석유장 3단계 분리 장치 는 무엇 인가: 설계, 웨어 및 인터페이스 제어

석유 유정 3상 분리기란 무엇인가: 설계, 위어 및 계면 제어

핵심 질문에 답하기: 석유 유정 3상 분리기란 무엇인가? 석유 유정 3상 분리기는 단일 쉘에서 가스, 원유 및 생산수를 분리하는 수평 압력 용기로, 모든 세 가지 상에 중력을 사용하고 내부 장치를 사용하여 유수 계면을 관리합니다. 가스는 K 계수 0.10-0.25 m/s의 Souders-Brown 속도 제한으로 분리되고, 오일과 물은 침강으로 분리되며, 원유의 API 비중과 에멀젼의 밀도에 따라 5-30분의 체류 시간이 필요합니다. 유수 분리는 세 가지 내부 구성 중 하나를 사용합니다: 오일 층을 유지하는 위어 플레이트, 물의 양이 적을 때 물을 모으는 용기 하단의 부트, 또는 두 양이 모두 상당할 때의 버킷 및 위어 조합입니다. 계면 레벨 제어는 중요한 요소이며, 잘 설계된 용기는 150-300mm의 제어 대역을 유지합니다.

1. 내부 장치: 유수 분리가 이루어지는 방법

세 가지 내부 구성이 사용되며, 선택은 물과 오일의 비율에 따라 결정됩니다:

• 위어 플레이트 설계: 상당하고 꾸준한 수분 함량에 가장 일반적인 구성입니다. 수직 위어 플레이트가 용기 길이의 일부에 용접되며, 오일 측이 상류, 물 측이 하류입니다. 유수 혼합물이 입구 끝으로 들어가면 물은 아래로 가라앉고 오일은 위로 쌓이며, 액체 레벨이 위어 위로 올라가면 오일이 하류 구획으로 넘쳐흘러 레벨 제어 하에 배출됩니다. 물은 계면 레벨 제어 하에 입구 구획 하단에서 배출됩니다. 위어 높이는 오일 재고량, 따라서 오일 체류 시간을 설정하며, 이는 오일에서 분리되는 물의 양을 결정하는 매개변수이므로 위어는 임의로 선택하는 것이 아니라 필요한 체류 시간을 기준으로 크기가 결정됩니다. 단점은 위어가 용기 부피를 차지하고 유지 보수 시 천천히 배수될 수 있는 구획을 생성한다는 것입니다.
• 부트 설계: 오일에 비해 물의 유량이 적은 경우, 일반적으로 수분 함량 약 10-20% 미만이거나 물이 간헐적으로 유입되는 경우에 사용됩니다. 용기를 길이 방향으로 나누는 대신, 부트는 주 쉘 하단 출구 근처에 용접된 작고 수직 또는 수평인 용기로, 오일에서 가라앉는 물이 흘러 들어갑니다. 오일 레벨은 주 쉘에서 제어되고 유수 계면은 부트 내부에서 제어되며, 부트가 작기 때문에 계면이 빠르게 반응하고 전체 직경 용기보다 제어하기 쉽습니다. 부트는 저렴하고 컴팩트하지만, 물의 체류 시간이 제한적이며 대량 또는 변동하는 물의 유량을 처리할 수 없으므로, 성숙하고 습한 유정보다는 간헐적인 물이 있는 건조 오일 서비스에 적합합니다.
• 버킷 및 위어 설계: 물과 오일의 양이 모두 상당하고 두 체류 시간이 모두 중요한 경우, 버킷 및 위어 구성은 두 가지를 결합합니다: 위어 플레이트는 오일을 유지하고 오일 체류 시간을 제공하며, 버킷 섹션(본질적으로 확장된 물 구획)은 오일 방울이 물에서 상승하여 손실되지 않고 회수되는 데 필요한 물 체류 시간을 제공합니다. 이는 분리기에서 배출되는 물이 오일을 포함하기 때문이며, 일반적으로 100-1,000 mg/L이며, 이 오일은 제품 손실이자 폐기물 문제입니다. 물의 체류 시간이 길어지면 줄어들고, 많은 지역에서 생산수 배출 한계가 일반적으로 20-40 mg/L이므로, 물 구획 및 모든 하류 스킴 용기 또는 사이클론은 별도로가 아니라 함께 설계됩니다.
• 입구 장치, 배플 및 미스트 추출: 분리는 입구에서 시작되며, 사이클론, 베인 또는 단순 배플 장치가 유입 스트림의 운동량을 분산시키고 첫 번째 거친 가스-액체 분리를 수행합니다. 이를 올바르게 수행하는 것이 가장 효과적인 조치입니다. 왜냐하면 액체를 재분무하는 입구 제트는 설계 절단 크기보다 훨씬 작은 방울을 생성하며, 이는 체류 시간으로는 침강되지 않기 때문입니다. 용기를 따라 있는 천공 분배 배플은 가스 속도를 균일하게 하고 출구로의 채널링을 방지하며, 미스트 제거기(메쉬 패드 또는 베인 팩)는 가스가 떠나기 전에 미세한 방울을 제거합니다. 모든 액체 출구에는 와류 방지기가 장착되어 있습니다. 왜냐하면 출구의 와류는 가스를 액체 라인으로 끌어들여 용기가 존재해야 하는 문제를 야기하기 때문입니다.

2. 3상 분리기 크기 조정 및 제어

두 가지 독립적인 기준이 모두 충족되어야 하며, 계면 제어가 설계가 실제로 작동하는지 여부를 결정합니다:

• 가스 용량: 용기는 가스 속도가 Souders-Brown 한계 v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V) 이하로 유지되도록 충분히 넓고 길어야 하며, K는 길이 대 직경 비율 및 미스트 제거기에 따라 수평 3상 용기의 경우 0.10-0.25 m/s입니다. 가스 흐름 면적은 액체 레벨 위의 단면적이므로, 액체 레벨 설정점은 가스 용량에 직접적인 영향을 미칩니다. 높은 액체 레벨로 실행되는 용기는 가스 면적이 적고 가스 속도가 높으므로, 레벨 설정점이 운영 선호도가 아닌 설계의 일부인 이유입니다. 가스 용량은 일반적으로 높은 가스-오일 비율과 유전 초기 생애에서 지배적이며, 물의 양이 증가함에 따라 나중에 액체 체류 시간이 지배적입니다.
• 오일 및 물 체류 시간: 액체 측은 적절한 방울 크기를 사용하여 Stokes 법칙으로 크기가 조정됩니다. 오일에서 침강하는 물 방울의 경우, 설계 절단 크기는 일반적으로 200-500 마이크로미터이며, 필요한 체류 시간은 오일 점도에 크게 의존하므로, 약 20 API 미만의 중질 원유는 20-30분이 필요한 반면, 35 API 이상의 경질 원유는 5-10분만 필요할 수 있습니다. 물에서 상승하는 오일 방울의 경우, 설계 절단 크기는 일반적으로 150-300 마이크로미터이며, 체류 시간은 보통 3-10분입니다. 두 가지 모두 독립적으로 확인되며, 용기 길이는 더 큰 요구 사항으로 설정됩니다. 온도는 두 가지 모두에 도움이 됩니다. 스트림을 40-70°C로 가열하면 오일 점도가 낮아지고 밀도 차이가 증가하며 계면 필름이 불안정해지므로, 많은 3상 분리기에는 가열 코일이 제공되거나 히터 앞에 배치됩니다.
• 계면 레벨 제어: 이것이 3상 분리기가 성공하거나 실패하는 지점입니다. 오일과 물 사이의 계면은 거의 날카로운 선이 아니며, 일반적으로 고체, 에멀젼 밴드를 포함하며, 컨트롤러는 속도와 화학적 투여량에 따라 에멀젼 밴드가 성장하고 수축함에 따라 계면을 용기 내에 유지해야 합니다. 오일과 물의 밀도 차이가 작기 때문에 차압 측정이 부적절하며, 신호가 약하고 오차가 범위를 지배하므로, 대신 정전 용량 또는 전도도 프로브, 유도 파 레이더 또는 심각한 서비스의 핵 밀도 프로파일러가 사용됩니다. 제어 대역은 운영하기에 충분히 넓어야 하며, 일반적으로 150-300mm이며, 오일 레벨과 계면 모두 경보 및 가스 배출구의 경우 고-고 레벨 트립과 함께 독립적인 측정이 필요합니다.
• 운영 문제: 에멀젼, 모래 및 거품: 세 가지 문제가 대부분의 성능 불만을 야기합니다. 계면에서의 에멀젼 축적은 용기의 상당 부분을 차지할 때까지 성장하고 결국 오일과 물 모두와 함께 배출됩니다. 이는 상류의 탈유화제 주입, 열, 전용 노즐을 통한 에멀젼 밴드의 주기적인 배출, 그리고 밴드가 몇 달 동안 축적되지 않도록 관리됩니다. 물 아래로 가라앉는 모래는 작동 부피를 줄이고 출구를 침식시킵니다. 이는 제팅으로 제거되며, 지속적인 모래 생산의 경우 전용 모래 처리 시스템으로 제거됩니다. 점성 또는 오염된 오일에서 가스가 분리되어 증기 공간을 채우고 가스 배출구로 운반될 수 있는 거품은 소포제 주입, 효과적인 입구 장치 및 거품이 미스트 제거기에 도달하는 지점 아래로 액체 레벨을 유지함으로써 제어됩니다.

3상 분리기 내부 구성 매트릭스

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 석유 유정 3상 분리기의 크기는 어떻게 조정합니까?

A: 두 가지 독립적인 기준이 모두 충족되어야 합니다. 첫째, 가스 용량: Souders-Brown 방정식을 K 계수 0.10-0.25 m/s로 적용하여 최소 가스 흐름 면적을 찾습니다. 가스 면적은 액체 레벨 위의 단면적이므로 레벨 설정점은 설계 입력값임을 기억하십시오. 둘째, 액체 체류 시간: 200-500 마이크로미터의 물 방울이 오일에서 침강하도록, 오일 점도에 따라 체류 시간을 허용합니다. 일반적으로 API 비중에 따라 5-30분입니다. 그리고 150-300 마이크로미터의 오일 방울이 물에서 상승하도록 3-10분을 허용합니다. 가장 큰 결과를 선택하고, 설계의 30-50%에서의 터다운 사례를 확인하고, 계면 제어 대역이 최소 150-300mm인지 확인합니다. API 12J는 산업 프레임워크를 제공하며, 초기 생애의 높은 가스 속도 사례와 별도로 높은 수분 함량의 후기 생애 사례를 확인하는 것이 좋습니다.

Q: 계면 레벨 제어가 왜 그렇게 어렵습니까?

A: 세 가지 이유가 있습니다. 밀도 차이가 작습니다: 850 kg/m³의 원유 대 1,020 kg/m³의 생산수는 약 17%의 차이일 뿐이므로, 일반적인 정확도의 차압 송신기는 큰 상대 오차를 가진 신호를 제공하며, 컨트롤러가 응답하기 전에 계면이 상당히 이동할 수 있습니다. 계면은 선이 아니라 밴드입니다: 100-500mm, 때로는 더 많은 에멀젼 층이 상 사이에 형성되며, 속도, 온도 및 화학적 투여량에 따라 성장하고 수축하므로, 컨트롤러는 고정된 경계가 아닌 이동하는 대상을 추적합니다. 그리고 두 개의 출구가 상호 작용합니다: 더 많은 물을 배출하면 계면이 아래로 이동하여 오일 체류 시간과 따라서 오일 품질이 변경되므로, 두 루프는 독립적으로가 아니라 함께 튜닝되어야 합니다. 이것이 정전 용량, 전도도 또는 핵 계면 감지기가 차압보다 선호되는 이유입니다.

Q: 에멀젼 밴드란 무엇이며 어떻게 관리됩니까?

A: 에멀젼 밴드는 계면에서 축적되는 해결되지 않은 수중유 또는 유중수 에멀젼 층으로, 아스팔텐, 수지, 미세 고체 및 계면 활성 화학 물질에 의해 안정화됩니다. 이는 용기 내 체류 시간이 가장 단단한 에멀젼을 파괴하기에 충분하지 않아 해결되지 않은 물질이 갈 곳이 없어 경계에 축적되기 때문에 형성됩니다. 그대로 두면 액체 공간의 상당 부분을 차지할 때까지 성장하여 두 상의 유효 체류 시간을 줄이고, 결국 오일과 함께 배출되어 규격 미달의 기본 침전물 및 물을 유발하거나 물과 함께 배출되어 물 속의 오일 함량이 높아집니다. 관리는 상류에 5-50 ppm의 탈유화제를 주입하거나, 가열하거나, 계면에 위치한 전용 노즐을 통해 밴드를 주기적으로 배출하거나, 개입 사이에 몇 달 동안 축적되지 않도록 함으로써 이루어집니다. 핵 프로파일러로 측정하거나 드리프트하는 계면 판독값에서 추론되는 상승하는 밴드는 탈유화제 또는 화학 물질 호환성 문제의 조기 경고입니다.

Q: 3상 분리기는 어떤 품질을 달성할 수 있습니까?

A: 일반적인 수치는 원유와 체류 시간에 따라 크게 달라지지만, 오일 배출구에서 0.5-5%의 물, 물 배출구에서 100-1,000 mg/L의 물 속 오일, 그리고 가스 캐리오버는 1백만 표준 입방피트당 0.1 미국 갤런 미만입니다. 이는 판매 또는 폐기를 위해 충분하지 않습니다. 판매용 원유는 기본 침전물 및 물 0.5% 미만, 염분 1천 파운드당 10 파운드 미만을 요구하며, 이는 히터 트레터 및 정전식 탈염기에서 달성됩니다. 반면, 생산수 배출 또는 재주입 한계는 일반적으로 물 속 오일 20-40 mg/L 미만을 요구하며, 이는 스킴 용기, 사이클론 또는 유도 가스 부양 장치로 달성됩니다. 따라서 3상 분리기는 자체적으로 판매 가능한 오일과 폐기 가능한 물을 생산하는 것이 아니라, 하류 장비를 작고 신뢰할 수 있게 만드는 역할을 하는 대량 제거 단계입니다.