Τι είναι ένας διαχωριστής αερίου εισόδου: Σκοπός, Μεγέθυνση και Οδηγίες Σχεδιασμού

Απαντώντας στην κεντρική ερώτηση:Τι είναι ένας διαχωριστής αερίου εισόδου;Ένας διαχωριστής αερίου εισόδου είναι το πρώτο δοχείο στο οποίο εισέρχεται μια ροή αερίου σε ένα εργοστάσιο επεξεργασίας, έναν σταθμό συμπιεστή, μια μονάδα αφυδάτωσης ή ένα σύστημα μέτρησης, και η δουλειά του είναι προστατευτική: αφαιρεί τα ελεύθερα υγρά και στερεά που διαφορετικά θα έβλαπταν, θα μόλυναν ή θα έκλειναν τα πάντα κατάντη. Επειδή η φόρτιση υγρών στην είσοδο ενός εργοστασίου είναι εκ φύσεως άγνωστη και μπορεί να φτάσει ως ένα "slug" (όγκος) 5-100 m3, οι διαχωριστές εισόδου μεγεθύνονται πιο συντηρητικά από οποιονδήποτε άλλο διαχωριστή στο εργοστάσιο. Ο συντελεστής Κ σχεδιασμού στην εξίσωση Souders-Brown είναι συνήθως 0,08-0,20 m/s, έναντι 0,10-0,35 m/s για τα κατάντη δοχεία, και η συγκράτηση υγρών είναι γενναιόδωρη, 3-10 λεπτά, αντί για 1-3 λεπτά που χρησιμοποιούνται για έναν απλό καθαριστή. Ο στόχος απόδοσης συνήθως εκφράζεται ως μεταφορά υγρών κάτω από 0,1 γαλόνι ΗΠΑ ανά εκατομμύριο τυπικά κυβικά πόδια, και το δοχείο είναι η φθηνότερη ασφάλιση στο εργοστάσιο έναντι των πιο ακριβών βλαβών κατάντη.

1. Γιατί ο διαχωριστής εισόδου μεγεθύνεται συντηρητικά

Τέσσερα χαρακτηριστικά μιας ροής εισόδου δικαιολογούν το επιπλέον περιθώριο, και καθένα έχει μια πιθανή βλάβη που συνδέεται:

• Άγνωστη και παροδική φόρτιση υγρών:Σε αντίθεση με έναν κατάντη διαχωριστή, όπου η σύνθεση της τροφοδοσίας καθορίζεται από την προηγούμενη μονάδα και είναι σταθερή, ένας διαχωριστής εισόδου αντιμετωπίζει ό,τι παραδίδει ο αγωγός ή τα φρεάτια. Η φόρτιση υγρών ποικίλλει με τις συνθήκες του φρεατίου, με το έδαφος, με το πρόγραμμα καθαρισμού με "pigs" και με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ένας αγωγός που καθαρίζεται με "pigs" μετά από μήνες λειτουργίας μπορεί να παραδώσει ένα "slug" πολύ μεγαλύτερο από οτιδήποτε προέβλεπε ο στατικός σχεδιασμός, και τα "slugs" εδάφους σε ένα λοφώδες σύστημα συλλογής μπορούν να φτάσουν χωρίς προειδοποίηση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το δοχείο καθορίζεται με γενναιόδωρη συγκράτηση υγρών και με σύστημα ελέγχου στάθμης που ανταποκρίνεται σε δευτερόλεπτα αντί για λεπτά, και γιατί η ρύθμιση υψηλής-υψηλής στάθμης έχει οριστεί να κλείνει την έξοδο αερίου πριν το υγρό φτάσει στον διαχωριστή ομίχλης.
• Προστασία του κατάντη εξοπλισμού:Η αξία ενός διαχωριστή εισόδου μετριέται από αυτό που προστατεύει. Ένας συμπυκνωτής αφυδάτωσης με γλυκόλη θα αφρίσει σοβαρά και θα χάσει γλυκόλη εάν εισέλθει υδρογονάνθρακας, και ένα μοριακό κόσκινο θα υποστεί μόνιμη ζημιά από υγρό νερό ή υδρογονάνθρακα. Ένας φυγοκεντρικός συμπιεστής θα υποστεί διάβρωση πτερυγίων και, σε ένα σοβαρό συμβάν "slug", καταστροφική ζημιά στις λεπίδες και τις σφραγίδες. Μια αεριοστρόβιλος θα σβήσει ή, χειρότερα, θα υποστεί διάβρωση στην καυτή ζώνη και βλάβη στις λεπίδες από εισπνεόμενα υγρά και άλατα. Ένα σύστημα μέτρησης θα μετρήσει λανθασμένα, με άμεσες συνέπειες στα έσοδα. Σε κάθε περίπτωση, το κόστος του διαχωριστή εισόδου, συνήθως ένα έως τρία τοις εκατό του κόστους του εργοστασίου, είναι ασήμαντο σε σύγκριση με το κόστος της βλάβης που αποτρέπει, που είναι ο λόγος για τον οποίο σχεδιάζεται γενναιόδωρα αντί για το ελάχιστο που απαιτούν οι στατικοί υπολογισμοί.
• Χειρισμός "slug" και χρόνος απόκρισης στάθμης:Ένα "slug" που φτάνει στον διαχωριστή εισόδου πρέπει να απορροφηθεί χωρίς να μεταφέρει υγρό στην έξοδο αερίου. Δύο ποσότητες καθορίζουν: ο όγκος υγρού που μπορεί να συσσωρευτεί πριν ενεργοποιηθεί η ρύθμιση υψηλής-υψηλής στάθμης, και ο διαθέσιμος χρόνος. Εάν ένα "slug" 50 m3 φτάσει σε πέντε λεπτά και ο διαχωριστής έχει 20 m3 ενεργού όγκου πάνω από την κανονική στάθμη, ο έλεγχος στάθμης και η βαλβίδα εκκένωσης πρέπει να αφαιρούν υγρό με ρυθμό 10 m3 ανά λεπτό, καθώς και να απορροφούν την περίσσεια, αλλιώς η ρύθμιση θα ενεργοποιηθεί. Οι σχεδιαστικές αποκρίσεις περιλαμβάνουν ένα μεγαλύτερο δοχείο, μια βαλβίδα εκκένωσης μεγεθυμένη για τον ρυθμό του "slug" αντί για τον μέσο ρυθμό, έναν ξεχωριστό συλλέκτη "slug" πριν από τον διαχωριστή για αγωγούς με σοβαρό "slugging", και μια φιλοσοφία ελέγχου που επιτρέπει στο εργοστάσιο να μειώσει την παραγωγή ή να ανακυκλώσει αντί να κλείσει αμέσως, εάν αυτό είναι ασφαλέστερο για τις κατάντη μονάδες.
• Στερεά, άμμος και κερί:Οι ροές εισόδου μεταφέρουν άμμο, άλατα, προϊόντα διάβρωσης, υπολείμματα ρευστού γεώτρησης σε ένα νέο πεδίο, και μερικές φορές κερί που καθιζάνει καθώς το αέριο ψύχεται. Αυτά τα στερεά καθιζάνουν στον πυθμένα του δοχείου, διαβρώνουν το στέλεχος της βαλβίδας εκκένωσης, φράζουν τον διαχωριστή ομίχλης και μειώνουν τον ενεργό όγκο. Ο διαχωριστής εισόδου σχεδιάζεται επομένως με ζώνη συλλογής στερεών, συνδέσεις εκτόξευσης άμμου και διάταξη έκπλυσης, και περιοδική εκκένωση σε κυκλώνα άμμου ή κλειστό αποχετευτικό σύστημα. Η συχνότητα της εκτόξευσης, καταγεγραμμένη με την πάροδο του χρόνου, γίνεται ένα χρήσιμο διαγνωστικό εργαλείο του ελέγχου άμμου κατάντη. Όπου αναμένεται κερί, το δοχείο πρέπει να σχεδιαστεί για υπολείμματα "pig" και με θέρμανση ή με σημείο έγχυσης διαλύτη, καθώς η συσσώρευση κεριού στον διαχωριστή ομίχλης είναι μια κοινή αιτία σταδιακής απώλειας απόδοσης που εύκολα διαγιγνώσκεται λανθασμένα ως πρόβλημα ταχύτητας.

2. Διαμορφώσεις και Οδηγίες Σχεδιασμού

Χρησιμοποιούνται τέσσερις διαμορφώσεις, και η επιλογή προκύπτει από τη φόρτιση υγρών, τον διαθέσιμο χώρο και τον προστατευόμενο εξοπλισμό:

• Κάθετος καθαριστής εισόδου:Η τυπική επιλογή όπου ο ρυθμός αερίου είναι υψηλός σε σχέση με τον ρυθμό υγρών, όπου ο διαθέσιμος χώρος είναι περιορισμένος, και όπου το υγρό είναι κυρίως ομίχλη παρά όγκος. Ένα κάθετο δοχείο έχει τη μικρότερη διάμετρο για δεδομένη χωρητικότητα αερίου, είναι αυτο-αποστραγγιζόμενο και χειρίζεται καλά τον έλεγχο στάθμης επειδή η επιφάνεια του υγρού είναι μικρή και η στάθμη ανταποκρίνεται γρήγορα στην εισροή. Είναι η τυπική διαμόρφωση για έναν καθαριστή αναρρόφησης συμπιεστή, όπου ο όγκος υγρών είναι μικρός αλλά οποιαδήποτε μεταφορά είναι επιζήμια, με συγκράτηση μόνο 1-3 λεπτών. Η αδυναμία είναι η περιορισμένη αποθήκευση υγρών, οπότε ένας κάθετος καθαριστής από μόνος του δεν μπορεί να απορροφήσει ένα μεγάλο "slug", και συχνά συνδυάζεται είτε με έναν μεγαλύτερο κατάντη διαχωριστή είτε με ένα δοχείο συμπύκνωσης και μια βαλβίδα εισόδου ταχείας κλεισίματος που απομονώνει τον συμπιεστή σε υψηλή στάθμη.
• Οριζόντιος διαχωριστής εισόδου:Χρησιμοποιείται όπου ο ρυθμός υγρών είναι σημαντικός, όπου πρέπει να απορροφηθούν όγκοι "slug", ή όπου απαιτείται τριφασικός διαχωρισμός αερίου, συμπυκνώματος και νερού. Η μακρά οριζόντια διαδρομή παρέχει καλή καθίζηση σταγονιδίων, η μεγάλη επιφάνεια σπάει τον αφρό και απελευθερώνει διαλυμένο αέριο, και το δοχείο παρέχει 3-10 λεπτά συγκράτησης υγρών σε διαχειρίσιμη διάμετρο. Για τριφασική λειτουργία, ένας ελεγκτής στάθμης διεπαφής και ένα φράγμα ή ένα μπότ διαχωρίζουν το συμπύκνωμα από το παραγόμενο νερό, και η μεγέθυνση πρέπει να ελέγχει τόσο τη χωρητικότητα αερίου κατά Souders-Brown όσο και τον χρόνο παραμονής υγρών που απαιτείται για να καθιζήσουν τα σταγονίδια νερού από το συμπύκνωμα, συνήθως 5-10 λεπτά. Οι συμβιβασμοί είναι μεγάλο αποτύπωμα στο χώρο, δυσκολότερος έλεγχος στάθμης υπό κίνηση στην υπεράκτια πλατφόρμα, και η ανάγκη για κατανομή αερίου κατά μήκος για την αποφυγή διόδευσης προς την έξοδο.
• Κυκλωνικοί και πολυκυκλωνικοί διαχωριστές εισόδου:Όπου ο χώρος και το βάρος είναι κρίσιμα, όπως στην υπεράκτια πλατφόρμα ή σε μια πλατφόρμα κεφαλής φρεατίου, ένας κυκλωνικός διαχωριστής εισόδου χρησιμοποιεί φυγοκεντρική επιτάχυνση αντί για βαρύτητα, επιτυγχάνοντας διαχωρισμό σε ένα δοχείο κλάσματος του μεγέθους. Το αέριο εισέρχεται εφαπτομενικά ή μέσω πτερυγίου στροβιλισμού και περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα, πετώντας το υγρό στο τοίχωμα όπου αποστραγγίζεται σε μια ζώνη συλλογής, ενώ ο ξηρός πυρήνας αποσύρεται μέσω ενός κεντρικού σωλήνα εύρεσης στροβίλου. Οι πολυκυκλωνικές διατάξεις χρησιμοποιούν δεκάδες μικρούς σωλήνες παράλληλα για να επιτύχουν λεπτό διαχωρισμό σε ένα συμπαγές κέλυφος. Τα πλεονεκτήματα είναι η συμπαγότητα και η ανεξαρτησία από την κίνηση. Οι περιορισμοί είναι μια υψηλότερη πτώση πίεσης, συνήθως 100-350 mm H2O, μια απότομη απώλεια απόδοσης σε μερική φόρτιση κάτω από περίπου 40-50% της σχεδιαστικής ροής, και ευπάθεια σε διάβρωση και φράξιμο από άμμο, γι' αυτό συνήθως προστατεύονται από έναν κυκλώνα άμμου ή ένα φίλτρο κατάντη.
• Όργανα, Έλεγχος και Κώδικες:Τα όργανα είναι αυτά που κάνουν τη διαφορά μεταξύ ενός διαχωριστή που προστατεύει και ενός που απλώς υπάρχει. Δύο ανεξάρτητοι πομποδέκτες στάθμης με ξεχωριστές συνδέσεις, ένας συναγερμός υψηλής στάθμης και μια ρύθμιση υψηλής-υψηλής στάθμης που κλείνει την έξοδο αερίου ή κλείνει τον προστατευόμενο εξοπλισμό είναι τυπικά, με τη ρύθμιση να δοκιμάζεται σε καθορισμένο πρόγραμμα. Ένας δείκτης διαφορικής πίεσης σε όλο τον διαχωριστή ομίχλης ανιχνεύει πλημμύρα και μόλυνση νωρίς. Ένας δείκτης πίεσης και ένας δείκτης θερμοκρασίας επιτρέπουν στον χειριστή να ελέγξει το σημείο λειτουργίας σε σχέση με την καμπύλη ενυδάτωσης. Τα υλικά ακολουθούν το ASME VIII Division 1 με συμμόρφωση NACE MR0175 / ISO 15156 σε διαβρωτική υπηρεσία, συμπεριλαμβανομένων ορίων σκληρότητας και θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση. Κάθε έξοδος υγρού πρέπει να έχει έναν διακόπτη στροβιλισμού, και το δοχείο πρέπει να παρέχεται με μια διάταξη ανακούφισης σύμφωνα με το API 520, μεγεθυμένη για περιπτώσεις κλειστής εξόδου υγρού και πυρκαγιάς, συν μια σύνδεση εκκένωσης σε φλόγα ή κλειστό αποχετευτικό σύστημα.

Πίνακας Σύγκρισης Διαμορφώσεων Διαχωριστή Αερίου Εισόδου

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός διαχωριστή εισόδου και ενός συλλέκτη "slug";

Α: Ένας διαχωριστής εισόδου είναι ένα δοχείο μεγεθυμένο για σταθερή παροχή αερίου με μέτρια συγκράτηση υγρών, συνήθως 3-10 λεπτά, και έχει σχεδιαστεί για να αφαιρεί ενσωματωμένα σταγονίδια και ομίχλη. Ένας συλλέκτης "slug" είναι ουσιαστικά ένας μεγάλος όγκος σωλήνα, διαμορφωμένος ως διάταξη "finger" ή "harp", με όγκο αποθήκευσης 100-3.000 m3 του οποίου ο μοναδικός σκοπός είναι να απορροφήσει τα μεγάλα υγρά "slugs" που συσσωρεύονται σε έναν μακρύ αγωγό και ωθούνται έξω από τον καθαρισμό με "pigs" ή από μια αλλαγή στη ροή. Είναι συμπληρωματικά παρά εναλλακτικά: μια μακριά γραμμή συλλογής σε λοφώδες έδαφος εκφορτίζει πρώτα σε έναν συλλέκτη "slug" που απορροφά τον κύριο όγκο αργά κατά τη διάρκεια ωρών, και το αέριο από τον συλλέκτη "slug" στη συνέχεια περνά σε έναν συμβατικό διαχωριστή που αφαιρεί την υπόλοιπη ομίχλη πριν το αέριο εισέλθει στο εργοστάσιο επεξεργασίας. Ο σχεδιασμός ενός διαχωριστή για να κάνει τη δουλειά του συλλέκτη "slug" θα παρήγαγε ένα δοχείο μη πρακτικού μεγέθους.

Ε: Γιατί ο συντελεστής Κ είναι χαμηλότερος για έναν διαχωριστή εισόδου από ό,τι για έναν κατάντη;

Α: Επειδή η ροή εισόδου είναι η λιγότερο καλά χαρακτηρισμένη στο εργοστάσιο. Οι τροφοδοσίες των κατάντη διαχωριστών έχουν περάσει από τουλάχιστον ένα στάδιο διαχωρισμού, οπότε η κατανομή μεγέθους σταγονιδίων και η φόρτιση υγρών είναι γνωστές και σταθερές, και οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις τυπικές τιμές Κ 0,10-0,35 m/s με σιγουριά. Οι ροές εισόδου δεν έχουν: το υγρό φτάνει από φρεάτια ή αγωγούς σε ποσότητες και μεγέθη σταγονιδίων που ποικίλλουν με τον χρόνο, με το έδαφος, με τον καθαρισμό με "pigs" και με τις συνθήκες περιβάλλοντος, και η ποινή για την υπο-σχεδίαση είναι ζημιά σε ακριβό κατάντη εξοπλισμό αντί απλώς μια μέτρια απώλεια απόδοσης. Ο χαμηλότερος συντελεστής Κ, συνήθως 0,08-0,20 m/s, είναι επομένως ένα σκόπιμο περιθώριο έναντι της αβεβαιότητας, και συνήθως συνδυάζεται με έναν πιο στιβαρό διαχωριστή ομίχλης, όπως ένα πακέτο πτερυγίων αντί για ένα πλέγμα, το οποίο ανέχεται υψηλότερες και πιο μεταβλητές φορτίσεις υγρών χωρίς να πλημμυρίζει.

Ε: Τι συμβαίνει αν αποτύχει ένας διαχωριστής εισόδου;

Α: Οι συνέπειες διαδίδονται κατάντη και είναι σχεδόν πάντα πιο ακριβές από τον διαχωριστή. Το υγρό που φτάνει σε έναν συμπυκνωτή αφυδάτωσης με γλυκόλη προκαλεί αφρισμό, μεταφορά γλυκόλης και απώλεια της ικανότητας αφυδάτωσης, και η λύση είναι να κλείσει, να καθαριστεί το σύστημα και να αντικατασταθεί η υποβαθμισμένη γλυκόλη. Το υγρό που φτάνει σε ένα μοριακό κόσκινο προκαλεί μόνιμη ζημιά στον προσροφητικό παράγοντα, καθώς το κόσκινο μολύνεται μη αναστρέψιμα από υγρό υδρογονάνθρακα και από υγρό νερό που προκαλεί τη διάσπαση των σφαιριδίων, και το κρεβάτι πρέπει να αντικατασταθεί. Το υγρό που φτάνει σε έναν φυγοκεντρικό συμπιεστή προκαλεί διάβρωση πτερυγίων, ανισορροπία και, σε ένα σοβαρό συμβάν "slug", άμεση και καταστροφική βλάβη στις λεπίδες και τις σφραγίδες. Το υγρό που φτάνει σε μια αεριοστρόβιλο προκαλεί αστάθεια φλόγας, θερμικό σοκ στην καυτή ζώνη και διάβρωση από άλατα και ρύπους. Το υγρό που φτάνει σε ένα δημοσιονομικό μετρητή προκαλεί λανθασμένη μέτρηση με άμεσες οικονομικές και συμβατικές συνέπειες. Αυτή η ασυμμετρία είναι ο λόγος για τον οποίο οι διαχωριστές εισόδου υπερ-σχεδιάζονται αντί να βελτιστοποιούνται.

Ε: Πόσο συχνά πρέπει να επιθεωρείται και να συντηρείται ένας διαχωριστής εισόδου;

Α: Το καθεστώς επιθεώρησης προκύπτει από τον κίνδυνο. Τα όργανα στάθμης πρέπει να ελέγχονται λειτουργικά σε κάθε διακοπή λειτουργίας και συνήθως κάθε 3-6 μήνες κατά τη λειτουργία, καθώς είναι το στοιχείο του οποίου η βλάβη προκαλεί άμεσα μεταφορά. Ο διαχωριστής ομίχλης επιθεωρείται εσωτερικά σε κάθε μεγάλη περιοδική συντήρηση, συνήθως κάθε 3-5 χρόνια, ελέγχοντας για μόλυνση, διάβρωση, μετατόπιση και ζημιά, και αντικαθίσταται εάν παρουσιάζει περισσότερη από μέτρια υποβάθμιση. Η διαφορική πίεση σε όλο το δοχείο και σε τυχόν στοιχεία φίλτρου πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς, με μια αυξανόμενη τάση να ενεργοποιεί έρευνα αντί για προγραμματισμένη απόκριση. Η συσσώρευση άμμου διαχειρίζεται με εκτόξευση σε συχνότητα που καθορίζεται από την παρατήρηση, από ωριαία σε αμμώδες φρεάτι έως μηνιαία σε καθαρό, και ο πυθμένας του δοχείου και το ακροφύσιο εξόδου επιθεωρούνται για διάβρωση και για λέπτυνση στη διεπαφή άμμου-νερού. Εσωτερικά, το δοχείο εξετάζεται για λέπτυνση τοιχώματος, διάβρωση, διάβρωση στη συσκευή εισόδου και ρωγμές στις γραμμές συγκόλλησης, με το διάστημα να ορίζεται από ένα πρόγραμμα επιθεώρησης βάσει κινδύνου σύμφωνα με το API 580 ή το ισοδύναμο τοπικό πρότυπο, και με μικρότερο διάστημα σε διαβρωτική ή "sour" υπηρεσία.