油田碳氢化合物分离器：碳氢化合物露点、雾气消除和内部构件

유전 탄화수소 분리기: 탄화수소 이슬점, 미스트 제거 및 내부 장치

유전 탄화수소 분리기란 무엇인가요? 유전 탄화수소 분리기는 가스 흐름에서 액체 탄화수소와 자유수(free water)를 제거하여 판매용 가스가 일반적으로 -5~10°C의 탄화수소 이슬점 사양을 충족하고 회수된 응축수가 안정화 또는 수출로 보내질 수 있도록 하는 압력 용기입니다. 주요 석유, 가스 및 물 상으로 유정 흐름을 분리하는 대량 생산 분리기와 달리, 탄화수소 분리기는 연마 및 이슬점 장치로, 미스트 제거기 또는 응축기(coalescer)를 사용하여 0.3~1 마이크로미터 입자를 99.98%까지 제거하는 방식으로 얼마나 완벽하게 마지막 물방울을 제거하는지에 따라 성능이 평가됩니다. 이 장치는 K 계수 0.08~0.25 m/s의 Souders-Brown 방정식으로 크기가 결정되며, 쉘이 아닌 내부 장치, 유입 장치, 미스트 제거기 또는 응축기, 액체 처리 장치가 가스가 사양을 통과하는지 또는 넘쳐서 압축기나 판매 라인을 오염시키는지 여부를 결정합니다.

1. 탄화수소 분리기가 달성해야 할 사항

그 역할은 배출 사양에 의해 정의되며, 세 가지 메커니즘이 이를 제공합니다:

• 탄화수소 이슬점 준수: 판매용 가스 계약은 종종 라인 압력에서 -5~10°C의 탄화수소 이슬점을 규정합니다. 이는 가스가 파이프라인에서 냉각될 때 액체가 떨어지지 않아야 함을 의미합니다. 이를 충족하려면 본질적으로 모든 자유 응축수와 대부분의 동반된 물방울을 제거해야 합니다. 왜냐하면 남아있는 액체는 압력과 온도가 떨어짐에 따라 하류에서 다시 응축되기 때문입니다. 따라서 분리기는 이슬점 방어의 첫 번째 방어선이며, 종종 글리콜 또는 분자체 탈수 장치와 줄-톰슨 효과 또는 냉동 냉각기가 지원됩니다. 분리기가 물방울을 통과시키면, 냉각기와 하류의 압축기는 설계되지 않은 액체를 처리해야 합니다. 분리기의 배출은 이슬점 사양과 비교하여 측정되며, 소량의 액체라도 넘치면 가스가 사양을 벗어날 수 있습니다.
• 미스트 제거기 및 베인 팩을 통한 미스트 제거: 중력만으로는 탄화수소 서비스에 너무 많은 액체가 남기 때문에, 용기는 미스트 제거기에 의존합니다. 니트 와이어 메쉬 패드는 5~10 마이크로미터 이상의 물방울을 최대 99.9% 효율로 포집하며, 압력 강하는 25~75 mm H2O에 불과하여 일반적인 용도에 적합합니다. 사양이 더 엄격한 경우, 베인 팩 또는 사이클론식 유입구와 베인 팩을 결합하면 고속에서 더 나은 성능과 고체로 인한 오염이 적으면서 더 작은 물방울을 제거할 수 있습니다. 선택은 제거 효율과 압력 강하 및 터다운(turndown)을 균형 있게 고려해야 합니다. 왜냐하면 미스트 제거기는 효율적인 속도 범위를 가지며, 그 아래에서는 물방울이 재동반되고, 그 위에서는 범람하기 때문입니다. 좋은 관행은 설계 사례뿐만 아니라 20~30%의 터다운 사례에 대해서도 용기와 제거기의 크기를 조정하여 현장 수명 전반에 걸쳐 성능을 유지하는 것입니다.
• 미세 물방울을 위한 응축: 이슬점 또는 하류 장비가 거의 완전한 제거를 요구할 때, 응축 분리기가 사용됩니다. 이는 미세 물방울을 포집하여 더 큰 물방울로 합치는 1단계 응축 필터 요소와, 확대된 물방울을 제거하는 2단계 베인 팩을 결합하여 0.3~1 마이크로미터에서 99.98%까지 제거합니다. 이는 파이프라인 필터 분리기와 동일한 기술이지만 탄화수소 회수에 적용되며, 요소가 고체와 압축기 윤활유로 막히기 때문에 엄격한 차압 모니터링이 필요하며 효율이 떨어지기 전에 교체해야 합니다. 이는 더 높은 압력 강하와 소모성 요소를 더 깨끗한 가스와 더 높은 응축수 회수와 맞바꾸는 것입니다.

2. 내부 장치, 크기 조정 및 운영 규율

쉘은 간단하며, 내부 장치가 이 장치의 가치를 결정합니다:

• 유입 장치 및 흐름 분배: 가장 간과되는 구성 요소는 유입 장치입니다. 왜냐하면 2상 혼합물이 어떻게 들어오느냐가 하류의 모든 것을 결정하기 때문입니다. 사이클론식 또는 배플 유입구는 주요 액체를 회전시켜 분리기 단면 전체에 가스를 고르게 분배하여 채널링과 미스트 제거기의 국부적 과부하를 방지합니다. 잘못된 유입구는 모든 액체를 한쪽으로 쏟아내고 재동반시킵니다. 유입구는 또한 고속 액체 슬러그의 직접적인 충돌로부터 미스트 제거기를 보호합니다. 그렇지 않으면 뚫고 나갈 것입니다. 1~20%의 액체 부하와 20~100 bar의 가스를 처리하는 탄화수소 서비스의 경우, 유입 장치는 평균이 아닌 최악의 슬러그에 대해 크기가 조정됩니다. 왜냐하면 슬러그가 내부 장치를 손상시키고 배출을 방해하기 때문입니다.
• 현장 수명 및 터다운에 걸친 크기 조정: 분리기는 초기 시운전 시와 수십 년 후에도 작동해야 하며, 두 경우는 반대입니다. 초기에는 용기가 가스 용량 제한을 받고 Souders-Brown이 직경을 결정합니다. 나중에는 생산량이 감소함에 따라 가스 속도가 떨어지고 용기가 과대하게 커져 효율적인 범위 이하에서 미스트 제거기가 작동하여 재동반을 악화시킬 수 있습니다. 설계자는 최대, 정상 및 최소 터다운 유량(일반적으로 설계의 20~30%)을 확인하고, 이 세 가지 모두를 포함하는 효율적인 범위를 가진 내부 장치를 선택합니다. 종종 이러한 이유로 메쉬 패드 대신 베인 팩을 선택합니다. K 계수는 기하학적 구조와 제거기 성능을 하나의 숫자로 압축합니다. 수직 스크러버와 메쉬 패드의 경우 0.08~0.15 m/s, 수평 용기 또는 베인 팩의 경우 0.15~0.25 m/s이며, 용기 직경은 실제 가스 유량을 해당 속도로 나눈 값에서 나옵니다.
• 액체 처리, 레벨 제어 및 보호: 제거된 응축수는 가스를 잃지 않고 처리되어야 하며, 이는 탄화수소 분리기가 가장 자주 실패하는 부분입니다. 두 개의 독립적인 레벨 송신기, 고수위 경보 및 하류 압축기를 보호하는 고고수위 트립이 최소 요구 사항입니다. 압축기 흡입구에서는 트립이 기계를 차단합니다. 덤프 밸브는 평균이 아닌 최대 액체 유량에 대해 크기가 조정되며 침식 방지 기능이 있습니다. 왜냐하면 생산된 액체는 모래를 운반하고 고압 강하에서의 스로틀링은 빠르게 침식되기 때문입니다. 경화된 트림이 있는 레벨 제어 밸브 또는 별도의 레벨 스위치가 있는 전용 온-오프 덤프가 표준입니다. 액체는 증기 회수 기능이 있는 응축수 탱크로 보내지며, 용기는 차단된 배출 및 화재에 대해 API 520에 따라 릴리프를 갖습니다. 왜냐하면 탄화수소 분리기는 값비싼 하류 장비를 보호적으로 격리하기 때문입니다.

유전 탄화수소 분리기 내부 장치 비교 매트릭스

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 탄화수소 분리기와 생산 분리기에는 어떤 차이가 있나요?

A: 생산 분리기는 원유를 처리하고 주요 석유, 가스 및 물 상으로 분리하며, 대량의 액체와 오일-물 경계를 관리하는 위어 또는 계면 제어 장치를 갖습니다. 이는 대량 분리 용기입니다. 탄화수소 분리기는 이미 대부분 가스이고 응축수와 미량의 물이 동반된 유체를 처리하는 하류 연마 장치이며, 미스트 제거기 또는 응축기를 사용하여 마지막 물방울을 0.3~1 마이크로미터까지 제거하여 종종 -5~10°C의 탄화수소 이슬점을 충족하는 것이 임무입니다. 생산 분리기는 상 분리 및 레벨 제어로 평가되며, 탄화수소 분리기는 배출 이슬점 및 넘침으로 평가됩니다. 하나는 시간당 수 톤의 액체를 처리하고, 다른 하나는 압축기를 오염시키거나 판매 계약을 위반할 수 있는 마지막 퍼센트를 처리합니다.

Q: 탄화수소 이슬점이란 무엇이며, 분리기는 왜 이를 충족해야 하나요?

A: 탄화수소 이슬점은 특정 압력에서 가스 내 탄화수소 성분이 액체로 응축되기 시작하는 온도 이하를 의미합니다. 판매용 가스 계약은 일반적으로 라인 압력에서 -5~10°C의 탄화수소 이슬점을 규정합니다. 왜냐하면 가스가 응축 가능한 탄화수소를 포함하고 나중에 파이프라인을 따라 압력이 떨어지면서 냉각되면, 해당 탄화수물이 액체로 떨어져 라인 용량을 줄이고 압축기 및 계측기를 손상시키며 계약을 위반할 수 있기 때문입니다. 분리기는 가스가 스테이션을 떠나기 전에 본질적으로 모든 자유 응축수와 동반된 물방울을 제거하여 이를 충족하며, 일반적으로 탈수 및 냉각으로 지원됩니다. 소량의 액체라도 넘치면 가스가 사양을 벗어날 수 있으므로, 분리기의 성능은 이슬점과 직접 비교하여 측정됩니다.

Q: 유전 탄화수소 분리기는 어떻게 크기가 결정되나요?

A: Souders-Brown 방정식에 따라, v_max는 K 곱하기 루트 (rho_liquid - rho_vapour) 나누기 rho_vapour와 같습니다. 이는 액체가 넘치기 전의 최대 가스 속도를 제공합니다. K 계수는 용기 기하학적 구조와 미스트 제거기 성능을 하나의 숫자로 압축합니다. 일반적으로 메쉬 패드가 있는 수직 스크러버의 경우 0.08~0.15 m/s, 수평 용기 또는 베인 팩의 경우 0.15~0.25 m/s입니다. 용기 직경은 실제 가스 유량을 허용 속도로 나눈 값에서 나오며, 몇 분간의 액체 체류 시간과 20~30%의 터다운 사례에 대해 확인됩니다. 왜냐하면 효율적인 속도 범위 이하에서는 제거기가 재동반하기 때문입니다. 더 엄격한 사양은 99.98%에서 0.3~1 마이크로미터 제거를 달성하는 응축 요소를 요구하며, 유입 장치와 레벨 제어는 평균 유량이 아닌 최악의 슬러그에 대해 크기가 조정됩니다.

Q: 탄화수소 회수에 응축 분리기가 사용되는 이유는 무엇인가요?

A: 엄격한 이슬점 또는 민감한 하류 장비가 단순한 미스트 제거기로는 달성할 수 없는 거의 완전한 물방울 제거를 요구하기 때문입니다. 응축 분리기는 미세 물방울을 포집하여 더 큰 물방울로 합치는 필터 요소를 사용하고, 그 후 확대된 물방울을 제거하는 베인 팩을 사용하여 0.3~1 마이크로미터에서 99.98%까지 제거합니다. 이는 메쉬 패드의 5~10 마이크로미터에서 99.9%보다 훨씬 뛰어납니다. 비용은 더 높은 압력 강하(25~250 mm H2O 이상)와 고체 및 압축기 윤활유로 막히고 차압 추세에 따라 교체해야 하는 소모성 요소입니다. 이점은 훨씬 더 깨끗한 판매용 가스와 더 높은 응축수 회수이며, 이것이 응축기가 이슬점이 엄격하거나 압축기 또는 판매 계측기를 미량의 액체로부터 보호해야 하는 경우에 사양되는 이유입니다.