Gaz Şartlandırma Ayırıcısı Nedir: Tasarım, Fonksiyonlar ve Boru Hattı Spesifikasyonu

Temel soruyu yanıtlamak: Gaz şartlandırma ayırıcısı nedir? Gaz şartlandırma ayırıcısı, üretilen bir gaz akışından serbest sıvıları, sürüklenen sisi ve katıları gideren ve gazın güvenli bir şekilde taşınabilmesi, ölçülebilmesi veya işlenebilmesi için basıncını ve sıcaklığını kontrol eden bir gaz arıtma hattının başındaki gemidir. Beş işlevi yerine getirir: yerçekimi ile toplu sıvı ayırma, bir sis giderici aracılığıyla ince sis giderme, katı ve kum giderme, bir boğum aracılığıyla basınç düşürme ve hidrat oluşumunu önlemek için sıcaklık yönetimi. Karşılaması gereken hedefler boru hattı ve ekipman spesifikasyonu ile belirlenir: serbest sıvı olmaması, teslimat basıncında tipik olarak -5 ila 0°C'nin altında bir hidrokarbon çiy noktası, yaklaşık -10°C'nin altında bir su çiy noktası, 4 ppm'in altında hidrojen sülfür, %2-3'ün altında karbondioksit ve normal metreküp başına 35-42 MJ aralığında bir ısı değeri. Ayırma bölümünün boyutlandırılması, oryantasyona ve sis giderici tipine bağlı olarak 0,10-0,35 m/s K faktörü ile Souders-Brown denklemine göre yapılır.

1. Gaz Şartlandırma Ayırıcısının Fonksiyonları

Tek bir gemide veya kızakta beş fonksiyon birleştirilir ve her biri belirli bir taşıma veya işleme gereksinimini ele alır:

• Toplu Sıvı Ayırma: Bir kuyudan, toplama hattından veya yukarı akış tesisinden gelen gaz, yığınlar halinde, boru duvarı boyunca bir film olarak ve sürüklenen damlacıklar olarak serbest sıvı taşır. Ayırıcı, hepsini gidermelidir, çünkü bir gaz hattındaki serbest sıvı, domuzlama sorunlarına, korozyona, yanlış ölçümlere ve en kötü durumda bir seviye kontrol arızası yoluyla aşağı akış düşük basınçlı bir sistemin aşırı basınçlanmasına neden olur. Gemideki yerçekimi ayırma, yaklaşık 100-500 mikrometre üzerindeki damlacıkları işler ve gemi çapı Souders-Brown buhar hızı limiti ile belirlenir. Yığınlar, geminin kendisinde cömert bir sıvı tutma kapasitesi ile veya hacimler büyük olduğunda, karada bulunan tesislerde parmak tipi veya arp tipi bir düzenleme olarak yapılandırılmış birkaç yüz metre geniş çaplı borudan oluşan özel bir yığın tutucu ile işlenir.
• İnce Sis Giderme: Yerçekimi ince damlacıkları gideremez, bu nedenle bir sis giderici onları işler. 100-150 mm kalınlığında örgü tel örgü pedi, 5-10 mikrometre üzerindeki damlacıkları %99,9'a varan verimlilikle ve yalnızca 25-75 mm H2O basınç düşüşüyle yakalar ve temiz gaz için standart tercihtir. Gazın, bir örgü pedi tıkayacak katılar, balmumu veya kompresör yağlayıcı yağı taşıdığı yerlerde, bir kanat paketi veya şevron kullanılır, 10-40 mikrometre damlacıkları işler ve çok daha yüksek sıvı ve katı yüklemesine tolerans gösterir. Spesifikasyonun en sıkı olduğu yerlerde, bir glikol temas ettiricisinin veya bir moleküler elek ünitesinin yukarı akışında, değiştirilebilir elemanlar ve değişim zamanlaması için bir diferansiyel basınç monitörü ile %99,98 verimlilikle 0,3-1 mikrometreye kadar damlacıkları gideren bir filtre ayırıcı veya birleştirici filtre kurulur.
• Katı ve Kum Giderme: Üretim kuyuları kum, tortu, korozyon ürünleri ve bazı sahalarda formasyon ince tanecikleri taşır ve bunlar yıkıcıdır: boğum trimini, kontrol vanalarını ve kompresör kanatlarını aşındırırlar, gemide birikir ve çalışma hacmini azaltırlar ve sis gidericiyi ve aşağı akış ekipmanlarını kirletirler. Ayırıcı, bunları özel bir kum toplama bölgesinde, genellikle geminin dibinde veya ayrı bir kum ceketi içinde yerçekimi ile giderir ve birikmiş katılar, periyodik kum püskürtme ile giderilir, burada yüksek basınçlı bir su veya üretilmiş su jeti yatağı akışkanlaştırır ve bir kum siklonuna veya bir toplama kabına üflenir. Püskürtme sıklığı, kumlu bir kuyuda saatte bir, temiz bir kuyuda haftada bir arasında değişir ve bir yer altı kum kontrol arızasının en güvenilir erken göstergelerinden biridir.
• Basınç Düşürme ve Sıcaklık Kontrolü: Gaz normalde kuyu başı basıncında, genellikle 30-150 bar'da gelir ve taşıma veya işleme basıncına düşürülmelidir. Bu düşürme, bir boğum veya bir kontrol vanası ile yapılır ve Joule-Thomson etkisiyle gazı soğutur, doğal gaz için tipik olarak bar başına 0,4-0,7°C basınç düşüşü sağlar. Bu soğutma faydalı olabilir, çünkü daha ağır hidrokarbonları yoğunlaştırır ve hidrokarbon çiy noktasına ulaşmaya yardımcı olur, ancak aynı zamanda bir hidrat riski de oluşturur: 70 bar'da, serbest su ile metan gazı yaklaşık 20-25°C'nin altında hidrat oluşturur ve bir hidrat tıkanıklığı, üretim duruşlarının en yaygın nedenlerinden biridir. Bu nedenle şartlandırma sistemi, bir ateş tüplü veya su banyolu dolaylı bir hat ısıtıcısı kullanarak gazı ısıtır veya bir termodinamik inhibitör enjekte eder, tipik olarak üretilen su kilogramı başına 0,5-3 L monoetilen glikol veya geri kazanım ekonomik olmadığında metanol enjekte eder.
• Ölçüm Koruması ve Yakıt Gazı Servisi: Aynı prensipler, yakıt gazı ve enstrüman gazı için kullanılan daha küçük şartlandırma kızaklarına da uygulanır. Bir türbini, bir kompresör sürücüsünü veya bir ısıtıcıyı beslemek için kullanılan gaz, sıvıdan arındırılmalıdır, çünkü bir gaz türbinindeki sıvı damlacıkları alev kararsızlığına, sıcak bölüm korozyonuna ve zamanla kanat hasarına neden olur; bu nedenle şartlandırma kızağı bir ayırıcı, bir birleştirici filtre, bir basınç regülatörü ve genellikle gazı hidrokarbon çiy noktasının 10-20°C üzerine çıkaran ve aşağı akışta yoğuşma olmamasını garanti eden bir süper ısıtıcı içerir. Enstrüman gazı daha da şartlandırılır, tipik olarak en düşük ortam sıcaklığının 20°C altına kadar kurutulur ve yağ ve partikülleri gidermek için filtrelenir, çünkü donan veya tıkanan bir enstrüman hava veya gaz beslemesi, tüm tesis genelinde kontrol vanası arızasına neden olur.

2. Gaz Şartlandırma Ayırıcısının Tasarımı ve İşletimi

Üç tasarım kararı, ayırıcının sahanın ömrü boyunca spesifikasyonu karşılayıp karşılamadığını belirler:

• Tüm Üretim Profili İçin Boyutlandırma: Bir gaz ayırıcısı, bugünün oranları için değil, tüm üretim profili için boyutlandırılmalıdır, bu da bir gaz sahasında her uçta ters davranış anlamına gelir. Saha ömrünün başlarında oranlar yüksek ve sıvılar düşük olabilir, bu nedenle gemi gaz kapasitesi sınırlıdır ve Souders-Brown kriteri geçerlidir. Ömrün sonlarında gaz oranı düşer ancak sıvılar, özellikle gelişen bir akiferden veya basınç tükenmesinden kaynaklanan su keskin bir şekilde yükselir, bu nedenle gemi sıvı tutma kapasitesi sınırlı hale gelir ve kritik olarak, gaz hızı o kadar düşebilir ki ayırıcı, sis gidericinin artık verimli çalışmadığı bir rejimde çalışır. Deneyimli tasarımcılar en az üç durumu kontrol eder: başlangıç oranları, tepe oranları ve geç ömür oranları ve ayırıcının tasarımda olduğu kadar düşük devirde de çalıştığını doğrularlar. API 12J gibi boyutlandırma standartları çerçeveyi sağlar, ancak üretim tahmini gerçek girdidir.
• Seviye Kontrolü ve Sıvı İşleme: Bir gaz ayırıcısındaki seviye kontrolü hem en önemli hem de en arızaya yatkın unsurdur. Seviye çok yükselirse, sıvı gaz çıkışına taşar, sis gidericiyi su basar ve en kötü durumda bir sıvı yığınını bir kompresöre gönderir; çok düşerse, gaz sıvı çıkışından geçer, bu da aşağı akış sıvı sistemini aşırı basınçlandırır ve gaz için tasarlanmamış bir gemiyi yırtabilir. Standart uygulama, bir alarm, ayırıcıyı kapatan veya çıkışı kapatan yüksek-yüksek seviye bir trip ve sıvı için bir kontrol vanası yerine bir boşaltma vanası ile iki bağımsız seviye vericisidir, çünkü üretilen sıvılar genellikle kumlu ve aşındırıcıdır. Sıvı daha sonra bir yere gitmelidir: üretilmiş su arıtma sistemine, yoğuşma stabilizatörüne veya ihracat hattına geri; ve imha yolu genellikle ayırıcının kendisinden ziyade kısıtlamadır.
• Malzemeler, Kodlar ve Bütünlük: Gaz şartlandırma ayırıcıları, ASME VIII Bölüm 1'e U damgasıyla veya Avrupa hizmeti için PED 2014/68/AB CE işaretiyle üretilir. SA-516 Grade 70 gibi karbon çeliği standarttır, ancak gaz hidrojen sülfür içeriyorsa, NACE MR0175 / ISO 15156 geçerlidir: malzeme sertliği tipik olarak 22 HRC ile sınırlıdır ve sülfit gerilme çatlamasını önlemek için kaynak sonrası ısıl işlem zorunludur, ıslak ekşi hizmet için HIC'e dayanıklı çelik belirtilir. Karbondioksit su ile birlikte bulunduğunda, 3-6 mm korozyon payı eklenir ve yukarı akışa bir korozyon inhibitörü enjeksiyonu sağlanır. İç parçalar, muayene ve değiştirme için bir adam deliğinden çıkarılabilir olmalı ve gemi, yangın ve blokajlı çıkış durumları için API 520'ye göre boyutlandırılmış bir emniyet cihazı ve güvenli bir şekilde bir alev veya kapalı bir gidere boşaltmak için bir boşaltma sistemi ile donatılmalıdır.

Gaz Şartlandırma Fonksiyonları ve Ekipman Karşılaştırma Matrisi

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Gaz şartlandırma ile gaz işleme arasındaki fark nedir?

C: Gaz şartlandırma, gazın temel bileşimini değiştirmeden taşıma veya yakıt olarak kullanımı için hazırlar: serbest sıvıları ve katıları giderir, basıncı ve sıcaklığı kontrol eder ve hidratları önler. Gaz işleme, satış spesifikasyonunu karşılamak için bileşimi değiştirir: bir amin ünitesinde hidrojen sülfür ve karbondioksiti giderir, bir glikol kurutucusunda veya bir moleküler elekte suyu giderir, soğutma veya kriyojenik genleşme ile doğal gaz sıvılarını geri kazanır ve gerektiğinde nitrojen veya helyumu giderir. Pratikte şartlandırma ayırıcısı, işleme hattındaki ilk gemidir ve işleme ekipmanını korumak için vardır: bir glikol temas ettiricisi, sıvı hidrokarbon içine girerse köpürür ve verimliliğini kaybeder ve bir amin ünitesi, giriş gazı sıvı veya katı taşıyorsa köpürür ve amin kaybı yaşar, bu nedenle bu ünitelerin yukarı akışındaki giriş ayırması bir formalite yerine kritik bir görev olarak kabul edilir.

S: Gaz şartlandırma ayırıcısında hidratlar nasıl önlenir?

C: Tek başına veya kombinasyon halinde kullanılan dört yaklaşım. Gazı, boğumdaki Joule-Thomson soğutmasından sonra bile tipik olarak 5-10°C'lik bir marjla hidrat oluşum sıcaklığının üzerinde kalacak şekilde, dolaylı bir hat ısıtıcısı kullanarak ayırıcının yukarı akışında veya içinde ısıtmak. Hidrat denge eğrisini aşağı kaydıran bir termodinamik inhibitör, genellikle monoetilen glikol, serbest su kilogramı başına 0,5-3 L enjekte etmek veya geri kazanımın haklı çıkarılmadığı durumlarda metanol kullanmak; inhibitör su fazıyla birlikte hareket eder ve bir glikol rejenerasyon paketinde geri kazanılır ve yeniden dolaştırılır. Gazı soğutma adımından önce, en yaygın olarak bir glikol temas ettiricisi ile kurutmak, böylece hidrat oluşturacak serbest su hiç olmaz. Ve Joule-Thomson soğutmasının, bar başına 0,4-0,7°C'de, gazı hidrat sıcaklığının altına düşürmeyecek şekilde basınç düşüşünü kontrol etmek, bazen basınç düşüşünü iki aşamaya bölerek ve aralarında ısıtma yaparak.

S: Filtre ayırıcı nedir ve ne zaman scrubber yerine gereklidir?

C: Bir filtre ayırıcı, iki aşamayı tek bir gemide birleştirir: ince sıvı damlacıklarını yakalayan ve daha büyük damlalara birleştiren bir birleştirici filtre elemanlarının yukarı akış bölümü ve genişletilmiş damlacıkları gazdan çıkaran, genellikle bir kanat paketi olan bir aşağı akış sis giderici bölümü. Bir örgü ped scrubber için 5-10 mikrometreye karşılık, %99,98'e varan verimlilikle 0,3-1 mikrometreye kadar giderme sağlar, bu nedenle aşağı akış ekipmanının herhangi bir sıvıya karşı çok hassas olduğu her yerde belirtilir. Üç klasik uygulama, sıvı hidrokarbonun eleği hızla devre dışı bıraktığı ve parçalanmasına neden olabileceği bir moleküler elek kurutma ünitesinin yukarı akışında, sıvı hidrokarbonun şiddetli köpürmeye ve glikol kaybına neden olduğu bir glikol temas ettiricisinin yukarı akışında ve ince damlacıkların aşınmaya ve kirlenmeye neden olduğu bir santrifüj kompresör veya gaz türbininin yukarı akışındadır. Karşılığında, diferansiyel basıncın izlenmesini ve bir değişim rejimini gerektiren ve katılar yukarı akışta giderilmezse hızla tıkanan değiştirilebilir elemanlardır.

S: Gaz şartlandırma ayırıcısının performansı nasıl izlenir?

C: Dört gösterge sürekli olarak izlenir. Sis giderici veya filtre elemanlarının diferansiyel basıncı, yükselen bir eğilim, taşınma görünür hale gelmeden çok önce kirlenme veya su basmasını gösterdiği için. Doğrudan bir numune alma yöntemiyle veya dolaylı olarak aşağı akış ünitesinin performansını izleyerek, örneğin bir kurutma temas ettiricisinde glikol kayıplarının artması veya bir amin köpürmesinin artmasıyla ölçülen aşağı akış sıvı taşınması. Sık yüksek seviye alarmları veya salınımlı bir boşaltma vanası, bir seviye sorunu, yetersiz boyutlandırılmış bir sıvı çıkışı veya arayüzde bir emülsiyonu gösteren seviye kontrol davranışı. Ve kuyu başı ve ayırıcı basınçları ve sıcaklıkları, hidrat oluşum eğrisiyle karşılaştırıldığında, hidrat bölgesine doğru sabit bir sapma veya gaz sıcaklığı ile hidrat sıcaklığı arasındaki büyüyen bir boşluk, bir inhibitör dozlama sorununun veya bir ısıtıcı arızasının en erken uyarısı olduğu için. Birçok operatör ayrıca püskürtme sıklığını günlüğe kaydederek kum üretimini eğilimlendirir, bu da yer altı kum kontrol performansının ucuz ve sürekli bir göstergesini verir.