کاربرد جداکننده گاز چیست: عملکردها، فیزیک و اهمیت آن

پاسخ به سوال اصلی:جداکننده گاز چه کاری انجام می دهد؟ جداکننده گاز قطرات مایع و ذرات جامد را از جریان گاز عبوری حذف می کند تا گاز خروجی به اندازه کافی خشک باشد تا از تجهیزات محافظت کند، به دقت اندازه گیری شود و مشخصات خط لوله را برآورده کند. این کار را در چهار مرحله انجام می دهد: کاهش سرعت گاز تا گرانش بتواند عمل کند، اجازه می دهد مایع ته نشین شود، قطرات ریز را که گرانش از دست می دهد در یک جداکننده مه گیر می کند، و مایع را تحت کنترل سطح جمع آوری و حذف می کند در حالی که جامدات را برای تمیز کردن دوره ای نگه می دارد. قانون فیزیکی که کل مخزن را اداره می کند این است که گاز باید به اندازه کافی آهسته حرکت کند تا یک قطره مایع سریعتر از بالا رفتن گاز سقوط کند، که توسط معادله سودرز-براون با ضریب K از 0.08-0.35 متر بر ثانیه بسته به جهت گیری مخزن و نوع جداکننده مه بیان می شود. یک واحد با طراحی خوب کمتر از 0.1 گالن آمریکایی مایع در هر میلیون فوت مکعب استاندارد در گاز باقی می گذارد.

1. چهار وظیفه ای که جداکننده گاز انجام می دهد

هر وظیفه به یک حالت خرابی متفاوت می پردازد و هر چهار مورد باید کار کنند تا مخزن وظیفه خود را انجام دهد:

• گاز را کند می کند: گاز در لوله با سرعت 10-30 متر بر ثانیه حرکت می کند، بسیار سریعتر از اینکه هر قطره ای ته نشین شود. اولین وظیفه جداکننده، گسترش ناحیه جریان است، معمولاً با ضریب 10 تا 100، بنابراین سرعت به سطحی کاهش می یابد که گرانش بتواند عمل کند، و یک دستگاه ورودی مانند بافل، یک لوله نیمه باز یا یک ورودی سیکلونی، تکانه باقی مانده را از بین می برد. به همین دلیل جداکننده ها بسیار عریض تر از لوله تغذیه کننده آنها هستند و چرا نازل ورودی اغلب بزرگتر از خط ورودی است. همچنین به همین دلیل است که یک جداکننده که برای جریان آن خیلی کوچک است، به آرامی تخریب نمی شود: هنگامی که سرعت گاز از حد سودرز-براون فراتر می رود، مایع تقریباً بدون توجه به اینکه بقیه اجزای داخلی چقدر خوب هستند، خارج می شود، زیرا قطرات سریعتر از آنچه می توانند ته نشین شوند، دوباره وارد جریان می شوند.
• مایع حجیم را ته نشین می کند: هنگامی که گاز کند شد، قطرات بالای حدود 100-500 میکرومتر در زمان اقامت موجود به پایین مخزن سقوط می کنند، به همین دلیل جداکننده ها بسته به وظیفه، 1-15 دقیقه نگهداری مایع را فراهم می کنند. مایع در پایین جمع می شود و سطح توسط یک شیر تخلیه یا یک شیر کنترل سطح در یک نقطه تنظیم شده نگه داشته می شود. گاز باید به طور یکنواخت از مخزن عبور کند، بنابراین بافل های توزیع سوراخ دار در مخازن افقی استفاده می شوند و خروجی مایع با یک شکننده گرداب مجهز شده است، زیرا یک گرداب در خروجی گاز را به خط مایع می کشد و دقیقاً مشکلی را که جداکننده برای جلوگیری از آن وجود دارد ایجاد می کند. در وظیفه سه فازی، مخزن همچنین با استفاده از یک کنترل کننده سطح رابط و یک سرریز یا یک بوت، آب را از مایع هیدروکربنی جدا می کند.
• مه ریز را به دام می اندازد:گرانش نمی تواند قطرات زیر حدود 100 میکرومتر را در یک مخزن معقول حذف کند، بنابراین یک جداکننده مه بخش ریز را مدیریت می کند و این عنصری است که اغلب عملکرد واقعی را تعیین می کند. یک پد توری سیمی بافته شده، ضخامت 100-150 میلی متر، قطرات بالای 5-10 میکرومتر را با راندمان تا 99.9% با افت فشار فقط 25-75 میلی متر H2O به دام می اندازد، اما اگر بار مایع از ظرفیت آن فراتر رود، سیلاب می شود. یک بسته پره یا شورون قطرات 10-40 میکرومتری را مدیریت می کند، جامدات و بارهای مایع بسیار بالاتر را تحمل می کند و در سرویس رسوب گذار ترجیح داده می شود. یک جداکننده فیلتر با عناصر همگرا کننده به 0.3-1 میکرومتر با راندمان 99.98% می رسد و قبل از الک های مولکولی، کنتاکتورهای گلیکول و کنتورهای مالی استفاده می شود. انتخاب بین آنها یک معامله بین راندمان در برابر مقاومت در برابر رسوب و افت فشار است.
• مایع و جامدات را حذف می کند:وظیفه نهایی صرفاً خارج کردن مواد به دام افتاده از مخزن قبل از پر شدن آن است. مایع از طریق خروجی پایین تحت کنترل سطح، با دو فرستنده سطح مستقل، یک هشدار سطح بالا و یک تریپ سطح بالا-بالا که از تجهیزات پایین دست محافظت می کند، خارج می شود. جامدات که به صورت ماسه، رسوب و محصولات خوردگی وارد می شوند، در زیر مایع ته نشین می شوند و با جتینگ دوره ای ماسه حذف می شوند، که در آن یک جت آب با فشار بالا بستر را سیال می کند و به یک سیکلون یا یک مخزن جمع آوری دمیده می شود. فرکانس جتینگ یک تشخیص مفید است: ساعتی نشان دهنده یک چاه ماسه ای یا خرابی کنترل ماسه است، ماهانه نشان دهنده یک جریان تمیز است. هم مایع و هم جامدات باید جایی بروند و مسیر دفع، نه مخزن، اغلب محدودیت واقعی است.

2. چرا جداسازی مهم است: از چه چیزی محافظت می کند

ارزش یک جداکننده گاز با آنچه که مانع می شود اندازه گیری می شود و چهار دسته تجهیزات در معرض خطر هستند:

• کمپرسورها و تجهیزات دوار: کمپرسور گریز از مرکز حساس ترین دستگاه به مایع در یک کارخانه گاز است. قطرات مایع پروانه و مهر و موم های لابیرنت را فرسایش می دهند، عدم تعادل روتور و لرزش ایجاد می کنند و روغن روان کننده را از یاتاقان ها می شویند؛ یک ضربه که به مکش می رسد می تواند دستگاه را در چند ثانیه از بین ببرد. کمپرسور رفت و برگشتی بدتر است، زیرا مایع اساساً تراکم ناپذیر است، بنابراین مایع در سیلندر باعث قفل هیدرولیکی می شود که میله ها را خم می کند و سوپاپ ها را می شکند. به همین دلیل اسکرابرهای مکش کمپرسور روی هر دستگاه استاندارد هستند، چرا که مجهز به تریپ سریع سطح بالا-بالا هستند که دستگاه را خاموش می کند و چرا آنها به طور طراحی شده دارای نگهداری مایع کمی هستند: هدف این است که به سرعت تریپ شوند تا اینکه مایع را ذخیره کنند.
• اندازه گیری و انتقال مالکیت:جایی که گاز مالکیت خود را تغییر می دهد، مایع مستقیماً هزینه دارد. در یک کنتور اوریفیس، جریان دو فازی ضریب تخلیه و فشار دیفرانسیل اندازه گیری شده را تغییر می دهد و مایع در خطوط پالس و در برابر صفحه جمع می شود و خطاهایی به میزان چند درصد ایجاد می کند. در یک کنتور اولتراسونیک، قطرات و یک لایه مایع روی سطوح مبدل سیگنال را تضعیف و پراکنده می کنند. از آنجایی که یک خط لوله بزرگ می تواند میلیون ها فوت مکعب استاندارد در روز حمل کند، یک خطای پایدار دو درصدی یک مبلغ مادی است، به همین دلیل قراردادها یک جداکننده بلافاصله بالادست کنتور و اغلب حداکثر محتوای مایع را مشخص می کنند. این همچنین دلیلی است که جداکننده های فیلتر، نه اسکرابرهای ساده، در نقاط اندازه گیری مالی استفاده می شوند.
• واحدهای تصفیه: رطوبت زدایی، آمین و گوگرد:ورود مایع به یک واحد فرآیند باعث آسیب نامتناسب می شود. در یک کنتاکتور رطوبت زدایی گلیکول، هیدروکربن مایع باعث کف شدید، حمل گلیکول و از دست دادن قابلیت رطوبت زدایی می شود و می تواند باعث توقف برای تمیز کردن سیستم و جایگزینی گلیکول تخریب شده شود. در یک واحد آمین، هیدروکربن مایع و جامدات باعث کف، از دست دادن آمین و خوردگی می شوند و محصولات آمین تخریب شده مشکل را تسریع می کنند. در یک واحد الک مولکولی، آب مایع یا هیدروکربن به طور دائم به جاذب آسیب می رساند، زیرا مهره ها شکسته می شوند و باید تعویض شوند. در هر مورد، راه حل بسیار بیشتر از جداکننده هزینه دارد، به همین دلیل یک جداکننده ورودی یا یک جداکننده فیلتر بلافاصله بالادست این واحدها به عنوان یک رویه استاندارد و نه به عنوان یک گزینه نصب می شود.
• خطوط لوله، رگولاتورها و کاربران نهایی:پایین دست کارخانه، مایع مشکلات عملیاتی و یکپارچگی ایجاد می کند. در نقاط پایین انباشته می شود، ناحیه جریان و ظرفیت را کاهش می دهد و برای حذف نیاز به پیگینگ دارد. با ترکیب آب و دمای پایین در نقاط کاهش فشار، هیدرات تشکیل می دهد و گرفتگی هایی ایجاد می کند که می تواند یک خط را برای روزها متوقف کند. رگولاتورهای فشار و تجهیزات بویایی را در سیستم های توزیع خراب می کند. در جایی که آب و گازهای اسیدی وجود دارند، خوردگی داخلی را ترویج می کند. و مشخصات خط لوله را نقض می کند، که معمولاً نیازمند عدم وجود مایعات آزاد، نقطه شبنم هیدروکربنی زیر حدود -5 تا 0 درجه سانتیگراد در فشار تحویل، نقطه شبنم آب زیر حدود -10 درجه سانتیگراد، سولفید هیدروژن زیر 4 ppm و دی اکسید کربن زیر 2-3% است. برآورده کردن آن مشخصات هدف نهایی قراردادی جداکننده است.

ماتریس عملکرد جداکننده گاز و پیامدهای خرابی

سوالات متداول (FAQ)

س: جداکننده گاز چگونه کار می کند؟

پاسخ: با دادن زمان به قطرات مایع برای سقوط در حالی که گاز به اندازه کافی آهسته حرکت می کند تا بتوانند این کار را انجام دهند، کار می کند. گاز وارد می شود و توسط یک دستگاه ورودی که تکانه آن را از بین می برد، کند می شود، سپس از یک مقطع بزرگ عبور می کند که در آن سرعت معمولاً 0.1-0.5 متر بر ثانیه در مقابل 10-30 متر بر ثانیه در لوله است. در این سرعت، قطرات بالای حدود 100-500 میکرومتر در زمان اقامت به پایین ته نشین می شوند، به همین دلیل مخزن 1-15 دقیقه نگهداری مایع را فراهم می کند. قطرات خیلی ریز برای ته نشین شدن توسط یک جداکننده مه گرفته می شوند، جایی که گاز باید در اطراف یک سیم یا یک پره تغییر جهت دهد و قطرات، با داشتن اینرسی بیشتر، نمی توانند دنبال کنند و روی سطح برخورد می کنند، به قطرات بزرگتر همجوشی می یابند و تخلیه می شوند. مایع جمع آوری شده در سطح کنترل شده نگه داشته می شود و از طریق یک شیر خارج می شود؛ جامدات در زیر آن ته نشین می شوند و به صورت دوره ای جت می شوند.

س: تفاوت بین جداکننده، اسکرابر و درام کوهنوردی چیست؟

پاسخ: در عمل این اصطلاحات همپوشانی دارند و اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما یک عرف وجود دارد. جداکننده اصطلاح کلی است و در استفاده از کارخانه گاز معمولاً به مخزنی اشاره دارد که مایع را به عنوان محصول یا جریانی برای پردازش جدا کرده و نگه می دارد، با 3-15 دقیقه نگهداری. اسکرابر یک جداکننده کوچکتر و ساده تر است که هدف آن محافظت است نه تولید، با 1-3 دقیقه نگهداری، که در مکش کمپرسور، در اسکیدهای گاز سوخت و در خروجی های گاز ابزار یافت می شود. درام کوهنوردی، یا KOD، یک دستگاه محافظ است که برای جریان گذرا به جای جریان پایدار اندازه گیری می شود، بیشتر اوقات یک درام کوهنوردی شعله است که برای مورد تخلیه اضطراری اندازه گیری می شود، یا یک درام که ضربه های مایع را قبل از کوره یا کمپرسور حذف می کند. هر سه از همان مبنای اندازه گیری سودرز-براون استفاده می کنند، اما در نگهداری، در ابزار دقیق و در آنچه که محافظت می کنند تفاوت دارند.

س: اگر جداکننده گاز کوچک باشد چه اتفاقی می افتد؟

پاسخ: سرعت گاز از حد سودرز-براون فراتر می رود، بنابراین قطراتی که در غیر این صورت ته نشین می شوند با گاز بیرون کشیده می شوند و مخزن به طور مداوم به جای گاه به گاه مایع را حمل می کند. حالت خرابی متمایز است: جداکننده مه به دلیل دریافت مایع بسیار بیشتر از آنچه برای آن طراحی شده است، سیلاب می شود، که افت فشار را افزایش می دهد و هنگامی که پد اشباع شد، مایع را با نرخی بدتر از آنچه که اصلاً پد وجود نداشت، به خروجی گاز وارد می کند. پیامدها ابتدا در پایین دست ظاهر می شوند، مانند از دست دادن گلیکول در واحد رطوبت زدایی، کف کردن در کنتاکتور آمین، یا لرزش بالا و شستشوی کمپرسور. کوچک بودن اندازه اغلب پس از یک پروژه رفع گلوگاه که توان عملیاتی را افزایش می دهد، یا زمانی که یک میدان مایع بیشتری نسبت به پیش بینی اصلی تولید می کند، رایج است، به همین دلیل سرعت باید هر زمان که نرخ ها تغییر می کنند مجدداً بررسی شود.

س: چگونه می دانید که جداکننده گاز کار می کند؟

پاسخ: چهار شاخص نظارت می شوند. فشار دیفرانسیل در سراسر مخزن و در سراسر جداکننده مه، از آنجایی که یک خوانش ثابت به معنای عملکرد عادی است در حالی که یک روند رو به افزایش به معنای رسوب یا سیلاب است و یک روند رو به کاهش می تواند به معنای یک عنصر آسیب دیده یا جابجا شده باشد. حمل مایع، که مستقیماً با نمونه برداری اندازه گیری می شود یا از رفتار تجهیزات پایین دست، مانند مصرف گلیکول در کنتاکتور یا کف کردن آمین، استنباط می شود. رفتار کنترل سطح، از آنجایی که هشدارهای مکرر سطح بالا، یک شیر تخلیه نوسانی یا سطحی که نمی تواند نقطه تنظیم را نگه دارد، همگی به یک مشکل مدیریت مایع اشاره دارند تا یک مشکل جداسازی. و سرعت گاز در مقایسه با ضریب K طراحی، از آنجایی که ساده ترین بررسی این است که آیا جریان واقعی، در فشار و دمای واقعی، در محدوده ای است که مخزن برای آن اندازه گیری شده است.