جداکننده‌های هوشمند: جداسازی نفت/آب و تأسیسات تصفیه گاز - تأثیر شرایط فرآیند بر اندازه‌گیری سطح مایع

کالیبراسیون دوره ای ابزارهای کشتی برای اطمینان از عملکرد و عملکرد مداوم کشتی فرآیند ضروری است. کالیبراسیون نادرست ابزار اغلب باعث تشدید طراحی ضعیف مخزن فرآیند می شود که منجر به عملکرد نامطلوب جداکننده و راندمان پایین می شود. در برخی موارد، موقعیت ابزار نیز می تواند باعث اندازه گیری اشتباه شود. این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه شرایط فرآیند می‌تواند باعث خوانش سطوح نادرست یا اشتباه شود.
این صنعت تلاش زیادی را برای بهبود طراحی و پیکربندی مخازن جداکننده و اسکرابر انجام داده است. با این حال، انتخاب و پیکربندی ابزارهای مرتبط کمتر مورد توجه قرار گرفته است. معمولاً ابزار برای شرایط اولیه عملیاتی پیکربندی می شود، اما پس از این مدت، پارامترهای عملیاتی تغییر می کنند یا آلاینده های اضافی وارد می شوند، کالیبراسیون اولیه دیگر مناسب نیست و نیاز به تغییر دارد. اگرچه ارزیابی کلی در مرحله انتخاب ابزار سطح باید جامع باشد، اما فرآیند حفظ ارزیابی مستمر محدوده عملیاتی و هرگونه تغییر در کالیبراسیون مجدد مناسب و پیکربندی مجدد ابزارهای مرتبط در صورت نیاز در طول چرخه عمر کشتی فرآیند، بنابراین، تجربه نشان داده است که در مقایسه با پیکربندی داخلی غیرعادی ظرف، خرابی جداکننده ناشی از داده های نادرست ابزار بسیار بیشتر است.
یکی از متغیرهای کلیدی کنترل فرآیند سطح مایع است. روش‌های رایج اندازه‌گیری سطح مایع عبارتند از: عینک دید/نشانگرهای سطح شیشه و سنسورهای فشار تفاضلی (DP). شیشه دید روشی برای اندازه‌گیری مستقیم سطح مایع است و ممکن است گزینه‌هایی مانند دنبالگر مغناطیسی و/یا فرستنده سطح متصل به یک شیشه سطح مایع اصلاح‌شده داشته باشد. سطح سنج هایی که از شناورها به عنوان سنسور اندازه گیری اصلی استفاده می کنند نیز به عنوان وسیله ای مستقیم برای اندازه گیری سطح مایع در ظرف فرآیند در نظر گرفته می شوند. سنسور DP یک روش غیرمستقیم است که خواندن سطح آن بر اساس فشار هیدرواستاتیک اعمال شده توسط سیال است و نیاز به دانش دقیق چگالی سیال دارد.
پیکربندی تجهیزات فوق معمولاً مستلزم استفاده از دو اتصال نازل فلنجی برای هر ابزار، یک نازل بالایی و یک نازل پایینی است. به منظور دستیابی به اندازه گیری مورد نیاز، موقعیت نازل ضروری است. طراحی باید اطمینان حاصل کند که نازل همیشه با سیال مناسب، مانند فازهای آب و روغن برای سطح مشترک و روغن و بخار برای سطح مایع حجیم، در تماس باشد.
ویژگی های سیال در شرایط عملیاتی واقعی ممکن است با ویژگی های سیال مورد استفاده برای کالیبراسیون متفاوت باشد که منجر به خوانش سطح اشتباه می شود. علاوه بر این، محل سطح سنج نیز ممکن است باعث خوانش های نادرست یا اشتباه شود. این مقاله نمونه هایی از درس های آموخته شده در حل مسائل جداکننده مربوط به ابزار را ارائه می دهد.
اکثر تکنیک های اندازه گیری نیاز به استفاده از مشخصات دقیق و قابل اعتماد سیال در حال اندازه گیری برای کالیبره کردن دستگاه دارند. مشخصات فیزیکی و شرایط مایع (امولسیون، روغن و آب) در ظرف برای یکپارچگی و قابلیت اطمینان فناوری اندازه گیری اعمال شده بسیار مهم است. بنابراین، اگر قرار است کالیبراسیون ابزارهای مرتبط به درستی انجام شود تا دقت را به حداکثر رسانده و انحراف خوانش سطح مایع را به حداقل برساند، ارزیابی دقیق مشخصات سیال پردازش شده بسیار مهم است. بنابراین، برای جلوگیری از هرگونه انحراف در خواندن سطح مایع، باید با نمونه‌برداری و تجزیه و تحلیل منظم سیال اندازه‌گیری شده، از جمله نمونه‌برداری مستقیم از ظرف، داده‌های قابل اعتمادی به‌دست آید.
با زمان تغییر دهید. ماهیت سیال فرآیند مخلوطی از نفت، آب و گاز است. سیال فرآیند می تواند وزن مخصوص متفاوتی در مراحل مختلف در ظرف فرآیند داشته باشد. یعنی به عنوان یک مخلوط سیال یا مایع امولسیون شده وارد ظرف شوید، اما به عنوان یک فاز مجزا از ظرف خارج شوید. علاوه بر این، در بسیاری از کاربردهای میدانی، سیال فرآیند از مخازن مختلفی می آید که هر کدام ویژگی های متفاوتی دارند. این باعث می شود که مخلوطی از چگالی های مختلف از طریق جداکننده پردازش شود. بنابراین تغییر مداوم خصوصیات سیال بر دقت اندازه گیری سطح مایع در ظرف تأثیر می گذارد. اگرچه ممکن است حاشیه خطا برای تأثیرگذاری بر عملکرد ایمن کشتی کافی نباشد، اما بر راندمان جداسازی و عملکرد کل دستگاه تأثیر می گذارد. بسته به شرایط جداسازی، تغییر تراکم 5-15 درصد ممکن است طبیعی باشد. هر چه دستگاه به لوله ورودی نزدیکتر باشد، انحراف بیشتر است که به دلیل ماهیت امولسیون در نزدیکی ورودی ظرف است.
به طور مشابه، با تغییر شوری آب، سطح سنج نیز تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. در مورد تولید نفت، شوری آب به دلیل عوامل مختلفی مانند تغییر در آب سازند یا نفوذ آب دریای تزریقی تغییر خواهد کرد. در اکثر میادین نفتی، تغییر شوری ممکن است کمتر از 10 تا 20 درصد باشد، اما در برخی موارد، این تغییر ممکن است تا 50 درصد باشد، به ویژه در سیستم‌های گاز میعانات و سیستم‌های مخزن زیر نمک. این تغییرات می تواند تأثیر قابل توجهی بر قابلیت اطمینان اندازه گیری سطح داشته باشد. بنابراین، به روز رسانی شیمی سیالات (روغن، میعانات و آب) برای حفظ کالیبراسیون ابزار ضروری است.
با استفاده از اطلاعات به‌دست‌آمده از مدل‌های شبیه‌سازی فرآیند و تجزیه و تحلیل سیال و نمونه‌برداری بلادرنگ، داده‌های کالیبراسیون متر سطح را نیز می‌توان افزایش داد. در تئوری، این بهترین روش است و در حال حاضر به عنوان تمرین استاندارد استفاده می شود. با این حال، به منظور دقیق نگه داشتن دستگاه در طول زمان، داده های آنالیز سیال باید به طور منظم به روز شود تا از خطاهای احتمالی که ممکن است ناشی از شرایط عملیاتی، محتوای آب، افزایش نسبت روغن به هوا، و تغییرات در ویژگی های سیال باشد، جلوگیری شود.
توجه: تعمیر و نگهداری منظم و مناسب مبنایی برای دستیابی به داده های ابزار قابل اعتماد است. استانداردها و فرکانس نگهداری تا حد زیادی به فعالیت های پیشگیرانه و روزانه کارخانه وابسته است. در برخی موارد، در صورت لزوم، انحراف از فعالیت های برنامه ریزی شده باید مجدداً ترتیب داده شود.
توجه: علاوه بر استفاده از آخرین ویژگی‌های سیال برای کالیبراسیون دوره‌ای کنتور، فقط می‌توان از الگوریتم‌های مرتبط یا ابزارهای هوش مصنوعی برای اصلاح نوسانات روزانه سیال فرآیند استفاده کرد تا نوسانات عملیاتی ظرف 24 ساعت در نظر گرفته شود.
توجه: داده های پایش و تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی سیال تولیدی به درک ناهنجاری های احتمالی در قرائت سطح ناشی از امولسیون روغن در سیال تولیدی کمک می کند.
با توجه به دستگاه های ورودی مختلف و اجزای داخلی، تجربه نشان داده است که حباب و حباب زدن گاز در ورودی جداکننده ها (عمدتا جداکننده های عمودی میعانات گازی و اسکرابرها) تأثیر قابل توجهی بر خوانش سطح مایع خواهد داشت و ممکن است منجر به کنترل ضعیف و انجام آن شود. . کاهش چگالی فاز مایع به دلیل محتوای گاز منجر به سطح پایین مایع کاذب می شود که می تواند منجر به حباب مایع در فاز گاز شود و بر واحد فشرده سازی فرآیند پایین دست تأثیر بگذارد.
اگرچه حباب گاز و کف کردن در سیستم نفت و گاز/روغن میعانات تجربه شده است، اما این ابزار به دلیل نوسانات چگالی روغن میعانات ناشی از گاز پراکنده و محلول در فاز میعان در طول حباب گاز یا دمش گاز کالیبره شده است. توسط فرآیند خطا بیشتر از سیستم روغن خواهد بود.
کالیبراسیون صحیح گیج‌های سطح در بسیاری از اسکرابرها و جداکننده‌های عمودی دشوار است، زیرا مقادیر مختلف آب و میعانات در فاز مایع وجود دارد و در بیشتر موارد، دو فاز دارای یک خروجی مایع یا خط خروجی آب مشترک هستند. جداسازی آب بنابراین، نوسان مداوم در چگالی عملیاتی وجود دارد. در حین کار، فاز پایین (عمدتاً آب) تخلیه می شود و یک لایه میعانات بالاتر در بالا باقی می ماند، بنابراین چگالی سیال متفاوت است، که باعث می شود اندازه گیری سطح مایع با تغییر نسبت ارتفاع لایه مایع تغییر کند. این نوسانات می تواند در ظروف کوچکتر حیاتی باشد، خطر از دست دادن سطح عملیاتی بهینه را به همراه دارد و در بسیاری از موارد، نزول کاذب (پایین گیر حذف کننده آئروسل که برای تخلیه مایع استفاده می شود) آب بندی مایع مورد نیاز را به درستی کار می کند.
سطح مایع با اندازه گیری اختلاف چگالی بین دو سیال در حالت تعادل در جداکننده تعیین می شود. با این حال، هر اختلاف فشار داخلی ممکن است باعث تغییر در سطح مایع اندازه‌گیری شده شود، در نتیجه به دلیل افت فشار، سطح مایع متفاوتی را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، تغییر فشار بین 100 تا 500 میلی‌بار (1.45 تا 7.25 psi) بین محفظه‌های کانتینر به دلیل سرریز شدن بافل یا پد ادغام، باعث از بین رفتن سطح یکنواخت مایع می‌شود و در نتیجه سطح رابط در جداکننده ایجاد می‌شود. اندازه گیری از بین می رود و در نتیجه یک گرادیان افقی ایجاد می شود. یعنی سطح صحیح مایع در انتهای جلوی ظرف در زیر نقطه تنظیم و انتهای عقب جداکننده در نقطه تنظیم. علاوه بر این، اگر فاصله مشخصی بین سطح مایع و نازل گیج سطح مایع بالایی وجود داشته باشد، ستون گاز حاصل ممکن است در حضور فوم باعث خطاهای اندازه گیری سطح مایع شود.
صرف نظر از پیکربندی مخزن فرآیند، یک مشکل رایج که می تواند باعث انحراف در اندازه گیری سطح مایع شود، تراکم مایع است. هنگامی که لوله ابزار و بدنه ظرف خنک می شوند، افت دما ممکن است باعث متراکم شدن گازی شود که در لوله ابزار مایع تولید می کند و باعث انحراف خواندن سطح مایع از شرایط واقعی ظرف می شود. این پدیده منحصر به محیط سرد خارجی نیست. در یک محیط بیابانی که در آن دمای خارجی در شب کمتر از دمای فرآیند است رخ می دهد.
ردیابی گرما برای سطح سنج ها روشی رایج برای جلوگیری از تراکم است. با این حال، تنظیم دما بسیار مهم است زیرا ممکن است باعث مشکلی شود که سعی در حل آن دارد. با تنظیم بیش از حد دما، اجزای فرارتر ممکن است تبخیر شوند و باعث افزایش چگالی مایع شوند. از نقطه نظر تعمیر و نگهداری، ردیابی گرما نیز ممکن است مشکل ساز باشد زیرا به راحتی آسیب می بیند. یک گزینه ارزان تر، عایق (عایق) لوله ابزار است که می تواند به طور موثر دمای فرآیند و دمای محیط خارجی را در بسیاری از کاربردها در سطح مشخصی نگه دارد. لازم به ذکر است که از نظر تعمیر و نگهداری، عقب افتادگی خط لوله ابزار نیز ممکن است مشکل ساز باشد.
نکته: یکی از مراحل نگهداری که اغلب نادیده گرفته می شود، شستشوی ابزار و مهارها است. بسته به خدمات، چنین اقدامات اصلاحی ممکن است به صورت هفتگی یا حتی روزانه، بسته به شرایط عملیاتی مورد نیاز باشد.
چندین عامل تضمین جریان وجود دارد که می تواند بر ابزارهای اندازه گیری سطح مایع تأثیر منفی بگذارد. همه اینها عبارتند از:
نکته: در مرحله طراحی جداکننده هنگام انتخاب دستگاه تراز مناسب و در مواقعی که اندازه گیری تراز غیرعادی است، باید مشکل اطمینان از دبی صحیح را در نظر گرفت.
عوامل زیادی بر چگالی مایع در نزدیکی نازل ترانسمیتر سطح تأثیر می گذارد. تغییرات موضعی فشار و دما بر تعادل سیال تأثیر می گذارد و در نتیجه بر خوانش سطح و پایداری کل سیستم تأثیر می گذارد.
تغییرات موضعی در چگالی مایع و تغییرات امولسیونی در جداکننده مشاهده شد، جایی که نقطه تخلیه لوله نزولی/ تخلیه دمیستر در نزدیکی نازل فرستنده سطح مایع قرار دارد. مایعی که توسط حذف کننده غبار گرفته می شود با مقدار زیادی مایع مخلوط می شود و باعث تغییرات موضعی در چگالی می شود. نوسانات چگالی در سیالات کم چگالی بیشتر دیده می شود. این ممکن است منجر به نوسانات مداوم در اندازه گیری سطح روغن یا میعانات شود که به نوبه خود بر عملکرد کشتی و کنترل دستگاه های پایین دست تأثیر می گذارد.
توجه: نازل ترانسمیتر سطح مایع نباید نزدیک نقطه تخلیه نزولی باشد زیرا خطر ایجاد تغییرات چگالی متناوب وجود دارد که بر اندازه گیری سطح مایع تأثیر می گذارد.
مثالی که در شکل 2 نشان داده شده است، یک پیکربندی معمول لوله کشی سطح سنج است، اما می تواند مشکلاتی ایجاد کند. هنگامی که مشکلی در میدان وجود دارد، بررسی داده‌های فرستنده سطح مایع به این نتیجه می‌رسد که سطح مایع رابط به دلیل جداسازی ضعیف از بین می‌رود. با این حال، واقعیت این است که با جدا شدن آب بیشتر، شیر کنترل سطح خروجی به تدریج باز می شود و یک اثر Venturi در نزدیکی نازل زیر فرستنده تراز ایجاد می کند که کمتر از 0.5 متر (20 اینچ) از سطح آب فاصله دارد. نازل آب. این باعث افت فشار داخلی می شود که باعث می شود خواندن سطح رابط در فرستنده کمتر از خواندن سطح رابط در ظرف باشد.
مشاهدات مشابهی نیز در اسکرابر گزارش شده است که در آن نازل خروجی مایع در نزدیکی نازل زیر فرستنده سطح مایع قرار دارد.
موقعیت کلی نازل ها نیز بر عملکرد صحیح تأثیر می گذارد، به این معنا که نازل های روی محفظه جداکننده عمودی نسبت به نازل های واقع در سر پایین جداکننده سخت تر مسدود یا مسدود می شوند. مفهوم مشابهی در مورد ظروف افقی نیز صدق می‌کند، جایی که هرچه نازل پایین‌تر باشد، به مواد جامدی که ته نشین می‌شوند نزدیک‌تر است و احتمال گرفتگی آن را افزایش می‌دهد. این جنبه ها باید در مرحله طراحی کشتی در نظر گرفته شوند.
توجه: نازل ترانسمیتر سطح مایع نباید به نازل ورودی، نازل خروجی مایع یا گاز نزدیک باشد، زیرا خطر افت فشار داخلی وجود دارد که بر اندازه گیری سطح مایع تأثیر می گذارد.
ساختارهای داخلی مختلف ظرف به روش‌های مختلفی بر جداسازی سیالات تأثیر می‌گذارند، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، از جمله توسعه بالقوه گرادیان سطح مایع ناشی از سرریز بافل و در نتیجه افت فشار. این پدیده بارها در طول تحقیقات عیب یابی و تشخیص فرآیند مشاهده شده است.
بافل چند لایه معمولاً در محفظه جلوی جداکننده نصب می شود و به دلیل مشکل توزیع جریان در قسمت ورودی به راحتی زیر آب می رود. سرریز پس از آن باعث افت فشار در سراسر ظرف می شود و یک گرادیان سطح ایجاد می کند. این منجر به کاهش سطح مایع در جلوی ظرف می شود، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. با این حال، هنگامی که سطح مایع توسط دستگاه اندازه گیری سطح مایع در پشت ظرف کنترل می شود، انحراف در اندازه گیری انجام شده رخ می دهد. شیب سطح همچنین می تواند باعث ایجاد شرایط جداسازی ضعیف در ظرف فرآیند شود زیرا گرادیان سطح حداقل 50 درصد حجم مایع را از دست می دهد. علاوه بر این، می توان تصور کرد که ناحیه پرسرعت مربوطه ناشی از افت فشار، ناحیه گردشی ایجاد کند که منجر به از دست دادن حجم جداسازی شود.
وضعیت مشابهی می‌تواند در کارخانه‌های تولید شناور، مانند FPSO، که در آن از چندین پد متخلخل در ظرف فرآیند برای تثبیت حرکت سیال در ظرف استفاده می‌شود، رخ دهد.
علاوه بر این، حباب شدید گاز در ظرف افقی، تحت شرایط خاص، به دلیل انتشار کم گاز، گرادیان سطح مایع بالاتری را در انتهای جلو ایجاد می کند. این همچنین بر کنترل سطح در انتهای عقب ظرف تأثیر منفی می‌گذارد، که منجر به واگرایی اندازه‌گیری و در نتیجه عملکرد ضعیف ظرف می‌شود.
توجه: سطح گرادیان در اشکال مختلف مخازن فرآیند واقع بینانه است و این وضعیت باید به حداقل برسد زیرا باعث کاهش راندمان جداسازی می شود. برای جلوگیری از مشکلات شیب سطح مایع در ظرف، ساختار داخلی ظرف را بهبود بخشید و بافل‌های غیرضروری و/یا صفحات سوراخ‌دار را همراه با شیوه‌های عملیاتی خوب و آگاهی کاهش دهید.
این مقاله چندین عامل مهم را مورد بحث قرار می دهد که بر اندازه گیری سطح مایع جداکننده تأثیر می گذارد. خوانش سطح نادرست یا اشتباه می تواند باعث عملکرد ضعیف کشتی شود. پیشنهاداتی برای جلوگیری از این مشکلات ارائه شده است. اگرچه این به هیچ وجه فهرست جامعی نیست، اما به درک برخی از مشکلات احتمالی کمک می کند و در نتیجه به تیم عملیات کمک می کند تا مسائل بالقوه اندازه گیری و عملیاتی را درک کند.
در صورت امکان، بهترین شیوه ها را بر اساس درس های آموخته شده ایجاد کنید. با این حال، استاندارد صنعتی خاصی وجود ندارد که بتوان در این زمینه اعمال کرد. به منظور به حداقل رساندن خطرات مرتبط با انحرافات اندازه گیری و ناهنجاری های کنترلی، نکات زیر باید در طراحی و شیوه های عملیاتی آتی در نظر گرفته شود.
من می خواهم از کریستوفر کالی (استاد کمکی در دانشگاه استرالیای غربی در پرث، استرالیا، بازنشسته شورون/بی پی) تشکر کنم. Lawrence Coughlan (مشاور شرکت Lol Co Ltd. Aberdeen، بازنشسته شل) و Paul Georgie (مشاور Glasgow Geo Geo, Glasgow, UK) به دلیل پشتیبانی خود مقالات مورد بررسی و نقد قرار می گیرند. من همچنین می خواهم از اعضای کمیته فرعی فنی فناوری جداسازی SPE برای تسهیل انتشار این مقاله تشکر کنم. تشکر ویژه از اعضایی که مقاله را قبل از شماره نهایی بررسی کردند.
والی جورجی بیش از 4 سال تجربه در صنعت نفت و گاز، یعنی در عملیات نفت و گاز، پردازش، جداسازی، جابجایی سیالات و یکپارچگی سیستم، عیب یابی عملیاتی، رفع تنگناها، جداسازی نفت از آب، اعتبار سنجی فرآیند و فنی دارد. تخصص ارزیابی تمرین، کنترل خوردگی، نظارت بر سیستم، تزریق آب و تصفیه بهبود یافته بازیافت روغن، و سایر مسائل مربوط به جابجایی مایعات و گاز، از جمله تولید ماسه و جامد، شیمی تولید، تضمین جریان، و مدیریت یکپارچگی در سیستم فرآیند تصفیه.
او از سال 1979 تا 1987 در ابتدا در بخش خدمات در ایالات متحده، انگلستان، نقاط مختلف اروپا و خاورمیانه مشغول به کار شد. متعاقباً از سال 1987 تا 1999 در استات اویل (Equinor) در نروژ کار کرد و بر عملیات روزانه، توسعه پروژه‌های جدید میادین نفتی مرتبط با مسائل جداسازی نفت از آب، سیستم‌های گوگردزدایی و کم‌آبی تصفیه گاز، مدیریت آب تولیدی و رسیدگی به مسائل تولید جامد تمرکز کرد. سیستم تولید. او از مارس 1999 به عنوان مشاور مستقل در تولید نفت و گاز مشابه در سراسر جهان مشغول به کار است. علاوه بر این، جورجی به عنوان شاهد متخصص در پرونده های قانونی نفت و گاز در بریتانیا و استرالیا خدمت کرده است. او از سال 2016 تا 2017 به عنوان استاد برجسته SPE خدمت کرد.
او فوق لیسانس دارد. کارشناسی ارشد فناوری پلیمر، دانشگاه Loughborough، انگلستان. مدرک لیسانس مهندسی ایمنی از دانشگاه آبردین اسکاتلند و دکترای فناوری شیمیایی از دانشگاه Strathclyde، گلاسکو، اسکاتلند دریافت کرد. می توانید با او در wgeorgie@maxoilconsultancy.com تماس بگیرید.
جورجی در 9 ژوئن میزبان یک وبینار با عنوان "تفکیک عوامل طراحی و عملیاتی و تاثیر آنها بر عملکرد سیستم های آب تولیدی در تاسیسات خشکی و دریایی" بود. در صورت تقاضا در اینجا موجود است (رایگان برای اعضای SPE).
مجله فناوری نفت، نشریه شاخص انجمن مهندسین نفت است که در مورد پیشرفت فناوری اکتشاف و تولید، مسائل صنعت نفت و گاز و اخبار مربوط به SPE و اعضای آن توضیحات و موضوعات معتبری ارائه می دهد.