El calibratge periòdic dels instruments del recipient és essencial per garantir el rendiment i la funció continuats del recipient de procés. La calibració incorrecta de l'instrument sovint agreuja el mal disseny del recipient de procés, donant lloc a un funcionament insatisfactori del separador i una baixa eficiència. En alguns casos, la posició de l'instrument també pot provocar mesures errònies. Aquest article descriu com les condicions del procés poden provocar lectures de nivell incorrectes o mal enteses.
La indústria ha fet molts esforços per millorar el disseny i la configuració dels recipients separadors i depuradors. Tanmateix, la selecció i configuració dels instruments relacionats ha rebut poca atenció. Normalment, l'instrument es configura per a les condicions inicials de funcionament, però després d'aquest període, els paràmetres de funcionament canvien o s'introdueixen contaminants addicionals, la calibració inicial ja no és adequada i cal canviar-la. Tot i que l'avaluació global en l'etapa de selecció d'instruments de nivell hauria de ser exhaustiva, el procés de manteniment de l'avaluació contínua del rang d'operació i qualsevol canvi en la recalibració adequada i la reconfiguració dels instruments relacionats segons sigui necessari durant tot el cicle de vida del recipient de procés. Per tant, l'experiència ha demostrat que, en comparació amb la configuració interna anormal del contenidor, la fallada del separador causada per dades incorrectes de l'instrument és molt més.
Una de les variables clau de control del procés és el nivell de líquid. Els mètodes habituals per mesurar el nivell de líquid inclouen mitges/indicadors de vidre de nivell i sensors de pressió diferencial (DP). La mirilla és un mètode per mesurar directament el nivell de líquid i pot tenir opcions com ara un seguidor magnètic i/o un transmissor de nivell connectat a un vidre de nivell de líquid modificat. Els indicadors de nivell que utilitzen flotadors com a sensor de mesura principal també es consideren un mitjà directe per mesurar el nivell de líquid al recipient de procés. El sensor DP és un mètode indirecte la lectura del nivell del qual es basa en la pressió hidrostàtica exercida pel fluid i requereix un coneixement precís de la densitat del fluid.
La configuració dels equips anteriors sol requerir l'ús de dues connexions de broquet de brida per a cada instrument, un broquet superior i un broquet inferior. Per tal d'aconseguir la mesura requerida, la col·locació del broquet és essencial. El disseny ha de garantir que el broquet estigui sempre en contacte amb el fluid adequat, com ara les fases d'aigua i oli per a la interfície i l'oli i vapor per al nivell de líquid a granel.
Les característiques del fluid en condicions de funcionament reals poden ser diferents de les característiques del fluid utilitzades per al calibratge, donant lloc a lectures de nivell errònies. A més, la ubicació de l'indicador de nivell també pot provocar lectures de nivell falses o mal enteses. Aquest article ofereix alguns exemples de lliçons apreses per resoldre problemes de separadors relacionats amb l'instrument.
La majoria de les tècniques de mesura requereixen l'ús de característiques precises i fiables del fluid que es mesura per calibrar l'instrument. Les especificacions físiques i les condicions del líquid (emulsió, oli i aigua) del recipient són crítiques per a la integritat i la fiabilitat de la tecnologia de mesura aplicada. Per tant, si el calibratge dels instruments relacionats s'ha de completar correctament per maximitzar la precisió i minimitzar la desviació de les lectures del nivell de líquid, és molt important avaluar amb precisió les especificacions del fluid processat. Per tant, per evitar qualsevol desviació en la lectura del nivell de líquid, s'han d'obtenir dades fiables prenent mostres i analitzant regularment el fluid mesurat, inclòs el mostreig directe del recipient.
Canviar amb el temps. La naturalesa del fluid de procés és una barreja d'oli, aigua i gas. El fluid de procés pot tenir diferents pesos específics en diferents etapes dins del recipient de procés; és a dir, entrar al recipient com una barreja fluida o fluid emulsionat, però deixar el recipient com una fase diferent. A més, en moltes aplicacions de camp, el fluid de procés prové de diferents dipòsits, cadascun amb característiques diferents. Això donarà lloc a una barreja de diferents densitats que es processa a través del separador. Per tant, el canvi continu de les característiques del fluid tindrà un impacte en la precisió de la mesura del nivell de líquid al recipient. Tot i que el marge d'error pot no ser suficient per afectar el funcionament segur del vaixell, afectarà l'eficiència de separació i l'operativitat de tot el dispositiu. Depenent de les condicions de separació, pot ser normal un canvi de densitat del 5-15%. Com més a prop estigui l'instrument del tub d'entrada, més gran és la desviació, que es deu a la naturalesa de l'emulsió prop de l'entrada del recipient.
De la mateixa manera, a mesura que canvia la salinitat de l'aigua, l'indicador de nivell també es veurà afectat. En el cas de la producció de petroli, la salinitat de l'aigua canviarà a causa de diversos factors, com ara els canvis en l'aigua de formació o la penetració de l'aigua de mar injectada. A la majoria de camps de petroli, el canvi de salinitat pot ser inferior al 10-20%, però en alguns casos, el canvi pot arribar al 50%, especialment en sistemes de gas condensat i sistemes de dipòsits subsal. Aquests canvis poden tenir un impacte significatiu en la fiabilitat de la mesura de nivell; per tant, l'actualització de la química del fluid (oli, condensat i aigua) és essencial per mantenir la calibració de l'instrument.
Mitjançant l'ús de la informació obtinguda dels models de simulació de processos i l'anàlisi de fluids i el mostreig en temps real, també es poden millorar les dades de calibratge del mesurador de nivell. En teoria, aquest és el millor mètode i ara s'utilitza com a pràctica estàndard. Tanmateix, per tal de mantenir l'instrument precís al llarg del temps, les dades d'anàlisi de fluids s'han d'actualitzar periòdicament per evitar possibles errors que puguin ser causats per les condicions de funcionament, el contingut d'aigua, l'augment de la relació oli-aire i els canvis en les característiques del fluid.
Nota: El manteniment regular i adequat és la base per obtenir dades fiables de l'instrument. Els estàndards i la freqüència de manteniment depenen en gran mesura de les activitats preventives i quotidianes de fàbrica relacionades. En alguns casos, si es considera necessari, s'han de reordenar les desviacions de les activitats planificades.
Nota: A més d'utilitzar les últimes característiques del fluid per calibrar periòdicament el mesurador, només es poden utilitzar algorismes rellevants o eines d'intel·ligència artificial per corregir les fluctuacions diàries del fluid del procés per tenir en compte les fluctuacions de funcionament en 24 hores.
Nota: el seguiment de les dades i l'anàlisi de laboratori del fluid de producció ajudaran a entendre possibles anormalitats en les lectures de nivell causades per l'emulsió d'oli al fluid de producció.
Segons els diferents dispositius d'entrada i components interns, l'experiència ha demostrat que l'arrossegament de gas i la bombolla a l'entrada dels separadors (principalment separadors i depuradors verticals de condensats de gas) tindran un impacte significatiu en les lectures del nivell de líquid, i poden provocar un mal control i el que es realitza. . La disminució de la densitat de la fase líquida a causa del contingut de gas provoca un fals nivell de líquid baix, que pot provocar un arrastre de líquid a la fase gasosa i afectar la unitat de compressió del procés aigües avall.
Tot i que s'ha experimentat l'entrament i l'escuma de gas al sistema d'oli i gas/condensat, l'instrument es calibra a causa de la fluctuació de la densitat de l'oli de condensat causada pel gas dispers i dissolt en la fase de condensat durant l'arrossegament de gas o el bufat de gas. per procés. L'error serà superior al del sistema d'oli.
Els indicadors de nivell de molts fregadors i separadors verticals poden ser difícils de calibrar correctament perquè hi ha diferents quantitats d'aigua i condensats a la fase líquida i, en la majoria dels casos, les dues fases tenen una sortida de líquid o una línia de sortida d'aigua comuna. separació d'aigua. Per tant, hi ha una fluctuació contínua en la densitat operativa. Durant el funcionament, la fase inferior (principalment aigua) es descarregarà, deixant una capa de condensat més alta a la part superior, de manera que la densitat del fluid és diferent, cosa que farà que la mesura del nivell de líquid canviï amb el canvi de la relació d'alçada de la capa líquida. Aquestes fluctuacions poden ser crítiques en contenidors més petits, amb el risc de perdre el nivell de funcionament òptim i, en molts casos, fer funcionar correctament el baixador (el baixador de l'eliminador d'aerosols utilitzat per descarregar el líquid) El segell de líquid necessari.
El nivell de líquid es determina mesurant la diferència de densitat entre els dos fluids en estat d'equilibri al separador. Tanmateix, qualsevol diferència de pressió interna pot provocar un canvi en el nivell de líquid mesurat, donant així una indicació de nivell de líquid diferent a causa de la caiguda de pressió. Per exemple, un canvi de pressió entre 100 i 500 mbar (1,45 a 7,25 psi) entre els compartiments del contenidor a causa del desbordament del deflector o del coixinet coalescent provocarà la pèrdua d'un nivell de líquid uniforme, donant lloc al nivell d'interfície al separador. es perd la mesura, donant lloc a un gradient horitzontal; és a dir, el nivell de líquid correcte a l'extrem davanter del recipient per sota del punt de consigna i l'extrem posterior del separador dins del punt de consigna. A més, si hi ha una certa distància entre el nivell de líquid i el broquet de l'indicador de nivell de líquid superior, la columna de gas resultant pot provocar errors de mesura del nivell de líquid en presència d'escuma.
Independentment de la configuració del recipient de procés, un problema comú que pot provocar desviacions en la mesura del nivell de líquid és la condensació de líquids. Quan es refreden la canonada de l'instrument i el cos del contenidor, la caiguda de temperatura pot provocar que el gas que produeix líquid a la canonada de l'instrument es condense, fent que la lectura del nivell de líquid es desviï de les condicions reals del contenidor. Aquest fenomen no és exclusiu del medi extern fred. Es produeix en un entorn desèrtic on la temperatura exterior a la nit és inferior a la temperatura del procés.
El seguiment de la calor per als indicadors de nivell és una manera habitual d'evitar la condensació; tanmateix, la configuració de la temperatura és fonamental perquè pot provocar el problema que s'està intentant resoldre. En ajustar la temperatura massa alta, els components més volàtils poden evaporar-se, fent que la densitat del líquid augmenti. Des del punt de vista del manteniment, el traçat de calor també pot ser problemàtic perquè es fa malbé fàcilment. Una opció més barata és l'aïllament (aïllament) del tub de l'instrument, que pot mantenir eficaçment la temperatura del procés i la temperatura ambient externa en un cert nivell en moltes aplicacions. Cal tenir en compte que des del punt de vista del manteniment, el retard de la canonada d'instruments també pot ser un problema.
Nota: un pas de manteniment que sovint es passa per alt és rentar l'instrument i les regnes. Depenent del servei, aquestes accions correctores poden ser necessàries setmanalment o fins i tot diàries, segons les condicions de funcionament.
Hi ha diversos factors de garantia de flux que poden afectar negativament els instruments de mesura del nivell de líquid. tots aquests són:
Nota: En l'etapa de disseny del separador, en seleccionar l'instrument de nivell adequat i quan la mesura de nivell és anormal, s'ha de considerar el problema de garantia del cabal correcte.
Molts factors afecten la densitat del líquid a prop del broquet del transmissor de nivell. Els canvis locals de pressió i temperatura afectaran el balanç de fluids, afectant així les lectures de nivell i l'estabilitat de tot el sistema.
Es van observar canvis locals en la densitat del líquid i els canvis d'emulsió al separador, on el punt de descàrrega de la canonada de baixada / drenatge del desemborrador es troba a prop del broquet del transmissor de nivell de líquid. El líquid capturat per l'eliminador de boires es barreja amb una gran quantitat de líquid, provocant canvis locals de densitat. Les fluctuacions de densitat són més freqüents en fluids de baixa densitat. Això pot provocar fluctuacions contínues en la mesura del nivell d'oli o condensats, que al seu torn afecta el funcionament del vaixell i el control dels dispositius aigües avall.
Nota: el broquet del transmissor de nivell de líquid no ha d'estar a prop del punt de descàrrega del baixador perquè hi ha el risc de provocar canvis intermitents de densitat, que afectaran la mesura del nivell de líquid.
L'exemple que es mostra a la figura 2 és una configuració habitual de canonades d'indicador de nivell, però pot causar problemes. Quan hi ha un problema al camp, la revisió de les dades del transmissor de nivell de líquid conclou que el nivell de líquid de la interfície es perd a causa d'una mala separació. No obstant això, el fet és que a mesura que es separa més aigua, la vàlvula de control del nivell de sortida s'obre gradualment, creant un efecte Venturi a prop del broquet sota el transmissor de nivell, que es troba a menys de 0,5 m (20 polzades) del nivell de l'aigua. Broquet d'aigua. Això provoca una caiguda de pressió interna, que fa que la lectura del nivell d'interfície al transmissor sigui inferior a la lectura del nivell d'interfície al contenidor.
També s'han informat observacions similars al fregador on el broquet de sortida de líquid es troba a prop del broquet sota el transmissor de nivell de líquid.
El posicionament general dels broquets també afectarà la funció correcta, és a dir, els broquets de la carcassa del separador vertical són més difícils de bloquejar o obstruir que els broquets situats al capçal inferior del separador. Un concepte similar s'aplica als contenidors horitzontals, on com més baix sigui el broquet, més a prop està dels sòlids que s'assenten, fent més probable que s'obstrueixi. Aquests aspectes s'han de tenir en compte durant l'etapa de disseny del vaixell.
Nota: el broquet del transmissor de nivell de líquid no ha d'estar a prop del broquet d'entrada, el broquet de sortida de líquid o de gas, perquè hi ha un risc de caiguda de pressió interna, que afectarà la mesura del nivell de líquid.
Les diferents estructures internes del contenidor afecten la separació de fluids de diferents maneres, com es mostra a la figura 3, inclòs el desenvolupament potencial de gradients de nivell de líquid causats pel desbordament del deflector, que resulta en caigudes de pressió. Aquest fenomen s'ha observat moltes vegades durant la recerca de resolució de problemes i diagnòstic de processos.
El deflector de múltiples capes sol instal·lar-se al contenidor a la part davantera del separador, i és fàcil de submergir a causa del problema de distribució del flux a la part d'entrada. Aleshores, el desbordament provoca una caiguda de pressió a través del recipient, creant un gradient de nivell. Això provoca un nivell de líquid més baix a la part davantera del recipient, tal com es mostra a la figura 3. Tanmateix, quan el nivell de líquid es controla pel mesurador de nivell de líquid a la part posterior del recipient, es produiran desviacions en la mesura realitzada. El gradient de nivell també pot provocar males condicions de separació al recipient de procés perquè el gradient de nivell perd almenys el 50% del volum de líquid. A més, és concebible que la zona d'alta velocitat rellevant causada per la caiguda de pressió produeixi una zona de circulació que condueixi a una pèrdua de volum de separació.
Una situació similar es pot produir a les plantes de producció flotants, com ara FPSO, on s'utilitzen múltiples coixinets porosos al recipient de procés per estabilitzar el moviment del fluid al recipient.
A més, el fort arrastre de gas al contenidor horitzontal, en determinades condicions, a causa de la baixa difusió del gas, produirà un gradient de nivell de líquid més alt a l'extrem frontal. Això també afectarà negativament el control de nivell a l'extrem posterior del contenidor, donant lloc a una divergència de mesura, donant lloc a un rendiment deficient del contenidor.
Nota: el nivell de gradient en diferents formes de recipients de procés és realista, i aquesta situació s'ha de minimitzar, ja que farà que l'eficiència de separació disminueixi. Millorar l'estructura interna del contenidor i reduir els deflectors i/o plaques perforades innecessàries, juntament amb bones pràctiques de funcionament i consciència, per evitar problemes de gradient de nivell de líquid al contenidor.
Aquest article analitza diversos factors importants que afecten la mesura del nivell de líquid del separador. Les lectures de nivell incorrectes o mal enteses poden provocar un funcionament deficient del vaixell. S'han fet alguns suggeriments per ajudar a evitar aquests problemes. Tot i que aquesta no és de cap manera una llista exhaustiva, ajuda a entendre alguns problemes potencials, ajudant així l'equip d'operacions a comprendre els possibles problemes operatius i de mesura.
Si és possible, establiu les millors pràctiques basades en les lliçons apreses. No obstant això, no hi ha cap estàndard específic de la indústria que es pugui aplicar en aquest camp. Per tal de minimitzar els riscos associats amb les desviacions de mesura i les anomalies de control, s'han de tenir en compte els punts següents en les pràctiques futures de disseny i operació.
M'agradaria donar les gràcies a Christopher Kalli (professor adjunt a la Universitat d'Austràlia Occidental a Perth, Austràlia, jubilat de Chevron/BP); Lawrence Coughlan (consultor de Lol Co Ltd. Aberdeen, jubilat de Shell) i Paul Georgie (consultor de Geo Geo de Glasgow, Glasgow, Regne Unit) pel seu suport. Els documents són revisats i criticats per parells. També m'agradaria agrair als membres del Subcomitè Tècnic de Tecnologia de Separació SPE per facilitar la publicació d'aquest article. Un agraïment especial als membres que van revisar el document abans del número final.
Wally Georgie té més de 4 anys d'experiència en la indústria del petroli i el gas, concretament en operacions de petroli i gas, processament, separació, manipulació de fluids i integritat del sistema, resolució de problemes operatius, eliminació de colls d'ampolla, separació d'oli/aigua, validació de processos i tècniques. experiència Avaluació de pràctiques, control de corrosió, monitorització del sistema, injecció d'aigua i tractament millorat de recuperació d'oli, i tots els altres problemes de manipulació de fluids i gasos, inclosa la producció de sorra i sòlid, la química de producció, la garantia del flux i la gestió de la integritat en el sistema de procés de tractament.
Del 1979 al 1987, va treballar inicialment en el sector serveis als Estats Units, el Regne Unit, diferents punts d'Europa i l'Orient Mitjà. Posteriorment, va treballar a Statoil (Equinor) a Noruega del 1987 al 1999, centrant-se en les operacions diàries, el desenvolupament de nous projectes de jaciments petroliers relacionats amb qüestions de separació d'aigua i petroli, sistemes de desulfuració i deshidratació de tractament de gas, gestió de l'aigua produïda i gestió de problemes de producció sòlida. sistema de producció. Des del març de 1999, treballa com a consultor independent en una producció similar de petroli i gas a tot el món. A més, Georgie ha servit com a testimoni expert en casos legals de petroli i gas al Regne Unit i Austràlia. Va exercir com a professor distingit de l'SPE del 2016 al 2017.
Té un màster. Màster en Tecnologia de Polímers, Universitat de Loughborough, Regne Unit. Va rebre una llicenciatura en enginyeria de seguretat per la Universitat d'Aberdeen, Escòcia, i un doctorat en tecnologia química per la Universitat de Strathclyde, Glasgow, Escòcia. Podeu contactar amb ell a wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Georgie va organitzar un seminari web el 9 de juny "Separant els factors de disseny i operatius i el seu impacte en el rendiment dels sistemes d'aigua produïda en instal·lacions terrestres i offshore". Disponible sota demanda aquí (gratuït per als membres de l'SPE).
Journal of Petroleum Technology és la revista insígnia de la Society of Petroleum Engineers, que ofereix sessions informatives i temes autoritzats sobre l'avenç de la tecnologia d'exploració i producció, qüestions de la indústria del petroli i del gas i notícies sobre SPE i els seus membres.
Hora de publicació: 17-juny-2021
