Astian instrumenttien säännöllinen kalibrointi on välttämätöntä prosessiastian jatkuvan suorituskyvyn ja toiminnan varmistamiseksi. Instrumentin virheellinen kalibrointi pahentaa usein huonoa prosessiastian suunnittelua, mikä johtaa erottimen epätyydyttävään toimintaan ja alhaiseen hyötysuhteeseen. Joissakin tapauksissa instrumentin asento voi myös aiheuttaa virheellisiä mittauksia. Tässä artikkelissa kuvataan, kuinka prosessiolosuhteet voivat aiheuttaa vääriä tai väärinymmärrettyjä tasolukemia.
Teollisuus on käyttänyt paljon vaivaa parantaakseen erotin- ja pesuriastioiden suunnittelua ja konfiguraatiota. Asiaan liittyvien instrumenttien valintaan ja konfigurointiin on kuitenkin kiinnitetty vain vähän huomiota. Yleensä laite konfiguroidaan alkuperäisiä käyttöolosuhteita varten, mutta tämän ajanjakson jälkeen toimintaparametrit muuttuvat tai siihen tulee lisää epäpuhtauksia, alkuperäinen kalibrointi ei enää sovellu ja sitä on muutettava. Vaikka kokonaisarvioinnin tason instrumentin valintavaiheessa tulisi olla kattava, toiminta-alueen jatkuvan arvioinnin ylläpitäminen ja mahdolliset muutokset asiaan liittyvien instrumenttien asianmukaiseen uudelleenkalibrointiin ja uudelleenkonfigurointiin tarpeen mukaan koko prosessiastian elinkaaren ajan. on osoittanut, että säiliön epänormaaliin sisäiseen konfiguraatioon verrattuna virheellisten instrumenttitietojen aiheuttama erottimen vika on paljon suurempi.
Yksi tärkeimmistä prosessin ohjausmuuttujista on nesteen taso. Yleisiä nestetason mittausmenetelmiä ovat näkölasit/tasolasiindikaattorit ja paine-eroanturit (DP). Tarkkailulasi on menetelmä nestepinnan suoraan mittaamiseen, ja siinä voi olla vaihtoehtoja, kuten magneettinen seuraaja ja/tai pinnankorkeuslähetin, joka on liitetty muunneltuun nestetason lasiin. Tasomittarit, jotka käyttävät kellukkeita päämittausanturina, katsotaan myös suoraksi välineeksi nestepinnan mittaamiseen prosessiastiassa. DP-anturi on epäsuora menetelmä, jonka tasonlukema perustuu nesteen kohdistamaan hydrostaattiseen paineeseen ja vaatii tarkkaa tietoa nesteen tiheydestä.
Yllä olevan laitteiston konfiguraatio vaatii tavallisesti kahden laippasuuttimen käytön jokaista instrumenttia kohden, ylemmän suuttimen ja alasuuttimen. Vaaditun mittauksen saavuttamiseksi suuttimen sijoitus on välttämätöntä. Suunnittelussa on varmistettava, että suutin on aina kosketuksissa sopivan nesteen kanssa, kuten vesi- ja öljyfaasit rajapinnalle ja öljy ja höyry nestepinnalle.
Nesteen ominaisuudet todellisissa käyttöolosuhteissa voivat poiketa kalibrointiin käytetyistä nesteominaisuuksista, mikä johtaa virheellisiin tasolukemiin. Lisäksi tasomittarin sijainti voi myös aiheuttaa vääriä tai väärinymmärrettyjä tasolukemia. Tässä artikkelissa on esimerkkejä instrumentteihin liittyvien erotinongelmien ratkaisemisesta saaduista opetuksista.
Useimmat mittaustekniikat edellyttävät mitattavan nesteen tarkkojen ja luotettavien ominaisuuksien käyttöä instrumentin kalibroimiseksi. Säiliössä olevan nesteen (emulsio, öljy ja vesi) fyysiset tiedot ja olosuhteet ovat kriittisiä käytetyn mittaustekniikan eheyden ja luotettavuuden kannalta. Siksi, jos asiaan liittyvien instrumenttien kalibrointi on suoritettava oikein, jotta voidaan maksimoida tarkkuus ja minimoida nestetason lukemien poikkeama, on erittäin tärkeää arvioida tarkasti käsitellyn nesteen tekniset tiedot. Siksi, jotta vältetään poikkeamat nesteen pinnankorkeuslukemissa, luotettavat tiedot on hankittava ottamalla säännöllisesti näytteitä ja analysoimalla mitattua nestettä, mukaan lukien suora näytteenotto säiliöstä.
Muuta ajan kanssa. Prosessineste on luonteeltaan öljyn, veden ja kaasun seos. Prosessinesteellä voi olla erilainen ominaispaino prosessiastian eri vaiheissa; eli syötä astiaan nesteseoksena tai emulgoituneena nesteenä, mutta poistu astiasta erillisenä faasina. Lisäksi monissa kenttäsovelluksissa prosessineste tulee eri säiliöistä, joilla kullakin on erilaiset ominaisuudet. Tämä johtaa siihen, että erottimen läpi käsitellään eri tiheyksien seos. Siksi nesteen ominaisuuksien jatkuva muutos vaikuttaa säiliön nestetason mittauksen tarkkuuteen. Vaikka virhemarginaali ei välttämättä riitä vaikuttamaan aluksen turvalliseen toimintaan, se vaikuttaa erottelutehokkuuteen ja koko laitteen toimivuuteen. Erotusolosuhteista riippuen 5-15 %:n tiheyden muutos voi olla normaalia. Mitä lähempänä instrumentti on tuloputkea, sitä suurempi on poikkeama, joka johtuu emulsion luonteesta lähellä säiliön sisääntuloa.
Samoin veden suolaisuuden muuttuessa se vaikuttaa myös pinnankorkeusmittariin. Öljytuotannon tapauksessa veden suolaisuus muuttuu eri tekijöiden, kuten muodostumisveden muutosten tai ruiskutetun meriveden läpimurron vuoksi. Useimmilla öljykentillä suolapitoisuuden muutos voi olla alle 10-20 %, mutta joissain tapauksissa muutos voi olla jopa 50 %, erityisesti lauhdekaasujärjestelmissä ja suolasuolavarastojärjestelmissä. Näillä muutoksilla voi olla merkittävä vaikutus tasonmittauksen luotettavuuteen; siksi nestekemian (öljy, kondensaatti ja vesi) päivittäminen on välttämätöntä instrumentin kalibroinnin ylläpitämiseksi.
Prosessimulaatiomalleista ja nesteanalyysistä ja reaaliaikaisesta näytteenotosta saatua tietoa käyttämällä voidaan myös parantaa tasomittarin kalibrointitietoja. Teoriassa tämä on paras menetelmä ja sitä käytetään nykyään vakiokäytäntönä. Jotta instrumentti pysyy ajan mittaan tarkkana, nesteanalyysitiedot tulee kuitenkin päivittää säännöllisesti, jotta vältetään mahdolliset virheet, jotka voivat johtua käyttöolosuhteista, vesipitoisuudesta, öljy-ilma-suhteen kasvusta ja nesteen ominaisuuksien muutoksista.
Huomautus: Säännöllinen ja asianmukainen huolto on perusta luotettavien instrumenttitietojen saamiseksi. Huoltostandardit ja huoltotiheys riippuvat suurelta osin siihen liittyvistä ennaltaehkäisevistä ja päivittäisistä tehdastoiminnoista. Joissain tapauksissa, jos katsotaan tarpeelliseksi, poikkeamat suunnitelluista toiminnoista tulee järjestää uudelleen.
Huomautus: Sen lisäksi, että mittarin kalibrointiin käytetään uusimpia nesteominaisuuksia, vain asiaankuuluvia algoritmeja tai tekoälytyökaluja voidaan käyttää korjaamaan prosessinesteen päivittäisiä vaihteluita 24 tunnin sisällä tapahtuvien käyttövaihteluiden huomioon ottamiseksi.
Huomautus: Tuotantonesteen seurantatiedot ja laboratorioanalyysit auttavat ymmärtämään tuotantonesteen öljyemulsion aiheuttamia mahdollisia tasolukemien poikkeavuuksia.
Erilaisten tulolaitteiden ja sisäisten komponenttien mukaan kokemus on osoittanut, että kaasun tunkeutuminen ja kupliminen erottimien (pääasiassa pystysuorassa kaasun kondensaatin erottimissa ja pesureissa) sisääntulossa vaikuttavat merkittävästi nestetasolukemiin ja voivat johtaa huonoon hallintaan ja . Kaasupitoisuudesta johtuva nestefaasin tiheyden pieneneminen johtaa väärään matalaan nestetasoon, mikä voi johtaa nesteen imeytymiseen kaasufaasiin ja vaikuttaa prosessin loppupään puristusyksikköön.
Vaikka öljy- ja kaasu/kondensaattiöljyjärjestelmässä on havaittu kaasua ja vaahtoamista, laite on kalibroitu johtuen lauhdeöljyn tiheyden vaihtelusta, joka johtuu lauhdefaasissa hajaantuneesta ja liuenneesta kaasusta kaasun sisäänoton tai kaasun puhalluksen aikana. prosessin mukaan. Virhe on suurempi kuin öljyjärjestelmä.
Monien pystysuuntaisten pesureiden ja erottimien pinnankorkeusmittareita voi olla vaikea kalibroida oikein, koska nestefaasissa on erilaisia määriä vettä ja kondensaattia, ja useimmissa tapauksissa molemmilla vaiheilla on yhteinen nesteen poisto- tai vedenpoistoputki Tarpeeton huonon tilan vuoksi. veden erotus. Siksi toimintatiheydessä on jatkuvaa vaihtelua. Käytön aikana pohjafaasi (pääasiassa vesi) poistuu, jolloin päälle jää korkeampi lauhdekerros, joten nesteen tiheys on erilainen, mikä aiheuttaa nestepinnan mittauksen muuttumisen nestekerroksen korkeussuhteen muutoksen myötä. Nämä vaihtelut voivat olla kriittisiä pienemmissä säiliöissä, jolloin vaarana on menettää optimaalinen toimintataso ja monissa tapauksissa käyttää alasputkea (nesteen poistamiseen käytettävän aerosolinpoistolaitteen alasputkea) oikein. Vaadittu nestetiiviste.
Nesteen taso määritetään mittaamalla erottimessa tasapainotilassa olevan nesteen välinen tiheysero. Sisäinen paine-ero voi kuitenkin aiheuttaa muutoksen mitattuun nesteen tasoon ja siten antaa erilaisen nestetason ilmaisun paineen laskun vuoksi. Esimerkiksi paineenmuutos välillä 100 - 500 mbar (1,45 - 7,25 psi) säiliöosastojen välillä ohjauslevyn tai sulatustyynyn ylivuodon vuoksi aiheuttaa tasaisen nestepinnan menetyksen, mikä johtaa erottimen rajapinnan tasoon. mittaus menetetään, mikä johtaa vaakasuuntaiseen gradienttiin; eli oikea nestetaso astian etupäässä asetuspisteen alapuolella ja erottimen takapäässä asetuspisteen sisällä. Lisäksi, jos nestepinnan ja ylemmän nestetason mittarin suuttimen välillä on tietty etäisyys, tuloksena oleva kaasupylväs voi edelleen aiheuttaa nestepinnan mittausvirheitä vaahdon läsnä ollessa.
Prosessiastian konfiguraatiosta riippumatta yleinen ongelma, joka voi aiheuttaa poikkeamia nestepinnan mittauksessa, on nesteen kondensoituminen. Kun instrumenttiputki ja säiliön runko jäähtyvät, lämpötilan lasku saattaa saada instrumenttiputkessa nestettä tuottavan kaasun kondensoitumaan, jolloin nestetasoarvo poikkeaa säiliön todellisista olosuhteista. Tämä ilmiö ei ole ainutlaatuinen kylmässä ulkoisessa ympäristössä. Sitä esiintyy autiomaassa ympäristössä, jossa ulkolämpötila yöllä on alhaisempi kuin prosessilämpötila.
Tasomittareiden lämmönseuranta on yleinen tapa estää kondensaatiota; lämpötila-asetus on kuitenkin kriittinen, koska se voi aiheuttaa ongelman, jota se yrittää ratkaista. Asettamalla lämpötila liian korkeaksi, haihtuvat komponentit voivat haihtua, jolloin nesteen tiheys kasvaa. Kunnossapidon kannalta lämpöjäljitys voi myös olla ongelmallista, koska se vaurioituu helposti. Edullisempi vaihtoehto on instrumenttiputken eristys (eristys), joka pystyy tehokkaasti pitämään prosessin lämpötilan ja ulkoisen ympäristön lämpötilan tietyllä tasolla monissa sovelluksissa. On huomattava, että kunnossapidon kannalta ongelmana voi olla myös instrumenttiputken viive.
Huomautus: Huoltovaihe, joka jää usein huomiotta, on instrumentin ja ohjasten huuhtelu. Palvelusta riippuen tällaisia korjaavia toimenpiteitä voidaan tarvita viikoittain tai jopa päivittäin käyttöolosuhteista riippuen.
On olemassa useita virtauksenvarmistustekijöitä, jotka voivat vaikuttaa negatiivisesti nestetason mittauslaitteisiin. kaikki nämä ovat:
Huomautus: Erottimen suunnitteluvaiheessa, sopivaa tasoinstrumenttia valittaessa ja kun pinnankorkeusmittaus on epänormaali, tulee ottaa huomioon oikea virtausnopeuden varmistusongelma.
Monet tekijät vaikuttavat nesteen tiheyteen tasolähettimen suuttimen lähellä. Paikalliset paineen ja lämpötilan muutokset vaikuttavat nestetasapainoon ja siten tasolukemiin ja koko järjestelmän vakauteen.
Paikallisia muutoksia nesteen tiheydessä ja emulsiomuutoksia havaittiin erottimessa, jossa huurteenpoistolaitteen alas-/tyhjennysputken poistokohta sijaitsee lähellä nestepinnan pinnankorkeuslähettimen suutinta. Sumunpoistolaitteen vangitsema neste sekoittuu suureen määrään nestettä aiheuttaen paikallisia tiheysmuutoksia. Tiheyden vaihtelut ovat yleisempiä pienitiheyksisissä nesteissä. Tämä voi johtaa jatkuviin vaihteluihin öljyn tai lauhteen pinnan mittauksessa, mikä puolestaan vaikuttaa aluksen toimintaan ja alavirran laitteiden ohjaukseen.
Huomautus: Nesteen pinnankorkeuden lähettimen suutin ei saa olla lähellä laskuputken poistokohtaa, koska on olemassa vaara aiheuttaa ajoittaisia tiheyden muutoksia, jotka vaikuttavat nestepinnan tason mittaukseen.
Kuvan 2 esimerkki on yleinen tasomittarin putkistokokoonpano, mutta se voi aiheuttaa ongelmia. Kun kentällä on ongelma, nestepinnan tasolähettimen tietojen tarkastelu päätyy siihen, että rajapinnan nestetaso menetetään huonon erotuksen vuoksi. Tosiasia kuitenkin on, että kun vettä erotetaan enemmän, poistoaukon tasonsäätöventtiili avautuu vähitellen, mikä luo Venturi-ilmiön lähelle tasolähettimen alla olevaa suutinta, joka on alle 0,5 m (20 tuumaa) vedenpinnasta. Vesisuutin. Tämä aiheuttaa sisäisen paineen alenemisen, mikä aiheuttaa sen, että liitäntätason lukema lähettimessä on pienempi kuin säiliön rajapintataso.
Samanlaisia havaintoja on raportoitu myös pesurissa, jossa nesteen poistosuutin sijaitsee lähellä nestetasolähettimen alla olevaa suutinta.
Oikeaan toimintaan vaikuttaa myös suuttimien yleinen sijoittelu, eli pystysuoran erottimen kotelon suuttimet ovat vaikeammin tukkeutuvat tai tukkeutuvat kuin erottimen alaosassa olevat suuttimet. Samanlainen käsite pätee vaakasuoraan astiaan, jossa mitä alempi suutin on, sitä lähempänä se on laskeutuvia kiintoaineita, mikä tekee siitä todennäköisemmän tukkeutumisen. Nämä näkökohdat tulee ottaa huomioon aluksen suunnitteluvaiheessa.
Huomautus: Nestetason lähettimen suutin ei saa olla lähellä tulosuutinta, nesteen tai kaasun poistosuutinta, koska on olemassa sisäisen paineen putoamisen vaara, mikä vaikuttaa nestetason mittaukseen.
Säiliön erilaiset sisäiset rakenteet vaikuttavat nesteiden erottumiseen eri tavoin, kuten kuvassa 3 on esitetty, mukaan lukien mahdolliset nestepinnan gradientit, jotka aiheutuvat ohjauslevyn ylivuodosta, mikä johtaa paineen laskuun. Tämä ilmiö on havaittu moneen kertaan vianmäärityksen ja prosessidiagnoosin tutkimuksen aikana.
Monikerroksinen ohjauslevy asennetaan yleensä säiliöön erottimen etuosaan, ja se on helppo upottaa tuloosan virtauksen jakautumisongelman vuoksi. Ylivuoto aiheuttaa sitten paineen laskun astian poikki, mikä luo tasogradientin. Tämä johtaa alhaisempaan nestetasoon säiliön etuosassa, kuten kuvassa 3 on esitetty. Kuitenkin, kun nestetasoa ohjataan säiliön takaosassa olevalla nestetasomittarilla, suoritetussa mittauksessa esiintyy poikkeamia. Tasogradientti voi myös aiheuttaa huonoja erotusolosuhteita prosessiastiassa, koska tasogradientti menettää vähintään 50 % nestetilavuudesta. Lisäksi on ajateltavissa, että painehäviön aiheuttama asianmukainen suurnopeusalue tuottaa kiertoalueen, joka johtaa erotustilavuuden menetykseen.
Samanlainen tilanne voi esiintyä kelluvissa tuotantolaitoksissa, kuten FPSO:ssa, joissa prosessiastiassa käytetään useita huokoisia tyynyjä stabiloimaan nesteen liikettä astiassa.
Lisäksi vaakasuuntaisessa säiliössä oleva voimakas kaasun imeytyminen tietyissä olosuhteissa alhaisesta kaasudiffuusiosta johtuen tuottaa korkeamman nestetason gradientin etupäässä. Tämä vaikuttaa haitallisesti myös säiliön takapään pinnankorkeuden säätöön, mikä johtaa mittauseroihin, mikä johtaa säiliön huonoon suorituskykyyn.
Huomautus: Gradienttitaso eri tyyppisissä prosessiastioissa on realistinen, ja tämä tilanne tulisi minimoida, koska ne heikentävät erotustehokkuutta. Paranna säiliön sisäistä rakennetta ja vähennä tarpeettomia välilevyjä ja/tai rei'itettyjä levyjä yhdistettynä hyviin toimintatapoihin ja tietoisuuteen, jotta vältytään nestetason gradientti-ongelmista säiliössä.
Tässä artikkelissa käsitellään useita tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat erottimen nestetason mittaukseen. Väärät tai väärinymmärretyt tasolukemat voivat heikentää aluksen toimintaa. On tehty joitain ehdotuksia näiden ongelmien välttämiseksi. Vaikka tämä ei suinkaan ole tyhjentävä luettelo, se auttaa ymmärtämään joitakin mahdollisia ongelmia, mikä auttaa operatiivista tiimiä ymmärtämään mahdollisia mittaus- ja käyttöongelmia.
Jos mahdollista, luo parhaat käytännöt saatujen kokemusten perusteella. Ei kuitenkaan ole olemassa erityistä alan standardia, jota voitaisiin soveltaa tällä alalla. Mittauspoikkeamiin ja säätöpoikkeamiin liittyvien riskien minimoimiseksi seuraavat seikat tulee ottaa huomioon tulevissa suunnittelu- ja käyttökäytännöissä.
Haluan kiittää Christopher Kallia (avustaja Länsi-Australian yliopistossa Perthissä, Australiassa, Chevron/BP:n eläkeläinen); Lawrence Coughlan (Lol Co Ltd. Aberdeenin konsultti, Shellin eläkeläinen) ja Paul Georgie (Glasgow Geo Geo -konsultti, Glasgow, Iso-Britannia) heidän tuestaan Paperit ovat vertaisarvioituja ja kritisoituja. Haluan myös kiittää SPE:n erotusteknologian teknisen alakomitean jäseniä tämän artikkelin julkaisemisen helpottamisesta. Erityiset kiitokset jäsenille, jotka arvostelivat lehden ennen viimeistä numeroa.
Wally Georgiella on yli 4 vuoden kokemus öljy- ja kaasuteollisuudesta, nimittäin öljy- ja kaasutoiminnoista, prosessoinnista, erotuksesta, nesteiden käsittelystä ja järjestelmän eheydestä, toiminnan vianetsinnästä, pullonkaulojen poistamisesta, öljyn/veden erotuksesta, prosessien validoinnista ja teknisestä asiantuntemus Käytännön arviointi, korroosionhallinta, järjestelmän valvonta, veden ruiskutus ja tehostettu öljyn talteenottokäsittely sekä kaikki muut nesteiden ja kaasun käsittelyyn liittyvät asiat, mukaan lukien hiekan ja kiintoaineen tuotanto, tuotantokemia, virtauksen varmistaminen ja käsittelyprosessijärjestelmän eheyden hallinta.
Vuodesta 1979 vuoteen 1987 hän työskenteli palvelualalla Yhdysvalloissa, Isossa-Britanniassa, eri puolilla Eurooppaa ja Lähi-idässä. Myöhemmin hän työskenteli Statoilissa (Equinor) Norjassa vuosina 1987–1999 keskittyen päivittäiseen toimintaan, uusien öljykenttäprojektien kehittämiseen liittyen öljy-veden erotusongelmiin, kaasunkäsittelyn rikinpoisto- ja dehydratointijärjestelmiin, tuotettu vesihuolto ja kiinteiden tuotantoongelmien käsittely. tuotantojärjestelmä. Maaliskuusta 1999 lähtien hän on työskennellyt riippumattomana konsulttina vastaavassa öljyn ja kaasun tuotannossa ympäri maailmaa. Lisäksi Georgie on toiminut asiantuntijatodistajana laillisissa öljy- ja kaasutapauksissa Isossa-Britanniassa ja Australiassa. Hän toimi SPE:n ansioituneena luennoitsijana vuosina 2016–2017.
Hänellä on maisterin tutkinto. Polymeeritekniikan maisteri, Loughborough University, Iso-Britannia. Hän on suorittanut turvallisuustekniikan kandidaatin tutkinnon Aberdeenin yliopistosta Skotlannista ja tohtorin tutkinnon kemian tekniikasta Strathclyden yliopistosta Glasgow'sta, Skotlannista. Voit ottaa häneen yhteyttä osoitteessa wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Georgie isännöi webinaarin 9. kesäkuuta "Suunnittelu- ja toimintatekijöiden erottaminen toisistaan ja niiden vaikutus tuotettujen vesijärjestelmien suorituskykyyn maalla ja offshore-asennuksissa". Saatavilla pyynnöstä täältä (SPE-jäsenille ilmainen).
Journal of Petroleum Technology on Petroleum Engineersin lippulaivalehti, joka tarjoaa arvovaltaisia tiedotustilaisuuksia ja aiheita etsintä- ja tuotantoteknologian edistymisestä, öljy- ja kaasuteollisuuden ongelmista sekä uutisia SPE:stä ja sen jäsenistä.
Postitusaika: 17.6.2021
