Chinesischer Hersteller von Öl- und Gasabscheidern, der Mehrphasentrennungs­lösungen für Midstream-Betriebe anbietet

Hersteller von Öl- und Gasabscheidern in China bietet Mehrphasen-Trennlösungen für Midstream-Betriebe

Beantwortung der Kernfrage: Was liefert ein Öl- und Gasabscheider von Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd für Midstream-Betriebe? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) entwickelt und fertigt Zwei- und Dreiphasen-Produktionsabscheider, die Bohrlochköpfe in Gas, Öl und Wasser durch Schwerkraftabscheidung trennen, ergänzt durch Einlass-Impulsbrecher und einen Nebelabscheider. Die Abscheider arbeiten von 1 bis 100 bar mit Flüssigkeitshaltezeiten von 1-5 Minuten für Zweiphasenbetrieb und 3-10 Minuten für Dreiphasenbetrieb. Die Gaskapazität wird durch die Souders-Brown-Gleichung mit einem Geschwindigkeitsfaktor K von 0,10-0,35 m/s bestimmt, und ein richtig dimensioniertes Gefäß mit einem Nebelabscheider entfernt Tröpfchen über 10-500 µm und hält den Flüssigkeitsmitriss unter 0,1 L pro Million Normkubikmeter Gas.

1. Wie funktioniert die Mehrphasentrennung

Ein Abscheider ist ein Niedriggeschwindigkeitsbehälter: Sein einziger Zweck ist es, den Strom so weit zu verlangsamen, dass die Schwerkraft die Arbeit verrichten kann. Drei Stufen führen die Trennung durch:

• Einlass-Impulsbrechung: Das Bohrlochkopf-Fluid kommt als Hochgeschwindigkeits-Mehrphasengemisch an, das oft schwallartig ist und jede Flüssigkeitsfilmbildung zerstören und Tröpfchen wieder mitreißen würde, wenn es direkt eingelassen würde. Der Einlass verwendet daher einen Ablenker, einen Zentrifugaleinlass oder einen Zyklon, der den Impuls absorbiert, den Fluss verteilt und die primäre Gas-Flüssigkeits-Trennung beginnt. Ein schlecht konstruierter Einlass ist die häufigste Ursache für einen Abscheider, der auf dem Papier funktioniert und im Feld unterdurchschnittliche Leistungen erbringt, da kein Gefäßvolumen eine am Einlass zerstörte Trennung wiederherstellen kann. Einlassvorrichtungen werden für das erwartete Strömungsregime ausgewählt, und wo Schwallbildung stark ist, wird stromaufwärts ein Schwallfänger oder ein größeres Einlassverteilerstück bereitgestellt.
• Schwerkraftabscheidung: Sobald die Hauptphasen getrennt sind, setzen sich Tröpfchen gemäß dem Stokes'schen Gesetz ab, wobei die Endgeschwindigkeit proportional zum Quadrat des Tröpfchendurchmessers und zur Dichtedifferenz und umgekehrt proportional zur Viskosität der kontinuierlichen Phase ist. Deshalb ist die Verweilzeit wichtig und warum sich schweres, viskoses Rohöl langsamer trennt als leichtes Kondensat. Die Gaskapazität wird durch die Souders-Brown-Gleichung Vmax = K·sqrt((rhol - rhog)/rhog) bemessen, mit einem K von 0,10-0,35 m/s, abhängig vom Betrieb und davon, ob ein Nebelabscheider montiert ist. Die Flüssigkeitskapazität wird durch die Verweilzeit bemessen, was dem Gefäß seinen Durchmesser und seine Naht-zu-Naht-Länge gibt.
• Nebelabscheidung und Koaleszenz: Die Schwerkraft allein kann feine Tröpfchen nicht entfernen, daher strömt das Gas vor dem Austritt durch einen Nebelabscheider: eine gestrickte Maschenmatte, die Tröpfchen über 10-30 µm bei geringem Druckabfall entfernt, eine Schaufelpackung für höhere Flüssigkeitslasten und verschmutzende Dienste oder ein Zyklonbündel für hohe Gaskapazität und kompakte Gefäße. Im Dreiphasenbetrieb wird die Flüssig-Flüssig-Trennung durch eine Koaleszenzplattenpackung oder Matrix verbessert, die die Abscheidestrecke verkürzt, indem sie den Tröpfchen einen kurzen vertikalen Weg zu einer Oberfläche gibt, wo sie koaleszieren und abfließen. Dies kann das erforderliche Gefäßvolumen bei schwierigen Emulsionen um 30-50 % reduzieren.

2. Konfigurationen und Betriebsprobleme

Die Auswahl des Abscheiders wird durch die Phasenanzahl, das Gas-Öl-Verhältnis und die Betriebsprobleme bestimmt, die der Strom mit sich bringt. Vier Überlegungen dominieren:

• Zwei- im Vergleich zu Dreiphasen: Ein Zweiphasenabscheider trennt Gas von der gesamten Flüssigkeit und wird dort eingesetzt, wo die Wasserproduktion vernachlässigbar ist oder wo Wasser nachgeschaltet behandelt wird. Ein Dreiphasenabscheider trennt zusätzlich Öl von Wasser im selben Gefäß, wobei ein Wehr die Öl-Wasser-Grenzfläche festlegt und ein separater Wasserauslass, oder bei einem Eimer-und-Wehr-Design sowohl ein Wehr als auch ein interner Eimer. Dreiphasengefäße erfordern eine zuverlässige Grenzflächenstandregelung, da der Wasserauslass Wasser abführen muss, ohne Öl zu verlieren, und der Ölauslass Öl abführen muss, ohne Wasser mitzuführen. Eine Grenzfläche, die sich um einige Zentimeter verschiebt, kann den Wassergehalt im Verkauföl so verändern, dass eine nicht spezifikationsgerechte Ladung entsteht.
• Horizontal im Vergleich zu Vertikal: Horizontale Abscheider sind der Standard für Dreiphasenbetrieb und für hohe Gas-Öl-Verhältnisse, da sie eine große Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche, eine lange Abscheidestrecke und eine niedrige Gasgeschwindigkeit in einem Gefäß bieten, das leicht zu transportieren und zu warten ist. Vertikale Abscheider werden bevorzugt, wenn der Platz begrenzt ist, wenn der Strom Sand oder Feststoffe mitführt, die einen Bodenablauf und eine regelmäßige Reinigung benötigen, wenn eine Flüssigkeitsstoßkapazität benötigt wird oder wenn das Gas-Öl-Verhältnis sehr niedrig ist und das Gefäß durch die Flüssigkeitsrückhaltung bemessen wird. Viele Anlagen verwenden einen vertikalen Abscheider stromaufwärts eines horizontalen Dreiphasenabscheiders.
• Schaum, Emulsionen, Paraffin und Sand: Vier Feldprobleme vereiteln die Lehrbuchkonstruktion von Abscheidern. Schaumendes Rohöl bildet eine stabile Schaumschicht, die das Gefäßvolumen einnimmt und Flüssigkeit zum Gasauslass trägt, was durch Einlasszyklone, schaumbrechende Einbauten und chemische Einspritzung gesteuert wird. Dichte Öl-Wasser-Emulsionen widerstehen der Schwerkraftabscheidung und erfordern Wärme, chemische Demulgatoren oder elektrostatische Koaleszenz. Paraffin- und Asphaltenablagerungen bauen sich auf Einbauten auf und reduzieren die Kapazität, gesteuert durch Wärme und entfernbare Einbauten. Sand sammelt sich an und nimmt Volumen ein, daher sind die Gefäße mit Sanddüsen, Sandablässen und bei starker Beanspruchung einem separaten Sandabscheider stromaufwärts ausgestattet. Jedes dieser Probleme sollte im Entwurfsstadium anhand von Felddaten identifiziert werden.
• Instrumentierung, Steuerung und Bemessungsstandards: Ein zuverlässiger Betrieb hängt von der Standregelung ab: eine Standregelung am Flüssigkeitsauslass, eine Grenzflächenregelung am Wasserauslass im Dreiphasenbetrieb und unabhängige Hoch- und Niedrigstandalarme und Abschaltungen, um Flüssigkeitsmitriss in das Gassystem oder Gasdurchschlag in das Flüssigkeitssystem zu verhindern. Der Druck wird am Gasauslass geregelt, und der Überdruckschutz wird für die Fälle blockierter Auslässe und Brände bemessen. Die Konstruktionen folgen API 12J für Öl- und Gasabscheider und ASME VIII Division 1 für die Druckgrenze, und die Bemessung sollte auf tatsächlichen Fluideigenschaften, Durchflussraten und Gas-Öl-Verhältnissen basieren und nicht allein auf einer Faustregel für die Verweilzeit.

Vergleichsmatrix für Öl- und Gasabscheiderkonfigurationen

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Wie wird ein Abscheider bemessen?

A: Durch zwei unabhängige Berechnungen, und das größere Ergebnis bestimmt. Die Gaskapazität verwendet die Souders-Brown-Gleichung Vmax = K·sqrt((rhol - rhog)/rhog), wobei K ein empirischer Geschwindigkeitsfaktor von 0,10-0,35 m/s ist, der aus der Betriebserfahrung gewählt und für Druck, das Vorhandensein eines Nebelabscheiders und die Schaumneigung modifiziert wird; die erforderliche Querschnittsfläche ergibt sich aus dem tatsächlichen Gasfluss unter Betriebsbedingungen. Die Flüssigkeitskapazität verwendet die Verweilzeit: typischerweise 1-5 Minuten für Zweiphasenbetrieb und 3-10 Minuten für dreiphasige Öl-Wasser-Trennung, mit längeren Zeiten für viskoses Rohöl und für dichte Emulsionen. Der Gefäßdurchmesser ergibt sich aus der Gasbedarf und die Länge aus dem Flüssigkeitsbedarf, geprüft gegen ein Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis, das den Fluss angemessen hält, üblicherweise 3:1 bis 5:1.

F: Was verursacht Flüssigkeitsmitriss in einem Gasabscheider und wie wird er behoben?

A: Vier Ursachen, in absteigender Reihenfolge der Häufigkeit. Einlasskonstruktion: Wenn der einströmende Impuls nicht abgebaut wird, werden Tröpfchen schneller wieder mitgerissen, als die Schwerkraft sie entfernen kann, und keine Erhöhung der Gefäßgröße kompensiert dies. Schaumbildung: Eine stabile Schaumschicht nimmt den Abscheideraum ein und wird direkt zum Gasauslass getragen, was ein chemisches Problem ist, das eine Antischaum-Einspritzung erfordert, anstatt ein mechanisches. Überlastung: Tatsächlicher Gasfluss über der Auslegungsrate, durch höhere Produktion oder durch Schwallbildung, erhöht die Geschwindigkeit über das Souders-Brown-Limit hinaus. Beschädigter oder verschmutzter Nebelabscheider: Eine Maschenmatte, die sich löst, korrodiert oder durch Paraffin oder Salz verstopft ist, hört auf, feine Tröpfchen zu entfernen. Die Diagnose beginnt mit der Messung des tatsächlichen Flusses im Vergleich zur Auslegung und der Inspektion der Einbauten bei der nächsten Abschaltung.

F: Warum ist die Grenzflächenstandregelung in einem Dreiphasenabscheider so entscheidend?

A: Weil der Öl- und der Wasserauslass sich beide am selben Gefäß befinden und die Trennungsqualität vollständig davon abhängt, wo die Grenzfläche liegt. Wenn die Grenzfläche zu hoch steigt, fließt Wasser durch den Ölauslass und das Verkauföl überschreitet seine Spezifikation für Grundsedimente und Wasser, was zu abgewiesenen Ladungen, Pipeline-Strafen oder nachgeschalteten Verarbeitungsproblemen führen kann. Wenn sie zu niedrig fällt, fließt Öl durch den Wasserauslass, was Produkt verschwendet, das Aufbereitungssystem für gefördertes Wasser überlastet und Entladegenehmigungen verletzen kann. Eine Verschiebung von nur wenigen Zentimetern kann ausreichen, um den Wassergehalt im Öl von konformen 0,5 % auf nicht spezifikationsgerechte 2 % zu erhöhen. Ein zuverlässiger Betrieb erfordert daher eine dedizierte Grenzflächenstandmessung, oft unter Verwendung einer Kapazitäts- oder geführten Radarsonde, mit unabhängigen Alarmen und regelmäßiger Überprüfung anhand eines manuellen Messgeräts.

F: Welche Standards gelten für Öl- und Gasabscheider?

A: Drei Ebenen. Die Auslegung und Bemessung des Abscheidegefäßes folgt API 12J, das die Bemessungsmethodik, die empfohlenen K-Faktoren, Verweilzeiten und Anleitungen zu Einbauten und zum Umgang mit Schaum, Sand und Paraffin liefert. Die Druckgrenze wird nach ASME VIII Division 1 oder dem gleichwertigen lokalen Code im Installationsgerichtsstand ausgelegt und gestempelt, mit Material-, Schweiß- und zerstörungsfreien Prüfanforderungen, die für den Betrieb geeignet sind. Wenn das Fluid sauer ist und Schwefelwasserstoff enthält, müssen die Materialien zusätzlich NACE MR0175 oder ISO 15156 für die Beständigkeit gegen Sulfidspannungsrisskorrosion entsprechen, was Härte und Materialzustand einschränkt und oft eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen und Härteprüfungen von Produktionsschweißnähten erfordert.