O que um separador de gás faz: funções, física e por que é importante

Respondendo à questão central:O que um separador de gás faz?Um separador de gás remove gotículas líquidas e partículas sólidas de um fluxo de gás, de modo que o gás que sai dele esteja seco o suficiente para proteger o equipamento, para ser medido com precisão e atender às especificações da tubulação. Ele faz isso em quatro etapas: desacelerar o gás para que a gravidade possa agir, deixar o líquido assentar, capturar as gotículas finas que a gravidade deixa passar em um eliminador de névoa e coletar e remover o líquido sob controle de nível enquanto retém os sólidos para limpeza periódica. A regra física que rege todo o recipiente é que o gás deve se mover lentamente o suficiente para que uma gota de líquido caia mais rápido do que o gás sobe, expressa pela equação de Souders-Brown com um fator K de 0,08-0,35 m/s dependendo da orientação do recipiente e do tipo de eliminador de névoa. Uma unidade bem projetada deixa menos de 0,1 galão americano de líquido por milhão de pés cúbicos padrão no gás.

1. As quatro tarefas que um separador de gás executa

Cada trabalho aborda um modo de falha diferente, e todos os quatro devem funcionar para que a embarcação cumpra sua tarefa:

• Isso retarda o gás:O gás em um tubo se move a 10-30 m/s, rápido demais para que qualquer gota se assente. A primeira tarefa do separador é expandir a área de fluxo, normalmente por um fator de 10 a 100, de modo que a velocidade caia para um nível onde a gravidade possa atuar, e um dispositivo de entrada, como um defletor, um tubo semiaberto ou uma entrada ciclônica, dissipe o momento restante. É por isso que os separadores são muito mais largos que o tubo que os alimenta e porque o bocal de entrada é muitas vezes maior que a linha de entrada. É também por isso que um separador que é demasiado pequeno para o seu fluxo não se degrada normalmente: uma vez que a velocidade do gás ultrapassa o limite de Souders-Brown, o líquido é transportado quase independentemente da qualidade do resto dos componentes internos, porque as gotículas são re-arrastadas mais rapidamente do que podem assentar.
• Assenta o líquido a granel:Uma vez que o gás é lento, gotículas acima de cerca de 100-500 micrômetros caem no fundo do recipiente dentro do tempo de residência disponível, razão pela qual os separadores fornecem retenção de líquido de 1 a 15 minutos, dependendo do serviço. O líquido se acumula no fundo e o nível é mantido em um ponto definido por uma válvula de descarga ou válvula de controle de nível. O gás deve atravessar o recipiente uniformemente, portanto, defletores de distribuição perfurados são usados ​​em recipientes horizontais, e a saída de líquido é equipada com um disjuntor de vórtice, porque um vórtice na saída puxa o gás para a linha de líquido e causa exatamente o problema que o separador existe para evitar. No serviço trifásico, a embarcação também separa a água do hidrocarboneto líquido usando um controlador de nível de interface e um açude ou bota.
• Captura névoa fina:A gravidade não pode remover gotículas abaixo de 100 micrômetros em um recipiente razoável, portanto, um eliminador de névoa lida com a fração fina, e este é o elemento que mais frequentemente determina o desempenho real. Uma almofada de malha de arame tricotado, com 100-150 mm de espessura, captura gotas acima de 5-10 micrômetros com eficiência de até 99,9% e uma queda de pressão de apenas 25-75 mm H2O, mas inunda se a carga de líquido exceder sua capacidade. Um pacote de palhetas ou chevron lida com gotículas de 10 a 40 micrômetros, tolera sólidos e cargas líquidas muito mais altas e é preferido em serviços de incrustação. Um filtro separador com elementos coalescentes atinge 0,3-1 micrômetro a 99,98% e é usado antes de peneiras moleculares, contatores de glicol e medidores fiscais. Escolher entre eles é uma questão de eficiência contra resistência a incrustações e queda de pressão.
• Remove líquidos e sólidos:A tarefa final é simplesmente retirar o material capturado do recipiente antes que ele fique cheio. O líquido sai pela saída inferior sob controle de nível, com dois transmissores de nível independentes, um alarme de nível alto e um disparo alto-alto que protege os equipamentos a jusante. Os sólidos, que chegam como areia, incrustações e produtos de corrosão, depositam-se abaixo do líquido e são removidos por jateamento periódico de areia, no qual um jato de água de alta pressão fluidiza o leito e é soprado para um ciclone ou recipiente coletor. A frequência de jateamento é um diagnóstico útil: de hora em hora indica um poço arenoso ou falha no controle de areia, mensalmente indica um fluxo limpo. Tanto os líquidos como os sólidos devem ir para algum lugar, e a rota de eliminação, e não o recipiente, é muitas vezes a verdadeira restrição.

2. Por que a separação é importante: o que ela protege

O valor de um separador de gás é medido pelo que ele evita, e quatro categorias de equipamentos estão em risco:

• Compressores e Equipamentos Rotativos:Um compressor centrífugo é a máquina mais sensível a líquidos em uma planta de gás. Gotículas de líquido corroem o impulsor e as vedações do labirinto, causam desequilíbrio e vibração do rotor e lavam o óleo lubrificante dos rolamentos; uma bala chegando na sucção pode destruir a máquina em segundos. Um compressor alternativo é pior, porque o líquido é essencialmente incompressível, então o líquido em um cilindro causa um bloqueio hidráulico que entorta as hastes e quebra as válvulas. É por isso que os lavadores de sucção do compressor são padrão em todas as máquinas, porque eles são equipados com um desarme rápido de nível alto-alto que desliga a máquina e porque eles têm uma pequena retenção de líquido por design: a intenção é desarmar rapidamente, em vez de armazenar líquido.
• Medição e Transferência de Custódia:Quando o gás muda de propriedade, o líquido custa dinheiro diretamente. Em um medidor de orifício, o fluxo bifásico altera o coeficiente de descarga e a pressão diferencial medida, e o líquido se acumula nas linhas de impulso e contra a placa, produzindo erros de vários por cento. Em um medidor ultrassônico, gotículas e uma película líquida nas faces do transdutor atenuam e dispersam o sinal. Como um grande oleoduto pode transportar milhões de pés cúbicos padrão por dia, um erro persistente de dois por cento é uma soma material, razão pela qual os contratos especificam um separador imediatamente a montante do medidor e muitas vezes um conteúdo máximo de líquido. Esta é também a razão pela qual filtros separadores, e não simples lavadores, são usados ​​em pontos de medição fiscal.
• Unidades de Tratamento: Desidratação, Amina e Enxofre:A entrada de líquido em uma unidade de processo causa danos desproporcionais. Em um contator de desidratação de glicol, o hidrocarboneto líquido causa forte formação de espuma, transporte de glicol e perda da capacidade de desidratação, e pode forçar um desligamento para limpar o sistema e substituir o glicol degradado. Numa unidade de amina, o hidrocarboneto líquido e os sólidos causam formação de espuma, perda de amina e corrosão, e os produtos de amina degradados aceleram o problema. Numa unidade de peneira molecular, a água líquida ou o hidrocarboneto danificam permanentemente o adsorvente, uma vez que os grânulos se quebram e devem ser substituídos. Em cada caso, a solução custa muito mais do que o separador, razão pela qual um separador de entrada ou um filtro separador é instalado imediatamente a montante destas unidades, como uma prática padrão e não como uma opção.
• Pipelines, reguladores e usuários finais:A jusante da planta, o líquido cria problemas operacionais e de integridade. Acumula-se em pontos baixos, reduzindo a área e a capacidade de fluxo e exigindo a remoção de pigging. Forma hidratos em pontos de redução de pressão quando combinado com água e baixa temperatura, criando tampões que podem desligar uma linha por dias. Sujeira nos reguladores de pressão e nos equipamentos de odorização nos sistemas de distribuição. Promove corrosão interna onde água e gases ácidos estão presentes. E viola a especificação do gasoduto, que normalmente não requer líquidos livres, um ponto de orvalho de hidrocarbonetos abaixo de cerca de -5 a 0°C na pressão de entrega, um ponto de orvalho da água abaixo de cerca de -10°C, sulfeto de hidrogênio abaixo de 4 ppm e dióxido de carbono abaixo de 2-3%. Atender a essa especificação é o objetivo contratual final do separador.

Matriz de Funções do Separador de Gás e Consequências de Falha

Perguntas frequentes (FAQ)

P: Como realmente funciona um separador de gás?

R: Funciona dando tempo às gotículas de líquido para caírem enquanto o gás se move lentamente o suficiente para que isso aconteça. O gás entra e é retardado por um dispositivo de entrada que dissipa seu momento e depois passa por uma grande seção transversal onde a velocidade é tipicamente de 0,1-0,5 m/s contra 10-30 m/s no tubo. A essa velocidade, as gotículas acima de cerca de 100-500 micrômetros depositam-se no fundo dentro do tempo de residência, razão pela qual o recipiente fornece 1-15 minutos de retenção de líquido. Gotas muito pequenas para sedimentar são capturadas por um eliminador de névoa, onde o gás deve mudar de direção em torno de um fio ou palheta e as gotas, tendo mais inércia, não podem seguir e impactar na superfície, coalescer em gotas maiores e drenar. O líquido coletado é mantido em nível controlado e retirado por meio de uma válvula; os sólidos assentam abaixo dele e são expelidos periodicamente.

P: Qual é a diferença entre um separador, um purificador e um tambor coletor?

R: Na prática, os termos se sobrepõem e são frequentemente usados ​​de forma intercambiável, mas existe uma convenção. Um separador é o termo geral e, no uso em plantas de gás, geralmente implica um recipiente que separa e retém o líquido como um produto ou fluxo a ser processado, com 3 a 15 minutos de espera. Um purificador é um separador menor e mais simples cuja finalidade é a proteção e não a produção, com 1-3 minutos de espera, encontrado na sucção do compressor, nos skids de gás combustível e nas decolagens de gás de instrumento. Um tambor knockout, ou KOD, é um dispositivo de proteção dimensionado para um fluxo transitório em vez de constante, na maioria das vezes um tambor knockout de flare dimensionado para o caso de socorro de emergência ou um tambor que remove lesmas de líquido à frente de um forno ou compressor. Todos os três usam a mesma base de dimensionamento Souders-Brown, mas diferem na resistência, na instrumentação e no que protegem.

P: O que acontece se um separador de gás for subdimensionado?

R: A velocidade do gás excede o limite de Souders-Brown, de modo que as gotículas que de outra forma se depositariam são varridas com o gás, e o recipiente transporta o líquido continuamente, em vez de ocasionalmente. O modo de falha é distinto: o eliminador de névoa inunda porque está recebendo muito mais líquido do que foi projetado para suportar, o que aumenta a queda de pressão e, uma vez que a almofada está saturada, re-arrasta o líquido na saída de gás a uma taxa pior do que se não houvesse nenhuma almofada. As consequências aparecem primeiro a jusante, como perdas de glicol em uma unidade de desidratação, formação de espuma em um contator de amina ou alta vibração e lavagem de um compressor. O subdimensionamento é mais comum depois que um projeto de eliminação de gargalos aumenta a produtividade ou quando um campo produz mais líquido do que a previsão original, razão pela qual a velocidade deve ser verificada novamente sempre que as taxas mudam.

P: Como saber se um separador de gás está funcionando?

R: Quatro indicadores são monitorados. Pressão diferencial através do recipiente e através do eliminador de névoa, uma vez que uma leitura constante significa operação normal, enquanto uma tendência ascendente significa incrustação ou inundação e uma tendência descendente pode significar um elemento danificado ou deslocado. Transporte de líquido, medido diretamente por amostragem ou inferido do comportamento do equipamento a jusante, como consumo de glicol em um contator ou formação de espuma de amina. O comportamento do controle de nível, uma vez que alarmes frequentes de nível alto, uma válvula de descarga oscilante ou um nível que não mantém o ponto de ajuste apontam para um problema de manuseio de líquidos e não para um problema de separação. E a velocidade do gás comparada com o fator K de projeto, uma vez que a verificação mais simples de todas é se o fluxo real, na pressão e temperatura reais, está dentro do envelope para o qual o recipiente foi dimensionado.