Pravidelná kalibrácia nástrojov nádoby je nevyhnutná na zabezpečenie nepretržitého výkonu a funkcie procesnej nádoby. Nesprávna kalibrácia prístroja často zhoršuje zlý dizajn procesnej nádoby, čo vedie k neuspokojivej prevádzke separátora a nízkej účinnosti. V niektorých prípadoch môže poloha prístroja spôsobiť aj chybné merania. Tento článok popisuje, ako môžu podmienky procesu spôsobiť nesprávne alebo nesprávne pochopené hodnoty hladiny.
Priemysel vynaložil veľa úsilia na zlepšenie konštrukcie a konfigurácie separátorov a nádob na práčky. Výberu a konfigurácii súvisiacich nástrojov sa však venovala malá pozornosť. Zvyčajne je prístroj nakonfigurovaný na počiatočné prevádzkové podmienky, ale po uplynutí tejto doby sa prevádzkové parametre zmenia alebo sa pridajú ďalšie nečistoty, počiatočná kalibrácia už nie je vhodná a je potrebné ju zmeniť. Hoci celkové hodnotenie vo fáze výberu prístroja na úrovni by malo byť komplexné, proces udržiavania nepretržitého hodnotenia prevádzkového rozsahu a akýchkoľvek zmien do vhodnej rekalibrácie a rekonfigurácie súvisiacich prístrojov podľa potreby počas celého životného cyklu procesnej nádoby. ukázali, že v porovnaní s abnormálnou vnútornou konfiguráciou kontajnera je porucha separátora spôsobená nesprávnymi údajmi prístroja oveľa väčšia.
Jednou z kľúčových premenných riadenia procesu je hladina kvapaliny. Bežné metódy merania hladiny kvapaliny zahŕňajú priezory/indikátory hladiny a snímače diferenčného tlaku (DP). Priehľadidlo je metóda priameho merania hladiny kvapaliny a môže mať voliteľné možnosti, ako je magnetický sledovač a/alebo vysielač hladiny pripojený k modifikovanému sklíčku hladiny kvapaliny. Hladinomery, ktoré používajú plaváky ako hlavný merací senzor, sa tiež považujú za priamy prostriedok na meranie hladiny kvapaliny v procesnej nádobe. Snímač DP je nepriama metóda, ktorej meranie hladiny je založené na hydrostatickom tlaku vyvíjanom kvapalinou a vyžaduje presné znalosti o hustote kvapaliny.
Konfigurácia vyššie uvedeného zariadenia zvyčajne vyžaduje použitie dvoch prírubových dýz pre každý nástroj, hornej dýzy a spodnej dýzy. Na dosiahnutie požadovaného merania je dôležité umiestnenie dýzy. Konštrukcia musí zabezpečiť, aby dýza bola vždy v kontakte s vhodnou tekutinou, ako je vodná a olejová fáza pre rozhranie a olej a para pre hladinu objemovej kvapaliny.
Charakteristiky kvapaliny v skutočných prevádzkových podmienkach sa môžu líšiť od charakteristík kvapaliny použitej na kalibráciu, čo môže viesť k chybným údajom o hladine. Okrem toho umiestnenie hladinomeru môže tiež spôsobiť nesprávne alebo nesprávne pochopené údaje o hladine. Tento článok poskytuje niekoľko príkladov ponaučení získaných pri riešení problémov so separátormi súvisiacimi s prístrojmi.
Väčšina meracích techník vyžaduje použitie presných a spoľahlivých charakteristík meranej kvapaliny na kalibráciu prístroja. Fyzikálne špecifikácie a podmienky kvapaliny (emulzia, olej a voda) v nádobe sú rozhodujúce pre integritu a spoľahlivosť použitej meracej technológie. Preto, ak má byť kalibrácia súvisiacich prístrojov dokončená správne, aby sa maximalizovala presnosť a minimalizovali odchýlky odčítania hladiny kvapaliny, je veľmi dôležité presne vyhodnotiť špecifikácie spracovávanej kvapaliny. Preto, aby sa predišlo akejkoľvek odchýlke odčítania hladiny kvapaliny, je potrebné získať spoľahlivé údaje pravidelným odberom vzoriek a analýzou meranej kvapaliny, vrátane priameho odberu vzoriek z nádoby.
Zmena s časom. Charakterom procesnej tekutiny je zmes oleja, vody a plynu. Procesná tekutina môže mať rôznu špecifickú hmotnosť v rôznych stupňoch v rámci procesnej nádoby; to znamená vstúpiť do nádoby ako tekutá zmes alebo emulgovaná kvapalina, ale nádobu opustiť ako odlišnú fázu. Okrem toho v mnohých aplikáciách v teréne procesná kvapalina pochádza z rôznych nádrží, z ktorých každá má iné vlastnosti. To povedie k spracovaniu zmesi rôznych hustôt cez separátor. Preto kontinuálna zmena charakteristík kvapaliny bude mať vplyv na presnosť merania hladiny kvapaliny v nádobe. Aj keď miera chýb nemusí byť dostatočná na to, aby ovplyvnila bezpečnú prevádzku lode, ovplyvní to účinnosť separácie a prevádzkyschopnosť celého zariadenia. V závislosti od podmienok separácie môže byť normálna zmena hustoty 5-15 %. Čím bližšie je prístroj k vstupnej trubici, tým väčšia je odchýlka, ktorá je spôsobená povahou emulzie v blízkosti vstupu do nádoby.
Podobne ako sa mení slanosť vody, ovplyvní to aj hladinomer. V prípade ťažby ropy sa salinita vody zmení v dôsledku rôznych faktorov, ako sú zmeny vo formácii vody alebo prielom vstrekovanej morskej vody. Vo väčšine ropných polí môže byť zmena slanosti menšia ako 10-20%, ale v niektorých prípadoch môže byť zmena až 50%, najmä v systémoch kondenzačných plynov a systémoch zásobníkov soli. Tieto zmeny môžu mať významný vplyv na spoľahlivosť merania hladiny; preto je aktualizácia chemického zloženia kvapaliny (olej, kondenzát a voda) nevyhnutná na udržanie kalibrácie prístroja.
Použitím informácií získaných z modelov simulácie procesov a analýzy tekutín a odberu vzoriek v reálnom čase je možné zlepšiť aj kalibračné údaje merača hladiny. Teoreticky je to najlepšia metóda a teraz sa používa ako štandardná prax. Aby sa však prístroj udržal presný v priebehu času, údaje analýzy tekutín by sa mali pravidelne aktualizovať, aby sa predišlo možným chybám, ktoré môžu byť spôsobené prevádzkovými podmienkami, obsahom vody, zvýšením pomeru oleja a vzduchu a zmenami charakteristík tekutín.
Poznámka: Pravidelná a správna údržba je základom pre získanie spoľahlivých údajov o prístroji. Normy a frekvencia údržby závisia vo veľkej miere od súvisiacich preventívnych a každodenných činností závodu. V niektorých prípadoch, ak sa to považuje za potrebné, by sa odchýlky od plánovaných činností mali preusporiadať.
Poznámka: Okrem použitia najnovších charakteristík kvapaliny na pravidelnú kalibráciu meradla je možné na korekciu denných výkyvov procesnej kvapaliny použiť iba príslušné algoritmy alebo nástroje umelej inteligencie, aby sa zohľadnili prevádzkové výkyvy v priebehu 24 hodín.
Poznámka: Monitorovanie údajov a laboratórna analýza výrobnej kvapaliny pomôže pochopiť potenciálne abnormality v odčítaní hladiny spôsobené olejovou emulziou vo výrobnej kvapaline.
Podľa rôznych vstupných zariadení a vnútorných komponentov skúsenosti ukázali, že strhávanie plynu a prebublávanie na vstupe separátorov (hlavne vertikálne separátory plynového kondenzátu a práčky) bude mať významný vplyv na odčítanie hladiny kvapaliny a môže viesť k zlej kontrole a . Zníženie hustoty kvapalnej fázy v dôsledku obsahu plynu má za následok falošne nízku hladinu kvapaliny, čo môže viesť k strhávaniu kvapaliny v plynnej fáze a ovplyvňovať následnú procesnú kompresnú jednotku.
Hoci sa v systéme oleja a plynu/kondenzovaného oleja vyskytlo strhávanie plynu a penenie, prístroj je kalibrovaný v dôsledku kolísania hustoty kondenzovaného oleja spôsobeného rozptýleným a rozpusteným plynom v kondenzačnej fáze počas strhávania plynu alebo fúkania plynu. procesom. Chyba bude vyššia ako v olejovom systéme.
Ukazovatele hladiny v mnohých vertikálnych práčkach a separátoroch môže byť ťažké správne kalibrovať, pretože v kvapalnej fáze sú rôzne množstvá vody a kondenzátu a vo väčšine prípadov majú obe fázy spoločný výstup kvapaliny alebo výstupné vedenie vody. separácia vody. Preto dochádza k neustálemu kolísaniu prevádzkovej hustoty. Počas prevádzky bude spodná fáza (hlavne voda) vypúšťaná, pričom na vrchu zostane vyššia vrstva kondenzátu, takže hustota tekutiny je iná, čo spôsobí zmenu merania hladiny kvapaliny so zmenou pomeru výšky vrstvy kvapaliny. Tieto výkyvy môžu byť kritické v menších nádobách, riskujú stratu optimálnej prevádzkovej úrovne a v mnohých prípadoch správne fungujú zvodič (zvodič eliminátora aerosólu používaný na vypúšťanie kvapaliny) Požadované kvapalinové tesnenie.
Hladina kvapaliny sa určuje meraním rozdielu hustoty medzi dvoma kvapalinami v rovnovážnom stave v separátore. Akýkoľvek vnútorný tlakový rozdiel však môže spôsobiť zmenu nameranej hladiny kvapaliny, a tým poskytnúť inú indikáciu hladiny kvapaliny v dôsledku poklesu tlaku. Napríklad zmena tlaku medzi 100 až 500 mbar (1,45 až 7,25 psi) medzi priehradkami nádoby v dôsledku pretečenia usmerňovača alebo koalescenčnej podložky spôsobí stratu rovnomernej hladiny kvapaliny, čo vedie k hladine rozhrania v separátore. meranie sa stratí, čo vedie k horizontálnemu gradientu; to znamená správnu hladinu kvapaliny na prednom konci nádoby pod nastavenou hodnotou a na zadnom konci separátora v rámci nastavenej hodnoty. Okrem toho, ak existuje určitá vzdialenosť medzi hladinou kvapaliny a tryskou horného merača hladiny kvapaliny, výsledný stĺpec plynu môže ďalej spôsobovať chyby merania hladiny kvapaliny v prítomnosti peny.
Bez ohľadu na konfiguráciu procesnej nádoby je bežným problémom, ktorý môže spôsobiť odchýlky v meraní hladiny kvapaliny, kondenzácia kvapaliny. Keď sa rúrka prístroja a telo nádoby ochladia, pokles teploty môže spôsobiť kondenzáciu plynu, ktorý vytvára kvapalinu v rúre prístroja, čo spôsobí, že odčítanie hladiny kvapaliny sa bude líšiť od skutočných podmienok v nádobe. Tento jav nie je jedinečný len v chladnom vonkajšom prostredí. Vyskytuje sa v púštnom prostredí, kde je vonkajšia teplota v noci nižšia ako procesná teplota.
Sledovanie tepla pre hladinomery je bežný spôsob, ako zabrániť kondenzácii; nastavenie teploty je však kritické, pretože môže spôsobiť problém, ktorý sa snaží vyriešiť. Nastavením príliš vysokej teploty sa môžu prchavé zložky odparovať, čo spôsobí zvýšenie hustoty kvapaliny. Z hľadiska údržby môže byť problematické aj ohrievanie, pretože sa ľahko poškodí. Lacnejšou možnosťou je izolácia (izolácia) rúrky prístroja, ktorá dokáže v mnohých aplikáciách efektívne udržiavať procesnú teplotu a vonkajšiu teplotu okolia na určitej úrovni. Treba poznamenať, že z hľadiska údržby môže byť problémom aj zaostávanie prístrojového potrubia.
Poznámka: Krok údržby, ktorý sa často prehliada, je prepláchnutie nástroja a oťaží. V závislosti od služby sa takéto nápravné opatrenia môžu vyžadovať týždenne alebo dokonca denne, v závislosti od prevádzkových podmienok.
Existuje niekoľko faktorov zabezpečenia prietoku, ktoré môžu negatívne ovplyvniť prístroje na meranie hladiny kvapaliny. všetky tieto sú:
Poznámka: Vo fáze návrhu separátora, pri výbere vhodného prístroja na meranie hladiny a keď je meranie hladiny abnormálne, by sa mal zvážiť problém zabezpečenia správneho prietoku.
Hustotu kvapaliny v blízkosti trysky vysielača hladiny ovplyvňuje veľa faktorov. Miestne zmeny tlaku a teploty ovplyvnia rovnováhu tekutín, a tým ovplyvnia hodnoty hladiny a stabilitu celého systému.
Lokálne zmeny hustoty kvapaliny a zmeny emulzie boli pozorované v separátore, kde sa výstupné miesto zvodiča/odtokového potrubia odhmlievača nachádza v blízkosti trysky vysielača hladiny kvapaliny. Kvapalina zachytená odstraňovačom hmly sa mieša s veľkým množstvom tekutiny, čo spôsobuje lokálne zmeny hustoty. Kolísanie hustoty je bežnejšie v kvapalinách s nízkou hustotou. To môže mať za následok nepretržité kolísanie merania hladiny oleja alebo kondenzátu, čo následne ovplyvňuje prevádzku lode a ovládanie nadväzujúcich zariadení.
Poznámka: Tryska vysielača hladiny kvapaliny by sa nemala nachádzať v blízkosti výtlačného bodu zvodiča, pretože existuje riziko spôsobenia občasných zmien hustoty, ktoré ovplyvnia meranie hladiny kvapaliny.
Príklad zobrazený na obrázku 2 je bežnou konfiguráciou meracieho potrubia, ale môže spôsobiť problémy. Keď sa v teréne vyskytne problém, kontrola údajov snímača hladiny kvapaliny dospeje k záveru, že hladina kvapaliny na rozhraní sa stratila v dôsledku zlého oddelenia. Faktom však je, že ako sa oddeľuje viac vody, ventil na reguláciu výstupnej hladiny sa postupne otvára a vytvára Venturiho efekt v blízkosti dýzy pod hladinovým vysielačom, čo je menej ako 0,5 m (20 palcov) od hladiny vody. Vodná tryska. To spôsobí pokles vnútorného tlaku, ktorý spôsobí, že hodnota hladiny rozhrania vo vysielači je nižšia ako hodnota hladiny rozhrania v nádobe.
Podobné pozorovania boli tiež zaznamenané v práčke plynu, kde je výstupná dýza kvapaliny umiestnená v blízkosti dýzy pod vysielačom hladiny kvapaliny.
Všeobecné umiestnenie dýz tiež ovplyvní správnu funkciu, to znamená, že dýzy na kryte vertikálneho separátora sa ťažšie blokujú alebo upchávajú ako dýzy umiestnené v spodnej hlave separátora. Podobný koncept platí pre horizontálne nádoby, kde čím je dýza nižšia, tým je bližšie k prípadným pevným časticiam, ktoré sa usadzujú, čím je väčšia pravdepodobnosť, že sa upchajú. Tieto aspekty by sa mali zvážiť vo fáze projektovania plavidla.
Poznámka: Tryska snímača hladiny kvapaliny by nemala byť v blízkosti vstupnej trysky, trysky výstupu kvapaliny alebo plynu, pretože existuje riziko poklesu vnútorného tlaku, ktorý ovplyvní meranie hladiny kvapaliny.
Rôzne vnútorné štruktúry nádoby ovplyvňujú separáciu tekutín rôznymi spôsobmi, ako je znázornené na obrázku 3, vrátane potenciálneho vývoja gradientov hladiny kvapaliny spôsobených pretečením priehradky, čo vedie k poklesu tlaku. Tento jav bol mnohokrát pozorovaný počas výskumu riešenia problémov a diagnostiky procesov.
Viacvrstvová priehradka je zvyčajne inštalovaná v kontajneri v prednej časti separátora a je ľahké ju ponoriť kvôli problémom s distribúciou toku vo vstupnej časti. Prepad potom spôsobí pokles tlaku naprieč nádobou, čím sa vytvorí gradient hladiny. To má za následok nižšiu hladinu kvapaliny v prednej časti nádoby, ako je znázornené na obrázku 3. Keď je však hladina kvapaliny riadená hladinomerom na zadnej strane nádoby, pri vykonávanom meraní sa vyskytnú odchýlky. Gradient hladiny môže tiež spôsobiť zlé separačné podmienky v procesnej nádobe, pretože gradient hladiny stráca najmenej 50 % objemu kvapaliny. Okrem toho je možné, že príslušná vysokorýchlostná oblasť spôsobená poklesom tlaku vytvorí cirkulačnú oblasť, ktorá vedie k strate separačného objemu.
Podobná situácia môže nastať v plávajúcich výrobných závodoch, ako je FPSO, kde sa v procesnej nádobe používa viacero poréznych podložiek na stabilizáciu pohybu tekutiny v nádobe.
Okrem toho silné strhávanie plynu v horizontálnom kontajneri za určitých podmienok v dôsledku nízkej difúzie plynu spôsobí vyšší gradient hladiny kvapaliny na prednom konci. To tiež nepriaznivo ovplyvní kontrolu hladiny na zadnom konci nádoby, čo bude mať za následok divergenciu merania, čo má za následok slabý výkon nádoby.
Poznámka: Úroveň gradientu v rôznych formách procesných nádob je realistická a táto situácia by sa mala minimalizovať, pretože spôsobí zníženie účinnosti separácie. Zlepšite vnútornú štruktúru nádoby a zredukujte nepotrebné prepážky a/alebo perforované platne v spojení s dobrými prevádzkovými postupmi a uvedomením si, aby sa predišlo problémom s gradientom hladiny kvapaliny v nádobe.
Tento článok popisuje niekoľko dôležitých faktorov, ktoré ovplyvňujú meranie hladiny kvapaliny v separátore. Nesprávne alebo nesprávne pochopené hodnoty hladiny môžu spôsobiť zlú činnosť nádoby. Bolo urobených niekoľko návrhov, ktoré pomôžu vyhnúť sa týmto problémom. Hoci toto nie je v žiadnom prípade vyčerpávajúci zoznam, pomáha pochopiť niektoré potenciálne problémy, čím pomáha prevádzkovému tímu porozumieť potenciálnym problémom merania a prevádzky.
Ak je to možné, zaveďte najlepšie postupy na základe získaných skúseností. Neexistuje však žiadna špecifická priemyselná norma, ktorá by sa dala použiť v tejto oblasti. Aby sa minimalizovali riziká spojené s odchýlkami merania a abnormalitami riadenia, mali by sa pri budúcich postupoch navrhovania a prevádzky zvážiť nasledujúce body.
Chcel by som poďakovať Christopherovi Kallimu (mimoriadny profesor na University of Western Australia v Perthe, Austrália, dôchodca Chevron/BP); Lawrence Coughlan (Lol Co Ltd. Aberdeen konzultant, Shell dôchodca) a Paul Georgie (Glasgow Geo Geo konzultant, Glasgow, Veľká Británia) za ich podporu Dokumenty sú recenzované a kritizované. Tiež by som rád poďakoval členom technickej podvýboru pre technológiu separácie SPE za uľahčenie uverejnenia tohto článku. Osobitné poďakovanie patrí členom, ktorí pred posledným vydaním dokument skontrolovali.
Wally Georgie má viac ako 4 roky skúseností v ropnom a plynárenskom priemysle, menovite v ropných a plynárenských operáciách, spracovaní, separácii, manipulácii s tekutinami a integrite systému, prevádzkovom odstraňovaní problémov, odstraňovaní úzkych miest, separácii oleja a vody, validácii procesov a technickej expertíza Hodnotenie praxe, kontrola korózie, monitorovanie systému, vstrekovanie vody a vylepšená úprava regenerácie oleja a všetky ostatné záležitosti týkajúce sa manipulácie s kvapalinami a plynmi, vrátane výroby piesku a pevných látok, výrobnej chémie, zabezpečenia prietoku a riadenia integrity v systéme procesu úpravy.
V rokoch 1979 až 1987 spočiatku pracoval v sektore služieb v Spojených štátoch, Spojenom kráľovstve, rôznych častiach Európy a na Strednom východe. Následne pracoval v Statoil (Equinor) v Nórsku od roku 1987 do roku 1999 so zameraním na každodennú prevádzku, vývoj nových projektov na ropných poliach súvisiacich s problematikou separácie ropy a vody, systémy odsírovania a dehydratácie na úpravu plynu, produkoval vodné hospodárstvo a riešil problémy s výrobou pevných látok a produkčný systém. Od marca 1999 pôsobí ako nezávislý konzultant v podobnej ťažbe ropy a plynu po celom svete. Georgie okrem toho pôsobila ako znalkyňa v právnych prípadoch týkajúcich sa ropy a zemného plynu v Spojenom kráľovstve a Austrálii. V rokoch 2016 až 2017 pôsobil ako významný lektor SPE.
Má magisterský titul. Master of Polymer Technology, Loughborough University, UK. Získal bakalársky titul v odbore bezpečnostného inžinierstva na University of Aberdeen v Škótsku a doktorát z chemickej technológie na University of Strathclyde, Glasgow, Škótsko. Môžete ho kontaktovať na adrese wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Georgie usporiadala 9. júna webový seminár „Oddelenie konštrukčných a prevádzkových faktorov a ich vplyv na výkonnosť vyrábaných vodných systémov v inštaláciách na pevnine a na mori“. Dostupné na požiadanie tu (zdarma pre členov SPE).
Journal of Petroleum Technology je vlajkovou loďou časopisu Spoločnosti ropných inžinierov, ktorý poskytuje smerodajné brífingy a témy o pokroku v prieskume a výrobnej technológii, problémoch ropného a plynárenského priemyslu a novinkách o SPE a jej členoch.
Čas odoslania: 17. júna 2021
