Introduksjon til gass
Introduksjon til gass-væske separasjon TEKNA separasjonsseminar 2009 Richard Arntzen, STN © Shell 2009 Innhold • • • • • • • • Introduksjon Grensebetingelser Designfilosofi Designmetodikk Innmat og –valg. Prosesstusser. Instrumentering Vanligste feilmodi Oppsummering 2 Introduksjon Denne innledende presentasjonen er ment som en oversikt/ oppsummering av de ulike valgene som typisk gjøres i prosessdesignet av en konvensjonell gass-væske separator. Så langt det er praktisk mulig er det søkt unngått firmaspesifikke krav og filosofier, men i praksis har de fleste større aktører noenlunde sammenfallende oppfatninger av hva som er fornuftig – i hvert fall på det overfladiske planet denne presentasjonen beveger seg i. 3 Grensebetingelser • Sikkerhet – Eksternt og internt miljø – Designtrykk, temperatur – Materialvalg • Fødebetingelser – Gass eller væskedominert – Flerfaseregime – Transienter • Nedstrøms utstyr – Krav til utløpskvalitet – Krav til buffervolum – Kontroll/responstider • Kunde og lokasjon – Regionale/nasjonale standarder – Kundespesifikke krav 4 Designfilosofi 1. Transformér innkommende impuls til tilnærmet respektive gjennomsnittsimpulser (så fort som mulig) 2. Beskytt separerte bulkfaser mot opprivning/innblanding av fremmed fase. Unngå skumdannelse! 3. Demisting: • Dann en væskefilm (dråpekoalesens/aggregering) • Beskytt denne mot oppriving • Drener den til væske bulkfase Bilde © Wikipedia 5 Designmetodikk Horisontal Endeinnløp Gas dominated Horisontal senterinnløp Vertikal Liquid dominated Gjett diameter og lengde Bestem diameter HP: beregn veggtykkelse HP: beregn veggtykkelse Bestem væskenivå + slugvolum + Gass k-faktor Bestem væskenivå + slugvolum + Gass k-faktor Bestem størrelse på stusser og velg internals Bestem størrelse på stusser og velg internals Bestem høyde Prosess Design ferdig 6 Innmat og –valg: innløp • Innløpet er (sannsynligvis) det viktigste av all innmat. Her kan man gjøre mye riktig, og mye galt. • Innløpet og omliggende strømningssoner er det eneste stedet det er (kinetisk) energi av noenlunde størrelse, og også stedet der det er mest flerfasekarakter. – Derfor er innløpet stedet der design har mest å si (sammen oppstrøms rørføring). – Energien må dissiperes forsiktig, eller kan til og med brukes konstruktivt (mer avansert). Enkle innløp: ‘ingenting’ (hull i veggen), ‘half-pipe’, momentbryter, pallringboks. Mer avanserte innløp har ledeskovl-arrangementer (eks. Schoepentoeter™ og varianter av dette). Innløp som benytter rotasjon: innløpssykloner, Spinlet™ (beveger seg mot sk. kompakte design). • • • • I en horisontal tank bør man ha strømningsrettere umiddelbart etter innløpet. Schoepentoeter er registrert varemerke av Shell, Spinlet er registrert varemerke av StatoilHydro 7 Et knippe innløp Bilder (med tillatelse) © Sulzer Chemtech, FMC Technologies, Aker solutions ASA, Bismo 8 Demisting (tåkefjerning?) • Innløpets fokus bør være primært å unngå skumming, sekundært å få så lite væske i gassen som mulig. – Det er mye vanskeligere å håndtere skum enn tåke etterpå (du trenger energi som du i utgangspunktet ikke har til skumdreping). – Det finnes flere typer innmat som er utmerket på gassrensing (tåkefjerning). – Merk at innmat som krever lukket drenasje (altså har et signifikant internt trykkfall; stort sett sykloner men også til en viss grad vane packs) må ha nok statisk høyde til væskefasen, så man unngår reversering av strømningen i drenasjerøret. – Dette kan være vanskelig å få til i horisontale tanker (vertikal plassmangel) 9 Innmat: mesh pad • • • • • • Strikket (som oftest) ståltråd legges lagvis i en matte som fanger dråper i gassen. Utmerket for lave gasslaster (kfaktor). Ved for høy k-faktor dras væsken gjennom matten, og den fungerer da som en koalescer, og kan også forbedre strømningsbildet til neste trinn. Ved alt for høy k-faktor gjør den lite nytte, men heller ikke mye skade. Kan ha problemer med forurensinger, spesielt i tungoljeapplikasjoner (asfaltener, naftenater, faste partikler). Det finnes mesh pads i en rekke materialer, trådtykkelser, maskevidder, mattetykkelser etc. Mistmat 36 10 Innmat: vane pack (ledeskovlpakke?) • Parallelle kanaler legges ved siden av hverandre med vinkler • Retningsforandringene i vinklene fører til at væske avsettes langs ‘yttervegg’. • Etter hver vinkel søkes væskefilmen drenert inn i et volum som er skjermet fra hoved(gass)strømmen. • Det finnes et utall varianter med forskjellig kapasitet for gass og væske; ‘single’ og ‘double pocket’, forskjellig kanalbredde, ulike vinkler, -dreneringskapasitet etc. Bilde (med tillatelse) © Aker Solutions ASA 11 Innmat: demister-sykloner (aksiale) • En ledeskovlseksjon setter gass-strømmen i spinn • Væsken slås ut på veggen og dreneres gjennom utsparringer her • Det finnes flere leverandører, med ulike varianter. – Utforming av ledeskovler, utsparringer, med og uten resirkulering av gass samt utformingen av denne etc. Bilder © Natco Norway, FMC Technologies (med tillatelse) 12 Prosesstusser (med tilhørende opp- og nedstrøms rørføring) For separasjonsdesignets del er innløpsstussen sentral i å sette opp hastigheten (og dermed kinetisk energi) inn i innløpet. Det er vanlig å kreve rettstrekk oppstrøms innløpsstussen, i samme diameter som innløpsstussen, typisk 10xID. Dette er for å fjerne det meste av forstyrrelser på strømningen. Typisk er at etter en vesentlig endring (ventil, ekspansjon etc.) vil trykkustabiliteter (store fluktuasjoner, koking etc.) dempes etter ca. 3xID, og små fluktuasjoner (bølger, lavfrekevente svigninger) noe senere. Det er videre overraskende vanlig at piping ikke tar hensyn til disse kravene, og har alt for korte rettstrekk, gjerne også med mindre diameter. Dette vil som oftest gi nedsatt ytelse, noen ganger sterkt nedsatt ytelse (noe avhengig av valgt innløp samt enkelte andre valg). Så sjekk det. Alltid. Utløpsstusser og nedstrøms rørføring er ikke like kritisk for separatorperformance (dog kan nedstrøms utstyr lide). Sørg for å ha vortexbreaker på væskeutløpet, og at sugesonene fra stussene ikke påvirker strømningen i tanken unødig negativt. 13 Instrumentering Følgende instrumentering er vanlig: Trykk og temperatur (regulering og alarmer på trykk, kun alarm på temperatur) Væskenivå (regulering og alarm) Vanligste prinsipp for væskenivå er differensialtrykk. I tillegg har det de siste årene kommet en del varianter av væskeprofilmålere på markedet, etter ulike prinsipper (nukleonisk, induktiv, kapasitiv etc.) Disse kan ofte gi nyttig informasjon hvis det er problemer med virkningsgrad. 14 Vanligste feilmodi (OREDA 2002) Hva feiler en scrubber oftest? (per rapportert feil) Nivåinstrumentering: 51.56% Ventiler: 20.31% Trykkmålere: 8.33% Ukjent: 5.21% Trykktank mekanisk: 4.17% Resten av registrerte feilkilder 2.08% og lavere. Det hører med til bildet at instrumentfeil som regel er mindre alvorlige enn mekanisk feil ved trykktanken. Og hvorvidt carry-over av skum til kompressor skal ansees som en feil på nivåmåleren eller en feil på designet kan noen ganger være vanskelig å si. Carry-over til kompressor er også mindre alvorlig enn gasslekkasje på dekk. Uansett: hvis det går an er det lov til å prøve å hjelpe nivåmåleren I prosessdesignet, og også tenke redundans her. 15 Oppsummering Design i forhold til grensebetingelsene. Sørg for at oppstrøms piping matcher krav (størrelse, rettstrekk): det som foregår i innløpet er viktig. Pass på nivå-instrumenteringen. 16 Kildehenvisninger (illustrasjoner) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Vap-Liq_Separator.png http://www.sulzerchemtech.com/en/desktopdefault.aspx/tabid-234/289_read-353/ http://www.akersolutions.com/NR/rdonlyres/DF1908C9-9CA5-4397-ACE59C9BABC3CA73/16513/Gsep_2_ill_small.jpg http://www.fmctechnologies.com/CDSSeparationTechnologies/Publications/InletDevices.aspx http://www.bismoindustrier.no/nr%2004%20Bergesen%20FPSO%20Inlet%20Cyclone%20no.htm http://www.akersolutions.com/NR/rdonlyres/F5C18A2A-CDDC-43D0-96FA7ED96A289B16/10204/vanedemister1.gif http://www.natcogroup.com/bin/webroot/media/general/DCImage.jpg http://www.fmctechnologies.com/CDSSeparationTechnologies/ProductsAndServices/SpiraFlo wCyclone.aspx 17 Xtra: K-kaktor (eks. for kule, men er uavhengig av geometri) Oppdrift for kule (Newtons 2. lov) FB d 6 mg K-faktor sier ikke “alt”, spesielt ikke ved høye trykk (lave overflatespenninger) 3 l g g Drag for kule (etter Rayleigh) FD 1 2 1 2 2 u g g CD A 2 u g g CD d2 4 Balanserer kreftene og isolerer ug (SoudersBrown) ug 8 gd 6 CD l g g K l g g 19
© Copyright 2024