Chức năng của Bộ tách khí: Chức năng, Vật lý và Tại sao nó quan trọng

Trả lời câu hỏi cốt lõi: Bộ tách khí làm gì? Bộ tách khí loại bỏ các giọt lỏng và hạt rắn khỏi dòng khí chảy để khí thoát ra khỏi nó đủ khô để bảo vệ thiết bị, để đo lường chính xác và đáp ứng thông số kỹ thuật của đường ống. Nó thực hiện điều này trong bốn bước: làm chậm khí để trọng lực có thể tác dụng, cho phép chất lỏng lắng xuống, thu giữ các giọt mịn mà trọng lực bỏ sót trên bộ loại bỏ sương mù, và thu gom và loại bỏ chất lỏng dưới sự kiểm soát mức độ trong khi giữ lại chất rắn để làm sạch định kỳ. Quy tắc vật lý chi phối toàn bộ bình chứa là khí phải di chuyển đủ chậm để giọt chất lỏng rơi nhanh hơn khí bay lên, được biểu thị bằng phương trình Souders-Brown với hệ số K từ 0,08-0,35 m/s tùy thuộc vào hướng bình chứa và loại bộ loại bỏ sương mù. Một đơn vị được thiết kế tốt sẽ để lại ít hơn 0,1 gallon Mỹ chất lỏng trên một triệu feet khối tiêu chuẩn trong khí.

1. Bốn nhiệm vụ của Bộ tách khí

Mỗi nhiệm vụ giải quyết một chế độ lỗi khác nhau, và cả bốn nhiệm vụ phải hoạt động để bình chứa thực hiện nhiệm vụ của nó:

• Nó làm chậm khí: Khí trong đường ống di chuyển với tốc độ 10-30 m/s, quá nhanh để bất kỳ giọt nào lắng xuống. Nhiệm vụ đầu tiên của bộ tách là mở rộng diện tích dòng chảy, thường là gấp 10 đến 100 lần, do đó vận tốc giảm xuống mức mà trọng lực có thể tác dụng, và một thiết bị đầu vào như tấm chắn, một ống mở một nửa hoặc lối vào xoáy lốc tiêu tán động lượng còn lại. Đây là lý do tại sao bộ tách rộng hơn nhiều so với đường ống cấp cho chúng và tại sao vòi phun đầu vào thường lớn hơn đường ống đầu vào. Đây cũng là lý do tại sao một bộ tách quá nhỏ so với dòng chảy của nó không suy giảm một cách duyên dáng: một khi vận tốc khí vượt quá giới hạn Souders-Brown, chất lỏng sẽ bị cuốn ra gần như bất kể các bộ phận bên trong khác tốt như thế nào, bởi vì các giọt bị cuốn lại nhanh hơn chúng có thể lắng xuống.
• Nó làm lắng chất lỏng khối lượng lớn: Một khi khí đã chậm, các giọt trên khoảng 100-500 micromet sẽ rơi xuống đáy bình chứa trong thời gian lưu trú có sẵn, đây là lý do tại sao bộ tách cung cấp khả năng giữ chất lỏng từ 1-15 phút tùy thuộc vào nhiệm vụ. Chất lỏng tích tụ ở đáy, và mức độ được giữ ở một điểm đặt bằng van xả hoặc van điều khiển mức. Khí phải đi qua bình chứa đều, vì vậy các tấm chắn phân phối có lỗ được sử dụng trong các bình chứa ngang, và đầu ra chất lỏng được trang bị bộ phá xoáy, bởi vì một xoáy ở đầu ra sẽ hút khí vào đường chất lỏng và gây ra chính xác vấn đề mà bộ tách tồn tại để ngăn chặn. Trong nhiệm vụ ba pha, bình chứa cũng tách nước khỏi chất lỏng hydrocarbon bằng bộ điều khiển mức giao diện và một máng tràn hoặc một bộ phận chứa.
• Nó thu giữ sương mù mịn: Trọng lực không thể loại bỏ các giọt dưới khoảng 100 micromet trong một bình chứa hợp lý, vì vậy bộ loại bỏ sương mù xử lý phần mịn, và đây là yếu tố thường xác định hiệu suất thực tế. Một tấm lưới dây đan, dày 100-150 mm, thu giữ các giọt trên 5-10 micromet với hiệu suất lên tới 99,9% với tổn thất áp suất chỉ 25-75 mm H2O, nhưng nó bị ngập nếu tải chất lỏng vượt quá khả năng của nó. Một bộ cánh hoặc thanh dẫn xử lý các giọt 10-40 micromet, chịu được chất rắn và tải chất lỏng cao hơn nhiều, và được ưa chuộng trong dịch vụ bị bẩn. Một bộ tách lọc có các phần tử kết tụ đạt tới 0,3-1 micromet ở mức 99,98%, và được sử dụng ở thượng nguồn của các sàng phân tử, bộ tiếp xúc glycol và đồng hồ đo tài chính. Lựa chọn giữa chúng là sự đánh đổi giữa hiệu quả và khả năng chống bẩn và tổn thất áp suất.
• Nó loại bỏ chất lỏng và chất rắn: Nhiệm vụ cuối cùng đơn giản là đưa vật liệu đã thu gom ra khỏi bình chứa trước khi nó đầy. Chất lỏng thoát ra qua đầu ra dưới cùng dưới sự kiểm soát mức độ, với hai bộ truyền mức độc lập, một cảnh báo mức cao và một bộ ngắt mức cao-cao bảo vệ thiết bị hạ nguồn. Chất rắn, đến dưới dạng cát, cặn và sản phẩm ăn mòn, lắng xuống dưới chất lỏng và được loại bỏ bằng cách phun cát định kỳ, trong đó một tia nước áp suất cao làm hóa lỏng lớp cặn và nó được thổi xuống một bộ xoáy lốc hoặc một bình chứa. Tần suất phun là một chẩn đoán hữu ích: hàng giờ cho thấy một giếng cát hoặc một lỗi kiểm soát cát, hàng tháng cho thấy một dòng chảy sạch. Cả chất lỏng và chất rắn đều phải đi đến đâu đó, và tuyến đường xử lý, không phải bình chứa, thường là hạn chế thực sự.

2. Tại sao việc tách lại quan trọng: Nó bảo vệ cái gì

Giá trị của bộ tách khí được đo bằng những gì nó ngăn chặn, và bốn loại thiết bị có nguy cơ:

• Máy nén và Thiết bị quay: Máy nén ly tâm là máy nhạy cảm với chất lỏng nhất trong nhà máy khí. Các giọt chất lỏng ăn mòn cánh quạt và các vòng đệm mê cung, gây mất cân bằng và rung động rôto, và rửa trôi dầu bôi trơn khỏi ổ trục; một khối chất lỏng đến đầu hút có thể phá hủy máy trong vài giây. Máy nén pittông còn tệ hơn, vì chất lỏng về cơ bản là không nén được, vì vậy chất lỏng trong xi lanh gây ra khóa thủy lực làm cong thanh truyền và làm vỡ van. Đây là lý do tại sao bộ lọc hút máy nén là tiêu chuẩn trên mọi máy, tại sao chúng được trang bị bộ ngắt mức cao-cao nhanh chóng tắt máy, và tại sao chúng có khả năng giữ chất lỏng nhỏ theo thiết kế: ý định là ngắt nhanh thay vì lưu trữ chất lỏng.
• Đo lường và Chuyển giao Quyền sở hữu: Nơi khí thay đổi quyền sở hữu, chất lỏng trực tiếp tốn kém tiền bạc. Trong đồng hồ đo lỗ, dòng chảy hai pha làm thay đổi hệ số xả và áp suất chênh lệch đo được, và chất lỏng tích tụ trong các đường dẫn xung và chống lại tấm, tạo ra sai số vài phần trăm. Trong đồng hồ đo siêu âm, các giọt và màng chất lỏng trên mặt đầu dò làm suy yếu và tán xạ tín hiệu. Bởi vì một đường ống lớn có thể vận chuyển hàng triệu feet khối tiêu chuẩn mỗi ngày, sai số hai phần trăm dai dẳng là một khoản tiền đáng kể, đây là lý do tại sao các hợp đồng quy định một bộ tách ngay phía thượng nguồn của đồng hồ đo và thường là hàm lượng chất lỏng tối đa. Đây cũng là lý do tại sao bộ tách lọc, không phải bộ lọc đơn giản, được sử dụng tại các điểm đo lường tài chính.
• Đơn vị xử lý: Khử nước, Amine và Lưu huỳnh: Chất lỏng đi vào một đơn vị xử lý gây ra thiệt hại không tương xứng. Trong bộ tiếp xúc khử nước bằng glycol, hydrocarbon lỏng gây ra bọt nghiêm trọng, cuốn theo glycol và mất khả năng khử nước, và nó có thể buộc phải ngừng hoạt động để làm sạch hệ thống và thay thế glycol bị suy thoái. Trong đơn vị amine, hydrocarbon lỏng và chất rắn gây ra bọt, mất amine và ăn mòn, và các sản phẩm amine bị suy thoái làm trầm trọng thêm vấn đề. Trong đơn vị sàng phân tử, nước lỏng hoặc hydrocarbon làm hỏng vĩnh viễn chất hấp phụ, vì các hạt bị vỡ và phải được thay thế. Trong mỗi trường hợp, biện pháp khắc phục tốn kém hơn nhiều so với bộ tách, đây là lý do tại sao bộ tách đầu vào hoặc bộ tách lọc được lắp đặt ngay phía thượng nguồn của các đơn vị này như một thực hành tiêu chuẩn chứ không phải là một tùy chọn.
• Đường ống, Bộ điều chỉnh và Người dùng cuối: Hạ nguồn của nhà máy, chất lỏng tạo ra các vấn đề vận hành và toàn vẹn. Nó tích tụ ở những chỗ trũng, làm giảm diện tích dòng chảy và công suất và yêu cầu sử dụng pig để loại bỏ. Nó tạo thành hydrat tại các điểm giảm áp suất khi kết hợp với nước và nhiệt độ thấp, tạo thành các nút có thể làm tắc nghẽn đường ống trong nhiều ngày. Nó làm bẩn bộ điều chỉnh áp suất và thiết bị đánh mùi trong các hệ thống phân phối. Nó thúc đẩy ăn mòn bên trong nơi có nước và khí axit. Và nó vi phạm thông số kỹ thuật của đường ống, thường yêu cầu không có chất lỏng tự do, điểm sương hydrocarbon dưới khoảng -5 đến 0°C ở áp suất giao hàng, điểm sương nước dưới khoảng -10°C, hydro sulfua dưới 4 ppm và carbon dioxide dưới 2-3%. Đáp ứng thông số kỹ thuật đó là mục đích hợp đồng cuối cùng của bộ tách.

Chức năng Bộ tách khí và Ma trận Hậu quả Lỗi

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Bộ tách khí thực sự hoạt động như thế nào?

A: Nó hoạt động bằng cách cho các giọt chất lỏng thời gian để rơi trong khi khí di chuyển đủ chậm để chúng có thể. Khí đi vào và được làm chậm bởi một thiết bị đầu vào tiêu tán động lượng của nó, sau đó đi qua một mặt cắt ngang lớn nơi vận tốc thường là 0,1-0,5 m/s so với 10-30 m/s trong đường ống. Ở vận tốc đó, các giọt trên khoảng 100-500 micromet lắng xuống đáy trong thời gian lưu trú, đây là lý do tại sao bình chứa cung cấp khả năng giữ chất lỏng từ 1-15 phút. Các giọt quá nhỏ để lắng xuống được bắt bởi bộ loại bỏ sương mù, nơi khí phải đổi hướng quanh một sợi dây hoặc một cánh quạt và các giọt, có quán tính lớn hơn, không thể đi theo và va vào bề mặt, kết tụ thành các giọt lớn hơn và chảy đi. Chất lỏng thu gom được giữ ở mức được kiểm soát và loại bỏ qua van; chất rắn lắng xuống dưới nó và được phun ra định kỳ.

Q: Sự khác biệt giữa bộ tách, bộ lọc và thùng ngưng tụ là gì?

A: Trên thực tế, các thuật ngữ này chồng chéo và thường được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng có một quy ước. Bộ tách là thuật ngữ chung, và trong sử dụng nhà máy khí thường ngụ ý một bình chứa tách và giữ chất lỏng như một sản phẩm hoặc một dòng chảy để xử lý, với khả năng giữ 3-15 phút. Bộ lọc là một bộ tách nhỏ hơn, đơn giản hơn có mục đích bảo vệ hơn là sản xuất, với khả năng giữ 1-3 phút, được tìm thấy ở đầu hút máy nén, tại các bộ phận cấp khí nhiên liệu và tại các điểm lấy khí đo lường. Thùng ngưng tụ, hoặc KOD, là một thiết bị bảo vệ được định cỡ cho dòng chảy tạm thời hơn là dòng chảy ổn định, thường là thùng ngưng tụ ngọn lửa được định cỡ cho trường hợp xả khẩn cấp, hoặc một thùng loại bỏ các khối chất lỏng trước lò đốt hoặc máy nén. Cả ba đều sử dụng cùng một cơ sở định cỡ Souders-Brown, nhưng chúng khác nhau về khả năng giữ, thiết bị đo lường và những gì chúng bảo vệ.

Q: Điều gì xảy ra nếu bộ tách khí bị undersized?

A: Vận tốc khí vượt quá giới hạn Souders-Brown, do đó các giọt lẽ ra sẽ lắng xuống bị cuốn ra cùng với khí, và bình chứa cuốn trôi chất lỏng liên tục thay vì thỉnh thoảng. Chế độ lỗi là đặc trưng: bộ loại bỏ sương mù bị ngập vì nó nhận được nhiều chất lỏng hơn nhiều so với thiết kế, làm tăng tổn thất áp suất và, một khi tấm lưới bị bão hòa, cuốn lại chất lỏng vào đầu ra khí với tốc độ tệ hơn so với khi không có tấm lưới nào cả. Hậu quả xuất hiện ở hạ nguồn trước tiên, như tổn thất glycol trong đơn vị khử nước, bọt trong bộ tiếp xúc amine, hoặc rung động cao và rửa máy nén. Việc undersizing phổ biến nhất sau một dự án mở rộng công suất làm tăng thông lượng, hoặc khi một mỏ sản xuất nhiều chất lỏng hơn dự báo ban đầu, đây là lý do tại sao vận tốc nên được kiểm tra lại bất cứ khi nào tốc độ thay đổi.

Q: Làm thế nào để bạn biết nếu bộ tách khí đang hoạt động?

A: Bốn chỉ số được theo dõi. Chênh lệch áp suất qua bình chứa và qua bộ loại bỏ sương mù, vì một chỉ số ổn định có nghĩa là hoạt động bình thường trong khi xu hướng tăng có nghĩa là bị bẩn hoặc ngập và xu hướng giảm có thể có nghĩa là một bộ phận bị hỏng hoặc bị dịch chuyển. Chất lỏng cuốn trôi, được đo trực tiếp bằng cách lấy mẫu hoặc suy ra từ hành vi của thiết bị hạ nguồn, chẳng hạn như tiêu thụ glycol trong bộ tiếp xúc hoặc bọt amine. Hành vi kiểm soát mức độ, vì các cảnh báo mức cao thường xuyên, van xả dao động hoặc mức không giữ được điểm đặt đều chỉ ra vấn đề xử lý chất lỏng chứ không phải vấn đề tách. Và vận tốc khí so với hệ số K thiết kế, vì kiểm tra đơn giản nhất là liệu dòng chảy thực tế, ở áp suất và nhiệt độ thực tế, có nằm trong phạm vi mà bình chứa được định cỡ hay không.