Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/13586
Type: Dissertação
Title: Health-aware control and model-based prognostics of a subsea oil and gas separation system
Other Titles: Controle consciente da saúde e prognóstico baseado em modelo de um sistema de separação submarina de óleo e gás
Author(s)/Inventor(s): Bernardino, Lucas Ferreira
Advisor: Secchi, Argimiro Resende
Co-advisor: Souza Jr., Maurício Bezerra de
Abstract: A exploração de campos com alto conteúdo de CO2 é desafiadora, devido ao baixo valor agregado e ao impacto ambiental associado a este componente. Nesse contexto, um uso importante para o CO2 gerado é sua reinjeção no reservatório, e a separação submarina de CO2 resulta em um processamento mais eficiente. O prognóstico é uma atividade chave nesse processo, devido à necessidade de minimizar intervenções nos equipamentos. O objetivo principal deste trabalho é investigar aspectos do controle consciente da saúde de um sistema de separação submarina de CO2. O modelo do sistema considerado, que consiste em um sistema de equações algébricodiferenciais, foi adaptado da literatura. Todas as simulações foram realizadas utilizando bibliotecas desenvolvidas pelo autor, baseadas nos métodos das bibliotecas Scipy e Assimulo. Um estado estacionário de referência foi obtido para as condições de projeto, e as funções de transferência em tempo contínuo foram identificadas a partir dos dados de resposta ao degrau. Os modelos identificados foram utilizados em um controlador preditivo, e simulações em malha fechada foram realizadas para avaliar a sintonia do controlador. No sentido de prognóstico, um modelo estocástico de degradação de bomba multifásica, sensível às condições de operação do processo, foi proposto, e um filtro de partículas foi implementado para estimação online do estado de degradação e predição do tempo de vida útil. Por fim, um controlador consciente da saúde foi projetado, e foram investigadas algumas dificuldades na combinação dos objetivos de extensão de vida útil e de controle. Os resultados obtidos indicam que o tratamento do problema de controle consciente da saúde sob a teoria de otimização multiobjetivo pode trazer resultados mais satisfatórios, assim como abordar a extensão de vida útil em uma camada de otimização.
Abstract: The exploitation of fields with high CO2 content is challenging, due to the low economic value and the environmental impact associated with this component. In this context, a significant use for the generated CO2 is its reinjection into the reservoir, and subsea CO2 separation allows for more efficient processing. Prognostics is a key activity in this process, due to the necessity of minimizing intervention in equipment. The main objective of this work is to investigate the health-aware control of a subsea CO2 separation system. The considered system model, which consists of a differential-algebraic equation system, was adapted from the literature. All simulations were performed using libraries developed by the author, based on methods from the Scipy and Assimulo libraries. A reference steady state was obtained for the design conditions, and continuous-time transfer functions were identified from step response data. The identified models were used in a predictive controller, and closed-loop simulations were performed to evaluate the controller tuning. In the sense of prognostics, a stochastic model of multiphase pump degradation, sensitive to the process operating condition, was proposed, and a particle filter was implemented to perform online degradation state estimation and remaining useful lifetime prediction. At last, a health-aware controller was designed, and some difficulties in combining reference tracking and lifetime extension objectives were investigated. The obtained results indicate that dealing with the health-aware control problem through the multiobjective optimization theory and addressing the useful lifetime extension in an optimization layer may result in more satisfactory results.
Keywords: Controle preditivo
Confiabilidade de equipamentos
Tempo de vida útil restante
Inferência estatística
Processamento submarino
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Aug-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

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