Việc hiệu chuẩn định kỳ các thiết bị của bình chứa là cần thiết để đảm bảo hiệu suất và chức năng liên tục của bình xử lý. Hiệu chuẩn thiết bị không chính xác thường làm trầm trọng thêm tình trạng thiết kế bình xử lý kém, dẫn đến hoạt động phân tách không đạt yêu cầu và hiệu quả thấp. Trong một số trường hợp, vị trí của thiết bị cũng có thể gây ra kết quả đo sai. Bài viết này mô tả cách các điều kiện của quy trình có thể khiến kết quả đo mức không chính xác hoặc bị hiểu sai.
Ngành công nghiệp đã dành rất nhiều nỗ lực để cải thiện thiết kế và cấu hình của các bình tách và lọc khí. Tuy nhiên, việc lựa chọn và cấu hình các công cụ liên quan lại ít được quan tâm. Thông thường, thiết bị được cấu hình cho các điều kiện vận hành ban đầu, nhưng sau khoảng thời gian này, các thông số vận hành thay đổi hoặc các chất gây ô nhiễm bổ sung được đưa vào, hiệu chuẩn ban đầu không còn phù hợp và cần phải thay đổi. Mặc dù đánh giá tổng thể ở giai đoạn lựa chọn thiết bị đo mức phải toàn diện, quá trình duy trì đánh giá liên tục phạm vi hoạt động và bất kỳ thay đổi nào đối với việc hiệu chuẩn lại và cấu hình lại thích hợp các thiết bị liên quan khi cần thiết trong suốt vòng đời của tàu xử lý. đã chỉ ra rằng, so với cấu hình bên trong bất thường của thùng chứa, lỗi phân tách do dữ liệu thiết bị không chính xác gây ra còn nhiều hơn thế.
Một trong những biến kiểm soát quá trình quan trọng là mức chất lỏng. Các phương pháp đo mức chất lỏng phổ biến bao gồm kính quan sát/chỉ báo kính đo mức và cảm biến chênh lệch áp suất (DP). Kính quan sát là một phương pháp đo trực tiếp mức chất lỏng và có thể có các tùy chọn như bộ theo dõi từ tính và/hoặc bộ truyền mức được kết nối với kính đo mức chất lỏng đã được sửa đổi. Máy đo mức sử dụng phao làm cảm biến đo chính cũng được coi là phương tiện trực tiếp để đo mức chất lỏng trong bình xử lý. Cảm biến DP là một phương pháp gián tiếp có mức đọc dựa trên áp suất thủy tĩnh do chất lỏng gây ra và yêu cầu kiến thức chính xác về mật độ chất lỏng.
Cấu hình của các thiết bị trên thường yêu cầu sử dụng hai kết nối đầu phun mặt bích cho mỗi thiết bị, một đầu phun phía trên và một đầu phun phía dưới. Để đạt được số đo cần thiết, việc định vị vòi phun là điều cần thiết. Thiết kế phải đảm bảo rằng vòi phun luôn tiếp xúc với chất lỏng thích hợp, chẳng hạn như pha nước và dầu đối với bề mặt và dầu và hơi nước đối với mức chất lỏng lớn.
Các đặc tính của chất lỏng trong điều kiện vận hành thực tế có thể khác với các đặc tính của chất lỏng được sử dụng để hiệu chuẩn, dẫn đến kết quả đọc mức sai. Ngoài ra, vị trí của thước đo mức cũng có thể gây ra kết quả đo mức sai hoặc hiểu sai. Bài viết này cung cấp một số ví dụ về bài học kinh nghiệm trong việc giải các bài toán phân tách liên quan đến thiết bị.
Hầu hết các kỹ thuật đo đều yêu cầu sử dụng các đặc tính chính xác và đáng tin cậy của chất lỏng được đo để hiệu chuẩn thiết bị. Các thông số vật lý và điều kiện của chất lỏng (nhũ tương, dầu và nước) trong thùng chứa rất quan trọng đối với tính toàn vẹn và độ tin cậy của công nghệ đo lường được áp dụng. Do đó, nếu việc hiệu chuẩn các thiết bị liên quan được hoàn thành một cách chính xác để tối đa hóa độ chính xác và giảm thiểu độ lệch của chỉ số mức chất lỏng thì việc đánh giá chính xác các thông số kỹ thuật của chất lỏng được xử lý là rất quan trọng. Do đó, để tránh bất kỳ sai lệch nào trong chỉ số mức chất lỏng, phải thu được dữ liệu đáng tin cậy bằng cách thường xuyên lấy mẫu và phân tích chất lỏng đo được, bao gồm lấy mẫu trực tiếp từ thùng chứa.
Thay đổi theo thời gian. Bản chất của chất lỏng quá trình là hỗn hợp dầu, nước và khí. Chất lỏng xử lý có thể có trọng lượng riêng khác nhau ở các giai đoạn khác nhau trong bình xử lý; nghĩa là, đi vào bình dưới dạng hỗn hợp chất lỏng hoặc chất lỏng nhũ hóa, nhưng rời khỏi bình dưới dạng một pha riêng biệt. Ngoài ra, trong nhiều ứng dụng hiện trường, chất lỏng xử lý được lấy từ các bể chứa khác nhau, mỗi bể có những đặc điểm khác nhau. Điều này sẽ dẫn đến hỗn hợp có mật độ khác nhau được xử lý thông qua thiết bị phân tách. Do đó, sự thay đổi liên tục của đặc tính chất lỏng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo mức chất lỏng trong thùng chứa. Mặc dù biên độ sai số có thể không đủ ảnh hưởng đến hoạt động an toàn của tàu nhưng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phân tách và khả năng hoạt động của toàn bộ thiết bị. Tùy thuộc vào điều kiện tách, sự thay đổi mật độ từ 5-15% có thể là bình thường. Dụng cụ càng gần ống đầu vào thì độ lệch càng lớn, nguyên nhân là do tính chất của nhũ tương gần đầu vào của bình chứa.
Tương tự, khi độ mặn của nước thay đổi, thước đo mức cũng sẽ bị ảnh hưởng. Trong trường hợp sản xuất dầu, độ mặn của nước sẽ thay đổi do nhiều yếu tố khác nhau như sự thay đổi của nước hình thành hoặc sự xâm nhập của nước biển được bơm vào. Ở hầu hết các mỏ dầu, sự thay đổi độ mặn có thể nhỏ hơn 10-20%, nhưng trong một số trường hợp, sự thay đổi có thể lên tới 50%, đặc biệt là trong các hệ thống khí ngưng tụ và hệ thống hồ chứa cận muối. Những thay đổi này có thể có tác động đáng kể đến độ tin cậy của phép đo mức; do đó, việc cập nhật thành phần hóa học của chất lỏng (dầu, nước ngưng và nước) là điều cần thiết để duy trì hiệu chuẩn thiết bị.
Bằng cách sử dụng thông tin thu được từ các mô hình mô phỏng quy trình, phân tích chất lỏng và lấy mẫu thời gian thực, dữ liệu hiệu chuẩn máy đo mức cũng có thể được nâng cao. Về lý thuyết, đây là phương pháp tốt nhất và hiện được sử dụng làm tiêu chuẩn thực hành. Tuy nhiên, để giữ cho thiết bị chính xác theo thời gian, dữ liệu phân tích chất lỏng phải được cập nhật thường xuyên để tránh các lỗi tiềm ẩn có thể do điều kiện vận hành, hàm lượng nước, tăng tỷ lệ dầu-không khí và thay đổi đặc tính chất lỏng.
Lưu ý: Bảo trì thường xuyên và đúng cách là cơ sở để có được dữ liệu thiết bị đáng tin cậy. Các tiêu chuẩn và tần suất bảo trì phụ thuộc phần lớn vào các hoạt động phòng ngừa và hoạt động hàng ngày có liên quan của nhà máy. Trong một số trường hợp, nếu thấy cần thiết, nên sắp xếp lại những sai lệch so với các hoạt động đã lên kế hoạch.
Lưu ý: Ngoài việc sử dụng các đặc tính chất lỏng mới nhất để hiệu chỉnh đồng hồ định kỳ, chỉ có thể sử dụng các thuật toán hoặc công cụ trí tuệ nhân tạo có liên quan để điều chỉnh các biến động hàng ngày của chất lỏng trong quy trình nhằm tính đến các biến động vận hành trong vòng 24 giờ.
Lưu ý: Dữ liệu giám sát và phân tích trong phòng thí nghiệm về chất lỏng sản xuất sẽ giúp hiểu được những bất thường tiềm ẩn trong chỉ số mức do nhũ tương dầu trong chất lỏng sản xuất gây ra.
Theo các thiết bị đầu vào và các bộ phận bên trong khác nhau, kinh nghiệm đã chỉ ra rằng sự cuốn khí và sủi bọt ở đầu vào của thiết bị phân tách (chủ yếu là thiết bị phân tách và lọc khí ngưng tụ khí thẳng đứng) sẽ có tác động đáng kể đến chỉ số mức chất lỏng và có thể dẫn đến việc kiểm soát kém và thực hiện . Việc giảm mật độ của pha lỏng do hàm lượng khí dẫn đến mức chất lỏng giả thấp, có thể dẫn đến cuốn theo chất lỏng vào pha khí và ảnh hưởng đến bộ phận nén quy trình phía sau.
Mặc dù hiện tượng cuốn khí và tạo bọt đã xảy ra trong hệ thống dầu và khí/dầu ngưng tụ, thiết bị này được hiệu chuẩn do sự dao động của mật độ dầu ngưng tụ gây ra bởi khí phân tán và hòa tan trong pha ngưng tụ trong quá trình cuốn khí hoặc thổi khí. theo quy trình. Sai số sẽ cao hơn hệ thống dầu.
Đồng hồ đo mức trong nhiều thiết bị lọc và tách dọc có thể khó hiệu chỉnh chính xác vì có lượng nước và chất ngưng tụ khác nhau trong pha lỏng và trong hầu hết các trường hợp, hai pha có chung một đường thoát chất lỏng hoặc đường thoát nước. tách nước. Vì vậy, có sự biến động liên tục về mật độ hoạt động. Trong quá trình vận hành, pha dưới cùng (chủ yếu là nước) sẽ bị thải ra ngoài, để lại lớp ngưng tụ cao hơn ở trên, do đó mật độ chất lỏng khác nhau, điều này sẽ khiến phép đo mức chất lỏng thay đổi theo sự thay đổi của tỷ lệ chiều cao lớp chất lỏng. Những biến động này có thể rất nghiêm trọng trong các thùng chứa nhỏ hơn, có nguy cơ mất mức vận hành tối ưu và trong nhiều trường hợp, hãy vận hành chính xác bộ phận dẫn khí (bộ phận dẫn khí của máy khử khí dung dùng để xả chất lỏng) Vòng đệm chất lỏng cần thiết.
Mức chất lỏng được xác định bằng cách đo chênh lệch mật độ giữa hai chất lỏng ở trạng thái cân bằng trong thiết bị phân tách. Tuy nhiên, bất kỳ chênh lệch áp suất bên trong nào cũng có thể gây ra sự thay đổi mức chất lỏng đo được, do đó đưa ra chỉ báo mức chất lỏng khác do giảm áp suất. Ví dụ, sự thay đổi áp suất trong khoảng từ 100 đến 500 mbar (1,45 đến 7,25 psi) giữa các ngăn chứa do tràn vách ngăn hoặc tấm đệm kết dính sẽ làm mất mức chất lỏng đồng đều, dẫn đến mức giao diện trong thiết bị phân tách. phép đo bị mất, dẫn đến độ dốc ngang; nghĩa là mức chất lỏng chính xác ở đầu trước của bình nằm dưới điểm đặt và đầu sau của thiết bị phân tách nằm trong điểm đặt. Ngoài ra, nếu có một khoảng cách nhất định giữa mức chất lỏng và vòi phun của máy đo mức chất lỏng phía trên, cột khí thu được có thể gây ra sai số đo mức chất lỏng khi có bọt.
Bất kể cấu hình của bình xử lý là gì, một vấn đề phổ biến có thể gây ra sai lệch trong phép đo mức chất lỏng là sự ngưng tụ chất lỏng. Khi ống dụng cụ và thân bình chứa được làm mát, sự giảm nhiệt độ có thể làm cho khí tạo ra chất lỏng trong ống dụng cụ ngưng tụ, khiến chỉ số mức chất lỏng sai lệch so với điều kiện thực tế trong bình chứa. Hiện tượng này không phải chỉ xảy ra ở môi trường bên ngoài lạnh giá. Nó xảy ra trong môi trường sa mạc nơi nhiệt độ bên ngoài vào ban đêm thấp hơn nhiệt độ quy trình.
Theo dõi nhiệt cho đồng hồ đo mức là cách phổ biến để ngăn chặn sự ngưng tụ; tuy nhiên, cài đặt nhiệt độ rất quan trọng vì nó có thể gây ra sự cố mà nó đang cố gắng giải quyết. Bằng cách đặt nhiệt độ quá cao, các thành phần dễ bay hơi hơn có thể bay hơi, khiến mật độ chất lỏng tăng lên. Từ quan điểm bảo trì, việc theo dõi nhiệt cũng có thể gặp vấn đề vì nó dễ bị hỏng. Một lựa chọn rẻ hơn là lớp cách nhiệt (cách nhiệt) của ống dụng cụ, có thể giữ nhiệt độ quá trình và nhiệt độ môi trường bên ngoài ở một mức nhất định trong nhiều ứng dụng một cách hiệu quả. Cần lưu ý rằng từ quan điểm bảo trì, độ trễ của đường ống thiết bị cũng có thể là một vấn đề.
Lưu ý: Một bước bảo trì thường bị bỏ qua là xả sạch thiết bị và dây cương. Tùy thuộc vào dịch vụ, các hành động khắc phục như vậy có thể được yêu cầu hàng tuần hoặc thậm chí hàng ngày, tùy thuộc vào điều kiện hoạt động.
Có một số yếu tố đảm bảo dòng chảy có thể ảnh hưởng tiêu cực đến dụng cụ đo mức chất lỏng. tất cả những điều này là:
Lưu ý: Trong giai đoạn thiết kế của thiết bị phân tách, khi lựa chọn thiết bị đo mức thích hợp và khi phép đo mức không bình thường, cần xem xét vấn đề đảm bảo tốc độ dòng chảy chính xác.
Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mật độ của chất lỏng gần vòi của máy đo mức. Những thay đổi cục bộ về áp suất và nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng chất lỏng, do đó ảnh hưởng đến chỉ số mức và độ ổn định của toàn bộ hệ thống.
Những thay đổi cục bộ về mật độ chất lỏng và những thay đổi nhũ tương đã được quan sát thấy trong thiết bị phân tách, trong đó điểm xả của ống thoát nước/ống thoát nước của thiết bị tách khí nằm gần vòi của bộ truyền mức chất lỏng. Chất lỏng được thiết bị khử sương thu giữ sẽ trộn với một lượng lớn chất lỏng, gây ra những thay đổi cục bộ về mật độ. Biến động mật độ phổ biến hơn trong chất lỏng mật độ thấp. Điều này có thể dẫn đến sự dao động liên tục trong phép đo mức dầu hoặc nước ngưng, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động của tàu và việc điều khiển các thiết bị hạ lưu.
Lưu ý: Đầu phun của thiết bị truyền mức chất lỏng không được phép ở gần điểm xả của thiết bị hạ lưu vì có nguy cơ gây ra sự thay đổi mật độ không liên tục, ảnh hưởng đến việc đo mức chất lỏng.
Ví dụ trong Hình 2 là cấu hình đường ống đo mức thông thường, nhưng nó có thể gây ra sự cố. Khi có sự cố tại hiện trường, việc xem xét dữ liệu máy phát mức chất lỏng kết luận rằng mức chất lỏng giao diện bị mất do khả năng phân tách kém. Tuy nhiên, thực tế là khi càng có nhiều nước được tách ra, van điều khiển mức đầu ra sẽ dần dần mở ra, tạo ra hiệu ứng Venturi gần vòi phun dưới bộ truyền mức, cách mực nước chưa đến 0,5 m (20 in.). Vòi phun nước. Điều này gây ra sự sụt giảm áp suất bên trong, khiến cho mức đọc mức giao diện trong máy phát thấp hơn mức đọc mức giao diện trong thùng chứa.
Những quan sát tương tự cũng đã được báo cáo ở máy chà sàn nơi vòi xả chất lỏng được đặt gần vòi dưới bộ truyền mức chất lỏng.
Vị trí chung của các đầu phun cũng sẽ ảnh hưởng đến chức năng chính xác, tức là các đầu phun trên vỏ dải phân cách dọc khó bị tắc hoặc tắc hơn so với các đầu phun nằm ở đầu dưới của dải phân cách. Một khái niệm tương tự cũng áp dụng cho các thùng chứa nằm ngang, trong đó vòi phun càng thấp thì càng gần với bất kỳ chất rắn nào lắng xuống, khiến nó dễ bị tắc hơn. Những khía cạnh này cần được xem xét trong giai đoạn thiết kế tàu.
Lưu ý: Vòi của bộ truyền mức chất lỏng không được để gần vòi đầu vào, vòi xả chất lỏng hoặc khí, vì có nguy cơ giảm áp suất bên trong, ảnh hưởng đến việc đo mức chất lỏng.
Các cấu trúc bên trong khác nhau của thùng chứa ảnh hưởng đến việc phân tách chất lỏng theo những cách khác nhau, như trong Hình 3, bao gồm cả khả năng phát triển gradient mức chất lỏng do tràn vách ngăn, dẫn đến giảm áp suất. Hiện tượng này đã được quan sát thấy nhiều lần trong quá trình nghiên cứu xử lý sự cố và chẩn đoán quy trình.
Vách ngăn nhiều lớp thường được lắp đặt trong thùng chứa ở phía trước dải phân cách và rất dễ bị ngập do vấn đề phân phối dòng chảy ở phần đầu vào. Sự tràn sau đó gây ra sự sụt giảm áp suất trên toàn bình, tạo ra một gradient mức. Điều này dẫn đến mức chất lỏng ở phía trước thùng chứa thấp hơn, như trong Hình 3. Tuy nhiên, khi mức chất lỏng được kiểm soát bằng máy đo mức chất lỏng ở phía sau thùng chứa, sẽ xảy ra sai lệch trong phép đo được thực hiện. Độ dốc mức cũng có thể gây ra điều kiện phân tách kém trong bình xử lý vì độ dốc mức mất ít nhất 50% thể tích chất lỏng. Ngoài ra, có thể hình dung rằng khu vực tốc độ cao liên quan do sụt áp gây ra sẽ tạo ra khu vực tuần hoàn dẫn đến mất thể tích phân tách.
Tình huống tương tự có thể xảy ra ở các nhà máy sản xuất nổi, chẳng hạn như FPSO, nơi nhiều miếng xốp được sử dụng trong bình xử lý để ổn định chuyển động chất lỏng trong bình.
Ngoài ra, sự cuốn theo khí nghiêm trọng trong thùng chứa nằm ngang, trong những điều kiện nhất định, do độ khuếch tán khí thấp, sẽ tạo ra gradient mức chất lỏng cao hơn ở mặt trước. Điều này cũng sẽ ảnh hưởng xấu đến việc kiểm soát mức ở phần cuối phía sau của thùng chứa, dẫn đến sự khác biệt trong phép đo, dẫn đến hiệu suất của thùng chứa kém.
Lưu ý: Mức độ gradient ở các dạng bình xử lý khác nhau là thực tế và tình trạng này cần được giảm thiểu vì chúng sẽ làm giảm hiệu quả phân tách. Cải thiện cấu trúc bên trong của thùng chứa và giảm các vách ngăn và/hoặc tấm đục lỗ không cần thiết, cùng với nhận thức và thực hành vận hành tốt, để tránh các vấn đề về độ dốc của chất lỏng trong thùng chứa.
Bài viết này thảo luận về một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc đo mức chất lỏng của thiết bị phân tách. Chỉ số đo mức không chính xác hoặc hiểu sai có thể khiến bình hoạt động kém. Một số gợi ý đã được đưa ra để giúp tránh những vấn đề này. Mặc dù đây không phải là danh sách đầy đủ nhưng nó giúp hiểu được một số vấn đề tiềm ẩn, từ đó giúp nhóm vận hành hiểu được các vấn đề vận hành và đo lường tiềm ẩn.
Nếu có thể, hãy thiết lập các phương pháp hay nhất dựa trên bài học kinh nghiệm. Tuy nhiên, không có tiêu chuẩn ngành cụ thể nào có thể áp dụng trong lĩnh vực này. Để giảm thiểu rủi ro liên quan đến sai lệch đo lường và những bất thường trong kiểm soát, những điểm sau đây cần được xem xét trong thực tiễn thiết kế và vận hành trong tương lai.
Tôi xin cảm ơn Christopher Kalli (giáo sư phụ trợ tại Đại học Tây Úc ở Perth, Úc, người đã nghỉ hưu của Chevron/BP); Lawrence Coughlan (cố vấn của Lol Co Ltd. Aberdeen, người đã nghỉ hưu của Shell) và Paul Georgie (cố vấn của Glasgow Geo Geo, Glasgow, Vương quốc Anh) vì sự hỗ trợ của họ. Các giấy tờ được bình duyệt và phê bình. Tôi cũng xin cảm ơn các thành viên của Tiểu ban Kỹ thuật Công nghệ Tách SPE đã tạo điều kiện cho việc xuất bản bài viết này. Đặc biệt cảm ơn các thành viên đã xem xét bài báo trước khi xuất bản lần cuối.
Wally Georgie có hơn 4 năm kinh nghiệm trong ngành dầu khí, cụ thể là vận hành dầu khí, xử lý, phân tách, xử lý chất lỏng và tính toàn vẹn của hệ thống, xử lý sự cố vận hành, loại bỏ tắc nghẽn, tách dầu/nước, xác nhận quy trình và kiểm tra kỹ thuật. chuyên môn Đánh giá thực hành, kiểm soát ăn mòn, giám sát hệ thống, phun nước và xử lý thu hồi dầu nâng cao cũng như tất cả các vấn đề xử lý chất lỏng và khí khác, bao gồm sản xuất cát và chất rắn, hóa học sản xuất, đảm bảo dòng chảy và quản lý tính toàn vẹn trong hệ thống quy trình xử lý.
Từ năm 1979 đến năm 1987, ban đầu ông làm việc trong lĩnh vực dịch vụ ở Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, các khu vực khác nhau ở Châu Âu và Trung Đông. Sau đó, ông làm việc tại Statoil (Equinor) ở Na Uy từ năm 1987 đến năm 1999, tập trung vào các hoạt động hàng ngày, phát triển các dự án mỏ dầu mới liên quan đến vấn đề tách dầu-nước, hệ thống khử lưu huỳnh và khử nước xử lý khí, quản lý nước sản xuất và xử lý các vấn đề sản xuất rắn. hệ thống sản xuất. Kể từ tháng 3 năm 1999, ông làm việc với tư cách là nhà tư vấn độc lập trong lĩnh vực sản xuất dầu khí tương tự trên khắp thế giới. Ngoài ra, Georgie còn từng là nhân chứng chuyên môn trong các vụ án dầu khí hợp pháp ở Vương quốc Anh và Úc. Ông từng là Giảng viên Xuất sắc của SPE từ năm 2016 đến năm 2017.
Anh ấy có bằng thạc sĩ. Thạc sĩ Công nghệ Polymer, Đại học Loughborough, Vương quốc Anh. Nhận bằng cử nhân về kỹ thuật an toàn của Đại học Aberdeen, Scotland và bằng Tiến sĩ về công nghệ hóa học của Đại học Strathclyde, Glasgow, Scotland. Bạn có thể liên hệ với anh ấy tại wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Georgie đã tổ chức một hội thảo trực tuyến vào ngày 9 tháng 6 “Tách biệt các yếu tố thiết kế và vận hành cũng như tác động của chúng đến hiệu suất của hệ thống nước sản xuất trong các công trình trên bờ và ngoài khơi”. Có sẵn theo yêu cầu tại đây (miễn phí cho thành viên SPE).
Tạp chí Công nghệ Dầu khí là tạp chí hàng đầu của Hiệp hội Kỹ sư Dầu khí, cung cấp các thông tin tóm tắt và chủ đề có thẩm quyền về sự tiến bộ của công nghệ thăm dò và sản xuất, các vấn đề của ngành dầu khí cũng như tin tức về SPE và các thành viên của nó.
Thời gian đăng: 17-06-2021
