基于中子的新方法有助于保持水下管道的开放

Zeljko Ilic正在为FaNGaS仪器上的一个中子实验调整一个管段。特别是当管道在低温下长时间闲置时,会形成水合物塞,堵塞管道。慕尼黑工业大学(TUM)的研究中子源Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)的测量结果表明,中子可以通过管道壁无损地探测到这些堵塞物。
资料来源:Sophie Bouat博士(科学拯救)/ FRM II / TUM

中子可以通过管道的金属壁无损地探测堵塞物。

工业和私人消费者同样依赖于海底绵延数千公里的石油和天然气管道。这些管道被沉积物堵塞并不罕见。到目前为止,几乎没有一种方法能够在现场非破坏性地识别桥塞的形成。慕尼黑工业大学(TUM)的研究中子源Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)的测量表明,中子可以提供选择的解决方案。

石油和天然气管道是我们能源供应的动脉。与北溪(Nord Stream)管道一样,它们将水下的能源长距离输送到陆地上的储存和生产设施。

但导致短缺的不仅仅是供应瓶颈,正如我们现在所面临的。在某些条件下,管道中的混合物——通常包括气、油和水——会变得非常黏稠,甚至形成固相。

尤其不利于运营商的是由气体和水形成的固体水合物,例如,在更长时间的管道关闭期间,当混合物冷却到海底的低温时。

以前的方法在水下不起作用

如果要就地修复堵塞,必须首先找到受影响的管道段。从外部定位堵塞是一项挑战,因为它们可能在管道的任何地方形成。

到目前为止,热成像相机和伽马射线被用来检测堵塞。然而,这两种方法在水下都不起作用。超声波在渗透水方面没有问题,但水合物块体只能在管壁外近距离检测到。

这一限制带来了实际的困难,因为水下管道铺设在水深达2000米的地方,通常被沙子或淤泥等海底物质自然覆盖。与声学方法相关的另一个技术难题是,在原油混合物中水合物相和其他相的声阻抗之间缺乏明显的区别,这使得识别困难。

中子——完美的探测器

TechnipFMC是一家在全球拥有约2万名员工的海底管道公司,该公司的项目经理Xavier Sebastian博士说:“我们正在寻找一种更有效的方法,以一种非接触式、非破坏性、可靠的方式找到水下管道塞,尽管管道壁很厚。”

这是Sophie Bouat博士建议的,她是science s.a.v.e.d的首席执行官。(科学分析促进企业发展),“中子是手头任务的完美探针。”她与实验室的科学家建立了联系亨氏Maier-Leibnitz协会在慕尼黑附近的加兴。

“使用即时伽马中子活化分析,可以非常精确地探测到轻原子和氢,”她继续说。由于水合物的氢含量和正常的石油或天然气有很大的不同,应该可以通过测量氢的浓度来检测堵塞。

在FRM II进行可行性研究

拉尔夫·吉尔斯博士,工业协调员中子源研究II与慕尼黑工业大学和Forschungszentrum Jülich的其他同事一起对这个问题进行了可行性研究。使用PGAA(瞬时伽马活化分析)仪器,利用了来自FRM II的冷中子,研究人员建立了这种方法可以用来区分石油、天然气和堵塞。

花蜜x射线照相和体层摄影设备FaNGAS(快中子诱导伽马射线能谱)仪器,他们使用了来自FRM II的快中子,以显示足够多的中子穿透管道的金属壁,以方便各自的测量,而且测量在水下也很好。

一个小的中子源可以检测塞子

结果清楚地表明,中子是这种应用的理想选择。此外,Ralph Gilles博士说:“我们的实验已经表明,我们甚至可以区分早期和成熟的堵塞。”“这是非常有益的,因为这样人们甚至可以在堵塞完全形成之前,预防性地加热管道段来融化堵塞。”

在实践中,带有小中子源的移动探测器将沿着管道来回移动,以寻找堵塞。Xavier Sebastian博士说:“我们非常高兴,在研究中子源测量的帮助下,我们现在发现了一种有效的方法,在未来更容易检测到这些塞子。”

除了慕尼黑工业大学的科学家,Forschungszentrum Jülich和亚琛工业大学的研究人员也参与了分析。与TechnipFMC公司的联系是通过science s.a.v.e.d公司进行的。(科学分析激发企业发展活力)。波束时间的使用权由TechnipFMC支付。

期刊:无损检测与评估
DOI:10.1080 / 10589759.2021.1990284
研究方法:实验研究
研究对象:不适用
文章标题:利用中子探测海底管道内水合物塞
文章出版日期:2021年10月25日

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安德烈亚斯巴腾堡蛋糕
慕尼黑工业大学
battenberg@zv.tum.de
办公室:49-892-891-0510

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ralph.gilles@frm2.tum.de
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安德烈亚斯巴腾堡蛋糕
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