Pravidelná kalibrace nástrojů nádob je nezbytná pro zajištění trvalého výkonu a funkce procesní nádoby. Nesprávná kalibrace přístroje často zhoršuje špatnou konstrukci procesní nádoby, což má za následek neuspokojivý provoz separátoru a nízkou účinnost. V některých případech může poloha přístroje také způsobit chybná měření. Tento článek popisuje, jak mohou podmínky procesu způsobit nesprávné nebo nepochopené hodnoty hladiny.
Průmysl vynaložil mnoho úsilí na zlepšení konstrukce a konfigurace separátorů a nádob pro praní plynu. Výběru a konfiguraci souvisejících nástrojů však byla věnována malá pozornost. Obvykle je přístroj nakonfigurován pro počáteční provozní podmínky, ale po uplynutí této doby se provozní parametry změní nebo jsou zavedeny další nečistoty, počáteční kalibrace již není vhodná a je třeba ji změnit. Ačkoli by celkové hodnocení ve fázi výběru úrovňových přístrojů mělo být komplexní, proces udržování průběžného hodnocení provozního rozsahu a jakýchkoli změn do vhodné rekalibrace a rekonfigurace souvisejících přístrojů podle potřeby v průběhu životního cyklu procesní nádoby. ukázal, že ve srovnání s abnormální vnitřní konfigurací kontejneru je selhání separátoru způsobené nesprávnými údaji přístroje mnohem větší.
Jednou z klíčových proměnných řízení procesu je hladina kapaliny. Mezi běžné metody měření hladiny kapaliny patří průhledítka/sklíčka hladiny a snímače diferenčního tlaku (DP). Průhledítko je metoda přímého měření hladiny kapaliny a může mít možnosti, jako je magnetický sledovač a/nebo vysílač hladiny připojený k upravenému sklu hladiny kapaliny. Hladinoměry, které používají plováky jako hlavní měřicí senzor, jsou také považovány za přímé prostředky pro měření hladiny kapaliny v procesní nádobě. Snímač DP je nepřímá metoda, jejíž měření hladiny je založeno na hydrostatickém tlaku vyvíjeném kapalinou a vyžaduje přesnou znalost hustoty kapaliny.
Konfigurace výše uvedeného zařízení obvykle vyžaduje použití dvou přípojek přírubové trysky pro každý nástroj, horní trysky a spodní trysky. Pro dosažení požadovaného měření je nezbytné umístění trysky. Konstrukce musí zajistit, aby byla tryska vždy v kontaktu s vhodnou kapalinou, jako je vodní a olejová fáze pro rozhraní a olej a pára pro hladinu objemové kapaliny.
Charakteristiky kapaliny za skutečných provozních podmínek se mohou lišit od charakteristik kapaliny použitých pro kalibraci, což má za následek chybné odečty hladiny. Kromě toho může umístění hladinoměru také způsobit nesprávné nebo nesprávně pochopené údaje o hladině. Tento článek poskytuje některé příklady lekcí získaných při řešení problémů se separátory souvisejícími s přístroji.
Většina měřicích technik vyžaduje použití přesných a spolehlivých charakteristik měřené kapaliny pro kalibraci přístroje. Fyzikální specifikace a podmínky kapaliny (emulze, olej a voda) v nádobě jsou rozhodující pro integritu a spolehlivost použité technologie měření. Proto, pokud má být kalibrace souvisejících přístrojů dokončena správně, aby se maximalizovala přesnost a minimalizovaly odchylky odečtů hladiny kapaliny, je velmi důležité přesně vyhodnotit specifikace zpracovávané kapaliny. Proto, aby se předešlo jakékoli odchylce odečtu hladiny kapaliny, je třeba získat spolehlivá data pravidelným odběrem vzorků a analýzou měřené kapaliny, včetně přímého odběru vzorků z nádoby.
Měňte se časem. Povahou procesní kapaliny je směs oleje, vody a plynu. Procesní tekutina může mít různé specifické hmotnosti v různých stupních uvnitř procesní nádoby; to znamená, že vstupuje do nádoby jako tekutá směs nebo emulgovaná tekutina, ale nádoba opouští jako samostatná fáze. Kromě toho v mnoha aplikacích v terénu pochází procesní kapalina z různých zásobníků, z nichž každý má jiné vlastnosti. To povede ke zpracování směsi různých hustot v separátoru. Proto bude mít nepřetržitá změna charakteristik kapaliny dopad na přesnost měření hladiny kapaliny v nádobě. Přestože míra chyb nemusí být dostatečná k ovlivnění bezpečného provozu lodi, ovlivní účinnost separace a provozuschopnost celého zařízení. V závislosti na podmínkách separace může být normální změna hustoty o 5-15 %. Čím blíže je přístroj ke vstupní trubici, tím větší je odchylka, která je způsobena povahou emulze v blízkosti vstupu do nádoby.
Podobně, jak se mění slanost vody, bude ovlivněn i hladinoměr. V případě těžby ropy se slanost vody změní v důsledku různých faktorů, jako jsou změny ve formovací vodě nebo průnik vstřikované mořské vody. Ve většině ropných polí může být změna slanosti menší než 10–20 %, ale v některých případech může být změna až 50 %, zejména v systémech kondenzačních plynů a systémech zásobníků soli. Tyto změny mohou mít významný dopad na spolehlivost měření hladiny; proto je aktualizace chemického složení kapalin (oleje, kondenzátu a vody) nezbytná pro udržení kalibrace přístroje.
Použitím informací získaných z modelů simulace procesu a analýzy tekutin a vzorkování v reálném čase lze také zlepšit kalibrační data hladinoměru. Teoreticky je to nejlepší metoda a nyní se používá jako standardní praxe. Aby však přístroj zůstal přesný v průběhu času, měla by být data analýzy kapalin pravidelně aktualizována, aby se předešlo potenciálním chybám, které mohou být způsobeny provozními podmínkami, obsahem vody, zvýšením poměru oleje a vzduchu a změnami charakteristik kapaliny.
Poznámka: Pravidelná a správná údržba je základem pro získání spolehlivých údajů o přístroji. Normy a četnost údržby závisí do značné míry na souvisejících preventivních a každodenních činnostech závodu. V některých případech, pokud je to považováno za nutné, by měly být odchylky od plánovaných činností přeskupeny.
Poznámka: Kromě použití nejnovějších charakteristik kapaliny pro pravidelnou kalibraci měřiče lze ke korekci denních výkyvů procesní kapaliny použít pouze příslušné algoritmy nebo nástroje umělé inteligence, aby byly zohledněny provozní výkyvy během 24 hodin.
Poznámka: Údaje z monitorování a laboratorní analýza výrobní kapaliny pomohou porozumět potenciálním abnormalitám v naměřených hodnotách způsobených olejovou emulzí ve výrobní kapalině.
Podle různých vstupních zařízení a vnitřních součástí zkušenosti ukázaly, že strhávání plynu a probublávání na vstupu odlučovačů (hlavně vertikálních odlučovačů kondenzátu plynu a praček) bude mít významný dopad na odečty hladiny kapaliny a může vést ke špatné kontrole a . Snížení hustoty kapalné fáze v důsledku obsahu plynu má za následek falešně nízkou hladinu kapaliny, což může vést ke strhávání kapaliny v plynné fázi a ovlivnit následnou procesní kompresní jednotku.
Přestože došlo ke strhávání plynu a pěnění v systému olej a plyn/kondenzátový olej, přístroj je kalibrován v důsledku kolísání hustoty kondenzovaného oleje způsobeného rozptýleným a rozpuštěným plynem v kondenzační fázi během strhávání plynu nebo vyfukování plynu. procesem. Chyba bude vyšší než u olejového systému.
Hladinoměry v mnoha vertikálních pračkách a separátorech může být obtížné správně kalibrovat, protože v kapalné fázi je různá množství vody a kondenzátu a ve většině případů mají obě fáze společný výstup kapaliny nebo výstupní potrubí vody. separace vody. Provozní hustota proto neustále kolísá. Během provozu bude spodní fáze (hlavně voda) odváděna, přičemž nahoře zůstane vyšší vrstva kondenzátu, takže hustota kapaliny je jiná, což způsobí změnu měření hladiny kapaliny se změnou poměru výšky vrstvy kapaliny . Tyto výkyvy mohou být u menších nádob kritické, riskují ztrátu optimální provozní úrovně a v mnoha případech mohou správně fungovat svodič (svodič eliminátoru aerosolu používaný k vypouštění kapaliny) Požadované kapalinové těsnění.
Hladina kapaliny je určena měřením rozdílu hustoty mezi dvěma kapalinami v rovnovážném stavu v separátoru. Jakýkoli rozdíl vnitřního tlaku však může způsobit změnu měřené hladiny kapaliny, a tím poskytnout jinou indikaci hladiny kapaliny v důsledku poklesu tlaku. Například změna tlaku mezi 100 až 500 mbar (1,45 až 7,25 psi) mezi oddíly nádoby v důsledku přetečení přepážky nebo koalescenční podložky způsobí ztrátu jednotné hladiny kapaliny, což má za následek hladinu rozhraní v separátoru. měření se ztratí, což má za následek horizontální gradient; to znamená správnou hladinu kapaliny na předním konci nádoby pod nastavenou hodnotou a na zadním konci separátoru v rámci nastavené hodnoty. Kromě toho, pokud existuje určitá vzdálenost mezi hladinou kapaliny a tryskou horního měřiče hladiny kapaliny, může výsledný sloupec plynu dále způsobit chyby měření hladiny kapaliny v přítomnosti pěny.
Bez ohledu na konfiguraci procesní nádoby je běžným problémem, který může způsobit odchylky v měření hladiny kapaliny, kondenzace kapaliny. Když jsou trubka přístroje a tělo nádoby ochlazovány, může pokles teploty způsobit kondenzaci plynu, který vytváří kapalinu v trubce přístroje, což způsobí, že se hodnota hladiny kapaliny bude lišit od skutečných podmínek v nádobě. Tento jev není ojedinělý pro chladné vnější prostředí. Vyskytuje se v pouštním prostředí, kde je venkovní teplota v noci nižší než procesní teplota.
Otápění pro hladinoměry je běžný způsob, jak zabránit kondenzaci; nastavení teploty je však kritické, protože může způsobit problém, který se snaží vyřešit. Nastavením příliš vysoké teploty se mohou těkavější složky odpařit, což způsobí zvýšení hustoty kapaliny. Z hlediska údržby může být otápění také problematické, protože se snadno poškodí. Levnější variantou je izolace (izolace) trubice přístroje, která dokáže v mnoha aplikacích efektivně udržet procesní teplotu a teplotu vnějšího prostředí na určité úrovni. Je třeba poznamenat, že z hlediska údržby může být problémem také zaostávání potrubí přístroje.
Poznámka: Krok údržby, který je často přehlížen, je propláchnutí nástroje a otěží. V závislosti na službě mohou být taková nápravná opatření vyžadována týdně nebo dokonce denně, v závislosti na provozních podmínkách.
Existuje několik faktorů zajištění průtoku, které mohou negativně ovlivnit přístroje na měření hladiny kapalin. všechny tyto jsou:
Poznámka: Ve fázi návrhu separátoru, při výběru vhodného hladinoměru a když je měření hladiny abnormální, je třeba zvážit problém se zajištěním správného průtoku.
Hustotu kapaliny v blízkosti trysky vysílače hladiny ovlivňuje mnoho faktorů. Místní změny tlaku a teploty ovlivní rovnováhu kapaliny, a tím ovlivní odečty hladiny a stabilitu celého systému.
Lokální změny hustoty kapaliny a změny emulze byly pozorovány v separátoru, kde se výtlačné místo spádové/odtokové trubky odmlžovače nachází v blízkosti trysky snímače hladiny kapaliny. Kapalina zachycená odlučovačem mlhy se mísí s velkým množstvím tekutiny, což způsobuje místní změny hustoty. Kolísání hustoty je častější u kapalin s nízkou hustotou. To může mít za následek neustálé výkyvy v měření hladiny oleje nebo kondenzátu, což následně ovlivňuje provoz lodi a ovládání navazujících zařízení.
Poznámka: Tryska snímače hladiny kapaliny by neměla být blízko výtlačného bodu svodiče, protože existuje riziko způsobení přerušovaných změn hustoty, které ovlivní měření hladiny kapaliny.
Příklad zobrazený na obrázku 2 je běžná konfigurace potrubí s hladinoměrem, ale může způsobit problémy. Když se v poli vyskytne problém, kontrola dat snímače hladiny kapaliny dojde k závěru, že hladina kapaliny na rozhraní je ztracena kvůli špatné separaci. Faktem však je, že jak se odděluje více vody, regulační ventil výstupní hladiny se postupně otevírá a vytváří Venturiho efekt v blízkosti trysky pod hladinovým vysílačem, což je méně než 0,5 m (20 palců) od hladiny vody. Vodní tryska. To způsobí pokles vnitřního tlaku, který způsobí, že hodnota hladiny rozhraní v převodníku je nižší než hodnota hladiny rozhraní v nádobě.
Podobná pozorování byla také zaznamenána v pračce, kde je výstupní tryska kapaliny umístěna blízko trysky pod vysílačem hladiny kapaliny.
Správnou funkci ovlivní i obecné umístění trysek, to znamená, že trysky na skříni vertikálního separátoru se ucpávají nebo ucpávají obtížněji než trysky umístěné ve spodní hlavě separátoru. Podobný koncept platí pro horizontální nádoby, kde čím nižší je tryska, tím blíže je k případným pevným látkám, které se usazují, což zvyšuje pravděpodobnost jejího ucpání. Tyto aspekty by měly být zváženy ve fázi návrhu plavidla.
Poznámka: Tryska snímače hladiny kapaliny by neměla být blízko vstupní trysky, výstupní trysky kapaliny nebo plynu, protože existuje riziko vnitřního poklesu tlaku, který ovlivní měření hladiny kapaliny.
Různé vnitřní struktury nádoby ovlivňují separaci tekutin různými způsoby, jak je znázorněno na obrázku 3, včetně potenciálního vývoje gradientů hladiny kapaliny způsobených přetečením přepážky, což má za následek poklesy tlaku. Tento jev byl mnohokrát pozorován během výzkumu řešení problémů a diagnostiky procesů.
Vícevrstvá přepážka je obvykle instalována v nádobě v přední části separátoru a lze ji snadno ponořit kvůli problému s distribucí proudění ve vstupní části. Přepad pak způsobí pokles tlaku napříč nádobou, čímž vznikne gradient hladiny. To má za následek nižší hladinu kapaliny v přední části nádoby, jak je znázorněno na obrázku 3. Pokud je však hladina kapaliny řízena měřičem hladiny kapaliny v zadní části nádoby, dojde v provedeném měření k odchylkám. Gradient hladiny může také způsobit špatné separační podmínky v procesní nádobě, protože gradient hladiny ztrácí alespoň 50 % objemu kapaliny. Kromě toho je možné, že příslušná vysokorychlostní oblast způsobená poklesem tlaku vytvoří cirkulační oblast, která vede ke ztrátě separačního objemu.
Podobná situace může nastat v plovoucích výrobních závodech, jako je FPSO, kde se v procesní nádobě používá více porézních polštářků pro stabilizaci pohybu tekutiny v nádobě.
Kromě toho silné strhávání plynu v horizontální nádobě za určitých podmínek v důsledku nízké difúze plynu způsobí vyšší gradient hladiny kapaliny na předním konci. To také nepříznivě ovlivní ovládání hladiny na zadním konci nádoby, což má za následek divergenci měření, což má za následek špatný výkon nádoby.
Poznámka: Úroveň gradientu v různých formách procesních nádob je realistická a tato situace by měla být minimalizována, protože způsobí snížení účinnosti separace. Zlepšete vnitřní strukturu nádoby a omezte zbytečné přepážky a/nebo děrované desky ve spojení s dobrou provozní praxí a povědomím o tom, aby se předešlo problémům se spádem hladiny kapaliny v nádobě.
Tento článek popisuje několik důležitých faktorů, které ovlivňují měření hladiny kapaliny v separátoru. Nesprávné nebo špatně pochopené hodnoty hladiny mohou způsobit špatnou funkci nádoby. Bylo učiněno několik návrhů, jak se těmto problémům vyhnout. Přestože se v žádném případě nejedná o vyčerpávající seznam, pomáhá porozumět některým potenciálním problémům, čímž pomáhá operačnímu týmu porozumět potenciálním problémům měření a provozu.
Pokud je to možné, zaveďte osvědčené postupy na základě získaných zkušeností. Neexistuje však žádný konkrétní průmyslový standard, který by bylo možné v této oblasti použít. Aby se minimalizovala rizika spojená s odchylkami měření a regulačními abnormalitami, měly by být v budoucích konstrukčních a provozních postupech zohledněny následující body.
Rád bych poděkoval Christopheru Kallimu (vedlejší profesor na University of Western Australia v Perthu, Austrálie, důchodce Chevron/BP); Lawrence Coughlan (Lol Co Ltd. Aberdeen konzultant, Shell důchodce) a Paul Georgie (Glasgow Geo Geo konzultant, Glasgow, Velká Británie) za jejich podporu Příspěvky jsou recenzovány a kritizovány. Rád bych také poděkoval členům Technického podvýboru pro technologii separace SPE za usnadnění publikace tohoto článku. Zvláštní poděkování patří členům, kteří článek před vydáním zkontrolovali.
Wally Georgie má více než 4 roky zkušeností v ropném a plynárenském průmyslu, jmenovitě v ropných a plynárenských operacích, zpracování, separaci, manipulaci s kapalinami a integritě systému, provozních potížích, odstraňování úzkých míst, separaci oleje/vody, ověřování procesů a technické odborné znalosti Vyhodnocení praxe, kontrola koroze, monitorování systému, vstřikování vody a vylepšená úprava regenerace oleje a všechny další záležitosti týkající se manipulace s kapalinami a plyny, včetně výroby písku a pevných látek, výrobní chemie, zajištění průtoku a řízení integrity v systému procesu úpravy.
Od roku 1979 do roku 1987 zpočátku pracoval v sektoru služeb ve Spojených státech, Spojeném království, různých částech Evropy a na Středním východě. Následně v letech 1987 až 1999 pracoval ve Statoil (Equinor) v Norsku, kde se zaměřoval na každodenní provoz, vývoj nových projektů na ropných polích souvisejících s problematikou separace ropy a vody, systémy odsiřování a odvodňování plynů, produkoval vodní hospodářství a řešil problémy s výrobou pevných látek a produkční systém. Od března 1999 působí jako nezávislý konzultant v obdobné těžbě ropy a plynu po celém světě. Kromě toho Georgie sloužila jako soudní znalec v právních případech týkajících se ropy a zemního plynu ve Spojeném království a Austrálii. Působil jako SPE Distinguished Lecturer od roku 2016 do roku 2017.
Má magisterský titul. Master of Polymer Technology, Loughborough University, UK. Získal bakalářský titul v oboru bezpečnostního inženýrství na University of Aberdeen ve Skotsku a PhD v oboru chemické technologie na University of Strathclyde, Glasgow, Skotsko. Můžete ho kontaktovat na wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Georgie uspořádala 9. června webový seminář „Oddělování konstrukčních a provozních faktorů a jejich dopad na výkon vyrobených vodních systémů v instalacích na pevnině a na moři“. K dispozici na vyžádání zde (zdarma pro členy SPE).
Journal of Petroleum Technology je vlajkový časopis Společnosti ropných inženýrů, který poskytuje autoritativní brífinky a témata o pokroku v průzkumu a těžebních technologiích, problémech ropného a plynárenského průmyslu a zprávách o SPE a jejích členech.
Čas odeslání: 17. června 2021
