Яндекс.Метрика
  • Главная
  • Статьи
  • Обзор доступных технологий сепарации для дегидратации конденсата

Обзор доступных технологий сепарации для дегидратации конденсата

 Различные виды технологий сепарации, доступные в промышленности, для устранения соленой воды из нестабильного конденсата. Они типично состоят из гравитационных установок, выбивающих сосудов с петельными прокладками, электростатических опреснителей и картриджных коалесцеров. Все технологии имеют специфические особенности, которые делают их применимыми для данного набора операционных условий. Например, не все технологии способны провести сепарацию стабильных эмульсий с низким поверхностным натяжением. Следовательно, с целью улучшения шага дегидратации конденсата, выбор подходящей технологии или комбинации технологий требует хорошего понимания их преимуществ и ограничений.

Связанные механизмы – это гравитационное осаждение и коалесценция. Как следствие, сепарируются только свободная и эмульгированная вода; растворенные фракции остаются в конденсате.

Коалесценция

Коалесценция состоит в укрупнении тонко-дисперсных капель «дисперсной» фазы (вода в случае дегидратации конденсата) в более крупные капли, которые в конечном счете способны сепарировать от основной «непрерывной» фазы (конденсат).

Коалесценция может быть проведена через среду, которая обычно состоит из волокон, которые сделаны из металла, такого как в прокладках, или сделаны из стекловолокна или полимера как в картриджных коалесцерах. Коалесценция может также проходить под влиянием электрического поля как в электростатических опреснителях.

Гравитационные установки

Принцип сепарации: гравитационные установки полагаются на закон Стокса и на времени пребывания, данных для того, чтобы капли воды декантировали (отделялись путем сливания жидкости).

Производительность сепарации: хотя способны накапливать большие и колеблющиеся концентрации воды во входящем потоке, гравитационные установки не способны к сепарации очень мелких капель. Определение размера этого типа сепаратора точнее не всегда просто, как, оно требует, чтобы размер капли воды на входе был измерен или сделан допустимым. Гравитационные установки следовало бы рассматривать для основной предварительной обработки, и они не будут эффективны для стабильных эмульсий. Гравитационные установки могут часто подвергаться существенному уносу воды в том случае, когда допущения, приведенные для размера входящей капли не правильны, или в случае уменьшения поверхностного натяжения из-за присутствия дополнительных поверхностно-активных химических веществ.

Удобство эксплуатации: этот сепаратор просто обслуживать из-за отсутствия специфических внутренностей.

Эксплуатационные расходы: этот сепаратор не требует ни какой-либо замены частей, ни энергоносителей, следовательно, эксплуатационные расходы обычно низкие. В случае, когда «тряпичный слой» формируется и утолщается со временем и оказывает воздействие на обнаружение границы конденсат/вода, могут быть добавлены деэмульгирующие химические вещества.

Инвестиционные расходы: как следствие долгое время пребывания позволяет сепарацию мелких капель, гравитационные установки состоят из сосудов с очень большим давлением, которые могут представлять существенные инвестиционные расходы, когда требуются материалы специальной конструкции и высокое проектное давление.

Выбивающие сосуды с сетчатыми прокладками

Этот тип сепаратора имеет такие же характеристики и ограничения, как гравитационные установки, но он включает в себя внутренние части в форме сетчатой прокладки на входе сепаратора, чтобы коалесцировать воду и помогать декантации (гравитационному осаждению). Хотя установка сетчатой прокладки не добавляет существенной инвестиционной стоимости, она требует некоторые операции по очищению из-за возможного закупоривания сетчатой прокладки из-за загрязнения частицами. Хотя по сравнению с декантацией, сетчатая прокладка, как правило, имеет очень крупный размер пор и не в состоянии будет сепарировать стабильные эмульсии.

Электростатические  опреснители

Принцип сепарации: электростатические опреснители полагаются на полярность молекул воды, чтобы коалесцировать под высоковольтным электрическим полем. Электрическое поле обеспечивается электродными решетками, расположенными внутри сосуда, между которыми эмульсия конденсат/вода распространяется через входное основание и где коалесценция имеет место. Укрупненные капли воды обосновываются с помощью гравитации на дне опреснителя.

Производительность сепарации: благодаря электрическому полю, которое создает почти практически мгновенную коалесценцию, электростатические опреснители способны сепарировать относительно стабильные эмульсии, содержащие очень мелкие капли воды. Опреснители способны перерабатывать массивные концентрации воды во входящем потоке. Сепарация может подвергаться воздействию липких отложений, которые прилипают к электродам, а также образованию эмульсии или тряпичного слоя на границе конденсат/вода. Сепарация загрязнений частиц имеет ограниченную эффективность.

Удобство эксплуатации: просты в эксплуатации из-за отсутствия специфических внутренних частей, которые склонны к засорению. Очистка электродов иногда требуется при отсутствии тяжелых углеводородов, которые смешиваются с частицами коррозии и прилипают к электродам. Слаги воды могут иногда быть причиной укорочения, требующего замены.

Эксплуатационные расходы: требуется локальный источник питания для создания электрического поля. Опреснители часто требуют вливания промывочной воды (типично около 5%), чтобы получить достаточную совокупность капель воды для коалесценции и получения растворимых солей до требуемых технических условий. Необходимость в промывочной воде добавляет эксплуатационные расходы, чтобы подвести источник свежей воды низкой солености, а также расходы на потребление электроэнергии из-за потребности в дополнительных насосах. Опреснители также иногда используют деэмульгирующие химические вещества, чтобы избежать создания границы раздела эмульсионного слоя и улучшить сепарацию.

Инвестиционные расходы: опреснители обычно состоят из сосудов очень высокого давления с одним или более трансформаторами, чтобы генерировать электрическое поле, отсюда, они являются относительно дорогим оборудованием, стоимость которого, главным образом, зависит от строительных материалов и проектного давления. Возможные требования для растворенной воды также влияют на инвестиционные расходы из-за потребности в источнике воды, насосе и напорном водопроводе.

Картриджные коалесцеры

Принцип сепарации: картриджные коалесцеры используют способность тонких волокнистых материалов коалесцировать тонкодисперсные капли. Картриджные коалесцеры не требуют использования ни химических веществ, ни электричества, чтобы выполнять сепарацию. Сепарация основана только на способности среды захватывать капельки в волокно через адсорбцию, коалесцировать две капельки для образования одной более крупной в волоконных сплетениях, и высвобождать каплю из волоконных сплетений из-за увеличенного лобового сопротивления, вызванного массивным потоком.

Картриджные коалесцеры могут быть либо вертикальной, либо горизонтальной формы. Горизонтальная конфигурация – наиболее обычная. На Рисунке 8 ниже изображен типичный вид горизонтального коалесцера.

В этой конфигурации коалесцер состоит из картриджной ступени горизонтального коалесцера, следующей до отстойной зоны, которая полагается на разницу в плотности между водой и конденсатом, чтобы сепарировать коалесцированные капельки. Коалесцерные картриджи (фильтрующие элементы) монтируются на держатели (плоскость фильтродержателей) и поддерживаются анкерными креплениями. Смесь конденсат/вода течет изнутри коалесцерных картриджей радиально наружу, вызывая укрупнение или коалесценцию мелких водных капелек. Коалесцированные капельки затем текут по направлению оси в горизонтальном направлению через зону-отстойник, спускаясь вниз под действием гравитации, и собирается в отстойнике, расположенном на дне корпуса в конце зоны осаждения, противоположно соплу выхода конденсата. Уровень границы конденсат/вода отслеживается в отстойнике регулировкой уровня, который автоматически управляет открытием сливного клапана.

Рисунок 8: Обзор планировки типового картриджного коалесцера в горизонтальной конфигурации.

Inlet nozzle — входное сопло, Coalescer cartridges — коалесцерные картриджи, Settling zone — зона осаждения, Outlet nozzle (condensat) — выходное сопло (конденсат), Water sump with level detection — водный отстойник с уровневым определением, Outlet nozzle (water) — выходное сопло (вода), Tubesheet with support rods - держатель для фильтрующих элементов с поддерживающими прутьями.

Коалесцеры могут также быть сконструированы вертикальными. Эта конфигурация включает ту же самую ступень коалесцера, в то время как сепарационная ступень достигается другим типом картриджа со свойствами гидрофобного барьера, чтобы позволить потоку конденсата проходить через него, в то время как удерживаются коалесцируемые капли воды. Вертикальная конфигурация не подходит для очень низкого поверхностного натяжения (<3 дина/см) из-за присущей хрупкой природы коалесцированных капель, которые делают сепаратор неэффективным.

Производительность сепарации: картриджные коалесцеры имеют переменные производительности, согласно типу коалесцерного картриджа, который используется. Из-за того что обезвреживание стекловолокна получает коалесцеры с присутствием сурфактантов, традиционные картриджные коалесцеры обычно ограничены эмульсиями, имеющими характеристики поверхностного натяжения меньше 20 дина/см. Учитывая характеристикиэмульсии конденсат/вода в применении дегидратации конденсата, высоко эффективные картриджные коалесцеры поэтому больше подходят. Высоко эффективные коалесцеры особенно подходят для обработки эмульсий, имеющих низкое поверхностное натяжение (<15 дина/см), до самого низкого поверхностного натяжения (<5 дина/см). Высоко эффективные коалесцеры построены со специально составленной полимерной средой ч улучшенными свойствами поверхности, которая может оказывать влияние на адсорбцию капелек и окончательное освобождение коалесцируемых капель. Картриджные коалесцеры могут приспосабливаться к относительно высоким (до 5% типично) и переменным концентрациям входящей воды (поступающей).

Удобство эксплуатации: коалесцерные картриджи могут со временем засоряться из-за присутствия загрязнения частицами, и их нужно заменять после определенного периода времени, типично от нескольких месяцев до пары лет. Картриджные коалесцеры просты в обслуживании, поскольку они требуют только замены использованных картриджей новыми. Критерий замены – перепад давления поперек коалесцера, который будет неуклонно расти со временем, в то время как коалесцер загрязняется частицами. Типично рекомендуемая замена при перепаде давления в диапазоне 0.5-1 бар (7-15 psid). Установка дисперсного префильтра вверх по течению коалесцера значительно расширяет эксплуатационный ресурс коалесцера за пределы одного или двух лет, как видно на практике. Дисперсный префильтр также требуется для удовлетворения технических характеристик при встрече с твердыми загрязнителями.

Эксплуатационные расходы: сепарация проводится без каких-либо химических веществ или электричества, что дает возможность низких эксплуатационных расходов. Тем не менее, коалесцерные и префильтровые картриджи – это расходные материалы, чья замена зависит от концентраций твердых частиц, и представляет наибольшие из эксплуатационных расходов.

Инвестиционные расходы: картриджные коалесцеры – это компактные технологии, которые делают возможными сосуды с меньшим давлением. Кроме того не требуется вспомогательное оборудование, с тех пор как их работа не требует специальных энергоносителей или вливания химических веществ. По сравнению с другими традиционными технологиями, общая инвестиционная стоимость типично ниже.

Как описывалось ниже, все технологии имеют переменные возможности сепарации для стабильных эмульсий. Высоко эффективные картриджные коалесцеры непременно представляют самое надежное решение для применения дегидратации конденсата с низким поверхностным натяжением, когда строгие стандарты качества необходимы для уровней воды, солей, твердых веществ или моно этилен гликоля в обезвоженном конденсате.

Картриджные коалесцеры требуют, чтобы картриджи были заменены, и это часто воспринимается как помеха из-за дополнительного обслуживания и расходов на утилизацию, которые они создают. Тем не менее, выбор правильно разработанных фильтров и коалесцеров может показывать долгий срок службы, и капиталовложения для картриджных коалесцеров могут быть намного ниже, чем другие возможные варианты из-за меньшей зоны обслуживания. Картриджные коалесцеры также не требуют использования ни химических веществ, ни энергоносителей, чья стоимость должна быть учтена, когда сравнение различных решений сепараций в терминах операционных и капитальных расходов.

Перевод статьи Improve Hydrocarbon Condensate Dehydration Perfomance – Diagnostics and Solutions (Улучшение производительности дегидратации конденсата углеводорода – диагностика и решение). Авторы: Olivier Trifilieff, Thomas H. Wines, Fabrice Daire, Pall Corporation.

Читайте также другие части данной статьи: Углеводородный конденсатВлияние неэффективной дегидратации конденсататипичные примеси в конденсате углеводородов и методы диагностики, оценка концентрации водыоценка твердых загрязнений, результаты полевого теста, причины неэффективнойдегидратации: присутствие стабильных эмульсий.