油田炭化水素分離器：炭化水素露点、ミスト除去および内部構造

油田炭化水素分離器: 炭化水素露点、ミスト除去および内部構造

油田炭化水素分離装置とは何ですか?油田炭化水素分離器は、ガス流から液体炭化水素と遊離水を除去する圧力容器で、販売ガスが炭化水素露点仕様 (通常 -5 ～ 10°C) を満たすようにし、回収された凝縮液を安定化または輸出に送ることができます。油井の流れを主な油相、ガス相、水相に分割するバルク生産用セパレーターとは異なり、炭化水素セパレーターは研磨および露点装置であり、その性能は、ミストエリミネーターまたはコアレッサーを使用して、0.3～1マイクロメートルまでの粒子を99.98%除去することにより、最後の液滴をいかに完全に除去するかによって判断されます。このガスは、K ファクターが 0.08 ～ 0.25 m/s の Souders-Brown 方程式によってサイズが決定され、ガスが仕様に合格するか、キャリーオーバーしてコンプレッサーや販売ラインを汚すかは、その内部構造、入口装置、デミスターまたはコアレッサー、およびそのシェルではなく液体の取り扱いによって決まります。

1. 炭化水素分離装置が実現すべきこと

そのジョブはアウトレット仕様によって定義され、次の 3 つのメカニズムによって実行されます。

• 炭化水素露点準拠:販売ガス契約では、炭化水素の露点（多くの場合、ライン圧力で -5 ～ 10°C）が指定されています。これは、ガスがパイプライン内で冷却されたときに液体を滴下してはいけないことを意味します。この条件を満たすには、圧力と温度が低下すると、残留液体が下流で再凝縮するため、本質的にすべての遊離凝縮液と同伴液滴の大部分を除去する必要があります。したがって、セパレーターは露点防御の第一線であり、多くの場合、グリコールまたはモレキュラーシーブによる脱水とジュールトムソンまたは冷凍チラーによって支えられています。分離器が液滴を通過させる場合、下流のチラーとコンプレッサーは、設計されていない液体を処理しなければなりません。セパレーターの出口は露点仕様に基づいて測定されており、たとえ少量の液体部分がキャリーオーバーすると、ガスが仕様外に押し出される可能性があります。
• デミスターとベーンパックによるミスト除去：重力だけでは炭化水素を供給するには多すぎる液体が残るため、容器はミストエリミネーターに依存しています。ニットワイヤーメッシュパッドは、わずか 25 ～ 75 mm H2O の圧力降下で、5 ～ 10 マイクロメートルを超える液滴を最大 99.9% の効率で捕捉します。これは一般的な用途には十分です。仕様がより厳しい場合は、ベーン パックまたはサイクロン インレットとベーン パックを使用すると、高速でのパフォーマンスが向上し、固形物による汚れが少なくなり、小さな液滴が除去されます。ミストエリミネーターには効率的な速度ウィンドウがあるため、選択により圧力降下とターンダウンに対する除去効率のバランスがとれます。その下では飛沫が再飛来し、その上では洪水が起こります。設計ケースだけでなく、20 ～ 30% のターンダウン ケースに合わせて容器とエリミネーターのサイズを決定することをお勧めします。これにより、フィールドの寿命全体にわたってパフォーマンスが維持されます。
• 微細な液滴の合体:露点または下流の装置でほぼ完全な除去が必要な場合は、合体分離器が使用されます。微細な液滴を捕捉して大きな液滴に結合する合体フィルターエレメントの第 1 段階と、拡大した液滴を除去する第 2 段階のベーンパックを組み合わせ、99.98% で 0.3 ～ 1 マイクロメートルまでの除去を達成します。これはパイプラインフィルター分離器と同じ技術ですが、炭化水素の回収に適用されており、規律ある差圧監視が必要です。これは、エレメントが固形物やコンプレッサー潤滑油で詰まり、効率が低下する前に交換する必要があるためです。トレードマークは、よりクリーンなガスとより高い凝縮水回収率に対する、より高い圧力降下と消耗品要素です。

2. 内部構造、サイジング、および運用規律

シェルはシンプルです。内部はユニットが維持できる場所です。

• 入口装置と流れの分配:最も見落とされている唯一のコンポーネントは入口装置です。これは、二相混合物がどのように流入するかによって下流のすべてが設定されるためです。サイクロンまたはバッフル入口がバルク液体をスピンアウトし、ガスを容器の断面全体に均等に分配し、ミストエリミネーターのチャネリングや局所的な過負荷を防ぎます。注入口が不十分だと、すべての液体が片側に排出され、再び液体が同伴されます。注入口はまた、デミスターを高速の液体スラグの直接衝突から保護します。さもなければデミスターを突き破ることになります。液体負荷が 1 ～ 20%、ガスが 20 ～ 100 bar の炭化水素サービスの場合、入口デバイスは平均ではなく最悪のスラッグに合わせたサイズに設計されています。これは、スラッグが内部を損傷し、出口を混乱させる原因となるためです。
• フィールドライフとターンダウン全体にわたるサイジング:セパレーターは最初の試運転時と数十年後に機能する必要があり、ケースは逆です。初期には容器のガス容量が制限されており、サウダーズブラウンが直径を設定します。その後、生産量が減少すると、ガス速度が低下し、容器が大きくなりすぎるため、ミストエリミネーターが有効範囲未満で動作し、再同伴が悪化する可能性があります。設計者は最大、通常、最小のターンダウン フロー (通常は設計の 20 ～ 30%) をチェックし、効率的なウィンドウが 3 つすべてをカバーする内部構造を選択します。そのため、多くの場合、メッシュ パッドではなくベーン パックが使用されます。 K 係数は、形状とエリミネーターの性能を 1 つの数値に凝縮します。メッシュ パッドを備えた垂直スクラバーの場合は 0.08 ～ 0.15 m/s、水平容器またはベーン パックの場合は 0.15 ～ 0.25 m/s、容器の直径は実際のガス流量をその速度で割ったものになります。
• 液体の取り扱い、レベル制御および保護:除去された凝縮水はガスを失わずに処分する必要があり、これが炭化水素分離器の最も多くの場合故障の原因となります。 2 つの独立したレベル発信器、高レベル アラーム、および下流のコンプレッサーを保護する高-高レベル トリップが最低限必要です。コンプレッサーの吸引ではトリップにより機械が停止します。ダンプ バルブは、平均ではなく最大液体流量に合わせたサイズになっており、生成された液体には砂が含まれており、高い圧力降下による絞りはすぐに侵食されるため、耐侵食性があります。硬化トリムを備えたレベル制御バルブ、または別個のレベルスイッチを備えた専用のオンオフダンプが標準装備されています。液体は蒸気が回収される凝縮水タンクに送られ、炭化水素分離器が高価な下流機器を保護して隔離するため、容器は出口の詰まりや火災に備えた API 520 に基づく救済措置を搭載しています。

油田炭化水素分離器内部構造の比較表

よくある質問 (FAQ)

Q: 炭化水素分離装置と生産用分離装置の違いは何ですか?

A: 生産分離装置は、井戸の原液を処理し、それを主な油相、ガス相、水相に分割します。このとき、大量の液体と、油と水の境界を管理する堰または界面コントローラーが使用されます。それはバルク分離容器です。炭化水素分離器は、下流の研磨ユニットであり、その供給原料は既に同伴凝縮物と微量の水を含むほとんどのガスであり、その仕事は、デミスターまたはコアレッサーを使用して最後の液滴を 0.3 ～ 1 マイクロメートルまで除去することによって、炭化水素の露点 (多くの場合 -5 ～ 10°C) を満たすことです。生産分離器は相分割とレベル制御によって判断されます。炭化水素分離器は出口露点とキャリーオーバーによって判断されます。 1 つは 1 時間あたり数トンの液体を処理し、もう 1 つは、コンプレッサーの故障や販売契約の失敗につながる最後のパーセントを処理します。

Q: 炭化水素露点とは何ですか?なぜセパレーターが露点を満たさなければならないのですか?

A: 炭化水素露点は、所定の圧力における、ガス中の炭化水素成分が凝縮して液体になり始める温度です。販売ガス契約では、通常、ライン圧力で -5 ～ 10°C と指定されています。これは、ガスが凝縮性炭化水素を運び、その後パイプラインに沿って圧力が低下すると冷却され、その炭化水素が液体として落下し、ライン容量が減少し、コンプレッサーやメーターが損傷し、契約に違反する可能性があるためです。分離器は、ガスがステーションを出る前に、通常は脱水と冷凍によってバックアップされ、基本的にすべての遊離凝縮液と同伴液滴を除去することでこれに対応します。たとえ少量の液体部分がキャリーオーバーされると、ガスが規格外になる可能性があるため、セパレーターの性能は露点に対して直接測定されます。

Q: 油田炭化水素分離器のサイズはどのように決まりますか?

A: Souders-Brown 方程式によれば、v_max は、(rho_liquid から rho_vapour を引いたもの) を rho_vapour で割った平方根の K 倍に等しくなります。これは、液体が持ち越される前の最大ガス速度を示します。 K 係数は、容器の形状とミストエリミネーターの性能を 1 つの数値に凝縮します。通常、メッシュ パッドを備えた垂直スクラバーの場合は 0.08 ～ 0.15 m/s、水平容器またはベーン パックの場合は 0.15 ～ 0.25 m/s です。容器の直径は、実際のガス流量をその許容速度で割った値から求められ、効率的な速度範囲を下回るとエリミネーターが再同伴するため、数分間の液体滞留と 20 ～ 30% のターンダウンケースに対してチェックされます。より厳密な仕様では、99.98% で 0.3 ～ 1 マイクロメートルの除去を達成する凝集要素が必要であり、入口デバイスとレベル制御は、平均流量ではなく最悪のスラグに合わせてサイズ設定されています。

Q: 炭化水素の回収に凝集分離器が使用されるのはなぜですか?

A: 厳しい露点や敏感な下流の機器では、単純なデミスターではほぼ完全に液滴を除去することが要求されるためです。合体セパレーターは、微細な液滴を捕捉して大きな液滴に結合するフィルターエレメントを使用し、その後、拡大した液滴を除去するベーンパックを使用して、99.98% で 0.3 ～ 1 マイクロメートルまでの除去を達成します。これは、メッシュパッドの 5 ～ 10 マイクロメートルの 99.9% よりもはるかに優れています。コストは、圧力降下が 25 ～ 250 mm H2O 以上と高く、消耗要素が固形物やコンプレッサー潤滑油で詰まり、差圧の傾向に合わせて交換する必要があることです。利点は、よりクリーンな販売ガスとより高い凝縮水回収率です。そのため、露点が厳しい場所や、コンプレッサーやセールスメーターを微量の液体からも保護する必要がある場所でコアレッサーが指定されます。