Introduction
The described work was carried out as part of the
Development and tests of hydrate inhibitor technology on Foundation Fieldbus system
TAMOP 4.2.1.B-10/2/KONV-0001-2010 project in the framework of the Hungarian Development Plan. The realization of this project is supported by the European Union, co-financed by the European Social Found.
József Subert, Viktor Füvesi ME AFKI
1
R & D project participiants
2
R & D project structure Lab measurements
Project coordinator SCADA Industrial Process Control Engineering and Trading Company
IT development
Terepi rendszer fejlesztés
1
(irodalmazás, piackutatás, elemzés)
Központi rendszer fejlesztés
2
3
4
5
Hidrát adagoló rendszer fejlesztése
Mérő és kommunikációs egység fejlesztése
Központi egység fejlesztése
Adatszolgáltató rendszer fejlesztése
0 E-03, Hi: 2011.06.30. Megvalósíthatósági Tanulmány – 1
Hidrátgátló készítmény vizsgálata
SCADA Kereskedelmi készítmények vizsgálata Összesen 4-6 kiválasztott kereskedelmi készítmény hidrát gátlási hatékonyság vizsgálata: Metanol NALCO Baker Petrolite Champion BASF
Research group University Of Miskolc Research Institute of Applied Earth Sciences
ME AFKI Pneumatikus adagoló egység fejlesztése
1a
ME AFKI
2b
Kereskedelmemben kapható adagoló berendezés vizsgálata
Gázelőkészítő rendszer vizsgálata
2a ME AFKI
E-01, Hi: 2011.06.30. Jelentés – 1,
Feladatok: Kiválasztás Beszerzés Vizsgálat
Kereskedelmi forgalomban kapható gázelőkészítő egység teljes körű vizsgálata
2ba
SCADA ME AFKI
E-04, Hi: 2011.06.30. Jelentés – 3
E-05, Hi: 2011.06.30. Jelentés – 4
(vizsgálati eredmények bemutatása)
(a vizsgálati eredmények értékelése)
Irányítástechnikai és kommunikációs rendszer tervezése Kommunikációs mérés: A kijelölt területeken térerő mérés és feldolgozás Rendszerterv készítés: Irodalmazás Specifikálás Mérőr. tervezés Komm. tervezés
3a
Összesen 4-6 kiválasztott originális készítmény hidrát gátlási hatékonyság vizsgálata: GH-86 GH-405 GH-506 ? ?
MOL Group
E-02, Hi: 2011.09.30. Jelentés – 2 (a mérési eredmények értékelése)
Feladatok: Tervezés, Kivitelezés Tesztelés
Érzékelők, táplálás, védelmek, lehetőségek, megbízhatóság, távfelügyelet és management, stb.
(HW és SW rendszerterv)
3b
Gyártás (2 készülék) Laboratóriumi tesztelés Terepi tesztelés
SCADA ME AFKI
E-11, Hi: Jelentés – 8 („D” terv, teszt eredmény bemutatás)
SCADA
Szolgáltatás: Webes felületre, SMS, Email, Stb.
E-09, Hi: 2011.06.30. Jelentés – 11 (programok kezelési leírása)
4b
Szerver rendszer HW és SW beüzemelés
5b
Kiszolgáló rendszer tesztelése
SCADA ME AFKI
(„D” terv, teszt eredmény bemutatás)
ME AFKI
SCADA ME AFKI
E-08, Hi: 2011.06.30. Jelentés – 9
Irányítástechnikai rendszer kivitelezés
ME AFKI Új pneumatikus adagoló berendezés terepi teszt
Specifikáció Program fejlesztés a megadott felületekre Webes felület tervezés Felügyeleti program fejlesztés Program management fejlesztés
2bb
E-06, Hi: 2011.09.30. Jelentés – 5
PE MÜKKI
SW fejlesztés kiszolgálás biztosításhoz
5a
Specifikáció Hardver tervezés és beszerzés: Szerverek UPS GPRS Modem Adatbázis tervezés Adatbázis kezelő tervezés Megjelenítő felület SCADA tervezés ME AFKI Webes felület tervezés
(mérési eredmények, rendszerterv)
Új pneumatikus adagoló fejlesztése
1b
4a
Szerver rendszer HW és SW tervezése
SCADA
ME AFKI
E-07, Hi: 2011.06.30. Jelentés – 7
(a mérési eredmények értékelése)
Pannon Egyetem MÜKKI készítmények vizsgálata
Demonstration site
Field instrumentation
Laboratóriumi vizsgálatok
2bc
SCADA Rendszer beüzemelése Tesztelés ME AFKI Javítások elvégzése
Rendszer beüzemelése Tesztelés Javítások elvégzése A tesztelés során a SCADA, az ME AFKI és a MOL részére megfelelő felületeket kell biztosítani
SCADA ME AFKI
A tesztelés során a SCADA, az ME AFKI és a MOL részére megfelelő felületeket kell biztosítani
E-12, Hi: Jelentés – 10
E-13, Hi: Jelentés – 12
(„D” terv, rendszer kezelési utasítás)
(„D” terv, rendszer kezelési utasítás)
Az adagoló hosszú idejű terepi vizsgálata E-10, Hi: Jelentés – 6 (vizsgálati eredmény értékelése)
Komplett adagoló rendszer tesztelése A 2 készülék terepi tesztelése
3
E-14, Hi: Jelentés – 13 („D” terv, teszt eredmény bemutatás)
4
Gas hydrate – the “Hot Ice”
Hydrate inhibitors
The gas hydrate is a crystalline material which contains a high concentration of methane gas. About 200 cubic meters methane can be recovered from a cubic meter of gas hydrate. The “energy source of the future” Storage options Shipping options
Methanol Thermal inhibitor, which changes environmental parameters (low temperature) Biological Hydrate crystals bacteria feeding installation
Production conditions Low temperature High pressure Presence of water
Original chemicals / compounds Formation of a variety of physical / chemical inhibitors KHI-27, HI-2254, Nalco EC-6481A, etc,
Problem A plug is forming inside the production pipeline, which reduces the flow. 5
Field hydrate inhibitor solutions
6
Hydrate inhibitor measurements Static No gas flow Refrigerated containers Fixed amount and composition of gas mixture Acoustic tests
Methanol addition Requires pipeline High methanol consumption No feedback, the quantities are not accurate Non environmental-friendly Construction of methanol recovery plant
Dynamic Gas flow Pipeline High amount of gas consumption
Inhibitor addition Discrete feeder stations Mobility Precise / individual dose for all wells Clean(er) technology
Laboratory Small diameter of pipeline Controlled laboratory conditions Modeling Field Real process conditions and pipeline size 7
8
Pneumatic pump (gas industry)
Pneumatic pump (gas industry)
A typical injecting system consist of three main parts: Gas preparation unit gas drying, filtering, decompression Cycler dosing volume setting, non-zero emission Pump injecting
Milton Roy pump and cycler 9
Object - field inhibitor injecting system Basic elements Gas preparation unit Decompression Rate and stroke (Feed) setting Injection pump with control - CIP 36 Inhibitor tank
10
Object - field inhibitor injecting system
CIP 36 inhibitor pump system
11
12
Problems of the operation in the field
Research & Development program
Operation and maintenance problems
Central Control Station Dev.
Problems in pipeline and fitting (pressure regulator freezing)
Solar Cell Farm Development
Data Base Management System Dev.
Rate loss
Service Solution Dev.
Pressure switch does not turn on/off
Electrical Pump Development
Discharged battery Voltage dependent transmitters
Chemical Dosing Development
Signal strength problems
Electrical Dosing Test
Pneumatic Pump Development
FIELD TEST
Mobil Laboratory Development
Wireless Communication System Dev.
Power Station Dev.
Settled organisms (birds, wasps)
Inhibitor Syntethising Dynamic Laboratory Investigation
Measurement and Control System Dev.
Pneumatic Pump Test
GPRS uncertainty
Long Time Test
Inhibitor Laboratory Testing
Field Measurement System Dev.
13
Field hydrate inhibitor development
14
Tests in climatised chamber
2
Tasks
Hidrát adagoló rendszer fejlesztése
Pneumatikus adagoló egység fejlesztése
Gázelőkészítő rendszer vizsgálata
2a ME AFKI
2b
Kereskedelmemben kapható adagoló berendezés vizsgálata Feladatok: ° Kiválasztás ° Beszerzés ° Vizsgálat
Kereskedelmi forgalomban kapható gázelőkészítő egység teljes körű vizsgálata
2ba
SCADA ME AFKI
E-04, Hi: 2011.07.31. Jelentés – 3
E-05, Hi: 2011.07.31. Jelentés – 4
(vizsgálati eredmények bemutatása)
(a vizsgálati eredmények értékelése)
Új pneumatikus adagoló fejlesztése Feladatok: ° Tervezés, ° Kivitelezés ° Tesztelés
2bb
SCADA ME AFKI
E-06, Hi: 2011.09.30. Jelentés – 5 („D” terv, teszt eredmény bemutatás)
SCADA ME AFKI
Új pneumatikus adagoló berendezés terepi teszt Az adagoló hosszú idejű terepi vizsgálata E-10, Hi: Jelentés – 6
2bc
Climate-controlled chamber
Gas preparation unit tests Pneumatic pump tests Development of a new injector pump New pump tests
Chemical tank
Compressor
Tests Tests on low temperature Tests on high temperature Wetted tests
Back Pressure regulator
Development
Pressure regulator
Planning Components purchase Assembling Lab tests Long term examination
Gas preparation Unit
Pump
(vizsgálati eredmény értékelése)
15
16
DIY climatised chamber
... and buy a cooler
17
Test Parameters
Process Instrumentation – 1
Variable parameters temperature (envinromental), pressure (in the pipeline), dosage (within the specified range). Temperature - 35 °C, - 20 °C, - 10 °C, 0 °C, + 10 °C, Ambient, + 40 °C + 60 °C
18
Pneumatic Pump Test
Chamber temperature – TT-04
Pump working pressure – PT-02
Inlet pressure – PT-01 Flow Pulse Switch – FT-07
Pressure
Dosing
50 bar 100 bar 150 bar
1 pulse/min 5 pulses/min 10 pulses/min
Line pressure – PT-03
Injected weight – WT-06 Pump system temperature – TT-05 19
20
Process Instrumentation – 2
Process Instrumentation – 3 WEB Design, Database , OPC
Engineering Station AMS, OPC
Operator Station
Ethernet
DeltaV
The field instrumentation, and data acquisition based on the Foundation Fieldbus system
Foundation Fieldbus H 1 Conventional 4-20 mA
On the top level the DeltaV DCS system from Emerson was used for measuring, function block applications and visualization. 21
System Configuration – 1
22
FCBA vs. typing
The Control Studio established Function Block Applications were used to measure traditional 4-20 mA signals of transmitters, to manage Foundation Fieldbus system configuration and related communication challenges.
23
24
System Configuration – 2
OPC – OLE for Process Control
Function Block Application: implementation of the injected pulse counter 25
26
Why FF ?
Why FF ?
A major advantage of fieldbus is the capital expenditure (CAPEX) savings associated with
Forced applications of standards Easy and quick device replacement on the FF segment
cable elimination in the lab
Detailed, faster and advanced diagnostics with or without FIMS
multiple devices share wire-pairs in order to communicate over the bus network
Faster and more precise device error location
flexibility during tests
Ability to transmit multiple parameters (more than one process variable) by every fieldbus transmitters
and savings are also available through faster commissioning.
Direct download from the DCS Minimized downtime during configuration
Ongoing maintenance and process control system performance are significantly enhanced through fieldbus systems, which results in operations expense savings (OPEX).
Working “Control in the field” function– even if failure of the DCS More effective maintenance support and solutions
SAVC
27
28
Why FF ?
Asset Management Asset managing functions System "health" monitoring System Status Survey (hardware and software) Status, integrity Device problems Abnormal conditions Optimization Loop performance Loop utilization Intervention
The system immediate gets information of any device failure and proposes to correct the error 29
Test results
30
Test results
Pump system temperature Chamber temperature
PT-1/SCLR1/OUT.CV PT-2/AI1/OUT.CV PT-3/SCLR1/OUT.CV TT-4/AI1/OUT.CV TT-5/AI1/OU.CV 31
GD-3 in. pressure IP-4 pneumatic controller in. pressure Inhibitor pressure Chamber temp. House temp.
48.6 bar 4.6 bar 61.7 bar -40.3 degC -41.2 degC 32
Visualization and access via the WEB
Development of new injecting system Electrical pump development Renewable energy system using No gas emission Operation at -40 °C Total well monitoring Intelligent injecting
The measurements can also monitor by web interface. The DeltaV process control system sent data to database via OPC.
Electrical Pump Development
The MySQL database was configured by PHP language for process and to display retrieved data.
33
Preliminary field tests
34
Field tests – Szeghalom-29#
Solar cells
Controller
Chemical tank Technology model (Process simulation)
Electric pump 35
36
Field hydrate inhibitor development – Results
Field hydrate inhibitor development – Results
Overall engineering, R&D – Mechanical parts 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
Electronics
Gas preparator unit Pneumatic injector Temperature testing Field testing Installation parameters Injector family Security Reliability Licensing Market segments Operation, services and support
9 9 9 9 9 9 9 9
P&ID, Monitoring loops layout Communication network User applications Analysis of different solutions Communication channels (USW, micro, GPRS, V-SAT, ?) Reliability tests Security Licensing
37
The twin EU project
38
R & D Project Participiants Project coordinator
Olaj- és gáztermelési technológiák csővezetékeiben gázhidrát kialakulás megakadályozására szolgáló speciális inhibitor adagoló berendezések komplex rendszerének kifejlesztése K+F (GOP-1.3.1-10/A-2010-0133) Developing special coplex gas hydrate inhibitor system for the oil and gas industrial pipelines
Research group SCADA Industrial Process Control Engineering and Trading Company University Of Miskolc Research Institute of Applied Earth Sciences Demonstration site
39
MOL Group
40
Mobil hydrate testing laboratory
Mobil hydrate testing laboratory
41
Mobil hydrate testing laboratory
42
Field tests – Mórahalom-3#
43
44
Field hydrate inhibitor development – Background
Thank you for your attention!
45
46
