonsbevegelse for å regulere en strøm av fluid gjennom ventilen 20, kan oppfinnelsen strekkes til å vedrører ESD/ESV-ventiler. Med fordel tar beregningen av risikofaktoren R ifølge ligning 1 hensyn til en temperatur T i ventilen 20 og også ventilens 20 strømningsegenskaper Q, nemlig ifølge ligning 6.

Ventilen 20 er med fordel utstyrt med en temperaturesensor for i drift å frembringe et mål på temperatur i ventilen 20, hvorved målingen benyttes når risikofaktorer beregnes for ventilen 20.

Av operatørene 40 som overvåker nevnte ene eller flere risikofaktorer R implementeres passende sikkerhets-, reparasjons- og/eller vedlikeholdsrutine, hvorved potensiell ulykke eller upålitelighet unngås. Når ventilen 20 er en kritisk komponent i en installasjon er den foreliggende oppfinnelse i stand til potensielt å unngå store skader og ulykker som kan være meget kostbare og avhjelpe tilbake-virkende. Således er den foreliggende oppfinnelse i stand til å frembringe betydelige driftsfordeler i installasjoner.

Valgfritt er de ovennevnte ventiler 20 enten av en type som aktiveres ved rotasjon eller en type som aktiveres ved lineær forskyvning, som nevnt. Selv om utførelses-former av oppfinnelsen er beskrevet med hensyn til ventiler som er koplet til fluid-aktiverte aktivatorer, kan oppfinnelsen anvendes ved elektrisk drevne aktivatorer hvor strøm- og spenningsenergisering til de elektriske drevne aktivatorer overvåkes med formål å beregne nevnte ene eller flere risikofaktorer R. Eventuelt frembringes aktiverende fluid til aktivatorene 420 via elektrisk-energiserte, fluidkontroll-solenoidventiler hvor solenoidventilen også er utstyrt med sensorer, for eksempel strøm-sensorer og armaturbevegelsessensorer, for detektering av at solenoidventilene også arbeider pålitelig og for beregning av én eller flere risikofaktorer som er forbundet dermed. Svikt hos solenoidventilen som mater aktivatoren 420 kan fra et systemsynspunkt være en ulykke som svikt hos selve aktivatoren 420. For eksempel ved vurdering av en risikofaktor R forbundet med solenoiden, overvåkes en aktiverende hastighet og en aktiverende elektrisk strøm som er nødvendig for å drive solenoiden.

Under henvisning til fig. 4 er det vist et riss av et instrumenteringssystem ifølge oppfinnelsen. Enheten 110 er vist med én eller flere ventiler 20 som drives ved hjelp av én eller flere solenoider 570. Fra enheten 110 frembringer sensorer 120, 330, 340, 380 ventilen 20 med sensordata 580 som tilføres til et «safty faktor»-system 550 som er innrettet til å utføre databehandling av sensordataene 580. Bearbeidede data fra systemet 550 overføres til et SAS-kontrollsystem 560 via en datatunnel 590. Utsignaler fra SAS-kontrollsystemet 560 anvendes til å kontrollere ovennevnte ene eller flere solenoider 570. Som nevnt ovenfor overvåkes drift av solenoiden 570 også fordelaktig for å bidra med relevante data til sensordataen 580.

Oppfinnelsen er særlig egnet for et toppside ventiltre-system, enten undersjøisk basert eller land-basert. Men som forklart ovenfor kan oppfinnelsen anvendes i andre typer systemer.

Modifikasjoner av utførelsesformer av oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor er mulig uten å avvike fra rammen av oppfinnelsen slik som definert i de etterfølgende krav. Uttrykk som «inkluderer», «omfatter», «inkorporerer», «består av», «har», som er benyttet for å beskrive og kreve beskyttelse i den foreliggende oppfinnelse er ment å forstås på en ikke ekskluderende måte, nemlig ved å tillate gjenstander, komponenter eller elementer som ikke eksplisitt er beskrevet også å foreligge. Henvisning til entall skal også forstås å vedrøre flertall. Tall som er angitt i parentes i de etterfølgende krav er bare ment å hjelpe til ved forståelse av kravene og skal ikke oppfattes på noen måte som å begrense gjenstanden ifølge i disse krav.

Claims

1. Instrumenteringssystem (300) for overvåkning av én eller flere ventiler (20) i en enhet (110), hvor systemet (300) omfatter én eller flere sensorer (120) som er koplet til nevnte ene eller flere ventiler (20), og et databehandlingsarrangement (140) for behandling av sensorsignaler generert av nevnte ene eller flere sensorer (120) for å frembringe en indikasjon på drift av nevnte ene eller flere ventiler (20),karakterisert vedat - instrumenteringssystemet (300) er innrettet til å overvåke nevnte ene eller flere ventiler (20) som er inkorporert i en olje- og/eller gassproduksjonsenhet (110) i form av et juletre, - nevnte ene eller flere sensorer (120) og databehandlingsarrangement (140) er innrettet til å beregne én eller flere risikofaktorer (R) ut fra sensorsignalene som indikasjon på driftspålitelighet og/eller sikkerhet for nevnte ene eller flere ventiler (20), og - hver ventil (20) omfattet et tilhørende, justerbart strømningskontrollerende element (310), et aktivatorarrangement (420) for aktivering av det strømnings-kontrollerende element (310), og at nevnte ene eller flere sensorer (120) er innrettet til å avføle: (a) en dynamisk trykkforskjell tvers over elementet (310), (b) et trykk i et hulrom (350) som indikasjon på lekkasje i én eller flere retninger i elementet (310), (c) et dreiemoment generert av aktivatorarrangementet (420) ved aktivering av elementet (310), samt (d) et trykk av aktiverende fluid tilført til aktivatorarrangementet (420).

2. Instrumenteringssystem (300) i samsvar med krav 1,karakterisertved at olje- og/eller gassproduksjonsenheten (110) og systemet (300) er anordnet for undersjøisk operasjon.

3. Instrumenteringssystem (300) i samsvar med krav 1,karakterisertved at nevnte ene eller flere sensorer (120) og et kommunikasjonsarrangement (130) som kopler nevnte ene eller flere sensorer (120) til databehandlingsarrangement (140) er innrettet til å bli konstruert til en egensikker standard.

4. Instrumenteringssystem (300) i samsvar med krav 1,karakterisertved at databehandlingsarrangement (140) er innrettet til å beregne nevnte ene eller flere risikofaktorer (R) under hensyntagen til i det minste strømnings-karakteristikker for strøm av fluid gjennom nevnte ene eller flere ventiler (20) som avfølt av nevnte ene eller flere sensorer (120),

5. Fremgangsmåte for anvendelse av et instrumenteringssystem (300) for overvåking av én eller flere ventiler (20) i en enhet (110), karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: (a) inkludering av én eller flere sensorer (120) koplet til nevnte ene eller flere ventiler (20), og et databehandlingsarrangement (140) for behandling av sensorsignaler generert av nevnte ene eller flere sensorer (120), og (b) anvendelse av databehandlingsarrangementet (140) for behandling av sensorsignaler generert i drift av nevnte ene eller flere sensorer (120) for beregning av én eller flere risikofaktorer (R) ut fra sensorsignaler som indikasjon på driftspålitelighet og/eller sikkerhet for nevnte ene eller flere ventiler (20). (c) avføling under anvendelse av nevnte ene eller flere sensorer (120) med hensyn til hver ventil (20) for et tilhørende, justerbart strømnings-kontrollerende element (310), og et aktivatorarrangement (420) for aktivering av det strømningskontrollerende element (310), følgende parametre: (i) en dynamisk trykkforskjell tvers over elementet (110), (ii) trykk i et hulrom (350) som indikasjon på en lekkasje i én eller flere tetninger i elementet (310), (iii) et dreiemoment generert av aktivatorarrangement (420) ved aktivering av elementet (310), samt (iv) et trykk av aktiverende fluid tilført til aktivatorarrangementet (420), hvori instrumenteringssystemet (300) er innrettet til å overvåke nevnte ene eller flere ventiler (20) som er inkorporert i en olje- og/eller gassproduksjonsenhet (110) i form av et juletre.

6. Programvareprodukt (150) registrert på maskinlesbare datalagringsmedia,karakterisert vedat programvareproduktet (150) er utfør-bart på datamaskinvare (140) for utførelse av en fremgangsmåte ifølge krav 5.

7. Enhet (110) som omfatter én eller flere ventiler (20) for kontrahering av fluid-strøm i enheten (110),karakterisert vedat enheten omfatter et instrumenteringssystem (300) ifølge krav 1.