Petrokimya Ayırıcı Nedir: Türleri, Boyutlandırma ve Uygulamaları

Petrokimya Ayırıcı Nedir: Tipleri, Boyutlandırması ve Uygulamaları

Temel soruyu yanıtlamak: Petrokimya ayırıcı nedir ve nasıl boyutlandırılır? Petrokimya ayırıcı, bir karışık proses akışını buhar ve sıvı fazlarına ve üç fazlı görevde buhar, hidrokarbon sıvısı ve serbest suya ayıran bir basınçlı kaptır. Bu ayırma, giriş momentumunun azaltılması ve bir sis giderme cihazı ile desteklenen yerçekimi çökeltmesi kullanılarak gerçekleştirilir. Gaz taşıma kapasitesi, K'nın kap yönelimine ve sis giderici tipine bağlı ampirik bir faktör olduğu Souders-Brown denklemi, v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V) ile belirlenir. Mesh pedli dikey bir ayırıcı için K tipik olarak 0.10-0.15 m/s'dir; kanatçık paketi ile bu 0.15-0.25 m/s'ye yükselir; eksenel siklon ile 0.25-0.35 m/s'ye ulaşır. Doğru şekilde belirtildiğinde, bir ayırıcı gazdaki sıvı taşınımını MMSCF başına 0.1 ABD galonunun altına sınırlar ve aşağı akış kompresörlerine, reaktörlere ve fırınlara ağırlıkça %0.01-0.05'ten az sürüklenen sıvı içeren gaz teslim eder.

1. Petrokimya Ayırıcı İçindeki Ayırma Mekanizmaları

Bir ayırıcı dört ardışık bölge aracılığıyla çalışır ve bunlardan herhangi birindeki arıza tüm kabı bozar:

• Giriş Momentum Azaltma: Birincil giriş cihazı ilk savunma hattıdır. 15-30 m/s hızla giren karışık bir akış, yerçekiminin etki etmesi için çok fazla momentuma sahiptir, bu nedenle akış yarı açık bir boruya, siklonik bir girişe, teğetsel bir kanatçığa veya basitçe bir bölme plakasına yönlendirilir. Amaç iki yönlüdür: kinetik enerjiyi dağıtarak toplu sıvının hemen düşmesini sağlamak ve yerçekimi bölümünün çökeltemeyeceği ince damlacıklara sıvının yeniden kesilmesini önlemek. Kötü giriş tasarımı, yetersiz performans gösteren ayırıcıların en yaygın temel nedenidir, çünkü kap kağıt üzerinde cömertçe boyutlandırılmış olsa bile, nozülde oluşan yeniden sürüklenen damlacıklarla sis gidericisini taşırabilir.
• Yerçekimi Çökeltme Bölümü: Burada toplu fazlar ayrılır. Buhar, sürüklenen damlacıkların gaz yükseldiğinden daha hızlı düştüğü kadar yavaş bir şekilde kabın içinden geçmelidir, ki bu tam olarak Souders-Brown K faktörünün tek bir ampirik sayıda ifade ettiği şeydir. 100-500 mikrometre aralığındaki sıvı damlacıkları kolayca çökelir, bu nedenle bu bölüm toplu yükü ele alır. Gaz ayrıca kesit boyunca eşit olarak dağıtılmalıdır, bu nedenle yatay kaplarda delikli dağıtım bölmeleri kullanılır. Sıvı fazı daha sonra göreve bağlı olarak 1-10 dakika arasında bir kalış süresi için tutulur: basit bir knockout tamburu için 1-3 dakika, suyun hidrokardondan ayrılması gereken üç fazlı bir ayırıcı için 5-10 dakika.
• Sis Giderme: Yerçekimi yaklaşık 100 mikrometrenin altındaki damlacıkları gideremez, bu nedenle bir sis giderici ince fraksiyonu ele alır. Tipik olarak 100-150 mm kalınlığında ve 130-200 kg/m3 yoğunluğunda örülmüş bir tel örgü pedi, 5-10 mikrometrenin üzerindeki damlacıkları %99.9'a varan verimlilikle ve yalnızca 25-75 mm H2O basınç düşüşüyle yakalar, ancak tasarım yükünün yaklaşık %100'ünün üzerinde dolar. Bir kanatçık paketi veya chevron, 10-40 mikrometre damlacıkları ele alır, katı maddeleri ve daha yüksek sıvı yüklerini tolere eder ve kirlenme hizmeti için uygundur. Eksenel akışlı bir siklon 5-8 mikrometreye ulaşır ve daha yüksek bir 100-250 mm H2O basınç düşüşü pahasına taşmayı önler. Seçim, verimlilik, kirlenme eğilimi ve izin verilen basınç kaybı arasındaki bir ödünleşmedir.
• Sıvı Toplama ve Seviye Kontrolü: Son bölge sıvı kalitesini ve aşağı akış korumasını belirler. Seviye dar bir bant içinde tutulmalıdır: çok yüksekse sis giderici dolar ve sıvı gaz çıkışına taşınır, çok düşükse gaz sıvı çıkışından geçer ve bu da herhangi bir pompa veya aşağı akış kabı için ciddi sonuçlar doğurur. Yatay üç fazlı ayırıcılar, hidrokarbon katmanını tutmak için bir arayüz seviyesi kontrolörü artı bir savak plakası ve serbest suyu boşaltmak için bir bot veya su bacağı kullanır. Gaz sürüklenmesini önlemek için her sıvı çıkışına girdap kırıcılar takılır ve çıkış nozülü, kap içindeki çok daha düşük ortalama hız yerine sıvı akış hızı için boyutlandırılmalıdır.

2. Ana Yapılandırmalar ve Görevleri

Dört yapılandırma çoğu petrokimya ayırıcı uygulamasını kapsar:

• Dikey Ayırıcı: Dikey bir kap, gaz hızının sıvı hızına göre yüksek olduğu, yerleşim alanının dar olduğu veya sıvı yükünün az ve çoğunlukla slug odaklı olduğu (bir kompresör emişli scrubber gibi) durumlarda standart seçimdir. Gazın yerçekimine karşı dikey olarak seyahat etmesi gerektiğinden, kap çapı doğrudan Souders-Brown K faktörü ile belirlenir ve kabuk yüksekliği daha sonra sıvı tutma gereksinimleri artı sis giderici ve giriş cihazı için alan ile belirlenir. Dikey üniteler seviye kontrolünü iyi yapar, kendi kendine boşalır ve alt başlıkta bir tahliye ve temizleme ile katı madde birikimini tolere eder. Zayıflıkları, verilen bir çap için az miktarda sıvı kalış süresi sunmalarıdır, bu nedenle üç fazlı yağ-su-gaz ayırma için nadiren kullanılırlar.
• Yatay Ayırıcı: Yatay bir kap, büyük bir sıvı yüzey alanı ve uzun sıvı kalış süresi sağlar, bu da onu yüksek sıvı hızları, köpüren hizmet ve üç fazlı ayırma için varsayılan hale getirir. Dikey yöndeki çökeltme mesafesi kısadır, yalnızca kabuk çapıdır ve uzun yatay yol, damlacıklara arayüze ulaşmaları için zaman tanır. Bu kaplar, 3-10 dakikalık sıvı kalış süresinin gerektiği, bir yağ-su arayüzünün kontrol edilmesi gerektiği veya beslemenin köpüren olduğu ve köpüğü kırmak için yüzey alanına ihtiyaç duyduğu yerlerde belirtilir. Ödünleşmeler, büyük bir yerleşim alanı, denizde hareket altında daha zor seviye kontrolü ve çıkışa doğru kanalizasyonu önlemek için uzunluk boyunca dikkatli gaz dağılımı ihtiyacıdır.
• Knockout Tamburu ve Flare Knockout: Bir knockout tamburu veya KOD, ürün geri kazanımından çok koruma görevi gören basit bir ayırıcıdır. Türbinleri veya valfleri hasar edecek slugları gidermek için bir kompresörün önüne, alev çarpmasını ve sıvı damlacıklarından kaynaklanan koklaşmayı önlemek için bir fırının önüne ve aksi takdirde güvensiz bir sıvı yağmur olarak yanacak sıvıyı gidermek için bir flare'ın önüne yerleştirilir. Flare knockout tamburları, normal akıştan ziyade acil durum tahliye durumu için boyutlandırılır ve boyutlandırma temeli, işlem ayırıcılarında kullanılan ince kesimden ziyade, genellikle 300-600 mikrometre olan ve flare ucuna taşınmayacak maksimum sıvı damlacığıdır. Çoğu zaman kuru çalışırlar ve bir tahliye olayından sonra biriken sıvıyı gidermek için bir pompa veya ejektör içermelidirler.
• Üç Fazlı Ayırıcı ve Geri Akış Tamburu: Üç fazlı bir ayırıcı, hidrokarbon katmanını tutmak için bir savak ve suyu yönetmek için bir arayüz seviyesi kontrolörü kullanarak buharı, hafif bir hidrokarbon sıvısını ve serbest suyu ayırır. Boyutlandırma, bağımsız olarak kontrol edilen iki kriter gerektirir: Souders-Brown'dan gaz kapasitesi ve su damlacıklarının hidrokarbon katmanından arayüze çökmesi için gereken sıvı kalış süresi, genellikle 5-10 dakika, su-içindeki-yağ damlacık boyutuna sahip Stokes yasası kullanılarak. Bir damıtma kolonundaki bir geri akış tamburu daha basit bir iki fazlı vakadır, ancak hem normal geri akış hem de distilat akışı ve bir kolon bozulmasından kaynaklanan geçici durum için boyutlandırılmalıdır, operatöre geri akış pompası emişini kaybedmeden veya tambur üst hatta dolmadan önce yanıt vermesi için 3-5 dakika verecek kadar tutma kapasitesine sahip olmalıdır.

Petrokimya Ayırıcı Yapılandırmaları Karşılaştırma Matrisi

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: K faktörü nedir ve nasıl seçilir?

C: K faktörü, Souders-Brown buhar hız limiti, v_max = K x sqrt((rho_L - rho_V) / rho_V) ile v m/s cinsinden, tek bir ampirik sabitte yoğunlaştırır. Kap yöneliminin, giriş cihazının ve sis gidericinin, sıvı taşınımının artık olmadığı en büyük buhar hızı üzerindeki birleşik etkisini yakalar. Tipik değerler, mesh pedli dikey bir kap için 0.10-0.15 m/s, kanatçık paketi ile 0.15-0.25 m/s, eksenel siklon ile 0.25-0.35 m/s ve uzunluk-çap oranına bağlı olarak yatay bir kap için 0.10-0.25 m/s'dir. Köpüren veya kirlenen hizmetler, kötü giriş cihazlarına sahip kaplar ve santrifüj kompresör veya reformer fırın gibi herhangi bir sıvıya karşı hassas olan aşağı akış ekipmanları için muhafazakar seçin.

S: Bir ayırıcıda sıvı taşınımına ne neden olur?

C: Beş neden baskındır. Souders-Brown limitinin üzerindeki gaz hızı, genellikle bir darboğaz giderme projesinin kapasiteyi artırması ancak kabı yeniden derecelendirmemesi nedeniyle. Katı maddeler ve polimerlerin mesh'i tıkaması veya kapasitesinin üzerindeki sıvı yüklemesi nedeniyle taşmış veya hasar görmüş bir sis giderici. Mum, kireç veya kok tarafından köprülenmiş bir seviye kontrol cihazı veya seviye vericisi, bu nedenle sıvı seviyesi gaz alanına yükselir. Yüzey aktif madde, amin bozunma ürünleri veya yoğuşmuş hidrokarbonların kabın kıramadığı ve doğrudan gaz çıkışına çekilen bir köpük tabakasını stabilize ettiği köpürme. Ve kötü giriş tasarımı, gelen jetin sıvıyı yeniden atomize etmesi ve tasarım kesme boyutunun çok altında damlacıklar oluşturması.

S: Üç fazlı bir ayırıcı nasıl boyutlandırılır?

C: İki bağımsız kriterin her ikisi de karşılanmalı ve daha büyük kap belirleyici olur. Birincisi, gaz kapasitesi: minimum çapı veya etkili gaz alanını bulmak için uygun K faktörü ile Souders-Brown denklemini uygulayın. İkincisi, sıvı kalış süresi: hidrokarbon fazı için, su damlacıklarının, tipik olarak 100-300 mikrometre, yağ katmanından arayüze çökmesi için yeterli zaman tanıyın, bu genellikle 5-10 dakikalık kalış süresi anlamına gelir ve kabın uzunluğunu veya kabuk çapını belirler. Ayrıca, arayüz kontrol bandının çalışmak için yeterince geniş olduğundan, genellikle 150-300 mm olduğundan ve bot veya su bacağının beklenen su hızı artı sluglar için bir marj için boyutlandırıldığından emin olun. Son olarak, turndown'u doğrulayın: tasarım akışının %30'unda, hızlar düşer ve ayırma iyileşir, ancak seviye kontrolü ve savak bütünlüğü hala korunmalıdır.

S: Petrokimya ayırıcıları için hangi malzemeler ve kodlar geçerlidir?

C: Çoğu ayırıcı ASME VIII Bölüm 1'e U damgasıyla veya Avrupa hizmeti için PED 2014/68/AB gibi yerel eşdeğeri CE işaretiyle üretilir. Karbon çeliği, örneğin SA-516 Grade 70, aşındırıcı olmayan hidrokarbon hizmeti için standarttır; klorürlerin bulunduğu yerlerde 316L veya dubleks paslanmaz çelik kullanılır. Akışta hidrojen sülfür bulunduğunda, NACE MR0175 / ISO 15156, sülfit gerilme çatlamasını önlemek için malzeme sertliğini ve ısıl işlemini yönetir ve ıslak H2S hizmetinde çelik genellikle HIC testinden geçirilir ve kaynak sonrası ısıl işlemle 200 HV'nin altına düşürülür. Yüksek sıcaklıkta hidrojen hizmeti, yüksek sıcaklıkta hidrojen saldırısı için bir API 941 Nelson eğrisi kontrolü gerektirir ve 1.25Cr-0.5Mo veya 2.25Cr-1Mo gibi bir krom-molibden alaşımını zorlayabilir. Kap, klorürler ve CO2 içeren üretilmiş suyu ayırdığında, 3-6 mm korozyon payı artı iç kaplama veya korozyona dayanıklı alaşım kaplama normaldir.