تشخیص سطح رابط در میادین نفتی و پالایشگاه ها
تشخیص سطح رابط در میادین نفتی و پالایشگاه ها
در عملیات تکه تکه شدن در چاه های نفت و گاز ، هم آب و هم روغن به سطح می آیند و باید جدا شوند.
در یک ظرف جداکننده ، روغن و آب جدا می شوند ، با حرکت روغن به بالا و آب به پایین. کلیدهای سطح خازنی برای تشخیص رابط روغن/آب استفاده می شود.
در عملیات تکه تکه شدن در چاه های نفت و گاز ، هم آب و هم روغن به سطح می آیند و باید جدا شوند. هیدروکربن ها به راحتی از آب فیلتر می شوند ، اما آب باقی مانده - "آب تولید شده" نامیده می شود - آلوده است و باید قبل از رهاسازی به محیط زیست تصفیه شود.
فراکینگ به طور گسترده ای در صنعت نفت و گاز استفاده می شود. با افزایش استفاده از آن ، تصفیه آب تولید شده از چاهها یک چالش بزرگ است ، به ویژه به این دلیل که تمیز کردن آب تولید شده حدود 300 برابر هزینه تمیز کردن فاضلاب شهری هزینه دارد.
یک مشکل مشابه در پالایشگاه های نفت وجود دارد ، جایی که نفت خام ورودی حاوی آبی است که باید قبل از تصفیه حذف شود. پس از ورود به پالایشگاه ها ، نفت خام ممکن است بین 3 تا 5 درصد آب داشته باشد.
چه جداسازی در محل چاه یا پالایشگاه انجام شود ، اندازه گیری سطح رابط بین روغن و آب در مخزن جداسازی بسیار مهم است. اندازه گیری صحیح اطمینان می دهد که فروشگاه اتوماسيون صنعتي حداکثر مقدار روغن برای تصفیه خارج شده و حداقل هیدروکربن به فرآیند تصفیه آب ارسال می شود.
فرایندهای جداسازی
روغن در میادین تولیدی بسته به مخزن روغن ، بلوغ چاه و روشهای استخراج مورد استفاده ، حاوی مقدار متفاوتی آب است. مقداری جداسازی آب از نفت در میدان انجام می شود تا میزان انتقال آب به پالایشگاه کاهش یابد.
در محل چاه ، به ویژه جایی که فرکینگ انجام می شود ، آب جدا شده باید قبل از بازگشت به محیط در محل یا در یک مرکز تصفیه آب مجاور تصفیه شود.
پالایشگاه ها بر اساس اندازه گیری رسوبات اولیه و آب (BS&W) نفت خام را از میادین تولید دریافت می کنند. هرچه اندازه گیری BS&W بیشتر باشد ، مقدار بیشتری آب در نفت خام وجود دارد. پالایشگاه ها از جداسازی گرانش ، مخازن آب شیرین کن ، مخازن بدون چربی و سایر تجهیزات برای حذف آب و سایر ناخالصی ها استفاده می کنند.
در تمام این فرایندها ، آب جدا شده از روغن از ته مخزن تخلیه می شود ، در حالی که هیدروکربن ها معمولاً به طور مداوم با عبور از روی یک بافل در یک سر مخزن جدا کننده حذف می شوند (شکل 1).
تخلیه آب
حذف آب از مخزن جداسازی "زباله آب" نامیده می شود. به دلیل هزینه بالای تصفیه آب ، مهم است بدانیم که چه زمانی سطح آب و روغن به نقطه پایینی می رسد تا از ریختن روغن به تاسیسات تصفیه آب جلوگیری شود.
در برخی موارد جریمه ای برای ریختن هیدروکربن ها به تصفیه خانه وجود دارد. دوم ، کل ایده این است که حداکثر توان هیدروکربن را برای تصفیه به حداکثر برسانیم ، نه اینکه آن را در فاضلاب تخلیه کنیم.
تعدادی از روشها سطح بین آب و روغن را اندازه گیری می کنند. این موارد شامل نمونه گیری دستی تا اندازه گیری سطح پیوسته پیچیده با استفاده از رادار موج هدایت شونده و فرستنده های تابش گاما می باشد.
اما برای کنترل تخلیه آب ، یک سوئیچ سطح خازنی روشن/خاموش که در نزدیکی خروجی آب قرار داده شده است ، تقریباً همیشه به دلایلی که در زیر ذکر شده است ، جایگزین ترجیحی است.
داخل کلیدهای خازنی
شکل 2
شکل 2: برای تشخیص وجود سیالات رسانا می توان از سنسور خازنی استفاده کرد.
همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ، یک خازن از دو صفحه رسانا تشکیل شده است که توسط یک ماده "دی الکتریک" غیر رسانا از هم جدا شده اند.
مواد دی الکتریک بر اساس "ثابت دی الکتریک" یا "DK" طبقه بندی می شوند که توانایی مواد را برای ذخیره بار خازنی ردیابی می کند. هرچه عدد دی الکتریک بیشتر باشد ، ظرفیت بیشتری ذخیره می شود.
خازن برابر DK (ثابت دی الکتریک) است ، برابر با مساحت صفحات رسانا ، تقسیم بر فاصله بین دو صفحه ، یا:
C = (DK * A) / D
سنسورهای خازنی برای اندازه گیری سطح از این مفاهیم اولیه ظرفیت استفاده می کنند ، به طوری که مخزن به یک صفحه خازن تبدیل می شود (شکل 3) در برنامه های سطح نقطه. یعنی ، کاوشگر به یک صفحه رسانا تبدیل می شود ، ظرف یا مرجع زمین به دومین صفحه رسانا تبدیل می شود و موادی که اندازه گیری می شود مواد دی الکتریک است. در مورد مواد رسانا مانند آبهای زیرزمینی ، صفحات اساساً کوتاه می شوند و تغییرات زیادی در ظرفیت ایجاد می کنند.
یک مدار پل در واحد الکترونیکی سنسور متعادل است تا خازنی را که توسط یک عنصر سنجش کشف نشده تولید می شود خنثی کند. از آنجا که مواد پروب را می پوشاند ، فروشگاه اتوماسيون صنعتي افزایش ظرفیت در سمت پروب پل ایجاد می شود که باعث عدم تعادل پل می شود. این تغییر به فرمان سوئیچ تبدیل می شود تا یک رله یا خروجی دیگر وضعیت سوئیچ را تحت پوشش یا بدون پوشش نشان دهد.
در مورد موادی که روکش را روی کاوشگر باقی می گذارند ، جبران تجمع فعال در واحد الکترونیکی وسیله ای برای جبران پوشش و تداوم ارائه تکیه می کند.اندازه گیری قادر
کاربردهای تخلیه آب
شکل 3
شکل 3: در سنسور سطح خازنی ، خود مخزن به یک صفحه از خازن تبدیل می شود و مخلوط روغن و آب ماده دی الکتریک است.
استفاده از کلید خازنی برای شناسایی رابط بین روغن و آب به دلیل ویژگی های الکتریکی فوق العاده متفاوت این دو سیال مثر است. آبهای زیرزمینی بسیار رسانا بوده و باعث کوتاه شدن دو صفحه خازن می شود و باعث تغییر تقریباً بی نهایت در ظرفیت اندازه گیری شده می شود. فاز روغن رسانا نیست و ثابت دی الکتریک پایین روغن (حدود 2DK) باعث تغییر کوچکی در ظرفیت اندازه گیری می شود. این منجر به تعریف الکتریکی بسیار واضحی بین دو مرحله می شود.
در مخزن تخلیه آب ، سنسور با مخلوطی اتوماسيون صنعتي اصفهان از روغن و آب پوشانده می شود تا فرآیند جداسازی ادامه یابد ، هنگامی که روغن به بالا حرکت می کند و آب نسبتاً تمیز به پایین حرکت می کند.سروو موتور دلتا آب جدا شده هنوز حاوی مقداری روغن ، گریس ، آهن ، مواد افزودنی پلیمری ، موم پارافین و سایر آلاینده ها است که در مرحله بعدی تصفیه آب حذف می شود. سنسور احتمالاً هرگز آب خالص را نخواهد دید. با این حال ، حتی با وجود آلاینده ها ، فاز آب رسانا خواهد بود و از نظر الکتریکی متفاوت از فاز روغن است.
سوئیچ خازنی در نقطه ای نصب شده است که نیاز به رابط کم بین روغن و آب است. این می تواند یک نصب افقی درست بالای خط خروجی زباله آب باشد (شکل 4). سوئیچ خازنی را می توان مستقیماً در لوله خروجی آب نصب کرد ، اما نصب افقی در نقطه کنترل ترجیح داده می شود.
کلید خازنی با یک پیش بار زیاد روی مدار پل تنظیم می شود تا حساسیت آن کمتر شود. این به سوئیچ اجازه می دهد تا آب را به دلیل تغییر زیاد در ظرفیت به دلیل خواص الکتریکی رسانای آب تشخیص دهد. ثابت بودن دی الکتریک پایین و خواص غیر رسانای فاز روغن ، تغییراتی در ظرفیت ایجاد نمی کند که از پیش بار زیاد مدار پل فراتر رود.
نتیجه این است که سوئیچ به محض اینکه آب به زیر نوک پروب سقوط کرد ، حالت خود را تغییر می دهد. این یک نشانه بسیار قابل اعتماد از رابط آب/روغن است که می تواند برای جلوگیری از تخلیه مورد استفاده قرار گیرد.
سایر روشهای سطح نقطه
چندین روش دیگر برای تشخیص رابط آب/روغن موجود است ، اما همه آنها در مقایسه با سنسورهای سطح خازنی دارای معایب قابل توجهی هستند:
شکل 4
شکل 4: یک سوئیچ سطح خازنی که دقیقاً بالای خط خروجی تخلیه آب نصب شده است می تواند وجود روغن را تشخیص داده و سیگنالی برای خاموش کردن پمپ ارسال کند ، بنابراین از رسیدن روغن به فرآیند تصفیه آب جلوگیری می کند.
نمونه گیری دستی - روش نمونه گیری دستی قدیمی است ، اما هنوز در بسیاری از امکانات مورد استفاده قرار می گیرد. تعدادی دریچه به صورت عمودی در کنار ظرف قرار گرفته اند. اپراتور شیر را به طور مختصر باز می کند و نمونه ای را می کشد. با مشاهده بصری نمونه ، می توان تعیین کرد که کدام شیر آب و نزدیکترین شیر بعدی که روغن در آن وجود دارد ، را نشان می دهد ، در نتیجه رابط بین دو سوپاپ مشخص می شود.
نمونه گیری دستی دارای اشکالات متعددی است. اول ، این فقط یک ایده از جایی که رابط واقع شده است - یعنی جایی بین دو سوپاپ ، ارائه می دهد. از آنجا که نمونه ها به صورت دستی گرفته می شوند ، محل رابط شناسایی شده به اندازه آخرین نمونه دقیق است. همچنین بر تفسیر بصری از آب و روغن چیست. این تفسیر دلخواه و مغایر با عملگرهای مختلف است. در نهایت ، تصمیم گیری در مورد زمان توقف دامپینگ بر عهده اپراتور است ، که به عامل خطای انسانی می افزاید.
شیشه دید - یک شیشه دید واقع در خط خروجی تخلیه آب می تواند برای تشخیص بصری تغییر از فاز آب به فاز روغن استفاده شود. همانطور که در روش نمونه گیری دستی ، سروو موتور دلتا به تفسیر بصری از آب و روغن وابسته است. همچنین از آنجا که شیشه دید در خط خروجی قرار دارد ، ناخواسته مقداری روغن ریخته می شود. از آنجا که این یک عملکرد دستی است ، خطای انسانی معرفی می شود.
سوئیچ هدایت - کلیدهای رسانایی با عبور جریان الکتریکی از یک الکترود به الکترود دوم از طریق مایع رسانا عمل می کنند. در یک رابط روغن/آب ، جریان زمانی که آب وجود دارد عبور می کند. هنگامی که مایع به روغن غیر رسانا تبدیل می شود ، جریان دیگر بین الکترودها عبور نمی کند و سوئیچ تغییر حالت را نشان می دهد.
سوئیچ های رسانایی تشخیص رابط قابل اعتماد را در بسیاری از تأسیسات فراهم می کند. با این حال ، اگر الکترودها با یک ماده غیر رسانا مانند نفت خام سنگین یا موم پارافین پوشانده شوند ، الکترود دیگر از جریان عبور نمی کند. این تا زمانی که الکترودها تمیز نشوند ، یک قرائت غلط را نشان می دهد. به همین دلیل ، کلیدهای رسانایی فقط باید در فرایندهای جداسازی که فازها عاری از مواد سنگین یا آلاینده ها هستند استفاده شود.
Float Switch - از کلیدهای شناور برای اندازه گیری سطح آب و روغن استفاده می شود. شناور برای وزن مخصوص آب کالیبره شده است که 1.0 یا کمی استبالاتر این روغن دارای وزن مخصوص کمتری است ، به طور کلی بین 0.7 تا 0.9. با پایین آمدن سطح آب ، بازوی شناور به سمت پایین حرکت می کند و نشان دهنده نقطه کنترل کم آب است.
شناورها به دلایل مختلفی می توانند در کاربردهای تخلیه آب مشکل ساز شوند. قسمت های متحرک سوئیچ شناور مستعد آسیب و آسیب هستند. شناور می تواند به خطر بیفتد و باعث غرق شدن آن شود. خام و موم سنگین می تواند روی بازوی شناور و شناور ایجاد شود و باعث قطع و خرابی شود. در نهایت ، وزن مخصوص آبهای زیرزمینی و روغن متغیر است و به طور مرتب نیاز به "تنظیمات" کالیبراسیون دارد.
کلمات پایانی
هنگام مقایسه ابزارهای سطح نقطه ای که می توانند رابط آب/روغن را تشخیص دهند ، سنسور خازنی بهترین انتخاب است. سوئیچ های سطح خازنی برای کالیبراسیون ساده هستند و می توانند به صورت افقی یا عمودی نصب شوند. هیچ قطعه متحرکی برای فرسوده شدن یا قطع کردن وجود ندارد. از آنجا که خازن دارای مزیت جبران تجمع فعال است ، موادی که پوشش می دهند ، مانند نفت خام سنگین یا پارافین ، مشکلی ندارند.
کلیدهای سطح خازنی تشخیص رابط روغن آب قابل اطمینان را فراهم می کند و به خودکارسازی فرایند کنترل تخلیه آب کمک می کند.
یک تامین کننده برجسته تجهیزات اندازه گیری و اتوماسیون صنعتی است که دارای راه حل های جامع فرآیند برای جریان ، سطح ، فشار ، تجزیه و تحلیل ، دما ، ضبط و ارتباطات دیجیتالی در طیف وسیعی از صنایع ، بهینه سازی فرایندها برای بهره وری اقتصادی ، ایمنی و حفاظت از محیط زیست است. به