تفکیک کننده ها و انواع آنها در واحدهای بهره برداری

استاندارد

تفکیک کننده ها و انواع آنها

Separator


   سیال تولیدی از چاه های نفت به صورت دو فاز (گاز و نفت) و بعضی مواقع نیز سه فاز (گاز ، نفت و آب) تولید می گردد . برای به مصرف رساندن هر فاز به طور جداگانه باید‌آن ها را به نحوی از یک دیگر جدا نمود . این عمل جداسازی در ظروف مختلفی که تحت طراحی خاصی تهیه شده اند، انجام می گیرد . این ظروف به اصطلاح تفکیک کننده (Separators) یا جدا کننده نامیده می شوند .

هر کارخانه بهره برداری دارای چند مجموعه تفکیک (Bank) و هر مجموعه دارای چند تفکیک کننده است . هدف از عمل تفکیک ، جدا کردن گاز یا‌اب از نفت توسط تقلیل فشار و به وجود آوردن امکاناتی است که بتوان با در نظر گرفتن شرایط انتقال و عوامل اقتصادی ، تولید محصولات مورد انتظار را افزایش داد .

مجموعه های تفکیک (Bank) از نظر کاری که انجام می دهند به دو دسته مجموعه تفکیک آزمایشی (Test Bank) و مجموعه تفکیک بهره برداری (Production Bank) تقسیم می شوند .

در محل هایی که فشار جریان به نسبت زیاد است ، عمل تفکیک گاز از نفت در مراحل متعدد صورت می پذیرد . امروزه عمل تفکیک گاز و نفت معمولاً در چهار مرحله انجام می شود که مرحله چهارم تفکیک آن، مخزن آزمایش یا مخزن بهره برداری می باشد . البته، به استثنای مواردی که لازم است برای جداسازی گوگرد یا آب مکوجود در نفت و نمک زدایی آن، دستگاه های دیگر در کنار دستگاه های تفکیک قرار دارد . گاهی مرحله اول تفکیک را در نزدیکی چاه بنا می کنند که در این صورت در جایگاه تفکیک، سه مرحله تفکیک وجود خواهد داشت .

 

در محل هایی که گاز سولفید هیدروژن (H2S) همراه نفت باشد ، دستگاه جدا کننده ای به نام عریان کننده (Stripping Column) به عنوان مرحله سوم یا چهارم جهت پاک سازی نفت از سولفید هیدروژن یا پایین آوردن میزان سولفید هیدروژن موجود در آن به حد معینی ، مورد استفاده قرار می گرد .

در بعضی از کارخانه ها به علت کمبود فشار نفت چاه ها (وقتی مقدار گاز محلول در نفت کم باشد)، عملیات تفکیک در مراحل کم تری انجام می شود . گاهی در یک جایگاه تفکیک، مرحله سوم تفکیک را دو جدا کننده تشکیل می دهند که از هر نظر مشابه بوده و به صورت موازی به کار گرفته می شوند . با قرار گرفتن این جدا کننده ها به چنین صورتی و با قرار دادن آن ها در جای مرتفع ، می توان فشار ورودی پمپ ها را بدون استفاده از مخزن تأمین نمود. این جدا کننده ها را ظروف تعادلی (Balance Vessels) می نامند.

در برخی جایگاه های تفکیک طرحی به اجرا گذاشته شده که به موجب آن با باز و بسته کردن مرحله اول تفکیک ، ظرفیت تفکیک را به دو برابر افزایش داده اند . این کار را بدین ترتیب انجام داده اند که دو جدا کننده مرحله اول به صورت موازی قرار گرفته اند و نفت ورودی هر یک، از طریق یک لوله جداگانه که دنباله لوله ارتباط مشترک است، به مرحله اول وارد می شود . نفت خروجی از هر دو جدا کننده مرحله اول پس از گذاشتن از مراحل دوم و سوم وارد مخزن بهره برداری یا آزمایشی می شود . در قسمت ورودی و خروجی جدا کننده های مراحل تفکیک ، امکاناتی فراهم شده تا در صورت لزوم بتوان هر کدام را که لازم شد، از سرویس خارج نمود .

در یک جایگاه تفکیک چهار مرحله ای ، مراحل تفکیک به صورت سری به هم متصل شده اند، نفت وارد مرحله اول تفکیک شده، افت فشار در این مرحله، موجب جدا شدن مقداری از گاز محلول در نفت می شود و نفت از طریق لوله خروجی وارد مرحله دوم می گردد .

گاز حاصل از این مرحله پس از خروج از جدا کننده وارد لوله ارتباط گاز با فشار زیاد (High Pressure Header) می شود . بخشی از این گاز پس از گذشتن از تله نفت جهت به کار انداختن توربین ها و مصارف دذاخلی دیگر مورد استفاده قرار میگرد . بخش دیگر در صورت لزوم به لوله مجموعه گاز وارد خواهد شد که گاز را به کارخانه های گاز و گاز مایع می رساند .

قسمت دیگری از گاز در صورت لزوم پس از تحویل به شرکت ملی گاز جهت مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد . مازاد گاز توسط چاههای تزریق گاز به مخازن نفتی تزریق می شود . ( جهت حفظ فشار یا فشار افزایی مخزن) یا در گودال سوخت ، سوخته می شود .

نفت از مرحله اول وارد مرحله دوم شده، پس از انجام عمل تفکیک ، گاز جدا شده از طریق لوله خروجی ، وارد لوله ارتباط گاز با فشار متوسط Header) Pressure (Medium  می شود . در بعضی مناطق قسمتی از این گاز به کارخانه گاز و گاز مایع تحویل شده و مازاد آن در محلی دور از کارخانه، سوخته می شود . نفت از طریق لوله خروجی به مرحله سوم هدایت می شود .

 

نفت ورودی به مرحله سوم تفکیک، مقدار دیگری از گاز خود را از دست داده و سپس از طریق لوله خروجی نفت به مرحله چهارم یا مخزن هدایت می شود . گاز حاصل از این مرحله از طریق لوله خروجی جدا کننده به لوله ارتباط مربوط به فشار کم(Low Pressure Header) وارد می شود . نفت وارد شده به مخزن پس از تفکیک مقداری از گاز موجود در آن و رسیدن به فشاری کمی بالاتر از فشار اتمسفر آماده انتقال و پمپ شدن می گردد . گاز حاصل از این مرحله از طریق لوله ای به خارج از واحد رفته و می سوزد .

در واحدهای بهره برداری که از مجموعه های تفکیک آزمایشی و بهره برداری تشکیل شده است ، لوله های ارتباطی بین لوله های خروجی نفت مرحله سوم مجموعه تفکیک به کار گرفته شده تا امکان انتقال نفت هر یک از مجموعه های تفکیک نام برده به مخزن آزمایشی یا هر کدام از مخازن بهره برداری میسر باشد .

هر مجموعه تفکیک آزمایشی در هر مرحله جداسازی ، علاوه بر لوله خروجی نفت و گاز دارای یک لوله فرعی است تا‌آزمایش، جهت سنجش میزان بهره دهی تک تک چاه ها امکان پذیر گردد .

هر یک از جدا کننده ها ، دارای شیر یا شیرهای ایمنی جهت خارج کردن فشار اضافی درونی می باشد . فشار اضافی خارج شده از همه مراحل جدا کننده به لوله ارتباطی به نام لوله اصلی رها کنده فشار (Main Relief Header) وارد می شود و از آن جا به گودال سوخت فرستاده می شود .

در طرح سیستم جهت انجام عملیات تفکیک باید مقدار جریان خروجی محصول چاه از مخزن ، وزن مخصوص و شرایط داخل منبع مانند فشار ، درجه حرارت و میزان‌اب موجود در نفت و فشار کاری لوله در نظر گرفته شود .

عوامل مؤثر در تفکیک

عواملی که در امر تفکیک مؤثرند ، عبارتند از :

الف ) گنجایش جدا کننده

ب ) اندازه شیرها و لوله های ورودی و خروجی نفت و گاز

ج ) فشار عملی تفکیک

د ) ارتفاع سطح مایعات

ه ) حرارت محیط

و ) اندازه جدا کننده

شکل هندسی وسایلی که درون جدا کننده به کار رفته نیز می تواند در چگونگی عمل تفکیک مؤثر بوده و ظرفیت آن را تا حدودی تغییر دهد. اندازه لوله وشیرهای ورودی و خروجی گاز از نفت باید طوری انتخاب و تعبیه شوند که متناسب با ظرفیت دستگاه تفکیک باشند . باید توجه شود که در امر بهره برداری از جدا کننده هایی که براساس شرفیت خاصی از نفت با خصوصیات مشخص، ساخته می شوند ، چگونگی عمل تفکیک و میزان بهره دهی آنها، عواملی چون فشار عملی ، سطح مایع و حرارت محیط نیز می توانند مؤثر باشند .

دو عامل از عوامل ذکر شده را می توان با در نظر گرفتن نسبت گاز به نفت (GOR) و فشار جریان ، تنظیم و کنترل نمود که عبارتند از : نگهداری ارتفاع سطح مایع و تنظیم و کنترل فشار .

نگهداری ارتفاع سطح مایع: ظرفی را در نظر بگیرید که از یک طرف مایع به‌آن وارد شده و از سوی دیگر خارج شود و فرض کنید که اندازه لوله های ورودی و خروجی آن یکی باشد . در صورتی که لوله خروجی این ظرف به وسیله شیری بسته شده باشد و مایع را از طریق لوله ورودی وارد ظرف کنیم ، سطح مایع در ظرف تا حدی بالا خواهد رفت که ظرف پر از مایع شود . حال اگر شیر خروجی را باز و شیر ورودی آن را ببندیم، سطح مایع در ظرف آن قدر پایین خواهد آمد تا ظرف خالی شود و چنانچه در ضمن خالی کردن ظرف و هنگامی که سطح مایع به نیمه ظرف رسید، شیر ورودی را هم باز کنیم به طوری که قمدار مایع ورودی و خروجی مساوی شود ، سطح مایع در ظرف ثابت خواهد ماند مگر این که در مقدار مایع ورودی یا خروجی تغییری داده شود .

بنابراین می توان سطح مایع را در ظرف با کم و زیاد کردن نفت ورودی یا خروجی تغییر داد و تنظیم کرد .

یکی دیگر از عواملی که در کنترل یا تغییر سطح مایع در ظرف مؤثر است . نیرویی است که اگر به سطح مایع وارد‌اید باعث ازدیاد سرعت و حرکت مولکولی در لوله خروجی مایع خواهد شد . فشار علاوه بر نگهداری سطح مایع، می تواند در کیفیت و چگونگی گاز حاصل ، مؤثر باشد . معمولاً گازهای سبک تر در فشارهای بالاتر و گازهای سنگین تر در فشارهای کم تر تفکیک می شوند .

 

تغییر درجه حرارت محیط و تأثیر آن در عمل تفکیک    

اگر در یک ظرف سر بسته محتوی گاز، درجه حرارت بالا رود، سرعت ملکولها، فاصله ملکولی و حجم ملکولی افزایش یافته و باعث ایجاد فشار بیش تری می گردد . در مایعات، ملکول ها به وسیله نیروهای جاذبه بین مولکولی با هم درتماس بوده و درعین حال به طور دائم در حرکتند و روی هم می غلطند. این حرکت و جنبش دائمی موجب می شود که تعدادی از مولکولهای سطح مایع که از یک طرف آزاد هستند محیط را ترک کنند و از ظرف خارج شوند .

حال اگر قسمتی از یک ظرف سربسته را پر از مایع کنیم، در صورت زیاد شدن درجه حرارت ، حرکت مولکولهای سریع تر شده و مولکولهای بیش تری از سطح مایع خارج می شوند . این مولکولها که موجب ایجاد فاز گازی می شوند، در اثر برخورد با جداره ظرف فشار بیش تری به وجود می آورند بنابراین ، در صورتی که حجم ثابت باشد ، فشار بخار مایع در درجه حرارت بالاتر بیش تر و در درجه حرارت پایین تر کم تر است .

مولکولهای موجود در فاز گاز همیشه سعی دارند وارد محیط مایع شوند و بزرگ ترین عاملی که می تواند در انجام این عمل مؤثر باشد کم شدن ناگهانی درجه حرارت می باشد ؛ در صورتی که چنین وضعی پیش آید ، از حجم گاز کم شده و حجم مایع بیش تر می شود. در یک مرحله تفکیک نفت از گاز که حجم جدا کننده ثابت است و فشار و سطح مایع آن در حد معینی تنظیم شده، کم شدن ناگهانی درجه حرارت محیط از میزان گاز کاسته و به حجم مایع می افزاید، در نتیجه فشار دستگاه کم می شود . برای نگه داشتن فشار باید از میزان گاز خروجی آن کم نمود و چون حجم مایع زیاد می شود، سطح مایع بالا خواهد رفت؛ بنابراین، برای برگرداندن سطح مایع به حالت اولیه باید مقدار مایع خروجی را بیش تر نماییم . در مورد زیاد شدن حرارت محیط ، عکس این مسأله نیز صادق است . در صورتی که جداکننده ای در حال تفکیک گاز و نفت در حداکثر میزان تعیین شده باشد و ناگهان درجه حرارت محیط کم شود، مقداری از مولکولهای گاز در لوله ای که نفت را از چاه به ظرف جدا کننده هدایت می کند، به مایع تبدیل شده و در نتیجه حجم مایع ورودی به دستگاه تفکیک زیاد شده و به علت کم شدن مولکولهای گاز، فشار نیز کم می شود و سطح مایع در دستگاه بالا می رود . از طرفی چون لوله و شیر خروجی نفت نمی تواند مایع را بیش از حد معین عبور دهد . سطح نفت تا حدی بالا می رود که در این صورت عمل تفکیک به خوبی انجام نمی گیرد و در ضمن مقداری از قطره های نفت همراه گاز ازا لوله خروجی گاز خارج می شود که باید از مقدار نفت ورودی به دستگاه تقطیر کاسته شود .

 

علت وجود دستگاه تفکیک

به دلایل مختلفی وجود دستگاه تفکیک در سر چاه (تفکیک گر سر چاهی) یا واحد بهره برداری ضروری است . این دلایل عبارتند از :

الف) بیش تر چاه ها فاصله بسیار زیاد ی تا محل بارگیری یا پالایش دارند که گاه این فاصله به صدها کیلومتر می رسد . انتقال نفت در چنین مسافتی (به علت کاهش فشار جریانی در طول مسیر) سبب می شود که یا نفت کم تری به مقصد برسد یا محصول چاه به کلی جریان نیابد .

ب ) اگر نفت محتوی گاز با فشار زیاد قبل از بار گیری وارد مخزن ذخیره شود ، خطرهای زیادی را موجب خواهد شد .

ج) مقدار بهره دهی هر چاه قبل از پیوستن به لوله چاه های دیگر باید اندازه گیری شود .

د) لازم است گاز و نفت را به طور جداگانه و در محل های مختلف مورد استفاده قرار داد یا به فروش رساند.

وجود یک واحد بهره برداری جهت جمع آوری نفت تعدادی از چاه ها و انجام عملیات تفکیک ضرورت دارد. محل کارخانه تفکیک طوری انتخاب می شود که نفت چاه برای رسیدن و وارد شدن به آن ، حداقل فاصله ممکن را طی کند تا بدین ترتیب مقاومت در مقابل جریان کم شده، افت فشار به حداقل ممکن برسد و از چاه تا حد امکان استفاده شود .

گاز همراه نفت تحت فشار مخزن به صورت مایع بوده و در اثر افت فشار از مخزن تا سطح زمین از نفت جدا می شود و عمل تفکیک ادامه می یابد تا فشار نفت به فشار اتمسفر برسد .

چون هدف اصلی از بهره برداری اط این نوع چاه ها، نفت خام می باشد ، باید توسط دستگاه های تفکیک، مواد ناخالص یعنی ،گاز و آب همراه نفت را از آن جدا نمود . معمولاً در دستگاه های تفکیک ، گاز از نفت به اسانی جدا می شود ولی آب، هنوز همراه نفت در جریان خواهد بود . برای جدا کردن آب از نفت از واحد مخصوصی به نام نمک زدایی (Desalting Unit) استفاده می شود .

تفکیک کننده ها در عمل، تقریباً مشابه یکدیگر ند، ولی از لحاظ ساختمان تفاوت هایی با هم دیگر دارند .

 

دسته بندی جدا کننده بر حسب تعداد فاز

جدا کننده ها بر حسب انواع موادی که از هم جدا می کنند به دو دسته تقسیم می شوند:

۱ – جدا کننده های دو فازی( Two Phase Separators)

این جدا کننده معمولاً به منظور جدا کردن گاز از مایعات به کار می روند .

۲ – جدا کننده های سه فازی (Three Phase Separators)

در این نوع جدا کننده ها، گاز از مایعات و آب از نفت تفکیک می شود . عمل جدا شدن آب از یک امولسیون نفت – آب ، تابعِ زمان می باشد، به طوری که پس از حدود ۳ تا ۲۰ دقیقه، بیش ترین مقدار آب از نفت جدا می شود. در شکل صفحه بعد طرز کار تفکیک کننده های عمودی سه فازی ( نفت، گاز و آب) مشاهده می شود .

از ان جا که‌اب جدا شده در اثر اختلاف چگالی ، آب آزاد (Free Water) نامیده می شود، جدا کننده های سه فازی را Free Water Knock Outs نیز می نامنند . در شکل های بعد، دو نوع عمودی و افقی از این تفکیک کننده ها مشاهده می شود .

در این تفکیک کننده ها نیز همانند تفکیک کننده های سه فازی افقی، امولسیون نفت – آب زیر فاز نفت قرار می گیرد تا جدا سازی سریع تر آب و نفت حاصل گردد .

 

امولسیون نفت – آب زیر فاز نفت قرار می گیرد تا جدا سازی سریع تر آب و نفت حاصل گردد . تنظیم ارتفاع توسط سطح نفت و اندازه گیری تماس آب و نفت انجام می شود . این روش تنظیم ارتفاع توسط سطح نفت و اندازه گیری سطح تماس آب و نفت انجام می شود . این روش تنظیم ارتفاع هنگامی کاربرد دارد که چاه با تولید شن و مواد جامد همراه باشد . در شکل های ب و ج نیز دو روش مختلف رایج برای تنظیم ارتفاع سطوح سیالات ، نشان داده شده است .

ارتفاع سطح نفت و سطح‌اب توسط دو سد (مانع) تنظیم می شود ونیازی به تنظیم کننده (Regulator) ارتفاع سطح تماس آب و نفت نمی باشد ، هر چند مزیت تنظیم کننده ارتفاع سطح تماس آب و نفت ، این است که نسبت به شرایط متغیر ایجاد شده ، به طور سریع واکنش نشان می دهد . در هر صورت برای نفت های سنگین و برخورد با مشکل امولسیون و پارافین ها، تعیین سطح تماس بین آب و نفت مشکل است و توصیه می شود که از سد آب و سد نفت استفاده شود.

نکته ۱ : هنگام طراحی یک تفکیک کننده سه فازی فرض می شود که ۵۰ درصد از حجم تفکیک کننده توسط سیال اشغال می شود .

نکته ۲ : امولسیون ها اثر منفی بر تنظیم سطوح سیالات دارند و باعث می شوند که زمان سکون برای نفت و آب ، طولانی تر شود . استفاده از مواد شیمیایی شکننده امولسیون و قرار دادن لوله های داغ در فاز مایع، برای حل مشکل مفید است .

نکته ۳ : رسوبات پارافینی باعث انسداد ورقه های محو کننده کف می شوند . قرار دادن سوراخ ها و شیرهایی در تفکیک کننده برای تزریق مواد شیمیایی حلال و تزریق بخار آب برای حل مشکل ضروری است .

 

دسته بندی جدا کننده ها از نظر کار کرد

از نظر عملکرد ، تفکیک کننده را می توان به صورت زیر تقسیم بندی نمود :

۱ – جدا کننده های معمولی Separators) : به طور کلی به منظور تفکیک کامل مخلوط گاز و نفت به دو ماده جداگانه (گاز خالص و نفت خالص) به کار می روند .

۲ – دود گیر یا تصفیه کننده (Scrubber): ظرف جدا کننده ای است که به منظور جدا کردن نفت از گاز در مواردی که نسبت گاز جدا شده به نفت (GOR) زیاد باشد به کار می رود .

۳ – ظرف مایع گیر (Knock Out Vessel) : انواع این ظروف که جدا کننده محسوب می شوند به دو دسته تقسیم می گردند :

الف) جدا کننده های آب از گاز (Free Water Knock Out): آب را از مخلوط گاز و هیدروکربن های مایع جدا می کند. گاز و هیدروکربن های مایع با هم از یک طرف و آب از طرف دیگر از ظرف مزبور خارج می شود . سپس گاز برای تفکیک از هیدروکربن های مایع دوباره به دستگاه دیگری وارد می شود، این دستگاه در فشارهای کم و زیاد قابل استفاده است و برای تفکیک آب از نفت خام نیز ببه کار می رود .

ب ) جدا کننده های کلیه مایعات از گاز (Total Liquid Knock Out) : در مسیر گاز فشار قوی قرار می گیرند و تا حد امکان تمامی مایع همراه آن را جدا می نمایند .

۴ – ظرف انبساط (Flash Chamber) : گاز در داخل این ظرف منبسط می گردد و در فضایی با دمای کم جداسازی صورت می گیرد . این ظرف معمولاً در مرحله بعد از جدا کننده قرار می گیرد و به منظور جدا کردن هیدروکربن های مایع که با گاز از جدا کننده (Separator) خارج می شوند مورد استفاده قرار می گیرد و در یک تفکیک کننده که در آن از حرارت استفاده نشده، به کار می رود و مرحله دوم تفکیک مایع از گاز محسوب می شود . ظرف انبساط تحت فشار پایین کار می کند و معمولاً برای استفاده در فشارهای کم تر از ۱۲۵ پوند بر اینچ مربع طراحی شده و تفاوت چندانی با جدا کننده های کم فشار (Low Pressure Separators) ندارد .

۵ – فیلتر (Dust Scrubber , Filter) : در جدا کننده های معمولی ، مایعات تشکیل شده در جریان گاز در اثر تغییر دما، ضمن ته نشین شدن، مقداری از جامدات موجود در گاز را با خود در ته ظرف جدا کننده رسوب داده و آن ها را با خود از جدا کننده خارج می نمایند ، ولی باز هم مقداری از مواد جامد مزبور در گاز باقی می ماند که برای جدا کردن آن ها وسیله ای به نام فیلتر سر راه خروجی گاز ، نصب شده که دارای صافی هایی می باشد که هر چند مدت باید آن ها را عوض کرد . این فیلترها ممکن است خشک بوده یا در روغن شناور باشند و از هر یک به تناسب عملکرد استفاده می شود .

با توجه به مطالب فوق، در این جا نمونه معموولی تفکیک کننده ها مورد بحث قرار می گیرد که همان طور Separators می باشد .

 

انواع جدا کننده از نظر ساختمان

صرف نظر از نحوه عمل، از لحاظ ساختمان نیز تفاوت هایی در تفکیک کننده ها وجود دارد که می توان به طور عام نمونه ها را از نظر شکل ساختمان به صورت زیر طبقه بندی نمود :

۱ – جدا کننده های افقی (Horizonta Separators )

جدا کننده های افقی دو نوع می باشند :

الف) تک مخزین یا یک طبقه (Single Barrel)

ب ) دو مخزنی یا دو طبقه (Double Barrels)

۲ ) جدا کننده های عمودی (Vertical Separators)

۳) جدا کننده های کروی (Spherical Separators)

 

۱ – جدا کننده های افقی

این مدل، معمولی ترین نوع تفکیک کننده می باشد و در مواقعی که میزان گاز زیادی به صورت محلول در مایع موجود است ، مورد استفاده قرار می گیرد . در این نوع جدا کننده، سطح تماس بیش تری بین گاز و مایع درون تفکیک کننده موجود است بدان معنی که گاز و نفت در سطح بزرگ تری قابل تفکیک از هم هستند . لذا، راحت تر از هم جدا می گردند . علاوه بر موضوع بالا ، برای ظرفیت های زیاد نیز مناسب تر از انواع دیگر می باشد .

 

 

در جداسازی سیالات سه فاز نیز بیش تر مورد استفاده قرار می گیرد . نفتی که تولید کف می کند (Foamy Crude) ، راحت تر در داخل این مدل از گاز جدا می گردد . البته، می توان جهت آرام کردن کف و راحت تر کار کردن، مایعی مثل سیلیکان به داخل تفکیک کننده پمپ نمود. شکل زیر ، طرز کار جدا کننده افقی را نشان می دهد .

الف ) جدا کننده افقی تک مخزنی

در این جدا کننده، عامل تفکیک ، کم شدن سرعت حرکت و نیز نیروی ثقل است . مایع و گاز تفکیک نشده، وقتی از محلی با قطر کم تر به محلی با قطر و گنجایش بیش تر وارد می شود ، سرعت خود را از دست می دهد . مایع تحت تأثیر نیروی ثقل به طرف پایین سرازیر شده و گاز به دلیل سبک تر بودن به طرف بالای جدا کننده حرکت می کند و از لوله خروجی گاز خارج می شود .

 

ب ) جدا کننده افقی دو مخزنی (Double Separator)

این جدا کننده از دو ظرف تشکیل شده که روی هم قرار گرفته اند . عملِ تفکیک ، در ظرف بالایی و طبق اصول ذکر شده جهت جدا کننده یک مخزنی انجام می گیرد و مایع از طریق دو ته کش به ظرف زیرین که حکم ذخیره را دارد ، وارد می شود؛ گاز تفکیک شده به طرف بالای ظرف بالایی حرکت می کند و از لوله خروجی گاز خارج می شود . در اثر ته نشین شدن سریع فاز مایع در جدا کننده افقی دو مخزنی (به علت تغییر ناگهانی اندازه حرکت) ، قطره های مایع از بالا (لوله خروجی گاز) به همراه گاز خروجی ، خارج نمی شوند که از مزایای این جدا کننده در برابر جدا کننده های معمولی است . در شکل صفحه بعد طرز کار این نوع از جدا کننده ها مشاهده می شود .

از معایب آن می توان هزینه بالای تولید این جدا کننده را نسبت به جدا کننده های معمولی نام برد . امروزه در واحد های بهره برداری صنعت نفت، به ندرت از این نوع جدا کننده افقی استفاده می شود .

در شکل صفحه بعد، یک نمونه از جدا کننده های افقی دو مخزنی مشاهده می شود ، اعدا ۱ و ۲ در شکل مزبور به ترتیب نشان دهنده ورقه های محو کننده کف (Defoaming Baffles) برای ذرات بزرگ وکوچک هستند .

مزایای جدا کننده های افقی

الف) استفاده از آن اقتصادی تر است .

ب ) حمل و نقل آن راحت است .

ج ) برای یک اندازه مشابه، نمونه افقی نسبت به مدل های دیگر فضای بیش تری برای ته نشینی فاز مایع و رسوبات و جدا شدن گاز دارد .

د) اگر لازم باشد که نفت داخل تفکیک گر توسط سیم برق گرم شود ، این مدل بر مدل های دیگر برتری دارد .

ه ) نفتی که تولید کف می کند، راحت تر از گاز جدا می شود .

و) در مواردی که با مشکل امولسیون مواجه هستیم ، استفاده از این مدل بهتر است .

 

معایب جدا کننده های افقی

الف) ظرفیت آن در مورد نوسان سطح مایع نسبت به مدل های دیگر متغیر می باشد و چندان مناسب نیست .

ب ) در مقایسه با مدل های دیگر ، کنترل سطحِ تماس گاز و نفت بسیار مشکل است .

 

۲ – جدا کننده های عمودی

در این جدا کننده ها عمل تفکیک تحت تأثیر دو عامل صورت می گیرد :

الف) نیروی ثقل

ب ) نیروی گریز از مرکز

حرکت چرخشی به وسیله زاویه بین لوله ورودی و دیواره مخزن در محل ورود به وجود می آید . نیروی گریز از مرکز، مایعِ تفکیک نشده را به طرف دیواره داخلی جدا کننده پرتاب می کند . گازی که جدا می شود، به علت سبک بودن به طرف بالا حرکت کرده و مایع پس از تماس پیدا کردن با دیواره داخلی جدا کننده در اثر نیروی ثقل به طرف پایین سرازیر می شود .

این جدا کننده ها به خصوص زمانی که نسبت گاز به نفت سیالِ مورد نظر کم باشد ، مورد استفاده قرار می گیرند. در مقایسه با نمونه افقی، سطح تماس گاز و نفت در آن ها کم است . شکل زیر ، طرز کار این نوع از جدا کننده ها را نشان می دهد .

مزایای جدا کننده های عمودی

الف) طراحی و استفاده از آن در مورد نوسان سطح مایع (Liquid Surge) راحت تر است .

ب) کنترل سطح مایع (ارتفاع مایع) آسان است .

ج) تمیز کردن آن، در هنگام ته نشینی مواد جامد از نوع افقی راحت تر است .

د) در شرایط تولید شن یا گل حفاری به همراه نفت، بهتر از نوع افقی است .

ه) در مقایسه با نوع افقی، فضای کمتری را اشغال می کند .

در شکل زیر ، یک نمونه از جدا کننده های عمودی مشاهده می شود .

معایب جدا کننده های عمودی

الف) حمل و نقل‌ان مشکل است .

ب) بسیار گران است .

ج) در مقایسه با مدل افقی، برای مقدار ثابت گاز باید قطر آن خیلی زیاد باشد .

 

۳ – جدا کننده های کروی Separators) (Ball

اصول جداسازی سیالات در این نوع جدا کننده ها نیز مانند جدا کننده های افقی و عمودی است .

در حال حاضر از این نوع کم تر استفاده می شود . به خصوص وقتی که نفت تولید کف می نماید استفاده از آن به حداقل می رسد. به هر حال در گذشته به دلیلِ ارزان تر بودن، مورد استفاده بیش تری داشت . این نوع جدا کننده معایبی دارد که استفاده از آن را تقریباً متوقف کرده است . در شکل زیر یک نمونه از جدا کننده های کروی مشاهده می شود .

مزایای جدا کننده کروی

الف) در این مدل گاز بیش تری جدا می گردد .

ب) تمیز کردن آن راحت است .

ج) به راحتی به عنوان تفکیک گر سیار استفاده می شود .

د) فضای کمی را اشغال می کند .

ه) مقاومت آن در برابر فشار زیاد است .

و) این مدل، برای نسبت گاز به نفت (GOR) بالا به کار گرفته می شود .

ز) قطره های مایع به اندازه دو میکرومتر را به طور کامل جدا می کند .

 

معایب جدا کننده کروی

الف) هزینه تولید آن بالاست .

ب) در مورد نفتی که تولید کف می نماید راندمان بسیار پایینی دارد .

ج) کنترل سطح مایع در آن محدود است .

د) برای مقدار زیادِ ظرفیت مناسب نیست .

با توجه به نوع و مشخصات نفت ایران، در واحدهای بهره برداری از تفکیک کننده های افقی استفاده

می شود .

 

ظروف تفکیک واحدهای بهره برداری

مهم ترین فاکتورهایی که در ظرفیتِ تفکیک کننده دخالت دارند عبارتند از : جنسیت و کلیه مشخصات مربوط به نفت و نحوه جریان آن، فشار و دذمای عملیات و هم چنینی زمانی که برای جدا سازی فرصت داده می شود . (Retetion Time) .

جهت انجامِ عمل تفکیک در واحدهای بهره برداری موجود در ایران، از دو نوع جدا کننده با اندازه و مشخصات متفاوت به نام های NATCO . , A.I.O.C. استفاده می شود که به وسیله دو شرکت National Tank Co . , Anglo Iranian Co. طرح ریزی شده اند .

جدا کننده های. A.I.O.C از نوع قدیمی هستند و به صورت مورب (تحت زاویه کم تر از ۹۰ درجه با افق) تعبیه گردیده اند . این نوع جدا کننده ها که به جدا کننده های مایل مشهورند، با قطرهای ۳ تا ۸ فوت و طول ۶۰ تا ۱۸۰ فوت طراحی و ساخته شده اند . نوع دیگر که افقی است و معمولاً‌به نام سازنده خود (NATCO) معروف است، با قطر ۶ تا ۱۰ و طول ۲۵ تا ۴۰ فوت طراحی و ساخته میشود.

 

 

خصوصیات جدا کننده ها

هر جدا کننده باید دارای خصوصیات زیر باشد :

۱ – بتواند فشار آزمایشی را تحمل کند .

۲ – وسایل مکانیکی درون‌آن، چنان تعبیه شوند که مایعات سنگین بتوانند با ایجاد فشار لازم در قسمت زیرین جدا کننده ته نشین شوند .

۳ – جدا کننده باید محلی جهت تجمع ترکیبات سنگین تر داشته باشد و اندازه آن چنان باشد که زمان لازم جهت تاوقف مایعات و جدا شدن گازهای محتوی آن هها وجود داشته باشد.

۴ – ابزار دقیق جهت کنترل فشار و جریان و محل هایی جهت نصب آن ها داشته باشد .

۵ – محل هایی جهت نصب شیرهای ایمنی به منظور خارج کردن فشار اضافی دارا باشد .

۶ – محل هایی جهت اتصال لوله های ورودی و خروجی گاز و نفت و هم چنین ته کش ها داشته باشد .

۷ – دارای محلی به صورت دریچه جهت تمیز کردن باشد .

۸ – محل هایی جهت نصب فشار سنج ها ، حرارت سنج ها و وسیله رؤیت سطح مایع داشته باشد .

 

اشکال در عمل تفکیک

اشکالاتی که در عمل تفکیک پیش می آید و موجل ایجاد سر ریز نفت و ته ریز گاز می شود ، به دلایل زیر است :

۱– اختلال در جریان ورودی جدا کننده

۲ – اختلال در طرز کار کنترل کننده ها ، مثلاً خرابی تنظیم کننده .

یا گرفتگی شیرهای کنترل (Regulator)

۳ – تغییر درجه حرارت محیط

 

ته ریز گاز (Carry Through)

ته ریز گاز یعنی ، رفتن گاز همراه نفت به درون لوله خروجی نفت جدا کننده . دلیل عمده به وجود آمدن چنین وضعیتی ، کم شدن مدت زمان توقف نفت درون جدا کننده است که این خود به دلایل زیر پیش می آید :

۱ – پایین آمدن ارتفاع سطح مایع درون جدا کننده

۲ – زیاد شدن فشار درونی جدا کننده

۳ – کاهشِ ناگهانی مقدار نفتی که جهت انجام عمل تفکیک وارد جدا کننده می شود .

مواجه شدن با مشکلات بالا تغییرات زیر را در بر خواهد داشت :

۱ – پایین آمدن قلم ثبت گاز جدا کننده و بالا رفتن قلم ثبت جریان گاز مرحله بعدی

۲ – پایین آمدن درجه حرارت جریان نفت خروجی از جدا کننده

 

راه های پیش گیری از ته ریز گاز

۱ – کم کردن فشار درونی جدا کننده

۲ – بالا بردن ارتفاع سطح مایع درون جدا کننده

۳ – زیاد کردن جریان ورودی به جدا کننده و در غیر این صورت تنظیم مجدد سیستم کنترل

 

سر ریز نفت (Carry Over)

سر ریز نفت یعنی، خارج شدن نفت به همراه گاز از لوله خروجی جدا کننده .

علت سر ریز نفت، زیاد شدن زمان توقف نفت درون جدا کننده است که این خود به دلایل زیر پیش می آید :

۱ – زیاد شدن ارتفاع سطح مایع درون جدا کننده

۲ – کم شدن فشار درونی جدا کننده

۳ – افزایش یافتن ناگهانی مقدار نفتی که جهت انجام عمل تفکیک وارد جدا کننده می شود .

 

پیش آمدن اشکالات بالا، تغییرات زیر را به دنبال خواهد داشت :

۱ – بالا رفتن قلم ثبت جریان گاز جدا کننده و پایین آمدن قلم ثبت جریان گاز مرحله بعدی

۲ – بالا رفتن درجه حرارت جریان گاز خروجی

۳ – کم شدن صدای جریان گاز خروجی

۴ – دود کردن شعله آتش گاز خروجی

برای شناخت این وضعیت باید شیر نیم اینچی را که روی لوله خروجی گاز قرار دارد ، باز کرده و کاغذ سفیدی مقابل آن گرفت ؛ در صورت وجود سرریز نفت، کاغذ سیاه خواهد شد .

دستگاه های تفکیک هر کدام دارای ظرفیتی مشخص می باشند و اگر بخواهند بیش از ظرفیت یک دستگاه تفکیک، از آن بهره برداری کنند، در عمل تفکیک اختلالاتی به وجود می آید و اصولاً عمل تفکیک به خوبی انجام نمی شود . برای بالا بردن ظرفیت تفکیک جدا کننده ها به نفت ورودی ‌ِ جدا کننده ها، سیلیکان تزریق می کنند . یک دستگاه تفکیک دارای حجم مشخصی می باشد که مقداری از این حجم را نفت فرا گرفته، مقداری را گاز و مقداری را هم حبابهایی که در موقع جاری شدن نفت در دستگاه تفکیک به وجود می آیند . سیلیکان برای از بین بردن این حبابها مورد استفاده قرار می گیرد . سیلیکان مایعی است بی رنگ و خیلی غلیظ که برای تزریق به دستگاه تفکیک آن را باید در گازوئیل حل نمایند . تمام شدن مقدار سیلیکان و از کار افتادن پمپ آن، می تواند موجب ایجاد سر ریز نفت شود .

پایین آمدن درجه حرارت محیط بر ظرفیت تفکیک مؤثر بوده و آن را کاهش می دهد .

 

راه های پیشگیری از سرریز نفت

۱ – پایین آوردن سطح مایع درون جدا کننده

۲ – بالا بردن فشار درونی جدا کننده

۳ – کم کردن مقدار جریان ورودی به درون جدا کننده

۴ – بررسی سیلیکان و طرز کار پمپ آن

چون در کارخانه های تفکیک، از گاز مرحله اول جهت به کار انداختن توربین های احتراقی انبساطی استفاده می کنند و این گاز از تله نفت و دستگاه گرم کننده عبور داده می شود، در صورت ایجاد سرریز نفت باید فوراً اقدام به باز کردن شیر یا شیرهای ته کش آن ها نمود .

یک جدا کننده هنگامی هم زمان دارای سر ریز نفت و ته ریز گاز است که، مقدار جریان ورودی نفت آن بیش از ظرفیت تفکیک آن باشد .

 

شرایط نرمال عملیات

در حالت نرمال عملیات در یک تفکیک کننده، شرایط زیر باید بر قرار باشد:

الف) ته ریز گاز (Carry Through): به هیچ عنوان ، گاز جدا شده، از مجرای خروج نفت خارج نگردد .

ب ) سرریز نفت (Carry Over) : حداقل باشد ( به میزان ۱/۰ گالن در میلیون فوت مکعب گاز در شرایط استاندارد).

ج) در سطح تماس نفت و گاز، کفِ موجود در حداقل ممکن باشد و ارتفاع مایع در نوسان نباشد .

د) فشار داخل تفکیک کننده در حد طراحی شده خود ثابت بماند .

ه) کوچک ترین ذره قابل تفکیک مایه به اندازه کره ای با قطر ۱۰ میکرون تنظیم گردد .

و) به اندازه کافی محل برای تغییر ظرفیت موجود باشد .

ز) درجه حرارت نرمال عملیات (۱۰ درجه فارنهایت) بالاتر از نقطه ابر مایع و بالاتر از نقطه میعان گاز باشد.

 

تعیین ظرفیت تفکیک یک جدا کننده

برای تعیین ته ریزِ گاز، سرریز نفت و ظرفیت تفکیک یک جدا کننده ، می توان در مورد نفتی با نسبت گاز به نفت مشخص در یک فشار ثابت بدین گونه عمل نمود :

نفت ورودی به دستگاه تفکیک را به میزان مورد نظر کاهش داده و سپس عملیات زیر را انجام می دهند :

۱ – پس از تقلیل میزان نفت ورودی به دستگاه تفکیک، ارتفاع سطح مایع را درون دستگاه ، تغییر می دهند:

الف) سطح مایع را به آرامی بالا برده و به حدی می رسانند که‌آثار سرریز نفت ظاهر شود .

ب ) سطح مایع را به‌ارامی پایین آورده و به حدی می رسانند که‌آثار ته ریزِ گاز ظاهر شود . ظاهر شدن آثار ته ریز گاز چنین مشخص می شود که ضمن پایین آوردن ارتفاع با توجه به میزان گازِ خروجی مرحله بعدی به حدی از ارتفاع سطح مایع خواهند رسید . آن را از این حد کمی پایین تر آورده، میزان گاز خروجی مرحله بعدی افزایش می یابد . با بالا بردن ِ آن ، میزان گاز خروجی مرحله بعدی کم خواهد شد .

حداقل سطحی که پایین تر از آن علائم ته ریزِ گاز ظاهر شود حدِ ته ریز گاز برای آن مقدار است که وارد جدا کننده می شود .

۲ – نفت ورودی جدا کننده را در چند مرحله افزایش می دهند و حدود سرریز نفت و ته ریز گاز را در ارتفاعات مختلف سطح مایع برای مقدارهای مشخص از نفت تعیین می کنند .

۳ – اگر نفت ورودی به جدا کننده آن قدر زیاد شود که علائم سر ریز نفت و ته ریز گاز با هم ظاهر شوند، این مقدار اخیر را می توان حداکثر قدرت دستگاه تفکیک در آن فشار ثابت نامید . یکی از مسائل عمده ای که در چگونگی عملِ تفکیک بسیار مؤثر است، مدت زمانی است که نفت تفکیکی می تواند از لحظه ورود تا لحظه خروج در درون جدا کننده داشته باشد . اگر این مدت زمان که در اصطلاح ، زمان توقف (Retention Time) نامیده می شود ، کاهش یابد ، در واقع فرصت انجام عمل تفکیک به مایع داده نمی شود و عمل تفکیک به درستی صورت نمی گیرد .

با داشتن میزان نفت وردی و نیز حدود سر ریز نفت و ته ریز گاز که ارتفاع سطح مایع است، می توان نمودار ارتفاع سطح مایع (Separation Level) بر حسب دبی جریانی را ترسیم نمود و با اتصال نقاط سر ریز نفت و ته ریز گاز به یکدیگر به دو منحنی دست یافت .

استفاده از این منحنی می توان از بروز کلی اشکالات و اتلاف وقت پیش گیری نمود .

گفته شد که این آزمایش را باید برای نفتی با نسبت گاز به نفت (GOR) مشخص انجام دهند و چون تغییرات درجه حرارت می تواند بر نسبت گاز به نفت مؤثر باشد با تغییر درجه حرارت ، این حدود سر ریز نفت و ته ریز گاز به هم خواهد خورد و دستگاه ، احتیاج به تنظیم مجدد ارتفاع سطح مایع خواهد داشت، به طوری که در روزهایی که هوا سرد می شود ، این اشکالات ظاهر می شوند و در مورد مجموعه جدا کننده هایی که با حداکثر ظرفیت تفکیک کار می کنند ، لازم است که میزان نفت ورودی کاهش داده شود.

 

با سپاس

نوشته توسط: سید رسول پژوهنده

14 دیدگاه در “تفکیک کننده ها و انواع آنها در واحدهای بهره برداری

    • آرش علی اکبری

      سلام. وقت شما هم بخیر.
      در سیستم های استحصال و بهره برداری نفتی سیال بصورت چند فاز وارد جدا کننده هایی از جمله Desalter، Degasser، Stabilizer و غیره شده و در نهایت بصورت تک فاز(نفت) خارج می شود.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *