Máy tách hydrocarbon mỏ dầu: Điểm sương hydrocarbon, loại bỏ sương mù và nội bộ

Thiết bị tách Hydrocarbon trong mỏ dầu: Điểm sương Hydrocarbon, Loại bỏ sương mù và Cấu tạo bên trong

Thiết bị tách Hydrocarbon trong mỏ dầu là gì? Thiết bị tách Hydrocarbon trong mỏ dầu là một bình áp lực loại bỏ hydrocarbon lỏng và nước tự do khỏi dòng khí để khí bán hàng đáp ứng yêu cầu về điểm sương hydrocarbon, thường là -5 đến 10°C, và để condensate thu hồi có thể được dẫn đến ổn định hóa hoặc xuất khẩu. Không giống như thiết bị tách sản xuất hàng loạt, tách dòng giếng vào các pha dầu, khí và nước chính, thiết bị tách hydrocarbon là một đơn vị đánh bóng và điểm sương mà hiệu suất của nó được đánh giá bằng mức độ hoàn toàn loại bỏ các giọt cuối cùng, sử dụng bộ loại bỏ sương mù hoặc bộ kết tụ để loại bỏ các hạt xuống tới 0,3-1 micromet ở mức 99,98%. Nó được định cỡ theo phương trình Souders-Brown với hệ số K là 0,08-0,25 m/s, và cấu tạo bên trong, thiết bị đầu vào, bộ loại bỏ sương mù hoặc bộ kết tụ, và xử lý chất lỏng, chứ không phải vỏ của nó, là những yếu tố quyết định liệu khí có đạt yêu cầu hay không hoặc bị cuốn theo và làm bẩn máy nén hoặc đường ống bán hàng.

1. Thiết bị tách Hydrocarbon phải đạt được điều gì

Công việc của nó được xác định bởi yêu cầu đầu ra và ba cơ chế thực hiện điều đó:

• Tuân thủ điểm sương Hydrocarbon: Hợp đồng khí bán hàng quy định điểm sương hydrocarbon, thường là -5 đến 10°C ở áp suất đường ống, có nghĩa là khí không được làm ngưng tụ chất lỏng khi làm lạnh trong đường ống. Việc đáp ứng yêu cầu này đòi hỏi phải loại bỏ gần như tất cả condensate tự do và hầu hết các giọt bị cuốn theo, bởi vì bất kỳ chất lỏng còn lại nào cũng sẽ ngưng tụ lại ở hạ lưu khi áp suất và nhiệt độ giảm. Do đó, thiết bị tách là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại điểm sương, thường được hỗ trợ bởi thiết bị khử nước bằng glycol hoặc sàng phân tử và bộ làm lạnh Joule-Thomson hoặc làm lạnh bằng tủ lạnh; nếu thiết bị tách để lọt các giọt, bộ làm lạnh và máy nén ở hạ lưu sẽ phải xử lý chất lỏng mà chúng không được thiết kế để xử lý. Đầu ra của thiết bị tách được đo lường so với yêu cầu điểm sương và việc cuốn theo ngay cả một phần nhỏ chất lỏng cũng có thể khiến khí không đạt yêu cầu.
• Loại bỏ sương mù bằng bộ loại bỏ sương mù và bộ cánh gạt: Lực hấp dẫn đơn thuần để lại quá nhiều chất lỏng cho dịch vụ hydrocarbon, vì vậy bình chứa dựa vào bộ loại bỏ sương mù. Một tấm lưới dây đan giữ các giọt trên 5-10 micromet với hiệu suất lên tới 99,9% với tổn thất áp suất chỉ 25-75 mm H2O, đủ cho nhiệm vụ chung. Nơi yêu cầu chặt chẽ hơn, bộ cánh gạt hoặc đầu vào dạng xoáy cộng với bộ cánh gạt loại bỏ các giọt nhỏ hơn với hiệu suất tốt hơn ở tốc độ cao và ít bị tắc nghẽn bởi chất rắn. Việc lựa chọn cân bằng giữa hiệu suất loại bỏ với tổn thất áp suất và khả năng điều chỉnh, bởi vì bộ loại bỏ sương mù có cửa sổ tốc độ hiệu quả; dưới đó các giọt bị cuốn lại, trên đó nó bị tràn. Thực hành tốt là định cỡ bình chứa và bộ loại bỏ cho trường hợp điều chỉnh 20-30%, không chỉ trường hợp thiết kế, để hiệu suất duy trì trong suốt vòng đời của mỏ.
• Kết tụ cho các giọt mịn: Khi điểm sương hoặc thiết bị hạ lưu yêu cầu loại bỏ gần như hoàn toàn, một thiết bị tách kết tụ được sử dụng. Nó kết hợp giai đoạn đầu là các phần tử lọc kết tụ giữ các giọt mịn và hợp nhất chúng thành các giọt lớn hơn với giai đoạn thứ hai là bộ cánh gạt loại bỏ các giọt đã được làm lớn, đạt được khả năng loại bỏ xuống tới 0,3-1 micromet ở mức 99,98%. Đây là công nghệ tương tự như bộ tách lọc đường ống nhưng được áp dụng cho việc thu hồi hydrocarbon, và nó đòi hỏi việc giám sát chênh lệch áp suất nghiêm ngặt, bởi vì các phần tử bị tắc bởi chất rắn và dầu bôi trơn máy nén và phải được thay thế trước khi hiệu suất giảm. Sự đánh đổi là tổn thất áp suất cao hơn và phần tử tiêu hao so với khí sạch hơn nhiều và thu hồi condensate cao hơn.

2. Cấu tạo bên trong, Định cỡ và Kỷ luật vận hành

Vỏ bình đơn giản; cấu tạo bên trong là nơi thiết bị này phát huy tác dụng:

• Thiết bị đầu vào và phân phối dòng chảy: Thành phần bị bỏ qua nhiều nhất là thiết bị đầu vào, bởi vì cách hỗn hợp hai pha đi vào sẽ thiết lập mọi thứ ở hạ lưu. Thiết bị đầu vào dạng xoáy hoặc vách ngăn làm quay và tách chất lỏng khối lượng lớn và phân phối khí đều khắp mặt cắt ngang của bình, ngăn chặn hiện tượng kênh dòng và quá tải cục bộ bộ loại bỏ sương mù; một đầu vào kém sẽ đổ tất cả chất lỏng sang một bên và cuốn lại nó. Đầu vào cũng bảo vệ bộ loại bỏ sương mù khỏi tác động trực tiếp của dòng chất lỏng tốc độ cao, nếu không sẽ làm thủng nó. Đối với dịch vụ hydrocarbon với tải chất lỏng 1-20% và khí ở áp suất 20-100 bar, thiết bị đầu vào được định cỡ cho dòng chảy lớn nhất, không phải dòng chảy trung bình, bởi vì dòng chảy lớn là thứ làm hỏng cấu tạo bên trong và gây mất ổn định đầu ra.
• Định cỡ trong suốt vòng đời mỏ và khả năng điều chỉnh: Thiết bị tách phải hoạt động khi bắt đầu vận hành và nhiều thập kỷ sau đó, và các trường hợp là đối lập: ban đầu bình chứa bị giới hạn về dung tích khí và Souders-Brown xác định đường kính; sau đó, khi sản xuất giảm, vận tốc khí giảm và bình chứa có thể bị quá khổ, vận hành bộ loại bỏ sương mù dưới phạm vi hiệu quả của nó và làm tăng hiện tượng cuốn lại. Các nhà thiết kế kiểm tra lưu lượng điều chỉnh tối đa, bình thường và tối thiểu, thường là 20-30% thiết kế, và chọn cấu tạo bên trong có cửa sổ hiệu quả bao phủ cả ba, thường là bộ cánh gạt thay vì tấm lưới vì lý do đó. Hệ số K cô đọng hình học và hiệu suất bộ loại bỏ thành một con số, 0,08-0,15 m/s cho bộ tách đứng có tấm lưới, 0,15-0,25 m/s cho bình ngang hoặc bộ cánh gạt, và đường kính bình theo sau từ lưu lượng khí thực tế chia cho vận tốc đó.
• Xử lý chất lỏng, kiểm soát mức và bảo vệ: Condensate đã loại bỏ phải được xử lý mà không làm mất khí, đây là nơi các thiết bị tách hydrocarbon thường thất bại. Tối thiểu là hai bộ truyền mức độc lập, một cảnh báo mức cao và một bộ ngắt mức rất cao để bảo vệ máy nén hạ lưu; trên đường hút máy nén, bộ ngắt sẽ dừng máy. Van xả được định cỡ cho tốc độ chất lỏng tối đa, không phải trung bình, và chống ăn mòn, bởi vì chất lỏng sản xuất mang theo cát và vì việc điều chỉnh qua tổn thất áp suất cao sẽ ăn mòn nhanh chóng; một van điều khiển mức có lớp lót cứng hoặc van xả bật/tắt chuyên dụng với công tắc mức riêng biệt là tiêu chuẩn. Chất lỏng đi đến bể chứa condensate có thu hồi hơi, và bình chứa có van an toàn theo API 520 được định cỡ cho trường hợp đầu ra bị chặn và cháy, bởi vì thiết bị tách hydrocarbon cách ly bảo vệ thiết bị hạ lưu đắt tiền.

Bảng so sánh cấu tạo bên trong thiết bị tách Hydrocarbon trong mỏ dầu

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

H: Sự khác biệt giữa thiết bị tách hydrocarbon và thiết bị tách sản xuất là gì?

A: Thiết bị tách sản xuất xử lý chất lỏng giếng khoan thô và tách nó thành các pha dầu, khí và nước chính, với khối lượng chất lỏng lớn và bộ điều khiển tràn hoặc giao diện quản lý ranh giới dầu-nước; nó là một bình tách khối lượng lớn. Thiết bị tách hydrocarbon là một đơn vị đánh bóng hạ lưu có đầu vào chủ yếu là khí với condensate bị cuốn theo và lượng nước vết, và nhiệm vụ của nó là đáp ứng điểm sương hydrocarbon, thường là -5 đến 10°C, bằng cách loại bỏ các giọt cuối cùng bằng bộ loại bỏ sương mù hoặc bộ kết tụ xuống tới 0,3-1 micromet. Thiết bị tách sản xuất được đánh giá bằng sự tách pha và kiểm soát mức; thiết bị tách hydrocarbon được đánh giá bằng điểm sương đầu ra và sự cuốn theo. Một cái xử lý hàng tấn chất lỏng mỗi giờ, cái kia xử lý phần trăm cuối cùng mà nếu không sẽ làm hỏng máy nén hoặc vi phạm hợp đồng.

H: Điểm sương hydrocarbon là gì và tại sao thiết bị tách phải đáp ứng nó?

A: Điểm sương hydrocarbon là nhiệt độ ở một áp suất nhất định mà dưới đó các thành phần hydrocarbon trong khí bắt đầu ngưng tụ thành chất lỏng. Hợp đồng khí bán hàng quy định nó, thường là -5 đến 10°C ở áp suất đường ống, bởi vì nếu khí mang theo hydrocarbon có thể ngưng tụ và sau đó nguội đi khi áp suất giảm dọc theo đường ống, hydrocarbon đó sẽ ngưng tụ thành chất lỏng, làm giảm dung lượng đường ống, làm hỏng máy nén và đồng hồ đo, và có thể vi phạm hợp đồng. Thiết bị tách đáp ứng nó bằng cách loại bỏ gần như tất cả condensate tự do và các giọt bị cuốn theo trước khi khí rời khỏi trạm, thường được hỗ trợ bởi thiết bị khử nước và làm lạnh. Việc cuốn theo ngay cả một phần nhỏ chất lỏng cũng có thể khiến khí không đạt yêu cầu, vì vậy hiệu suất của thiết bị tách được đo lường trực tiếp với điểm sương.

H: Thiết bị tách Hydrocarbon trong mỏ dầu được định cỡ như thế nào?

A: Theo phương trình Souders-Brown, v_max bằng K nhân với căn bậc hai của (rho_liquid trừ rho_vapour) chia cho rho_vapour, cho vận tốc khí tối đa trước khi chất lỏng bị cuốn theo. Hệ số K cô đọng hình học bình chứa và hiệu suất bộ loại bỏ sương mù thành một con số: thường là 0,08-0,15 m/s cho bộ tách đứng có tấm lưới, 0,15-0,25 m/s cho bình ngang hoặc bộ cánh gạt. Đường kính bình theo sau từ lưu lượng khí thực tế chia cho vận tốc cho phép đó, sau đó nó được kiểm tra với thời gian lưu chất lỏng vài phút và với trường hợp điều chỉnh 20-30%, bởi vì dưới phạm vi vận tốc hiệu quả, bộ loại bỏ sẽ cuốn lại. Yêu cầu chặt chẽ hơn đòi hỏi một phần tử kết tụ đạt khả năng loại bỏ 0,3-1 micromet ở mức 99,98%, và thiết bị đầu vào và kiểm soát mức được định cỡ cho dòng chảy lớn nhất, không phải dòng chảy trung bình.

H: Tại sao thiết bị tách kết tụ được sử dụng để thu hồi hydrocarbon?

A: Bởi vì điểm sương chặt chẽ hoặc thiết bị hạ lưu nhạy cảm đòi hỏi loại bỏ giọt gần như hoàn toàn mà bộ loại bỏ sương mù đơn giản không thể cung cấp. Thiết bị tách kết tụ sử dụng các phần tử lọc giữ các giọt mịn và hợp nhất chúng thành các giọt lớn hơn, theo sau là bộ cánh gạt loại bỏ các giọt đã được làm lớn, đạt được khả năng loại bỏ xuống tới 0,3-1 micromet ở mức 99,98%, tốt hơn nhiều so với 99,9% ở 5-10 micromet của tấm lưới. Chi phí là tổn thất áp suất cao hơn, 25-250 mm H2O hoặc hơn, và một phần tử tiêu hao bị tắc bởi chất rắn và dầu bôi trơn máy nén và phải được thay thế dựa trên xu hướng chênh lệch áp suất. Lợi ích là khí bán hàng sạch hơn nhiều và thu hồi condensate cao hơn, đó là lý do tại sao bộ kết tụ được chỉ định khi điểm sương nghiêm ngặt hoặc khi máy nén hoặc đồng hồ đo bán hàng phải được bảo vệ khỏi ngay cả lượng chất lỏng vết.