ガスセパレーターの機能：機能、物理学、およびその重要性

中心的な質問に答える：ガスセパレーターとは何ですか？ ガスセパレーターは、流れるガスストリームから液滴と固体粒子を除去し、流出するガスが機器を保護するのに十分乾燥し、正確に測定でき、パイプライン仕様を満たすようにします。これは4つのステップで行われます。重力が作用できるようにガスを減速させ、液体を沈殿させ、重力が見逃した微細な液滴をミストエリミネーターで捕捉し、レベル制御下で液体を収集・除去しながら、固形物を定期的な清掃のために保持します。船全体を支配する物理法則は、ガスが液滴がガスの上昇よりも速く落下するのに十分遅く移動しなければならないというもので、これは船の向きとミストエリミネーターの種類によって0.08〜0.35 m/sのKファクターを持つSouders-Brown方程式で表されます。適切に設計されたユニットは、ガス中の100万標準立方フィートあたり0.1 USガロン未満の液体を残します。

1. ガスセパレーターが実行する4つのジョブ

各ジョブは異なる故障モードに対処しており、船がそのタスクを実行するには4つすべてが機能する必要があります。

• ガスを減速させる： パイプ内のガスは10〜30 m/sで移動し、液滴が沈殿するには速すぎます。セパレーターの最初のジョブは、通常10〜100倍の流量面積を拡大し、速度を重力が作用できるレベルまで低下させ、バッフル、半開きのパイプ、またはサイクロンエントリーなどのインレットデバイスが残りの運動量を散逸させることです。これが、セパレーターが供給パイプよりもはるかに幅広く、インレットノズルがインレットラインよりも大きいことが多い理由です。また、流量に対して小さすぎるセパレーターが優雅に劣化しない理由でもあります。ガス速度がSouders-Brown制限を超えると、液滴は沈殿するよりも速く再巻き込まれるため、残りの内部構造がいかに優れていても、液滴はほとんど関係なく運び出されます。
• バルク液を沈殿させる： ガスが遅くなると、約100〜500マイクロメートルの液滴は、利用可能な滞留時間内に船の底に落下します。そのため、セパレーターは、デューティに応じて1〜15分間の液体保持を提供します。液体は底に蓄積し、ダンプバルブまたはレベル制御バルブによってレベルが設定点に保持されます。ガスは船内を均等に通過する必要があるため、水平船では穴あき分布バッフルが使用され、液体出口には渦破壊器が取り付けられています。これは、出口の渦がガスを液体ラインに引き込み、セパレーターが存在する理由そのものの問題を引き起こすためです。3相デューティでは、船はインターフェースレベルコントローラーと堰またはブーツを使用して、炭化水素液体から水を分離します。
• 微細なミストを捕捉する： 重力では、合理的な船で約100マイクロメートル未満の液滴を除去できないため、ミストエリミネーターが微細な部分を処理し、これが実際の性能を最もよく決定する要素です。厚さ100〜150 mmのニットワイヤーメッシュパッドは、圧力損失がわずか25〜75 mm H2Oで、最大99.9％の効率で5〜10マイクロメートルの液滴を捕捉しますが、液体負荷が容量を超えると洪水状態になります。ベーンパックまたはシェブロンは、10〜40マイクロメートルの液滴を処理し、固形物とより高い液体負荷に耐え、ファウリングサービスで好まれます。凝集要素を備えたフィルターセパレーターは、99.98％で0.3〜1マイクロメートルに達し、分子シーブ、グリコールコンタクタ、および fiscal meter の上流で使用されます。それらの中から選択することは、効率とファウリング耐性および圧力損失のトレードオフです。
• 液体と固形物を除去する： 最後のジョブは、船がいっぱいになる前に、捕捉された材料を船から取り出すことです。液体はレベル制御下で底部出口から排出され、2つの独立したレベル送信機、高レベルアラーム、および下流の機器を保護する高高トリップがあります。砂、スケール、腐食生成物として到着する固形物は、液体の下に沈殿し、高圧水ジェットがベッドを流動化させ、サイクロンまたは収集ポットに吹き付けられる定期的なサンドジェッティングによって除去されます。ジェッティングの頻度は有用な診断です。毎時であれば砂の多い井戸または砂制御の失敗を示し、毎月であればクリーンなストリームを示します。液体と固形物の両方が出口に行く必要があり、船ではなく、廃棄ルートがしばしば真の制約となります。

2. 分離が重要な理由：保護するもの

ガスセパレーターの価値は、それが防ぐもので測定され、4つのカテゴリの機器がリスクにさらされています。

• コンプレッサーと回転機器： 遠心コンプレッサーは、ガスプラントで最も液体に敏感な機械です。液滴はインペラと迷宮シールを侵食し、ローターの不均衡と振動を引き起こし、ベアリングから潤滑油を洗い流します。吸引部にスラグが到達すると、数秒で機械を破壊する可能性があります。往復動コンプレッサーはさらに悪いです。液体は本質的に非圧縮性であるため、シリンダー内の液体は油圧ロックを引き起こし、ロッドを曲げ、バルブを破壊します。そのため、コンプレッサー吸引スクラバーはすべての機械に標準装備されており、機械をシャットダウンする高速の高高レベルトリップが装備されており、設計上少量の液体保持を備えています。これは、液体を貯蔵するのではなく、迅速にトリップすることを意図しているためです。
• 計量と所有権移転： ガスが所有権を変更する場所では、液体は直接お金がかかります。オリフィスメーターでは、二相流は排出係数と測定された差圧を変更し、液体はインパルスラインとプレートの前面に集まり、数パーセントのエラーを発生させます。超音波メーターでは、液滴とトランスデューサー面の液体フィルムが信号を減衰させ、散乱させます。大規模なパイプラインは1日あたり数百万標準立方フィートを輸送できるため、持続的な2パーセントのエラーはかなりの金額であり、契約ではメーターのすぐ上流にセパレーター、そしてしばしば最大液体含有量が指定されています。これが、 fiscal metering points でフィルターセパレーターではなく、単純なスクラバーが使用される理由でもあります。
• 処理ユニット：脱水、アミン、硫黄： プロセスユニットに液体が入ると、不均衡な損傷を引き起こします。グリコール脱水コンタクタでは、液体炭化水素は激しい泡立ち、グリコールキャリーオーバー、脱水能力の低下を引き起こし、システムを清掃して劣化したグリコールを交換するためにシャットダウンを強制する可能性があります。アミンユニットでは、液体炭化水素と固形物は泡立ち、アミン損失、腐食を引き起こし、劣化したアミン生成物は問題を加速させます。分子シーブユニットでは、液体水または炭化水素は吸着剤を永久に損傷します。ビーズが分解して交換する必要があるためです。いずれの場合も、修理費用はセパレーターよりもはるかに高いため、インレットセパレーターまたはフィルターセパレーターが、オプションではなく標準的な慣行として、これらのユニットのすぐ上流に設置されています。
• パイプライン、レギュレーター、エンドユーザー： プラントの下流では、液体は運用上および完全性の問題を引き起こします。低所に蓄積し、流路面積と容量を減らし、除去のためにピギングを必要とします。水と低温と組み合わされると、圧力低下点でハイドレートを形成し、ラインを数日間シャットダウンする可能性のあるプラグを作成します。配電システムでは、圧力レギュレーターと臭気付加装置をファウルさせます。水と酸性ガスが存在する場所では、内部腐食を促進します。そして、それはパイプライン仕様に違反します。パイプライン仕様は通常、自由液体がないこと、配達圧力で約-5〜0℃未満の炭化水素露点、約-10℃未満の水露点、4 ppm未満の硫化水素、2〜3％未満の二酸化炭素を必要とします。その仕様を満たすことが、セパレーターの最終的な契約上の目的です。

ガスセパレーターの機能と故障結果マトリックス

よくある質問（FAQ）

Q: ガスセパレーターは実際にどのように機能しますか？

A: 液滴が落下する時間を与え、ガスが十分に遅く移動することで機能します。ガスが入り、運動量を散逸させるインレットデバイスによって減速され、次に、通常パイプの10〜30 m/sに対して0.1〜0.5 m/sの速度を持つ大きな断面積を通過します。その速度では、約100〜500マイクロメートルの液滴が滞留時間内に底に沈殿します。そのため、船は1〜15分間の液体保持を提供します。沈殿するには小さすぎる液滴はミストエリミネーターで捕捉され、ガスはワイヤーまたはベーンの周りで方向を変える必要があり、より慣性のある液滴はそれに従うことができず、表面に衝突してより大きな滴に凝集し、排水されます。収集された液体は制御されたレベルで保持され、バルブから排出されます。固形物はその下に沈殿し、定期的にジェットで排出されます。

Q: セパレーター、スクラバー、ノックアウトドラムの違いは何ですか？

A: 実際には、これらの用語は重複しており、しばしば互換的に使用されますが、慣習があります。セパレーターは一般的な用語であり、ガスプラントの使用では通常、液体を製品または処理されるストリームとして分離および保持する船を指し、3〜15分間の保持があります。スクラバーは、生産ではなく保護を目的とした、より小さくシンプルなセパレーターで、1〜3分間の保持があり、コンプレッサー吸引部、燃料ガススキッド、計器ガステイクオフで見られます。ノックアウトドラム、またはKODは、定常流ではなく一時的な流れのためにサイズ設定された保護デバイスであり、ほとんどの場合、緊急時の解放ケースのためにサイズ設定されたフレアノックアウトドラム、または炉またはコンプレッサーの前に液体スラグを除去するドラムです。3つすべてが同じSouders-Brownサイジング基準を使用しますが、保持、計装、および保護するものが異なります。

Q: ガスセパレーターのサイズが小さすぎるとどうなりますか？

A: ガス速度がSouders-Brown制限を超え、それ以外の場合は沈殿する液滴がガスと一緒に運び出され、船は時折ではなく連続的に液体をキャリーオーバーします。故障モードは特徴的です。ミストエリミネーターは、設計された量よりもはるかに多くの液体を受け取るため、洪水状態になり、圧力損失が増加し、パッドが飽和すると、パッドがない場合よりも悪い速度で液体がガス出口に再巻き込まれます。結果は最初に下流に現れます。脱水ユニットでのグリコール損失、アミンコンタクタでの泡立ち、またはコンプレッサーでの高振動と洗浄です。サイズが小さすぎることは、デボトルネッキングプロジェクトでスループットが向上した場合、またはフィールドが元の予測よりも多くの液体を生産した場合に最も一般的です。そのため、レートが変更されるたびに速度を再確認する必要があります。

Q: ガスセパレーターが機能しているかどうかを知る方法は？

A: 4つの指標が監視されます。船全体およびミストエリミネーター全体の差圧。安定した読み取り値は通常の操作を意味し、上昇傾向はファウリングまたは洪水状態を意味し、下降傾向は要素の損傷または位置ずれを意味する可能性があります。液体キャリーオーバー。サンプリングによって直接測定されるか、下流機器の動作（コンタクタでのグリコール消費やアミン泡立ちなど）から推測されます。レベル制御の動作。頻繁な高レベルアラーム、振動するダンプバルブ、または設定点を保持できないレベルはすべて、分離の問題ではなく液体処理の問題を示しています。そして、設計Kファクターと比較したガス速度。最も簡単なチェックは、実際の圧力と温度での実際の流量が、船がサイズ設定されたエンベロープ内にあるかどうかです。