เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนในแหล่งน้ำมัน: จุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอน, การกำจัดหมอกและส่วนประกอบภายใน

เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนในแหล่งน้ำมัน: จุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอน การกำจัดละอองหมอก และส่วนประกอบภายใน

เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนในแหล่งน้ำมันคืออะไร? เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนในแหล่งน้ำมันคือภาชนะรับแรงดันที่แยกไฮโดรคาร์บอนเหลวและน้ำอิสระออกจากกระแสแก๊ส เพื่อให้แก๊สขายตรงตามข้อกำหนดจุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอน โดยทั่วไปคือ -5 ถึง 10°C และเพื่อให้คอนเดนเสทที่กู้คืนสามารถส่งไปยังการทำให้เสถียรหรือการส่งออกได้ แตกต่างจากเครื่องแยกการผลิตจำนวนมาก ซึ่งแยกกระแสของบ่อออกเป็นเฟสของน้ำมัน แก๊ส และน้ำหลัก เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนเป็นหน่วยขัดเงาและจุดน้ำค้าง ซึ่งประสิทธิภาพจะวัดจากความสมบูรณ์ในการกำจัดหยดสุดท้าย โดยใช้ตัวกำจัดละอองหมอกหรือตัวรวมกลุ่มเพื่อกำจัดอนุภาคขนาดเล็กถึง 0.3-1 ไมโครเมตร ที่ 99.98% มีขนาดตามสมการ Souders-Brown โดยมีค่า K อยู่ที่ 0.08-0.25 ม./วินาที และส่วนประกอบภายใน อุปกรณ์ทางเข้า ตัวกำจัดละอองหมอกหรือตัวรวมกลุ่ม และการจัดการของเหลว ไม่ใช่เปลือกของมัน ที่เป็นตัวกำหนดว่าแก๊สจะผ่านข้อกำหนดหรือไม่ หรือจะไหลล้นและทำให้คอมเพรสเซอร์หรือสายส่งขายเสียหาย

1. สิ่งที่เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนต้องทำให้สำเร็จ

หน้าที่ของมันถูกกำหนดโดยข้อกำหนดขาออก และกลไกสามอย่างที่ส่งมอบมัน:

• การปฏิบัติตามข้อกำหนดจุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอน: สัญญาแก๊สขายกำหนดจุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอน โดยทั่วไปคือ -5 ถึง 10°C ที่แรงดันสายส่ง หมายความว่าแก๊สจะต้องไม่เกิดของเหลวเมื่อเย็นตัวลงในท่อส่ง การปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้ต้องกำจัดคอนเดนเสทอิสระและหยดที่ปนเปื้อนส่วนใหญ่ออกไป เพราะของเหลวที่เหลืออยู่จะควบแน่นอีกครั้งในปลายทางเมื่อแรงดันและอุณหภูมิลดลง ดังนั้น เครื่องแยกจึงเป็นแนวป้องกันแรกสำหรับจุดน้ำค้าง โดยมักจะมีระบบไล่ความชื้นด้วยไกลคอลหรือตะแกรงโมเลกุล และเครื่องทำความเย็นแบบ Joule-Thomson หรือแบบทำความเย็นสำรอง หากเครื่องแยกปล่อยหยดออกมา เครื่องทำความเย็นและคอมเพรสเซอร์ปลายทางจะต้องจัดการกับของเหลวที่ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับมัน ขาออกของเครื่องแยกจะถูกวัดเทียบกับข้อกำหนดจุดน้ำค้าง และการไหลล้นของของเหลวแม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้แก๊สไม่เป็นไปตามข้อกำหนดได้
• การกำจัดละอองหมอกด้วยตัวกำจัดละอองหมอกและแผงใบพัด: แรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวทิ้งของเหลวไว้มากเกินไปสำหรับการใช้งานไฮโดรคาร์บอน ดังนั้นภาชนะจึงอาศัยตัวกำจัดละอองหมอก แผ่นตาข่ายลวดถักจะดักจับหยดที่มีขนาดใหญ่กว่า 5-10 ไมโครเมตร ที่ประสิทธิภาพสูงสุด 99.9% โดยมีการสูญเสียแรงดันเพียง 25-75 มม. H2O ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานทั่วไป ในกรณีที่ข้อกำหนดเข้มงวดกว่า แผงใบพัด หรือทางเข้าแบบไซโคลนบวกกับแผงใบพัด จะกำจัดหยดที่เล็กกว่าด้วยประสิทธิภาพที่ดีกว่าที่ความเร็วสูงและมีการอุดตันน้อยลงจากของแข็ง การเลือกจะสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการกำจัดกับการสูญเสียแรงดันและการลดทอน เนื่องจากตัวกำจัดละอองหมอกมีช่วงความเร็วที่มีประสิทธิภาพ ต่ำกว่านั้นหยดจะไหลกลับเข้ามาใหม่ สูงกว่านั้นจะเกิดการท่วม การปฏิบัติที่ดีคือการกำหนดขนาดภาชนะและตัวกำจัดสำหรับกรณีลดทอน 20-30% ไม่ใช่แค่กรณีออกแบบ เพื่อให้ประสิทธิภาพคงอยู่ตลอดอายุการใช้งานของแหล่งน้ำมัน
• การรวมกลุ่มสำหรับหยดละเอียด: เมื่อจุดน้ำค้างหรืออุปกรณ์ปลายทางต้องการการกำจัดเกือบสมบูรณ์ จะใช้เครื่องแยกแบบรวมกลุ่ม ประกอบด้วยขั้นตอนแรกขององค์ประกอบตัวกรองแบบรวมกลุ่มที่ดักจับหยดละเอียดและรวมเข้าเป็นหยดที่ใหญ่ขึ้น ด้วยขั้นตอนที่สองของแผงใบพัดที่กำจัดหยดที่ขยายใหญ่ขึ้น ทำให้สามารถกำจัดได้ถึง 0.3-1 ไมโครเมตร ที่ 99.98% นี่คือเทคโนโลยีเดียวกันกับเครื่องแยกตัวกรองท่อส่ง แต่ใช้กับการกู้คืนไฮโดรคาร์บอน และต้องการการตรวจสอบแรงดันส่วนต่างอย่างมีระเบียบ เนื่องจากองค์ประกอบจะอุดตันด้วยของแข็งและน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์ และต้องเปลี่ยนก่อนที่ประสิทธิภาพจะลดลง ข้อแลกเปลี่ยนคือการสูญเสียแรงดันที่สูงขึ้น และองค์ประกอบที่สิ้นเปลือง เทียบกับแก๊สที่สะอาดกว่ามากและการกู้คืนคอนเดนเสทที่สูงขึ้น

2. ส่วนประกอบภายใน การกำหนดขนาด และระเบียบการปฏิบัติงาน

เปลือกของภาชนะนั้นเรียบง่าย ส่วนประกอบภายในคือสิ่งที่ทำให้หน่วยนี้มีคุณค่า:

• อุปกรณ์ทางเข้าและการกระจายการไหล: ส่วนประกอบที่ถูกมองข้ามมากที่สุดคืออุปกรณ์ทางเข้า เนื่องจากวิธีการที่ส่วนผสมสองเฟสเข้าสู่ภาชนะจะกำหนดทุกสิ่งในปลายทาง อุปกรณ์ทางเข้าแบบไซโคลนหรือแบบแผ่นกั้นจะหมุนแยกของเหลวส่วนใหญ่ออกและกระจายแก๊สอย่างสม่ำเสมอทั่วหน้าตัดของภาชนะ ป้องกันการไหลเป็นช่องและภาระงานที่มากเกินไปเฉพาะจุดของตัวกำจัดละอองหมอก ทางเข้าที่ไม่ดีจะเทของเหลวทั้งหมดไปด้านหนึ่งและทำให้ไหลกลับเข้ามาใหม่ ทางเข้ายังช่วยป้องกันตัวกำจัดละอองหมอกจากการปะทะโดยตรงของของเหลวที่เป็นก้อนความเร็วสูง ซึ่งมิฉะนั้นจะทะลุผ่าน สำหรับการใช้งานไฮโดรคาร์บอนที่มีปริมาณของเหลว 1-20% และแก๊สที่แรงดัน 20-100 บาร์ อุปกรณ์ทางเข้าจะถูกกำหนดขนาดสำหรับก้อนของเหลวที่เลวร้ายที่สุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย เนื่องจากก้อนของเหลวคือสิ่งที่ทำให้อุปกรณ์ภายในเสียหายและทำให้ขาออกไม่เสถียร
• การกำหนดขนาดตลอดอายุการใช้งานของแหล่งน้ำมันและการลดทอน: เครื่องแยกต้องทำงานตั้งแต่การติดตั้งครั้งแรกและหลายทศวรรษต่อมา และกรณีที่ตรงกันข้าม: ในช่วงแรก ภาชนะจะถูกจำกัดด้วยปริมาณแก๊ส และ Souders-Brown จะกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลาง ต่อมา เมื่อการผลิตลดลง ความเร็วแก๊สจะลดลง และภาชนะอาจมีขนาดใหญ่เกินไป ทำให้ตัวกำจัดละอองหมอกทำงานต่ำกว่าช่วงที่มีประสิทธิภาพและทำให้การไหลกลับแย่ลง นักออกแบบจะตรวจสอบการไหลสูงสุด ปกติ และต่ำสุด โดยทั่วไปคือ 20-30% ของการออกแบบ และเลือกส่วนประกอบภายในที่มีช่วงที่มีประสิทธิภาพครอบคลุมทั้งสามกรณี โดยมักจะเป็นแผงใบพัดแทนแผ่นตาข่ายด้วยเหตุผลนั้น ค่า K จะรวมรูปทรงเรขาคณิตและประสิทธิภาพของตัวกำจัดไว้ในตัวเลขเดียว คือ 0.08-0.15 ม./วินาที สำหรับเครื่องแยกแนวตั้งที่มีแผ่นตาข่าย 0.15-0.25 ม./วินาที สำหรับภาชนะแนวนอนหรือแผงใบพัด และเส้นผ่านศูนย์กลางของภาชนะจะตามมาจากการไหลของแก๊สจริงหารด้วยความเร็วนั้น
• การจัดการของเหลว การควบคุมระดับ และการป้องกัน:คอนเดนเสทที่ถูกกำจัดออกจะต้องถูกกำจัดโดยไม่สูญเสียแก๊ส ซึ่งเป็นจุดที่เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนมักจะล้มเหลว เครื่องส่งสัญญาณระดับอิสระสองตัว สัญญาณเตือนระดับสูง และการตัดการทำงานระดับสูงมากเพื่อป้องกันคอมเพรสเซอร์ปลายทางเป็นขั้นต่ำ บนจุดดูดของคอมเพรสเซอร์ การตัดการทำงานจะหยุดเครื่อง วาล์วปล่อยถูกกำหนดขนาดสำหรับอัตราของเหลวสูงสุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย และทนทานต่อการสึกกร่อน เนื่องจากของเหลวที่ผลิตออกมามีทราย และเนื่องจากการลดทอนผ่านแรงดันที่สูงจะทำให้สึกกร่อนอย่างรวดเร็ว วาล์วควบคุมระดับที่มีส่วนประกอบแข็ง หรือวาล์วปล่อยแบบเปิด-ปิดแยกต่างหากพร้อมสวิตช์ระดับแยกต่างหากเป็นมาตรฐาน ของเหลวจะถูกส่งไปยังถังคอนเดนเสทพร้อมระบบกู้คืนไอระเหย และภาชนะจะมีการระบายแรงดันตาม API 520 ซึ่งกำหนดขนาดสำหรับการปิดกั้นทางออกและไฟไหม้ เนื่องจากเครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนจะแยกอุปกรณ์ปลายทางที่มีราคาสูงออกอย่างปลอดภัย

ตารางเปรียบเทียบส่วนประกอบภายในของเครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนในแหล่งน้ำมัน

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างเครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนกับเครื่องแยกการผลิต?

ตอบ: เครื่องแยกการผลิตจะจัดการกับของเหลวจากบ่อดิบและแยกออกเป็นเฟสของน้ำมัน แก๊ส และน้ำหลัก โดยมีปริมาณของเหลวจำนวนมากและตัวควบคุมระดับน้ำหรือส่วนต่อประสานที่จัดการขอบเขตน้ำมัน-น้ำ เป็นภาชนะแยกส่วนใหญ่ เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนเป็นหน่วยขัดเงาปลายทาง ซึ่งสารป้อนส่วนใหญ่เป็นแก๊สที่มีคอนเดนเสทปนเปื้อนและน้ำเล็กน้อย และมีหน้าที่ทำให้ตรงตามจุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอน โดยทั่วไปคือ -5 ถึง 10°C โดยการกำจัดหยดสุดท้ายด้วยตัวกำจัดละอองหมอกหรือตัวรวมกลุ่มให้ได้ถึง 0.3-1 ไมโครเมตร เครื่องแยกการผลิตจะวัดผลจากเฟสสปลิตและการควบคุมระดับ เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนจะวัดผลจากจุดน้ำค้างขาออกและการไหลล้น เครื่องหนึ่งจัดการของเหลวหลายตันต่อชั่วโมง อีกเครื่องจัดการเปอร์เซ็นต์สุดท้ายที่จะทำให้คอมเพรสเซอร์เสียหายหรือผิดสัญญาขาย

ถาม: จุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอนคืออะไร และทำไมเครื่องแยกจึงต้องทำให้ตรงตามข้อกำหนด?

ตอบ: จุดน้ำค้างไฮโดรคาร์บอนคืออุณหภูมิที่แรงดันที่กำหนด ซึ่งส่วนประกอบไฮโดรคาร์บอนในแก๊สจะเริ่มควบแน่นเป็นของเหลว สัญญาแก๊สขายกำหนดจุดนี้ โดยทั่วไปคือ -5 ถึง 10°C ที่แรงดันสายส่ง เนื่องจากหากแก๊สมีไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นได้และต่อมาเย็นตัวลงเมื่อแรงดันลดลงตามท่อส่ง ไฮโดรคาร์บอนนั้นจะตกตะกอนเป็นของเหลว ทำให้ความจุของสายส่งลดลง ทำความเสียหายต่อคอมเพรสเซอร์และมิเตอร์ และอาจละเมิดสัญญา เครื่องแยกทำให้ตรงตามข้อกำหนดนี้โดยการกำจัดคอนเดนเสทอิสระและหยดที่ปนเปื้อนเกือบทั้งหมดออกไปก่อนที่แก๊สจะออกจากสถานี โดยปกติจะมีระบบไล่ความชื้นและระบบทำความเย็นสำรอง การไหลล้นของของเหลวแม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้แก๊สไม่เป็นไปตามข้อกำหนดได้ ดังนั้นประสิทธิภาพของเครื่องแยกจึงถูกวัดโดยตรงกับจุดน้ำค้าง

ถาม: เครื่องแยกไฮโดรคาร์บอนในแหล่งน้ำมันมีขนาดอย่างไร?

ตอบ: ตามสมการ Souders-Brown, v_max เท่ากับ K คูณด้วยรากที่สองของ (rho_liquid ลบ rho_vapour) หารด้วย rho_vapour ซึ่งให้ความเร็วแก๊สสูงสุดก่อนที่ของเหลวจะไหลล้น ค่า K จะรวมรูปทรงเรขาคณิตของภาชนะและประสิทธิภาพของตัวกำจัดละอองหมอกไว้ในตัวเลขเดียว: โดยทั่วไปคือ 0.08-0.15 ม./วินาที สำหรับเครื่องแยกแนวตั้งที่มีแผ่นตาข่าย 0.15-0.25 ม./วินาที สำหรับภาชนะแนวนอนหรือแผงใบพัด เส้นผ่านศูนย์กลางของภาชนะจะตามมาจากการไหลของแก๊สจริงหารด้วยความเร็วที่อนุญาต จากนั้นจะตรวจสอบกับปริมาณของเหลวที่กักเก็บไว้ไม่กี่นาที และกับกรณีลดทอน 20-30% เนื่องจากต่ำกว่าช่วงความเร็วที่มีประสิทธิภาพ ตัวกำจัดจะทำให้เกิดการไหลกลับใหม่ ข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าจะต้องการองค์ประกอบแบบรวมกลุ่มที่สามารถกำจัดได้ 0.3-1 ไมโครเมตร ที่ 99.98% และอุปกรณ์ทางเข้าและการควบคุมระดับจะถูกกำหนดขนาดสำหรับก้อนของเหลวที่เลวร้ายที่สุด ไม่ใช่การไหลเฉลี่ย

ถาม: ทำไมจึงใช้เครื่องแยกแบบรวมกลุ่มสำหรับการกู้คืนไฮโดรคาร์บอน?

ตอบ: เนื่องจากจุดน้ำค้างที่เข้มงวดหรืออุปกรณ์ปลายทางที่ละเอียดอ่อนต้องการการกำจัดหยดเกือบสมบูรณ์ที่เครื่องกำจัดละอองหมอกธรรมดาไม่สามารถทำได้ เครื่องแยกแบบรวมกลุ่มใช้องค์ประกอบตัวกรองที่ดักจับหยดละเอียดและรวมเข้าเป็นหยดที่ใหญ่ขึ้น ตามด้วยแผงใบพัดที่กำจัดหยดที่ขยายใหญ่ขึ้น ทำให้สามารถกำจัดได้ถึง 0.3-1 ไมโครเมตร ที่ 99.98% ซึ่งดีกว่าแผ่นตาข่าย 99.9% ที่ 5-10 ไมโครเมตร มาก ค่าใช้จ่ายคือการสูญเสียแรงดันที่สูงขึ้น 25-250 มม. H2O หรือมากกว่า และองค์ประกอบที่สิ้นเปลืองซึ่งอุดตันด้วยของแข็งและน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์ และต้องเปลี่ยนเมื่อแนวโน้มแรงดันส่วนต่างเปลี่ยนแปลง ประโยชน์คือแก๊สขายที่สะอาดกว่ามากและการกู้คืนคอนเดนเสทที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีการกำหนดเครื่องรวมกลุ่มในกรณีที่จุดน้ำค้างเข้มงวด หรือเมื่อคอมเพรสเซอร์หรือมิเตอร์ขายต้องได้รับการป้องกันจากของเหลวแม้เพียงเล็กน้อย