เครื่องแยกก๊าซขาเข้าคืออะไร: วัตถุประสงค์ การกำหนดขนาด และแนวทางการออกแบบ

ตอบคำถามหลัก:เครื่องแยกก๊าซขาเข้าคืออะไร?เครื่องแยกก๊าซขาเข้าคือภาชนะแรกที่กระแสแก๊สเข้าสู่โรงงานแปรรูป สถานีคอมเพรสเซอร์ หน่วยอบแห้ง หรือสกีดยูนิตวัด และหน้าที่ของมันคือการป้องกัน: มันจะกำจัดของเหลวและของแข็งอิสระที่จะสร้างความเสียหาย ทำให้สกปรก หรือทำให้ทุกอย่างที่อยู่ปลายน้ำหยุดทำงาน เนื่องจากปริมาณของเหลวที่ขาเข้าของโรงงานนั้นไม่ทราบโดยธรรมชาติและอาจมาในรูปของสลักขนาด 5-100 ลบ.ม. เครื่องแยกขาเข้าจึงถูกกำหนดขนาดอย่างระมัดระวังมากกว่าเครื่องแยกอื่นๆ ในโรงงาน ค่า K ในสมการ Souders-Brown มักอยู่ที่ 0.08-0.20 ม./วินาที เทียบกับ 0.10-0.35 ม./วินาที สำหรับภาชนะปลายน้ำ และปริมาณของเหลวที่กักเก็บไว้จะมากถึง 3-10 นาที แทนที่จะเป็น 1-3 นาทีที่ใช้สำหรับเครื่องขัดธรรมดา เป้าหมายประสิทธิภาพมักแสดงเป็นของเหลวที่ปนเปื้อนต่ำกว่า 0.1 แกลลอนสหรัฐฯ ต่อล้านลูกบาศก์ฟุตมาตรฐาน และภาชนะนี้เป็นประกันที่ถูกที่สุดเพียงชิ้นเดียวในโรงงานเพื่อป้องกันความล้มเหลวที่มีค่าใช้จ่ายสูงสุดที่ปลายน้ำ

1. ทำไมเครื่องแยกขาเข้าจึงถูกกำหนดขนาดอย่างระมัดระวัง

ลักษณะสี่ประการของกระแสขาเข้าเป็นเหตุผลที่ต้องมีส่วนเผื่อเพิ่มเติม และแต่ละลักษณะมีโหมดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้อง:

• ปริมาณของเหลวที่ไม่ทราบและไม่คงที่:แตกต่างจากเครื่องแยกปลายน้ำ ซึ่งองค์ประกอบของฟีดถูกกำหนดโดยหน่วยก่อนหน้าและมีความเสถียร เครื่องแยกขาเข้าจะเผชิญกับสิ่งที่ท่อส่งหรือบ่อส่งมา ปริมาณของเหลวจะแปรผันตามสภาพบ่อ ภูมิประเทศ ตารางการทำความสะอาดท่อ และอุณหภูมิแวดล้อม ท่อส่งที่ทำความสะอาดหลังจากดำเนินการไปหลายเดือนสามารถส่งสลักที่มีขนาดใหญ่กว่าที่การออกแบบสภาวะคงที่คาดการณ์ไว้มาก และสลักตามภูมิประเทศในระบบรวบรวมที่มีเนินเขาอาจมาถึงโดยไม่มีการเตือน นี่คือเหตุผลที่ภาชนะถูกระบุด้วยปริมาณของเหลวที่กักเก็บไว้มากและระบบควบคุมระดับที่ตอบสนองในไม่กี่วินาทีแทนที่จะเป็นนาที และเหตุผลที่การตั้งค่าระดับสูง-สูงจะปิดทางออกแก๊สก่อนที่ของเหลวจะถึงตัวกำจัดละออง
• การป้องกันอุปกรณ์ปลายน้ำ:มูลค่าของเครื่องแยกขาเข้าจะวัดจากสิ่งที่มันป้องกัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไกลคอลจะเกิดฟองอย่างรุนแรงและสูญเสียไกลคอลหากไฮโดรคาร์บอนเหลวเข้าสู่เครื่อง และตะแกรงโมเลกุลจะเสียหายอย่างถาวรจากน้ำเหลวหรือไฮโดรคาร์บอน คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงจะสึกหรอที่ใบพัด และในกรณีที่เกิดสลักรุนแรง จะเกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่อใบพัดและซีล กังหันแก๊สจะดับ หรือที่แย่กว่านั้นคือเกิดการกัดกร่อนในส่วนร้อนและความเสียหายต่อใบพัดจากการดูดของเหลวและเกลือ สกีดยูนิตวัดจะอ่านค่าผิดพลาด ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อรายได้ ในแต่ละกรณี ต้นทุนของเครื่องแยกขาเข้า ซึ่งโดยทั่วไปคิดเป็นหนึ่งถึงสามเปอร์เซ็นต์ของต้นทุนโรงงาน จะน้อยมากเมื่อเทียบกับต้นทุนความล้มเหลวที่ป้องกันได้ ซึ่งเป็นเหตุผลในการออกแบบอย่างเอื้อเฟื้อมากกว่าการออกแบบตามขั้นต่ำที่การคำนวณสภาวะคงที่ต้องการ
• การจัดการสลักและเวลาตอบสนองของระดับ:สลักที่มาถึงเครื่องแยกขาเข้าจะต้องถูกดูดซับโดยไม่นำของเหลวไปยังทางออกแก๊ส ปริมาณสองปริมาณจะควบคุม: ปริมาณของเหลวที่สามารถสะสมได้ก่อนที่การทำงานระดับสูง-สูงจะเกิดขึ้น และเวลาที่มีอยู่ หากสลักขนาด 50 ลบ.ม. มาถึงภายในห้านาที และเครื่องแยกมีปริมาตรทำงานเหนือระดับปกติ 20 ลบ.ม. ระบบควบคุมระดับและวาล์วระบายจะต้องกำจัดของเหลวในอัตรา 10 ลบ.ม. ต่อนาที และดูดซับส่วนเกิน หรือการทำงานจะเกิดขึ้น การออกแบบการตอบสนองรวมถึงภาชนะที่ใหญ่ขึ้น วาล์วระบายที่กำหนดขนาดตามอัตราสลักแทนที่จะเป็นอัตราเฉลี่ย เครื่องดักสลักแยกต่างหากก่อนเครื่องแยกสำหรับท่อส่งที่มีสลักรุนแรง และปรัชญาการควบคุมที่อนุญาตให้โรงงานลดปริมาณการผลิตหรือรีไซเคิลแทนที่จะหยุดทำงานทันทีหากปลอดภัยกว่าสำหรับหน่วยปลายน้ำ
• ของแข็ง ทราย และไขมัน:กระแสขาเข้ามีทราย ตะกรัน ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน สารตกค้างจากของเหลวขุดเจาะในแหล่งใหม่ และบางครั้งไขมันที่ตกตะกอนเมื่อแก๊สเย็นลง ของแข็งเหล่านี้จะตกตะกอนที่ก้นภาชนะ ทำให้ส่วนปลายของวาล์วระบายสึกหรอ อุดตันตัวกำจัดละออง และลดปริมาณการทำงาน ดังนั้น เครื่องแยกขาเข้าจึงถูกออกแบบให้มีโซนรวบรวมของแข็ง การเชื่อมต่อหัวฉีดทราย และระบบชะล้าง และการระบายเป็นระยะไปยังไซโคลนทรายหรือท่อระบายแบบปิด ความถี่ของการฉีด ซึ่งบันทึกไว้เมื่อเวลาผ่านไป จะกลายเป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่มีประโยชน์ในการควบคุมทรายต้นน้ำ ในกรณีที่คาดว่าจะมีไขมัน ภาชนะจะต้องถูกออกแบบมาสำหรับเศษซากจากการทำความสะอาดท่อ และมีระบบทำความร้อนหรือจุดฉีดตัวทำละลาย เนื่องจากไขมันที่สะสมบนตัวกำจัดละอองเป็นสาเหตุทั่วไปของการสูญเสียประสิทธิภาพที่ค่อยเป็นค่อยไปซึ่งวินิจฉัยผิดพลาดได้ง่ายว่าเป็นปัญหาความเร็ว

2. การกำหนดค่าและแนวทางการออกแบบ

มีการใช้การกำหนดค่าสี่แบบ และการเลือกขึ้นอยู่กับปริมาณของเหลว พื้นที่ว่าง และอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน:

• เครื่องขัดขาเข้าแนวตั้ง:ตัวเลือกมาตรฐานเมื่ออัตราแก๊สสูงเมื่อเทียบกับอัตราของเหลว เมื่อพื้นที่ว่างมีจำกัด และเมื่อของเหลวส่วนใหญ่เป็นละอองมากกว่าของเหลวปริมาณมาก ภาชนะแนวตั้งให้เส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กที่สุดสำหรับความจุแก๊สที่กำหนด สามารถระบายน้ำได้เอง และจัดการการควบคุมระดับได้ดีเนื่องจากพื้นผิวของเหลวมีขนาดเล็กและระดับจะตอบสนองต่อการไหลเข้าอย่างรวดเร็ว เป็นการกำหนดค่ามาตรฐานสำหรับเครื่องขัดดูดคอมเพรสเซอร์ ซึ่งปริมาณของเหลวมีน้อย แต่การปนเปื้อนใดๆ ก็สร้างความเสียหายได้ โดยมีปริมาณกักเก็บเพียง 1-3 นาที จุดอ่อนคือปริมาณการเก็บของเหลวมีจำกัด ดังนั้นเครื่องขัดแนวตั้งเพียงอย่างเดียวไม่สามารถดูดซับสลักขนาดใหญ่ได้ และมักจะจับคู่กับเครื่องแยกต้นน้ำที่ใหญ่กว่า หรือกับถังดักของเหลวและวาล์วขาเข้าที่ปิดอย่างรวดเร็วซึ่งแยกคอมเพรสเซอร์เมื่อระดับสูง
• เครื่องแยกขาเข้าแนวนอน:ใช้เมื่ออัตราของเหลวมีปริมาณมาก เมื่อต้องดูดซับปริมาณสลัก หรือเมื่อต้องการการแยกสามเฟสของแก๊ส คอนเดนเสท และน้ำ เส้นทางแนวนอนที่ยาวให้การตกตะกอนของหยดได้ดี พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ช่วยสลายฟองและปล่อยแก๊สที่ละลายอยู่ และภาชนะให้ปริมาณของเหลวที่กักเก็บไว้ 3-10 นาทีในเส้นผ่านศูนย์กลางที่จัดการได้ สำหรับการทำงานสามเฟส ตัวควบคุมระดับอินเทอร์เฟซและรางน้ำหรือช่องเก็บจะแยกคอนเดนเสทออกจากน้ำที่ผลิตได้ และการกำหนดขนาดจะต้องตรวจสอบทั้งความจุแก๊สตาม Souders-Brown และเวลาที่ของเหลวคงอยู่ซึ่งจำเป็นสำหรับหยดน้ำที่จะตกตะกอนออกจากคอนเดนเสท โดยทั่วไปคือ 5-10 นาที ข้อแลกเปลี่ยนคือพื้นที่ใช้งานขนาดใหญ่ การควบคุมระดับที่ยากขึ้นภายใต้การเคลื่อนไหวในทะเล และความจำเป็นในการกระจายแก๊สตามความยาวเพื่อป้องกันการไหลผ่านไปยังทางออก
• เครื่องแยกขาเข้าแบบไซโคลนและมัลติไซโคลน:เมื่อพื้นที่และน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญ เช่น ในทะเลหรือบนแท่นขุดเจาะ เครื่องแยกขาเข้าแบบไซโคลนใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแทนแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดการแยกในภาชนะที่มีขนาดเล็กกว่าหนึ่งในส่วนสิบ แก๊สเข้าในแนวสัมผัสหรือผ่านใบพัดหมุนและหมุนด้วยความเร็วสูง เหวี่ยงของเหลวไปที่ผนังซึ่งจะไหลลงสู่โซนรวบรวม ในขณะที่แกนแห้งจะถูกดึงออกผ่านตัวนำแกนกลาง การจัดเรียงแบบมัลติไซโคลนใช้ท่อขนาดเล็กหลายสิบหลอดขนานกันเพื่อให้ได้การแยกละเอียดในเปลือกที่กะทัดรัด ข้อดีคือความกะทัดรัดและความไม่ไวต่อการเคลื่อนไหว ข้อจำกัดคือแรงดันตกที่สูงขึ้น โดยทั่วไป 100-350 มม. H2O การสูญเสียประสิทธิภาพอย่างรวดเร็วเมื่อลดการทำงานต่ำกว่าประมาณ 40-50% ของอัตราการไหลที่ออกแบบไว้ และความเปราะบางต่อการสึกหรอและการอุดตันด้วยทราย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมักได้รับการป้องกันโดยไซโคลนทรายต้นน้ำหรือตัวกรอง
• เครื่องมือวัด การควบคุม และรหัส:เครื่องมือวัดคือสิ่งที่สร้างความแตกต่างระหว่างเครื่องแยกที่ป้องกันและเครื่องที่เพียงแค่มีอยู่ เครื่องส่งสัญญาณระดับอิสระสองตัวพร้อมช่องต่อแยก สัญญาณเตือนระดับสูง และการทำงานระดับสูง-สูงที่ปิดทางออกแก๊สหรือปิดอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันเป็นมาตรฐาน โดยมีการทดสอบการทำงานตามกำหนดเวลาที่กำหนด ตัวบ่งชี้แรงดันตกคร่อมตัวกำจัดละอองจะตรวจจับการท่วมและการอุดตันตั้งแต่เนิ่นๆ ตัวบ่งชี้แรงดันและตัวบ่งชี้อุณหภูมิช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานตรวจสอบจุดทำงานเทียบกับเส้นโค้งไฮเดรต วัสดุเป็นไปตาม ASME VIII Division 1 พร้อมการปฏิบัติตาม NACE MR0175 / ISO 15156 ในบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงขีดจำกัดความแข็งและการอบชุบหลังการเชื่อม ทุกทางออกของเหลวจะต้องมีตัวกันการหมุน และภาชนะจะต้องมีอุปกรณ์ระบายแรงดันตาม API 520 ที่กำหนดขนาดสำหรับกรณีทางออกของเหลวอุดตันและไฟไหม้ รวมถึงการเชื่อมต่อการระบายไปยังแฟลร์หรือท่อระบายแบบปิด

ตารางเปรียบเทียบการกำหนดค่าเครื่องแยกก๊าซขาเข้า

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างเครื่องแยกขาเข้าและเครื่องดักสลัก?

ตอบ: เครื่องแยกขาเข้าคือภาชนะที่กำหนดขนาดสำหรับปริมาณแก๊สที่คงที่พร้อมปริมาณของเหลวที่กักเก็บปานกลาง โดยทั่วไปคือ 3-10 นาที และออกแบบมาเพื่อกำจัดหยดและละอองที่ปนเปื้อน เครื่องดักสลักโดยพื้นฐานแล้วคือปริมาตรท่อขนาดใหญ่ จัดเรียงเป็นแบบนิ้วหรือพิณ โดยมีปริมาตรเก็บ 100-3,000 ลบ.ม. ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียวคือการดูดซับสลักของเหลวขนาดใหญ่ที่สะสมในท่อส่งยาวและถูกผลักออกโดยการทำความสะอาดท่อหรือการเปลี่ยนแปลงการไหล พวกมันเสริมกันมากกว่าเป็นทางเลือก: แนวรวบรวมยาวในภูมิประเทศที่เป็นเนินเขาจะปล่อยเข้าสู่เครื่องดักสลักก่อนซึ่งจะดูดซับปริมาณส่วนใหญ่ช้าๆ เป็นเวลาหลายชั่วโมง และแก๊สจากเครื่องดักสลักจะผ่านไปยังเครื่องแยกแบบธรรมดาซึ่งจะกำจัดละอองที่เหลืออยู่ก่อนที่แก๊สจะเข้าสู่โรงงานแปรรูป การออกแบบเครื่องแยกเพื่อทำงานของเครื่องดักสลักจะทำให้ได้ภาชนะที่มีขนาดใหญ่เกินจริง

ถาม: ทำไมค่า K จึงต่ำกว่าสำหรับเครื่องแยกขาเข้ากว่าเครื่องปลายน้ำ?

ตอบ: เนื่องจากกระแสขาเข้าเป็นกระแสที่ได้รับการระบุลักษณะน้อยที่สุดในโรงงาน ฟีดของเครื่องแยกปลายน้ำได้ผ่านขั้นตอนการแยกอย่างน้อยหนึ่งขั้นตอนแล้ว ดังนั้นการกระจายขนาดหยดและปริมาณของเหลวจึงเป็นที่ทราบและคงที่ และผู้ออกแบบสามารถใช้ค่า K มาตรฐาน 0.10-0.35 ม./วินาที ได้อย่างมั่นใจ กระแสขาเข้ายังไม่ได้: ของเหลวมาจากบ่อหรือท่อส่งในปริมาณและขนาดหยดที่แปรผันตามเวลา ภูมิประเทศ การทำความสะอาดท่อ และสภาพแวดล้อม และบทลงโทษสำหรับการออกแบบที่น้อยเกินไปคือความเสียหายต่ออุปกรณ์ปลายน้ำที่มีราคาแพง แทนที่จะเป็นเพียงการสูญเสียประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อย ค่า K ที่ต่ำกว่า โดยทั่วไปคือ 0.08-0.20 ม./วินาที จึงเป็นส่วนเผื่อที่ตั้งใจไว้เพื่อต่อต้านความไม่แน่นอน และมักจะรวมกับตัวกำจัดละอองที่แข็งแรงกว่า เช่น ชุดใบพัดแทนที่จะเป็นแผ่นตาข่าย ซึ่งทนต่อปริมาณของเหลวที่สูงขึ้นและแปรผันได้โดยไม่ท่วม

ถาม: จะเกิดอะไรขึ้นหากเครื่องแยกขาเข้าล้มเหลว?

ตอบ: ผลที่ตามมาจะแพร่กระจายไปยังปลายน้ำและเกือบจะแพงกว่าเครื่องแยกเสมอ ของเหลวที่ไปถึงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไกลคอลจะทำให้เกิดฟอง การปนเปื้อนไกลคอล และการสูญเสียความสามารถในการอบแห้ง และการแก้ไขคือการหยุดระบบ ทำความสะอาดระบบ และเปลี่ยนไกลคอลที่เสื่อมสภาพ ของเหลวที่ไปถึงตะแกรงโมเลกุลจะทำให้สารดูดซับเสียหายอย่างถาวร เนื่องจากตะแกรงจะถูกปนเปื้อนอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้จากไฮโดรคาร์บอนเหลวและน้ำเหลวที่ทำให้เม็ดแตก และต้องเปลี่ยนชั้น ของเหลวที่ไปถึงคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงจะทำให้ใบพัดสึกหรอ ไม่สมดุล และในกรณีที่เกิดสลักรุนแรง จะเกิดความเสียหายต่อใบพัดและซีลทันทีและรุนแรง ของเหลวที่ไปถึงกังหันแก๊สจะทำให้เกิดความไม่เสถียรของเปลวไฟ การช็อกด้วยความร้อนในส่วนร้อน และการกัดกร่อนจากเกลือและสารปนเปื้อน ของเหลวที่ไปถึงมิเตอร์ทางการเงินจะทำให้การวัดผิดพลาด ซึ่งส่งผลกระทบทางการเงินและตามสัญญาโดยตรง ความไม่สมมาตรนี้คือเหตุผลที่เครื่องแยกขาเข้าถูกออกแบบเกินขนาดแทนที่จะปรับให้เหมาะสม

ถาม: ควรตรวจสอบและบำรุงรักษาเครื่องแยกขาเข้าบ่อยแค่ไหน?

ตอบ: ระบอบการตรวจสอบเป็นไปตามความเสี่ยง ควรทดสอบการทำงานของเครื่องมือวัดระดับในการปิดระบบทุกครั้ง และโดยทั่วไปทุกๆ 3-6 เดือนระหว่างการทำงาน เนื่องจากเป็นส่วนประกอบที่ความล้มเหลวจะทำให้เกิดการปนเปื้อนโดยตรง ตัวกำจัดละอองจะถูกตรวจสอบภายในทุกครั้งที่หยุดซ่อมบำรุงใหญ่ โดยทั่วไปทุกๆ 3-5 ปี โดยมองหาการอุดตัน การกัดกร่อน การเคลื่อนย้าย และความเสียหาย และจะถูกเปลี่ยนหากแสดงความเสื่อมสภาพเพียงเล็กน้อย แรงดันตกคร่อมภาชนะและคร่อมองค์ประกอบตัวกรองใดๆ ควรถูกติดตามอย่างต่อเนื่อง โดยแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นจะกระตุ้นให้เกิดการตรวจสอบแทนที่จะเป็นการตอบสนองตามกำหนดเวลา การสะสมของทรายจะถูกจัดการโดยการฉีดตามความถี่ที่กำหนดจากการสังเกต ตั้งแต่ทุกชั่วโมงในบ่อที่มีทราย ไปจนถึงทุกเดือนในบ่อที่สะอาด และก้นภาชนะและหัวฉีดทางออกจะถูกตรวจสอบการสึกหรอและการบางลงที่ส่วนต่อประสานระหว่างทรายกับน้ำ ภายในภาชนะจะถูกตรวจสอบการบางของผนัง การเป็นรูพรุน การสึกหรอที่อุปกรณ์ขาเข้า และการแตกร้าวที่รอยเชื่อม โดยกำหนดช่วงเวลาตามโปรแกรมการตรวจสอบตามความเสี่ยงภายใต้ API 580 หรือมาตรฐานท้องถิ่นที่เทียบเท่า และมีช่วงเวลาที่สั้นลงในบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือมีฤทธิ์กัดกร่อน