Τι είναι ένας τριφασικός διαχωριστής πετρελαίου: Σχεδιασμός, Έλεγχος Παλιρροϊκού Κυματισμού και Διεπιφάνειας

Τι είναι ένας διαχωριστής τριών φάσεων πετρελαίου: Σχεδιασμός, φράγμα και έλεγχος διεπαφής

Απαντώντας στη βασική ερώτηση:Τι είναι ένας τριφασικός διαχωριστής πετρελαιοειδών;Ένας διαχωριστής τριών φάσεων πετρελαιοειδών είναι ένα οριζόντιο δοχείο πίεσης που διαχωρίζει ένα ρεύμα φρεατίου σε αέριο, αργό πετρέλαιο και παραγόμενο νερό σε ένα μόνο κέλυφος, χρησιμοποιώντας τη βαρύτητα και για τις τρεις φάσεις και τα εσωτερικά για τη διαχείριση της διεπαφής πετρελαίου-νερού. Το αέριο διαχωρίζεται με το όριο ταχύτητας Souders-Brown με συντελεστή Κ 0,10-0,25 m/s, ενώ το λάδι και το νερό διαχωρίζονται με καθίζηση, απαιτώντας χρόνο παραμονής 5-30 λεπτά ανάλογα με τη βαρύτητα API του ακατέργαστου και τη στεγανότητα του γαλακτώματος. Ο διαχωρισμός λαδιού-νερού χρησιμοποιεί μία από τις τρεις εσωτερικές διατάξεις: μια πλάκα φράγματος που συγκρατεί το στρώμα λαδιού, μια μπότα στην κάτω πλευρά του δοχείου που συλλέγει νερό όπου ο όγκος νερού είναι μικρός ή έναν συνδυασμό κάδου και φράγματος όπου και οι δύο όγκοι είναι σημαντικοί. Ο έλεγχος στάθμης διεπαφής είναι το κρίσιμο στοιχείο και ένα καλά σχεδιασμένο σκάφος κρατά μια ζώνη ελέγχου 150-300 mm.

1. Εσωτερικά: Πώς γίνεται η διαίρεση λαδιού-νερού

Χρησιμοποιούνται τρεις εσωτερικές διαμορφώσεις και η επιλογή ακολουθεί από την αναλογία νερού προς λάδι:

• Σχεδιασμός πλάκας Weir:Η πιο κοινή ρύθμιση για σημαντική, σταθερή διακοπή νερού. Μια κατακόρυφη πλάκα φράγματος συγκολλάται κατά μήκος του σκάφους εν μέρει κατά μήκος του, με την πλευρά του λαδιού προς τα ανάντη και την πλευρά του νερού προς τα κάτω. Το μείγμα λαδιού-νερού εισέρχεται στο άκρο εισόδου, το νερό κατακάθεται από κάτω και το λάδι συσσωρεύεται πάνω, και καθώς η στάθμη του υγρού ανεβαίνει πάνω από το φράγμα, το λάδι υπερχειλίζει προς το διαμέρισμα κατάντη, από το οποίο αναρροφάται υπό έλεγχο στάθμης. Το νερό αντλείται από το κάτω μέρος του διαμερίσματος εισόδου υπό τον έλεγχο της στάθμης της διεπαφής. Το ύψος του φράγματος καθορίζει το απόθεμα λαδιού και επομένως τον χρόνο παραμονής του λαδιού, ο οποίος είναι η παράμετρος που καθορίζει πόσο νερό διαχωρίζεται από το λάδι, επομένως το μέγεθος του φράγματος είναι από την απαιτούμενη θέση αντί να επιλέγεται αυθαίρετα. Το μειονέκτημα είναι ότι το φράγμα καταλαμβάνει όγκο του σκάφους και δημιουργεί ένα διαμέρισμα που μπορεί να αποστραγγιστεί μόνο αργά κατά τη συντήρηση.
• Σχεδιασμός μπότας:Χρησιμοποιείται όπου ο ρυθμός νερού είναι μικρός σε σχέση με το λάδι, συνήθως κάτω από περίπου 10-20% διακοπή νερού ή όπου το νερό φτάνει κατά διαστήματα. Αντί να διαιρείται το σκάφος κατά μήκος, μια μπότα είναι ένα μικρό κατακόρυφο ή οριζόντιο δοχείο συγκολλημένο στην κάτω πλευρά του κύριου κελύφους κοντά στο άκρο εξόδου, μέσα στο οποίο αποστραγγίζεται το νερό που κατακάθεται από το λάδι. Η στάθμη λαδιού ελέγχεται στο κύριο κέλυφος και η διεπαφή νερού-λαδιού ελέγχεται μέσα στο πορτμπαγκάζ, και επειδή η μπότα είναι μικρή, η διεπαφή ανταποκρίνεται γρήγορα και είναι πιο εύκολο να ελεγχθεί από ό,τι σε ένα δοχείο πλήρους διαμέτρου. Οι μπότες είναι φθηνές και συμπαγείς, αλλά παρέχουν περιορισμένο χρόνο παραμονής στο νερό και δεν μπορούν να διαχειριστούν μεγάλες ή κυμαινόμενες τιμές νερού, επομένως είναι κατάλληλες για σέρβις ξηρού λαδιού με περιστασιακό νερό και όχι για ώριμο, υγρό πηγάδι.
• Σχεδιασμός κάδου και φράχτη:Όπου τόσο ο όγκος του νερού όσο και του λαδιού είναι σημαντικοί και οι δύο χρόνοι παραμονής έχουν σημασία, μια διάταξη κουβά και φράγματος συνδυάζει τα δύο: μια πλάκα φράγματος συγκρατεί το λάδι και παρέχει παραμονή λαδιού, ενώ ένα τμήμα κάδου, ουσιαστικά ένα εκτεταμένο διαμέρισμα νερού, παρέχει το νερό που απαιτείται για να βγουν τα σταγονίδια λαδιού από το νερό και να μην χαθούν. Αυτό έχει σημασία επειδή το νερό που φεύγει από έναν διαχωριστή μεταφέρει λάδι μαζί του, συνήθως 100-1.000 mg/L, και αυτό το λάδι είναι και πρόβλημα απώλειας προϊόντος και απόρριψης. Μια μεγαλύτερη παραμονή στο νερό το μειώνει και δεδομένου ότι τα όρια εκκένωσης του παραγόμενου νερού είναι συνήθως 20-40 mg/L σε πολλές δικαιοδοσίες, το διαμέρισμα νερού και οποιοδήποτε δοχείο ή υδροκυκλώνας κατάντη σχεδιάζονται μαζί και όχι χωριστά.
• Συσκευές εισόδου, διαφράγματα και εξαγωγή ομίχλης:Ο διαχωρισμός ξεκινά από την είσοδο, όπου ένας κυκλωνικός, ένα πτερύγιο ή μια απλή διάταξη διαφράγματος διαλύει την ορμή του εισερχόμενου ρεύματος και κάνει την πρώτη χονδροειδή διάσπαση αερίου-υγρού. Το να γίνει αυτό σωστά είναι το μοναδικό πιο αποτελεσματικό μέτρο, επειδή ένας πίδακας εισόδου που ψεκάζει εκ νέου το υγρό δημιουργεί σταγονίδια πολύ κάτω από το μέγεθος κοπής σχεδιασμού που δεν θα καθιζάνει κανένας χρόνος παραμονής. Τα διάτρητα διαφράγματα διανομής κατά μήκος του δοχείου εξισορροπούν την ταχύτητα του αερίου και εμποδίζουν τη διοχέτευση προς την έξοδο, και ένας εξολκέας ομίχλης, ένα πλέγμα ή ένα πακέτο πτερυγίων, αφαιρεί τα λεπτά σταγονίδια από το αέριο πριν φύγει. Κάθε έξοδος υγρού είναι εφοδιασμένη με διακόπτη στροβιλισμού, επειδή μια δίνη στην έξοδο τραβάει αέριο προς τα κάτω στη γραμμή υγρού και προκαλεί το ίδιο το πρόβλημα που υπάρχει για να αποτρέψει το δοχείο.

2. Διαστασιολόγηση και έλεγχος ενός διαχωριστή τριών φάσεων

Πρέπει να πληρούνται δύο ανεξάρτητα κριτήρια και ο έλεγχος της διεπαφής είναι αυτός που καθορίζει εάν ο σχεδιασμός λειτουργεί στην πράξη:

• Χωρητικότητα αερίου:Το δοχείο πρέπει να είναι αρκετά φαρδύ και μακρύ ώστε η ταχύτητα του αερίου να παραμένει κάτω από το όριο Souders-Brown, v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V), με K 0,10-0,25 m/s για ένα οριζόντιο τριφασικό δοχείο, ανάλογα με την αναλογία μήκους προς διάμετρο και την ομίχλη. Η περιοχή ροής αερίου είναι η διατομή πάνω από τη στάθμη του υγρού, επομένως το σημείο ρύθμισης της στάθμης του υγρού επηρεάζει άμεσα τη χωρητικότητα του αερίου: ένα σκάφος που λειτουργεί με υψηλή στάθμη υγρού έχει λιγότερη περιοχή αερίου και μεγαλύτερη ταχύτητα αερίου, γι' αυτό το σημείο ρύθμισης στάθμης είναι μέρος του σχεδιασμού και όχι μιας προτιμώμενης λειτουργίας. Η χωρητικότητα αερίου διέπεται συνήθως σε υψηλές αναλογίες αερίου-πετρελαίου και στην πρώιμη ζωή ενός κοιτάσματος, ενώ η παραμονή υγρών διέπεται αργότερα καθώς αυξάνεται η διακοπή νερού.
• Χρόνος παραμονής σε λάδι και νερό:Η υγρή πλευρά μετράται με καθίζηση, χρησιμοποιώντας το νόμο Stokes με τα κατάλληλα μεγέθη σταγονιδίων. Για τα σταγονίδια νερού που καθιζάνουν εκτός λαδιού, η σχεδίαση είναι συνήθως 200-500 μικρόμετρα και η απαιτούμενη παραμονή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το ιξώδες του λαδιού, γι' αυτό και τα βαριά αργά κάτω από περίπου 20 API χρειάζονται 20-30 λεπτά ενώ τα ελαφρά αργά πάνω από 35 API μπορεί να χρειάζονται μόνο 5-10. Για σταγονίδια λαδιού που αναδύονται από το νερό, η σχεδίαση είναι συνήθως 150-300 μικρόμετρα και η παραμονή είναι συνήθως 3-10 λεπτά. Και τα δύο ελέγχονται ανεξάρτητα και το μήκος του σκάφους ορίζεται στη συνέχεια από τη μεγαλύτερη απαίτηση. Η θερμοκρασία βοηθά και τα δύο: η θέρμανση του ρεύματος στους 40-70°C μειώνει το ιξώδες του λαδιού, αυξάνει τη διαφορά πυκνότητας και αποσταθεροποιεί τη μεμβράνη διεπιφάνειας, έτσι πολλοί τριφασικοί διαχωριστές παρέχονται με πηνίο θέρμανσης ή πριν από αυτούς υπάρχει θερμαντήρας.
• Έλεγχος επιπέδου διεπαφής:Αυτό είναι όπου οι διαχωριστές τριών φάσεων πετυχαίνουν ή αποτυγχάνουν. Η διεπαφή μεταξύ λαδιού και νερού είναι σπάνια μια αιχμηρή γραμμή. Είναι συνήθως μια ζώνη γαλακτώματος 100-500 mm που περιέχει στερεά και ο ελεγκτής πρέπει να συγκρατεί τη διεπαφή εντός του δοχείου ενώ η ζώνη γαλακτώματος μεγαλώνει και συρρικνώνεται με ρυθμό και με χημική δοσολογία. Η μέτρηση της διαφορικής πίεσης είναι ανεπαρκής επειδή η διαφορά πυκνότητας μεταξύ λαδιού και νερού είναι μικρή, επομένως το σήμα είναι ασθενές και το άνοιγμα κυριαρχείται από σφάλματα. Αντίθετα, χρησιμοποιούνται ανιχνευτές χωρητικότητας ή αγωγιμότητας, ραντάρ καθοδηγούμενου κύματος ή ένας νουκλεονικός προφίλτρος πυκνότητας σε σοβαρή λειτουργία. Η ζώνη ελέγχου πρέπει να είναι αρκετά φαρδιά για να λειτουργεί, συνήθως 150-300 mm, και τόσο η στάθμη λαδιού όσο και η διεπαφή χρειάζονται ανεξάρτητη μέτρηση με συναγερμούς και, για την έξοδο αερίου, διακοπή υψηλής στάθμης.
• Προβλήματα λειτουργίας: Γαλάκτωμα, άμμος και αφρός:Τρία προβλήματα ευθύνονται για τα περισσότερα παράπονα απόδοσης. Συσσώρευση γαλακτώματος στη διεπιφάνεια, το οποίο μεγαλώνει μέχρι να καταλάβει ένα μεγάλο μέρος του δοχείου και τελικά εξέρχεται τόσο με το λάδι όσο και με το νερό. διαχειρίζεται με έγχυση απογαλακτωματοποιητή ανάντη, με θερμότητα, με περιοδική αποστράγγιση της ταινίας του γαλακτώματος μέσω ενός αποκλειστικού ακροφυσίου και με το να μην αφήνεται η ταινία να συσσωρεύεται για μήνες. Η άμμος, η οποία κατακάθεται κάτω από το νερό, μειώνει τον όγκο εργασίας και διαβρώνει τις εξόδους. αφαιρείται με εκτόξευση και όπου η παραγωγή άμμου είναι συνεχής, με ένα ειδικό σύστημα χειρισμού άμμου. Αφρός, ο οποίος σχηματίζεται όταν το αέριο διασπάται από παχύρρευστο ή μολυσμένο λάδι και μπορεί να γεμίσει τον χώρο των ατμών και να μεταφερθεί στην έξοδο αερίου. ελέγχεται με αντιαφριστική έγχυση, με αποτελεσματική συσκευή εισαγωγής και διατηρώντας τη στάθμη του υγρού κάτω από το σημείο όπου ο αφρός φθάνει στον εξολοθρευτή ομίχλης.

Πίνακας εσωτερικών διαμορφώσεων διαχωριστή τριών φάσεων

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Πώς μετράτε έναν διαχωριστή τριών φάσεων πετρελαιοπηγών;

Α: Δύο ανεξάρτητα κριτήρια, τα οποία πρέπει να πληρούνται και τα δύο. Πρώτον, χωρητικότητα αερίου: εφαρμόστε την εξίσωση Souders-Brown με συντελεστή Κ 0,10-0,25 m/s για να βρείτε την ελάχιστη περιοχή ροής αερίου, να θυμάστε ότι η περιοχή αερίου είναι η διατομή πάνω από τη στάθμη του υγρού, επομένως το σημείο ρύθμισης στάθμης είναι μια είσοδος σχεδιασμού. Δεύτερον, παραμονή υγρού: για να καθιζάνουν σταγονίδια νερού 200-500 μικρομέτρων έξω από το λάδι, επιτρέψτε την παραμονή με βάση το ιξώδες του λαδιού, συνήθως 5-30 λεπτά ανάλογα με τη βαρύτητα του API. και για να βγουν από το νερό σταγονίδια λαδιού 150-300 μικρομέτρων, αφήστε 3-10 λεπτά. Πάρτε το μεγαλύτερο αποτέλεσμα, ελέγξτε τη θήκη περιστροφής στο 30-50% της σχεδίασης και επιβεβαιώστε ότι η ζώνη ελέγχου της διεπαφής είναι τουλάχιστον 150-300 mm. Το API 12J παρέχει το πλαίσιο της βιομηχανίας και είναι καλή πρακτική να ελέγχετε τη θήκη καθυστερημένης διάρκειας ζωής με υψηλή διακοπή νερού ξεχωριστά από τη θήκη υψηλής απόδοσης αερίου πρώιμης ζωής.

Ε: Γιατί είναι τόσο δύσκολος ο έλεγχος επιπέδου διεπαφής;

Α: Τρεις λόγοι. Η διαφορά πυκνότητας είναι μικρή: το αργό πετρέλαιο στα 850 kg/m3 έναντι του παραγόμενου νερού στα 1.020 kg/m3 είναι μια διαφορά μόνο περίπου 17%, έτσι ένας πομπός διαφορικής πίεσης με τυπική ακρίβεια δίνει ένα σήμα με μεγάλο σχετικό σφάλμα και η διεπαφή μπορεί να μετακινηθεί ουσιαστικά πριν ανταποκριθεί ο ελεγκτής. Η διεπαφή δεν είναι μια γραμμή αλλά μια ζώνη: ένα στρώμα γαλακτώματος 100-500 mm, μερικές φορές περισσότερο, αναπτύσσεται μεταξύ των φάσεων, και μεγαλώνει και συρρικνώνεται με ρυθμό, με θερμοκρασία και με χημική δοσολογία, οπότε ο ελεγκτής παρακολουθεί έναν κινούμενο στόχο και όχι ένα σταθερό όριο. Και οι δύο έξοδοι αλληλεπιδρούν: η άντληση περισσότερου νερού μετακινεί τη διεπαφή προς τα κάτω, κάτι που αλλάζει την παραμονή του λαδιού και επομένως την ποιότητα του λαδιού, επομένως οι δύο βρόχοι πρέπει να συντονιστούν μεταξύ τους και όχι ανεξάρτητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ανιχνευτές χωρητικότητας, αγωγιμότητας ή νουκλεονικής διεπαφής χρησιμοποιούνται κατά προτίμηση έναντι της διαφορικής πίεσης.

Ε: Τι είναι η ζώνη γαλακτώματος και πώς γίνεται η διαχείριση της;

Α: Η ζώνη γαλακτώματος είναι η στρώση άλυτου γαλακτώματος νερό σε λάδι ή λάδι σε νερό που συσσωρεύεται στη διεπιφάνεια και σταθεροποιείται από ασφαλτένια, ρητίνες, λεπτά στερεά και επιφανειοδραστικές χημικές ουσίες. Σχηματίζεται επειδή ο χρόνος παραμονής στο δοχείο δεν επαρκεί για να σπάσει το πιο σφιχτό γαλάκτωμα, έτσι το άλυτο υλικό δεν έχει πού να πάει και μαζεύεται στο όριο. Αφήνοντας μόνο του, αναπτύσσεται μέχρι να καταλάβει ένα μεγάλο μέρος του υγρού χώρου, μειώνοντας την αποτελεσματική παραμονή και στις δύο φάσεις, και τελικά εξέρχεται με το λάδι, προκαλώντας βασικό ίζημα και νερό εκτός προδιαγραφών, ή με το νερό, προκαλώντας υψηλή περιεκτικότητα σε λάδι στο νερό. Η διαχείριση γίνεται με έγχυση απογαλακτωματοποιητή ανάντη στα 5-50 ppm, με θέρμανση, με περιοδική αποστράγγιση της ταινίας μέσω ενός αποκλειστικού ακροφυσίου που βρίσκεται στη διεπαφή και με το να μην αφήνεται να συσσωρευτεί για μήνες μεταξύ των παρεμβάσεων. Μια ανερχόμενη ζώνη, που μετριέται με νουκλεονικό προφίλτρο ή προκύπτει από μια ανάγνωση παρασυρόμενης διεπαφής, είναι μια έγκαιρη προειδοποίηση ενός απογαλακτωματοποιητή ή ενός προβλήματος χημικής συμβατότητας.

Ε: Τι ποιότητα μπορεί να επιτύχει ένας διαχωριστής τριών φάσεων;

Α: Τυπικοί αριθμοί, που εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το αργό και από τον χρόνο παραμονής, είναι νερό σε λάδι 0,5-5% στην έξοδο λαδιού και λάδι σε νερό 100-1.000 mg/L στην έξοδο νερού, με μεταφορά αερίου κάτω από 0,1 γαλόνι ΗΠΑ ανά εκατομμύριο τυπικά κυβικά πόδια. Αυτό δεν είναι αρκετά καλό ούτε για πωλήσεις ούτε για απόρριψη: το αργό προϊόν πώλησης απαιτεί βασικό ίζημα και νερό κάτω από 0,5% και αλάτι κάτω από 10 λίβρες ανά χίλια βαρέλια, το οποίο επιτυγχάνεται σε θερμαντήρα και ηλεκτροστατικό αφαλατωτή, ενώ τα όρια εκροής ή επανέγχυσης νερού συνήθως απαιτούν λάδι σε νερό κάτω από 20-40 mg/L. επίπλευση. Ο τριφασικός διαχωριστής είναι επομένως το βήμα αφαίρεσης χύδην του οποίου η δουλειά είναι να κάνει τον εξοπλισμό κατάντη μικρό και αξιόπιστο, όχι να παράγει από μόνο του εμπορεύσιμο λάδι και νερό μιας χρήσης.