Czym jest separator gazowy rurociągowy: cel, rozmiar i zastosowania rurociągowe

Co to jest rurociągowy separator gazu: cel, rozmiar i zastosowania rurociągów

Odpowiadając na główne pytanie:Co to jest rurociągowy separator gazu?Rurociągowy separator gazu to zbiornik ciśnieniowy instalowany w określonym punkcie wzdłuż systemu przesyłu lub gromadzenia gazu w celu usuwania wolnych cieczy i ciał stałych z przepływającego gazu, tak aby gaz spełniał specyfikację umowną i nie uszkadzał sprzętu. Można go znaleźć w czterech miejscach: na ssaniu i tłoczeniu tłoczni, na stacjach liczników fiskalnych, przy bramach miejskich i punktach odbioru oraz za odbiornikiem świń. Dobór odbywa się zgodnie z równaniem Soudersa-Browna ze współczynnikiem K wynoszącym 0,08–0,25 m/s w zależności od orientacji i typu eliminatora mgły, przy zatrzymywaniu cieczy przez 3–15 minut i docelowym przenoszeniu poniżej 0,1 galona amerykańskiego na milion standardowych stóp sześciennych. Ciśnienia przesyłowe rzędu 40-100 bar powodują, że zbiornik jest grubościenny i drogi, lecz separator stanowi niewielki ułamek kosztów sprężarki, przebiegu licznika czy zabezpieczanego rurociągu.

1. Gdzie instalowane są rurociągowe separatory gazu i dlaczego

Każde miejsce na rurociągu ma inne źródło cieczy i inny zagrożony element wyposażenia:

• Ssanie i tłoczenie stacji sprężarek:Sprężarka odśrodkowa lub tłokowa jest najdroższym i najbardziej wrażliwym na ciecz elementem rurociągu, dlatego separatory instaluje się po obu stronach. Po stronie ssawnej płuczka musi wychwytywać ciecz napływającą z góry, ponieważ ślimak przedostający się do sprężarki odśrodkowej powoduje natychmiastowe uszkodzenie łopatek i uszczelek, a co najmniej poważne niewyważenie. Płuczki ssące są zatem kompaktowe, pionowe, z przestojem wynoszącym tylko 1–3 minuty, ale charakteryzują się szybkim przejściem do wysokiego poziomu i często szybko zamykającym się zaworem wlotowym. Po stronie tłocznej obciążenie ulega zmianie: gaz jest gorący, zwykle o temperaturze 50–90°C po sprężaniu, a część oleju smarowego sprężarki i wszelkie cięższe frakcje węglowodorowe skrapla się podczas chłodzenia, zatem płuczka tłoczna z chłodnicą końcową usuwa zarówno ciekły węglowodór, jak i olej smarowy, zanim gaz ponownie wejdzie do rurociągu.
• Stacje liczników fiskalnych:W przypadku zmiany właściciela gazu dokładność pomiaru ma bezpośrednie konsekwencje finansowe, a ciecz jest jednym z największych źródeł błędów pomiaru. Miernik kryzowy z obecnością cieczy odczytuje błędnie, ponieważ przepływ dwufazowy zmienia współczynnik wypływu i ponieważ ciecz gromadzi się w przewodach impulsowych i w płycie; miernik ultradźwiękowy charakteryzuje się tłumieniem sygnału i fałszywymi odczytami powodowanymi przez kropelki i warstwę cieczy na powierzchniach przetwornika. Dlatego też separator stacji licznikowej jest wyposażony w separator filtrujący lub element koalescencyjny usuwający kropelki do wielkości 0,3-1 mikrometra, a odcinek licznikowy montowany jest za nim z sekcją łopatek prostujących i wymaganą długością prostą przed rurociągiem. Wiele umów wyraźnie wymaga separatora umieszczonego bezpośrednio przed licznikiem i określa maksymalną zawartość cieczy.
• Brama Miejska, punkty odbioru i dostawy:W miejscu wprowadzenia gazu do systemu dystrybucyjnego lub przesyłania go pomiędzy operatorami, separator pełni funkcję dozorowo-ochronną. Usuwa wszelkie ciecze i ciała stałe nagromadzone w układzie poprzedzającym, chroni urządzenia regulujące ciśnienie i zabezpieczające przed nadciśnieniem oraz zapewnia punkt pobierania próbek i punkt pomiaru cieczy, dzięki czemu można rozliczyć wszelkie otrzymane ciecze. Stacje te prawie zawsze zawierają filtr oddzielający, a nie zwykłą płuczkę, ponieważ systemy dystrybucji są bardzo wrażliwe na olej sprężarkowy i drobne cząstki stałe, które zanieczyszczają regulatory i urządzenia nawaniające. Jeżeli gaz ma być nawaniany, dobra separacja ma znaczenie z drugiego powodu: ciecze absorbują i desorpują nawaniacz nierównomiernie, więc słaba separacja powoduje niespójne poziomy zapachu w dalszej części przepływu.
• Odbiorniki świń i zarządzanie ślimakami:Tłok linii przesyłowej wypycha nagromadzoną ciecz przed tłok, a pojedyncza operacja tłoczenia może w krótkim czasie dostarczyć 5–500 m3 cieczy do stacji odbiorczej. Konwencjonalny separator nie jest w stanie tego wchłonąć; standardowym układem jest dedykowany łapacz ślimaków, najczęściej palcowy lub harfowy z rur o dużej średnicy i objętości 100-3 000 m3, za którym znajduje się konwencjonalny separator do doczyszczania gazu. Łapacz ślimaków musi być dobrany na podstawie symulacji przepływu przejściowego określonej linii, a nie na podstawie szybkości przepływu w stanie ustalonym, ponieważ szybkość przybycia zależy od terenu, prędkości tłoka i ilości zgromadzonej cieczy. Urządzenia odbiorcze wymagają również sygnału tłokowego, obejścia dla początkowego skoku gazu oraz systemu transportu cieczy, który może przyjąć ślimak bez nadmiernego zwiększania ciśnienia w zbiorniku znajdującym się dalej.

2. Dobór rozmiaru i obsługa rurociągowego separatora gazu

O sprawności separatora w całym zakresie pracy rurociągu decydują trzy decyzje:

• Dobór w całym zakresie przepływu:Separator rurociągowy musi działać pierwszego dnia i dwadzieścia lat później, a te dwa przypadki są zwykle odwrotne. Na początku eksploatacji linii przepływ jest równy lub bliski projektowi, a pojemność zbiornika jest ograniczona, dlatego średnicę określa kryterium Soudersa-Browna. Później, gdy produkcja na polu spada lub gdy linia pracuje pod niższym ciśnieniem, prędkość gazu spada, a zbiornik staje się zbyt duży, co wydaje się bezpieczne, ale stwarza prawdziwy problem: przy bardzo małych prędkościach odkraplacz działa poniżej swojego efektywnego zakresu, a ponowne porywanie kropel z powierzchni cieczy może się pogorszyć. Dlatego projektanci sprawdzają co najmniej trzy przypadki: maksymalny przepływ, normalny przepływ i minimalny przepływ ograniczający, zwykle 20–30% projektu, i wybierają eliminator mgły, którego efektywny zakres obejmuje wszystkie trzy przypadki, często z tego powodu pakiet łopatek, a nie podkładka siatkowa.
• Eliminacja mgły i separatory filtrów:Sama grawitacja pozostawia zbyt dużo cieczy do obsługi rurociągu. Dziana siatka druciana usuwa kropelki o średnicy powyżej 5–10 mikrometrów z wydajnością do 99,9% przy spadku ciśnienia zaledwie 25–75 mm H2O i jest odpowiednia do zastosowań ogólnych. Tam, gdzie specyfikacja jest bardziej rygorystyczna, filtr-separator łączy pierwszy stopień koalescencyjnych elementów filtrujących, które wychwytują drobne kropelki i łączą je w większe, z pakietem łopatkowym drugiego stopnia, który usuwa powiększone kropelki, osiągając usunięcie do 0,3-1 mikrometra przy 99,98%. Wymagana przez to dyscyplina pracy polega na monitorowaniu różnicy ciśnień: elementy są wymienne, zatykają się ciałami stałymi i olejem sprężarkowym, a rosnąca różnica ciśnień na pierwszym stopniu jest sygnałem do ich wymiany, zanim ulegną awarii lub zanim rosnąca prędkość pozostałych elementów zniszczy ich wydajność.
• Kontrola poziomu, utylizacja cieczy i bezpieczeństwo:Usuwanie cieczy to miejsce, w którym separatory rurociągów najczęściej ulegają awarii. Statek potrzebuje dwóch niezależnych przetworników poziomu, alarmu wysokiego poziomu i wyłącznika wysokiego poziomu, który chroni urządzenia znajdujące się na dole rzeki, a nie tylko sygnalizuje problem. w płuczce ssącej sprężarki wyłączenie awaryjne zwykle powoduje wyłączenie sprężarki. Zawór zrzutowy musi być dobrany pod kątem maksymalnego przepływu cieczy, a nie średniego, i musi być odporny na erozję, ponieważ powstające ciecze niosą piasek, a zawór dławiący przy wysokim spadku ciśnienia szybko ulega erozji; zwykle odpowiedzią jest zawór kontroli poziomu z hartowaną oprawą lub dedykowany zawór odcinający z oddzielnym przełącznikiem poziomu. Ciecz musi gdzieś odpłynąć, zwykle do zbiornika wyprodukowanej wody lub kondensatu z odzyskiem pary, a nie do odkrywki, a naczynie musi być wyposażone w urządzenie nadmiarowe zgodne z API 520 o wymiarach dostosowanych do zablokowanego wylotu cieczy i narażenia na ogień.

Macierz porównawcza pozycji separatora gazu w rurociągu

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest różnica między separatorem gazu rurociągowym a separatorem produkcyjnym?

Odp.: Separator produkcyjny dobrze radzi sobie z płynami na polu, gdzie ilości gazu, ropy i wody zmieniają się w zależności od zachowania złoża i gdzie frakcja ciekła może być duża i nieprzewidywalna; często jest to zbiornik trójfazowy z jazem i sterownikiem interfejsu, po którym może znajdować się podgrzewacz lub odsalacz elektrostatyczny. Rurociągowy separator gazu obsługuje gaz, który został już przetworzony do jakości bliskiej sprzedaży, gdzie ciecz jest raczej uciążliwością niż produktem: skroploną wodą i węglowodorem, olejem smarowym sprężarki oraz ciałami stałymi i kamieniem ze ścianek rury. Zwykle jest to zbiornik dwufazowy o znacznie mniejszych objętościach cieczy, ma wymiary bardziej dostosowane do prędkości i eliminacji mgły niż do zatrzymywania, i ma za zadanie chronić sprężarkę, licznik lub dalszy system, a nie rozdzielać wytwarzany strumień na nadające się do sprzedaży fazy.

P: Dlaczego ciecz w gazociągu stanowi taki problem?

O: Cztery powody, każdy z odrębną konsekwencją. Niszczy sprzęt: ciecz dostająca się do sprężarki odśrodkowej powoduje erozję i zaburza równowagę wirnika, a pocisk może go całkowicie zniszczyć. Zaburza to pomiar: przepływ dwufazowy przez kryzę lub licznik ultradźwiękowy powoduje kilkuprocentowe błędy, a na stacji licznika fiskalnego oznacza bezpośrednią i ciągłą stratę finansową z konsekwencjami kontraktowymi. Zmniejsza wydajność: ciecz gromadząca się w dolnych miejscach linii zmniejsza efektywną powierzchnię przepływu i zwiększa spadek ciśnienia, dzięki czemu linia dostarcza mniej gazu przy tej samej mocy sprężania. Stwarza to problemy operacyjne: ciecze zamarzają lub tworzą hydraty w punktach redukcji ciśnienia, zanieczyszczają regulatory i urządzenia nawaniające oraz sprzyjają korozji wewnętrznej, szczególnie tam, gdzie występuje woda i kwaśne gazy.

P: Jakie są wymiary rurociągowego separatora gazu?

Odp.: Z równania Soudersa-Browna v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V), które podaje maksymalną dopuszczalną prędkość gazu, powyżej której ciecz jest przenoszona. Współczynnik K kondensuje geometrię zbiornika i wydajność eliminatora mgły w jedną liczbę empiryczną: zazwyczaj 0,08–0,15 m/s dla płuczki pionowej z podkładką siatkową, 0,15–0,25 m/s dla zbiornika poziomego lub pakietu łopatek, a jeszcze więcej z wlotem cyklonowym. Średnica naczynia wynika z natężenia przepływu gazu w warunkach rzeczywistych podzielonego przez tę dopuszczalną prędkość. Następnie sprawdza się go pod kątem wymagań dotyczących obsługi cieczy, zwykle 3–15 minut przestoju, w zależności od obciążenia, oraz pod kątem ograniczenia przepływu przy 20–30% projektowanego przepływu. API 12J zapewnia ramy branżowe i tam, gdzie ślimak jest wiarygodny, obliczenia stanu ustalonego należy uzupełnić symulacją przepływu nieustalonego.

P: Jakiej konserwacji wymaga rurociągowy separator gazu?

O: Cztery działania. Testowanie oprzyrządowania poziomu, zazwyczaj co 3-6 miesięcy i przy każdym wyłączeniu, ponieważ system poziomu tak naprawdę zapobiega przenoszeniu cieczy i jest najczęstszą przyczyną zaburzeń cieczy. Trend różnicy ciśnień na eliminatorze mgły lub elementach filtrujących, który wcześnie wykrywa zalanie i zatykanie oraz umożliwia wymianę elementu przed utratą wydajności. Kontrola wewnętrzna przy każdym większym przeglądzie, zwykle co 3-5 lat, sprawdzająca urządzenie wlotowe, eliminator mgły pod kątem przemieszczeń i uszkodzeń, ścianę zbiornika pod kątem korozji i erozji oraz dyszę wylotową i przerywacz wirów pod kątem niedrożności. Sprawdzane jest również postępowanie z cieczą, sprawdzając, czy zawór spustowy jest prawidłowo osadzony i czy jego skok jest prawidłowy oraz czy droga usuwania cieczy nie jest zablokowana, ponieważ separator ze sterownikiem poziomu roboczego i zablokowanym wylotem będzie napełniał się tak samo szybko, jak separator bez sterownika.