Διαχωριστής υδρογονανθράκων πετρελαϊκού πεδίου: σημείο δροσιάς υδρογονανθράκων, απομάκρυνση ομίχλης και εσωτερικά

Διαχωριστής Υδρογονανθράκων Πετρελαίου: Σημείο Δρόσου Υδρογονανθράκων, Απομάκρυνση Ομίχλης και Εσωτερικά Εξαρτήματα

Τι είναι ένας διαχωριστής υδρογονανθράκων πετρελαίου; Ένας διαχωριστής υδρογονανθράκων πετρελαίου είναι ένα δοχείο πίεσης που απομακρύνει υγρούς υδρογονάνθρακες και ελεύθερο νερό από μια ροή αερίου, ώστε το αέριο πωλήσεως να πληροί μια προδιαγραφή σημείου δρόσου υδρογονανθράκων, συνήθως -5 έως 10°C, και ώστε το ανακτηθέν συμπύκνωμα να μπορεί να δρομολογηθεί για σταθεροποίηση ή εξαγωγή. Σε αντίθεση με έναν διαχωριστή μαζικής παραγωγής, ο οποίος διαχωρίζει μια ροή από το φρεάτ σε κύριες φάσεις πετρελαίου, αερίου και νερού, ο διαχωριστής υδρογονανθράκων είναι μια μονάδα καθαρισμού και σημείου δρόσου, της οποίας η απόδοση κρίνεται από το πόσο πλήρως απομακρύνει τις τελευταίες σταγόνες, χρησιμοποιώντας έναν απομακρυντή ομίχλης ή συνενωτή για την απομάκρυνση σωματιδίων έως 0,3-1 μικρόμετρο με απόδοση 99,98%. Το μέγεθός του καθορίζεται από την εξίσωση Souders-Brown με συντελεστή Κ 0,08-0,25 m/s, και τα εσωτερικά του εξαρτήματα, η συσκευή εισόδου, ο απομακρυντής ομίχλης ή ο συνενωτής και η διαχείριση υγρών, όχι το περίβλημά του, είναι αυτά που καθορίζουν εάν το αέριο πληροί την προδιαγραφή ή μεταφέρεται και μολύνει έναν συμπιεστή ή μια γραμμή πωλήσεως.

1. Τι Πρέπει να Επιτύχει ο Διαχωριστής Υδρογονανθράκων

Η εργασία του καθορίζεται από την προδιαγραφή εξόδου και τρεις μηχανισμοί την επιτυγχάνουν:

• Συμμόρφωση με το Σημείο Δρόσου Υδρογονανθράκων: Οι συμβάσεις πωλήσεως αερίου ορίζουν ένα σημείο δρόσου υδρογονανθράκων, συχνά -5 έως 10°C στην πίεση της γραμμής, που σημαίνει ότι το αέριο δεν πρέπει να συμπυκνώνει υγρό όταν ψύχεται στον αγωγό. Η επίτευξή του απαιτεί την απομάκρυνση ουσιαστικά όλου του ελεύθερου συμπυκνώματος και των περισσότερων εναιωρούμενων σταγονιδίων, επειδή οποιοδήποτε εναπομείναν υγρό επανασυμπυκνώνεται κατάντη καθώς η πίεση και η θερμοκρασία πέφτουν. Ο διαχωριστής είναι επομένως η πρώτη γραμμή άμυνας για το σημείο δρόσου, συχνά υποστηριζόμενος από αφυδάτωση με γλυκόλη ή μοριακά κόσκινα και ψύκτη Joule-Thomson ή ψύξη, εάν ο διαχωριστής αφήνει σταγονίδια, ο ψύκτης και ο συμπιεστής κατάντη πρέπει να διαχειριστούν υγρό για το οποίο δεν σχεδιάστηκαν. Η έξοδος του διαχωριστή μετράται σε σχέση με την προδιαγραφή σημείου δρόσου, και η μεταφορά ακόμη και ενός μικρού κλάσματος υγρού μπορεί να βγάλει το αέριο εκτός προδιαγραφών.
• Απομάκρυνση Ομίχλης με Απομακρυντή Ομίχλης και Συστοιχία Πτερυγίων: Η βαρύτητα από μόνη της αφήνει υπερβολικό υγρό για υπηρεσία υδρογονανθράκων, οπότε το δοχείο βασίζεται σε έναν απομακρυντή ομίχλης. Ένα πλέγμα από πλεγμένο σύρμα συλλαμβάνει σταγονίδια άνω των 5-10 μικρομέτρων με απόδοση έως 99,9% με πτώση πίεσης μόνο 25-75 mm H2O, επαρκή για γενική χρήση. Όπου η προδιαγραφή είναι αυστηρότερη, μια συστοιχία πτερυγίων ή μια κυκλωνική είσοδος συν μια συστοιχία πτερυγίων απομακρύνει μικρότερα σταγονίδια με καλύτερη απόδοση σε υψηλή ταχύτητα και λιγότερη μόλυνση από στερεά. Η επιλογή εξισορροπεί την απόδοση απομάκρυνσης έναντι της πτώσης πίεσης και της ρύθμισης, επειδή ο απομακρυντής ομίχλης έχει ένα παράθυρο αποδοτικής ταχύτητας, κάτω από αυτό τα σταγονίδια επανασυμπυκνώνονται, πάνω από αυτό πλημμυρίζει. Καλή πρακτική είναι να καθορίζεται το μέγεθος του δοχείου και του απομακρυντή για την περίπτωση ρύθμισης 20-30%, όχι μόνο για την περίπτωση σχεδιασμού, ώστε η απόδοση να διατηρείται καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του πεδίου.
• Συνένωση για Λεπτά Σταγονίδια: Όταν το σημείο δρόσου ή ο εξοπλισμός κατάντη απαιτεί σχεδόν πλήρη απομάκρυνση, χρησιμοποιείται ένας συνενωτικός διαχωριστής. Συνδυάζει ένα πρώτο στάδιο συνενωτικών στοιχείων φίλτρου που συλλαμβάνουν λεπτά σταγονίδια και τα συγχωνεύουν σε μεγαλύτερα, με ένα δεύτερο στάδιο συστοιχίας πτερυγίων που απομακρύνει τα διογκωμένα σταγονίδια, επιτυγχάνοντας απομάκρυνση έως 0,3-1 μικρόμετρο με απόδοση 99,98%. Αυτή είναι η ίδια τεχνολογία με έναν διαχωριστή φίλτρου αγωγού, αλλά εφαρμόζεται στην ανάκτηση υδρογονανθράκων, και απαιτεί πειθαρχημένη παρακολούθηση διαφορικής πίεσης, επειδή τα στοιχεία βουλώνουν από στερεά και λάδι λίπανσης συμπιεστή και πρέπει να αντικατασταθούν πριν καταρρεύσει η απόδοση. Το αντάλλαγμα είναι μια υψηλότερη πτώση πίεσης και ένα αναλώσιμο στοιχείο έναντι ενός πολύ καθαρότερου αερίου και υψηλότερης ανάκτησης συμπυκνώματος.

2. Εσωτερικά Εξαρτήματα, Μέγεθος και Πειθαρχία Λειτουργίας

Το περίβλημα είναι απλό, τα εσωτερικά εξαρτήματα είναι αυτά που κάνουν τη μονάδα να αξίζει:

• Συσκευή Εισόδου και Κατανομή Ροής: Το πιο παραβλεπόμενο εξάρτημα είναι η συσκευή εισόδου, επειδή ο τρόπος εισόδου του μείγματος δύο φάσεων καθορίζει τα πάντα κατάντη. Μια κυκλωνική ή διαφραγματική είσοδος περιστρέφει το υγρό χύμα και κατανέμει ομοιόμορφα το αέριο σε όλη την διατομή του δοχείου, αποτρέποντας τη δημιουργία καναλιών και την τοπική υπερφόρτωση του απομακρυντή ομίχλης, μια κακή είσοδος ρίχνει όλο το υγρό στη μία πλευρά και το επανασυμπυκνώνει. Η είσοδος προστατεύει επίσης τον απομακρυντή ομίχλης από την άμεση πρόσκρουση ενός υγρού κύματος υψηλής ταχύτητας, το οποίο διαφορετικά θα το διαπερνούσε. Για υπηρεσία υδρογονανθράκων με φορτίο υγρού 1-20% και αέριο σε 20-100 bar, η συσκευή εισόδου καθορίζεται για το χειρότερο κύμα, όχι τον μέσο όρο, επειδή το κύμα είναι αυτό που καταστρέφει τα εσωτερικά εξαρτήματα και διαταράσσει την έξοδο.
• Μέγεθος Καθ' όλη τη Διάρκεια Ζωής του Πεδίου και Ρύθμιση: Ο διαχωριστής πρέπει να λειτουργεί κατά την αρχική θέση σε λειτουργία και δεκαετίες αργότερα, και οι περιπτώσεις είναι αντίθετες: νωρίς το δοχείο περιορίζεται από τη χωρητικότητα αερίου και το Souders-Brown καθορίζει τη διάμετρο, αργότερα, καθώς η παραγωγή μειώνεται, η ταχύτητα του αερίου πέφτει και το δοχείο μπορεί να γίνει υπερμεγέθες, λειτουργώντας τον απομακρυντή ομίχλης κάτω από το αποδοτικό του εύρος και επιδεινώνοντας την επανασυμπύκνωση. Οι σχεδιαστές ελέγχουν τη μέγιστη, κανονική και ελάχιστη ροή ρύθμισης, συνήθως 20-30% του σχεδιασμού, και επιλέγουν εσωτερικά εξαρτήματα των οποίων το αποδοτικό παράθυρο καλύπτει και τα τρία, συχνά μια συστοιχία πτερυγίων αντί για πλέγμα για αυτόν το λόγο. Ο συντελεστής Κ συμπυκνώνει τη γεωμετρία και την απόδοση του απομακρυντή σε έναν αριθμό, 0,08-0,15 m/s για κάθετο καθαριστή με πλέγμα, 0,15-0,25 m/s για οριζόντιο δοχείο ή συστοιχία πτερυγίων, και η διάμετρος του δοχείου προκύπτει από την πραγματική ροή αερίου διαιρεμένη με αυτή την ταχύτητα.
• Διαχείριση Υγρών, Έλεγχος Στάθμης και Προστασία: Το απομακρυνθέν συμπύκνωμα πρέπει να απορριφθεί χωρίς απώλεια αερίου, όπου οι διαχωριστές υδρογονανθράκων αποτυγχάνουν συχνότερα. Δύο ανεξάρτητοι πομποδέκτες στάθμης, ένας συναγερμός υψηλής στάθμης και ένα ταξίδι υψηλής-υψηλής στάθμης που προστατεύει τον κατάντη συμπιεστή είναι το ελάχιστο, στην αναρρόφηση συμπιεστή το ταξίδι κλείνει τη μηχανή. Η βαλβίδα εκκένωσης έχει μέγεθος για τη μέγιστη ροή υγρού, όχι τον μέσο όρο, και είναι ανθεκτική στη διάβρωση, επειδή τα παραγόμενα υγρά μεταφέρουν άμμο και επειδή η ρύθμιση μέσω μεγάλης πτώσης πίεσης διαβρώνεται γρήγορα, μια βαλβίδα ελέγχου στάθμης με σκληρυμένο φινίρισμα ή μια αποκλειστική βαλβίδα εκκένωσης on-off με ξεχωριστό διακόπτη στάθμης είναι στάνταρ. Το υγρό πηγαίνει σε δεξαμενή συμπυκνώματος με ανάκτηση ατμών, και το δοχείο φέρει ανακούφιση σύμφωνα με το API 520, σχεδιασμένο για μπλοκαρισμένη έξοδο και πυρκαγιά, επειδή ένας διαχωριστής υδρογονανθράκων απομονώνει προστατευτικά ακριβό εξοπλισμό κατάντη.

Πίνακας Σύγκρισης Εσωτερικών Εξαρτημάτων Διαχωριστή Υδρογονανθράκων Πετρελαίου

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός διαχωριστή υδρογονανθράκων και ενός διαχωριστή παραγωγής;

Α: Ένας διαχωριστής παραγωγής διαχειρίζεται ακατέργαστο ρευστό από το φρεάτ και το διαχωρίζει στις κύριες φάσεις πετρελαίου, αερίου και νερού, με μεγάλους όγκους υγρών και έναν υπερχείληση ή ελεγκτή διεπαφής που διαχειρίζεται το όριο πετρελαίου-νερού, είναι ένα δοχείο μαζικού διαχωρισμού. Ένας διαχωριστής υδρογονανθράκων είναι μια μονάδα καθαρισμού κατάντη της οποίας η τροφοδοσία είναι ήδη κυρίως αέριο με εναιωρούμενο συμπύκνωμα και ίχνη νερού, και της οποίας η εργασία είναι να πληροί ένα σημείο δρόσου υδρογονανθράκων, συχνά -5 έως 10°C, απομακρύνοντας τις τελευταίες σταγόνες με έναν απομακρυντή ομίχλης ή συνενωτή έως 0,3-1 μικρόμετρο. Ο διαχωριστής παραγωγής κρίνεται από τον διαχωρισμό φάσεων και τον έλεγχο στάθμης, ο διαχωριστής υδρογονανθράκων κρίνεται από το σημείο δρόσου εξόδου και τη μεταφορά. Ο ένας διαχειρίζεται τόνους υγρού ανά ώρα, ο άλλος διαχειρίζεται το τελευταίο ποσοστό που διαφορετικά θα μόλυνε έναν συμπιεστή ή θα παραβίαζε μια σύμβαση πωλήσεως.

Ε: Τι είναι το σημείο δρόσου υδρογονανθράκων και γιατί πρέπει ο διαχωριστής να το πληροί;

Α: Το σημείο δρόσου υδρογονανθράκων είναι η θερμοκρασία σε μια δεδομένη πίεση κάτω από την οποία τα συστατικά υδρογονανθράκων στο αέριο αρχίζουν να συμπυκνώνονται σε υγρό. Οι συμβάσεις πωλήσεως αερίου το ορίζουν, συνήθως -5 έως 10°C στην πίεση της γραμμής, επειδή εάν το αέριο μεταφέρει συμπυκνώσιμους υδρογονάνθρακες και αργότερα ψύχεται καθώς η πίεση πέφτει κατά μήκος του αγωγού, αυτοί οι υδρογονάνθρακες πέφτουν ως υγρό, μειώνοντας τη χωρητικότητα της γραμμής, καταστρέφοντας συμπιεστές και μετρητές, και ενδεχομένως παραβιάζοντας τη σύμβαση. Ο διαχωριστής το πληροί απομακρύνοντας ουσιαστικά όλο το ελεύθερο συμπύκνωμα και τα εναιωρούμενα σταγονίδια πριν το αέριο φύγει από τον σταθμό, συνήθως υποστηριζόμενος από αφυδάτωση και ψύξη. Η μεταφορά ακόμη και ενός μικρού κλάσματος υγρού μπορεί να βγάλει το αέριο εκτός προδιαγραφών, οπότε η απόδοση του διαχωριστή μετράται απευθείας σε σχέση με το σημείο δρόσου.

Ε: Πώς καθορίζεται το μέγεθος ενός διαχωριστή υδρογονανθράκων πετρελαίου;

Α: Με την εξίσωση Souders-Brown, v_max ισούται με Κ επί την τετραγωνική ρίζα του (rho_υγρού μείον rho_ατμού) διαιρούμενο με το rho_ατμού, η οποία δίνει τη μέγιστη ταχύτητα αερίου πριν από τη μεταφορά υγρού. Ο συντελεστής Κ συμπυκνώνει τη γεωμετρία του δοχείου και την απόδοση του απομακρυντή ομίχλης σε έναν αριθμό: συνήθως 0,08-0,15 m/s για κάθετο καθαριστή με πλέγμα, 0,15-0,25 m/s για οριζόντιο δοχείο ή συστοιχία πτερυγίων. Η διάμετρος του δοχείου προκύπτει από την πραγματική ροή αερίου διαιρεμένη με αυτή την επιτρεπόμενη ταχύτητα, στη συνέχεια ελέγχεται σε σχέση με την κατακράτηση υγρού λίγων λεπτών και σε σχέση με την περίπτωση ρύθμισης 20-30%, επειδή κάτω από το αποδοτικό εύρος ταχύτητας ο απομακρυντής επανασυμπυκνώνει. Μια αυστηρότερη προδιαγραφή απαιτεί ένα συνενωτικό στοιχείο που επιτυγχάνει απομάκρυνση 0,3-1 μικρομέτρων με απόδοση 99,98%, και η συσκευή εισόδου και ο έλεγχος στάθμης καθορίζονται για το χειρότερο κύμα, όχι τη μέση ροή.

Ε: Γιατί χρησιμοποιείται ένας συνενωτικός διαχωριστής για ανάκτηση υδρογονανθράκων;

Α: Επειδή ένα αυστηρό σημείο δρόσου ή ευαίσθητος εξοπλισμός κατάντη απαιτεί σχεδόν πλήρη απομάκρυνση σταγονιδίων που ένας απλός απομακρυντής ομίχλης δεν μπορεί να προσφέρει. Ένας συνενωτικός διαχωριστής χρησιμοποιεί στοιχεία φίλτρου που συλλαμβάνουν λεπτά σταγονίδια και τα συγχωνεύουν σε μεγαλύτερα, ακολουθούμενα από μια συστοιχία πτερυγίων που απομακρύνει τα διογκωμένα σταγονίδια, επιτυγχάνοντας απομάκρυνση έως 0,3-1 μικρόμετρο με απόδοση 99,98%, πολύ καλύτερα από το 99,9% του πλέγματος στα 5-10 μικρόμετρα. Το κόστος είναι μια υψηλότερη πτώση πίεσης, 25-250 mm H2O ή περισσότερο, και ένα αναλώσιμο στοιχείο που βουλώνει από στερεά και λάδι λίπανσης συμπιεστή και πρέπει να αντικατασταθεί με βάση την τάση της διαφορικής πίεσης. Το όφελος είναι ένα πολύ καθαρότερο αέριο πωλήσεως και υψηλότερη ανάκτηση συμπυκνώματος, γι' αυτό οι συνενωτές καθορίζονται όπου το σημείο δρόσου είναι αυστηρό ή όπου ένας συμπιεστής ή ένας μετρητής πωλήσεως πρέπει να προστατευθεί από ακόμη και ίχνη υγρού.