Qu'est-ce qu'un séparateur pétrochimique : types, dimensionnement et applications

Qu'est-ce qu'un séparateur pétrochimique: types, dimensions et applications

Pour répondre à la question fondamentale:Qu'est-ce qu'un séparateur pétrochimique et quelle est sa taille?Un séparateur pétrochimique est un récipient à pression qui divise un flux de procédé mixte en phases vapeur et liquide, et en trois phases en vapeur, liquide d'hydrocarbures et eau libre,en utilisant un réglage par gravité assisté par une réduction du moment d'entrée et un dispositif d'élimination des brumesSa capacité de traitement des gaz est déterminée par l'équation de Souders-Brown, v_max = K x sqrt (((rho_L - rho_V) / rho_V), où K est un facteur empirique qui dépend de l'orientation du récipient et du type d'éliminateur de brouillard.Pour un séparateur vertical avec une plaque de maille, K est généralement de 0,10-0,15 m/s; avec une palette de palettes, il monte à 0,15-0,25 m/s; avec un cyclone axial, il atteint 0,25-0,35 m/s.un séparateur limite le transfert de liquide dans le gaz à moins de 0.1 US gal par MMSCF et fournit du gaz contenant moins de 0,01-0,05% en poids de liquide entraîné dans les compresseurs, les réacteurs et les fours en aval.

1Mécanismes de séparation dans un séparateur pétrochimique

Un séparateur traverse quatre zones séquentielles, et une défaillance dans l'une d'elles dégrade l'ensemble du récipient:

• Réduction du moment d'entrée:Le dispositif d'entrée principal est la première ligne de défense. un flux mixte entrant à 15-30 m/s porte beaucoup trop de momentum pour que la gravité agisse, donc le flux est dirigé dans un tuyau à moitié ouvert,une entrée cycloniqueL'objectif est double: dissiper l'énergie cinétique de sorte que le liquide en vrac tombe immédiatement,et éviter de recâtrer le liquide en gouttelettes fines que la section de gravité ne peut pas déposerUne mauvaise conception de l'entrée est la cause la plus fréquente de la sous-performance des séparateurs.parce que le navire peut être de taille généreuse sur le papier mais encore inonder son éliminateur de brouillard avec les gouttelettes ré-entraînées créées à la buse.
• Section de réglage de la gravité:La vapeur doit traverser le récipient suffisamment lentement pour que les gouttelettes entraînées tombent plus vite que le gaz ne monte.qui est exactement ce que le facteur K de Souders-Brown exprime dans un seul nombre empiriqueLes gouttelettes liquides de 100 à 500 micromètres se déposent facilement, de sorte que cette section gère la charge en vrac.les déflecteurs de distribution perforés sont donc utilisés dans les récipients horizontauxLa phase liquide est ensuite maintenue pendant un temps de séjour de 1 à 10 minutes selon le travail: 1 à 3 minutes pour un simple tambour de knock-out,5 à 10 minutes pour un séparateur triphasé où l'eau doit être séparée des hydrocarbures.
• Élimination du brouillard:La gravité ne peut pas éliminer les gouttelettes inférieures à environ 100 micromètres, donc un éliminateur de brouillard gère la fraction fine.capture des gouttelettes supérieures à 5 à 10 micromètres jusqu'à 99L'efficacité est de 0,9% avec une chute de pression de seulement 25 à 75 mm H2O, mais il déborde au-dessus d'environ 100% de sa charge de conception.tolère les solides et les charges liquides plus élevéesUn cyclone à débit axial atteint 5-8 micromètres et résiste à l'inondation, au prix d'une chute de pression plus élevée de 100-250 mm H2O.tendance à l'encrassement et perte de pression admissible.
• Collecte de liquide et contrôle du niveau:La zone finale détermine la qualité du liquide et la protection en aval. Le niveau doit être maintenu dans une bande étroite: trop élevé et le dégagement de brouillard et le liquide transporté dans la sortie de gaz,trop bas et le gaz souffle à travers la sortie du liquide avec de graves conséquences pour toute pompe ou tout récipient en avalLes séparateurs horizontaux à trois phases utilisent un régulateur de niveau d'interface plus une plaque de barrage pour maintenir la couche d'hydrocarbures et une botte ou une jambe d'eau pour extraire l'eau libre.Des disjoncteurs sont installés sur chaque sortie de liquide pour empêcher l' entraînement des gaz., et la buse de sortie doit être dimensionnée pour la vitesse de débit du liquide plutôt que pour la vitesse moyenne beaucoup plus faible dans le récipient.

2Les principales configurations et leurs fonctions

Quatre configurations couvrent la plupart des applications de séparateur pétrochimique:

• Séparateur vertical:Un récipient vertical est le choix standard lorsque la vitesse du gaz est élevée par rapport à la vitesse du liquide, lorsque l'espace de la parcelle est étroit, ou lorsque la charge liquide est faible et principalement entraînée par une limace,comme dans un aspirateur à compresseurComme le gaz doit se déplacer verticalement contre la gravité, le diamètre du récipient est fixé directement par le facteur K de Souders-Brown,et la hauteur de l'enveloppe est ensuite réglée par les exigences de retenue du liquide plus l'espace pour l'éliminateur de brouillard et le dispositif d'admissionLes unités verticales gèrent bien le contrôle du niveau, sont autodécoulant et tolèrent l'accumulation de solides dans la tête inférieure avec un drainage et un nettoyage.Leur faiblesse est qu'ils offrent peu de résidence liquide pour un diamètre donné, elles sont donc rarement utilisées pour la séparation triphasique de l'huile, de l'eau et du gaz.
• Séparateur horizontal:Un récipient horizontal fournit une grande surface liquide et un temps de résidence liquide long, ce qui en fait le défaut pour des taux de liquide élevés, un service de mousse et une séparation en trois phases.La distance d'arrêt dans la direction verticale est courteCes récipients sont spécifiés lorsque la résidence liquide de 3 à 10 minutes est nécessaire,lorsque l'interface huile-eau doit être contrôlée, ou lorsque l'aliment est mousseux et a besoin d'une surface pour briser la mousse.et la nécessité d'une distribution prudente du gaz sur toute la longueur pour éviter qu'il ne se déverse vers la sortie..
• Knockout Drum et Flare Knockout:Un tambour de sortie, ou KOD, est un séparateur simple dont le travail est la protection plutôt que la récupération du produit.devant un four pour éviter l'accumulation de flammes et la cokéfaction par des gouttelettes liquides, et avant une fusée pour évacuer le liquide qui brûlerait autrement comme une pluie liquide dangereuse.et la base de dimensionnement est généralement la gouttelette liquide maximale qui ne sera pas transportée dans la pointe de la flammeIls sont généralement secs et doivent être équipés d'une pompe ou d'un éjecteur pour éliminer le liquide accumulé après un événement de soulagement.
• Séparateur triphasé et tambour de reflux:Un séparateur à trois phases divise la vapeur, un liquide d'hydrocarbures léger et l'eau libre, en utilisant un barrage pour maintenir la couche d'hydrocarbures et un contrôleur de niveau d'interface pour gérer l'eau.Le dimensionnement nécessite deux critères vérifiés indépendamment: la capacité gazeuse de Souders-Brown et le temps de sédentarisation liquide nécessaire pour que les gouttelettes d'eau se déposent à travers la couche d'hydrocarbures, généralement de 5 à 10 minutes,en utilisant la loi de Stokes avec la taille des gouttelettes d'eau dans l'huileUn tambour de reflux sur une colonne de distillation est un boîtier à deux phases plus simple, mais doit être dimensionné pour le flux normal de reflux et de distillat ainsi que pour le flux transitoire créé par une perturbation de la colonne.avec une retenue suffisante pour donner à l'opérateur 3 à 5 minutes pour répondre avant que la pompe de reflux ne perde l'aspiration ou que le tambour n'inonde la ligne aérienne.

Matrice de comparaison des configurations des séparateurs pétrochimiques

Questions fréquemment posées

Q: Quel est le facteur K et comment le choisir?

R: Le facteur K condense la limite de vitesse de vapeur de Souders-Brown en une constante empirique, v_max = K x sqrt (((rho_L - rho_V) / rho_V), avec v en m/s.Il capture l'effet combiné de l'orientation du navireLes valeurs typiques sont de 0,10-0,15 m/s pour un récipient vertical avec un support à mailles, 0,15-0.25 m/s avec une palette de volets, 0,25-0,35 m/s avec un cyclone axiale, et 0,10-0,25 m/s pour un récipient horizontal selon le rapport longueur/diamètre.pour les navires avec de mauvais dispositifs d'admission, et lorsque l'équipement en aval est sensible à tout liquide, tel qu'un compresseur centrifuge ou un four de reformage.

Q: Qu'est-ce qui provoque le transfert de liquide dans un séparateur?

R: Il y a cinq causes principales: une vitesse de gaz supérieure à la limite de Souders-Brown, généralement due à un projet de débouteillage qui a augmenté le débit sans réévaluer le navire.soit à partir de solides et de polymères enduisant le maillage, soit à partir d'une charge liquide supérieure à sa capacitéUn régulateur de niveau ou un émetteur de niveau défectueux, surmonté par de la cire, de l'écaille ou du coke, pour que le niveau du liquide monte dans l'espace gazeux.Les produits de dégradation des amines ou les hydrocarbures condensés stabilisent une couche de mousse que le récipient ne peut pas briser et qui est directement attirée vers la sortie du gaz.Et une mauvaise conception de l'entrée, où le jet entrant ré-atomises liquide et crée des gouttelettes bien en dessous de la taille de coupe de conception.

Q: Quelle est la taille d'un séparateur triphasé?

R: Deux critères indépendants doivent être satisfaits, et le plus grand navire prévaut. Premièrement, la capacité de gaz:appliquer l'équation de Souders-Brown avec le facteur K approprié pour trouver le diamètre minimum ou la surface gazeuse effectiveDeuxièmement, résidence liquide: pour la phase des hydrocarbures, laisser suffisamment de temps aux gouttelettes d'eau, généralement de 100 à 300 micromètres, de s'installer à travers la couche d'huile jusqu'à l'interface.qui signifie généralement 5 à 10 minutes de séjour et définit la longueur du récipient ou le diamètre de la coquille. Vérifiez également que la bande de commande de l'interface est suffisamment large pour fonctionner, généralement de 150 à 300 mm, et que la botte ou la jambe d'eau est dimensionnée pour le taux d'eau attendu plus une marge pour les limaces.Vérifier le déclenchement: à 30% du débit de conception, les vitesses diminuent et la séparation s'améliore, mais le contrôle du niveau et l'intégrité du barrage doivent encore être maintenus.

Q: Quels matériaux et quels codes s'appliquent aux séparateurs pétrochimiques?

R: La plupart des séparateurs sont construits selon la division 1 de l'ASME VIII avec un timbre en U, ou selon l'équivalent local tel que PED 2014/68/UE avec marquage CE pour le service européen.L'acier au carbone tel que le SA-516 de qualité 70 est la norme pour les hydrocarbures non corrosifs.; l'acier inoxydable 316L ou duplex est utilisé lorsque des chlorures sont présents.La NACE MR0175 / ISO 15156 régit la dureté du matériau et le traitement thermique pour prévenir la fissuration par stress au sulfure, et dans le service H2S humide, l'acier est souvent testé HIC et traité thermiquement après soudage à moins de 200 HV.Le service hydrogène à haute température nécessite une vérification de la courbe de Nelson API 941 pour l'attaque à haute température de l'hydrogène et peut forcer un alliage de chrome-molybdène tel que 1.25Cr-0,5Mo ou 2.25Cr-1Mo. Lorsque le récipient sépare l'eau produite avec des chlorures et du CO2, une tolérance à la corrosion de 3 à 6 mm plus un revêtement interne ou un revêtement en alliage résistant à la corrosion est normal.