Multiphase flow reconstruction in oil pipelines by capacitance tomography using simulated annealing

Resumen

En este trabajo un algoritmo de tipo recocido simulado (SA) altamente optimizado es aplicado a la reconstrucción de imágenes de permitividades a partir de datos de flujos difásicos reales cruzando una sección de un tubo cilíndrico usando tomografía de capacitancia eléctrica (ECT). La ECT proporciona imágenes de baja precisión comparando con otros procesos de tomografía, pero es robusta, barata y mucho más rápida. Este método no-intrusivo mide esencialmente distribuciones de permitividades en sistemas no-conductivos y se aplica en varios procesos de la industria petrolera como recipientes de mezclado, reactores de lechos fluidizados, tanques de separación o ductos transportando flujos multifásicos.
Para reconstruir las imágenes de flujos multifásicos a través de la sección de un contenedor cilíndrico, se determinaron las distribuciones de permitividad por medio de la tomografía de capacitancia eléctrica (ECT). Para este fin, un problema directo es resuelto en cada iteración de algoritmos de inversión de tipo recocido simulado "simulated annealing" (SA) y Landweber Proyectado. Pero se necesita todavía reducir el costo computacional de la resolución del problema directo a cada iteración de SA. Los métodos de Elementos Finitos o de Diferencias Finitas son generalmente escogidos para resolver el problema directo y los resolvedores de sistemas lineales introducen técnicas de diagonalización o de gradiante conjugado. En este artículo se introduce una discretización espacial por volúmenes finitos con refinamientos locales en una configuración cilíndrica con el fin de aumentar la resolución cerca de los electrodos, mejorar el cálculo de las capacitancias, y evitar problemas de resolución en el centro del sensor. Esta discretización tiene la ventaja de ofrecer una formulación conservativa usada en elemento finito y la flexibilidad para refinamiento de malla alrededor de los electrodos. De este modo se obtiene una mejor precisión local sin incrementar exageradamente el número de puntos de la malla. Los desempeños de la resolución del problema directo son analizados a la luz de los resultados obtenidos con métodos de elemento finito y datos experimentales. Se demuestra que la versión nonlineal de SA reconstruye mejor los flujos trifásicos que el método de Landweber.