Che cos'è un separatore di condizionamento del gas: progettazione, funzioni e specifiche del condotto

Rispondendo alla domanda fondamentale:Che cos'è un separatore di condizionamento del gas?Un separatore di condizionamento del gas è il recipiente alla testa di un treno di trattamento del gas che rimuove liquidi liberi, nebbie e solidi da un flusso di gas prodotto,e controlla la pressione e la temperaturaIl sistema è dotato di un sistema di separazione dei liquidi a sfera, di un sistema di eliminazione delle nebbie attraverso un eliminatore di nebbie, di un sistema di rimozione dei solidi e di rimozione della sabbia.,- la riduzione della pressione attraverso un soffocamento e la gestione della temperatura per prevenire la formazione di idrati; gli obiettivi da raggiungere sono fissati dalle specifiche del condotto e delle attrezzature: nessun liquido libero,un punto di rugiada di idrocarburi generalmente inferiore a -5 a 0 °C alla pressione di consegna, un punto di rugiada dell'acqua inferiore a circa -10°C, solfuro di idrogeno inferiore a 4 ppm, anidride carbonica inferiore al 2-3% e un valore di riscaldamento nell'intervallo di 35-42 MJ per metro cubo normale.Il dimensionamento della sezione di separazione segue l'equazione di Souders-Brown con un fattore K pari a 0.10-0.35 m/s a seconda dell'orientamento e del tipo di eliminatore di nebbia.

1. Funzioni di un separatore di condizionamento del gas

Cinque funzioni sono combinate in un solo recipiente o in uno slider e ciascuna risponde a una specifica esigenza di trasporto o di trasformazione:

• Separazione liquida a sfera:Il gas proveniente da un pozzo, da una linea di raccolta o da un impianto a monte trasporta liquidi liberi sotto forma di lumache, di pellicole lungo la parete del tubo e di goccioline trasportate.perché il liquido libero in una condotta di gas provoca problemi di pigging, corrosione, misurazione imprecisa e, nel peggiore dei casi, sovrapressione di un sistema a bassa pressione a valle a causa di un guasto del controllo del livello.La separazione gravitazionale nel recipiente gestisce goccioline superiori a circa 100-500 micrometri, e il diametro del recipiente è fissato dal limite di velocità dei vapori di Souders-Brown.da un catturatore di lumache dedicato, che negli impianti terrestri possono essere diverse centinaia di metri di tubi di grande diametro configurati come un dispositivo a forma di dito o di arpa.
• Rimozione della nebbia fine:La gravità non riesce a rimuovere le goccioline fini, quindi un eliminatore di nebbia le gestisce.Efficienza del 9% con un calo di pressione di soli 25-75 mm H2OQuando il gas trasporta solidi, cera o olio lubrificante per compressori che bloccerebbe un pannello di maglia, viene utilizzato un pacco a vele o un chevron.gestire goccioline da 10 a 40 micrometri e tollerare carichi molto più elevati di liquidi e solidiLaddove le specifiche sono più strette, come a monte di un contattore di glicolo o di un setaccio molecolare, viene installato un separatore di filtri o un filtro di coalescenza, che rimuove le goccioline fino a 0,3-1 micrometro a 99.Efficienza del 98% con elementi sostitutivi e un monitor di pressione differenziale per pianificare il cambio.
• Solidi e rimozione della sabbia:I pozzi di produzione portano sabbia, scaglie, prodotti di corrosione e, in alcuni campi, fine di formazione, e questi sono distruttivi: erodono le guarnizioni di soffocamento, le valvole di controllo e le lame del compressore,si accumulano nel recipiente e ne riducono il volume di lavoroIl separatore li rimuove per gravità in una zona di raccolta di sabbia dedicata, di solito il fondo della nave o una giacca di sabbia separata,e i solidi accumulati vengono rimossi da getti periodici di sabbia, in cui un getto d'acqua ad alta pressione o di acqua prodotta fluidifica il letto e viene soffiato verso un ciclone di sabbia o una pentola di raccolta.La frequenza dei getti varia da ogni ora in un pozzo sabbioso a ogni settimana in uno pulito, ed è uno dei primi indicatori più affidabili di un fallimento del controllo della sabbia del pozzo.
• Controllo della pressione e della temperatura:Il gas raggiunge normalmente una pressione di testa di pozzo, spesso di 30-150 bar, e deve essere ridotto alla pressione di trasporto o di lavorazione.e raffredda il gas per effetto Joule-ThomsonQuesto raffreddamento può essere utile, in quanto condensa gli idrocarburi più pesanti e contribuisce a raggiungere il punto di rugiada degli idrocarburi.ma crea anche un rischio di idratazioneA 70 bar, il metano in combinazione con l'acqua libera forma idrati al di sotto di circa 20-25°C, e una spina di idrati è una delle cause più comuni di arresto della produzione.Il sistema di condizionamento riscalda quindi il gas, utilizzando un riscaldatore di linea indiretto con tubo di fuoco o bagno d'acqua, o inietta un inibitore termodinamico, in genere monoetilenglicolo a 0,5-3 L per chilogrammo di acqua prodotta,o metanolo quando il recupero non è economico.
• Servizio di protezione delle misurazioni e dei gas combustibili:Gli stessi principi si applicano ai piccoli schizzi di condizionamento utilizzati per il gas combustibile e per il gas strumentale.perché le goccioline di liquido in una turbina a gas causano instabilità della fiamma, la corrosione a seczione calda e, nel tempo, il danno della lama; il pattinaggio di condizionamento comprende quindi un separatore, un filtro di coalescenza, un regolatore di pressione,e spesso un surriscaldatore che eleva il gas a 10-20°C al di sopra del suo punto di rugiada per idrocarburi per garantire che non si verifichi alcuna condensazione a valle. il gas dello strumento viene ulteriormente condizionato, asciugato a un punto di rugiada tipicamente inferiore a 20 °C rispetto alla temperatura ambiente più bassa e filtrato per rimuovere olio e particolato,perché un'alimentazione di aria o gas da strumento che si congela o si chiude provoca un guasto della valvola di controllo in tutto l'impianto.

2. Progettazione e funzionamento di un separatore di condizionamento del gas

Tre decisioni di progettazione determinano se il separatore soddisfa le specifiche durante la vita del campo:

• Dimensioni per l'intero profilo di produzione:Un separatore di gas deve essere dimensionato non per le tariffe di oggi, ma per l'intero profilo di produzione, il che in un giacimento di gas significa il comportamento opposto a ciascuna estremità.All'inizio della vita sul campo i tassi sono alti e i liquidi possono essere bassi, quindi la capacità di gas del recipiente è limitata e il criterio di Souders-Brown si applica.in particolare acqua proveniente da un acquifero in avanzata o da esaurimento della pressione, aumentare bruscamente, in modo che il recipiente diventa liquido-holdup limitata e, criticamente,la velocità del gas può scendere così basso che il separatore funzioni in un regime in cui l'eliminatore di nebbia non funziona più in modo efficienteI progettisti esperti controllano almeno tre casi: i tassi iniziali, i tassi di picco e i tassi di fine vita, e confermano che il separatore funziona sia al momento del lancio che al momento della progettazione.Gli standard di dimensionamento quali l'API 12J forniscono il quadro, ma la previsione di produzione è l'input reale.
• Controllo del livello e gestione dei liquidi:Il controllo del livello di un separatore di gas è sia l'elemento più importante che il più soggetto a guasti.nel peggiore dei casi, inviando una lumaca di liquido in un compressore; se scende troppo in basso, il gas soffia attraverso l'uscita del liquido, che sovrapressione il sistema liquido a valle e può rompere un recipiente non progettato per il gas.La prassi standard è due trasmettitori di livello indipendenti con un allarme, un trip di livello elevato che si chiude nel separatore o chiude la presa,e una valvola di scarico piuttosto che una valvola di controllo per il liquido, poiché i liquidi prodotti sono spesso sabbiosi e erosivi, il liquido deve quindi andare da qualche parte: a un sistema di trattamento dell'acqua prodotto, a uno stabilizzatore di condensato o di nuovo nella linea di esportazione,e la via di smaltimento è spesso il vincolo piuttosto che il separatore stesso.
• Materiali, codici e integrità:I separatori di condizionamento del gas sono costruiti secondo la divisione 1 dell'ASME VIII con timbro U o secondo la PED 2014/68/UE con marcatura CE per il servizio europeo.ma il gas contiene solfuro di idrogeno, si applica la NACE MR0175 / ISO 15156: la durezza del materiale è limitata, in genere a 22 HRC, e il trattamento termico post-saldatura è obbligatorio per prevenire la crepa da stress solforato,di acciaio resistente all'HIC specificato per il servizio acido umidoQuando l'anidride carbonica è presente con l'acqua, si aggiunge una tolleranza di corrosione di 3-6 mm e si inieziona un inibitore della corrosione a monte.Le parti interne devono essere rimovibili attraverso una manovra per l'ispezione e la sostituzione, e il recipiente deve essere dotato di un dispositivo di sollievo di dimensioni API 520 per il fuoco e le prese di uscita bloccate,con un sistema di deflusso per depressurizzarlo in modo sicuro in una fiamma o in un drenaggio chiuso.

Funzioni di condizionamento del gas e matrice di confronto delle apparecchiature

Domande frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra condizionamento del gas e lavorazione del gas?

A: Il condizionamento del gas prepara il gas per il trasporto o per l'uso come combustibile, senza modificare in modo fondamentale la sua composizione di massa: rimuove liquidi e solidi liberi,Controlla pressione e temperaturaIl trattamento a gas modifica la composizione per soddisfare una specifica di vendita: rimuove solfuro di idrogeno e anidride carbonica in un'unità di amine,elimina l'acqua in un disidratore di glicolo o in un setaccio molecolare, recupera i liquidi di gas naturale mediante refrigerazione o espansione criogenica e rimuove l'azoto o l'elio se necessario.In pratica, il separatore di condizionamento è il primo contenitore nel treno di lavorazione, e esiste per proteggere le attrezzature di lavorazione: un contattore di glicolo si schiuma e perde efficienza se entra idrocarburi liquidi,e un'unità di amine si schiuma e subisce una perdita di amine se il gas di entrata trasporta liquidi o solidi, motivo per cui la separazione degli ingressi a monte di queste unità è trattata come un compito fondamentale piuttosto che una formalità.

D: Come si evitano gli idrati in un separatore di condizionamento del gas?

A: quattro approcci, utilizzati singolarmente o in combinazione: riscaldamento del gas a monte o all'interno del separatore mediante un riscaldatore a catena indiretta,in modo che anche dopo il raffreddamento Joule-Thomson attraverso lo strangolo il gas rimane al di sopra della sua temperatura di formazione idratoIniezione di un inibitore termodinamico, solitamente monoetilenglicolo a 0,5-3 L per chilogrammo di acqua libera, che sposta la curva di equilibrio idrato verso il basso,o metanolo quando il recupero non è giustificatoL'inibitore viaggia con la fase idrica e viene rigenerato e ricircolato in un pacchetto di rigenerazione del glicolo.in modo che non ci sia acqua libera per formare idrati.- e controllare la riduzione della pressione in modo che il raffreddamento Joule-Thomson, a 0,4-0,7°C per bar, non porti il gas al di sotto della sua temperatura idrata,a volte dividendo la caduta di pressione in due fasi con riscaldamento tra di loro.

D: Cos'è un separatore di filtri e quando è necessario al posto di uno scrubber?

R: Un separatore di filtri combina i due stadi in un unico recipiente: una sezione a monte di elementi filtranti che catturano piccole goccioline di liquido e le fondono in goccioline più grandi,e una sezione di eliminazione della nebbia a valle, di solito un pacchetto di vane, che rimuove le goccioline ingrandite dal gas.quindi è specificato ovunque l'apparecchiatura a valle sia sensibile a qualsiasi liquidoLe tre applicazioni classiche si trovano a monte di un'unità di disidratazione del setaccio molecolare, in cui l'idrocarburo liquido disattiva rapidamente il setaccio e può causare la sua disintegrazione;a monte di un contattore di glicolo, in cui gli idrocarburi liquidi causano una grave spuma e perdita di glicolo; e a monte di un compressore centrifugo o di una turbina a gas, in cui piccole goccioline causano erosione e impollinazione.Il compromesso è costituito dagli elementi sostitutivi, che richiedono il controllo della pressione differenziale e un regime di sostituzione, e che si chiudono rapidamente se i solidi non vengono rimossi a monte.

D: Come viene monitorato il rendimento di un separatore di condizionamento del gas?

R: Quattro indicatori sono monitorati continuamente: pressione differenziale attraverso l'eliminatore di nebbia o gli elementi filtrici,poiché una tendenza in aumento indica l'inquinamento o l'inondazione ben prima che il riporto diventi visibile- trasferimento di liquidi a valle, misurato sia con un metodo di campionamento diretto sia indirettamente con il monitoraggio delle prestazioni dell'unità a valle,come un aumento delle perdite di glicolo in un contattore di disidratazione o un aumento della schiumazione di amine- comportamento di controllo del livello, in cui frequenti allarmi ad alto livello o una valvola di scarico oscillante indicano un problema di livello, un'uscita di liquido di dimensioni ridotte o un'emulsione all'interfaccia.E le pressioni e le temperature della testa di pozzo e del separatore rispetto alla curva di formazione dell'idrato, dal momento che una deriva costante verso la regione idrata, o un divario crescente tra la temperatura del gas e la temperatura dell'idrato, è il primo avvertimento di un problema di dosaggio dell'inibitore o di un guasto del riscaldatore..Molti operatori tendono anche alla produzione di sabbia registrando la frequenza di gettaggio, il che fornisce un'indicazione economica e continua delle prestazioni di controllo della sabbia in pozzo.