เครื่องแยกก๊าซลําเลียง คืออะไร? วัตถุประสงค์ ขนาดและการใช้งานลําเลียง

เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งคืออะไร: วัตถุประสงค์ การคำนวณขนาด และการใช้งานในท่อส่ง

ตอบคำถามหลัก: เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งคืออะไร? เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งคือภาชนะรับแรงดันที่ติดตั้ง ณ จุดที่กำหนดไว้ตามระบบส่งหรือระบบรวบรวมก๊าซ เพื่อกำจัดของเหลวและของแข็งอิสระออกจากก๊าซที่ไหล เพื่อให้ก๊าซเป็นไปตามข้อกำหนดของสัญญาและไม่สร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ พบได้ในสี่ตำแหน่ง: ที่ด้านดูดและด้านจ่ายของสถานีคอมเพรสเซอร์, ที่สถานีวัดปริมาณก๊าซตามสัญญา, ที่จุดเข้าเมืองและจุดรับก๊าซ, และปลายทางของเครื่องรับลูกบอลอุดท่อ การคำนวณขนาดเป็นไปตามสมการ Souders-Brown โดยมีค่า K factor อยู่ระหว่าง 0.08-0.25 ม./วินาที ขึ้นอยู่กับการวางแนวและประเภทของตัวกำจัดละอองหมอก โดยมีปริมาณของเหลวที่กักเก็บไว้ 3-15 นาที และเป้าหมายการพาไปไม่เกิน 0.1 แกลลอนสหรัฐฯ ต่อลูกบาศก์ฟุตมาตรฐานล้านลูกบาศก์ฟุต แรงดันส่ง 40-100 บาร์ ทำให้ภาชนะมีผนังหนาและมีราคาแพง แต่เครื่องแยกก๊าซคิดเป็นสัดส่วนน้อยมากของต้นทุนคอมเพรสเซอร์, ชุดวัดปริมาณก๊าซ หรือท่อส่งที่มันปกป้อง

1. ตำแหน่งที่ติดตั้งเครื่องแยกก๊าซในท่อส่งและเหตุผล

แต่ละตำแหน่งบนท่อส่งมีแหล่งที่มาของของเหลวที่แตกต่างกันและอุปกรณ์ที่เสี่ยงแตกต่างกัน:

• ด้านดูดและด้านจ่ายของสถานีคอมเพรสเซอร์: คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์หรือแบบลูกสูบเป็นอุปกรณ์ที่มีราคาสูงที่สุดและไวต่อของเหลวมากที่สุดในท่อส่ง ดังนั้นจึงมีการติดตั้งเครื่องแยกก๊าซทั้งสองด้าน ที่ด้านดูด เครื่องดักของเหลวจะต้องดักจับของเหลวที่มาจากต้นทาง เนื่องจากของเหลวปริมาณมากที่เข้าสู่คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะทำให้ใบพัดและซีลเสียหายทันที และอย่างน้อยที่สุดก็ทำให้เกิดการเสียสมดุลอย่างรุนแรง ดังนั้นเครื่องดักของเหลวด้านดูดจึงมีขนาดกะทัดรัด แนวตั้ง มีปริมาณของเหลวที่กักเก็บไว้เพียง 1-3 นาที แต่มีระบบตัดการทำงานที่ระดับสูง-สูงอย่างรวดเร็ว และมักมีวาล์วทางเข้าแบบปิดอย่างรวดเร็ว ที่ด้านจ่าย หน้าที่เปลี่ยนไป: ก๊าซจะร้อน โดยทั่วไป 50-90°C หลังจากการอัด และส่วนหนึ่งของน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์และเศษไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าจะควบแน่นเมื่อเย็นตัวลง ดังนั้นเครื่องดักของเหลวด้านจ่ายพร้อมตัวทำความเย็นหลังการอัดจะกำจัดทั้งไฮโดรคาร์บอนเหลวและน้ำมันหล่อลื่นก่อนที่ก๊าซจะกลับเข้าสู่ท่อส่ง
• สถานีวัดปริมาณก๊าซตามสัญญา: เมื่อก๊าซเปลี่ยนเจ้าของ ความแม่นยำในการวัดมีผลกระทบทางการเงินโดยตรง และของเหลวเป็นหนึ่งในแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดในการวัดที่ใหญ่ที่สุด เครื่องวัดแบบรู (orifice meter) ที่มีของเหลวอยู่จะอ่านค่าผิดพลาดเนื่องจากการไหลแบบสองเฟสเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์การคายประจุ และของเหลวสะสมในท่อแรงดัน (impulse lines) และในแผ่นวัด; เครื่องวัดแบบอัลตราโซนิกจะประสบปัญหาการลดทอนสัญญาณและการอ่านค่าผิดพลาดจากหยดของเหลวและจากฟิล์มของเหลวบนหน้าทรานสดิวเซอร์ ดังนั้นเครื่องแยกก๊าซที่สถานีวัดจึงถูกระบุให้มีตัวกรองแยก (filter separator) หรือองค์ประกอบการรวมตัว (coalescing element) เพื่อกำจัดหยดของเหลวขนาด 0.3-1 ไมโครเมตร และชุดวัดปริมาณก๊าซจะติดตั้งปลายทางพร้อมส่วนของแผ่นนำการไหล (straightening vanes) และความยาวท่อตรงต้นทางที่จำเป็น สัญญาหลายฉบับกำหนดให้มีเครื่องแยกก๊าซอยู่เหนือเครื่องวัดโดยตรง และกำหนดปริมาณของเหลวสูงสุด
• จุดเข้าเมือง, จุดรับและจุดจ่ายก๊าซ: ณ จุดที่ก๊าซเข้าสู่ระบบจำหน่ายหรือถ่ายโอนระหว่างผู้ดำเนินการ เครื่องแยกก๊าซจะทำหน้าที่ทั้งด้านการครอบครองและการป้องกัน มันกำจัดของเหลวและของแข็งที่สะสมในระบบต้นทาง ปกป้องอุปกรณ์ควบคุมแรงดันและอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกิน และจัดเตรียมจุดเก็บตัวอย่างและจุดวัดปริมาณของเหลว เพื่อให้สามารถบันทึกของเหลวที่ได้รับ สถานีเหล่านี้เกือบทั้งหมดจะมีตัวกรองแยก (filter separator) แทนที่จะเป็นเครื่องดักของเหลวแบบธรรมดา เนื่องจากระบบจำหน่ายมีความไวต่อการปนเปื้อนของน้ำมันคอมเพรสเซอร์และของแข็งละเอียด ซึ่งทำให้ตัวควบคุมและอุปกรณ์เติมกลิ่นทำงานผิดปกติ ในกรณีที่ก๊าซจะถูกเติมกลิ่น การแยกก๊าซที่ดีมีความสำคัญด้วยเหตุผลที่สอง: ของเหลวจะดูดซับและคายกลิ่นไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นการแยกก๊าซที่ไม่ดีจะทำให้ระดับกลิ่นไม่สม่ำเสมอปลายทาง
• เครื่องรับลูกบอลอุดท่อและการจัดการของเหลวปริมาณมาก: การอุดท่อส่งก๊าซจะดันของเหลวที่สะสมอยู่ข้างหน้าลูกบอลอุดท่อ และการดำเนินการอุดท่อเพียงครั้งเดียวสามารถส่งของเหลวปริมาณ 5-500 ลบ.ม. ไปยังสถานีรับในช่วงเวลาสั้นๆ เครื่องแยกก๊าซแบบทั่วไปไม่สามารถรองรับปริมาณนี้ได้ การจัดเรียงมาตรฐานคือเครื่องดักของเหลวปริมาณมาก (slug catcher) โดยเฉพาะ ซึ่งมักจะเป็นชุดท่อขนาดใหญ่แบบนิ้วหรือแบบพิณที่มีปริมาตร 100-3,000 ลบ.ม. ตามด้วยเครื่องแยกก๊าซแบบทั่วไปเพื่อปรับปรุงคุณภาพก๊าซ เครื่องดักของเหลวปริมาณมากจะต้องคำนวณขนาดจากการจำลองการไหลแบบชั่วคราวของท่อส่งเฉพาะ แทนที่จะเป็นการคำนวณจากอัตราการไหลแบบคงที่ เนื่องจากอัตราการไหลเข้าขึ้นอยู่กับภูมิประเทศ ความเร็วของลูกบอลอุดท่อ และปริมาณของเหลวที่สะสม อุปกรณ์รับก๊าซยังต้องการสัญญาณลูกบอลอุดท่อ, ทางเลี่ยงสำหรับการพุ่งของก๊าซเริ่มต้น และระบบจัดการของเหลวที่สามารถรับของเหลวปริมาณมากได้โดยไม่ทำให้ถังปลายทางมีแรงดันเกิน

2. การคำนวณขนาดและการใช้งานเครื่องแยกก๊าซในท่อส่ง

การตัดสินใจสามประการกำหนดว่าเครื่องแยกก๊าซทำงานได้ตลอดช่วงการทำงานของท่อส่งหรือไม่:

• การคำนวณขนาดตามช่วงการไหล: เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งต้องทำงานได้ตั้งแต่วันแรกจนถึงยี่สิบปีต่อมา และทั้งสองกรณีมักจะตรงกันข้าม ในช่วงต้นของอายุการใช้งานของท่อส่ง การไหลจะอยู่ที่หรือใกล้เคียงกับการออกแบบ และภาชนะจะจำกัดด้วยปริมาตรก๊าซ ดังนั้นเกณฑ์ Souders-Brown จึงกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลาง ต่อมา เมื่อการผลิตในแหล่งก๊าซลดลงหรือเมื่อท่อส่งทำงานที่แรงดันต่ำลง ความเร็วของก๊าซจะลดลงและภาชนะจะใหญ่เกินไป ซึ่งฟังดูปลอดภัย แต่สร้างปัญหาจริง: ที่ความเร็วต่ำมาก ตัวกำจัดละอองหมอกจะทำงานต่ำกว่าช่วงประสิทธิภาพ และการพาหยดของเหลวกลับจากพื้นผิวของเหลวอาจทำให้แย่ลง ดังนั้นผู้ออกแบบจึงตรวจสอบสามกรณีเป็นอย่างน้อย: การไหลสูงสุด, การไหลปกติ, และการไหลต่ำสุด (turndown flow) โดยทั่วไป 20-30% ของการออกแบบ และพวกเขาจะเลือกตัวกำจัดละอองหมอกที่มีช่วงประสิทธิภาพครอบคลุมทั้งสามกรณี บ่อยครั้งที่เลือกชุดใบพัด (vane pack) แทนแผ่นใยแก้ว (mesh pad) ด้วยเหตุผลนั้น
• การกำจัดละอองหมอกและตัวกรองแยก: แรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวทิ้งของเหลวไว้มากเกินไปสำหรับการใช้งานในท่อส่ง แผ่นใยแก้วถัก (knitted wire mesh pad) กำจัดหยดของเหลวที่ใหญ่กว่า 5-10 ไมโครเมตร ด้วยประสิทธิภาพสูงถึง 99.9% โดยมีความดันลดลงเพียง 25-75 มม. H2O และเพียงพอสำหรับการใช้งานทั่วไป ในกรณีที่ข้อกำหนดเข้มงวดกว่า ตัวกรองแยก (filter separator) จะรวมองค์ประกอบตัวกรองการรวมตัว (coalescing filter elements) ขั้นแรก ซึ่งดักจับหยดละเอียดและรวมเข้าด้วยกันเป็นหยดที่ใหญ่ขึ้น กับชุดใบพัด (vane pack) ขั้นที่สองที่กำจัดหยดที่ใหญ่ขึ้น ทำให้สามารถกำจัดได้ถึง 0.3-1 ไมโครเมตร ที่ 99.98% ระเบียบวินัยในการปฏิบัติงานที่ต้องการคือการตรวจสอบความดันแตกต่าง: องค์ประกอบสามารถเปลี่ยนได้ มันจะอุดตันด้วยของแข็งและน้ำมันคอมเพรสเซอร์ และความดันแตกต่างที่เพิ่มขึ้นตลอดขั้นแรกเป็นสัญญาณให้เปลี่ยนก่อนที่มันจะเสียหายหรือก่อนที่ความเร็วที่เพิ่มขึ้นผ่านองค์ประกอบที่เหลือจะทำลายประสิทธิภาพของมัน
• การควบคุมระดับ, การกำจัดของเหลว และความปลอดภัย: การกำจัดของเหลวเป็นจุดที่เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งมักจะล้มเหลวในการใช้งาน ภาชนะต้องการเครื่องส่งสัญญาณระดับอิสระสองตัว, สัญญาณเตือนระดับสูง, และระบบตัดการทำงานที่ระดับสูง-สูงเพื่อปกป้องอุปกรณ์ปลายทาง แทนที่จะเพียงแค่แจ้งปัญหา; บนเครื่องดักของเหลวด้านดูดของคอมเพรสเซอร์ ระบบตัดการทำงานมักจะปิดคอมเพรสเซอร์ วาล์วระบายของเหลวจะต้องคำนวณขนาดตามอัตราของเหลวสูงสุด ไม่ใช่อัตราเฉลี่ย และต้องทนทานต่อการสึกกร่อน เนื่องจากของเหลวที่ผลิตได้มีทรายปนเปื้อน และวาล์วควบคุมการไหลที่ลดแรงดันสูงจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว; วาล์วควบคุมระดับที่มีส่วนประกอบแข็ง (hardened trim) หรือวาล์วระบายแบบเปิด-ปิดโดยเฉพาะพร้อมสวิตช์ระดับแยกต่างหากเป็นคำตอบทั่วไป ของเหลวต้องไปที่ใดที่หนึ่ง โดยปกติคือถังน้ำที่ผลิตได้ (produced water) หรือถังคอนเดนเสทพร้อมระบบกู้คืนไอระเหย แทนที่จะเป็นบ่อเปิด และภาชนะต้องมีอุปกรณ์ระบายแรงดันตาม API 520 ที่คำนวณขนาดสำหรับกรณีที่ทางออกของเหลวถูกปิดกั้นและการสัมผัสกับไฟ

ตารางเปรียบเทียบตำแหน่งเครื่องแยกก๊าซในท่อส่ง

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างเครื่องแยกก๊าซในท่อส่งกับเครื่องแยกก๊าซจากการผลิต?

ตอบ: เครื่องแยกก๊าซจากการผลิตจัดการของไหลจากบ่อที่แหล่งผลิต ซึ่งอัตราก๊าซ น้ำมัน และน้ำจะผันผวนตามพฤติกรรมของแหล่งกักเก็บ และปริมาณของเหลวอาจมีมากและคาดเดาไม่ได้ บ่อยครั้งเป็นภาชนะสามเฟสพร้อมรางน้ำและตัวควบคุมส่วนต่อประสาน และอาจตามด้วยเครื่องทำความร้อนหรือเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้า เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งจัดการก๊าซที่ผ่านการบำบัดจนเกือบได้คุณภาพตามสัญญาแล้ว ซึ่งของเหลวเป็นสิ่งรบกวนมากกว่าผลิตภัณฑ์: น้ำและไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่น, น้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์, และของแข็งและตะกรันจากผนังท่อ โดยทั่วไปเป็นภาชนะสองเฟสที่มีปริมาณของเหลวน้อยกว่ามาก มีการคำนวณขนาดสำหรับความเร็วและการกำจัดละอองหมอกมากกว่าการกักเก็บ และมีไว้เพื่อปกป้องคอมเพรสเซอร์, เครื่องวัด หรือระบบปลายทาง แทนที่จะแยกกระแสที่ผลิตได้ออกเป็นเฟสที่ขายได้

ถาม: ทำไมของเหลวในท่อส่งก๊าซจึงเป็นปัญหา?

ตอบ: สี่เหตุผล แต่ละเหตุผลมีผลกระทบที่แตกต่างกัน มันสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์: ของเหลวที่เข้าสู่คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะทำให้ใบพัดสึกหรอและเสียสมดุล และของเหลวปริมาณมากสามารถทำลายมันได้ทันที มันทำให้การวัดผิดพลาด: การไหลแบบสองเฟสผ่านเครื่องวัดแบบรูหรือแบบอัลตราโซนิกทำให้เกิดข้อผิดพลาดหลายเปอร์เซ็นต์ และที่สถานีวัดปริมาณก๊าซตามสัญญา นั่นคือการสูญเสียทางการเงินโดยตรงและต่อเนื่องพร้อมผลทางสัญญา มันลดกำลังการผลิต: ของเหลวที่สะสมในจุดต่ำของท่อจะลดพื้นที่การไหลที่มีประสิทธิภาพและเพิ่มแรงดันตก ดังนั้นท่อจะส่งก๊าซได้น้อยลงด้วยกำลังการอัดเท่าเดิม และมันสร้างปัญหาในการปฏิบัติงาน: ของเหลวจะแข็งตัวหรือเกิดไฮเดรตที่จุดลดแรงดัน มันทำให้ตัวควบคุมและอุปกรณ์เติมกลิ่นทำงานผิดปกติ และส่งเสริมการกัดกร่อนภายใน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีน้ำและก๊าซที่เป็นกรดอยู่

ถาม: เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งถูกคำนวณขนาดอย่างไร?

ตอบ: โดยสมการ Souders-Brown, v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V) ซึ่งให้ความเร็วสูงสุดของก๊าซที่อนุญาต ซึ่งหากเกินกว่านี้ของเหลวจะถูกพาไป ค่า K factor รวบรวมรูปทรงของภาชนะและประสิทธิภาพของตัวกำจัดละอองหมอกไว้ในตัวเลขเชิงประจักษ์ตัวเดียว: โดยทั่วไป 0.08-0.15 ม./วินาที สำหรับเครื่องดักของเหลวแนวตั้งที่มีแผ่นใยแก้ว, 0.15-0.25 ม./วินาที สำหรับภาชนะแนวนอนหรือชุดใบพัด และสูงกว่านั้นอีกด้วยช่องทางเข้าแบบไซโคลน เส้นผ่านศูนย์กลางของภาชนะคำนวณจากอัตราการไหลของก๊าซที่สภาวะจริง หารด้วยความเร็วที่อนุญาต จากนั้นจึงตรวจสอบกับข้อกำหนดการจัดการของเหลว โดยทั่วไปคือ 3-15 นาทีของการกักเก็บ ขึ้นอยู่กับหน้าที่ และกับกรณีการไหลต่ำสุดที่ 20-30% ของอัตราการออกแบบ API 12J ให้กรอบการทำงานของอุตสาหกรรม และในกรณีที่ของเหลวปริมาณมากมีความเป็นไปได้ การคำนวณแบบคงที่จะต้องเสริมด้วยการจำลองการไหลแบบชั่วคราว

ถาม: เครื่องแยกก๊าซในท่อส่งต้องการการบำรุงรักษาอะไรบ้าง?

ตอบ: สี่กิจกรรม การทดสอบเครื่องส่งสัญญาณระดับ โดยทั่วไปทุก 3-6 เดือน และทุกครั้งที่หยุดทำงาน เนื่องจากระบบระดับเป็นสิ่งที่ป้องกันการพาไปได้จริงและเป็นสาเหตุทั่วไปของการเกิดของเหลวผิดปกติ การติดตามความดันแตกต่างตลอดตัวกำจัดละอองหมอกหรือองค์ประกอบตัวกรอง ซึ่งตรวจจับการท่วมและการอุดตันตั้งแต่เนิ่นๆ และกระตุ้นให้เปลี่ยนองค์ประกอบก่อนที่ประสิทธิภาพจะลดลง การตรวจสอบภายในทุกครั้งที่หยุดซ่อมบำรุงใหญ่ โดยทั่วไปทุก 3-5 ปี ตรวจสอบอุปกรณ์ทางเข้า, ตัวกำจัดละอองหมอกเพื่อการเคลื่อนที่และความเสียหาย, ผนังภาชนะเพื่อการกัดกร่อนและการสึกกร่อน, และหัวฉีดทางออกและตัวป้องกันการหมุนวนเพื่อการอุดตัน และการตรวจสอบการจัดการของเหลว เพื่อยืนยันว่าวาล์วระบายของเหลวปิดสนิทและทำงานได้ตามปกติ และเส้นทางการกำจัดของเหลวไม่ถูกปิดกั้น เนื่องจากเครื่องแยกก๊าซที่มีตัวควบคุมระดับทำงานได้และทางออกถูกปิดกั้น จะเต็มเร็วเท่ากับเครื่องที่ไม่มีตัวควบคุมเลย