O que é um Separador de Gás de Oleoduto: Propósito, Dimensionamento e Aplicações em Oleodutos

O que é um separador de gás para dutos: finalidade, dimensionamento e aplicações para dutos

Respondendo à questão central:O que é um separador de gás de gasoduto?Um separador de gás de gasoduto é um vaso de pressão instalado em um ponto definido ao longo de um sistema de transmissão ou coleta de gás para remover líquidos e sólidos livres do gás que flui, de modo que o gás atenda às especificações do contrato e não danifique o equipamento. É encontrado em quatro posições: na sucção e descarga da estação de compressão, nas estações de medição fiscal, nos portões da cidade e nos pontos de recebimento, e a jusante de um receptor de pig. O dimensionamento segue a equação de Souders-Brown com um fator K de 0,08-0,25 m/s dependendo da orientação e do tipo de eliminador de névoa, com retenção de líquido de 3 a 15 minutos e uma meta de transferência abaixo de 0,1 galão americano por milhão de pés cúbicos padrão. Pressões de transmissão de 40-100 bar tornam o vaso com paredes espessas e caro, mas o separador representa uma pequena fração do custo do compressor, do medidor ou da tubulação que ele protege.

1. Onde os separadores de gás canalizado são instalados e por quê

Cada posição em uma tubulação tem uma fonte de líquido diferente e um equipamento diferente em risco:

• Sucção e Descarga da Estação Compressora:Um compressor centrífugo ou alternativo é o item mais caro e mais sensível a líquidos em uma tubulação, portanto, os separadores são instalados em ambos os lados. No lado da sucção, o purificador deve capturar qualquer líquido que chegue a montante, porque um jato que entra em um compressor centrífugo causa danos imediatos à lâmina e à vedação e, no mínimo, desequilíbrio grave. Os lavadores de sucção são, portanto, compactos, verticais, com um tempo de espera de apenas 1-3 minutos, mas com um disparo rápido de nível alto-alto e muitas vezes uma válvula de entrada de fechamento rápido. No lado da descarga, o regime muda: o gás está quente, normalmente 50-90°C após a compressão, e parte do óleo lubrificante do compressor e quaisquer frações de hidrocarbonetos mais pesadas condensam no resfriamento, de modo que um purificador de descarga com um pós-resfriador remove tanto o hidrocarboneto líquido quanto o óleo lubrificante antes que o gás entre novamente na tubulação.
• Estações de Medição Fiscal:Quando o gás muda de propriedade, a precisão da medição tem consequências financeiras diretas e o líquido é uma das maiores fontes de erros de medição. Um medidor de orifício com líquido presente faz leitura incorreta porque o fluxo bifásico altera o coeficiente de descarga e porque o líquido se acumula nas linhas de impulso e na placa; um medidor ultrassônico sofre atenuação de sinal e leituras espúrias de gotículas e de um filme líquido nas faces do transdutor. Um separador de estação de medição é, portanto, especificado com um filtro separador ou um elemento coalescente, removendo gotículas de 0,3 a 1 micrômetro, e o trecho de medição é instalado a jusante com uma seção de palhetas endireitadoras e o comprimento reto a montante necessário. Muitos contratos exigem explicitamente um separador imediatamente a montante do medidor e especificam um conteúdo máximo de líquido.
• Portas da cidade, pontos de recebimento e entrega:No ponto onde o gás entra no sistema de distribuição ou é transferido entre operadores, o separador desempenha uma função de custódia e proteção. Ele remove quaisquer líquidos e sólidos acumulados no sistema a montante, protege o equipamento de regulação de pressão e proteção contra sobrepressão e fornece um ponto de amostragem e um ponto de medição de líquido para que quaisquer líquidos recebidos possam ser contabilizados. Estas estações incluem quase sempre um filtro separador em vez de um simples purificador, porque os sistemas de distribuição são muito sensíveis ao óleo do compressor e aos sólidos finos, que sujam os reguladores e o equipamento de odorização. Quando o gás for odorizado, uma boa separação é importante por uma segunda razão: os líquidos absorvem e dessorvem o odor de forma desigual, de modo que uma separação deficiente produz níveis de odor inconsistentes a jusante.
• Receptores de suínos e gerenciamento de lesmas:A pigging em uma linha de transmissão empurra o líquido acumulado para frente do pig, e uma única operação de pigging pode fornecer de 5 a 500 m3 de líquido à estação receptora em um curto período. Um separador convencional não consegue absorver isto; o arranjo padrão é um coletor de slug dedicado, geralmente um arranjo de dedo ou harpa de tubo de grande diâmetro com um volume de 100 a 3.000 m3, seguido por um separador convencional para polir o gás. O coletor de slug deve ser dimensionado a partir de uma simulação de fluxo transitório da linha específica, e não a partir de taxas de estado estacionário, porque a taxa de chegada depende do terreno, da velocidade do pig e da quantidade de líquido acumulado. As instalações de recepção também precisam de um sinal pig, um desvio para o surto inicial de gás e um sistema de manuseio de líquido que possa aceitar o jato sem sobrecarregar o tanque a jusante.

2. Dimensionamento e Operação de um Separador de Gás Pipeline

Três decisões determinam se o separador funciona em toda a faixa operacional do pipeline:

• Dimensionamento em toda a faixa de fluxo:Um separador de dutos deve funcionar no primeiro dia e vinte anos depois, e os dois casos geralmente são opostos. No início da vida de uma linha, o fluxo é igual ou próximo ao projeto e o recipiente tem capacidade de gás limitada, de modo que o critério de Souders-Brown define o diâmetro. Mais tarde, à medida que a produção no campo diminui ou à medida que a linha é operada a uma pressão mais baixa, a velocidade do gás cai e o recipiente torna-se sobredimensionado, o que parece seguro, mas cria um problema real: a velocidades muito baixas, o eliminador de névoa funciona abaixo da sua gama eficiente, e o re-arrastamento de gotículas da superfície do líquido pode piorar. Portanto, os projetistas verificam três casos no mínimo: fluxo máximo, fluxo normal e fluxo mínimo de abertura, normalmente 20-30% do projeto, e selecionam um eliminador de névoa cuja faixa eficiente cobre todos os três, geralmente um pacote de palhetas em vez de uma almofada de malha por esse motivo.
• Eliminação de névoa e separadores de filtro:A gravidade por si só deixa muito líquido para o serviço do gasoduto. Uma almofada de malha de arame tricotado remove gotículas acima de 5 a 10 micrômetros com eficiência de até 99,9% com uma queda de pressão de apenas 25 a 75 mm H2O e é adequada para serviços gerais. Onde a especificação é mais restrita, um filtro separador combina um primeiro estágio de elementos filtrantes coalescentes, que capturam gotículas finas e as fundem em gotículas maiores, com um conjunto de palhetas de segundo estágio que remove as gotículas aumentadas, alcançando remoção de 0,3-1 micrômetro a 99,98%. A disciplina operacional que isso exige é o monitoramento da pressão diferencial: os elementos são substituíveis, eles se obstruem com sólidos e com óleo do compressor, e uma pressão diferencial crescente no primeiro estágio é o sinal para alterá-los antes que falhem ou antes que o aumento da velocidade através dos elementos restantes destrua sua eficiência.
• Controle de Nível, Descarte de Líquidos e Segurança:A remoção de líquidos é onde os separadores de dutos falham com mais frequência em serviço. A embarcação precisa de dois transmissores de nível independentes, um alarme de nível alto e um disparo de nível alto que proteja o equipamento a jusante em vez de apenas anunciar um problema; em um purificador de sucção de compressor, o desarme normalmente desliga o compressor. A válvula de descarga deve ser dimensionada para a taxa máxima de líquido, não para a média, e deve ser resistente à erosão, porque os líquidos produzidos carregam areia e porque uma válvula de estrangulamento através de uma queda de alta pressão sofre erosão rapidamente; uma válvula de controle de nível com acabamento endurecido ou uma válvula de descarga on-off dedicada com um interruptor de nível separado são as respostas usuais. O líquido deve ir para algum lugar, normalmente para um tanque de água produzida ou condensado com recuperação de vapor e não para uma cava a céu aberto, e a embarcação deve ter um dispositivo de alívio conforme API 520 dimensionado para a caixa de saída de líquido bloqueada e para exposição ao fogo.

Matriz de comparação de posições do separador de gás em dutos

Perguntas frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre um separador de gás de gasoduto e um separador de produção?

R: Um separador de produção lida com fluidos de poço no campo, onde as taxas de gás, óleo e água flutuam com o comportamento do reservatório e onde a fração líquida pode ser grande e imprevisível; geralmente é um vaso trifásico com um açude e um controlador de interface, e pode ser seguido por um aquecedor tratador ou um dessalinizador eletrostático. Um separador de gás de gasoduto lida com gás que já foi processado com qualidade próxima à de venda, onde o líquido é um incômodo e não um produto: água condensada e hidrocarboneto, óleo lubrificante do compressor e sólidos e incrustações da parede do tubo. Geralmente é um recipiente bifásico com volumes de líquido muito menores, é dimensionado mais para velocidade e eliminação de névoa do que para retenção, e existe para proteger um compressor, um medidor ou um sistema a jusante, em vez de separar um fluxo produzido em fases vendáveis.

P: Por que o líquido em um gasoduto é um problema tão grande?

R: Quatro razões, cada uma com uma consequência distinta. Ele danifica o equipamento: o líquido que entra em um compressor centrífugo corrói e desequilibra o rotor, e um golpe pode destruí-lo completamente. Corrompe a medição: o fluxo bifásico através de um orifício ou de um medidor ultrassônico produz erros de vários por cento, e em uma estação de medição fiscal isso representa uma perda financeira direta e contínua com consequências contratuais. Reduz a capacidade: o líquido acumulado em pontos baixos da linha reduz a área efetiva de fluxo e aumenta a queda de pressão, de modo que a linha fornece menos gás para a mesma potência de compressão. E cria problemas operacionais: os líquidos congelam ou formam hidratos nos pontos de redução de pressão, sujam os reguladores e os equipamentos de odorização e promovem a corrosão interna, especialmente onde estão presentes água e gases ácidos.

P: Como é dimensionado um separador de gás de gasoduto?

R: Pela equação de Souders-Brown, v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V), que fornece a velocidade máxima permitida do gás acima da qual o líquido é transportado. O fator K condensa a geometria do recipiente e o desempenho do eliminador de névoa em um número empírico: normalmente 0,08-0,15 m/s para um purificador vertical com uma almofada de malha, 0,15-0,25 m/s para um recipiente horizontal ou um pacote de palhetas, e ainda mais alto com uma entrada ciclônica. O diâmetro do vaso segue a taxa de fluxo de gás nas condições reais, dividida pela velocidade permitida. Em seguida, ele é verificado em relação ao requisito de manuseio de líquidos, geralmente de 3 a 15 minutos de espera, dependendo da tarefa, e em relação ao caso de redução de 20 a 30% do fluxo projetado. A API 12J fornece a estrutura da indústria e, quando um slug for confiável, o cálculo do estado estacionário deve ser complementado por uma simulação de fluxo transitório.

P: De que manutenção um separador de gás de gasoduto precisa?

R: Quatro atividades. Testes de instrumentação de nível, normalmente a cada 3-6 meses e a cada desligamento, já que o sistema de nível é o que realmente evita o arraste e é a causa mais comum de perturbação de líquido. Tendência de pressão diferencial no eliminador de névoa ou nos elementos filtrantes, que detecta inundações e entupimentos antecipadamente e aciona a troca do elemento antes que o desempenho seja perdido. Inspeção interna em cada parada importante, geralmente a cada 3-5 anos, examinando o dispositivo de entrada, o eliminador de névoa quanto a deslocamento e danos, a parede do vaso quanto a corrosão e erosão, e o bocal de saída e o disjuntor de vórtice quanto a obstrução. E verificações de manuseio de líquidos, verificando se a válvula de descarga assenta e funciona corretamente e se a rota de descarte de líquido não está bloqueada, porque um separador com um controlador de nível funcionando e uma saída bloqueada encherá tão rápido quanto um sem nenhum controlador.