מפרידים חכמים: הפרדת שמן/מים ומתקני טיפול בגז-השפעת תנאי התהליך על מדידת מפלס הנוזל

כיול תקופתי של מכשירי כלי השיט חיוני כדי להבטיח את המשך הביצועים והתפקוד של כלי התהליך. כיול מכשירים שגויים מחמיר לעתים קרובות תכנון לקוי של כלי תהליך, וכתוצאה מכך פעולת מפריד לא מספקת ויעילות נמוכה. במקרים מסוימים, מיקום המכשיר יכול גם לגרום למדידות שגויות. מאמר זה מתאר כיצד תנאי תהליך יכולים לגרום לקריאות רמות שגויות או לא מובנות.
התעשייה השקיעה מאמצים רבים כדי לשפר את העיצוב והתצורה של כלי מפריד ומקרצף. עם זאת, הבחירה והתצורה של מכשירים קשורים זכתה לתשומת לב מועטה. בדרך כלל, המכשיר מוגדר לתנאי ההפעלה הראשוניים, אך לאחר תקופה זו, פרמטרי ההפעלה משתנים, או שמכניסים מזהמים נוספים, הכיול הראשוני אינו מתאים יותר ויש לשנותו. למרות שההערכה הכוללת בשלב בחירת המכשיר ברמה צריכה להיות מקיפה, תהליך השמירה על הערכה רציפה של טווח הפעולה וכל שינוי בכיול מחדש ותצורה מחדש של מכשירים קשורים בהתאם לצורך לאורך מחזור החיים של כלי התהליך לכן, ניסיון הראה שבהשוואה לתצורה הפנימית החריגה של המיכל, כשל המפריד שנגרם על ידי נתוני מכשירים שגויים הוא הרבה יותר.
אחד ממשתני בקרת התהליך המרכזיים הוא רמת הנוזל. שיטות נפוצות למדידת מפלס הנוזל כוללות משקפי ראייה/מחווני זכוכית מפלס וחיישני לחץ דיפרנציאלי (DP). זכוכית הראייה היא שיטה למדידה ישירה של מפלס הנוזל, ועשויות להיות לה אפשרויות כגון עוקב מגנטי ו/או משדר מפלס המחובר לזכוכית מפלס נוזל שונה. מדי מפלס המשתמשים במצופים כחיישן המדידה הראשי נחשבים גם לאמצעי ישיר למדידת מפלס הנוזל בכלי התהליך. חיישן DP הוא שיטה עקיפה שקריאת המפלס שלה מבוססת על הלחץ ההידרוסטטי שמפעיל הנוזל ודורשת ידע מדויק על צפיפות הנוזל.
התצורה של הציוד הנ"ל דורשת בדרך כלל שימוש בשני חיבורי פיית אוגן לכל מכשיר, זרבובית עליונה וזרבובית תחתונה. על מנת להשיג את המדידה הנדרשת, מיקום הזרבובית חיוני. התכנון חייב להבטיח שהזרבובית תהיה תמיד במגע עם הנוזל המתאים, כגון שלבי המים והשמן עבור הממשק והשמן והקיטור עבור מפלס הנוזל בתפזורת.
מאפייני הנוזל בתנאי הפעלה בפועל עשויים להיות שונים ממאפייני הנוזל המשמשים לכיול, וכתוצאה מכך קריאות מפלס שגויות. בנוסף, המיקום של מד המפלס עלול לגרום גם לקריאות מפלס שגויות או לא מובנות. מאמר זה מספק כמה דוגמאות ללקחים שנלמדו בפתרון בעיות מפריד הקשורות למכשיר.
רוב טכניקות המדידה דורשות שימוש במאפיינים מדויקים ואמינים של הנוזל הנמדד כדי לכייל את המכשיר. המפרט הפיזי והתנאים של הנוזל (תחליב, שמן ומים) במיכל הם קריטיים לשלמות ולאמינות של טכנולוגיית המדידה המיושמת. לכן, אם יש להשלים נכון את הכיול של מכשירים קשורים כדי למקסם את הדיוק ולמזער את הסטייה של קריאות מפלס הנוזל, חשוב מאוד להעריך במדויק את המפרט של הנוזל המעובד. לכן, על מנת למנוע חריגה בקריאת מפלס הנוזל, יש לקבל נתונים מהימנים על ידי דגימה וניתוח שוטפים של הנוזל הנמדד, כולל דגימה ישירה מהמיכל.
משתנה עם הזמן. טבעו של נוזל התהליך הוא תערובת של שמן, מים וגז. לנוזל התהליך יכולים להיות משקלים סגוליים שונים בשלבים שונים בתוך כלי התהליך; כלומר, להיכנס לכלי כתערובת נוזלית או נוזל מתחלב, אך להשאיר את הכלי כשלב מובחן. בנוסף, ביישומי שטח רבים, נוזל התהליך מגיע ממאגרים שונים, שלכל אחד מהם מאפיינים שונים. זה יביא לעיבוד של תערובת של צפיפויות שונות דרך המפריד. לכן, לשינוי המתמשך של מאפייני הנוזל תהיה השפעה על הדיוק של מדידת מפלס הנוזל במיכל. למרות שטווח הטעות אולי לא יספיק כדי להשפיע על הפעולה הבטוחה של הספינה, זה ישפיע על יעילות ההפרדה והתפעול של המכשיר כולו. בהתאם לתנאי ההפרדה, שינוי בצפיפות של 5-15% עשוי להיות תקין. ככל שהמכשיר קרוב יותר לצינור הכניסה, כך הסטייה גדולה יותר, הנובעת מאופי האמולסיה ליד כניסת המיכל.
באופן דומה, ככל שמליחות המים משתנה, גם מד המפלס יושפע. במקרה של הפקת נפט, מליחות המים תשתנה עקב גורמים שונים כמו שינויים במי היווצרות או פריצת דרך של מי ים המוזרקים. ברוב שדות הנפט, השינוי במליחות עשוי להיות פחות מ-10-20%, אך במקרים מסוימים, השינוי עשוי להגיע ל-50%, במיוחד במערכות גז מעובה ובמערכות מאגרי תת-מלח. לשינויים אלו יכולה להיות השפעה משמעותית על מהימנות מדידת הרמה; לכן, עדכון כימיית הנוזל (שמן, עיבוי ומים) חיוני לשמירה על כיול המכשיר.
על ידי שימוש במידע המתקבל ממודלים של הדמיית תהליכים וניתוח נוזלים ודגימה בזמן אמת, ניתן גם לשפר את נתוני כיול מד הרמה. בתיאוריה, זו השיטה הטובה ביותר והיא משמשת כיום כתרגול סטנדרטי. עם זאת, על מנת לשמור על דיוק המכשיר לאורך זמן, יש לעדכן את נתוני ניתוח הנוזלים באופן קבוע כדי למנוע שגיאות פוטנציאליות שעלולות להיגרם מתנאי הפעלה, תכולת מים, עלייה ביחס שמן-אוויר ושינויים במאפייני הנוזל.
הערה: תחזוקה שוטפת ונכונה היא הבסיס להשגת נתוני מכשירים אמינים. הסטנדרטים ותדירות התחזוקה תלויים במידה רבה בפעילות המניעה והיומיומית הקשורה למפעל. במקרים מסוימים, אם יימצא צורך, יש לארגן מחדש סטיות מהפעילויות המתוכננות.
הערה: בנוסף לשימוש במאפייני הנוזל העדכניים ביותר לכיול מדי פעם של המונה, ניתן להשתמש רק באלגוריתמים רלוונטיים או בכלי בינה מלאכותית כדי לתקן את התנודות היומיות של נוזל התהליך כדי לקחת בחשבון תנודות תפעול תוך 24 שעות.
הערה: נתוני ניטור וניתוח מעבדה של נוזל הייצור יסייעו להבין חריגות פוטנציאליות בקריאות הרמות הנגרמות על ידי תחליב השמן בנוזל הייצור.
על פי מכשירי כניסה ורכיבים פנימיים שונים, הניסיון הראה כי דליפת גז ובעבוע בכניסה של מפרידים (בעיקר מפרידי גז עיבוי וסורבים אנכיים) תשפיע משמעותית על קריאות מפלס הנוזל, ועלולות להוביל לשליטה לקויה ואשר בוצעה. . הירידה בצפיפות הפאזה הנוזלית עקב תכולת הגז גורמת לרמת נוזלים נמוכה מזויפת, העלולה להוביל להכנסת נוזלים בשלב הגז ולהשפיע על יחידת הדחיסה של התהליך במורד הזרם.
אף על פי שחוו העברת גז והקצפה במערכת הנפט והגז/שמן הקונדנסט, המכשיר מכויל עקב תנודתיות צפיפות שמן הקונדנסט הנגרמת על ידי הגז המפוזר והמומס בשלב הקונדנסט במהלך הוצאת הגז או מכת הגז. לפי תהליך. השגיאה תהיה גבוהה יותר ממערכת השמן.
מדי הרמה בהרבה מקרצפים ומפרידים אנכיים עלולים להיות קשים לכיול נכון מכיוון שיש כמויות שונות של מים ועיבוי בשלב הנוזל, וברוב המקרים, לשני השלבים יש יציאת נוזל או קו יציאת מים משותף. מיותר בגלל לקוי. הפרדת מים. לכן, ישנה תנודה מתמשכת בצפיפות ההפעלה. במהלך הפעולה, השלב התחתון (בעיקר מים) ייפרק, ותותיר שכבת עיבוי גבוהה יותר בחלק העליון, כך שצפיפות הנוזל שונה, מה שיגרום למדידת מפלס הנוזל להשתנות עם שינוי יחס גובה שכבת הנוזל. תנודות אלו עלולות להיות קריטיות במיכלים קטנים יותר, להסתכן באובדן רמת ההפעלה האופטימלית, ובמקרים רבים, להפעיל נכון את ה-downcomer (המפלט של מסיר האירוסול המשמש לפריקת הנוזל) איטום הנוזל הנדרש.
רמת הנוזל נקבעת על ידי מדידת הפרש הצפיפות בין שני הנוזלים במצב שיווי משקל במפריד. עם זאת, כל הפרש לחצים פנימי עלול לגרום לשינוי ברמת הנוזל הנמדדת, ובכך לתת אינדיקציה לרמת נוזל שונה עקב ירידת הלחץ. לדוגמה, שינוי לחץ בין 100 ל-500 מ"ב (1.45 עד 7.25 psi) בין תאי המיכל עקב גלישת המבצר או כרית ההתאחדות יגרום לאובדן מפלס נוזל אחיד, וכתוצאה מכך מפלס הממשק במפריד. המדידה אובדת, וכתוצאה מכך שיפוע אופקי; כלומר, רמת הנוזל הנכונה בקצה הקדמי של הכלי מתחת לנקודת ההגדרה והקצה האחורי של המפריד בתוך הנקודה שנקבעה. בנוסף, אם קיים מרחק מסוים בין מפלס הנוזל לזרבובית של מד מפלס הנוזל העליון, עמודת הגז המתקבלת עלולה לגרום עוד יותר לשגיאות מדידת מפלס הנוזל בנוכחות קצף.
ללא קשר לתצורה של כלי התהליך, בעיה נפוצה שעלולה לגרום לסטיות במדידת מפלס הנוזל היא עיבוי נוזלים. כאשר צינור המכשיר וגוף המיכל מקוררים, ירידת הטמפרטורה עלולה לגרום להתעבות הגז המייצר נוזל בצינור המכשיר, ולגרום לקריאת מפלס הנוזל לסטות מהתנאים בפועל במיכל. תופעה זו אינה ייחודית לסביבה החיצונית הקרה. זה מתרחש בסביבה מדברית שבה הטמפרטורה החיצונית בלילה נמוכה מטמפרטורת התהליך.
מעקב אחר חום עבור מדי מפלס הוא דרך נפוצה למניעת עיבוי; עם זאת, הגדרת הטמפרטורה היא קריטית מכיוון שהיא עלולה לגרום לבעיה שהיא מנסה לפתור. על ידי הגדרת הטמפרטורה גבוהה מדי, הרכיבים הנדיפים יותר עלולים להתאדות, ולגרום לצפיפות הנוזל לעלות. מנקודת מבט תחזוקה, גם איתור חום עלול להיות בעייתי מכיוון שהוא ניזוק בקלות. אפשרות זולה יותר היא הבידוד (בידוד) של צינור המכשיר, שיכול לשמור ביעילות על טמפרטורת התהליך וטמפרטורת הסביבה החיצונית ברמה מסוימת ביישומים רבים. יצוין כי מנקודת מבט תחזוקה, גם הפיגור של צינור המכשיר עשוי להוות בעיה.
הערה: שלב תחזוקה שלעתים קרובות מתעלמים ממנו הוא שטיפת המכשיר והמושכות. בהתאם לשירות, פעולות מתקנות כאלה עשויות להידרש מדי שבוע או אפילו מדי יום, בהתאם לתנאי ההפעלה.
ישנם מספר גורמים להבטחת זרימה שיכולים להשפיע לרעה על מכשירי מדידה של רמת נוזל. כל אלה הם:
הערה: בשלב התכנון של המפריד, בעת בחירת מכשיר המפלס המתאים וכאשר מדידת המפלס אינה תקינה, יש לשקול את בעיית הבטחת קצב הזרימה הנכונה.
גורמים רבים משפיעים על צפיפות הנוזל ליד הזרבובית של משדר המפלס. שינויים מקומיים בלחץ ובטמפרטורה ישפיעו על מאזן הנוזלים, ובכך ישפיעו על קריאות המפלס ועל יציבות המערכת כולה.
שינויים מקומיים בצפיפות הנוזל ושינויי האמולסיה נצפו במפריד, כאשר נקודת הפריקה של צינור הנפילה/ניקוז של הפחם ממוקמת ליד הזרבובית של משדר מפלס הנוזל. הנוזל שנלכד על ידי מסלק הערפל מתערבב עם כמות גדולה של נוזל, וגורם לשינויים מקומיים בצפיפות. תנודות בצפיפות שכיחות יותר בנוזלים בצפיפות נמוכה. הדבר עלול לגרום לתנודות מתמשכות במדידת רמת הנפט או הקונדנסט, אשר בתורן משפיעות על פעולת הספינה ועל השליטה במכשירים במורד הזרם.
הערה: הזרבובית של משדר מפלס הנוזל לא צריכה להיות קרובה לנקודת הפריקה של המפלס מכיוון שיש סיכון לגרימת שינויי צפיפות לסירוגין, שישפיעו על מדידת מפלס הנוזל.
הדוגמה המוצגת באיור 2 היא תצורת צנרת נפוצה של מד מפלס, אך היא עלולה לגרום לבעיות. כאשר ישנה בעיה בשטח, סקירת נתוני משדר מפלס הנוזל מסיקה כי מפלס הנוזל בממשק אובד עקב הפרדה לקויה. עם זאת, העובדה היא שככל שיותר מים מופרדים, שסתום בקרת מפלס היציאה נפתח בהדרגה, ויוצר אפקט ונטורי ליד הזרבובית מתחת למשדר המפלס, שנמצא פחות מ-0.5 מ' (20 אינץ') ממפלס המים. פיית מים. זה גורם לירידת לחץ פנימית, הגורמת לקריאת רמת הממשק במשדר נמוכה יותר מקריאת רמת הממשק במיכל.
תצפיות דומות דווחו גם בסקרובר שבו פיית יציאת הנוזל ממוקמת ליד הפייה מתחת למשדר מפלס הנוזל.
המיקום הכללי של החרירים ישפיע גם על התפקוד הנכון, כלומר, קשה יותר לחסום או לסתום את החרירים על בית המפריד האנכי מאשר החרירים הממוקמים בראש התחתון של המפריד. תפיסה דומה חלה על מיכלים אופקיים, כאשר ככל שהזרבובית נמוכה יותר, כך היא קרובה יותר לכל מוצקים שמתיישבים, מה שהופך אותה לסתימה יותר. יש לקחת בחשבון היבטים אלה בשלב התכנון של כלי השיט.
הערה: הזרבובית של משדר מפלס הנוזל לא צריכה להיות קרובה לפיית הכניסה, פיית יציאת הנוזל או הגז, מכיוון שיש סיכון לירידת לחץ פנימית, שתשפיע על מדידת מפלס הנוזל.
מבנים פנימיים שונים של המיכל משפיעים על הפרדת הנוזלים בדרכים שונות, כפי שמוצג באיור 3, לרבות התפתחות פוטנציאלית של שיפועים ברמת הנוזל הנגרמים על ידי הצפת הבלבול, וכתוצאה מכך לירידות לחץ. תופעה זו נצפתה פעמים רבות במהלך פתרון בעיות ואבחון תהליכים.
המבצר הרב-שכבתי מותקן בדרך כלל במיכל בקדמת המפריד, וקל לטבול אותו בגלל בעיית פיזור הזרימה בחלק הכניסה. ההצפה גורמת אז לירידה בלחץ על פני הכלי, ויוצרת שיפוע מפלס. כתוצאה מכך מפלס נוזל נמוך יותר בקדמת המיכל, כפי שמוצג באיור 3. עם זאת, כאשר מפלס הנוזל נשלט על ידי מד מפלס הנוזל בחלקו האחורי של המיכל, יתרחשו סטיות במדידה שבוצעה. שיפוע המפלס יכול גם לגרום לתנאי הפרדה גרועים בכלי התהליך מכיוון ששיפוע המפלס מאבד לפחות 50% מנפח הנוזל. בנוסף, ניתן להעלות על הדעת שהאזור המהיר הרלוונטי שנגרם עקב ירידת הלחץ ייצור אזור מחזוריות המוביל לאובדן נפח הפרדה.
מצב דומה יכול להתרחש במפעלי ייצור צפים, כגון FPSO, שבהם נעשה שימוש במספר רפידות נקבוביות בכלי התהליך כדי לייצב את תנועת הנוזל בכלי.
כמו כן, הובלת הגז החמורה במיכל האופקי, בתנאים מסוימים, עקב פיזור הגז הנמוך, תיצור שיפוע מפלס נוזל גבוה יותר בקצה הקדמי. זה גם ישפיע לרעה על בקרת המפלס בקצה האחורי של המיכל, וכתוצאה מכך סטייה במדידה, וכתוצאה מכך ביצועי מיכל גרועים.
הערה: רמת השיפוע בצורות שונות של כלי תהליך היא ריאלית, ויש למזער מצב זה מכיוון שהם יגרמו לירידה ביעילות ההפרדה. שפר את המבנה הפנימי של המיכל והפחת בילבולים מיותרים ו/או לוחות מחוררים, יחד עם נוהלי הפעלה ומודעות טובים, כדי למנוע בעיות שיפוע מפלס נוזלים במיכל.
מאמר זה דן במספר גורמים חשובים המשפיעים על מדידת רמת הנוזל של המפריד. קריאות מפלס לא נכונות או לא מובנות עלולות לגרום לתפעול לקוי של כלי השיט. הוצעו כמה הצעות כדי למנוע בעיות אלה. למרות שזו אינה רשימה ממצה, היא עוזרת להבין כמה בעיות פוטנציאליות, ובכך עוזרת לצוות התפעול להבין בעיות מדידה ותפעוליות פוטנציאליות.
במידת האפשר, קבע שיטות עבודה מומלצות המבוססות על לקחים שנלמדו. עם זאת, אין תקן ספציפי בתעשייה שניתן ליישם בתחום זה. על מנת למזער את הסיכונים הכרוכים בחריגות מדידה וחריגות בקרה, יש לשקול את הנקודות הבאות בשיטות התכנון והתפעול העתידיות.
ברצוני להודות לכריסטופר קאלי (פרופסור משנה באוניברסיטת מערב אוסטרליה בפרת', אוסטרליה, פנסיונר שברון/BP); Lawrence Coughlan (יועץ Lol Co Ltd. Aberdeen, פנסיונר של Shell) ופול ג'ורג'י (יועץ גיאוגרפי גיאוגרפי של גלזגו, גלזגו, בריטניה) על תמיכתם המאמרים זוכים לביקורת עמיתים ולביקורת. ברצוני להודות גם לחברי ועדת המשנה הטכנית של SPE Separation Technology על שהקלו על פרסום מאמר זה. תודה מיוחדת לחברים שבדקו את העיתון לפני הגיליון האחרון.
לוואלי ג'ורג'י יש יותר מ-4 שנות ניסיון בתעשיית הנפט והגז, כלומר בתפעול נפט וגז, עיבוד, הפרדה, טיפול בנוזלים ושלמות המערכת, איתור תקלות תפעוליות, ביטול צווארי בקבוק, הפרדת נפט/מים, אימות תהליכים וטכני. מומחיות תרגול הערכה, בקרת קורוזיה, ניטור מערכות, הזרקת מים וטיפול משופר בשחזור נפט, וכל שאר נושאי הטיפול בנוזלים ובגז, לרבות ייצור חול ומוצק, כימיית ייצור, הבטחת זרימה וניהול תקינות במערכת תהליך הטיפול.
מ-1979 עד 1987, הוא עבד בתחילה במגזר השירותים בארצות הברית, בבריטניה, בחלקים שונים של אירופה ובמזרח התיכון. לאחר מכן, הוא עבד ב-Statoil (Equinor) בנורבגיה משנת 1987 עד 1999, תוך התמקדות בפעילות יומיומית, פיתוח פרויקטים חדשים של שדות נפט הקשורים לנושאי הפרדת נפט-מים, מערכות לטיפול בגז ופיזור גז, ניהול מים בייצור וטיפול בבעיות ייצור מוצקים. מערכת ייצור. מאז מרץ 1999 הוא עובד כיועץ עצמאי בהפקת נפט וגז דומים ברחבי העולם. בנוסף, ג'ורג'י שימש כעד מומחה בתיקי נפט וגז משפטיים בבריטניה ובאוסטרליה. הוא שימש כמרצה מכובד של SPE מ-2016 עד 2017.
יש לו תואר שני. תואר שני בטכנולוגיית פולימרים, אוניברסיטת לובורו, בריטניה. קיבל תואר ראשון בהנדסת בטיחות מאוניברסיטת אברדין, סקוטלנד, ותואר דוקטור בטכנולוגיה כימית מאוניברסיטת Strathclyde, גלזגו, סקוטלנד. אתה יכול ליצור איתו קשר בכתובת wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
ג'ורג'י אירח סמינר מקוון ב-9 ביוני "הפרדת גורמי תכנון ותפעול והשפעתם על הביצועים של מערכות מים מיוצרות במתקנים יבשתיים וימיים". זמין לפי דרישה כאן (חינם לחברי SPE).
Journal of Petroleum Technology הוא מגזין הדגל של אגודת מהנדסי הנפט, המספק תדרוכים ונושאים סמכותיים על קידום טכנולוגיית חיפוש והפקה, סוגיות של תעשיית הנפט והגז וחדשות על SPE וחבריה.