Sensors for hydrates detection based on electrical impedance spectroscopy

Autor: Longo, Jean Paulo Nakatu
Přispěvatelé: Silva, Marco Jose da, Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo, Sousa, Fernando Rangel de, Neves Junior, Flavio, Silva, Jean Carlos Cardozo da, Sum, Amadeu Kun Wan
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Petróleo Brasileiro (Petrobrás) Sensores de impedância, nos quais a substância em análise causa uma variação em uma propriedade elétrica do sensor como resistência ou capacitância, são aplicados nesse trabalho para monitorar fluidos em processos industriais. No campo de produção de petróleo e gás, uma necessidade atual é a monitoração da formação e crescimento de hidratos, que são estruturas cristalinas, as quais podem se formar nas linhas de produção em determinadas condições de pressão e temperatura. Tais substâncias podem interromper a produção causando riscos e/ou aumentando os custos. No cenário atual de instrumentação industrial, não existe uma técnica de detecção estabelecida para a monitoração da formação de hidratos em oleodutos, sendo assim, neste trabalho a espectroscopia de impedância elétrica é aplicada para esse propósito, uma vez que é uma técnica robusta, simples e de baixo custo, na qual a assinatura elétrica de cada substância em análise é avaliada. Além do uso de uma célula sensora comercial, um sensor dedicado foi projetado e construído baseado na geometria de placas côncavas com o objetivo de ser aplicado em oleodutos. Aliada a medições de impedância de 40 Hz a 5 MHz, a formação e crescimento de sólidos foi monitorada. Inicialmente experimentos estáticos foram conduzidos com substâncias conhecidas para a calibração do sensor, depois experimentos com água congelando foram realizados, uma vez que o gelo tem muitas similaridades com hidratos. Finalmente, um experimento preliminar usando uma substância modelo (tetrahidrofurano) foi conduzido para a formação de hidratos. Assim, a espectroscopia de impedância é uma técnica promissora a ser aplicada em processos de fluxo para auxiliar no monitoramento de hidratos. Impedance sensors, in which the measurand causes a variation of an electrical sensor property such as resistance or capacitance, are applied in this work to monitor fluids in industrial processes. In the field of oil and gas production, a current need is to monitor the formation and growth of hydrates. Hydrates are solid crystalline structures, which may form in the oil stream under certain pressure and temperature conditions. Such hydrates may disrupt the production causing risks and/or increasing productions costs. In the current industrial instrumentation scenario, there is no established detection technique for monitoring the formation of hydrates within the pipelines. In this work, electrical impedance spectroscopy is applied for this purpose, which is a robust, simple and low-cost technique. Hence, the electrical signature of each substance under analysis is evaluated. Besides the use of commercial sensing cell, a dedicated sensor was designed and constructed based on a concave plates geometry with the aim to be applied in pipes. Allied to impedance measurements in the range 40 Hz to 5 MHz, the formation and growth of solids was monitored. Initially static experiments were carried out with known substances for sensor calibration. Water freezing experiments were also performed, since ice has several similarities with hydrates. Finally, an experiment using a model substance (Tetrahydrofuran) was performed for hydrate formation. Thus, impedance spectroscopy is a promising technique to be applied in flow processes to help in monitoring hydrates
Databáze: OpenAIRE
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