공정 용기의 지속적인 성능과 기능을 보장하려면 용기 장비를 정기적으로 교정하는 것이 필수적입니다. 부정확한 기기 보정은 열악한 공정 용기 설계를 악화시켜 분리기 작동이 불만족스럽고 효율성이 낮아지는 경우가 많습니다. 어떤 경우에는 장비의 위치로 인해 잘못된 측정이 발생할 수도 있습니다. 이 기사에서는 프로세스 조건으로 인해 레벨 판독값이 부정확하거나 잘못 이해될 수 있는 방법에 대해 설명합니다.
업계에서는 분리기 및 스크러버 용기의 설계 및 구성을 개선하기 위해 많은 노력을 기울여 왔습니다. 그러나 관련 장비의 선택과 구성은 거의 주목을 받지 못했습니다. 일반적으로 기기는 초기 작동 조건에 맞게 구성되지만 이 기간이 지나면 작동 매개변수가 변경되거나 추가 오염 물질이 도입되므로 초기 교정은 더 이상 적합하지 않으며 변경해야 합니다. 레벨 장비 선택 단계의 전반적인 평가는 포괄적이어야 하지만, 작동 범위에 대한 지속적인 평가를 유지하는 프로세스와 프로세스 용기의 수명 주기 전반에 걸쳐 필요에 따라 관련 장비의 적절한 재교정 및 재구성에 대한 변경 사항을 경험해야 합니다. 컨테이너의 비정상적인 내부 구성과 비교하여 잘못된 기기 데이터로 인한 분리기 고장이 훨씬 더 많은 것으로 나타났습니다.
주요 공정 제어 변수 중 하나는 액체 레벨입니다. 액체 레벨을 측정하는 일반적인 방법에는 투시창/레벨 유리 표시기 및 차압(DP) 센서가 포함됩니다. 사이트 글라스는 액체 레벨을 직접 측정하는 방법으로 수정된 액체 레벨 글라스에 연결된 자기 팔로워 및/또는 레벨 트랜스미터와 같은 옵션을 가질 수 있습니다. 플로트를 주요 측정 센서로 사용하는 레벨 게이지도 공정 용기의 액체 레벨을 측정하는 직접적인 수단으로 간주됩니다. DP 센서는 유체에 의해 가해지는 정수압을 기반으로 레벨 판독이 이루어지며 유체 밀도에 대한 정확한 지식이 필요한 간접적인 방법입니다.
위 장비의 구성에는 일반적으로 각 기기에 대해 두 개의 플랜지 노즐 연결부, 즉 상부 노즐과 하부 노즐을 사용해야 합니다. 필요한 측정을 달성하려면 노즐 위치 지정이 필수적입니다. 설계에서는 노즐이 항상 적절한 유체(예: 인터페이스용 물 및 오일 단계, 벌크 액체 레벨용 오일 및 증기)와 접촉하도록 보장해야 합니다.
실제 작동 조건에서의 유체 특성은 교정에 사용된 유체 특성과 다를 수 있으며 이로 인해 잘못된 레벨 판독이 발생할 수 있습니다. 또한 레벨 게이지의 위치로 인해 레벨 판독값이 잘못되거나 오해될 수도 있습니다. 이 기사에서는 기기 관련 분리기 문제를 해결하면서 얻은 교훈의 몇 가지 예를 제공합니다.
대부분의 측정 기술에서는 기기를 교정하기 위해 측정되는 유체의 정확하고 신뢰할 수 있는 특성을 사용해야 합니다. 용기 내 액체(유제, 오일, 물)의 물리적 사양과 조건은 적용된 측정 기술의 무결성과 신뢰성에 매우 중요합니다. 따라서 관련 기기의 교정을 올바르게 완료하여 정확도를 최대화하고 액위 판독값의 편차를 최소화하려면 처리되는 유체의 사양을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요합니다. 따라서 액체 레벨 판독값의 편차를 방지하려면 용기에서 직접 샘플링하는 것을 포함하여 측정된 유체를 정기적으로 샘플링하고 분석하여 신뢰할 수 있는 데이터를 얻어야 합니다.
시간이 지남에 따라 변경됩니다. 공정 유체의 특성은 오일, 물, 가스의 혼합물입니다. 공정 유체는 공정 용기 내의 여러 단계에서 서로 다른 비중을 가질 수 있습니다. 즉, 유체 혼합물이나 유화된 유체로 용기에 들어가지만 용기는 별개의 상으로 남습니다. 또한 많은 현장 응용 분야에서 공정 유체는 각기 다른 특성을 지닌 다양한 저장고에서 나옵니다. 이로 인해 분리기를 통해 처리되는 다양한 밀도의 혼합물이 생성됩니다. 따라서 유체 특성의 지속적인 변화는 컨테이너 내 액체 레벨 측정의 정확성에 영향을 미칩니다. 비록 오차범위가 선박의 안전운항에 영향을 줄 만큼은 아니지만, 이는 전체 장치의 분리효율과 운용성에 영향을 미칠 것이다. 분리 조건에 따라 5~15%의 밀도 변화가 정상일 수 있습니다. 기기가 입구 튜브에 가까울수록 편차가 커집니다. 이는 용기 입구 근처의 유제 특성으로 인해 발생합니다.
마찬가지로 물의 염도가 변하면 레벨 게이지도 영향을 받습니다. 석유 생산의 경우 생성수의 변화나 주입된 해수의 돌파 등 다양한 요인으로 인해 물의 염도가 변화하게 됩니다. 대부분의 유전에서 염도 변화는 10~20% 미만일 수 있지만, 어떤 경우에는 변화가 50%까지 높을 수 있으며, 특히 응축수 가스 시스템과 하위 염 저장소 시스템에서는 더욱 그렇습니다. 이러한 변화는 레벨 측정의 신뢰성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 기기 교정을 유지하려면 유체 화학(오일, 응축수 및 물)을 업데이트하는 것이 필수적입니다.
프로세스 시뮬레이션 모델과 유체 분석, 실시간 샘플링에서 얻은 정보를 사용하여 레벨 미터 교정 데이터도 향상시킬 수 있습니다. 이론적으로는 이것이 최선의 방법이며 현재는 표준 관행으로 사용되고 있습니다. 그러나 시간이 지나도 기기의 정확성을 유지하려면 유체 분석 데이터를 정기적으로 업데이트하여 작동 조건, 수분 함량, 오일 대 공기 비율 증가 및 유체 특성 변화로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 오류를 방지해야 합니다.
참고: 정기적이고 적절한 유지 관리는 신뢰할 수 있는 기기 데이터를 얻는 기초입니다. 유지보수의 표준과 빈도는 관련 예방 및 일상적인 공장 활동에 따라 크게 달라집니다. 어떤 경우에는 필요하다고 판단되면 계획된 활동의 편차를 다시 조정해야 합니다.
참고: 최신 유체 특성을 사용하여 계기를 주기적으로 교정하는 것 외에도 관련 알고리즘 또는 인공 지능 도구만 사용하여 공정 유체의 일일 변동을 수정하여 24시간 이내에 작동 변동을 고려할 수 있습니다.
참고: 생산 유체의 모니터링 데이터와 실험실 분석은 생산 유체의 오일 에멀젼으로 인해 발생하는 레벨 판독값의 잠재적인 이상을 이해하는 데 도움이 됩니다.
다양한 유입 장치 및 내부 구성 요소에 따라, 경험에 따르면 분리기(주로 수직 가스 응축수 분리기 및 세정기) 유입구의 가스 혼입 및 버블링은 액체 레벨 판독값에 심각한 영향을 미치고 제어 불량으로 이어질 수 있으며 성능이 저하될 수 있습니다. . 가스 함량으로 인해 액상의 밀도가 감소하면 잘못된 낮은 액체 레벨이 발생하여 가스 상에 액체가 혼입되고 다운스트림 공정 압축 장치에 영향을 미칠 수 있습니다.
오일 및 가스/응축수 오일 시스템에서 가스 연행 및 거품 발생이 경험되었지만, 가스 연행 또는 가스 취출 중에 응축수 단계에 분산 및 용해된 가스로 인한 응축수 오일 밀도의 변동으로 인해 기기가 교정됩니다. 프로세스별로. 오류는 오일 시스템보다 높습니다.
많은 수직 스크러버 및 분리기의 레벨 게이지는 액상에 물과 응축수의 양이 다르기 때문에 올바르게 교정하기 어려울 수 있으며 대부분의 경우 두 상에는 공통 액체 배출구 또는 물 배출 라인이 있습니다. 불량으로 인해 불필요합니다. 물 분리. 따라서 작동 밀도에는 지속적인 변동이 있습니다. 작동 중에 하단 단계(주로 물)가 배출되고 상단에 더 높은 응축수 층이 남게 되므로 유체 밀도가 다르므로 액체 층 높이 비율의 변화에 따라 액체 레벨 측정이 변경됩니다. 이러한 변동은 더 작은 용기에서 매우 중요할 수 있으며 최적의 작동 수준을 잃을 위험이 있으며 많은 경우 하강 장치(액체를 배출하는 데 사용되는 에어로졸 제거기의 하강 장치)를 올바르게 작동해야 합니다. 필요한 액체 밀봉.
액체 레벨은 분리기에서 평형 상태의 두 유체 사이의 밀도 차이를 측정하여 결정됩니다. 그러나 내부 압력 차이로 인해 측정된 액체 레벨이 변경될 수 있으며, 이로 인해 압력 강하로 인해 액체 레벨 표시가 달라질 수 있습니다. 예를 들어 배플 또는 유착 패드의 오버플로로 인해 컨테이너 구획 사이에서 100~500mbar(1.45~7.25psi) 사이의 압력 변화는 균일한 액체 레벨의 손실을 초래하여 분리기의 인터페이스 레벨이 발생합니다. 측정이 손실되어 수평 기울기가 발생합니다. 즉, 설정점 아래 용기 앞쪽 끝과 설정점 내 분리기 뒤쪽 끝의 올바른 액체 레벨입니다. 또한, 액체 레벨과 상부 액체 레벨 게이지의 노즐 사이에 일정한 거리가 있는 경우, 결과적인 가스 컬럼은 거품이 있는 경우 액체 레벨 측정 오류를 더욱 유발할 수 있습니다.
프로세스 용기의 구성에 관계없이 액체 레벨 측정에서 편차를 일으킬 수 있는 일반적인 문제는 액체 응축입니다. 계기관과 용기 본체가 냉각되면 온도 저하로 인해 계기관에서 액체를 생성하는 가스가 응축되어 액위 판독 값이 용기 내 실제 조건에서 벗어날 수 있습니다. 이러한 현상은 추운 외부 환경에만 국한된 현상은 아닙니다. 이는 야간 외부 온도가 공정 온도보다 낮은 사막 환경에서 발생합니다.
레벨 게이지의 히트 트레이싱은 응결을 방지하는 일반적인 방법입니다. 그러나 온도 설정은 해결하려는 문제를 일으킬 수 있으므로 매우 중요합니다. 온도를 너무 높게 설정하면 휘발성 성분이 더 많이 증발하여 액체의 밀도가 증가할 수 있습니다. 유지 관리 관점에서 히트 트레이싱은 쉽게 손상되기 때문에 문제가 될 수도 있습니다. 더 저렴한 옵션은 계측기 튜브의 절연(절연)으로, 이는 많은 응용 분야에서 프로세스 온도와 외부 주변 온도를 특정 수준으로 효과적으로 유지할 수 있습니다. 유지 관리 관점에서 볼 때 기기 파이프라인의 지연도 문제가 될 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
참고: 종종 간과되는 유지 관리 단계는 장비와 고삐를 세척하는 것입니다. 서비스에 따라 이러한 수정 조치는 작동 조건에 따라 매주 또는 매일 필요할 수 있습니다.
액체 레벨 측정 장비에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 흐름 보장 요소가 있습니다. 이것들은 모두 다음과 같습니다:
참고: 분리기 설계 단계에서 적절한 레벨 기기를 선택할 때 레벨 측정이 비정상일 경우 올바른 유량 보장 문제를 고려해야 합니다.
많은 요인이 레벨 트랜스미터 노즐 근처의 액체 밀도에 영향을 미칩니다. 압력과 온도의 국지적 변화는 유체 균형에 영향을 미치므로 전체 시스템의 레벨 판독값과 안정성에 영향을 미칩니다.
액체 밀도의 국부적인 변화와 유제 변화는 분리기에서 관찰되었으며, 디미스터의 하강관/배수관의 배출 지점은 액체 레벨 송신기의 노즐 근처에 위치합니다. 미스트 제거기에 의해 포착된 액체는 많은 양의 유체와 혼합되어 국부적인 밀도 변화를 일으킵니다. 밀도 변동은 저밀도 유체에서 더 일반적입니다. 이로 인해 오일 또는 응축수 레벨 측정이 지속적으로 변동할 수 있으며, 이는 선박의 작동 및 하위 장치의 제어에 영향을 미칠 수 있습니다.
참고: 액체 레벨 측정에 영향을 미치는 간헐적인 밀도 변화를 일으킬 위험이 있으므로 액체 레벨 트랜스미터의 노즐은 하강관의 배출 지점 근처에 있어서는 안 됩니다.
그림 2에 표시된 예는 일반적인 레벨 게이지 배관 구성이지만 문제가 발생할 수 있습니다. 현장에 문제가 있는 경우 액체 레벨 트랜스미터 데이터를 검토한 결과 분리 불량으로 인해 인터페이스 액체 레벨이 손실된 것으로 결론지었습니다. 그러나 사실은 더 많은 물이 분리됨에 따라 출구 레벨 제어 밸브가 점차적으로 열리고 수위에서 0.5m(20인치) 미만인 레벨 트랜스미터 아래 노즐 근처에 벤추리 효과가 생성됩니다. 물 노즐. 이로 인해 내부 압력 강하가 발생하여 트랜스미터의 인터페이스 레벨 판독값이 컨테이너의 인터페이스 레벨 판독값보다 낮아지게 됩니다.
액체 출구 노즐이 액체 레벨 트랜스미터 아래 노즐 근처에 위치한 스크러버에서도 유사한 관찰이 보고되었습니다.
노즐의 일반적인 위치도 올바른 기능에 영향을 미칩니다. 즉, 수직 분리기 하우징의 노즐은 분리기의 하단 헤드에 위치한 노즐보다 차단하거나 막히기가 더 어렵습니다. 유사한 개념이 수평 용기에도 적용됩니다. 노즐이 낮을수록 침전된 고형물에 가까워져 막힐 가능성이 높아집니다. 이러한 측면은 선박 설계 단계에서 고려되어야 합니다.
참고: 액체 레벨 트랜스미터의 노즐은 액체 레벨 측정에 영향을 미치는 내부 압력 강하의 위험이 있으므로 입구 노즐, 액체 또는 가스 출구 노즐에 가까워서는 안됩니다.
컨테이너의 다양한 내부 구조는 그림 3에 표시된 것처럼 다양한 방식으로 유체 분리에 영향을 미치며, 여기에는 배플 오버플로로 인해 액체 레벨 구배가 발생할 가능성이 있어 압력 강하가 발생합니다. 이 현상은 문제 해결 및 프로세스 진단 연구 중에 여러 번 관찰되었습니다.
다층 배플은 일반적으로 용기 내부의 분리기 전면에 설치되며, 입구부의 흐름 분포 문제로 인해 침수되기 쉽습니다. 그러면 오버플로로 인해 용기 전체에 압력 강하가 발생하여 레벨 구배가 생성됩니다. 이로 인해 그림 3과 같이 용기 전면의 액체 수위가 낮아집니다. 그러나 용기 후면의 액체 수위계로 액체 수위를 제어하면 측정 수행 시 편차가 발생합니다. 레벨 구배는 액체 부피의 최소 50%를 손실하기 때문에 공정 용기에서 열악한 분리 조건을 유발할 수도 있습니다. 또한, 압력 강하로 인한 해당 고속 영역은 분리 부피의 손실을 초래하는 순환 영역을 생성할 것으로 예상됩니다.
유사한 상황은 FPSO와 같은 부유식 생산 플랜트에서도 발생할 수 있습니다. 여기서는 용기 내 유체 이동을 안정화하기 위해 공정 용기에 여러 개의 다공성 패드가 사용됩니다.
또한, 특정 조건에서 낮은 가스 확산으로 인해 수평 용기에 심각한 가스 혼입이 발생하면 프런트 엔드에서 더 높은 액체 레벨 구배가 생성됩니다. 이는 또한 컨테이너 후면 끝의 레벨 제어에 부정적인 영향을 미쳐 측정 차이가 발생하고 결과적으로 컨테이너 성능이 저하됩니다.
참고: 다양한 형태의 공정 용기의 기울기 수준은 현실적이며 이러한 상황은 분리 효율성을 감소시키므로 최소화되어야 합니다. 컨테이너의 액체 수위 구배 문제를 방지하기 위해 컨테이너의 내부 구조를 개선하고 올바른 작동 관행 및 인식과 함께 불필요한 배플 및/또는 천공판을 줄입니다.
이 기사에서는 분리기의 액체 레벨 측정에 영향을 미치는 몇 가지 중요한 요소에 대해 설명합니다. 레벨 판독값이 부정확하거나 잘못 이해되면 용기 작동이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하는 데 도움이 되는 몇 가지 제안이 제시되었습니다. 이것이 완전한 목록은 아니지만 몇 가지 잠재적인 문제를 이해하는 데 도움이 되므로 운영 팀이 잠재적인 측정 및 운영 문제를 이해하는 데 도움이 됩니다.
가능하다면, 배운 교훈을 바탕으로 모범 사례를 수립하세요. 그러나 이 분야에 적용할 수 있는 특정 산업 표준은 없습니다. 측정 편차 및 제어 이상과 관련된 위험을 최소화하기 위해 향후 설계 및 운영 관행에서 다음 사항을 고려해야 합니다.
저는 Christopher Kalli(호주 퍼스에 있는 서호주 대학교 겸임 교수, Chevron/BP 은퇴자)에게 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. Lawrence Coughlan(Lol Co Ltd. Aberdeen 컨설턴트, Shell 퇴직자) 및 Paul Georgie(Glasgow Geo Geo 컨설턴트, 영국 글래스고) 지원 논문은 동료 검토 및 비판을 받았습니다. 또한 이 기사의 출판을 도와준 SPE 분리 기술 기술 소위원회 회원들에게도 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 최종 발행 전에 논문을 검토해주신 회원님들께 특별히 감사드립니다.
Wally Georgie는 석유 및 가스 산업, 즉 석유 및 가스 운영, 처리, 분리, 유체 처리 및 시스템 무결성, 운영 문제 해결, 병목 현상 제거, 오일/물 분리, 프로세스 검증 및 기술 분야에서 4년 이상의 경험을 보유하고 있습니다. 전문 지식 실무 평가, 부식 제어, 시스템 모니터링, 물 주입 및 강화된 오일 회수 처리, 모래 및 고체 생산, 생산 화학, 흐름 보장, 처리 공정 시스템의 무결성 관리를 포함한 기타 모든 유체 및 가스 취급 문제.
1979년부터 1987년까지 그는 처음에 미국, 영국, 유럽의 여러 지역 및 중동의 서비스 부문에서 근무했습니다. 그 후 그는 1987년부터 1999년까지 노르웨이의 Statoil(Equinor)에서 일하면서 일일 운영, 오일-물 분리 문제와 관련된 새로운 유전 프로젝트 개발, 가스 처리 탈황 및 탈수 시스템, 생산수 관리 및 고체 생산 문제 처리에 중점을 두었습니다. 생산 시스템. 1999년 3월부터 그는 전 세계적으로 유사한 석유 및 가스 생산 분야에서 독립 컨설턴트로 일하고 있습니다. 또한 Georgie는 영국과 호주의 법적 석유 및 가스 사건에서 전문가 증인으로 활동했습니다. 그는 2016년부터 2017년까지 SPE 특별 강사로 재직했습니다.
그는 석사 학위를 가지고 있습니다. 영국 Loughborough 대학교 고분자 기술 석사. 스코틀랜드 애버딘 대학교에서 안전 공학 학사 학위를, 스코틀랜드 글라스고 스트래스클라이드 대학교에서 화학 기술 박사 학위를 받았습니다. wgeorgie@maxoilconsultancy.com으로 그에게 연락할 수 있습니다.
Georgie는 6월 9일에 "설계 및 운영 요소를 분리하고 육상 및 해상 설치에서 생산된 물 시스템의 성능에 미치는 영향"에 대한 웹 세미나를 주최했습니다. 여기에서 요청 시 이용 가능합니다(SPE 회원에게는 무료).
Journal of Petroleum Technology는 석유공학회(Society of Petroleum Engineers)의 주력 잡지로, 탐사 및 생산 기술 발전, 석유 및 가스 산업 이슈, SPE 및 회원사 소식에 관한 권위 있는 브리핑과 주제를 제공합니다.
게시 시간: 2021년 6월 17일
