プロセス容器の継続的な性能と機能を確保するには、容器計器の定期的な校正が不可欠です。 機器の校正が正しくないと、処理容器の設計が悪化し、分離器の動作が不十分になり、効率が低下することがよくあります。 場合によっては、機器の位置によっても誤った測定が発生する可能性があります。 この記事では、プロセス条件がどのようにしてレベル読み取り値の不正確または誤解を引き起こす可能性があるかを説明します。
業界は、分離器およびスクラバー容器の設計と構成を改善するために多大な努力を費やしてきました。 しかし、関連する機器の選択と構成はほとんど注目されていません。 通常、機器は初期動作条件に合わせて設定されますが、この期間を過ぎると動作パラメータが変化したり、追加の汚染物質が導入されたりすると、初期校正は適切ではなくなるため、変更する必要があります。 レベル機器の選択段階での全体的な評価は包括的である必要がありますが、プロセス容器のライフサイクル全体を通じて、動作範囲の継続的な評価と、必要に応じて関連機器の適切な再校正および再構成への変更を維持するプロセスが必要となるため、経験が必要です。は、コンテナの異常な内部構成と比較して、不正確な機器データによって引き起こされる分離器の故障の方がはるかに多いことを示しました。
重要なプロセス制御変数の 1 つは液面レベルです。 液体レベルを測定する一般的な方法には、サイトグラス/レベルグラスインジケーターと差圧 (DP) センサーが含まれます。 サイトグラスは液面を直接測定する方法であり、改良された液面ガラスに接続された磁気フォロアやレベルトランスミッターなどのオプションを備えている場合があります。 主な測定センサーとしてフロートを使用するレベルゲージも、プロセス容器内の液体レベルを測定する直接的な手段とみなされます。 DP センサーは間接的な方法であり、そのレベルの読み取りは流体によって加えられる静水圧に基づいており、流体の密度についての正確な知識が必要です。
上記の機器の構成では、通常、機器ごとに上部ノズルと下部ノズルの 2 つのフランジ ノズル接続を使用する必要があります。 必要な測定を達成するには、ノズルの位置決めが不可欠です。 設計では、ノズルが常に、界面の水相と油相、バルク液面の油と蒸気などの適切な流体と接触するようにする必要があります。
実際の使用条件での流体特性は、校正に使用する流体特性と異なる場合があり、その結果、レベルの読み取り値が誤る場合があります。 さらに、レベルゲージの位置によっても、レベルの読み取り値が誤ったり誤解されたりする可能性があります。 この記事では、機器関連のセパレータの問題を解決する際に得られた教訓の例をいくつか紹介します。
ほとんどの測定技術では、機器を校正するために、測定対象の流体の正確で信頼性の高い特性を使用する必要があります。 容器内の液体 (エマルション、油、水) の物理的仕様と状態は、適用される測定技術の完全性と信頼性にとって非常に重要です。 したがって、関連機器の校正を正確に完了して精度を最大化し、液面読み取り値の偏差を最小限に抑えるには、処理流体の仕様を正確に評価することが非常に重要です。 したがって、液面の読み取り値にずれが生じないようにするには、容器から直接サンプリングするなど、測定流体を定期的にサンプリングして分析し、信頼性の高いデータを取得する必要があります。
時間とともに変化します。 プロセス流体の性質は、油、水、ガスの混合物です。 プロセス流体は、プロセス容器内の異なる段階で異なる比重を持つ可能性があります。 つまり、流体混合物または乳化流体として容器に入りますが、別の相として容器から出ます。 さらに、多くの現場用途では、プロセス流体は異なる特性を持つ異なるリザーバーから供給されます。 これにより、異なる密度の混合物がセパレーターを通過して処理されることになります。 したがって、流体特性の継続的な変化は、コンテナ内の液面レベル測定の精度に影響を与えます。 誤差の範囲は船舶の安全な運航に影響を与えるほどではないかもしれませんが、装置全体の分離効率と操作性に影響を与えます。 分離条件によっては、5 ～ 15% の密度変化が正常な場合があります。 機器が入口チューブに近づくほど、偏差は大きくなります。これは、容器の入口近くのエマルジョンの性質によるものです。
同様に、水の塩分濃度が変化すると、レベルゲージも影響を受けます。 石油生産の場合、地層水の変化や注入された海水の突破など、さまざまな要因により水の塩分濃度は変化します。 ほとんどの油田では、塩分濃度の変化は 10 ～ 20% 未満ですが、場合によっては、特に凝縮ガス システムや亜塩層システムでは、変化が 50% にも達することがあります。 これらの変更は、レベル測定の信頼性に重大な影響を与える可能性があります。 したがって、機器の校正を維持するには、流体化学 (オイル、凝縮水、水) を更新することが不可欠です。
プロセス シミュレーション モデルや流体解析、リアルタイム サンプリングから得られた情報を使用することで、レベル メーターの校正データも強化できます。 理論的には、これが最良の方法であり、現在では標準的な方法として使用されています。 ただし、長期間にわたって機器の精度を維持するには、動作条件、水分含有量、油対空気比の増加、および流体特性の変化によって引き起こされる可能性のある潜在的な誤差を回避するために、流体分析データを定期的に更新する必要があります。
注: 定期的かつ適切なメンテナンスは、信頼できる機器データを取得するための基礎です。 メンテナンスの基準と頻度は、関連する予防および日常の工場活動に大きく依存します。 場合によっては、必要と判断された場合、計画された活動からの逸脱を再調整する必要があります。
注: 最新の流体特性を使用してメーターを定期的に校正することに加えて、関連するアルゴリズムまたは人工知能ツールのみを使用してプロセス流体の日次変動を修正し、24 時間以内の動作変動を考慮することができます。
注: 生産液のモニタリングデータと実験室分析は、生産液中のオイルエマルジョンによって引き起こされるレベル測定値の潜在的な異常を理解するのに役立ちます。
さまざまな入口装置や内部コンポーネントに応じて、分離器 (主に垂直型ガス凝縮水分離器とスクラバー) の入口でのガスの同伴と泡立ちが液面の測定値に大きな影響を及ぼし、制御不良につながる可能性があることが経験的に示されています。 。 ガス含有量による液相の密度の減少により、液面が誤って低くなり、気相内に液体が取り込まれ、下流プロセスの圧縮ユニットに影響を与える可能性があります。
ガスの同伴と発泡は石油およびガス/凝縮油システムで経験されていますが、この機器は、ガスの同伴またはガス吹き込み中に凝縮相に分散および溶解したガスによって引き起こされる凝縮油の密度の変動に基づいて校正されています。プロセスによって。 オイル系より誤差が大きくなります。
多くの垂直スクラバーおよび分離器のレベルゲージは、液相中に異なる量の水と凝縮物が存在し、ほとんどの場合、2 つの相には共通の液体出口または水出口ラインがあるため、正確に校正することが困難な場合があります。水の分離。 したがって、動作密度は継続的に変動します。 運転中、底相（主に水）が排出され、上部に高い凝縮水層が残るため、流体の密度が異なり、液層の高さの比率の変化に応じて液面の測定値も変化します。 これらの変動は、小型の容器では重大な問題となる可能性があり、最適な動作レベルを失う危険性があり、多くの場合、ダウンカマー (液体を排出するために使用されるエアロゾルエリミネーターのダウンカマー) に必要な液体シールを正しく動作させることができません。
液面レベルは、セパレータ内で平衡状態にある 2 つの流体間の密度差を測定することによって決定されます。 ただし、内部圧力差により測定液面が変化する可能性があり、その結果、圧力降下により異なる液面表示が得られることがあります。 たとえば、バッフルまたは凝集パッドのオーバーフローによる容器コンパートメント間の 100 ～ 500 mbar (1.45 ～ 7.25 psi) の圧力変化により、均一な液面が失われ、その結果、分離器内の界面レベルが発生します。測定値が失われ、水平方向の勾配が生じます。 つまり、容器の前端での正しい液面が設定値より低く、分離器の後端で設定値内にあることを意味します。 また、液面と上部液面計のノズルとの間に一定の距離がある場合、泡が存在すると気柱が発生し、さらに液面測定誤差が生じる可能性があります。
プロセス容器の構成に関係なく、液位測定の偏差を引き起こす可能性がある一般的な問題は、液体の結露です。 計器管や容器本体が冷却されると、温度低下により計器管内で液体を生成するガスが凝縮し、容器内の液面の表示値が実際の状態とずれる場合があります。 この現象は寒い外部環境に特有のものではありません。 夜間の外気温がプロセス温度よりも低い砂漠環境で発生します。
レベルゲージのヒートトレースは、結露を防ぐ一般的な方法です。 ただし、温度設定は、解決しようとしている問題を引き起こす可能性があるため、重要です。 温度を高く設定しすぎると、より揮発性の成分が蒸発し、液体の密度が増加する可能性があります。 メンテナンスの観点から見ると、ヒートトレースは損傷しやすいため、問題が生じる可能性があります。 より安価なオプションは計器管の断熱（断熱）で、これにより多くの用途でプロセス温度と外部周囲温度を一定レベルに効果的に維持できます。 メンテナンスの観点からは、機器のパイプラインの遅れも問題になる可能性があることに注意してください。
注: 見落とされがちなメンテナンス手順は、機器と手綱を洗い流すことです。 サービスによっては、運用状況に応じて、このような修正措置が毎週または毎日必要になる場合があります。
液面レベル測定器に悪影響を与える可能性のある流量保証要因がいくつかあります。 これらはすべて次のとおりです。
注: 分離器の設計段階では、適切なレベル計を選択するとき、およびレベル測定が異常な場合、正しい流量の保証の問題を考慮する必要があります。
レベルトランスミッターのノズル付近の液体の密度には多くの要因が影響します。 圧力と温度の局所的な変化は流体のバランスに影響を及ぼし、それによってレベルの読み取り値とシステム全体の安定性に影響を与えます。
デミスターのダウンカマー・ドレンパイプの吐出口が液面発信器のノズル付近に位置するセパレーターにおいて、局所的な液体密度の変化とエマルジョンの変化が観察されました。 ミストエリミネーターに捕集された液体は多量の液体と混合し、局所的な密度変化を引き起こします。 密度の変動は、低密度の流体でより一般的です。 これにより、油または凝縮水レベルの測定値が継続的に変動する可能性があり、船舶の運航や下流の装置の制御に影響を与える可能性があります。
注: 液面伝送器のノズルは、ダウンカマーの排出点の近くに配置しないでください。断続的な密度変化が発生し、液面測定に影響を与える可能性があります。
図 2 に示す例は一般的なレベル ゲージの配管構成ですが、問題が発生する可能性があります。 現場で問題が発生した場合、液面トランスミッターのデータを確認すると、分離不良により界面の液面が失われたと結論付けられます。 しかし、実際には、より多くの水が分離されるにつれて、出口レベル制御バルブが徐々に開き、水位から 0.5 m (20 インチ) 未満のレベル発信器の下のノズル付近にベンチュリ効果が生じます。 給水ノズル。 これにより内部圧力降下が発生し、トランスミッター内の界面レベルの読み取り値がコンテナ内の界面レベルの読み取り値よりも低くなります。
同様の観察は、液体出口ノズルが液面トランスミッターの下のノズルの近くに配置されているスクラバーでも報告されています。
ノズルの一般的な位置も正しい機能に影響します。つまり、垂直セパレーター ハウジングのノズルは、セパレーターの下部ヘッドにあるノズルよりもブロックされたり詰まりにくくなります。 同様の概念が水平容器にも当てはまります。ノズルが低いほど、沈殿する固形物に近づくため、詰まりが発生しやすくなります。 これらの側面は、船舶の設計段階で考慮する必要があります。
注: 液面トランスミッターのノズルは、入口ノズル、液体またはガスの出口ノズルに近づけないでください。内部の圧力が低下し、液位測定に影響を与える可能性があります。
図 3 に示すように、コンテナの内部構造が異なると、流体の分離にさまざまな影響が生じます。これには、バッフルのオーバーフローによって生じる液面勾配の発生の可能性が含まれ、圧力降下が発生します。 この現象は、トラブルシューティングやプロセス診断の研究中に何度も観察されています。
多層バッフルは通常、セパレータ前部の容器内に設置されますが、入口部の流量分布の問題により水没しやすくなります。 オーバーフローにより容器全体に圧力降下が生じ、水位勾配が生じます。 これにより、図 3 に示すように、コンテナの前部の液面が低くなります。ただし、コンテナの後部にある液面計で液面を制御すると、測定値に誤差が生じます。 レベル勾配によって液体体積の少なくとも 50% が失われるため、レベル勾配によってプロセス容器内の分離条件が悪化する可能性もあります。 さらに、圧力降下によって生じる関連する高速領域により循環領域が生じ、分離容積の損失につながる可能性があります。
同様の状況は、FPSO などの浮体式生産プラントでも発生する可能性があります。FPSO では、容器内の流体の動きを安定させるためにプロセス容器内で複数の多孔質パッドが使用されます。
さらに、ガス拡散が低いため、特定の条件下では水平コンテナ内でのガスの巻き込みが激しくなり、フロントエンドでより高い液面勾配が生じます。 これはコンテナの後端でのレベル制御にも悪影響を及ぼし、測定値に乖離が生じ、コンテナの性能が低下します。
注: さまざまな形式のプロセス容器の勾配レベルは現実的なものであり、分離効率の低下を引き起こすため、この状況は最小限に抑える必要があります。 コンテナ内の液面勾配の問題を回避するために、適切な操作方法と認識を組み合わせて、コンテナの内部構造を改善し、不必要なバッフルや多孔板を削減します。
この記事では、セパレーターの液面測定に影響を与えるいくつかの重要な要素について説明します。 レベルの読み取り値が正しくない、または誤解されていると、船舶の動作不良が発生する可能性があります。 これらの問題を回避するために、いくつかの提案が行われています。 これは決して完全なリストではありませんが、いくつかの潜在的な問題を理解するのに役立ち、それによって運用チームが潜在的な測定および運用上の問題を理解するのに役立ちます。
可能であれば、学んだ教訓に基づいてベスト プラクティスを確立します。 ただし、この分野に適用できる特定の業界標準はありません。 測定の偏差や制御異常に伴うリスクを最小限に抑えるために、今後の設計および運用にあたっては以下の点に留意する必要があります。
Christopher Kalli (オーストラリア、パースにある西オーストラリア大学の非常勤教授、シェブロン/BP 退職者) に感謝します。 Lawrence Coughlan (Lol Co Ltd. アバディーン コンサルタント、シェル退職者) と Paul Georgie (Glasgow Geo Geo コンサルタント、英国グラスゴー) のサポートに協力していただきました 論文は査読され、批判されます。 また、この論文の出版を促進してくださった SPE 分離技術技術分科会のメンバーに感謝したいと思います。 最終号発行前に論文を査読していただいたメンバーに心より感謝いたします。
Wally Georgie は、石油およびガス業界で 4 年以上の経験を持っています。具体的には、石油およびガスの運用、処理、分離、流体の取り扱いとシステムの整合性、運用上のトラブルシューティング、ボトルネックの解消、油/水の分離、プロセスの検証、および技術的な分野です。専門知識 実践評価、腐食制御、システム監視、注水と強化された油回収処理、および砂と固体の生産、生産化学、流量保証、処理プロセスシステムの完全性管理を含む、その他すべての流体とガスの取り扱いの問題。
1979 年から 1987 年まで、彼は当初、米国、英国、ヨーロッパのさまざまな地域、中東のサービス部門で働いていました。 その後、1987 年から 1999 年までノルウェーの Statoil (Equinor) で働き、日常業務、油水分離問題に関連する新しい油田プロジェクトの開発、ガス処理脱硫および脱水システム、生成水管理、固体生産問題の処理に重点を置きました。生産システム。 1999 年 3 月以来、彼は独立したコンサルタントとして世界中の同様の石油とガスの生産に取り組んでいます。 さらに、ジョージーは英国とオーストラリアの石油とガスの法的訴訟で専門証人を務めてきました。 2016年から2017年までSPE特別講師を務めた。
彼は修士号を持っています。 英国ラフバラー大学ポリマー技術修士。 スコットランドのアバディーン大学で安全工学の学士号を取得し、スコットランドのグラスゴーにあるストラスクライド大学で化学技術の博士号を取得しました。 wgeorgie@maxoilconsultancy.com までご連絡ください。
ジョージーは 6 月 9 日に「設計要素と運用要素の分離と、陸上および海上設備における生産水システムのパフォーマンスに対するそれらの影響」というウェビナーを主催しました。 ここからオンデマンドで入手できます (SPE メンバーは無料)。
Journal of Petroleum Technology は、石油技術者協会の主力雑誌であり、探査および生産技術の進歩、石油およびガス業界の問題、SPE とその会員に関するニュースに関する権威ある説明やトピックを提供します。
投稿時間: 2021 年 6 月 17 日
