معالجة البت ر ول والغاز معالجة البت ر ول والغاز أسس تشغيل وتصميم المعدات المستخدمة لمعالجة المنتجات البت ر ولية بمواقع االنتاج نسخة الكتونية مجانية إع

النسخ

1 أسس تشغيل وتصميم المعدات المستخدمة لمعالجة المنتجات البت ر ولية بمواقع االنتاج نسخة الكتونية مجانية إعداد يارس قاسم جت 1

2 مقدمة عزيزي القارئ ي ر شف ي ن أن أقدم لك أول كتاب عن معالجة النفط والغاز باللغة العربية. لقد أحببت أن أضيف للمكتبة العربية جزء ضئيال مما ينقصها أال وهو هذه المادة العلمية الخاصة بمعالجة النفط والغاز آمال أن ف التحصيل باإلنجلتية أو الذين تروي رغبة الدارسي أو العاملي الذين يجدون صعوبة ي يستخدمون اللغة العربية ي ف دراسة النفط ومعالجته. وآمال أن تكون حافزا ألخرين ل ي ك يقوموا بتعريب ف التعلم والتطوير الب ر شي يضاف ون ر ش مواد علمية ي ف أفرع أخرى. ذلك ألن اللغة تمثل عائقا إضافيا ي للعوامل األخرى المتمثلة ي ف الرغبة والوقت والحافز والقدرة عىل التحصيل. أرجو أن يساهم هذا الكتاب وما يليه من جهودكثت من األفاضل سيتبعون نفس نهج التعريب ي ف زيادة كفاءة العاملي بالقطاع النف ي ط ي ف الوطن ي العرب كافة مما يعود بالنفع ألمتنا الغالية. ي ر شف ي ن أن أقدم لك هذا الكتاب بنسخ ر الكتونية مجانية مع حق طباعته ون ر شه لمن يريد أن يفعل ذلك بدون ربح أو صفة تجارية كما ي ر شف ي ن أن أقدم النسخ المطبوعة بتكلفة طباعتها. ل ي ك أقوم بإعداد هذا الكتاب قمت أوال بإعدادكتاب باللغة اإلنجلتية نظرا ألن كل المراجع باإلنجلتية ووضعت له عنوانا Processing( )Fundamentals of Oil and Gas وهو اآلن يباع كنسخ ر الكتونية أو نسخ ورقية عىل مواقع ر الكتونية مثل. Amazon ثم قمت ر بتجمة الكتاب إىل الكتاب الذي بي يديك أو النسخة ر االلكتونية ال ي ر ن أمامك. أرجو أن أكون قد وفقت لتقديم ما يفيد وينفع. يارس قاسم 81 يناير

3 املحتوى الفصل األول أساسيات معالجة ر البتول والغاز مقدمة تجهت المنتجات ر البتولية : الوحدات المستخدمة ي ف هذا الكتاب : 1-2 الخواص الفتيائية للغازات ر البتولية )الغازات الهيدروكربونية( : الغازات الهيدروكربونية : الوزن الجزي ي ن : الوزن الجزي ي ن الظاهري: : كثافة الغاز وكثافته النوعية القانون العام للغازات :1-1-2 معامل االنضغاط...)z( : تعيي كثافة الغاز عند أي درجة حرارة وأي قيمة للضغط : تعيي حجم الغاز عند درجات الحرارة والضغوط المختلفة :1-1-2 رسعة الغاز )قدم/ثانية ) )ft/s( : متوسط الضغط ي ف خط األنابيب )األنبوب( : لزوجة الغاز : القيمة الحرارية للغازات )قيمة ر االحتاق( : 1-2 خواص الهيدروكربونات السائلة ( خام ر البتول( :2-1-2 مقدمة: : كثافة الخام ر البتو ي ىل وكثافته النوعية : لزوجة خام ر البتول : لزوجة مخلوط من الخام والمياه : دراسة سلوك األطوار "الحاالت" behavior(...)phase 31 :2-1-2 مقدمة : مكونات المنظومة الغازية : منظومة المركب الواحد : المنظومة الغازية متعددة المركبات : التنبؤ بمظروف الحاالت ( األطوار( : أنواع التدفق للموائع

4 2-7-2: رقم رينولد الفصل الثا ي ب الفصل ثنا ي ب الطور Two-phase Separation :2-1 مقدمة : اتزان الحاالت "األطوار" )سائل / بخار( :3-1 أنواع الفصل :1-1 الفصل باختالف الكثافة Separation( )Gravity : العوامل ال ي ر ن تؤثر عىل عملية الفصل : وظائف أقسام " قطاعات" الفاصل ثنا ي ب الطور )غاز/سائل( :2-1-1 قسم تغيت اتجاه التغذية الداخلة Section( )Inlet Diverter :1-1-1 قسم تجميع السائل Section( )Liquid Collection : قسم ر التسيب بالجاذبية Section( )Gravity Settling : عوامل اختيارات وتصميم الفاصل : أنواع الفواصل : الفواصل الرأسية : الفواصل األفقية : الفواصل األفقية مزدوجة التميل "الوعاء" أفق مع أسطوانة أو وعاء تجميع )Boot( / وعاء تجميع للماء Pot( )Water : فاصل ي ر : فواصل ر التشيح : المن قيات )Scrubbers( تلق الدفعات catcher( )slug : ي م ر :22-1 اعتبارات االختيار : المكونات الداخلية للفواصل : م غت االتجاه Diverters(...)Inlet 71 : كارس "مانع" األمواج breakers( )Wave : ألواح منع الرغوة...)defoaming( 71 : مانع "كارس" الدوامة Breaker( )Vortex : أنبوب دليل العوامة well(...)stilling 71 : رشاشات تنظيف الرمال Jets( )Sand : مستخلص الرذاذ " نازع الندى" demister(...)mist extractor or 71 : مقدمة

5 ر ي : نوع االصطدام )Impingement-Type( : مراوح استخالص الرذاذ )نوع الريشة( type(...)van 12 : مستخرج رذاذ الشبكات السلكية extractor(...)wire-mesh mist 11 : تكوينات أخرى Configurations( )Other : االختيار النها ي ب : مكونات وأدوات التحكم ي ف فواصل الغاز والزيت : مشاكل التشغيل المحتملة : الخام الرغوي Crude(...)Foamy 12 : التافينات : الرمال : خروج السائل مع الغاز "هروب أو ترحيل السائل" carryover( )liquid : خروج الغاز مع السائل "نفث الغاز"...Gas Blowby 11 : دفعات السائل Slugs( )Liquid :21-1 الفصل عىل درجات "مراحل" Separation( )Stage : ضغط الفصل األو ي ىل Pressure( )Initial Separation : الفصل عىل درجات "مراحل" Separation( )Stage : اختيار عدد المراحل : الحقول ال ي ر ن بها ضغوط أنابيب اإلنتاج مختلفة : تحديد ضغط تشغيل الفاصل : فواصل ثنائية الطور مقابل فواصل ثالثية الطور : أساسيات حسابات الفواصل : سعة معالجة السوائل وزمن مكوث السائل : زمن المكوث للغاز : رسعة الغاز قدم/ث.) ft/s ( : إعادة تعلق السائل بالغاز Re-entrainment(...)Liquid : حجم قطرات السائل بالغاز : مبادئ التصميم وحساب الحجم الالزم لفاصل الزيت والغاز : نظرية التصميم األوىل : االستقرار ر "التسيب بالجاذبية" )Settling( أفق ) : تصميم فاصل )حساب الحجم لتصميم فاصل ي ر : قيد السعة الالزمة لمعالجة الغاز للفاصل األفق Constraint( )Gas Capacity

6 ر ي ر ي ر ي ر ي : قيد سعة السائل للفاصل األفق Constraint( )Liquid Capacity : طول التماس إىل التماس للفاصل األفق Length(...)Seam-to-Seam : نسبة النحافة " نسبة الطول إىل القطر" للفاصل األفق Ratio( )Slenderness : خطوات تصميم الفواصل األفقية-ثنائية الطور -نصف ممتلئة : تصميم الفواصل الرأسية : قيد سعة الغاز للفاصل الرأ ي س : قيد سعة السائل للفاصل الرأ ي س : طول التماس إىل التماس للفاصل الرأ ي س : نسبة النحافة "نسبة الطول إىل القطر" للفواصل الرأسية : خطوات تصميم الفواصل الرأسية ثنائية الطور مثال 1-1: تصميم فاصل رأ ي س ثنا ي ب الطور أفق ثنا ي ب الطور مثال 1-1 : تصميم فاصل ي ر : الطريقة الثانية لتصميم الفواصل : تصميم حجم فاصل ثنا ي ب الطور الفصل الثالث الفصل ثال ي ب الطور Three-phase Separation :2-3 مقدمة :1-3 وصف المعدات : الفواصل األفق :1-1-3 م سقط المياه الحرة Knockout(...(FWKO) )Free-Water 231 أفق ثال ي ب الطور مع أسطوانة أو وعاء تجميع" للسائل : فاصل ي ر :1-1-3 الفواصل الرأسية Separators( )Vertical :1-1-3 اعتبارات االختيار Considerations( )Selection : المكونات الداخلية لألوعية : مشاكل التشغيل المحتملة :2-1-3 المستحلبات : نظرية تصميم الفواصل ثالثية الطور : فصل الخام عن المياه "والمياه عن الخام" Settling(...)Oil Water : حجم قطرة الماء ي ف الخام : حجم قطرة النفط ي ف المياه :1-1-3 زمن المكوث

7 1-3: تصميم حجم الفاصل ثال ي ب الطور "الطريقة األوىل" أفق نصف الممتىل : تصميم فاصل ثال ي ب الطور ي ر : قيد سعة الغاز : قيد زمن المكوث : سقوط قطرة المياه من النفط "العالقة ي ف طور النفط" : فصل قطرات النفط عن طور الماء : الطول من المماس إىل المماس Length( )Seam-to-Seam : نسبة النحافة " نسبة الطول إىل القطر" Ratio(...)Slenderness : خطوات تصميم الفواصل األفقية ثالثية الطور-نصف الممتلئة : تصميم فاصل ثال ي ب الطور رأ ي س : قيد سعة الغاز : قيد ترسيب قطرة الماء من النفط للفاصل الرأ ي س : قيد فصل "صعود" النفط من مرحلة المياه : قيد زمن المكوث : طول التماس إىل التماس للفاصل الرأ ي س : نسبة النحافة : خطوات تصميم الفواصل الرأسية ثالثية الطور : تصميم فاصل رأ ي س ثال ي ب الطور مثال 2-3: حساب حجم فاصل رأ ي س ثال ي ب الطور أفق ثال ي ب الطور مثال 1-3 : "تصميم" تحديد حجم فاصل ي ر 7-3: تصميم الفاصل ثال ي ب الطور )الطريقة الثانية( الفصل الرابع نزع المياه من النفط ومعالجة مستحلب النفط والمياه :2-1 مقدمة المستحلب طاقة المزج العوامل المسببة لالستحالب "مثبتات االستحالب" ثبات "استقرار" مستحلب الماء مع الخام نظرية معالجة المستحلبات "كش المستحلب" كارس االستحالب ( breaker...)demulsifiers - emulsion مقدمة

8 اختبار الزجاجة Test(...)Bottle التجربة الميدانية )االختبار بالحقل( التحسي الميدا ي ب )اختيار أفضل جرعة( تغيت نوع كارس االستحالب مشاكل التشغيل مع كارس االستحالب وحدات معالجة خام ر البتول م سقط "فاصل" المياه الحرة Knockouts( )Free-Water صهري ج فصل المياه )صهري ج الغسيل( مع حجرة للغاز داخلية أو خارجية السخانات )أوعية تسخي الخام )Heaters السخانات غت المبا ر رسة سخانات التسخي مبا ر رس استداد الحرارة المفقود ر السخان المعالج السخان المعالجالعمودي )سخان املعالجةال ا رسي( السخان المعالج األفقي السخان المعالجلاكروستاتيكي طرق معالجة المستحلب اعتبارات عامة إضافة الكيماويات كمية الكيماويات اعتبارات اختبار الزجاجة اختيار الكيماويات زمن ر التسيب Time( )Settling ائتالف )التحام( القطرات اللزوجة تأثت الحرارة ي ف معالجة النفط الخام وعاء االندماج الكهروستاتي ي ك Coalescers(...)Electrostatic حجم قطرة الماء وزمن المكوث كمية الحرارة المطلوبة الحرارة الواجبة )المطلوبة( الحرارة المفقودة )المهدرة(

9 3-1-1 التدفق الحراري ألنبوب الحريق Flux( )Fire Tube Heat الكثافة الحرارية ألنبوب الحريق Density(...)Firetube Heat تصميم )حساب حجم( سخان المعالجة اعتبارات عامة اعتبارات الفصل بالجاذبية معادالت ر التسيب معادالت زمن المكوث حجم قطرة المياه إجراءات حساب الحجم )التصميم( أفق )التصميم( اجراءات حساب حجم المعالج لسخان ي ر اجراءات حساب حجم المعالج لسخان رأ ي س ولصهري ج غسيل أفق مثال 1-1 حساب حجم سخان معالج ي ر مثال 3-1 حساب حجم سخان معالج رأ ي س اعتبارات عملية صهاري ج الغسيل مع غرفة غاز داخلية أو خارجية السخانات المعالجة السخانات الم عالجة مع المساعدة ر االلكتوستاتيكية الفصل الخامس نزع األمالح من الخام...)Desalting( 121 :2-1 مقدمة : عملية نزع األمالح أو تخفيفها...)desalting( 122 :1-1 وصف المعدات :2-1-1 نازع األمالح )Desalter( :1-1-1 معدات المزج "الخلط" Equipment( )Mixing : وصف عملية نزع األمالح: : نازع األمالح أحادي المراحل )أحادي الطور( : نازع األمالح ثنا ي ب المراحل )ثنا ي ب األطوار( : فرق الجهد الخاص بنازع األمالح الكهربي : كمية مياه التخفيف المطلوبة : عوامل التشغيل المؤثرة : 1-1 مشاكل التشغيل والحلول ر المقتحة

10 الفصل السادس تثبيت الخام وتحليته sweetening(...)stabilization and 111 :2-1 مقدمة : مخطط طرق عملية التثبيت : الفصل متعدد المراحل : سخانات معالجة النفط :3-1-1 أبراج تثبيت الهيدروكربونات السائلة Stabilizer( )Liquid Hydrocarbon : أبراج التثبيت ذات التغذية الباردة :1-1-1 أبراج التثبيت مع االرتداد "االرتجاع" Reflux( )Stabilizer with : وصف المعدات المستخدمة :2-3-1 برج التثبيت : األرفف والحشو Packing( )Trays and : غالية المثبت...)Reboiler( 131 : متد المثبت Cooler(...)Stabilizer : نظام االرتداد " ارتجاع" )Reflux( ي ف المثبت : سخان تغذية برج التثبيت )Stabilizer-Heater( : تصميم برج التثبيت :1-1 تحلية النفط الخام Sweetening( )Crude Oil :2-1-1 التبخت عىل مراحل مع غاز نازع gas( )Stage vaporization with stripping :1-1-1 التثبيت باألرفف مع غاز نازع gas(...)trayed stabilization with stripping : التثبيت باألرفف مع إعادة تسخي سائل القاع stabilization( )Reboiled trayed الفصل السابع قياس معدالت التدفق :2-7 قياس الغاز :2-2-7 القياس باألورفيس Measurement( )Orifice-Meter حساب كمية الغاز باستخدام األورفيس القياس بالموجات فوق الصوتية قياس السوائل عدادات القياس الحج ي م )األورفيس( الفصل الثامن نظام اإلغاثة وترصيف الضغوط system( )Relief

11 1-1: تصميم ومتطلبات جهاز اإلغاثة: : انسداد الخروج "إغالق المخرج" Discharge(...)Blocked 117 :1-1-1 التعرض للحريق Exposure( )Fire :3-1-1 تمزق "كش" األنبوب Rupture( )Tube :1-1-1 فشل صمام التحكم Failure( )Control Valve :1-1-1 التمدد الحراري Expansion( )Thermal : فشل ي ف المرافق Failure(...)Utility 111 :3-1 مناقشة عامة : أمثلة ألنظمة إغاثة خاصة :1-1-1 الترصيف منخفض الحرارة Flaring(...)Low Temperature 112 :2-1-1 صمامات الترصيف "اإلغاثة" التقليدية Valves( )Conventional Relief :1-1-1 صمامات الترصيف "اإلغاثة" المتوازنة Valves( )Balanced Relief : صمام التشغيل ر االستشادي ي "التجرين " Valves( )Pilot Operated Relief :1-1-1 صمامات ترصيف المقعد المرن Valves( )Resilient Seat Relief :1-1-1 قرص التمزق Disk( )Rupture المراجع

12 الفصل األول أساسيات 8-8 مقدمة تنتج آبار النفط والغاز مخلوطا يتكون من غازات هيدروكربونية ومتكثفات ر بتولية أو سائل ر البتول وماء مالح تتعدى ملوحته ي ف أغلب األحيان ملوحة مياه البحر باإلضافة إىل غازات أ خرى مثل ر النيتوجي وثا ي ب أكسيد الكربون وربما بعض من كتيتيد الهيدروجي, يضاف إىل ذلك قليل من المواد الصلبة مثل رمال من خزان ر البتول أو الغاز, ونواتج من تآكل الحديد وربما ترسيبات ( )Scale من المياه المصاحبة. من الصعب التعامل مع هذا المخلوط من الغازات والسوائل والمواد الصلبة, فمن الصعب قياس كمياته أو نقله إىل معامل التكرير, كذلك نقل هذا المخلوط بهذه الصورة إىل معامل التكرير عىل مسافات بعيدة غت آمن ومكلف للغاية مما يجعل نقله غت ذي جدوى اقتصادية. باإلضافة لذلك فإن ناقالت ر البتول و ر رسكات النقل عت خطوط األنابيب ومعامل تكرير ر البتول ومعامل تكرير الغا ز يطلبون مواصفات ومقاييس معينة سواء للسوائل ر البتولية أو للغازات ر البتولية ال ي ر ن يتسلمونها. والحفاظ عىل البيئة تضع قيودا عىل تداول السوائل البت وأختا ر ولية والتخلص من المياه المالحة المصاحبة لخام البت فإن تعليمات السالمة ر ول. لذلك أصبح من الرص وري معالجة المنتجات ر البتولية ي ف حقول اإلنتاج للحصول عىل منتجات تتوافق مع منتجات العمالء سواء كانوا ر رسكات نقل أو معامل تكرير و ي ف نفس الوقت يكون نقلها آمنا وغت ضار بالبيئة. تجهت 9-8 المنتجات البت ر ولية الهدف هو الوصول إىل منتج سائل يتوافق مع متطلبات العمالء الذي يحدد الحد األقىص لكمية المياه ي ف الخام )%1.1 والحد األقىص لدرجة حرارة االنسكاب. 3 غالبا ( ونسبة األمالح 1 والكتيت, باإلضافة إىل الحد األقىص للضغط البخاري 2 بالنسبة للغاز فيجب أن يتم تسليمه متوافقا مع المواصفات المطلوبة من الحد األقىص من بخار الماء ومن ثا ي ب أكسيد الكربون وكتيتيد الهيدروجي والكتيت والزئبق وغتهم, باإلضافة إىل الحد األقىص من حرارة تكثف السوائل ر البتولية point( )Hydrocarbon dew ومن حرارة تكثف المياه point(,)water dew باإلضافة إىل الحد األقىص من القيمة الحد األقىص لنسبة األمالح غالبا يكون من ف كمية 1 رطل لكل ألف برميل )PTB( للمستلمي ويعتمد قيمته عىل نسبة األمالح الموجودة ي المياه القليلة المتبقية ي ف الخام بعد معالجته. الضغط البخاري بطريقة ريد Pressure( Vapor ر ن لها حد أقىص غالبا رطل لكل بوصة مربعة عند درجة 2 )Reid من المواصفات ال ي حرارة 211 فهرنهيت ( F 10:12(, والهدف حماية الصهاري ج وخطوط األنابيب من الضغط الناتج عن تبخر الخام. يتم قياسه ي ف المعمل عن طريق السماح بتبخر جزء من الخام عند درجة حرارة 211 فهرنهيت داخل اسطوانة مغلقة آخرها عداد للضغط وأخذ قراءة العداد. ه آخر درجة حرارة ( بفارق 1 ف المعمل بتتيد 3 درجت فهرنهيت( يمكن فيها سكب الخام, يتم اختبارها ي درجة حرارة االنسكاب ( Point )Pour ي جزء من الخام ومراقبة حركته ح ر ن يصل إىل درجة التجمد. 12

13 الحرارية للغاز. 4 ر للبتول ف البحار والمحيطات لو المياه المصاحبة والغاز المنتجة يجب معالجتها لتوافق القواني ال ي ر ن تحكم التخلص منها ي كانت اآلبار ليست عىل اليابسة أو لتوافق متطلبات حقن المياه للتخلص منها ي ف الخزانات الجوفية تحت سطح األرض لتجنب حدوث سدد ي ف الخزان الجو ي ف حيث تحقن المياه. المواصفات الخاصة بالمياه تتضمن الحد األقىص من الزيت ي ف المياه الحد األقىص من إجما ي ىل المواد المعلقة ومن البكتتيا كذلك نسبة السمية ي ف حالة التخلص من المياه ي ف المحيطات والبحار. قبل أن نناقش التكنولوجيا المتعلقة بمعالجة ر البتول والغازات ر البتولية من الرص وري أن نعرف أهم الخواص الفتيائية البتو ي ىل. والكيميائية للخام والغاز ر شكل 8-8. وظيفة محطة معالجة الخام والغاز. مالحظات عىل الشكل )9-8. مسار معالجة النفط( متلق الدفعات أو م سقط للمياه الحرة أو فاصل ثنا ي ب أو ثال ي ب الطور. الفاصل ربما يكون ي ر نازع المياه ربما يكون سخان معالجة أو فاصل أو صهري ج ترسيب. يتم تسخي النفط قبل أو بعد الفاصل بناء عىل درجة حرارة مخلوط النفط والغاز ونسبة الغاز إىل النفط. تثبيت النفط غالبا يتم خالل عملية الفصل أو خالل عملية التسخي أو بعد التسخي وقبل التخزين. تحلية النفط تتم غالبا بعد عملية التسخي ومن الممكن أن تتم بالمشاركة مع عملية التثبيت. الغاز والمياه اللذان ينفصالن يمران بمراحل معالجة أخرى ليست من ضمن نقاط الكتاب. 4 القيمة الحرارية للغاز ( Value,)Gross Calorific تقاس بوحدات الحرارة التيطانية,)Btu( و ي ه تعت عن مقدار الحرارة الناتجة من حرق قدم مكعب من الغاز, ومواصفات الغاز الذي يتم ضخه تكون ي ف حدود 1000:1200 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب من الغاز. وتزداد القيمة الحرارية بزيادة عنارص التوبان والبيوتان "أي بزيادة عدد الكربون" كما سيتضح من جدول

14 ر ر ر 3-8: الوحدات المستخدمة ي ف هذا الكتاب. أ- وحدة قياس الضغط المستخدمة ي ف هذا الكتاب ي ه رطل لكل بوصة مربعة مطلق,)psia( و ي ه تساوي رطل لكل بوصة مربعة قراءة العداد )psig( )قيمة الضغط الجوي(. والعالقة بي ال رطل لكل بوصة مربعة والكجم لكل سنتيمت مربع "بار " )Bar( كما ي ي ىل: Bar = 14.5 psi = atmosphere = 100 Kilo Pascal = in water Psi = bar = atmosphere = Kilo Pascal =27.7 in water ب وحدات قياس الحرارة المستخدمة ي ه الفهرنهيت )F ) 0 والعالقة بينها وبي مقياس الحرارة السيلتية كما ي ي ىل: F= (1.8 x C ) أو +32 C = ( F 32) 1.8 كذلك تستخدم وحدات رانكي ( R ) 0 كمقياس لدرجات الحرارة خاصة ي ف معادالت الغاز. = F 0 R ج- وحدات األطوال المستخدمة ي ه القدم )ft(, أو البوصة )in(, ر والعالقة بينهما بي المت( m ) m= ft, cm = in in= 2.54 cm ft= 12 in ft = m ft = cm ر والسنتيمت( cm ) كما ي ي ىل: د- وحدات المساحة المستخدمة ي ه القدم المربع ( 2 )ft أو البوصة المربعة ( 2 ) in والعالقة بينهما بي ر المت المربع ( 2 m( أو السنتيمت المربع ىل: ر ( 2 )cm كما ي ي m 2 = ft 2, cm 2 =0.155 in 2 in 2 = 2.54 cm 2 ft 2 = 144 in 2 ft 2 = m 2 ft 2 = 929 cm 2 ه- وحدات الحجم المستخدمة ي ه القدم المكعب ( 3 )ft أو البوصة المكعبة ( 3 ) in والعالقة بينهما وبي المت المكعب ر ال ىل: ( 3 ) m والسنتيمت مكعب ( 3 )cm والتميل bbl( ) والجالون gallon( ) واللت Liter( ) كما ي ي m 3 = ft 3 = (برميل) bbl, cm 3 = in 3 ر لت. (برميل) bbl in 3 = cm 3 ft 3 = 1728 in 3 ft 3 = m 3 ft 3 = الخواص Bbl = (برميل) 42 Gallon = جالون 159 liter liter ر لت = جالون (Gallon (gl)) 4-8: الفتيائية للغازات ر البتولية )الغازات الهيدروكربونية( 1-4-1: الغازات الهيدروكربونية غالبية المركبات ي ف الخام ر البتو ي ىل والغاز الطبي ي ع تتكون من جزيئات تحتوي عىل ذرات الهيدروجي والكربون فمن هنا جاءت التسمية )هيدروكربون(. أصغر مركب من هذه المركبات هو الميثان (CH4) الذي يتكون من ذرة واحدة من الكربون وأربعة ذرات من الهيدروجي من الممكن اختصار اسمه أو رمزه إىل C1 الحتوائه عىل ذرة كربون واحدة. 14

15 معالجة ر البتول والغاز التاىل هو اإليثان ) (C2H6 الذي يتكون من ذرتي من الكربون و 1 ذرات من الهيدروجي ويمكن اختصاره إىل C2 المركب يأب التوبان ), (C3H8 ثم البيوتان ).(C4H10 وهكذا مع ازدياد عدد ذرات الكربون ي ه من, C1:C4 وعندما يزداد عدد ذرات الكربون يف المركب تدريجيا نحصل بداية من البنتان الذي الغازات الهيدروكربونية ي هو أخف مكون من مكونات وقود السيارات (الجازولي) عىل سوائل متطايرة, ومع ازدياد ذرات الكربون يف المركبات الكربوب نصل إىل مواد صلبة المتتالية نحصل عىل سوائل أقل تطايرا ثم عىل سوائل غت متطايرة وباالستمرار يف زيادة العدد افين). (مثل الشمع الت ي الجزين :2-4-1 الوزن الجزين ألي مركب هو مجموع األوزان الذرية للذرات المختلفة المكونة لهذا المركب. الوزن معتا عنها بالجرام أو الرطل. ويعرف كذلك من المهم تعريف ال (مول) الذي يعرف بأنه الكتلة الذرية أو الجزيئية للمادة الن يحتوي ها 21 جرام من الكربون.21 الن تحتوي عىل نفس عدد الجسيمات ي المول أيضا بأنه كمية المادة ي يىل : لحساب كمية المادة نستخدم المعادلة 8-8 كما ي مول = الوزن ) (Eq. 1-1 الجزين الوزن m يىل أو كما ي يىل أو بالوحدات كما ي M lb lb/lb mole ) (Eq. 1-2 = n = lb-mole ) (Eq. 1-3 أي أن وزن واحد مول من الهيدروجي الذي وزنه الذري = 8 هو 8 رطل / رطل - مول أو 8 جرام / جرام - مول. ووزن واحد مول من الماء الذي يتكون من ذرة اكسجي وزنها الذري 81 وذرتان هيدروجي وزن كل واحدة =, 8 يساوي 81 = )8 x 9(+81 رطل / رطل - مول أو 81 جرام / جرام - مول. مثال :1-1 جزيء الميثان ) (CH4 يتكون من ذرة واحدة من الكربون وزنها الذري 89 ومن 4 ذرات من الهيدروجي الذي وزنه الجزين للميثان = ( 89 = )8x4(+)89x8 رطل / رطل - مول. الذري =.8 بذلك الوزن الجزين = ( 31 = )8x1(+)89x9 رطل / رطل - مول. أما اإليثان ) (C2H6 فوزنه الن سنتعامل معها يف معالجة الجدول التاىل يبي أهم الصفات والخصائص الطبيعية لعدد من المركبات والعنارص الهامة ي خام ر البتول والغاز. ه غازات عند درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي ولكن عند تخفيض وكما أرسنا سابقا فإن أول أربعة مركبات من الجدول ي درجة حرارة الغاز وزيادة الضغط فمن الممكن تحوله إىل الحالة السائلة. وبالتاىل كذلك رأرسنا سابقا إىل أن زيادة عدد ذرات الكربون, أي زيادة الوزن الذري للمركب تؤدي إىل زيادة درجة حرارة الغليان إىل سوائل أقل تطايرا. التاىل. 8-8 يتضح هذا من مالحظة العالقة بي العدد الذري للمركبات الهيدروكربونية ودرجة الغليان يف الجدول 15 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

16 الوزن الرمز الجزي ي ن للمركب المركب أو العنرص درجة حرارة الغليان psia درجة الضغط الحرج psia رطل / بوصة مربعة مطلق درجة الحرارة 0 الحرجة R رانكي إجما ي ىل القيمة الحرارية Btu/ft 60 0 F الكثافة النوعية للغاز )هواء( 8 = CH4 ميثان C2H6 إيثان C3H8 بروبان C4 H10 أيزو بيوتان C4 H10 بيوتان C5 H12 أيزو بنتان C5 H12 بنتان C6 H14 هكسان C7 H16 هبتان C8 H18 أوكتان C9 H20 نونان ثا ي ب أكسيد الكربون كتيتيد الهيدروجي CO H2S O2 أكسجي N2 ر نيتوجي H2 هيدروجي هواء H 2 O مياه. الخواص الطبيعية لبعض من المركبات والعنارص. جدول : الوزن الجزي ي ن الظاهري: فيما يخص المركبات, فإننا نستخدم مصطلح الوزن الجزي ي ن, ولكن بالنسبة للمخلوط الغازي من الغازات الهيدروكربونية فإن المصطلح الوزن الجزي ي ن الظاهري هو المستخدم. ويعرف الوزن الجزي ي ن الظاهري بأنه نواتج النسبة الجزيئية لكل مركب مرص ي وبا ف وزنه الجزي ي ن كما هو واضح من المعادلة التالية: MW = Yi (MW)i (Eq. 1-4) أي = )نسبة المركب x 8 الوزن الجزي ي ن للمركب 8( + )نسبة المركب x 9 الوزن الجزي ي ن للمركب 9 (+)نسبة المركب x 3 الوزن الجزي ي ن للمركب 3(...وهكذا ح ر ن اكتمال المركبات بالخليط. 16

17 ) Ʃyi =1 ( حيث: ) i th ( النسبة الجزيئية لمركب = ) yi ( ) i th ( الوزن الجزي ي ن لمركب = ) MWi ( ومجموع النسب الع ر شية للمكونات كلها = 8 نسبة المركب الع i ر شية Y المركب مسلسل نيتوجي 1 N ر ثا ي ب أكسيد الكربونCO ميثان (C1) إيثان (C2) بروبان (C3) أيزو بيوتان 4) (i-c بيوتان (C4) بينتان (C5) المجموع مثال 2-1: احسب الوزن الجزي ي ن الظاهري لمخلوط الغاز بالجدول 9-8. جدول 9-8. المخلوط الغازي الخاص بمثال 9-8. الحل : باستخدام جدول 8-8 والمعادلة 4-8 الوزن الجزي ي ن الظاهري = (MW)i MW = Yi بذلك يمكن اعداد الجدول التا ي ىل للحل: نسبة المركب الع ر شيةYi MW Y i MW = المركب مسلسل نيتوجي 1 N ر ثا ي ب أكسيد الكربونCO ميثان (C1) إيثان (C2) بروبان (C3) أيزو بيوتان 4) (i-c بيوتان( C4 ) بينتان (C5) المجموع بذلك الوزن الجزي ي ن الظاهري هو جدول 3-8. حل مثال 9-8. باوند/ باوند مول. 17

18 4-4-1: كثافة الغاز وكثافته النوعية ت عرف الكثافة بأنها الكتلة لوحدة الحجم كما ي ي ىل: أما الكثافة النوعية حيث كثافة الغاز = 1-5) (Eq. الكثافة = الكتلة الحجم للغاز )S( فتعرف بأنه ا النسبة بي كثافة الغاز إىل كثافة الهواء ي ف الظروف القياسية من الضغط والحرارة. (Eq. 1-6) (غاز) ρ (هواء) ρ S = (غاز) ρ كثافة الهواء = (هواء) ρ الكثافتان يجب أن يكون قياسهما عند نفس درجة الحرارة والضغط " غالبا عند الظروف القياسية". كذلك من الممكن حساب الكثافة النوعية من خالل الوزن الجزي ي ن كما ي ي ىل: (Eq. 1-7) وبما أن الوزن الجزي ي ن للهواء هو من جدول 8-8. إذن " الكثافة النوعية " الوزن النو ي ع للغاز = S (غاز) MW (هواء) MW S = (Eq. 1-8) (غاز) MW S = مثال 3-8: ما ي ه الكثافة النوعية للمخلوط الغازي بالمثال السابق 9-8. الحل : الوزن الجزي ي ن الظاهري للمخلوط الغازي = الكثافة النوعية للغاز = S (غاز) MW = = S نظرا ألن الغازات لها قابلية لالنضغاط )أي أن حجمها يقل مع زيادة الضغط( لذلك فإن كثافة الغاز تتغت بتغت الحرارة والضغط. )حساب كثافة الغاز عند درجة حرارة وضغط معيني سيتم الحقا بعد التعرف عىل القانون العام للغازات وعىل معامل االنضغاط للغازات.( القانون العام للغازات القانون العام للغازات )أو القانون المثا ي ىل ) للغازات هو كالتا ي ىل: PV = nrt (Eq. 1-9) حيث : 18

19 معالجة ر البتول والغاز P V n R T = ضغط الغاز رطل لكل بوصة مربعة مطلق ( psia )absolute = حجم الغاز. قدم مكعب ft3. الجزين كما يف معادلة )8-8 = عدد الموالت (رطل مول) للغاز (. كتلة مقسومة عىل الوزن 3 O الن بي األقواس. = ثابت الغاز العام وحداته (,)psia ft /lb mole R وقيمته عند استخدام الوحدات ي = درجة حرارة الغاز رانكي +411( = OR الدرجة الفهرنهيت) (OR = OF). المعادلة 2-8 تشي فقط ر حن ضغط 11 رطل لكل بوصة مطلق (,)11 psia وبزيادة الضغط فوق هذا المستوى فإن دقتها تقل, و يطلق عىل هذه الظروف عند زيادة الضغط ( ظروف غت مثالية) تطبق فيها المعادلة أو القانون التا يىل : ) (Eq PV = znrt حيث : = معامل االنضغاط للغاز (ليس له وحدات) z :6-4-1 معامل االنضغاط ( )z المثاىل للغاز. لذلك يطلق معامل االنضغاط هو مقياس أقل من 2.1 ليس له تميت يمثل حيود سلوك الغاز عن السلوك البعض عليه معامل حيود الغاز. عند ضغط وحرارة منخفضي فإن معامل االنضغاط ( )z يساوي 2.1 بينما عند ضغط وحرارة مرتفعي ريتاوح بي 1.71 و.1.11 القيمة الحقيقية لمعامل االنضغاط ( )z يمكن حسابها مع اإلخذ يف االعتبار مكونات الغاز ودرجة حرارته الحرجة ودرجة الضغط الحرجة (سيتم تعريفهما وحساب معامل االنضغاط بطريقتي أحدهما بالجداول والثانية بمعادلة ر مبارسة). هناك العديد من الرسوم البيانية والطرق التحليلية لحساب معامل االنضغاط من بي هذه الطرق طريقة ستاندينج - كاتس, الطبيع.CNGA وطريقة المؤسسة الكندية للغاز الن تؤثر يف معامل االنضغاط وفيما درجة الحرارة الحرجة ودرجة الضغط الحرج (كما يف جدول )2-2 من العوامل الهامة ي يىل تعريفهما : درجة الحرارة الحرجة : ه درجة الحرارة للغاز ر الن فوقها ال يمكن للغاز أن ينضغط إىل سائل مهما زاد الضغط. ه أقل ضغط للغاز يمكن به تحويل الغاز لسائل عند درجة الحرارة الحرجة. درجة الضغط الحرجة : ي كمثال غاز الميثان له درجة حرارة حرجة, 343 0R ودرجة ضغط حرج ( 666 psia جدول.)2-2 المختلة للغاز تعرف أنها النسبة بي درجة حرارة الغاز وبي درجة حرارته الحرجة بالوحدات االساسية رانكيي درجة الحرارة ).(0R لذلك قيمتها ليس لها تميت. ر المختلة تعرف أنها النسبة بي ضغط الغاز وبي درجة ضغطه الحرج بالوحدات االساسية. psia بالمثل درجة الضغط بذلك يمكننا وضع المعادلتي التاليتي : ) (Eq ) (Eq Tr = T/Tc Pr = P/Pc حيث : = P ضغط الغاز. رطل لكل بوصة مطلق.psia = T درجة حرارة الغاز. رانكي.0R 19 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

20 معالجة ر البتول والغاز Tr Pr Tc Pc المختلة, بال تميت. = درجة الحرارة = درجة الضغط المختل, بال تميت. = درجة الحرارة الحرجة. 0R, = درجة الضغط الحرج.psia, مثال :4-1 باستخدام المعادلتي السابقتي واستخدام جدول 8-8 يمكننا حساب درجة الحرارة المختلة ودرجة الضغط يىل : المختل للميثان كمثال عند درجة حرارة 71 فهرنهيت وضغط 8911 رطل لكل بوصة مربعة مطلق كما ي Tr = ( ) / 343 = Pr = 1200/666 = لمخلوط من الغازات نستخدم تعبت درجة الحرارة الحرجة الزائفة (, ) pseudo-critical temperature ودرجة الضغط بدال من مصطلح درجة الحرارة الحرجة ودرجة الضغط الحرجة. الحرج الزائفة ( )pseudo-critical pressure المختلة الزائفة ودرجة الضغط المختلة الزائفة لمخلوطات الغاز ويمكن حسابهما كذلك يستخدم مصطلح درجة الحرارة يىل : بمعلومية درجة الحرارة الحرجة الزائفة ودرجة الضغط الحرج الزائد كما ي P c = Ʃ yi Pci T c = Ʃ yi Tci ) (Eq ) (Eq حيث = P c درجة الضغط المختل الزائفة, بال تميت. المختلة, بال تميت. = درجة الحرارة T c = درجة الضغط الحرجة psia, للمركب i Pci 0 = درجة الحرارة الحرجة R, للمركب i Tci = النسبة الجزيئية لمركب ith yi ومجموع النسب العشية للمكونات كلها = ) Ʃyi =1 ( 8 باستخدام المعادلتي 83-8 و 84-8 يمكن حساب درجة الحرارة المختلة الزائفة ودرجة الضغط المختل الزائف. االنضغاط ألي مخلوط غازي. البياب لستاندينج - كاتس, الشكل,3-8 يمكننا حساب معامل ثم باستخدام الرسم مثال :5-1 حساب معامل االنضغاط للمخلوط الغازي يف جدول, 4-8 عند ( ) 1000F و ( ) 800 psig P c Pci yi T c = TCi yi = الضغط الحرج Pci. Psia درجة الحرارة الحرجة TCi. 0R الكثافة النوعية ) =1 هواء( النسبة yi الجزيئية الوزن الجزين المركب CH4 ميثان C2 H6 إيثان C3 H8 بروبان C4 H10 بيوتان المجموع جدول 4-8 لمثال.5-8 باستخدام المعادلتي 88-8 و ( : 89-8 الحظ أن الضغط يف المعطيات psig وليس )psia 20 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

21 من الرسم البيا ي ب ي ف الشكل 3-8 T`r = ( )/464.5 =1.2 P`r = ( )/659.4 = 1.23 z= 0.72 معامل االنضغاط باستخدام قيم = Tr 8.5 و = Pr 8.1 من مثال 4-8, يمكننا قراءة قيمة معامل االنضغاط من الرسم البيا ي ب ستاندينج - كاتس الشكل 3-8. لنجده = z 1.13 تقريبا. الشكل 3-8. رسم بيا ي ب- معامل االنضغاط للغاز الطبي ي ع ( ستاندينج-كاتس(. 21

22 معالجة ر البتول والغاز طريقة أخرى لحساب معامل االنضغاط بمعادلة ر الطبيع CNGA بالمعادلة التالية : مبارسة من المؤسسة الكندية للغاز ) (Eq حيث : =Pavg ضغط الغاز psig رطل لكل بوصة مربعة قراءة عداد [psig= (psia )]. = T درجة الحرارة. رانكي 0R f النوع للغاز (هواء = )8.11 = G الوزن معادلة,85-8 لمعامل االنضغاط تطبق عىل الضغط Pavg األعىل من 811 رطل لكل بوصة مربعة قراءة عداد (,)psig للقيم األقل من ذلك يعتت معامل االنضغاط 8.11 والمعادلة دقيقة ألغلب حسابات الغاز يف خطوط نقل الغاز, وأغلب حسابات المعالجة. النوع ( ) gravity = 0.6 عند درجة حرارة ( ) 80 0F وضغط ( 1000 طبيع وزنه مثال :6-1 ما هو معامل االنضغاط لغاز )psig الحل : باستخدام معادلة 85-8 :7-4-1 تعيي كثافة الغاز عند أي درجة حرارة وأي قيمة للضغط يىل عند معرفة الوزن الجزين للغاز, فإن كثافة الغاز يمكن تعيينها عند أي قيم للحرارة والضغط كما ي lb/ft3 نظرا ألن الثابت = R إذن ) (Eq lb/ft3 𝑃)𝑊𝑀( 𝑍𝑇𝑅 = 𝜌g 𝑃)𝑊𝑀( 𝑍𝑇 𝜌g= حيث : =ρg كثافة الغاز, رطل لكل قدم مكعب lb/ft3, = P ضغط الغاز. رطل لكل بوصة مطلق.psia = T درجة حرارة الغاز. رانكي.0R = معامل االنضغاط للغاز (ليس له وحدات) z 22 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

23 ) x للغاز )specific gravity( الوزن الجزي ي ن للغاز = )الكثافة النوعية = MW مثال 7-1: احسب معامل االنضغاط بطريقتي لمخلوط الغاز الموجود بمثال 9-8 عند ضغط psia( (, 600 وحرارة )F 100( 0, ثم احسب كثافة الغاز عند نفس درجة الحرارة والضغط. الحل: الوزن الجزي ي ن No المركب النسبة الجزيئية Yi نيتوجي 1 ر 2 Yi MW Tic 0 R Yi Tic 0 R Pic psia N Yi Pic psia ثا ي ب أكسيد 2 الكربون 2 CO ميثان (C1) إيثان (C2) بروبان (C3) أيزو بيوتان 4) (i-c بيوتان (C4) بينتان (C5) المجموع جدول 5-8 لمثال 7-8. lb/ft 3 من الجدول السابق الوزن الجزي ي ن الظاهري لمخلوط الغاز = درجة الحرارة الحرجة الزائفة لمخلوط الغاز = R T`c = الضغط الحرج الزائف لمخلوط الغاز = psia P`c = 667 ر المختلي الزائفي لمخلوط الغاز من المعادلتي 88-8 و 89-8 يمكن تعيي الحرارة والضغط Tr = T/Tc = ( )/451.5 = 1.24 Pr = P/Pc = 600/667 = 0.9 معامل االنضغاط من الشكل 3-8 = z = 1.13 معامل االنضغاط من معادلة 85-8 = z = 1.17 باستخدام معادلة 81-8 لحساب كثافة الغاز = رطل لكل قدم مكعب (21.36)600 =ρg ) 14.7 psia بمقارنة قيمة كثافة الغاز عند الظروف القياسية ( F 60 0 أي أن معامل االنضغاط = z 8 و 23

24 معالجة ر البتول والغاز 𝜌g عند الظروف القياسية = (21.36) = رطل لكل قدم مكعب lb/ft3 نستنتج من المثال السابق أنه كلما زاد الضغط زادت كثافة الغاز وقل حجمه. :8-4-1 تعيي حجم الغاز عند درجات الحرارة والضغوط المختلفة حجم الغاز هو مقدار الفراغ الذي يحتوي الغاز, فالغازات تمأل الوعاء الذي يأوي الغاز. كذلك فإن حجم الغاز يتغت مع تغت الضغط والحرارة. 3 حجم الغاز يقاس بالقدم المكعب (. )ft الطبيع عند جرارة وضغط معيني. القياس عند الظروف القياسية أو الحجم حجم الغاز يعرف بوحدات الحجم القياس يكون عند الظروف القياسية ( )60 F and 14.7 psia الحجم يىل : مؤسسة معالجة الغاز ), Gas Processors Association (GPA تستخدم حجم المول القياس كما ي std ft3/lb mol at 60 F, 14.7 psia. يعن أن كل مول ( )n يحتوي عىل قدم مكعب من الغاز. مما ي بذلك فإن بمعرفة كتلة الغاز وكثافته عند ضغط وحرارة معيني يمكننا حساب حجم الغاز من خالل معرفتنا بحجمه عند الظروف القياسية كما سيتضح من األمثلة التالية. النوع ( )0.6 عند ضغط ( )500 psig وعند درجة حرارة ( )800F مثال :8-1 احسب حجم 10 رطل كتلة لغاز وزنه وبافتاض معامل االنضغاط ( )0.895 ر االساس (.)14.7 psia الجزين للهواء ( )29 والضغط الجوي وافتاض الوزن الحل : الجزين للغاز ( 17.4 = 0.6 x 29 = )MW الوزن الضغط = psia = الحرارة = 0R 540 = معامل االنضغاط = z عدد الموالت يمكن حسابها من معادلة n=m/(mw),9-8 n = 10/17.4 n= lb mole باستخدام المعادلة PV=nzRT, 81-8 (514.7) V = x x x 520 إذن حجم الغاز 5.79 = V قدم مكعب ft3 مثال :9-1 احسب حجم 8 باوند مول ( )1 lb mole من الغاز من المثال السابق, عند درجة حرارة ( )1200F و ضغط وبافتاض معامل االنضغاط ( )Z = ( )1500 psia الحل : باستخدام المعادلة PV=nzRT,81-8 V= x 1 x x ( )/1500 = 3.37 ft3 24 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

25 معالجة ر البتول والغاز مثال :11-1 ألف قدم مكعب من الميثان سيتم ضغطه من حرارة ( )60 F والضغط الجوي إىل ضغط مقداره ( )500 psig ودرجة حرارة ( )50 F ما حجم الغاز حسب الظروف الجديدة الحل : عدد الموالت من الميثان (n) = 1000 / = 2.6 يف الظروف النهائية ( يجب حساب معامل االنضغاط أوال ) من جدول, 8-8 ومعادالت 88-8 و Tr = ( ) / 344 = 1.88 Pr = ( ) / 673 = من الشكل ( 3-8 ستاندينج - كاتس ) معامل االنضغاط 0.94 = z من قانون PV = nzrt, 81 8 ft = V مثال :11-1 ما الضغط الناتج من وضع 8 رطل مول من التوبان ( 44 رطل) ( )C3 H8) (44 lb يف وعاء حجمه 38.9 قدم مكعب عند درجة حرارة 911 درجة فهرنهيت. الحل : من جدول, 8-8 وباستخدام معادلة :81-8 PV = nzrt و ر بافتاض قيمة لمعامل االنضغاط ( تجربة واختبار النتيجة صحيحة أم خطأ ) ) P 31.2 = ( P = 229 psia قيمة الضغط من المحاولة األوىل = 229 psia المختل) من معادلة 89-8 ومن قيمة الضغط الحرج جدول Pr = 229 / 616 = 0.37 =8-8 معن ذلك أن ( الضغط ومن درجة الحرارة المعطاة ( )280 F ومن جدول, 8-8 ومن معادلة,88-8 يمكننا تعيي قيمة الحرارة المختلة Tr Tc = 665ºR Tr = ( ) / 665 = من الشكل,3-8 لمعرفة قيمة معامل االنضغاط المكافئة لقيم ( Tr = و ) Pr = 0.37 بدال من. 0.9 نجد أن قيمة z يجب أن تكون بإعادة التطبيق يف معادلة, 81-8 نجد ان الضغط ( 232 = )P بدال من. 229 الجزين ( )MW=20 مطلوب أن يمأل وعاء قطره 94 بوصة ( )24 in وطوله 1 قدم ( )6 ft مثال :12-1 ما هو حجم غاز وزنه 0, عند ضغط ( )200 psia وحرارة (, )100 F بافتاض معامل االنضغاط (. )z=0.9 وما سيكون حجم الغاز عند ( )14.7 psia و (.)60 0F ثم احسب كثافة الغاز عند ( )200 psia و (.)100 0F الحل : حجم الوعاء = مرب ع نصف القطر x ثابت الدائرة (ط) x الطول = 𝜋 L r2 V = (24)2/ (2 12)2 ft3 الحجم 18.8 ft3 = V ( قسمنا عىل 9 للحصول عىل نصف القطر من القطر, و قسمنا عىل 89 للتحويل من بوصة لقدم ) 25 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

26 معالجة ر البتول والغاز الحرارة 560 0R = = T باستخدام معادلة PV = nzrt.81-8 ) n = / ( ( 0.7 lb moles = n رطل مول) حجم الغاز بالقدم المكعب = x n 3 حجم الغاز عند ( )200 psia و ( 266 ft = x 0.7 = )100 0F بالتاىل معامل انضغاط z=1 ألن الغاز عند الظروف القياسية عدد الموالت من الغاز n عند ( )14.7 psia و ( )60 0F و ( lb. moles = / ( ) = n رطل مول) حجم الغاز يف الظروف القياسية = 18.8 ft3 = x قدم مكعب. ( من المثال السابق يتضح أن حجم الغاز عند الظروف القياسية يساوي حجم الوعاء المتواجد به) كثافة الغاز يمكن حسابها من معادلة 81-8 lb/ft3 𝑃)𝑊𝑀( 𝑍𝑇 𝜌g = كثافة الغاز( = / ( ) = lb/ft3 )𝜌g رطل لكل قدم مكعب كتلة الغاز داخل الوعاء = الحجم x الكثافة = ( 196 lb mass = رطل كتلة) :9-4-1 رسعة الغاز (قدم / ثانية ) ( )ft/s ه ناتج قسمة حجم الغاز ( )ft3 المار يف الثانية عىل مساحة مروره (.)ft2 رسعة الغاز ي مثال :11-1 احسب رسعة الغاز الناتجة من معدل تدفق 811 مليون قدم مكعب يف اليوم ( )100 MMscfd من خالل خط النوع للغاز ( )0.7 وضغطه ( )500 psia ودرجة حرارته (,)1000F الداخىل 94 بوصة ( )24 in علما بأن الوزن قطره وبافتاض معامل االنضغاط.0.85 = z الحل : باستخدام معادلة 81-8 لتعيي حجم الغاز عند الظروف الطبيعية ( )V وال ننىس ( ) n = V(ft3)/379.5 n = /379.5 PV=nzRT 3 حجم الغاز المتدفق ( )V عند ظروف التشغيل ( )ft 6 = ) / ( = قدم مكعب يف اليوم 2,695,000 ft3/day معدل رسيان الغاز يف الثانية = ) 2,695,000 / ( = 31.2 ft3/sec الن يشي الغاز من خاللها = (ط نق )π r2( = ) 9 المساحة ي = 3.84 قدم مرب ع = ) π r2 = / (144 (القسمة عىل 844 للتحويل من بوصة مربعة لقدم مرب ع) رسعة الغاز (قدم / ث) = 31.2/3.14 = 9.9 ft/s كما يمكن تعيي رسعة الغاز ر مبارسة من المعادلة التالية ) = 6 ZTQ/(100,000 Pd2) ft/sec. Eq 1-17 الشعة( Velocity 26 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

27 معالجة ر البتول والغاز حيث قياس لكل يوم) scfd = Q معدل تدفق الغاز (قدم مكعب = d القطر بالبوصة أقىص رسعة مسموح بها لتدفق الغاز : ه 811 قدم يف الثانية والغاز الذي معه سوائل مصاحبة ( 11 )wet gas قدم يف أقىص رسعة للغاز الجاف مسموح بها ي الن تعرف بأنها : أقىص رسعة للغاز يف الثانية ويجب أن تكون القيمة أيضا أقل من رسعة النحر ( )erosional velocity ي خطوط األنابيب إن زادت الشعة عنها ينتج إزعاج ( )noise وذبذبة ( )vibration كذلك فإن الغاز سيسبب نحر( )erosion يف الخطوط عىل المدى الطويل. الشعة الخاصة بالنحر ( )Vmax يمكن حسابها من المعادلة التالية : 𝑃𝐺 Vmax = 𝑍𝑅𝑇/29 Eq 1-18 يف المثال السابق, 89-8 الشعة المسببة للنحر ( = )Vmax 2 ) Vmax = /( Vmax = 70.9 ft/sec. : متوسط الضغط يف خط األنابيب (األنبوب) الرياض لخط األنابيب = Pavg = (P1+P2)/2 متوسط الضغط وذلك عىل أساس أن الضغط يف بداية الخط (, )P1 والضغط يف نهاية الخط (, )P2 ولكن متوسط الضغط األكت دقة يمكن الحصول عليه من المعادلة التالية : Eq 1-19 P1 P2 2 P1+ P2 3 ) Pavg = (P1+P2 - حيث = P1, P2, Pavg الضغط بالرطل لكل بوصة مربعة مطلق ( )psia النوع ( )0.65 بمعدل, 200MMscfd الداخىل 82 بوصة (,)19 in ينقل غاز وزنه طبيع قطره مثال :14-1 : خط غاز درجة حرارة الغاز عند أول الخط (, )70 0F علما بأن الضغط يف أول الخط ( )1200 psig و الضغط يف نهاية الخط ( 900 )psig ومتوسط معامل االنضغاط (.)z=0.95 احسب رسعة الغاز عند أول وعند أخر الخط, واحسب رسعة النحر للخط. الحل : باستخدام معادلة 87-8 رسعة الغاز عند أول الخط = الشعة = ) ,000,000/(100, الشعة = 13.8 قدم يف الثانية ( )ft/s رسعة الغاز عند آخر الخط = الشعة = ) ,000,000/(100, الشعة = 18.3 قدم / ث ( )ft/s من المعادلة,81-8 رسعة النحر = Vmax = / رسعة النحر ( 48.6=)Vmax قدم / ث ) (ft/s 27 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

28 معالجة ر البتول والغاز المثال السابق يمكن حله بحساب كثافة الغاز عند أول وأخر الخط ثم بعد ذلك حساب معدل التدفق يف ظروف التشغيل ثم قسمة معدل التدفق عىل مساحة الخط الداخلية لنحصل عىل الشعة الجزين للغاز = = 18.8 الوزن من معادلة 81-8 الحجم عند ظروف التشغيل = ) V = 200,000, / ( اليوم) = ( )2,347,000 ft3 قدم مكعب يف اليوم الحجم (معدل التدفق 3 الحجم ( معدل التدفق يف الثانية) = قدم مكعب يف الثانية ( ) ft /sec. مساحة الخط = ط نق /(4 144) = 1.97 ft2 = π r2 = 9 رسعة الغاز يف أول الخط = 13.8 = 27.16/1.97 قدم / ث ( )ft/s : لزوجة الغاز ه مقاومة مائع ما للجريان (مقاومة رسيان المائع) أي مقدار مقاومته لضغط مؤثر عليه يجته عىل التحرك اللزوجة ي والشيان. كلما زادت لزوجة مائع, قلت قابليته للجريان أو للحركة. الن تنشأ من قوة تماسك الطبقات المجاورة من نفس المادة. اللزوجة تقدر بمقدار عددي (رقم) يمثل قوة السحب ي الداخىل بي الجزيئات, منفصال عن االحتكاك الموجود بي المائع وبي حائط خط يمكن اعتبار اللزوجة بأنها االحتكاك األنابيب. لزوجة الغازات ضئيلة جدا مقارنة بلزوجة السوائل. كمثال فإن متوسط لزوجة الخام البتوىل تكون ف حدود 81 ر سنن بواز سنن بواز عند 811 عند 811 فهرنهيت ( )10 centipoise 1000F بينما لزوجة الغاز تكون يف حدود فهرنهيت. السنن بواز واللزوجة الكينماتيكية اللزوجة يتم تعريفها بطريقتي أولهما اللزوجة الديناميكية (الحركية) وتقاس بالبواز أو ه رطل لكل قدم ثانية ( )lb/ft-sec للزوجة سنن ستوك (.)cst الوحدات األخرى لقياس اللزوجة ي الن تقاس بال ستوك أو ي الديناميكية, وقدم مرب ع لكل ثانية ( )ft2/s للزوجة الكينماتيكية. لزوجة الموائع تتغت مع الحرارة فلزوجة السوائل تقل بازدياد الحرارة بينما لزوجة الغاز تقل أوال بزيادة الحرارة ثم تنخفض يىل جدول ألهم التحويالت لوحدات اللزوجة مع زيادة درجات الحرارة أنظر الشكل.4-8 فيما ي لتحصل عىل يف أرصب قيمة Centistokes ر سنن ستوك ft2/sec Centipoises ر سنن بواز ) lbf-sec/ft2 (lb/ft-sec Centistokes ر سنن ستوك ) ) Density (g/cm3 الكثافة ( 1/ Centipoises ر سنن بواز (القسمة عىل الكثافة ) ft2/sec ) /density (lb/ft3 ) lbf-sec/ft2 (lb/ft-sec lbm/ft-sec Centipoise ر سنن بواز جدول.1-8 أهم التحويالت للزوجة. 28 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

29 الشكل 4-8, يمكن استخدامه لتعيي لزوجة الغازات الهيدروكربونية )الغاز ر البتو ي ىل ) ي ف ظروف مختلفة من الضغط والحرارة إن كان الوزن النو ي ع للغاز عند الظروف الطبيعية معروف. القيم ال تحتاج تعديل لقيم مختلفة من ( CO2 H2S, و (. N2 الشكل 4-8. لزوجة الغازات ر البتولية )الهيدروكربونية( 29

30 معالجة ر البتول والغاز االحتاق) : القيمة الحرارية للغازات (قيمة ه القيمة الحرارية ألي مادة يمكن تعريفها بأنها كمية الحرارة المنطلقة أثناء احتاق كمية محددة منها مثل الوقود و الطعام. ي ه وحدة طاقة لكل وحدة من المادة عادة الكتلة مثل كيلو جول / كجم كيلو خاصية ممتة لكل مادة. تكون وحدتها ي جول / مول كيلو كالوري / كجم وحدة حرارية بريطانية / قدم مكعب. هناك تعريفان مختلفان للقيمة الحرارية الناتج وهما : وه تضع يف االعتبار حرارة التكثف القيمة الحرارية العالية أو الشاملة ( )The higher or gross heating value, HHV ي االحتاق ( هيدروجي مع اكسجي). لبخار الماء الذي ينتج من وه تعتت الماء الناتج من االحتاق والقيمة الحرارية الصغرى أو الصافية (, )the lower or net heating value, LHV ي لالحتاق يمكن حسابها بجمع قيم يظل يف الحالة الغازية بال تكثف ( بخار). لمخلوط من الغازات فإن القيمة الحرارية االحتاق الخاصة بكل مكون مرصوبة ف نسبة وجوده ر العشية يف المخلوط. كما يف المعادلة التالية : H = Ʃ x i Hi Eq حيث : إجماىل القيمة الحرارية لالحتاق (وحدة حرارة انجلتية لكل قدم مكعب عند 11 فهرنهيت( = H = xi النسبة ر العشية لمركب i = Hi القيمة الحرارية لالحتاق لمركب ( i وحدة حرارة انجلتية لكل قدم مكعب عند 11 فهرنهيت( Btu/ft3@60 0F Btu/ft3@60 0F مثال :15-1 أحسب القيمة الحرارية لمخلوط الغازات بالمثال.9-8 الحل H x Yi القيمة الحرارية الكلية ( يب ر يب يو لكل قدم مكعب عند 11 درجة Btu/ft3 ) 60 0F (H Yi MW = الوزن الجزين النسبة العشية Yi المركب مسلسل MW نيتوجي N ثاب أكسيد الكربون CO ميثان) (C إيثان) (C بروبان) (C أيزو بيوتان) (i-c بيوتان) (C بينتان) (C المجموع جدول, 7-8 مثال إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

31 من الجدول يتضح أن القيمة الحرارية الكلية = 8941 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب Gross calorific value HHV = 1246 Btu/ft 3 القيمة الحرارية للغاز الحلو )الذي ال يحتوي عىل كتيتيد الهيدروجي ) )sweet( من الممكن حسابها بمعلومية الوزن النو ي ع للغاز ونسبة ثا ي ب أكسيد الكربون ر والنيتوجي من المعادلة التالية : HHV= SG XCO XN Eq بتطبيق المعادلة عىل المثال السابق الوزن الجزي ي ن الظاهري =21.36 الوزن النو ي ع = = 21.36/28.96 HHV = القيمة الحرارية للغاز) HHV ( 1244 Btu/ft 3 = وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب الهيدروكربونات السائلة ( خام البت ر ول( : خواص : مقدمة: خام البت ر ول هو مخلوط معقد من عدد كبت من المركبات الهيدروكربونية. خواص الخام البتو ي ىل تتفاوت كثتا عن بعضها. ر السوائل الهيدروكربونية تبدأ بالبنتان )C5( الذي يطلق عليه الجازولي الطبي ي ع وهو أخف مكون من مكونات جازولي السيارات وتنت يه بهيدروكربون صلب )C20( حيث تكون درجة انصهاره حوا ي ىل 811 درجة فهرنهيت )F 100(. 0 المركبات الهيدروكربونية األثقل )التافينات والمواد األسفلتية( لهم درجة انصهار عالية وربما يكونوا ذائبي أو منت ر شين ىل تختلف حسب مكوناته ونسبة وجودها فيه ر البتو ي ىل حسب درجة حرارته. أختا خواص الخام ر البتو ي )معلقي ) ي ف الخام لذلك تختلف الخامات عن بعضها البعض : كثافة الخام البتو ي ىل وكثافته النوعية ر ت عرف الكثافة بأنها الكتلة لمادة مقسومة عىل وحدة الحجم عند درجة حرارة معينة. ومن وحداتها الجرام لكل ر سنتيمت مكعب ( 3 )g/cm, و الرطل لكل قدم مكعب ( 3.)lb/ft خاصية أخرى عامة ما تستخدم أال و ي ه الكثافة النوعية "الوزن النو ي ع". الكثافة النوعية ي ه النسبة بي كثافة الخام )أوكثافة أي سائل( إىل كثافة الماء عند درجة حرارة واحدة لكالهما. الوحدات القياسية للحرارة ي ف وحدات الكثافة النوعية ي ف صناعة ر البتول ي ه 85/85 سيلتية, 11/11 فهرنهيت ( 15/15.)60/60 0 F- 0 C بالرغم من أن الكثافة و الكثافة النوعية يتم استخدامهم بكتة ي ف صناعة ر البتول, إال ان مقياس معهد ر البتول األمري ي ك للوزن هو األكت استخداما ) gravity )API وقيمته يمكن الحصول عليها من المعادلة التالية: 0 API = Deg F Eq

32 : لزوجة خام ر البتول أسهل طرق تعيي لزوجة الخام البت ر و ي ىل عند أي درجة حرارة ي ه بقياسها ي ف المعمل. ولو كانت اللزوجة معلومة عند درجة حرارة واحدة فقط فإن الشكل 5-8 يمكن استخدامها لتعيي اللزوجة عند درجة حراة أخرى برسم خط موازي للخطوط الممثلة للخامات المختلفة ),A,C و D ). يجب تو ي خ الحرص للتأكد من أن الخام الذي نبحث عن لزوجته عند درجة حرارة معينة له درجة انسكاب أقل من درجة الحرارة المطلوب معرفة اللزوجة عندها. لوكان الخام له درجة انسكاب مرتفعة )تم تعريف درجة حرارة االنسكاب,)pour point فإن الرسم البيا ي ب الخاص به يكون مماثال للشكل )B ف اتجاه زيادة اللزوجة نظرا ر لتسيب جزيئات التافي, وربما لتخت أو تجمد الخام. ) حيث نجد ميل حاد ي جزيئات التافي يمكنها تغيت اللزوجة بشكل حاد نظرا لخروجها من حالة الذوبان ي ف المحلول عند انخفاض حرارته وبقائها معلقة فيه )درجة السحاب point ) Cloud مما يؤدي لزيادة لزوجة المحلول )خام ر البتول(, كما يظهر ي ف المنحن )B(, هذا االنحراف الشديد ربما يؤدي إىل خطأ ي ف تحويل اللزوجة من درجة حرارة إىل درجة حرارة أقل, لذلك يرخ تو ي خ الحذر ي ف حساب لزوجة خام عند درجة حرارة قريبة من درجة السحاب point( )cloud الشكل 5-8, منحنيات اللزوجة عند درجات الحرارة المختلفة. خام خفيف API( ) من( API )20 0, خام متوسط ) )20, خام ثقيل أقل ي ف غياب البيانات المعملية, هناك عالقات من الممكن استخدامها لحساب لزوجة خام عند درجة حرارة معينة وذلك باالعتماد عىل كثافة الخام. كمثال المعادلة ال ي بيجز و روبنسون بعد مالحظة 411 خام ر بتو ي ر ن ر افتضها ىل. 32

33 µ = 10 x -1 Eq حيث cp, لزوجة الخام, سن ني بواز = µ 0,F درجة حرارة الخام, فهرنهيت = T y (T) 1.163, = x 10 z = y G, = z 0 F( كثافة الخام = G الشكل 1-8, يمثل عالقة أخرى بي اللزوجة عند درجات حرارة مختلفة وكثافة الخام. شكل 1-8, العالقة بي لزوجة الخام عند درجات حرارة مختلفة وكثافة الخام 4-5-1: لزوجة مخلوط من الخام والمياه لزوجة المياه المنتجة المصاحبة للخام ر البتو ي ىل تعتمد عىل نسبة األمالح المذابة فيه, كما تعتمد أيضا عىل درجة الحرارة, إىل 9 سن ي عمليا فإن لزوجة المياه المصاحبة للخام ر تت اوح بي 8.5 ر ن بواز عند 51 درجة فهرنهيت, 1.7 إىل 8 سن ر ني ولكن بواز عند 811 فهرنهيت, و 1.4 إىل 1.1 سن ي ر ن بواز عند 851 فهرنهيت. عندما يتكون مستحلب )emulsion( من كل من المياه والخام, فإن لزوجة المخلوط "المستحلب" تكون أكت من لزوجة كل من الخام والمياه عىل حده. 33

34 معادلة فاند المعدلة equation( )modified Vand s تمكننا من تحديد قيمة اللزوجة لمخلوط من المياه وخام ر البتول وصورتهاكما ي ي ىل: µeff = (1+2.5 ϕ +10 ϕ 2 ) µc Eq ϕ حيث = µeff اللزوجة المؤثرة )الظاهرة(, سن ي ر ن بواز = µc لزوجة المائع األسا ي س )خام, سن ي ر البتول( ر ن بواز = النسبة الع ر شية للمياه ي ف المخلوط. 1-8: دراسة سلوك األطوار "الحاالت" behavior( )Phase 8-1-8: مقدمة قبل البدء ي ف دراسة فصل الغازات عن السوائل علينا أن نفهم العالقة بي الحاالت أو األطوار المختلفة. يطلق لفظ الطور أو الحالة عىل أي جزء محدد متجانس ويشكل جزء من نظام معي ولكنه منفصل عن سطحه فت يائيا بحدود واضحة. للمادة ثالث حاالت ممكن أن تواجد فيهم وأبسط األمثلة لذلك: الصلبة )الثلج( السائلة )الماء السائل( الغازية )بخار الماء( المواد الصلبة لها شكل محدد ذات ملمس صلب. فالمواد الصلبة تتكون من جزيئات لها طاقة قليلة جدا فتظل الجزيئات ي ف مكانها ح ر ن وإن تذبذبت. السوائل لها حجم محدد ولكن ليس لها شكل محدد بل تأخذ شكل الوعاء المتواجدة به. جزيئات السوائل تمتلك طاقة أكت من جزيئات المواد الصلبة )مما يجعلها تتحرك من مكان ألخر( باإلضافة إىل ذلك فإن هناك مسافة أكت بي الجزيئات ي ف السوائل عن المسافة بي الجزيئات ي ف المواد الصلبة كذلك فالسوائل أقل كثافة من المواد الصلبة. الغازات )األبخرة( ليس لها حجم أو شكل معي ولكنها تمأل الوعاء الموجودة بداخله. جزيئات الغاز لها طاقة أكت من جزيئات ( وأقل كثافة من السوائل. السوائل )نشطة جدا اهتمامنا األول ي ف هذا الجزء هو الفرق ي ف الطاقة بي الحاالت الثالث. الطاقة تضاف إىل المواد الصلبة لتصهرها إىل مادة سائلة. طاقة إضافية ستؤدي إىل تحول المادة السائلة إىل بخار )تبخرها(. عندما نريد أن نعرف الطور أو األطوار الموجود عليها مادة أو مخلوط معي تحت ظروف معينة من الضغط والحرارة ندرس سلوك الحالة أو سلوك الطور behavior( (. phase ولكن أوال سنقسم دراسة سلوك األطوار إىل ثالثة تصنيفات: نق )عنرص واحد( عنرص ي ر عنرصان متعدد العنارص الرسم البيا ي ب الخاص بسلوك الطور يوضح حالة العنرص تحت ظروف محددة من الضغط والحرارة والحجم : مكونات المنظومة الغازية الغاز الطبي ي ع يتكون غالبيته من مجموعة من األلكانات الخفيفة يشكل فيها الميثان )CH4( واإليثان )C2H6( من %11 إىل %21 من حجم المخلوط الغازي. وكل من الميثان واإليثان يتواجدان ي ف الحالة الغازية ي ف الظروف المناخية المعتادة. 34

35 التوبان )C3H8( والبيوتان بنوعيه أيزو بيوتان والبيوتان الطبي ي ع i-c4h10( )n-c4h10 and والهيدروكربونات األثقل من الممكن استخالصهم من منظومة الغاز وإسالتهم للنقل والتخزين وهما )التوبان والبيوتان( المركبان الرئيسيان من الغاز الطبي ي ع المسال gas( ) LPG liquefied petroleum الهيدروكربونات متوسطة الوزن الجزي ي ن )من البنتان C5 إىل الديكان C10( توجد ي ف صورة سوائل متطايرة ي ف الظروف المناخية المعتادة. هذه المركبات غالبا يطلق عليها )ما فوق البنتان( )pentanes-plus( أو المتكثفات )condensate( أو الجازولي الطبي ي ع gasoline( )natural أو سوائل الغاز الطبي ي ع.)NGL( منظومة الغاز الطبي ي ع من الممكن أن تحتوي أيضا عىل مكونات غت هيدروكربونية )غت عضوية( مثل كتيتيد الهيدروجي ر وجي ( طبيعيا ف الغاز )H2S( وثا ي ب أكسيد الكربون )CO2( والنيت N2( وبخار الماء. تلك المكونات من الممكن أن تتواجد ي الطبي ي ع ومن الممكن أن يدخل بعضها إىل الغاز الطبي ي ع أثناء اإلنتاج أو المعالجة أو النقل كملوثات يضاف إىل ذلك فإن العاملون ربما يضيفون مواد مسببة لرائحة نفاذة ممتة لسهولة الكشف عن تشب الغاز أثناء االستخدام الصنا ي ع والمت ي ىل. الغاز الطبي ي ع الجاف أو الفقت lean( )dry, or يحتوي عىل نسبة عالية من الهيدروكربونات الخفيفة )ميثان وإيثان(, بينما الغاز الطبي ي ع الغ ي ن rich( )wet, or يحتوي عىل نسبة كبتة من الهيدروكربونات متوسطة الوزن النو ي ع )بروبان وبيوتان(. ر يحتق مستهلكاكمية قليلة من الهواء ي ف لهب لونه من األزرق إىل األصفر. الغاز ن يحتاج نسبة أكت من الهواء الغ ي الغاز الفقت لالحتاق وينتج عن ر احتاقه لهب برتقا ي ىل. ع )بروبان وبيوتان(, ربما تتكثف من الغاز ر الهيدروكربونات متوسطة الوزن النو ي الغ ي ن نتيجة للتتيد, و ي ه أعىل سعرا وأعىل قيمة حرارية عن الميثان واإليثان, لذلك من الوجهة االقتصادية يجب المتبق بعد استخالصهما عىل شبكات التوزي ع لالستخدامات الصناعية والمتلية. استخالصهما وتوزي ع الغاز الفقت ي ر غاز غ ي ن )النسبة المئوية( غاز فقت )النسبة المئوية ) المركب ميثان إيثان بروبان بنتان فما فوق COثا ي ب أكسيد الكربون Nنيت ر وجي Hكتيتيد 2S الهيدروجي المجموع جدول 1-8 يظهر مكونات غاز فقت وغاز غ ي ن. 35

36 3-6-1: منظومة المركب الواحد النق من الغاز الطبي ي ع يبدي خصائص سلوك طوري ( ف الشكل 7-8. حسب ضغط ر,)phase behavior كما يظهر ي المركب ي ف صورة غازية أو سائلة أو صلبة ف حالة اتزان بي حاالت مختلفة. أو ربما ي المركب وحرارته يكون موجودا ي نق. الشكل 7-8. خصائص سلوك الحالة )سلوك الطور( حسب الضغط والحرارة لمركب ي ر ي ف الشكل السابق )7-8( الخطوط HD( و HCو )FH يمثلون خطوط االتزان األطوار أو الحاالت )غازية سائلة صلبة( متنة عند قيم كل من الضغط والحرارة بينهم. ولكن عند خطوط االتزان تتغت الحالة بإضافة أو تخفيض الطاقة. ر النقطة )H (, ي ه النقطة الثالثية, أي ي ه النقطة الوحيدة ال ي ر ن عند قيم معينة من كال من الضغط والحرارة تتواجد الثالث حاالت "أطوار". عىل طول الخط,)FH( ال توجد حالة سائلة, ولكن يحدث التسا ي م من الحالة الصلبة للحالة الغازية. استخدام "الثلج الجاف" للتتيد هو مثال عىل تلك الحالة "التسا ي م". الخط,)HD( هو خط حالة االتزان بي الحالة الصلبة والحالة السائلة. ثلج المياه عند درجة حرارة )[32 F] 0 C( والضغط الجوي سيقع عند هذا الخط. أيضا الخط HD( ( له انحناء بسيط يمينا أو يسارا اعتمادا عىل " هل السائل يتمدد "يزداد حجمه" بعد تحوله من الحالة الصلبة أو ينكمش. تغت الطاقة الذي يحدث حول هذا الخط يسم " حرارة االنصهار" فعند أي ضغط وحرارة عىل هذا الخط من الممكن أن تكون الحالة صلبة أو سائلة أو مخلوط بينهما. ويطلق عىل الخط خط االتزان بي الحالة الصلبة والسائلة أو خط التشبع للحالتي الصلبة والسائلة. الخط,)HC( هو خط التشبع أو خط االتزان بي البخار والسائل. يبدأ من النقطة الثالثية )H( وينت يه عند النقطة الحرجة )C(. الضغط والحرارة عند النقطة الحرجة يسميان الضغط الحرج )Pc( والحرارة الحرجة.)Tc( عند هذه النقطة )C( الغاز )النق ) بأنها النقطة ال ي ر ن فوقها ال يمكن أن والسائل يصبحا متطابقي ي ف خواصهما. ت عرف هذه النقطة للمركب الواحد ي ر يتواجد السائل ي ف حالة منفردة. فوق الضغط الحرج )Pc( والحرارة الحرجة,)Tc( يتم وصف المنظومة او الحالة أنها "مائع كثيف " fluid(,)dense يختلف عن البخار المعتاد وعن السائل المعتاد. 36

37 الخط HC( (, يطلق عليه أيضا منحن الضغط البخاري )ال ي ر ن متواجدة من مصادر عديدة لمعرفة هل المركب موجود ي ف صورة سائلة او غازية عند أي قيمة من قيم الضغط والحرارة(. يطلق عىل الخط HC( ) أيضا منحن تكون الفقاعات النق. "التبخر" curve( )bubble point و منحن تكون الندى " التكثف" curve( ) dew point للمركب ي ر هذه التسمية أسبابهاكما ي ي ىل, السائل عىل يسار المنحن عندما تزداد الحرارة مثال فتنتقل حالته إىل اليمي حيث تتكون الحالة الغازية, عند المنحن تبدأ ظهور الفقاعات الغازية " يبدأ البخر", كذلك األمر عندما تكون الحالة غازية )يمي المنحن (, ويبدأ التتيد تتحول إىل الحالة السائلة يسار المنحن, عند المنحن يبدأ ظهور الندى "التكثف" )قطرات السائل(. منحن الضغط البخاري كما ي ف الشكل 1-8, يفرق منطقة الحالة السائلة عن منطقة الحالة الغازية. ي ف الشكل 7-8, اعتت أننا بدأنا بالضغط من عند النقطة )P1(, وبدأنا التحرك عند ضغط من النقطة )m( إىل النقطة )n(, "الحالة صلبة بالكامل" ثم تصبح حالة المنظومة سائلة ي ف الجزء من )o( إىل )b(, عند )b( المنظومة ي ف حالة "سائل مشبع" فأي إضافة أخرى للطاقة ستؤدي إىل التبخت, وعند النقطة )d(, المنظومة عند "حالة البخار المشبع". عند درجة حرارة فوق )d( الحالة ي ه حالة البخار فوق المسخن vapor(.)superheated الخط HC( (, ي عرف بأسماء عديدة مثل خط )االتزان التشبع درجة الندى أو التكثف درجة التبخر الضغط البخاري(, فللمركب الواحد فكلها تع ي ن نفس األمر. عند قيم ضغط وحرارة موقعان عىل الخط,)HC( فالمنظومة ربما تحتوي سائل أو غاز أوكالهما. الشكل,)bfghd( يوضح حالة أخرى من الحاالت. و ي ه تسم الحالة الرابعة وال يمكن وصفها كسائل أو غاز حيث تتطابق فيها خواص الغاز والسائل ويطلق عليها " حالة المائع الكثيف" ( ي ف المعامل يظهر عندها السائل عىل هيئة بخار بدون فقاعات(. عند النقطة )f( )فوق النقطة الحرجة( المنظومة ي ف الحالة الرابعة والمائع يبدوكغاز ولكنه ال يحمل خواص الغاز الموجودة يمي الخط )HC( وتحت الضغط الحرج. إنه أكتكثافة من الغاز المعتاد ولكنه قابل لالنضغاط أكت من السائل المعتاد. الجدول 8-8, به بعض درجات الحرارة الحرجة والضغط الحرج لبعض المركبات النقية الموجودة ي ف منظومة الغاز الطبي ي ع. الشكل 1-8, يبي خطوط الضغط البخاري لعدد من المركبات, حيث أن الجزء الموجود عىل يمي أي خط يظهر الحالة الغازية, وعىل يسار أي خط يظهر الحالة السائلة. 37

38 الشكل 1-8. الضغط البخاري للمركبات الهيدروكربونية الخفيفة. 38

39 معالجة ر البتول والغاز :4-6-1 المنظومة الغازية متعددة المركبات "نق". األصح هو وجود مخلوط من يف الحقيقة فإنه ال توجد يف مراحل إنتاج ومعالجة الغاز منظومة لمركب واحد ي مركبات مختلفة مع سلوك أطوار يختلف عن سلوك المركب الواحد. فبدال من وجود خط أو منحن للحالة فإن للمخلوط ما يسم بمظروف الحالة (الطور) كما يف الشكل.2-8 شكل 2-8 مظروف "الطور" الحالة لمخلوط من الهيدروكربونات. يف الشكل 2-8 المنحن ( )BCD يفصل ين الطور الغازي والطور السائل بينما المنطقة داخل المظروف يطلق عليها منطقة الحالتي "الطورين" ( )two-phase region وتظهر قيم الضغط والحرارة حيث تتواجد كلتا الحالتي معا يف اتزان. الخط العلوي لمنطقة الحالتي ( )BC هو خط التبخر أو ظهور الفقاعات "." bubble-point هذا الخط يبي ظهور أول فقاعة من البخار عندما يتم تخفيض ضغط المنظومة عند ثبات درجة الحرارة أو عند زيادة درجة الحرارة عند ثبات الضغط. السفىل لمنطقة الحالتي ( )CD هو خط التكثف أو درجة الندى "ظهور الندى". فعندما ينخفض الضغط عند ثبات الخط الحرارة أو عندما تنخفض الحرارة عند ثبات الضغط فإن أول قطرة من السائل تظهر عند هذا الخط. ستتالف درجتا التكثف ( )dewpoint ودرجة البخر ( )bubble-point عند النقطة (.)C أقىص قيمة للضغط يف منطقة الحالتي تسم "كريكوندينبار" ( )cricondenbar بينما أقىص درجة حرارة يف منطقة الحالتي تسم "كريكوندينثتم" (.)cricondentherm يىل : الشكل,81-8 هو مظروف حالة آخر لمخلوط من الهيدروكربونات يتضح فيه ما ي كريكوندنبار : أقىص ضغط يمكن أن تتواجد فيه الحالتي (غاز وسائل) النقطة (.)N كريكوندينثتم : أقىص حرارة من الممكن أن تتواجد فيها الحالتي (غاز وسائل) النقطة (.)M 39 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

40 منطقة اإلنقالب Region( :)Retrograde ي ه المنطقة ال ي ر ن يحدث تكثف للسائل فيها بانخفاض الضغط أو زيادة الحرارة )خالفا للسلوك الطبي ي ع(. وتلتق كلها ي ف النقطة خطوط الجودة Lines( (: Quality هذه الخطوط تمثل النسب المئوية الثابتة للغازات والسوائل ي ر الحرجة )C (, و ي ه غالبا موازية لخط التبخر الذي يمثل %1 غاز "بخار" وخط التكثف الذي يمثل %811 غاز "بخار". شكل 81-8, مظروف الحالة لمخلوط من الهيدروكربونات. السلوك الذي يمثله الخط )ABDE( النخفاض الضغط عند ثبات الحرارة النقطة )A( تمثل حالة واحدة خارج مظروف الحالة " مائع كثيف". بانخفاض الضغط نصل للنقطة )B( عندما يبدأ ظهور حالتي )سائل وغاز( باستمرار االنخفاض للنقطة )M( تزداد نسبة السائل وذلك النحناء الخطوط. مع استمرار انخفاض الضغط فإن السائل يكون أقل فأقل, ح ر ن نصل إىل خط التكثف النقطة )E(, ال ي ر ن تحتها ال توجد حالة سائلة. : التنبؤ بمظروف الحاالت ( األطوار( من الممكن تحديد أماكن أو إحداثيات خطوط درج ر ن ي التبخر والتكثف بطريقة اتزان السوائل والغازات ( vapor-liquid 2000(. psia( ال ي ر ن من الممكن االعتماد عليها إىل ما يقرب من, )equilibrium (VLE) الحسابات عن طريق قيم االتزان )K-values( خطواته كما ي ي ىل: أي منظومة تحتوي عىل مخلوط من الغازات )F( لها أوزان جزيئية ) Z1+Z2+Z3,...الخ.( تدخل إىل وعاء عند ضغط وحرارة معيني سينقسم التيار المغذي إىل تيار غازات )V( بنسبة ع ر شية من المركبات السابقة.Y1+Y2+Y3(... الخ( وإىل تيار سوائل )L( بنسبة ع ر شية من المركبات السابقة.X1+X2+X3(...الخ(. وتكون معادلة االتزان كما ي ي ىل: Fzi = Vyi + Lxi Eq

41 حيث: = zi النسبة الع ر شية ألي مركب ي ف إجما ي ىل التيار المغذي لوعاء الفصل )الفاصل( = yi النسبة الع ر شية ألي مركب ي ف الحالة الغازية ( خارج من وعاء الفصل( = xi النسبة الع ر شية ألي مركب ي ف الحالة السائلة ( خارج من وعاء الفصل( yi/xi = ) ثابت االتزان ( معامل اتزان البخر = Ki = F إجما ي ىل جزيئات التغذية = V إجما ي ىل جزيئات الغاز = L إجما ي ىل جزيئات السائل ر Lxi Fzi = Vyi + من المعادلة,95-8 بافتض قيمة ل 1.0( = )F إذن : Lxi = Vyi + بما أن yi = Kixi zi = V Ki xi + L xi إذن أو zi شكل 88-8, الفصل الفجا ي ب لمخلوط من الهيدروكربونات. xi = zi / ( L + V Ki) Eq وألن مجموع األجزاء الع ر شية لنسبة السوائل يساوي, 8 إذن xi = zi / ( L + V Ki) = 1 Eq باستخدام المعادلة السابقة يمكننا حساب كمية السائل وكمية الغاز ألي مركب ي ف المخلوط ومجموع الكميات السائلة والكميات الغازية لمركبات المخلوط وذلك عن طريق خطوات الحسابات اآلتية: 8- عي قيمة ثابت االتزان )K( لكل مركب من المركبات عند درجة الحرارة والضغط للمنظومة )ضغط وحرارة وعاء الفصل( وذلك من الرسم البيا ي ب الخاص بكل مركب. أفتض قيمة السائل,)L( تذكر أن L( )V = 1-9- ر 3- حل المعادلة 97-8, وإذا 1.0 xi, ر افتض قيمة أخرى للسائل )L( 4- عندما = 1.00 xi, كميات الحالة السائلة ستكون معلومة لكل مركب, ويمكن حساب كميات الحالة الغازية لكل مركب من المعادلة Kixi( )yi =. 41

42 معالجة ر البتول والغاز الفجاب ( )flash calculation وتستخدم لحسابات االتزان وحسابات كمية السائل هذه الحسابات تسم حسابات الفصل والغاز عند قيم مختلفة من الحرارة والضغط. الفجاب مثل تعيي هناك حاالت خاصة من حاالت حسابات الفصل وه أول درجة تكون فيها الغازات = صفر بينما السائل = %811-8 درجة التبخر أو الفقاعة ( )bubble point ي (.)V = 0, L = 1 وه أول درجة تكون فيها الغازات =,%811 بينما السائل = صفر -9 درجة الندى أو التكثف ( )dewpoint ي (.)V= 1,L = 0 ظروف درجة التبخر (الفقاعة) ( )Bubblepoint condition Eq Ki xi = 1.0 ظروف درجة الندى أو التكثف ( )Dewpoint condition Eq yi/ki = 1.0 غالبا تتم بتامج ر الكتونية الفجاب وحساب درجة الفقاعة ودرجة الندى وغتها ملحوظة : الحسابات الخاصة بالفصل ي ولكن معرفة نظرية وأسس الحسابات مهم جدا لفهم عملية فصل السوائل عن الغازات. مثال :16-1 أحسب درجة حرارة الفقاعة "التبخر" ( ) bubblepoint ودرجة حرارة الندى "التكثف" ( ) dewpoint التاىل, وذلك عند ضغط (.)250 psia ثم احسب كمية البخار وكمية السائل والمكونات للحالتي الهيدروكربوب للمخلوط 0 إن دخل هذا المخلوط لوعاء فصل عند ضغط وحرارة ( 250 psia و.) 150 F النسبة ر العشية للموالت المركب 1.8 C2 1.5 C ic nc4 8 Total جدول.2-8 المركبات الهيدروكربونية لمثال 81-8 الحل : حساب درجة حرارة الفقاعة "التبخر" ( )Bubblepoint لك يتم حساب درجة الفقاعة عند ضغط معي (, كل المركبات يتم افتاضها يف الحالة السائلة (. )xi = 1 من المعادلة, 91-8 يتم الوصول لدرجة الفقاعة عند ( ) Ki xi 1 خطوات الحل : نفتض درجة حرارة ولتكن 811 فهرنهيت كمثال. -8 البياب (, )K chart نستخرج قيمة ( )Ki عند درجة الحرارة المفتضة والضغط. وذلك لكل مركب من -9 من الرسم البياب الخاص به. الرسم 42 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

43 , ونرصب قيمة )Ki( ي ر ىس جدول كالجدول 81-8 ف نسبته الع ر شية. نن نجمع حواصل الرصب لنحصل عىل قيمة )x ( Ki, و ي ف حالة قيمة )x ( Ki أقل من 8,فإننا ر سنفتض حرارة أعىل, و ي ف حالة أن القيمة أكت من, 8 ر فسنفتض حرارة أقل ح ر ن نصل لدرجة حرارة يكون عندها ( 1 ) Ki xi F بفرضية F بفرضية F بفرضية xi المركب -3-4 Ki = Ki xi = Ki = Ki xi = Ki = Ki xi = C C ic nc المجموع الجدول حساب درجة الفقاعة لمخلوط من الهيدروكربون لمثال افتضنا درجة الحرارة )F 100( 0 ولكن وجد أن )1.00 < ( ر Ki xi ر افتاض حرارة أعىل )F 150( 0 ولكن وجد أن )1.00 > ( Ki xi تم درجة الفقاعة يجب أن تكون بي الدرجتي بعد عدة ر افتاضات وجد أنه عند )F 132( 0 فإن )1 ) Ki xi 132( 0 )F إذن درجة الفقاعة ي ه ملحوظة: قيم )Ki( ي ف الجدول السابق تم جمعها من كتاب جون كامبل " تصميم وصيانة محطات الغاز", وذلك لصعوبة استخراج قيم )Ki( من الرسم البيا ي ب. قيم )Ki( من الممكن استخراجها لكل مركب عىل حده من الرسم البيا ي ب الخاص به من 89-8 إىل 81-8, أو من دي الشكل الخاص لدي ر بريست شكل حساب درجة حرارة الندى "التكثف" )Dewpoint( ل ي ك يتم حساب درجة الندى عند ضغط محدد "كل المركبات ستكون ي ف الحالة الغازية أي أن )1 = )yi ". من المعادلة 92-8, يتم الوصول لدرجة الندى عندما يكون )1 /Ki ( yi خطوات الحل: نفتض درجة حرارة ولتكن 851 فهرنهيت كمثال. 8- ر المفتضة والضغط وذلك لكل مركب من 9- من الرسم البيا ي ب chart( K(, نستخرج قيمة )Ki( عند درجة الحرارة ر الرسم البيا ي ب الخاص به. 3- نن ر ىس جدول كالجدول 88-8, ونقسم القيمة الع ر شية للمركب عىل قيمة.)Ki( 4- نجمع حواصل الرصب لنحصل عىل قيمة ( /Ki ( Yi, و ي ف حالة قيمة ( /Ki ( Yi أقل من 8,فإننا ر سنفتض ر ض حرارة أعىل ح ر ن نصل لدرجة حرارة يكون عندها ( Yi حرارة أقل, و ي ف حالة أن القيمة أكت من, 8 فسنفت ) /Ki 1 43

44 المركب yi F بفرضية F بفرضية F بفرضية Ki = yi /Ki = Ki = yi /Ki = Ki = yi /Ki = C C ic nc المجموع جدول 88-8, لحساب درجة الندى. مثال ) yi /Ki ) yi /Ki افتضنا درجة الحرارة )F 150( 0 ولكن وجد أنها أقل من درجة الندى ألن )1.00 > ر تم افت ر اض حرارة أعىل )F 200( 0 ولكن وجد أنها أعىل من درجة الندى ألن )1.00 < لذلك درجة الندى يجب أن تكون بي الدرجتي السابقتي بعد عدة ر افتاضات للحرارة وجد أنه عند )F 170( 0 ي ه F( )170 0 فإن ) yi /Ki 1( إذن درجة الندى حسابات الفصل الفجا ي ب calculations( )Flash خطوات الحل: ر اضها ( تذكر أن, لو القيمة ال xi وحساب, )Xi( وسيتم حساب,)V = 1 - L قيم مختلفة من )L ) سيتم افت تساوي, 8 ر سنفتض قيمة آخرى ل )L( ونكرر العملية ح ر ن نصل إىل )1.00 = xi ( قيم )Ki( يتم استخراجها من الرسم البيا ي ب عند )F 250(, psia, ونستخدم المعادلة المركب Zi Ki بفرضية L=0.5 Xi = بفرضية L = 0.75 Xi = بفرضية L= Xi = Yi = Ki Xi C C ic nc المجموع جدول 89-8 لحسابات مثال

45 تم ر افتاض قيمة )0.5=L(, ولكن وجد أنها أقل من القيمة الصحيحة. تم ر افتاض قيمة )0.75 = L(, ووجد أنها أعىل من القيمة الصحيحة. القيمة الصحيحة وجد انها )0.649 =L(, حسب جدول القيم األخرى لثابت االتزان )K( يمكن استخراجه ا من الفصل 95 من Book(,)GPSA Engineering Data أو من Appendix 5A Volume 1 Gas conditioning and Processing The Basic Principles, Campbell (.) Petroleum Series كما يمكن أن استخراج القيمة من الشكل 87-8 "دي ر بريست " الذي يستخدم لكل المركبات الهيدروكربونية. K Value charts: 45

46 الشكل ثابت االتزان )K( للميثان. 46

47 الشكل ثابت االتزان )K( لإليثان 47

48 الشكل ثابت االتزان )K( للتوبان. 48

49 Figure 1-13 Equilibrium ratio (K) for Propane. الشكل ثابت االتزان )K( لأليزو بيوتان. 49

50 الشكل ثابت االتزان )K( للبيوتان الطبي ي ع. 50

51 الشكل 87-8, نموذج دي ر بريست لقيم )K( الخاصة بالمركبات الهيدروكربونية. 51

52 7-8: أنواع التدفق للموائع عند انتقال الموائع داخل األنابيب )سوائل أو غازات( فإن هناك نوعان مختلفان من نمط الحركة ممكن حدوثهما األول هو الرقائق أو التدفق الهادئ ( ب هو الجريان أو التدفق المضطرب أو الهائج ر )laminar flow والثا ي الجريان أو التدفق ي flow(.)turbulent التدفق الهادئ يحدث عندما تكون رسعة المائع منخفضة بينما التدفق المضطرب يحدث عندما تزداد الشعة وتتخط منطقة تسم منطقة التدفق الحرج flow( )critical "تقع بي التدفق الهادئ والتدفق المضطرب(. ي ف حالة التدفق الهادئ فإن جزيئات المائع تتحرك خالل طول األنبوب بطريقة منتظمة من الوسط بدون أي حركة جانبية بعرض األنبوب )بدون حركة عمودية عىل األنبوب(. بينما ي ف التدفق المضطرب فإن جزيئات المائع تتحرك حركة عشوائية غت منتظمة من جانب األنبوب إىل الجانب اآلخر باإلضافة للحركة بطول األنبوب. نو ي ع التدفق يتم تمثيلهم بعدد من المعادالت ولكن ي ف أغلب األحوال يكون التدفق من النوع المضطرب : رقم رينولد شكل 81-8.الشيان "التدفق" الهادئ والشيان "التدفق" المضطرب رقم رينولد هو عامل مفيد لتحديد نوعية التدفق ويتم حسابه بالمعادلة التالية: Re = VDρ/ µ Eq حيث = Re رقم رينولد number( ) Reynolds بدون وحدات. ft قطر الخط الداخ ي ىل, بالقدم = D كثافة الغاز, رطل/قدم مكعب lb/ft3 = ρ gas viscosity, lb/ft-s لزوجة الغاز, رطل/قدم-ث = μ (1 cp = lb/ft-s) يعتت التدفق, تدفق هادئ إن كان رقم رينولد أقل من أو يساوي ) => )Re بينما يعتت التدفق, تدفق مضطرب, إن كان رقم رينولد أكت من ) > )Re وعندما يكون رقم رينولد بي 9111 و 4111 يطلق عىل التدفق: تدفق حرج )4000 => Re => 2000( هناك صور أخرى لمعادلة حساب رقم رينولد مثل: Re = 1.53 x 10-5 (GQ/µd) Eq حيث = G كثافة الغاز )الهواء 8= ) (scfd) ) معدل تدفق الغاز )قدم مكعب قيا ي س ي ف اليوم = Q in. قطر األنبوب الداخ ي ىل, بوصة = d gas viscosity, lb/ft-s لزوجة الغاز, رطل/قدم-ث = μ (1 cp = lb/ft-s) 52

53 53

54 ر ي الفصل الثا ي ب الفصل ثنا ي ب الطور Two-phase Separation 8-9: مقدمة منظومة اإلنتاج للخام ر البتو ي ىل والغازات تبدأ من رأس البت. الخليط المنتج من البت يتكون من سوائل )خام( ر بتو ي ىل ومياه مصاحبة وغازات باإلضافة إىل بعض الشوائب الصلبة وقليل من الرمال أو نواتج الحفر كل تلك المواد المختلطة مع بعضها البعض تتوجه من خالل خطوط أنابيب إىل المجمع "المشعب" )manifold( ومن المجمع أو المجمعات إىل محطة المعالجة ال ي ر ن أحيانا يطلق عليها محطة فصل الغاز عن الخام ر البتو ي ىل GOSP (.)gas oil separation plant الهدف من محطة المعالجة هو أن تفصل المكونات الداخلة فيكون الخارج منها: خام ر بتو ي ىل خال من المياه يوافق متطلبات العميل )سواء خط أنابيب أو ناقلة نفط...إلخ(. غاز خال من السوائل يوافق متطلبات العميل )سواء خط أنابيب أو ر رسكة أو مصنع...إلخ( مياه مطابقة للقواني والمواصفات البيئية والحدود المسموحة بها لرصفها ي ف الخزان الجو ي ف أو البحار. أول خطوة من خطوات معالجة المخلوط الوارد ي ه فصل الحاالت "األطوار" )الخام ر البتو ي ىل الغاز المياه( لتكون كل حالة المتبق بعد عملية فصل الحاالت غالبا ما يحتوي عىل % 85 : 81 مياه غالبيتها تكون بمفردها قدر المستطاع. ولكن الخام ي ر ي ف صورة مستحلب مع الخام. لذلك بعد فصل كل حالة "طور" عىل حده تتم معالجة أخرى متقدمة له بما يتناسب متطلبات تنقيته. 9-9: اتزان الحاالت "األطوار" )سائل / بخار( االتزان بي الحالة السائلة والغازية هو ظرف أو وضع نظري يصف نظام تشغيل وصل إىل حالة من الثبات يحدث فيها أن البخار الذي يتكثف إىل سائل يتكثف بمعدل مساو لكمية السائل ال ي ر ن تتحول إىل بخار. بتعبت آخر فإن اتزان الحاالت يحدث عندما يصل السائل والبخار لظروف معينة تمكن فصلهما عن بعضهما البعض. ي ف غالب أنظمة اإلنتاج االتزان الحقيق ال يمكن حدوثه ولكن شبه اتزان يمكن أن يحدث ر وافتاض حدوث االتزان هو لتبسيط حسابات عملية المعالجة. الشكل 8-9 يوضح عدد من ظروف إنتاج الخام حيث نجد النقطة )A ) تمثل الحرارة والضغط ي ف الخزان ر البتو ي ىل )الكل سائل(. النقطة )B ) تبي الحرارة والضغط أثناء تدفق الخام ي ف األنبوب الناقل من الخزان إىل رأس البت )نظرا النخفاض 54

55 الضغط فهناك كمية من الغازات تكونت(. النقطة )C( تمثل ظروف التدفق عند رأس البت )استمر الضغط ي ف االنخفاض ولكن الحرارة انخفضت أيضا زادت نسبة الغازات ي ف المخلوط السائل الغازي(. النقطة )D( تمثل الظروف عند وحدات المعالجة السطحية )الظروف عند أول فاصل ويالحظ أن الضغط انخفض والحرارة انخفضت(. 3-9: أنواع الفصل الفصل للخام البت ر و ي ىل والغازات ينقسم إىل نوعي: فصل ثنا ي ب للحاالت "ثنا ي ب الطور" فصل ثال ي ب للحاالت "ثال ي ب األطوار" الحاالت أو األطوار المقصود بها هو: ) 8 -الغاز 9 -خام ر البتول " الزيت" 3 -المياه( ر ول والمياه ف ي ف حالة الفصل ثنا ي ب الطور فإن الغاز يتم فصله عن السائل بكامل مكوناته )الذي يحتوي عىل خام البت (. أما ي حالة الفصل ثال ي ب األطوار فإنه يتم فصل الغاز عن خام ر البتول عن المياه بذلك نحصل عىل ثالث حاالت )غاز-خام بتو ي ىل ع الفصل. ر -مياه(. الشكل 9-9.يبي الفرق بي نو ي 4-9: قواعد الفصل الطبيعية )الفت يائية( ثالث قواعد تستخدم لعمليات الفصل الفتيا ي ب للغازات والسوائل أو المواد الصلبة وهم قوة الدفع )momentum( والتسيب بالثقل "األثقل يسقط لألسفل" settling( )gravity واالندماج coalescing( (. أي فاصل من الفواصل ال ر ني ر ت ستخدم من الممكن أن يعتمد ويطبق واحدة أو أكت من القواعد الثالثة السابق ذكرها ولكن ل ي ك يتم الفصل الفتيا ي ب بي حالتي أو مادتي يجب أال تكون أحداهما ذائبة ي ف األخرى "immiscible"( )must be ويجب أن تكون كثافتهما مختلفة. الشكل 8-9. أطوار االتزان خالل عملية االنتاج. 55

56 الشكل 9-9. الفرق بي الفصل الثنا ي ب والفصل الثال ي ب للحاالت "لألطوار" 5-9: الفصل باختالف الكثافة Separation( )Gravity نظرا ألن فصل الموائع يعتمد عىل الكثافة لذا فإن سهولة فصل مائعي تعتمد عىل فرق الكثافة بينهما )الوزن لوحدة الحجم( ومن المعروف أن كثافة السوائل أكت بكثت من كثافة الغازات لذلك نجد أن فصل الغاز عن السائل أسهل وأرسع من فصل سائل عن سائل آخر ال يذوب فيه )كما سيتم بيانه بالتفصيل الحقا (. مراحل عملية الفصل كما ي ي ىل: فصل قطتات "رذاذ" السائل الموجودة مع الغاز )ألن الغاز سيكون ي ف أعىل وعاء الفصل(. فصل فقاعات الغاز الموجودة مع الحالة السائلة )السائل سيشغل حوا ي ىل النصف السف ي ىل من وعاء الفصل( ي ف حالة الفصل ثال ي ب األطوار فإنه باإلضافة إىل ما سبق فإنه يجب فصل المياه الموجودة مع الخام ر البتو ي ىل ر البتو ي ىل الموجود مع الم ىل سيكون ياه )الختالف الكثافة سيتكون السائل من طبقتي الخام ر البتو ي وفصل الخام هو الطبقة العليا وتكون المياه ي ه الطبقة السفىل(. هو فصل المكونات ال ي ر ن دخلت للفاصل من غاز وخام ر بتو ي ر رسنا سابقا فإن الهدف من الفصل ثنا ي ب الطور ىل ومياه وكما أ )تغذية الفاصل( إىل سوائل ليس بها غازات وإىل غازات ليس بها سوائل. ي ف الظروف المثالية فإن الغازات والسوائل سيصالن إىل حالة اتزان تحت ظروف الضغط والحرارة داخل وعاء الفصل بمعن أنهما سيصالن بعد الفصل إىل كمية ثابته من كل حالة )غاز وسائل( وهذا هو المقصود باالتزان. ل ي ك تنفصل قطرة السائل الموجودة بالغاز "رذاذ السائل" يجب أن تتوافر الظروف التالية: 8- يمكث الغاز داخل وعاء الفصل وقتا كافيا مما يسمح للقطرة بالسقوط فلوكان الوعاء صغتا بذلك لن داخله الوقت الكاف لسقوط الرذاذ منه مما سيؤدي إىل خروج الغاز محمال بالرذاذ السائل. يمكث الغاز 56

57 )المقصود هنا رسعة الغاز( ألنه إن كان تدفق تدفق الغاز "رسيان الغاز" ي ف وعاء الفصل يجب أال يكون رسيعا جدا الغاز رسيعا جدا سيحدث تقليب مستمر بي الغاز والرذاذ مما ال يسمح للرذاذ بالسقوط ألسفل كذلك نتيجة للشعة الزائدة سيسحب الرذاذ السائل المعلق داخله فال يسقط. -9 القوى ال ر ن ي تؤثر عىل قطرة السائل داخل وعاء الفصل ي ه: قوة الجاذبية نتيجة للفرق ي ف الكثافة بي السائل والغاز وتكون لألسفل. كما ي ف شكل 3-9. قوة السحب و ي ه القوة الناشئة من وجود القطرة داخل الغاز الذي يتحرك بشعة وتكون ي ف اتجاه تدفق الغاز الشكل 3-9. رسم توضي ي ح يوضح التوازن بي القوتي المؤثرتي عىل قطرة السائل ي ف تدفق غازي. الشكالن 4-9 و 5-9 يوضحان سلوك كل من قطرة سائل عالقة وسط الغاز وفقاعة غاز عالقة وسط السائل ي ف كل من أفق وفاصل رأ ي س )جهاز أو وعاء فصل.)Separator فاصل ي ر من الشكلي يتضح أنه ي ف الفاصل الرأ ي س سقوط القطرة نتيجة لقوة الثقل ال ر ني له ا تأثت اتجاهه عكس اتجاه قوة السحب. األفق القوتان عموديتان عىل بعضمها البعض. نفس األمر بالنسبة لفقاعة الغاز العالقة ي ف السائل. بينما ي ف الفاصل ي ر 57

58 أفق. الشكل 4-9. قطرة ماء عالقة ي ف الغاز وفقاعة غاز عالقة ي ف السائل ي ف فاصل ي ر الشكل 5-9. قطرة ماء عالقة ي ف الغاز وفقاعة غاز عالقة ي ف السائل ي ف فاصل رأ ي س. 1-9: العوامل ال ر ن ي تؤثر عىل عملية الفصل اآلب من اآلبار من غازات وسوائل " التغذية اآلتية للفاصل" ستؤثر بشدة عىل تصميم الفاصل مكونات وخواص المنتج ي ر لذلك فإن العوامل التالية يجب أن تكون معروفة قبل تصميم الفاصل. معدل تدفق الغاز والسائل. )الحد األدب المتوسط الذروة ولو لدقائق(. 58

59 الضغط والحرارة ال ر ن ي سيتم التصميم عليهما والضغط والحرارة ال ر ن ي سيتم العمل بهما. موجات تدفق المكونات المغذية للفاصل, ودفعات المياه المتوقعة بي الحي واآلخر )معدل إنتاج اآلبار ربما يكون ثابتا بالمعدل اليو ي م, ولكن نتيجة الختالط الغاز والسوائل ي ف خطوط األنابيب الموصلة إىل محطة المعالجة, ونتيجة الختالف رسعة الغاز عن السوائل ي ف خطوط األنابيب, والختالف درجات الحرارة بي الليل والنهار, وربما أيضا نتيجة تجمع المياه ي ف األجزاء المنخفضة من الخطوط ثم عندما تبدأ بإعاقة المسار ي ف الخط تندفع ككتلة كبتة, لألسباب السابقة تصل لمحطة المعالجة أو للفاصل دفعات غت منتظمة من الغاز والسوائل فيكون معدل تأب كميات من المياه بكتة كدفعات بعد تجمعها, ثم تخت ي ق وتأخذ وقتا التدفق لدقائق أعىل من الطبي ي ع ي وأحيانا ر آخر تتجمع فيه وتعيد الكرة(. الخواص الطبيعية للمكونات مثل الكثافة ومعامل االنضغاط الدرجة المطلوب تحقيها حسب التصميم )مثال إزالة %811 من الرذاذ األكت من 81 ميكرون من الغاز( وجود الشوائب أو المواد المسببة لمشاكل أو صعوبات ي ف التشغيل )برافينات مواد أسفلتيه رمل نواتج تآكل ترسيبات..., إلخ( قابلية السوائل أو الغازات عىل تآكل المعادن قابلية الخام لعمل رغوة فوق سطحه أثناء وجوده داخل الفاصل من المهم اإلشارة إىل أن درجة الفصل للغاز عن السائل تعتمد عىل وقت مكوث السائل داخل الوعاء وال ي ر ن تعتمد عىل مقدار السائل الذي يمكن للفاصل االحتفاظ به والشعة ال ي ر ن تدخل بها السوائل ي ف الوعاء. كذلك درجة فصل السائل عن الغاز تعتمد عىل وقت مكوث الغاز داخل الوعاء وال ي ر ن تعتمد عىل مقدار الغاز )الحجم المتاح لحركة الغاز( والشعة ال ي ر ن يتحرك بها الغاز داخل الوعاء. 7-9: تصنيف وتسمية الفواصل بما أن الفاصل هو أي جهاز أو وعاء يتم فيه فصل حالة أو مائع عن حالة أو مائع آخر ب ر شط عدم ذوبانهما ي ف بعضهما البعض لذلك هناك العديد من األوعية أو األجهزة تقوم بهذه العملية أسماءهم وأشكالهم ستختلف كما ي ي ىل: فاصل للفصل الثنا ي ئ "فاصل ثنا ي ئ للحاالت" "ثنا ي ئ الطور" separator( :)Two- phase هو وعاء يستخدم لفصل نق أو الم ف ر ك )scrubbers( ر الغاز عن السائل المختلط معه ليكون كل منهما خال من اآلخر. أسماء أخرى تستخدم مثل ي الم الم سقط knockouts( ( م قطر الخط drips( line ق أو المجفف.)decanters( ( والم ص ي صهري ج الفصل الرسي ع أو الفجا ي ئ Tank( :)Flash يستخدم لفصل الغاز المتصاعد بعدما ينخفض الضغط بشدة بداخله عن ضغط الخطوط المغذية فتنفصل الغازات عن السوائل بشعة داخله. مقطر الخط drips( :)line يستخدم ي ف خطوط األنابيب عندما تكون نسبة السائل ي ف الغاز المنقول قليلة للغاية لتيل القطرات المتكثفة ال ي ر ن تتجمع ي ف األجزاء المنخفضة من الخط لتتم تفريغها من ر فتة إىل أخرى. فاصل سائل عن سائل آخر Separators( :)Liquid-Liquid السائالن اللذان ال يذوبان ي ف بعضهما يمكن فصلهما بنفس نظرية فصل الغاز عن السوائل. فصل سائل عن سائل آخر يحتاج وقتا أطول من فصل غاز عن سائل وذلك ألن الفرق ي ف الكثافة بي سائل وسائل آخر يكون أقل بكثت من الفرق ي ف الكثافة بي أي سائل وغاز. المف ر ك أو المسقط Knockout( :)Scrubber or وعاء مصمم ل ي ك يتعامل مع تغذية بها نسبة الغاز إىل السائل كبتة. السائل غالبا يكون عالقا كرذاذ ي ف الغاز أو يكون يتحرك بطريقة منفصلة عىل جدران األنابيب الناقلة ح ر ن يصل إىل الوعاء. غالبا يحتوي الوعاء عىل جزء صغت لتجميع السوائل ويطلق عىل الوعاء أي من االسمي السابقي. 59

60 تأب من وقت آلخر متل ي ق الدفعات Catcher( :)Slug هو فاصل تصميمه يتيح له امتصاص تدفقات السوائل الفجائية ال ي ر ن ي ر يتجمع السائل ي ر ن تنقل غاز وسائل أحيانا ف األجزاء المنخفضة من الخطوط عىل هيئة دفعات. ( ي ف خطوط األنابيب ال ي ح يبدأ ي ر ن ف عمل سدد مؤقت يؤدي إىل زياد الضغط خلفه وعندما يزداد الضغط يدفعه الغازكدفعة واحدة إىل الفاصل فلو لم يكن الفاصل مصمما الستالم هذه الدفعات سيمتىل الفاصل كله بالسائل عند وصول هذه الدفعة من السائل مما سيتسبب بمشكلة ي ف المعالجة(. غالبا يتواجد ي ف مناطق التجميع لخطوط الغاز من آبار اإلنتاج خاصة اآلتية من البحر. متلق الدفعات ربما يكون وعاء ضخم أو مجموعة من الخطوط ذات القطر الكبت )كما سيعرض الحقا (. ي ر فاصل للفصل الثال ي ئ "ثال ي ئ للحاالت" "ثال ي ئ الطور" Separator( :)Three Phase هو وعاء لفصل الغاز وفصل سائلي لهماكثافتان مختلفتان وال يذوبان ي ف بعضهما مثل الخام ر البتو ي ىل والماء. الفاصل التشي ي ح Separators( :)Filter يتكون الفاصل ر التشي ي ح غالبا من مرحلتي. المرحلة األوىل حيث يحدث التالمس بي ذرات )قطرات( السائل الموجودة ي ف الغاز فتداد حجمها عندما يزداد حجمها يجتها الغاز المتحرك أن تخرج لخارج مادة المرشح إىل المسار ي األنبوب ي ف المنتصف. القطرات بعدها تنتقل للمرحلة الثانية حيث تقابل م ستخرج رذاذ )عىل شكل أسالك رفيعة متشابكة أو عىل شكل ممرات كما سيتم التوضيح الحقا ( حيث يتم استخالص قطرات السائل وتجميعها. شكل 1-9: خريطة اختيار الفاصل حسب نسبة الغاز للسائل والسعة. 1-9: وظائف أقسام " قطاعات" الفاصل ثنا ي ب الطور )غاز/سائل( برصف النظر عن حجم أو شكل الفاصل فإن كل فاصل ثنا ي ب الطور )يفصل كال من الغاز والسائل عن بعضهما( يحتوي عىل أفق وفاصل ثنا ي ب رأ ي س. أربعة أجزاء. الشكالن 9- و يوضحان األربعة أقسام الرئيسية ي ف كل من فاصل ثنا ي ب ي ر 60

61 1-8-2: قسم تغيت اتجاه التغذية الداخلة Section( )Inlet Diverter الخطوط المغذية للفاصل بها حركة رسيعة ومضطربة ودائمة التقليب للمخلوط الذي يتكون من الغازات والسوائل ونتيجة تأب وظيفة مغت االتجاه. أو محول التغذية للشعة فإن كمية الحركة أو القوة الدافعة تكون كبتة عند الدخول للفاصل هنا ي ر حيث يجت التغذية من غاز وسائل إىل تغيت اتجاههما بشعة ويمتص جزء كبت من طاقة الدفع نتيجة االصطدام. النتيجة ي ه فصل أو ي ىل ضخم للغاز عن السائل. لذلك فإن هذا القسم يستخدم ل ي ك يخفض مقدار القوة الدافعة للتغذية اآلتية وبعد االصطدام أو تغيت االتجاه الفجا ي ب يحدث فصل ضخم أو ي ىل للغاز عن السائل كذلك يساعد هذا الجزء عىل توزي ع الغاز بعده داخل الوعاء. أحيانا يطلق عليه جزء الفصل األول. هناك أنواع عديدة من مغت اتجاه التغذية أو م حول االتجاه سنتعرض لها بالتفصيل الحقا. :2-8-2 قسم تجميع السائل Section( )Liquid Collection قسم تجميع أو جمع السائل الموجود ي ف قاع الوعاء يعمل كمستقب ل لجميع السوائل ال ي ر ن تمت إزالتها ي ف كل أقسام أو قطاعات الفاصل من الغاز الداخل. ويوفر قسم جمع السائل الوقت الالزم لخروج وتصاعد أي فقاعات غاز عالقة ي ف السائل إىل األعىل لتصل إىل منطقة الغاز. باإلضافة إىل ذلك فإنه يجب أن يوفر هذا القسم سعة إضافية للتعامل مع التدفقات الفجائية من خطوط االنتاج. ي ف تطبيقات الفصل ثالثية الطور يوفر قسم تجميع السائل وقتا أطول لمكوث السائل وذلك للسماح بفصل قطتات الماء عن الخام وفصل قطرات الخام العالقة ي ف المياه وبسبب االختالف األصغر ي ف الكثافة بي النفط الخام والماء مقارنة باختالف الكثافة بي الغاز والسائل ي ف نظام الفصل ثنا ي ب الطور فإن فصل السائل عن السائل سيتطلب زمنا أطول مما يتطلبه فصل الغاز عن السائل وبالتا ي ىل يكون قسم تجميع السائل أكت. أيضا ي ف الفواصل ثالثية الطور )الفصل الثال ي ب للحاالت( أحيانا يتم استخدام حزم ائتالفه packs( )coalescing لتعزيز تالمس واندماج القطرات وذلك لتيست فصل الخام عن المياه عىل الرغم من أنها ال ينب ي ع أن تستخدم إن كانت ستتعرض لالنسداد كما ي ف حالة وجود الشمع الرمل إلخ. : قسم ر التسيب بالجاذبية ( )Gravity Settling Section عندما يدخل الغاز إىل قسم ر التسيب بالجاذبية فإن رسعته تنخفض وتنفصل عنه قطرات السائل الصغتة العالقة به وال ر ني لم تنفصل عند االصطدام أو عند تغت الحركة ي ف أول الفاصل. تسقط القطرات إىل قسم تجميع السائل ي ف الجزء السف ي ىل من ر انتاع الرذاذ. الوعاء بينما يكون الغاز جاهزا للمرحلة األختة من التنقية و ي ه مرحلة يتم تصميم حجم قسم ر التسيب بالجاذبية بحيث تسقط القطتات السائلة ال ي ر ن يزيد حجمها عن 811 إىل 841 ميكرون ف المرحلة األختة ي ف مستخلص الرذاذ )نازع الندى(. ويعتت وجود تبق القطتات السائلة األصغر مع الغاز لتنق ي ر ر بينما القطرات السائلة ال ي ر ن يزيد حجمها عن 811 إىل 841 ميكرون غت مرغوب فيها ألنها تسبب حمل زائد عىل مستخلص الرذاذ يؤدي إىل إضعاف كفاءته. ي ف بعض التصاميم األفقية يتم استخدام ريش االستقامة vanes( )straightening لتقليل اضطراب حركة الغاز كما تعمل تلك الريش أيضا كوسط تالمس واندماج لقطتات السائل لتداد حجمها ويشع بذلك سقوطها. استخدام مثل تلك الوسائل األفق الالزم لفصل قطرات السائل عن الغاز. داخل األوعية سيقلل من الطول ي ر :4-8-2 قسم استخالص الرذاذ Section( )Mist Extractor يحتوي الغاز الذي ر يتك قسم ر التسيب بالجاذبية عىل قطرات سائلة صغتة أقل من 811 إىل 841 ميكرون. قبل أن يغادر الغاز الفاصل فإنه يمر عىل قسم لالندماج أو مستخرج الرذاذ. يستخدم هذا القسم عنارص تالمس صغتة توفركمية كبتة من 61

62 المساحة السطحية لتالمس واندماج وتجميع القطتات الصغتة من السائل. فعندما يتدفق الغاز عت عنارص قسم استخالص الغاز الصغتة فإنه يجب عليه إجراء العديد من التغيتات ي ف االتجاه وال تستطيع السوائل بسبب كتلتها األكت أن تتبع تلك التغتات الشيعة ي ف اتجاه التدفق لذلك ف يه تصطدم وتتجمع عىل سطح عنارص االندماج حيث تسقط بعدها إىل قسم جمع السائل. عادة ما يكون معدل هروب السائل من األنواع المختلفة ألجهزة استخالص الرذاذ ي ف حدود جالون/ مليون قدم مكعب قيا ي س. )MMscf( الشكل -9 7 ي. ر. قطرة سائل وسط الغاز وفقاعة غاز وسط السائل ي ف فاصل ثنا ي ب األطوار أفق الشكل 9-1. قطرة سائل وسط الغاز وفقاعة غاز وسط السائل ي ف فاصل ثنا ي ب األطوار رأ ي س. 62

63 معالجة ر البتول والغاز :2-9 عوامل اختيارات وتصميم الفاصل ه نوعية الفصل المطلوبة من قبل المعدات والعمليات النهائية ما ي ما مدى جودة معالجة المواد الدخيلة (مثل الرمل والطي ومنتجات التآكل) كم مساحة األرض ستكون مطلوبة هل سيكون الفاصل طويال للغاية يف حالة النقل الثناب للحاالت الثالب أو كاف يقع بي األطوار المختلفة يف حالة الفصل هل هناك سطح تالمس هل يمكن دمج ملفات التسخي أو رشاشات لتقليب الرمال ( )Sand jets إذا لزم األمر ما المساحة المتاحة لتفري غ السوائل المنفصلة يجب التعامل مع الطفرات يف تدفق السائل دون تغيتات كبتة يف المستوى هل حجم احتجاز السائل الكبت رصوري ه متطلبات االحتفاظ بالحرارة (مثل حماية التجميد) ما ي :81-9 أنواع الفواصل تصنف الفواصل عادة حسب الشكل فهناك فواصل رأسية وفواصل أفقية. ويمكن تصنيفها كذلك حسب عدد أطوار "ثالب األطوار" (فصل الغاز والخام والمياه ليكون كل "ثناب األطوار" (فصل كال من الغاز والسائل عن بعضهما) أو الفصل منهم بمفرده). كما يمكن للفواصل األفقية أن تكون مفردة أو مزدوجة التميل ويمكن أن تكون مجهزة بغرفة أو أسطوانة تجميع (.)sumps or boots كل تكوين له مزايا وقيود محددة تؤثر يف االختيار الذي يعتمد عىل الحصول عىل النتائج المرجوة بأقل تكلفة "دورة حياة )lowest life-cycle cost( ". : الفواصل الرأسية عادة ما يتم اختيار الفواصل الرأسية الموضحة يف الشكل 2-9 عندما تكون نسبة الغاز إىل السائل مرتفعة أو تكون كمية أس تدخل السوائل األوعية إىل أداة تغيت االتجاه أو أداة االصطدام يف أول الفاصل الغاز الكلية منخفضة. يف الفاصل الر ي األساس هو تحقيق الفصل الفعال للسائل من الغاز وتحسي توزي ع التدفق لكلتا المرحلتي "غازية وسائلة" عت هدفها السفىل من الوعاء بينما يتحرك الغاز ألعىل يف قسم الفاصل. يف القسم األول تسقط الكمية العظم من السائل إىل الجزء التسيب بالجاذبية حيث تتساقط قطرات السائل يف عكس اتجاه حركة الغاز المتصاعد. رسعة االستقرار للقطرة السائلة وبالتاىل صغتا جدا فسيتم نقلها مع الغاز للخارج معلقة يف الغاز تتناسب طرديا مع قطرها فإذا كان حجم القطرة السائلة يتم إضافة قسم مستخرج الرذاذ اللتقاط القطرات السائلة الصغتة. الن تتم إزالتها يف مستخلص الرذاذ تندمج مع قطتات أخرى فتداد حجمها ثم تسقط من خالل الغاز إىل خزان القطتات ي السائل يف القاع. يستمر السائل بالتدفق لألسفل من خالل قسم جمع السائل إىل مخرج السائل. يف خزان السائل تتحرر فقاعات الغاز العالقة فيه بالحركة لألعىل لتنتقل إىل منطقة الغاز يف الفاصل. القدرة عىل التعامل مع الدفعات العالية من تدفق السوائل ( )liquid slugs يمكن زيادتها عن طريق زيادة ارتفاع الوعاء أس غت حرج ليستوعب كمية أكت من السائل يف حالة التدفقات الفجائية. وضع التحكم يف مستوى السائل داخل الفاصل الر ي ألن مستوى السائل ممكن أن يتذبذب داخل الوعاء ومع ذلك يظل بعيدا عن فتحة خروج الغاز وال يؤثر يف عملية الفصل. أس النموذجية يف النطاق.4-9 عادة ما تكون نسبة الطول إىل القطر ( )L / D يف الفاصل الر ي 63 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

64 الشكل 2-9. فاصل رأ ي س ثنا ي ب الطور. يتم الحفاظ عىل الضغط ي ف الفاصل بواسطة وحدة تحكم الضغط المثبتة عىل منفذ خروج الغاز راجع الشكل 1-9. يتحسس جهاز التحكم بالضغط التغتات ي ف الضغط ي ف جهاز الفصل ويرسل إشارة إىل فتح أو إغالق صمام التحكم ي ف الضغط وفق ا لذلك. بذلك يتم الحفاظ عىل ضغط الفاصل من خالل التحكم ي ف المعدل الذي ر يتك فيه الغاز الفاصل. يتم تنظيم صمام التفري غ السائل بواسطة وحدة تحكم المستوى " وحدة تحكم تعتمد عىل ارتفاع مستوى السائل داخل الفاصل". يتحسس جهاز التحكم ي ف المستوى التغتات ي ف مستوى السائل ويتحكم ي ف صمام التفري غ وفق ا لذلك. نادرا ما توجد أي مكونات أخرى داخلية ي ف قسم جمع السائل إال أنه ربما يتم تركيب أنبوب دليل العوامة well( )still و ي ه عبارة عن أنبوب مفتوح من االتجاهي وبه العديد من الثقوب من الجانب وتوضع عوامة الطفو داخله )displacer( "عوامة الطفو الخاصة بالتحكم بمستوى السائل". وتتمثل وظيفة هذا األنبوب ي ف إيقاف حركة األمواج ي ف الفاصل من التدخل ي ف تشغيل وحدة التحكم ي ف المستوى" ح ر ن ال تتأثر عوامة التحكم بحركة األمواج الناتجة من دخول السائل إىل الفاصل". تعتت الفواصل الرأسية مناسبة لإلنتاج الذي يحتوي عىل الرمل والرواسب األخرى وبالتا ي ىل ف يه غالبا ما تكون مزودة بقعر مخرو ي ط لمعالجة إنتاج الرمال. نق ي ف خطوط السحب الخاصة بالضواغط س له ف ي ق هذه الخدمة الفاصل الرأ ي الم ر كمثال عىل الفاصل الرأ ي س الفاصل أو ي الممتات التالية scrubber( :)compressor suction ال يحتاج إىل حجم كبت لالحتفاظ بالسائل تستجيب دائرة التحكم ي ف مستوى السائل المصممة بشكل صحيح بشعة إىل أي سائل يدخل وبالتا ي ىل تجنب التنبيه أو اإلغالق يحتل الفاصل مساحة صغتة من مساحة األرض 64

65 ر : الفواصل األفقية الفواصل األفقية ي ه األكتكفاءة عندما تكون هناك كميات كبتة من السائل. كما أنها مفضلة عموم ا لتطبيقات الفصل ثالثية كما هو موضح ي ف الشكل ر يدخل السائل الفاصل ويصطدم بمغت االتجاه diverter( )inlet المراحل. ي ف الفاصل ي األفق عند مدخل الفاصل مما يتسبب ي ف تغت مفاخ ي ف قوة الدفع فيحدث الفصل اإلجما ي ىل األو ي ىل للسائل والبخار. بعد ذلك تسبب قوة الجاذبية سقوط القطرات السائلة من تيار الغاز إىل قاع الوعاء حيث يتم تجميعها. يوفر قسم جمع السائل وقت االحتفاظ الالزم لتتشب فقاعات الغاز العالقة ي ف النفط إىل األعىل وترتفع إىل قسم الغازكما أنه يوفر حجم ا كبت ا إذا لزم األمر للتعامل مع دفعات السوائل المتقطعة liquid( (. intermittent slugs of ر يتك السائل الوعاء من خالل صمام تفري غ السائل. الغاز المحمل برذاذ السائل يتدفق بعد قسم تغيت االتجاه أفقي ا عت قسم ر التسيب بالجاذبية الموجود فوق مستوى السائل. عندما يتدفق الغاز من خالل هذا القسم يتم فصل قطرات صغتة من السائل وهبوطها إىل خزان تجميع السائل. ويتبق ي ف الغاز بعض القطرات ذات القطر األصغر )أقل من 841 ميكرون غالبا ( وال ي ر ن ال يمكن فصلها بسهولة ي ف قسم التسيب بالجاذبية فيمر الغاز قبل أن يغادر الفاصل من خالل قسم مدمج "لدمج القطرات" section( )coalescing أو ر مستخلص رذاذ extractor( )mist حيث يستخدم هذا القسم عنارص من الريش )vanes( أو شبكة األسالك ( wire )mesh أو األلواح plates( ) لتوفتكمية كبتة من المساحة السطحية لتجميع وإزالة القطتات الصغتة جدا من السائل ي ف فصل نها ي ب قبل أن يغادر الغاز الفاصل. عادة يتم تشغيل الفواصل األفقية نصف ممتلئة بالسائل لتعظيم المساحة السطحية الواقعة بي الغاز والسائل. للفواصل األفقية مزايا معينة فيما يتعلق بأداء الفصل بفعل الجاذبية حيث أن قطرات السائل أو فقاعات الغاز تتحرك عمودي ا عىل رسعة الحالة الرئيسية وليس ضدهاكما هو الحال ي ف الفاصل الرأ ي س مما يجعل الفصل أسهل راجع األشكال 9-3 و 4 و 5. تعمل وحدة التحكم ي ف مستوى السائل وصمام تفري غ السائل كما هو الحال ي ف الفاصل الرأ ي س كما يتم الحفاظ عىل الضغط والمستوى كما هو الحال ي ف الفاصل الرأ ي س. الفواصل األفقية أصغر وبالتا ي ىل أقل تكلفة من الفواصل الرأسية لنفس كمية الغاز ونفس معدل تدفق السائل. تستخدم الفواصل األفقية بشكل شائع ي ف التدفقات ذات نسب الغازات إىل السوائل عالية و ي ف حالة الخامات المسببة للرغوة. عادة ما تقع نسبة الطول إىل القطر )D L( / ف نطاق النموذجية للفواصل األفقية ي أفق تنا ي ب الطور الشكل فاصل ي ر 65

66 ر ي : الفواصل األفقية مزدوجة التميل "الوعاء" ي كما ي ف الشكل ر ي مزدوج التميل هو شكل من أشكال الفاصل األفق ر الفاصل األفق, 88-9 ت ستخدم الفواصل األفقية مزدوجة التميل بشكل شائع ي ف التطبيقات ال ي ر ن توجد بها معدالت تدفق عالية للغاز وحيث توجد إمكانية وجود دفعات سائلة كبتة "متلق الدفعات" catcher(.)slug غت منتظمة )slugs( عىل سبيل المثال ي ر يمكن للفواصل األفقية ذات التاميل األحادية التعامل مع معدالت تدفق الغاز الكبتة ولكنها ال تستطيع مواجهة دفعات السائل يخفف الفاصل األفق مزدوج ا لتميل جزئيا هذا العيب. ي ف هذه التصميمات يتم فصل حجرة الغاز عن حجرة السائل كما هو موضح ي ف الشكل يدخل تيار التغذية من غاز وسائل إىل التميل العلوي ويصطدم بمغت االتجاه عند مدخل الفاصل ثم يتدفق الغاز ألعىل من خالل قسم ر التسيب بالجاذبية ح ر ن يمر من خالل مستخلصات الرذاذ ضباب ي ف طريقه إىل منفذ خروج الغاز. الشكل فاصل ثنا ي ب مزدوج التاميل تسمح األنابيب الواصلة بي غرف ي ر ن الغاز والسائل "خطوط التعادل أو الشيان" للسوائل بالهبوط بشعة إىل الغرفة السفلية. الغاز العالق بالسائل ي ف برميل جمع السائل يتحرر ويتدفق لألعىل من خالل أنابيب التعادل. ي ف هذا الفاصل خزان السائل مفصول عن مجال حركة الغاز لذلك ال توجد فرصة إلعادة تعلق السائل بالغاز )re-entraining( ي ف حالة الشعات الغازية العالية. الفواصل مزدوجة التميل ال تستخدم عىل نطاق واسع ي ف أنظمة حقول النفط نظرا لتكلفتها الزائدة. ومع ذلك ي ف أنظمة معالجة الغاز وتكييفه ومعالجته يتم استخدام الفواصل مزدوجة التاميل كفواصل غازات عىل مدخل الضواغط scrubbers( )gas وأبراج التماس للجليكول towers( )glycol contact وأنظمة معالجة الغاز حيث يكون معدل تدفق السائل منخفض ا جدا بالنسبة لمعدل تدفق الغاز. 66

67 مع ر : فاصل ي أفق أسطوانة أو وعاء تجميع )Boot( / وعاء تجميع للماء Pot( )Water يوضح الشكل 21-1 حالة خاصة لفاصل ثنا ي ب التميل. هو عبارة عن فاصل برميل واحد مع "وعاء" السائل أو "وعاء الماء" عند منفذ الخروج. يعمل الجسم الرئي ي ىس للفاصل بال سوائل )جاف( كما هو الحال ي ف الجزء العلوي من الفاصل ثنا ي ب التميل. الكميات الصغتة من السائل اآلتية ي ف تغذية الفاصل تتدفق إىل الوعاء السف ي ىل الذي يعتت خزانا لجمع السائل. هذه الفواصل أقل تكلفة من الفواصل ذات التميلي ولكنها تحتوي أيض ا عىل قدرة أقل عىل التعامل مع السوائل. يتم استخدامه عند وجود معدالت تدفق سائلة منخفضة للغاية. أفق مع أسطوانة أو وعاء تجميع )Boot( الشكل فاصل ي ر : فواصل ر التشيح فواصل ر التشيح ي ه نوع آخر من الفواصل ال ي ر ن يتم استخدامها بشكل متكرر ي ف بعض تطبيقات تدفق نسب عالية من الغاز بالنسبة إىل السوائل ratio( (. High gas oil يمكن أن تكون فواصل ر التشيح أفقية أو رأسية. يتم تصميم فواصل المرشحات إلزالة الجسيمات الصغتة السائلة والصلبة من تيار الغاز ي ف الحاالت ال ي ر ن تكون فيها الفواصل التقليدية ال ر ني أفق ر بالتشيح مزدوج التاميل. عندما تستخدم قوة الجاذبية أو الطرد المركزي غت فعالة. يوضح الشكل 83-9 تصميم فاصل ي ر يمر الغاز عت أنابيب ر التشيح ي ف الجزء األول تحدث عملية اندماج بي ذرات السائل الموجود ي ف الغاز لتداد حجم القطرات. القسم ثانوي هو ريش االستخالص )vanes( أو مستخلص رذاذ extractor( )mist يزيل هذه القطرات الملتحمة. تستخدم فواصل المرشح بشكل شائع ي ف منافذ الضاغط ي ف محطات ضغط الهواء وأجهزة التنقية النهائية ألبراج االتصال بالجليكول وتطبيقات الغازات / أجهزة الوقود. تصميم فواصل المرشح هو ملكية خاصة ويعتمد عىل نوع عنرص المرشح المستخدم. يمكن لبعض عنارص التصفية إزالة 811 من جسيمات 8 ميكرون و 22 من جسيمات ميكرون 8/ ع 9 ند تشغيلها بالسعة المقدرة ر والفتات المو ي ض بها لتغيت الفالتر. يتكون عنرص ر الفلت من أسطوانة معدنية مثقبة ذات نهايات مشبعة بالزنك إلحكام العزل. وتحيط أسطوانة من األلياف الزجاجية بسماكة 1.5 بوصة بشكل ي نموذخ باألسطوانة المعدنية المثقبة. يتدفق الغاز من خارج أسطوانة األلياف الزجاجية إىل مركز األنبوب المعد ي ب المثقب. 67

68 معالجة ر البتول والغاز أفق مزدوج التاميل. الشكل 83-9 فاصل ترشيح ي ثناب األطوار ي : المنقيات ( )Scrubbers الن انتقلت مع الغاز من منافذ جهاز المنق ( )Scrubber هو فاصل ي ثناب الطور (مثل شكل )2-9 مصمم الستعادة السوائل ي الن تكثفت بسبب التتيد أو انخفاض خروج الغاز الخاصة بالفواصل يف محطات المعالجة أو لصيد واستعادة السوائل ي ر نق عىل استيعاب السوائل أقل بكثت من ذلك يف جهاز الفصل. وتشمل التطبيقات الضغط يف خطوط الغاز. قدرة جهاز الم ي الن يمكن أن تتلف أو تصبح غت فعالة بواسطة يىل : قبل المعدات الميكانيكية مثل الضواغط ي النموذجية الستخدامه ما ي الن يمكن أن تتسبب يف تكثف السوائل من تيار غاز (مثل المتدات سائل حر يدخل لها مع تغذية الغاز بعد المعدات ي الن تفقد كفاءتها أو تتلف أو تتعرض للتلف إذا كانت ملوثة )coolers قبل معدات نزع الماء عن الغاز ( )gas dehydration ي االحتاق. بالهيدروكربونات السائلة وقبل فتحات خروج الغاز إىل الهواء أو إىل شعلة استخداما ويمكن استخدام األجهزة األفقية منها ولكن قيود المساحة عادة ما ه األكت المنقيات ( )scrubbers العمودية ي أس. تمىل استخدام التكوين الر ي ر تلق الدفعات ( )slug catcher : م ي ر ثناب الطور مصمم تلق الدفعات غالبا ما يستخدم يف مجمعات خطوط "أنابيب" نقل الغاز وهو حالة خاصة للفاصل ي م ي للتعامل مع تدفق غاز كبت ودفعات من السوائل فجائية وغت منتظمة. تأب الدفعات الفجائية من السوائل لمحطات المعالجة ومحطات التجميع للسببي التاليي : -8 تتجمع السوائل ف أرضية خطوط الغاز خاصة اآلتية من البحار ويستمر تجمعها ر حن تتسبب يف اختناق أو سدد مؤقت يؤدي هذا االختناق إىل زيادة يف الضغط قبلها وعندما يصل الضغط إىل قيمة معينة فإنه يدفع السائل الموجود ويندفع بشعة إىل محطة التجميع يجب أن يكون يف انتظار هذه الدفعة من الغاز ومن السائل وعاء كبت يستطيع التعامل معها وهو ما يسم ر متلق الدفعات. -9 تتجمع السوائل ف أرضية الخطوط ويتم استخدام فرشاة لتنظيف الخط ( )pig كل ر فتة تطرد الفرشاة السوائل وتجهها بكمية كبتة نحو محطة المعالجة حيث يجب وجود جهاز الستيعاب هذه الكمية الكبتة وهو ما يسم متلق الدفعات. 68 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

69 تلق الدفعات ثنائية الطور مع "أصابع" سائل. ر متلق الدفعات. األشكال 84-9 و 85-9 ر ي ه ألجهزة ي هناك العديد من تصاميم ي األفق من الوعاء حيث يتم ىل للغاز عن السائل. يخرج الغاز من ر فصل أو ي يدخل الغاز والسائل من نظام التجميع إىل الجزء ي أعىل الفاصل من خالل مستخلص الرذاذ بينما يخرج السائل من قاع الوعاء من خالل سلسلة من األنابيب ذات قطركبت أو "أصابع". توفر األنابيب كمية كبتة من السوائل وتوجه السائل إىل فاصل ثال ي ب الطور "المراحل" مثل م سقط المياه الحرة ( FWKO )لفصل المياه عن الخام. ستتم مناقشة تصميم FWKO ي ف الفصل التا ي ىل. متلق دفعات مع أطراف "أصابع" خروج للسوائل )فاصل ثنا ي ب الطور(. ي ر الشكل

70 88-9: اعتبارات االختيار متلق دفعات مع أطراف "أصابع" خروج للسوائل )فاصل ثنا ي ب الطور(. ي ر الشكل تع ي ط الخصائص المادية والتشغيلية مزايا ومساوئ كل نوع من الفواصل. الفواصل األفقية: 8. أصغر 9. أكتكفاءة عند التعامل مع كميات كبتة من الغاز 3. أقل تكلفة من الفواصل الرأسية لنفس سعة الغاز ا عىل تدفق الغاز وب ىل يتم سقوطها أفق تنخفض قطتات السائل عمودي ر التسيب بالجاذبية ي ف وعاء ي ر التا ي 4. ي ف قسم األفق عن الفاصل بسهولة أكت من الغاز. أيضا بما أن مساحة سطح االتصال بي السائل والغاز أكت ي ف الفاصل ي ر الرأ ي س فمن األسهل لفقاقيع الغاز العالقة ي ف السائل الخروج من المحلول والوصول إىل مساحة الغاز بالنصف العلوي من الفاصل. 5. توفر الفواصل األفقية حجم أكت للسوائل لذلك ي ه األنسب لفصل سائل عن سائل أخر وللخامات مسببة للرغوة. النق عن السائل يفضل استخدام فواصل أفقية. ومع ذلك فإن الفواصل األفقية لها وبالتا ي ىل فإنه ي ف عمليات فصل الغاز ي ر عدة عوائق قد تؤدي إىل تفضيل الفاصل الرأ ي س ي ف حاالت معينة: 8. الفواصل األفقية ليست جيدة مثل الفواصل الرأسية ي ف معالجة المواد الصلبة. فيمكن وضع خط تفري غ "خروج" السائل الخاص بالفاصل الرأ ي س ي ف منتصف الرأس السف ي ىل بحيث ال ر تتاكم المواد الصلبة ي ف الفاصل ولكنها بذلك ستستمر إىل الوعاء التا ي ىل ي ف العملية. كبديل يمكن وضع الرصف )drain( ي ف هذا الموقع بحيث يمكن التخلص. من المواد الصلبة بشكل دوري بينما ر يتك السائل الوعاء عند ارتفاع أعىل قليال أفق من الرص وري وضع عدة مصارف )drain( عىل طول الوعاء. فبما أن المواد الصلبة سيكون لها زاوية 9. ي ف وعاء ي ر ترسيب وتعلق بالسطح من 45 1 إىل 11 1 لذلك يجب أن تكون المصارف متعددة و ي ف مسافات قريبة جدا ل ي ك 70

71 ر ي تغ ي ط طول الوعاء بالكامل محاوالت إطالة المسافة بي المصارف مع توفت رشاشات مياه لتقليب الرمال ي ف محيط كل مرصف وذلك لترصيف المواد الصلبة تكون مكلفة وغت عملية غالبا. تتطلب األوعية األفقية مساحة أكت من األرض مقارنة بالفواصل الرأسية. قد ال يكون لذلك أهمية ي ف المواقع عىل األرض إال أنه قد يكون مهم ا جدا ي ف المعدات البحرية. قدرة الفواصل األفقية عىل امتصاص الدفعات الفجائية من السوائل slugs( ) أقل كثتا من قدرة الفواصل الرأسية. )بينما يؤدي أي تغيت صغت ي ف ارتفاع السائل ي ف الفواصل األفقية إىل تغيتكبت ي ف كمية السائل مقارنة بالفواصل الرأسية إال أنه تحتوي األوعية األفقية عىل سعة تدفق أقل من األوعية العمودية الحجم لنفس معدل التدفق المستقر(. وذلك ألن المسافة بي ارتفاع السائل ي ف ظروف التشغيل عن المسافة ال ي ر ن تؤدي إلغالق الفاصل صغتة ي ف الفواصل األفقية عنها ي ف الفواصل الرأسية )مثال ارتفاع السائل ي ف وضع التشغيل ي ف الفاصل األفق %51 وإغالق الفاصل للطوارئ يحدث عند 11 أو %15 بينما ارتفاع السائل ي ف األوعية الرأسية ي ف وضع التشغيل %31 وإغالق الفاصل للطوارئ عند %15 مما يسمح لنظام التحكم ي ف المستوى وصمام تفري غ السائل ي ف الفواصل الرأسية بالمزيد من الوقت لترصيف دفعة التدفق(. يضاف إىل ذلك أن تدفقات السوائل ي ف األوعية األفقية من الممكن أن تخلق موجات داخلية تؤثر عىل جهاز استشعار مستوى السائل "العوامة" فت ر تفع معطية إشارة ترصيف للسائل قبل األوان..3.4 تجدر اإلشارة إىل أن الفواصل العمودية لها أيض ا بعض العيوب ال ي ر ن ال تتعلق بالعملية ويجب أخذها ي ف االعتبار عند االختيار مثل: 8. قد يكون من الصعب عمل صيانة لصمام األمان وبعض عنارص التحكم أعىل الفاصل بدون ساللم ومنصات خاصة 9. قد يكون من الرص وري إزالة الفاصل من الهيكل الحديدي الخاص به )skid( لنقله بالشاحنات بسبب قيود االرتفاع. 3. تكون الفواصل األفقية أقل تكلفة من الفواصل الرأسية ذات الحجم المتساوي. نظر ا ألن الفواصل الرأسية تكون مدعومة فقط باألسطوانة السفلية skirt( )bottom )راجع الشكل 81-9( فلذلك يجب أن تكون جدران الفواصل األفق ذي الحجم المماثل والذي قد يكون مدعوما بالشوج ( عالوة عىل ر.)saddles الرأسية أكت سمك ا من الفاصل ي ذلك يمكن أن يتعرض الفاصل الرأ ي س الكبت عند تعرضه لرياح عالية ألحمال كبتة جانبية. فلذلك يجب زيادة سماكة جدار الفاصل الرأ ي س مما يؤدي بدوره إىل زيادة تكلفة الوعاء الكلية. بشكل عام تعتت الفواصل األفقية ي ه األكت اقتصادا للفصل العادي بي الغاز والنفط خاصة حيث قد تكون هناك مشاكل ي ف المستحلبات أو الرغاوى أو نسبة عالية من الزيت والغاز.)GOR( بينما تعمل الفواصل العمودية بشكل أكت فعالية ي ف تطبيقات GOR المنخفضة.كما يتم استخدامها أيض ا ي ف بعض تطبيقات GOR العالية جدا مثل أجهزة التنقية )scrubbers( ال ي ر ن يتم فيها إزالة السوائل فقط من الغاز. 71

72 األفق وتثبيت الفاصل الرأ ي س. الشكل مقارنة بي تثبيت الفاصل ي ر 89-9: المكونات الداخلية للفواصل : م غت االتجاه Diverters( )Inlet ىل بي السائل تعمل مغتات االتجاه عىل تغيت اتجاه تدفق المخلوط الداخل إىل الفاصل )سوائل وغازات( كما توفر فصل أو ي والغاز. هناك العديد من أنواع مغتات االتجاه كما هو موضح ي ف الشكل ال يوجد جهاز تغيت االتجاه لوحة تحويل نصف خط "أنبوب" أنبوب عك رأس طبق نوع الريشة ي ىس )كوع( الحلزو ي ب "اإلعصاري" األشكال و 91-9 تظهر أشكال من مغت االتجاه مثل لوحات الحاجز ريشة ومغتات االتجاه بالطرد المركزي. المهام الرئيسية لجهاز تغيت االتجاه عند المدخل ي ه: 8. تقليل قوة الدفع من تيار التغذية "التغذية اآلتية إىل الفاصل" وتوزي ع تدفق الغاز والسائل 9. الفصل الفعال للكتلة الكبتة من السائل 3. منع الغاز من عمل دوامات عند سطح السائل ومنع قطرات السائل من إعادة التعلق بالحالة الغازية )entrainment( 72

73 الشكل األنواع الرئيسية لمغتات االتجاه الشكل أنواع مغتات اتجاه عن طريق حاجز. هناك عدة أنواع مختلفة من أجهزة مدخل الفاصل ال ي ر ن يتم استخدامها بشكل شائع فيمكن أن تكون لوحة الحاجز عبارة عن طبق كروي أو صفيحة مسطحة أو زاوية حديدية أو مخروط أو كوع أو أي ي ر سء من شأنه تحقيق تغيت رسي ع ي ف اتجاه ورسعة السوائل وبالتا ي ىل فك ارتباط الغاز عن السائل. يتم الفصل األو ي ىل عند مغت االتجاه ألنه ي ف نفس الشعة يمتلك السائل ذو الكثافة العالية طاقة أكت وبالتا ي ىل ال يغت اتجاهه أو رسعته بالشعة نفسها مثل الغاز وبالتا ي ىل فإن الغاز يميل إىل التدفق "االلتفاف" حول مغت االتجاه ي ف حي أن السائل يرصب مغت االتجاه ثم يسقط إىل قاع الوعاء. 73

74 يخضع تصميم الحواجز أساسا للدعامات الهيكلية المطلوبة لمقاومة قوة االصطدام. متة استخدام األجهزة مثل الكوع نصف األنبوب أو المخروط هو أنها تخلق اضطرابا أقل من الصفائح أو الزاوية الحديدية مما يقلل من مشاكل إعادة التعلق بي الغاز والسائل أو مشاكل االستحالب بي المياه والخام. الشكل مغت اتجاه من نوع الريش الشكل مغتات االتجاه من نوع اإلعصار "الحلزون". مغتات االتجاه من نوع اإلعصار " الحلزون" تستخدم قوة الطرد المركزي لفصل السائل عن الغاز. يمكن أن تحتوي هذه األجهزة عىل أنبوب إعصاريه أو قد تستخدم منفذ الدخول لصنع مسار مما ي س حول الجدران )راجع الشكل 98-9(. 74

75 مغتات االتجاه من نوع االعصار تستخدم مدخل كافية إلنتاج رسعة سائلة تبلغ حوا ي ىل 91 قدم ا / ثانية و ي عادة فوهة ه تعمل بشكل فعال لفصل السائل عن الغاز مع تقليل إمكانية الرغوة أو االستحالب. العيب هو أن تصميمها حساس لمعدل التدفق. فعند رسعات منخفضة " ناتجة من انخفاض معدل التدفق" فإنها لن تعمل بشكل صحيح. وبالتا ي ىل ال يوض عادة باستخدامها ي ف استخدامات ال يتوقع فيها ثبات معدالت تدفق انتاج الخام والغاز. الشكل مدخل مغت االتجاه بالطرد المركزي. )أعىل( حاجز حلزو ي ب. )أسفل( مجرى مما ي س. ي ف الجدول 8-9, مقارنة بي كفاءة مغتات اتجاه مختلفة, يتضح منها أن نوع الريشة وأجهزة األعاصت "الطرد المركزي" يوفران أفضل أداء مقارنة باألجهزة األخرى الوظيفة ال يوجد رأس طبق أو أنبوب عك ي ىس نصف أنبوب الريش الحلزون خفض قوة الدفع ضعيف متوسط جيد جيد جيد فصل السائل ضعيف ضعيف متوسط جيد جيد منع إعادة التعلق ضعيف ضعيف متوسط جيد متوسط -جيد تقليل انقسام القطرات ضعيف ضعيف متوسط جيد جيد منع تكوين الرغوة ضعيف ضعيف ضعيف متوسط جيد انخفاض الضغط خالله جيد جيد جيد جيد متوسط التوزي ع الجيد للغاز ضعيف ضعيف ضعيف متوسط جيد الجدول 8-9. مقارنة بي أنواع مغتات االتجاه. 75

76 معالجة ر البتول والغاز : كارس "مانع" األمواج ( )Wave breakers يف األوعية األفقية الطويلة قد تنشأ أمواج نتيجة تدفقات السائل أو نتيجة للدفعات الفجائية أو تنشأ األمواج نتيجة وجود عموديا عىل اتجاه التدفق الفاصل عىل هيكل عائم يف البحر. ال تعتت كارسات األمواج أكت من حواجز أو صفائح مثقبة توضع يف قسم جمع السائل من الفاصل. تعمل هذه الحواجز عىل تثبيط أي حركة موجية قد تحدث بسبب السوائل الواردة. يجب منع أو تقليل الموجات ف الوعاء ر حن تعمل أجهزة التحكم يف مستوى السائل ( )level controls وأجهزة األمان لمستوى األفق ثالب األبعاد للفاصل السائل ( )level switches وسدود الفصل ( )weirs بشكل صحيح. الشكل 99-9 هو عرض ي المجهز بمغت لالتجاه وشبكة للتخلص من الرغوة ومستخلص رذاذ وكارس األمواج. أفق مجهز بمغت لالتجاه وشبكة للتخلص من الرغوة ومستخلص رذاذ وكارس األمواج الشكل.99-9 فاصل ي : ألواح منع الرغوة ( )defoaming قد تحدث رغوة يف السطح الفاصل بي السائل والغاز عندما يتم تحرير فقاعات الغاز من السائل. يمكن أن تقلل الرغاوي بشدة من أداء الفاصل نظرا للحت الذي ستشغله داخل الوعاء ولالضطراب الذي سيحدث لجهاز "عوامة" قياس مستوى السائل. يمكن معالجة الرغوة بإضافة بعض المواد الكيميائية عىل مخلوط التغذية ولكن يف كثت من األحيان يكون الحل األكت فعالية هو إجبار الرغوة عىل المرور عت سلسلة من األلواح أو األنابيب المتوازية المائلة كما هو موضح يف الشكل 93-9 حيث توفر هذه األلواح أو األنابيب المتوازية المتقاربة مساحة سطح إضافية مما يؤدي إىل تكست الرغوة وتسمح للرغوة باالنهيار إىل الطبقة السائلة. أفق. الشكل.93-9 ألواح مانعة الرغاوي ( )defoaming يف فاصل ي 76 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

77 معالجة ر البتول والغاز : مانع "كارس" الدوامة ( )Vortex Breaker والن من الممكن أن تسحب الغاز ليخرج مع السائل. لذلك تصفية السائل من الفاصل قد تؤدي إىل تشكيل دوامات ي األفق غالبا ما يكون مجهزا بكسارات دوامة مما يمنع الدوامة من الحدوث عندما يكون صمام تحكم السائل فالفاصل مفتوحا. الدوامة تمتص بعض الغاز من مساحة البخار وتقوم بإدخاله يف مخرج السائل. يف الشكل 94-9 نوع واحد من كارس وه عبارة عن أسطوانة مغطاة بألواح مسطحة مستديرة. عندما يدخل السائل أسفل قاطع الدوامة يتم منع أي الدوامة. ي حركة دائرية بواسطة األلواح المسطحة فيمنع بذلك القدرة عىل تشكيل الدوامات. يوضح الشكل 95-9 غتها من كارسات "موانع" دوامة شائعة االستخدام. الشكل.94-9 كارس الدوامة الشكل.95-9 أشكال مختلفة من كارس الدوامة 77 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

78 5-12-2: أنبوب دليل العوامة well( )stilling ي ه عبارة عن أنبوب مفتوح من االتجاهي وبه العديد من الثقوب من الجانب وتوضع عوامة الطفو داخله )displacer( "عوامة الطفو الخاصة بالتحكم بمستوى السائل". وتتمثل وظيفة هذا األنبوب ي ف إيقاف حركة األمواج ي ف الفاصل من التدخل ي ف تشغيل وحدة التحكم ي ف المستوى" ح ر ن ال تتأثر عوامة التحكم بحركة األمواج الناتجة من دخول السائل إىل الفاصل" وتع ي ط مؤ ر رسات أو قراءات غت صحيحة : رشاشات تنظيف الرمال Jets( )Sand ي ف الفواصل األفقية هناك قلق واحد هو تراكم الرمل والمواد الصلبة ي ف قاع الوعاء. إذا تراكمت هذه المواد الصلبة فإن الفاصل كفاءته ستنخفض ألن جزء منه أصبح ممتلئا بالرواسب )فانخفض الحجم المؤثر للوعاء(. إلزالة هذه المواد الصلبة يتم فتح مصارف الرمال )drains( ويتم ضخ ماء بضغط عا ي ىل من خالل الرشاشات لتحريك المواد الصلبة ودفعها للخروج من منافذ خروج المياه "المجاري". تصمم الرشاشات عادة ليندفع منها الماء بشعة 91 قدم / ثانية وتكون متعددة التوجيه إلعطاء تغطية جيدة لقاع الفاصل. الشكل رشاشات تنظيف الرمال 78

79 معالجة ر البتول والغاز أفق. الشكل.97-9 رشاشات تنظيف الرمال يف فاصل ي : مستخلص الرذاذ " نازع الندى" ( )Mist extractor or demister : مقدمة الن تسم مستخلصات الرذاذ أو مزيالت الرذاذ أو الندى ( )demister هذه المعدات مصممة هناك العديد من المعدات ي إلزالة القطرات السائلة والجسيمات الصلبة من تيار الغاز. قبل اختيار أحدهم يجب تقييم العوامل التالية : الن يجب أن يزيلها حجم القطرات ي انخفاض الضغط "عت مستخلص الرذاذ" الذي يمكن تحمله يف تحقيق المستوى المطلوب لإلزالة قابلية أو احتمالية االنسداد عن طريق المواد الصلبة إذا كانت المواد الصلبة موجودة الن من الممكن أن يتعامل معها "يمكنه تحملها أو استيعابها" كمية السوائل ي قوة السحب الواقعة عىل القطرات نتيجة لشعة الغاز ما إذا كان يمكن تركيب جهاز استخالص الرذاذ داخل الوعاء الموجود أم سيتطلب األمر أن يستخدم وعاء منفصال رلتكيبه توافر مواد اإلنشاء ر والتكيب تكلفة مستخرج الضباب / المزيل نفسه واألوعية المطلوبة واألنابيب واألدوات والمرافق الجاذبية الطبيع بي قوى الجاذبية والقوى الناتجة من حركة تستند جميع أنواع مستخلص الرذاذ عىل نوع من التدخل يف التوازن الغاز العالق به الرذاذ " قوة السحب". يتم تحقيق ذلك عن طريق واحد أو أكت من الطرق التالية :.8 التغلب عىل قوة السحب عن طريق خفض رسعة الغاز (فواصل الجاذبية أو غرف ر التسيب).9 إدخال قوات إضافية (فينتوري الطرد المركزي)..3 زيادة قوة الجاذبية عن طريق زيادة حجم القطتات (نوع االصطدام) عندما يتدفق الغاز يف الوعاء إىل األعىل فإن هناك قوتان متعارضتان تعمالن عىل القطرة السائلة : قوة جاذبية (أو قوة طفو سلبية) تعمل نحو األسفل إلسقاط القطرة وقوة سحب متعارضة تعمل عىل إبطاء معدل سقوط القطرة. والزيادة يف رسعة الغاز المتصاعد ستيد من قوة السحب عىل القطرة فتستمر قوة السحب يف تقليل معدل السقوط إىل أن يتم الوصول إىل نقطة عندما تصل رسعة الهبوط إىل الصفر وتصبح القطرة ثابتة. عندما تتساوي قوة الجاذبية مع قوة السحب يصبح تسارع قطرة السائل صفرا ومع انخفاض طفيف يف قوة السحب أوىل يف رسعة سقوط القطرة ثم يؤدي ستسقط القطرة بشعة "ثابتة". الزيادات اإلضافية يف رسعة الغاز ينتج عنها انخفاض ي استمرار زيادة رسعة الغاز أكت إىل تحرك القطرة صعودا ومع استمرار زيادة رسعة الغاز يتم الوصول إىل نقطة حيث تقتب رسعة القطرة من رسعة الغاز. تنطبق نفس النظرية عىل تدفق الغاز ر األساس هو أن قوى الجاذبية وقوة األفق أيضا. الفرق السحب يعمالن بزاوية 21 درجة لبعضها البعض. وبالتاىل هناك دائما قوة صافية تعمل يف االتجاه الهابط راجع األشكال -9 3 و 4 و.5 : نوع االصطدام ( )Impingement-Type استخداما من أنواع مستخلص الرذاذ هو نوع االصطدام ألنه يوفر توازنا جيدا بي الكفاءة ونطاق التشغيل وقيمة النوع األكت تخفيض الضغط عند مرور الغاز منه والتكلفة. هذه األنواع تتكون من حواجز ( )baffles أو شبكات سلكية ( )wire meshes أو وسادات من األلياف الدقيقة (.)micro-fiber pads قد يكون مستخلص الرذاذ باالصطدام عبارة عن حاجز واحد أو قرص مثبت ف الوعاء. كما هو موضح ف الشكل 91-9 فإنه عندما ر يقتب الغاز من سطح الحاجز أو القرص (يشار إليه عادة باسم 79 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

80 الهدف( تنت ر ش خطوط انسياب السوائل حول الحاجز أو القرص. كلما ارتفعت رسعة المجرى كلما ر اقتبت خطوط االنسياب من الهدف. يمكن التقاط القطرة بواسطة الهدف ي ف مستخلص أو مزيل رذاذ من نوع االصطدام من خالل أي من اآلليات الذاب ر واالعتاض المبا ر رس أو االنتشار التوا ي ب )شكل 91-9 وشكل 92-9(. الثالث التالية: تأثت القصور ي ر الشكل الثالث طرق الستخالص الرذاذ باالصطدام. الشكل الثالث طرق الستخالص الرذاذ باالصطدام. ) الذاب.) ر اصطدام بتأثت القصور ي Inertial impaction ميكرون ي ر ن ر يت اوح قطرها من 8 إىل 81 ف تيار الغاز لديها قوة دافعة "زخم" كافية بسبب كتلتها فإن الجسيمات ال ي الختاق خطوط ف خط مستقيم ح ر ن تصطدم بالهدف. يعتت التصادم عموم ا ر انسياب الغاز وتستمر ي ف التحرك ي اآللية األكت أهمية ي ف الشبكات السلكية ولوحات التصادم. اعتاض مبا ر رس "تقاطع" interception( )Direct ر هناك أيض ا جسيمات ي ف تيار الغاز أصغر ر يت اوح قطرها بي 1.3 إىل 8 ميكرون عن تلك المذكورة أعاله. هذه ليس لديها ما يك ي ق من القوة الدافعة "الزخم" ر الختاق خطوط انسياب الغاز. بدال من ذلك فإنه يتم حملها حول الهدف بواسطة تيار الغاز. ومع ذلك إذاكان االنسياب الذي يست فيه الجسيم يقع عىل مقربة كافية من الهدف

81 معالجة ر البتول والغاز بحيث تكون المسافة من خط الوسط للجسيم إىل الهدف أقل من نصف قطر الجسيم "القطرة" يمكن للجسيم أن يلمس الهدف ويتجمع. برواب ( )Diffusion.3 انتشار الن عادة ما تكون أصغر من 1.3 ميكرون يف القطر تظهر حركة براونية عشوائية حن الجسيمات األصغر ي تسببها االصطدامات مع جزيئات الغاز. ستؤدي هذه الحركة العشوائية إىل إصابة هذه الجسيمات الصغتة حن إذا كانت رسعة الغاز صف را. االنتشار يزداد عند ر بالهدف وتتجمع ر التكتات العالية والشعة المنخفضة. : مراوح استخالص الرذاذ (نوع الريشة) ( )Van type يتكون هذا النوع من مستخرج ضباب التصادم من سلسلة من الحواجز أو األلواح أو ريش يتدفق الغاز من خاللها. األكت شيوعا منها هو شكل الريشة أو شيفرون كما هو موضح يف األشكال 31-9 و 38-9 و.39-9 يجت تشكيل األلواح أو الريش الن تحتوي عىل تغيتات يف االتجاه. ويعمل سطح االلواح أو الريش بمثابة هدف عىل تدفق الغاز بي الصفائح المتوازية ي لالصطدام وجمع القطرات. يتوفر عدد من التصاميم المختلفة لحزمة الريشة. عادة ما تكون سماكة الحزم يف نطاق 89-1 بوصة. يتم ترتيب الريش عادة ف نمط متعرج ر إجماىل يف اتجاه وتتاوح المسافة بي الحواجز من 5 إىل 75 ملم مع عمق التدفق من 851 إىل 311 ملم. التواىل. كما يوضح الشكل أفق عىل أس وفاصل ي توضح األشكال من 33-9 و 34-9 مستخرج ضباب ريشة مثبت يف فاصل ر ي لوخ شكل "القوس". عندما 35-9 مستخرج ضباب ريشة مصنوع من زوايا حديد. ويوضح الشكل 31-9 مستخلص رذاذ ي يتدفق الغاز خالل الصفائح تصطدم القطرات بالصفائح ثم تتجمع فتداد حجمها فتسقط ويتم توجيهها إىل قسم جمع السائل ف الوعاء. يتم تصميم الريش مستخلصات الرذاذ من قبل ر الشكات لضمان التدفق الهادئ ( )laminar flow وقيمة مقبولة النخفاض الضغط نتيجة المرور من خاللها. مستخلص الريشة "شيفرون" للرذاذ يزيل قطرات السائل ذات الحجم 81 إىل 41 ميكرون وأكت. الشكل مستخلص رذاذ نوع الريشة. 81 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

82 الشكل مستخلص رذاذ نوع الريشة. الشكل مستخلص رذاذ نوع الريشة. 82

83 ر ي الشكل من 33-9 مستخرج ضباب ريشة مثبت ي ف فاصل رأ ي س الشكل من 34-9 مستخرج ضباب ريشة مثبت ي ف فاصل أفق الشكل 35-9 مستخرج ضباب ريشة مصنوع من زوايا حديد الشكل 31-9 مستخلص رذاذ شكل "القوس" 83

84 ر كفاءة الفصل كفاءة التشغيل يتم تحديدها بواسطة المعادلة Eq. 2-1 V t = K [(ρ - ρ g ) / ρ l ] 0.5 l ي ر ي ي حيث ft/s رسعة الغاز. قدم/ث = V )Souders Brown coefficient( معامل سوديرس- براون = K lb/ft 3 قطرة السائل. رطل/قدم مكعب كثافة = ρl كثافة الغاز. رطل/قدم مكعب lb/ft 3 = ρg يتم تحديد معامل "K" أو معامل Souders Brown لكل شكل هندس. تت اوح قيمته من 1.3 إىل 8.1 قدم / ثانية ف التصاميم النموذجية. بما أن االصطدام هو آلية تجميع القطرات األولية لذلك عند قيمة منخفضة للغاية ل "K" يمكن أن تبق القطتات ف خطوط انسياب الغاز وتمر عت الجهاز دون اصطدام وتجميع. أما الحد األعىل لقيمة "K" فيتم تعيينه لتقليل إعادة تعلق القطرة بالغاز بعد الفصل )re-entrainment( والذي يحدث إما عن طريق التكست المفرط للقطرات )عند الشعات العالية( أو عن طريق قص لطبقة السائل المجمعة عىل األلواح. إزالة 22 من القطرات أكت من ميكرون. كفاءة اإلزالة العالية ي ه للحزم األكت سمكا مع تقارب المسافات بي الممرات وزيادة عدد الممرات )االنحناءات(. ي : ر تدفق أفق كفاءة إزالة القطرات سعة الغاز K قدم / ثانية عمودي: ترتبط السعات العالية بشكل عام بتصاميم خاصة تحتوي عىل جيوب بمسارات الريش جدول 9-9. كفاءة الفصل لمستخلص الرذاذ من نوع الريشة. يمكن التعامل مع الشعات العالية للغاز إذا تم تركيب الريش بحيث يتدفق الغاز أفقيا بدال من التدفق الرأ ي س العمودي. ي ف األفق يمكن للسائل أن يسقط بسهولة إىل األسفل بسبب الجاذبية وبالتا ي ىل من مسار الغاز القادم مما يقلل من التكوين ي ر إعادة تعلق السائل بالغاز. مؤخرا تم تصميم مجموعات من الريش مجوفة تحتوي عىل ممرات ترصيف السائل و ي ه قادرة عىل استيعاب كميات كبتة من الغاز ي ف اتجاه التدفق العلوي العمودي. يناسب مستخلص الرذاذ نوع الريشة أنظمة العمليات حينما يكون السائل ملوث ا بالمواد الصلبة أو حيث يوجد تحميل سائل عا ي ىل. تكون مستخلصات الرذاذ نوع الريشة extractors( ) Vane-type mist أقل فاعلية ي ف إزالة قطتات صغتة جدا عن أنواع مستخلصات الرذاذ األخرى مثل الشبكات السلكية mesh( )wire أو األلياف الدقيقة.)micro-fiber( تقترص التصاميم القياسية عموم ا عىل القطرات ال ي ر ن يزيد حجمها عن 41 ميكرون. ومع ذلك توفر التصميمات ذات الكفاءة العالية إزالة القطرة إىل أقل من 85 ميكرون. عادة ما تتسبب حزم الريشة عىل انخفاض ي ف الضغط ر يت اوح بي بوصة من الماء. water( ( inches of تظهر عبوات الريشة انخفاضا ي ف كفاءة اإلزالة مع زيادة ضغط التشغيل وهذا نتيجة النخفاض رسعة الغاز مع زيادة الضغط وأيضا لزيادة كثافة الغاز لزيادة الضغط. 84

85 ft 3 الذاب إلزالة القطرات السائلة عن طريق االصطدام ولكنها تعتمد عبوات السلك المتشابكة pads( ) Mesh أيضا عىل القصور ي ر أقل عرضة النخفاض الكفاءة نتيجة انخفاض الشعة مقارنة بنوع الريشة وذلك ألن عبوات السلك المتشابكة لديها "أهداف" أكت بكثت أي العديد من الخيوط السلكية أو الليفية فغالبا سيحدث التصادم. أما عبوات الريشة فحركة الغاز تحدث ي ف مسارات واسعة لذلك انخفاض الشعة يؤدي إىل انخفاض كفاءة إزالة القطتات بشكل ملحوظ. تتأثر أيض ا مستخلصات الرذاذ بكمية السائل الداخلة إليها "تحميل سائل الدخول" ولكن لها قدرة أكت عىل التعامل مع السوائل مقارنة بعبوات السلك المتشابكة pads(.)mesh يتم حساب المساحة المطلوبة من مستخرج الرذاذ من المعادلة A = Qg / Vt Eq. 2-2 حيث (ft 2 ) مساحة مستخلص الرذاذ = A / sec معدل تدفق الغاز الفع ي ىل = Qg من معادلة : مستخرج رذاذ الشبكات السلكية extractor( )Wire-Mesh mist Vt مستخلصات الرذاذ السلكية مصنوعة من سلك دقيق من المعدن أو البالستيك ي ف طبقات محزومة بإحكام, ثم يتم بعد ذلك رصها وتجميعها لتحقيق سماكة الوسادة المطلوبة. إذا تطلب األمر إزالة قطرات صغتة جدا أي أقل من 81 ميكرون فقد تتشابك ألياف أكت نعومة مع الشبكة األولية إلنتاج عبوة بمسارات أضيق. تزيل الشبكات السلكية القطرات السائلة بشكل رئي ي ىس عن طريق تصادم القطرات باألسالك أو األلياف متماسكة ثم التحام القطرات إىل قطرات كبتة بما يك ي ق لفكها وتحررها عن قاع وسادة األسالك pad( )Mesh وسقوطها إىل الجزء السائل بقاع الفاصل. ال ي نصح باستخدام مستخلصات الرذاذ السلكية ي ف حالة وجود أجسام صلبة أو برافينات ي ف الغاز حيث إنها تميل لالنسداد بسهولة. شبكة األسالك ي ه النوع األكت شيوع ا لنوع الرذاذ الموجود ي ف عمليات اإلنتاج )راجع الشكل 37-9(. غالب ا ما يتم استخدام مستخلص رذاذ بسماكة معينة )عادة 4 إىل 7 بوصات( وكثافة شبكة )عادة ما تكون من 2 إىل 89 رطال لكل قدم مكعب(. عادة ما تكون مبنية من أسالك قطر ر يت اوح من 1.81 إىل 1.91 ملم مع نسبة الجزء المجوف الفارغ من 1.25 إىل.1.22 يتم وضع عبوة الشبكة السلكية بي شبكات دعم علوية وسفلية بالقرب من مخرج الفاصل )الشكلي 31-9 و 32-9 ( وعادة ما يتم تثبيتها ي ف تدفق الغاز الصاعد الرأ ي س عىل الرغم من أن التدفقات األفقية تستخدم ي ف بعض التطبيقات المتخصصة. األفق يجب أن يكون المصمم حريصا نظر ا ألن القطرات السائلة ال ي ر ن يتم التقاطها ي ف االرتفاع األعىل للشبكة ي ف التدفق ي ر الرأسية قد تتدفق نحو األسفل بزاوية حيث يتم دفعها عت الشبكة مما يؤدي إىل إعادة التعلق مع الغاز) re-entrainment (. 85

86 ر ي الشكل مستخلص رذاذ الشبكة السلكية سواء تم تركيب مستخلص رذاذ الشبكة السلكية داخل قطعة من معدات المعالجة أو داخل وعاء منفصل خاص به فإنه ف الضغط خالله "وذلك لضيق مساراته مقارنة بنوع الريشة". لضمان تشغيل الوحدة بسعة يسبب انخفاض ا ملحوظا ي تصميمية وكفاءة عالية للتخلص من الرذاذ يجب أن يكون نمط تدفق الغاز متجانس ا ي ف جميع أجزاء مستخلص الرذاذ. ر للتكيب ي ف الوع الجانن أسفل اء فإنه يمكن استخدام لوحات الحاجز عىل الجانب ي عندما تكون هناك قيود خاصة بالحجم عنرص شبكة األسالك كموزع لألبخرة. عندما تكون أوعية "فواصل" مسقطات المياه drums( )knockout مجهزة بمستخلصات الرذاذ من نوع الريشة أو الشبكات السلكية فإنه يمكن استخدام أي من التصميمات األربعة التالية: األوعية األفقية أو العمودية مع عنارص ريشة أو شبكية أفقية أو رأسية. التكوين الكالسي ي ك هو الوعاء العمودي ذو العنرص األفق. من أجل تحقيق تدفق متناسق من خالل مساحة مستخلص الرذاذ يجب اتباع بعض معايت التصميم )الشكل 41-9(. الشكل مستخلص رذاذ رأ ي س ي ف فاصل رأ ي س. تعتمد فعالية الشبكات السلكية إىل حدكبت عىل وجود الغاز ي ف نطاق الشعة المناسب "ارجع إىل المعادلة 8-9". إذا كانت الشعات مرتفعة للغاية فسوف يتم إعادة تعلق السائل بالغاز. إذاكانت الشعات منخفضة فالبخار سينجرف من خالل عنرص الشبكة بسهولة محمال بالقطرات ال ي ر ن لن تصطدم " ي ف الشعات البطيئة ستستطيع القطرات المناورة مع الغاز". عادة ما يتم تحديد الحد األدب للشعة بنسبة 31 من رسعة التصميم وال ي ر ن تحافظ عىل كفاءة معقولة. يخضع الحد األعىل للقيمة ال ي ر ن تمنع إعادة تعلق القطتات السائلة ال ي ر ن انفصلت وتجمعت بالشبكة السلكية. يمكن لشبكة سلكية بحجم مناسب إزالة 811 من القطرات السائلة ال ي ر ن يزيد قطرها عن 3 إىل 81 ميكرون. 86

87 انخفاض الضغط عت وحدة شبكة سلكية هو مزي ج من انخفاض الضغط "الجاف" بسبب تدفق الغاز فقط باإلضافة إىل انخفاض الضغط "الرطب" بسبب تجمع السائل. أفق. الشكل مستخلص رذاذ رأ ي س ي ف فاصل ي ر الشكل أبعاد لوضع مستخرج ضباب شبكة سلكية تمثل H الحد األدب للطول ويجب أن يكون Hm 8 قدم عىل األقل. 87

88 أداء الفصل -هناك جانبان رئيسيان ألداء فصل الشبكات السلكية وهما كفاءة إزالة قطرات قدرة استيعاب الغاز عادة ما تعط كفاءة إزالة القطر من قبل ال ر شكة المصنعة كمنحن يظهر إزالة كدالة لحجم القطتات عند قيمة تدفق التصميم وكمية السائل. تعتمد هذه المنحنيات عادة عىل اختبارات تجرى بالهواء المحمل بالماء عند الضغط الجوي. سعة الغاز الخاصة بالشبكات السلكية تحدد بواسطة عامل الحجم K ي ف معادلة سوديرس وبراون Brown( )Souders and- "معادلة 8-9 ": Vt = K [(ρl - ρg ) / ρl] 0.5 Eq. 2-1 كما يتم الحصول عىل مساحة مستخلص الرذاذ المطلوبة من معادلة 9-9. A = Qg / Vt Eq. 2-2 توفر قيمة التصميم K درجة معينة من السماحية قبل أن يصبح إعادة تعلق السائل أو ترحيل السائل مع الغاز زائدا وغت مقبول. عادة ما تكون الكفاءة والسعة ر متابطتان بشكل عك ي ىس أي مع زيادة كمية الغاز المسموح بمعالجتها كفاءة تقل إزالة القطتات والعكس. يورد الجدول 4-9 عامل قدرة K لمستخلصات الرذاذ الشبكية. إزالة من 81-3 ميكرون قطرات. كفاءة إزالة أعىل ي ف حالة لبادات أكت كثافة وأسمك و / أو قطر ألياف أصغر أو ر متابطة. كفاءة إزالة القطرة بشكل عام تتوافق السعات المنخفضة مع تصاميم الوسادة الشبكية مع أعىل كفاءة إزالة القطتات. سعة الغاز K, قدم/ث ft /s الجدول 3-9. أداء فصل وسادة الشبكة psig الضغط رطل/بوصة مربعة النسبة من قيمة التصميم % الضغط الجوي الجدول 4-9. تعديل عامل K حسب الضغط. ر يت اوح بي م. تعمل عبوات الشبكة السلكية بشكل فعال عىل مدى 31 و 881 من معدل الغاز التصمي ي عادة ما يتم تحديد سعة الغاز لشبكة سلكية من حيث "ثابت" K كما هو مذكور ي ف الجدول : الميكرو فاي رت "األلياف متناهية الصغر-الميكرونية" )Micro-Fiber( 88

89 تستخدم مستخلصات الرذاذ األلياف متناهية الصغر الذي يصل قطرها عادة إىل أقل من 1.19 مم وذلك اللتقاط قطتات صغتة جدا. يكون تدفق الغاز والسوائل أفقي ا ومتشابكا. نظر ا ألن وحدة األلياف الدقيقة يتم تصنيعها من ألياف مزدحمة بشكل كثيف فإن ترصيف السوائل )drainage( بواسطة الجاذبية داخل الوحدة يكون محدود ا. يتم دفع الكثت من السائل ي ف النهاية من خالل األلياف الدقيقة وترصيفه عند جهة الخروج من األلياف. يمكن أن تكون مساحة سطح مستخلص رذاذ باأللياف الدقيقة 3 إىل 851 مرة من وحدة شبكة سلكية بحجم متساوي. )الشكل 48-9(. الشكل مستخرج ضباب خفيف من األلياف الدقيقة. يلخص الجدول 5-9 العوامل الرئيسية ال ي ر ن يجب أخذها ي ف االعتبار عند اختيار مستخرج ضباب. العامل سلك شبكة Wire-Mesh نوع الريشة Vane األلياف المتناهية الصغر Micro-fiber التكلفة األقل 3-9 مرات تكلفة الشبكة األعىل السلكية 22.2 للقطرات األصغر من 3 ميكرون % 811 للقطرات األعىل من ميكرون الكفاءة %811 للقطرات األكت من 3-81 ميكرون انخفاض الضغط خالله أقل من 95 ملم مياه أقل من 85 ملم مياه ملم مياه سعة معالجة الغاز جيدة جدا مرتي أعىل من الشبكة األقل السلكية سعة كمية السائل جيدة األفضل Liquidاألقل capacity التعامل مع المواد الصلبة جيدة األفضل ال ر ن ي تذوب ي ف تيار الرذاذ فقط جدول 5-9 المعلمات الرئيسية ي ف اختيار مستخلص الرذاذ. : تكوينات أخرى Configurations( )Other تستخدم بعض الفواصل مستخلصات رذاذ بالطرد المركز حيث تعمل عىل فصل القطتات السائلة بقوة الطرد المركزي. يمكن أن تكون هذه الوحدات أكت كفاءة من شبكة األسالك أو دوارات الريش وأيضا األقل عرضة لالنسداد إال إنها ليست 89

90 معتادة ي ف عمليات اإلنتاج ألن كفاءة اإلزالة حساسة للتغتات الصغتة ي ف معدل تدفق الغاز باإلضافة إىل أنها تسبب فرق ضغط كبت نسبيا إلنشاء قوة الطرد المركزي. )راجع الشكل 49-9( أحيانا تستخدم التعبئة العشوائية الستخالص الرذاذ كما بالشكل حيث تعمل التعبئة كمكان لالصطدام والتجميع. الشكل فاصل عمودي مجهز مع مستخلص رذاذ الطرد المركزي. الشكل عبوات تجميع عشوائية packing( )random الستخالص الرذاذ : االختيار النها ي ب يتأثر اختيار نوع مستخلص الرذاذ بخصائص المائع ومتطلبات النظام والتكلفة. كما أن اختيار نوع من مستخلص الرذاذ ينطوي عىل تحليل نموذخ ي للتكلفة والعائد. 90

91 معالجة ر البتول والغاز ه األكت عرضة لالنسداد بالبارافينات هيدرات الغاز "ثلج ه األرخص لكنها ي تعتت منصات الشبكة السلكية ي الغاز" إلخ. مع مرور الزمن يف االستخدام تميل منصات الشبكة السلكية أيضا إىل التدهور وانفالت بعض األسالك إىل تيار الغاز وهذا قد يكون مدمرا للمعدات الواقعة بعده مثل الضواغط. وحدات الريشة أكت تكلفة ولكنها أقل عرضة لالنسداد والتلف من منصات الشبكة. جدا ولكنها عرضة لالنسداد. ه األغىل واألكت قدرة عىل التقاط قطتات صغتة وحدات األلياف الدقيقة ي :83-9 مكونات وأدوات التحكم يف فواصل الغاز والزيت عموما بأدوات التحكم والمكونات الداخلية التالية. فواصل الغاز - النفط مجهزة وحدة تحكم مستوى السائل ( )Liquid Level Controller يتم استخدام وحدة تحكم مستوى السائل ( )LLC للحفاظ عىل مستوى السائل داخل الوعاء عند ارتفاع ثابت. أوتوماتيك فه تتكون من عوامة موجودة عىل السطح الفاصل بي الغاز والسائل وترسل إشارة إىل صمام بعبارة بسيطة ي عىل مخرج النفط. تتسبب اإلشارة يف فتح الصمام أو غلقه مما يسمح بكمية صغتة أو قليلة من للسائل الموجود بالفاصل للخروج من خالله. ويستمر ارتفاع السائل يف الفاصل ثابتا. صمام التحكم يف الضغط ( )Pressure Control Valve األوتوماتيك الموجود عىل مخرج تيار الغاز. يتم ضبط الصمام بضغط صمام التحكم يف الضغط ( )PCV هو صمام الضغط تلقائيا مما يسمح بتدفق غاز أكت أو أقل من الفاصل للحفاظ عىل ضغط ثابت داخل محدد. سوف يتم فتحه أو إغالقه الفاصل. صمام ترصيف الضغط ( )Pressure Relief Valve صمام ترصيف الضغط ( )PRV هو جهاز أمان سيفتح تلقائيا لتنفيس جهاز الفصل إذا تجاوز الضغط داخل الفاصل الحد اآلمن للتشغيل حسب التصميم. صمامات اإلغالق ( )Shut down valves العاىل يتم عادة تركيب صمامات اإلغالق يف مدخل الفاصل لحماية الوعاء عن طريق منع التدفق الوارد يف حالة الضغط للوعاء أو ارتفاع مستوى السائل عن حدود التشغيل القصوى. كما يتم تثبيته يف خطوط المخرج لمنع تدفق محتوى الفاصل ف حالة انخفاض مستوى السائل ر جدا. حن ال يؤدي لخروج الغاز مع خطوط السائل أو يف حالة الضغط المنخفض :84-9 مشاكل التشغيل المحتملة : الخام الرغوي ( )Foamy Crude ثاب وجود شوائب أخرى غت الماء يف الزيت الخام هو السبب الن تسبب دائما الرغوة هو ي الرئيىس للرغوة. أحد الشوائب ي الن ال تتوافق مع سوائل حفرة البت أكسيد الكربون. يف بعض األحيان قد تتسبب سوائل صيانة األبار( )workover fluids ي 91 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

92 fluids( )wellbore ي ف تكوين رغوة. ال تمثل الرغوة أي مشكلة داخل جهاز الفصل إذاكان التصميم الداخ ي ىل يضمن وقت اكافي ا أو سطح اكافي ا للتالمس وااللتحام ح ر ن تنكش الرغوة. حدوث الرغوة ي ف وعاء فصل يسبب مشاكل تشغيل كما ي ي ىل: 8. سوف تحتل الرغوة مساحة كبتة ي ف الفاصل ال ي ر ن ي ه ي ف األصل مخصصة لعملية الفصل. لذلك سيتم تقليل كفاءة الفاصل ما لم يكن الفاصل كبت ا )مصمما بسعة أكت من ظروف التشغيل(. 9. الرغوة ال ي ر ن لهاكثافة بي السائل والغاز ستعطل تشغيل وحدة التحكم بالمستوى. 3. نتيجة عدم التحكم ي ف مستوى الرغوة سيصبح من المستحيل إزالة الغاز المنفصل أو الخام من الوعاء دون هروب بعض المواد الرغوية من منافذ السوائل أو الغاز. يمكن تحديد ميول تكوين الرغوة tendency( )foaming ي ف أي نفط باالختبارات المعملية مثل اختبار )892 )ASTM D والذي ينطوي عىل ضخ فقاعات من الهواء من خالل النفط. بدال من ذلك قد يتم تشبيع النفط بالغاز المصاحب له ثم يتم السماح له بالتمدد عند ضغط أقل ي ف حاوية "اسطوانة" غاز. هذا االختبار البديل أكت دقة ألنه يحا ي ك نموذج عملية الفصل الفعلية. كل من هذه االختبارات ي ه اختبارات نوعية )qualitative( وليست كمية فال توجد طريقة قياسية لقياس كمية الرغوة المنتجة أو صعوبة كشها. بالرغم من أنه ال يمكن التنبؤ بالرغوة ي ف وقت مبكر بدون إجراء الفحوصات المختية إال أنه يمكن توقع وجود رغوة ي ف حالة وجود ثا ي ب أكسيد الكربون بكميات صغتة ) 9-8(. وتجدر اإلشارة إىل أن كمية الرغوة تعتمد عىل انخفاض الضغط الذي يتعرض له السائل الداخل باإلضافة إىل خصائص السائل عند ظروف الفصل. مقارنة قابلية تكوين الرغوة ي ف نفط معروف مع مثيلتها ي ف نفط جديد ال نعرف معلومات تشغيلية عنه يوفر فهما لمشكلة الرغوة النسبية ال ي ر ن يمكن توقعها مع النفط الجديد زيادة درجة الحرارة ال ي ر ن يتم فيها فصل النفط الرغوي له تأثتان عىل الرغوة. التأثت األول هو أن زيادة درجة الحرارة ستقلل من لزوجة الزيت مما يجعل من السهل عىل الغاز أن يهرب من النفط. التأثت الثا ي ب هو تغيت توازن الغاز والنفط فزيادة درجة الحرارة سوف تزيد من كمية الغاز ال ي ر ن تخرج من الحالة السائلة من النفط. من الصعب جدا التنبؤ بتأثتات درجة الحرارة عىل اتجاهات الرغوة ي ف الزيت. ومع ذلك فقد تم إجراء بعض المالحظات العامة. بالنسبة لخام ثقيل "منخفض " API نسبة غاز إىل الخام GOR( )Low منخفضة فوجد أن زيادة درجة حرارة التشغيل تقلل من حدوث رغوة النفط. وبالمثل بالنسبة للنفط الخام الخفيف "عا ي ىل "API مع نسبة غاز إىل النفط عالية GOR( )High فإن زيادة درجة حرارة التشغيل تقلل حدوث رغوة للنفط. ومع ذلك فإن زيادة درجة حرارة التشغيل لخام خفيف "عا ي ىل "API مع نسبة غاز للنفط منخفضة GOR( )Low قد يزيد من حدوث الرغوة. فعادة ما يكون النفط ي ف الفئة األختة غ ي ن بالمركبات الوسط وال ي ر ن لها ميل إىل التحول للحالة الغازية كلما زادت درجة الحرارة فلذلك فإنه بزيادة درجة ر يتايد تصاعد الغاز والذي بدوره يزيد من حدوث الرغوة. حرارة التشغيل غالبا ما تؤدي المواد الكيميائية المثبطة للرغوة depressant( )foam وظيفة جيدة ي ف زيادة سعة فاصل معي. ومع ذلك عند تصميم الفاصل لمعالجة نفط معي ال ينب ي ع ر افتاض استخدام مثبط فعال ألن خصائص الخام والرغوة قد تتغت خالل حياة الحقل. أيضا قد تكون تكلفة مثبطات الرغوة لإلنتاج عا ي ىل المعدل باهظة. لذلك يجب توفت قدرة كافية ي ف الفاصل لمعالجة اإلنتاج المتوقع دون استخدام مثبط رغوة : التافينات يمكن أن ينخفض أداء أو كفاءة الفاصل بشكل سلن ي بت ر اكم البارافي. ألواح االلتحام "التجميع" ( )Coalescing plates ي ف القسم السائل ومستخلصات الرذاذ الشبكية ي ف قسم الغاز معرضون بشكل خاص لالنسداد عن طريق تراكم البارافي. عندما يتم تحديد أن البارافي هو مشكلة فعلية أو محتملة ينب ي ع النظر ي ف استخدام مستخلصات رذاذ من نوع الريش "مع مسافات 92

93 واسعة بي األلواح" أو من نوع الطرد المركزي. يجب توفت مداخل التنظيف للوعاء )Manways( وفوهات تنظيف بالبخار أو بالمذيبات. كما يجب دائم ا إبقاء درجة الحرارة السائلة أعىل من نقطة سحابة point( )cloud النفط الخام : الرمال كمه ي ف الجزء السف ي مزعج ا جدا ي ف الفواصل نظرا ر لتا ىل من الفاصل وإعطاب أجزاء الصمامات الداخلية يمكن أن يكون الرمل trim( ( cutout of valve وسدد األجزاء الداخلية الفاصلة. يمكن إزالة تراكم الرمل عن طريق حقن الماء أو البخار دوري ا ي ف قاع يوضح نظام غسيل ورصف للرمل يتم تركيبه ي معلقا ف المياه أثناء الترصيف. الشكل 91-9 ف الوعاء وذلك لجعل الرمل ي أفق مزود برشاشات رملية وحوض صغت مقلوب. فاصل ي ر ي ف بعض األحيان يتم تركيب فاصل رأ ي س بقعر مخرو ي ط. سيتم استخدام هذا التصميم إذاكان من المتوقع أن يكون إنتاج األفق. ر ر تت اوح بي الرمال مشكلة كبتة. ويكون المخروط عادة ي ف زاوية 45 و 11 درجة عىل المستوى ي إذا تم تركيب مخروط يمكن أن يكون جزء ا من جدران الوعاء الذي يعمل تحت ضغط )راجع الشكل 44-9( أو يمكن تثبيته داخل أسطوانة الوعاء )راجع الشكل 45-9(. ي ف هذه الحالة يجب تركيب خط توازن الغاز لضمان أن البخار الموجود خلف المخروط يكون دائم ا ي ف حالة توازن ي ف الضغط مع الغاز ي ف الجزء العلوي من الوعاء. يعد انسداد األجزاء الداخلية مشكلة يجب وضعها ي ف االعتبار عند تصميم الفاصل فالتصميم الذي يوفر أفضل آلية لفصل مراحل الغاز والزيت والمياه من الرص وري أيضا أن يوفر مناطق ر لتاكم الرمال. التوازن العم ي ىل لهذه العوامل هو الحل األفضل. الشكل فاصل رأ ي س يحتوي عىل قاع مخرو ي ط وفاصل رأ ي س مزود بقعر مخروط داخ ي ىل وخط التعادل : خروج السائل مع الغاز "هروب أو ترحيل السائل" carryover( )liquid يحدث ترحيل للسائل عندما تفركمية من السائل الحر مع الغاز من مخرج الغاز ربما يحدث ذلك بسبب مستوى عال من السوائل ي ف الوعاء أو تلف ي ف المكونات الداخلية للوعاء أو وجود الرغوة أو التصميم غت المناسب أو انسداد منافذ خروج 93

94 معالجة ر البتول والغاز السائل أو معدل تدفق يتجاوز معدل تصميم الوعاء. يمكن عادة منع ترحيل السائل عن طريق تركيب مستشعر أمان الطبيع العاىل ( )LSH يغلق التدفق الداخل إىل الفاصل عندما يتجاوز مستوى السائل مستوى السائل األقىص للمستوى بنسبة معينة عادة : خروج الغاز مع السائل "نفث الغاز" Gas Blowby خروج الغاز مع السائل من مخرج السائل ربما يكون بسب انخفاض مستوى السائل أو تكوين دوامة فوق مخرج السائل أو فشل التحكم يف المستوى. هذا يمكن أن يؤدي إىل وضع خطت للغاية. إذا كان هناك فشل يف التحكم يف مستوى السائل وصمام تفري غ السائل مفتوحا فإن الغاز الذي يدخل إىل الوعاء سيخرج من منفذ خروج السائل وسيتعي التعامل مع الغاز التاىل فإن لم يكن الوعاء يف الوعاء التاىل مصمما لمعالجة الغاز فيمكن أن يتسبب الغاز الداخل إليه مع السائل ( Gas )Blowby يف أن يزداد ضغطه إىل ما فوق مستوى ضغط التشغيل. يمكن عادة منع هروب الغاز مع السائل عن طريق تركيب مستشعر أمان للمستوى المنخفض ( )LSL يغلق التدفق الداخل للوعاء أو الخارج منه أو كالهما عندما ينخفض التاىل بمستشعر مستوى السائل إىل تحت مستوى التشغيل األدب. باإلضافة إىل ذلك يجب تزويد مكونات الوعاء العاىل ( )PSH وصمام أمان الضغط ( )PSV لمواجهة حالة هروب الغاز إليه. أمان للضغط : دفعات السائل ( )Liquid Slugs الن تنقل مخلوطا من الغاز والسوائل إىل تراكم السوائل يف النقاط المنخفضة يف تميل خطوط التدفق وخطوط األنابيب ي الخطوط. عندما يرتفع مستوى السائل يف هذه البقع المنخفضة بدرجة كافية لمنع تدفق الغاز فإن الغاز سيدفع السائل عىل طول الخط عىل هيئة كتلة كبتة "دفعة". اعتمادا عىل معدالت التدفق وخصائص التدفق وطول وقطر خط التدفق وتغت االرتفاع قد تحتوي هذه الدفعات غت المنتظمة عىل كميات كبتة من السائل. الن قد تحدث فيها الدفعات السائلة قبل تصميم الفاصل. يجب إبعاد مستوى ارتفاع السائل يف يجب تحديد المواقف ي يكق الستيعاب حجم دفعة السائل المرتقبة من وقت التشغيل العادي عن مستوى اإلغالق للمستوى العاىل يف الوعاء بما ي العاىل من السائل. لألخر. إذا لم يتم توفت كمية كافية من الوعاء فإن دفعات السائل ستقوم بتشغيل جهاز اإلغالق للمستوى عندما يتوقع ظهور دفعات السائل يجب حساب حجم دفعات المياه المتوقعة ثم تصميم الفاصل باستخدام بيانات الطبيع ثم جعل الفرق بي ارتفاع وضع السائل يف التشغيل معدل التدفق المعتاد ليعمل عىل ارتفاع مستوى السائل ي العاىل كافيا الستيعاب دفعة السائل (.)liquid slugs يجب بعد ذلك الطبيع يف الفاصل وبي موقع نقطة مستوى التشغيل فحص حجم الفاصل لضمان توفت سعة غاز كافية ر العاىل. هذا الفحص لسعة المستوى نقطة ف السائل يكون عندما حن الغاز مهم بشكل خاص للفواصل األفقية ألنه مع ارتفاع مستوى السائل تنخفض سعة الغاز أما بالنسبة للفواصل الرأسية كاف الستيعاب حجم دفعة السائل يف الوعاء. فإن تصميمه أسهل حيث يمكن إضافة ارتفاع يف كثت من األحيان يكون الحجم المحتمل لدفعة السائل كبتا إىل درجة أنه من المفيد تثبيت أنبوب كبت قبل الفاصل. هذه األنابيب تعمل عادة فارغة من السائل ولكن تمتىل بالسائل عند استقبال دفعة السائل وهذا هو النوع األكت شيوعا من تخطيط الن تنقل طورين "غاز وسائل". الشكل 84-9 عبارة عن رسم متلق الدفعات المستخدم لمجمعات االنابيب ي لمتلق الدفعات (.)slug catcher :85-9 الفصل عىل درجات "مراحل" ( )Stage Separation 94 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

95 معالجة ر البتول والغاز األوىل ( )Initial Separation Pressure : ضغط الفصل بسبب الطبيعة المتعددة لمكونات السائل المنتج "خام ر األوىل البتول" فإنه كلما زاد الضغط الذي يحدث عنده الفصل الن تتبخر يف صهري ج كلما حصلنا عىل مزيد من السائل يف الفاصل. ولكن هذا السائل يحتوي عىل بعض المركبات الخفيفة ي فستبق مركبات خفيفة كثتة جدا يف الطور السائل مرتفعا جدا األوىل التخزين بعد أن رتتك الفاصل. فإذا كان ضغط الفصل عند الفاصل وتضيع إىل الطور الغازي يف الخزان. أما إذا كان ضغط الفاصل منخفضا للغاية فلن يتم تثبيت العديد من والن يمكن حسابها باستخدام المركبات الخفيفة يف السائل بالفاصل وسيتم فقدها إىل الطور الغازي. هذه الظاهرة ي الن تمت مناقشتها يف الفصل السابق تظهر يف األشكال 45-9 و.41-9 حسابات الفصل الفجاب ( )Flash calculations ي الشكل.45-9 فصل عىل مرحلة واحدة. العلم لهذه الظاهرة هو : يعتمد ميل أي مركب يف المخلوط إىل التبخر "التحول من الحالة السائلة إىل الحالة التفست الجزب ألحد المركبات يف األوعية عىل أنه عدد جزيئات الجزب (.)partial pressure يتم تعريف الضغط الغازية" عىل ضغطه الن فوق ذلك المركب يف مساحة البخار مقسوما عىل العدد اإلجماىل للجزيئات من جميع المركبات يف مساحة البخار ي والن تسبب الضغط يف الوعاء. المعادلة :)3-9(. السائل ي Eq. 2-3 PPN =P MolesN / MolesN حيث : الجزب للمركب " "N = الضغط PPN = MolesN عدد موالت المكون " "N إجماىل عدد الموالت لكل المكونات = Ʃ MolesN = الضغط يف الوعاء رطل لكل بوصة مربعة مطلق )psia(, P وبالتاىل إذا كان الضغط ف الوعاء نسبيا وستتجه جزيئات ذلك المكون نحو مرتفعا الجزب للعنرص عاليا فسيكون الضغط الطور السائل. وينظر هذا من خالل السطر العلوي يف الشكل إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

96 مع زيادة ضغط الفاصل يزيد معدل تدفق السائل من الفاصل وتتمثل المشكلة ي ف ذلك ي ف أن العديد من هذه الجزيئات ي ه للهيدروكربونات األخف )الميثان واإليثان والتوبان( وال ي ر ن لديها ميل قوي للتحول إىل حالة الغاز ي ف ظروف صهاري ج التخزين )الضغط الجوي(. ي ف صهري ج التخزين يؤدي وجود هذه األعداد الكبتة من الجزيئات الخفيفة إىل خلق ضغط جز ي ب منخفض للهيدروكربونات المتوسطة )البيوتان البنتان والهيبتان( "وذلك لمشاركة المركبات الخفيفة المركبات المتوسطة ي ف حت البخار بالصهري ج مما سيؤدي لخفض الضغط الجز ي ب للمركبات المتوسطة وبالتا ي ىل زيادة بخرها, أما إن كانت المركبات الخفيفة غت موجودة فلن تشغل جزءا من حت البخار بالصهري ج مما سيؤدي لزيادة الضغط الجز ي ب للمركبات المتوسطة وبالتا ي ىل انخفاض تبخرها". وهكذا بمحاولة الحفاظ عىل الجزيئات األخف ي ف الفاصل وارسالها إىل صهري ج التخزين نفقد الكثت من المركبات المتوسطة ال ي ر ن ستتحول إىل أبخرة. هذا هو السبب وراء وجود بعض النقاط المثىل لضغط الفصل ألنه سيحدث انخفاض ي ف سوائل الخزان من خالل زيادة ضغط التشغيل الفاصل. الشكل تأثت ضغط الفاصل عىل استعادة السائل. 96

97 2-15-2: الفصل عىل درجات "مراحل" Separation( )Stage الشكل 45-9 يوضح عملية فصل بسيطة ذات مرحلة واحدة. أي أنه يتم فصل السوائل ي ف فاصل أو ي ىل ثم يحدث بخر لبعض السوائل الخارجة من ذلك الفاصل مرة أخرى ي ف خزان المخزون. تقليديا ال يعتت خزان المخزون عادة مرحلة منفصلة من مراحل الفصل عىل الرغم من حدوث فصل به. يوضح الشكل 47-9 عملية فصل عىل ثال ي ب مراحل. يتعرض السائل للبخر أوال عند ضغط مبد ي ب ثم يتعرض للبخر مرة ثانية عند ضغط أقل ثم يتعرض للبخر مرة ثالثة عند ضغط أقل قبل دخول الخزان. نظر ا للطبيعة المتعددة المكونات للسائل المنتج الذي يمكن إظهاره من خالل حسابات الفصل الفجا ي ب "الفالش" فإنه كلما زادت مراحل الفصل بعد الفصل المبد ي ب كلما زاد تثبيت المزيد من المركبات الخقيقة ي ف المرحلة السائلة. ويمكن فهم ذلك من خالل إدراك أنه ي ف عملية فصل المراحل تتم إزالة جزيئات الهيدروكربون الخفيفة ال ي ر ن تتحول للحالة الغازية عند ضغط مرتفع نسبي ا مما يحافظ عىل انخفاض الضغط الجز ي ب للهيدروكربونات المتوسطة ي ف كل مرحلة. كلما ازداد عدد مراحل الفصل فإنه تتم إزالة الجزيئات األخف بمجرد تشكيلها وتحدث زيادة للضغط الجز ي ب للمكونات المتوسطة ي ف كل مرحلة فيقل بخرها وتتثبت. أيضا يؤدي الفصل عىل مراحل إىل خفض مقدار القدرة المطلوب للضواغط "قوة الحصان" حيث يتم التقاط بعض الغاز ي ف ضغط أعىل مماكان سيحدث لوكان الفصل عىل مرحلة واحدة. ويتجىل ذلك ي ف المثال الوارد ي ف الجدول 1-9. الشكل الفصل عىل مراحل )بالتدري ج( الحالة ضغط مراحل الفصل psia( ) إنتاج السائل برميل/يوم bopd( ) القدرة حصان : :515: :515:190:65 3 الجدول تأثت مراحل وضغط الفصل عىل كمية السائل وقدرة الضاغط المطلوبة 97

98 3-15-2: اختيار عدد المراحل كما هو مبي ي ف الشكل 41-9 فإنه مع إضافة المزيد من المراحل فإن هناك نسبة ر استجاع سائل أقل وأقل )يزداد ر استجاع السائل ولكن بنسب أقل عن سابقتها". لذلك فإنه إلضافة أي مرحلة وال ي ر ن تشمل تكلفة الفواصل اإلضافية والمواست وأجهزة التحكم والفضاء وتعقيدات الضاغط وغتها يجب أن تكون هناك جدوى تستحق وتتير جيد. لذلك فإن لكل منشأة عدد مثا ي ىل من المراحل. ي ف معظم الحاالت من الصعب تحديد العدد األمثل للمراحل حينما تكون ضغوط األبار مختلفة وقد تتغت الضغوط مع مرور الوقت. الجدول 7-9 عبارة عن دليل ي تقرين لعدد المراحل ي ف الفصل باستثناء خزان المخزون وال ي ر ن تشت الختة الميدانية إىل أنها قريبة إىل حد ما. الجدول 7-9 يستخدم كدليل ويجب أال يحل محل الحسابات والدراسات الهندسية والحكم الهند ي س. الضغط المبد ي ب الفاصل رطل /بوصة مربعة )PSIG( عدد المراحل )ال يشمل صهري ج التخزين( جدول 7-9. الضغط وعدد مراحل الفصل الشكل 41-9 ر.استداد السائل اإلضا ي ف مقابل عدد مراحل الفصل : الحقول ال ر ن ي بها ضغوط أنابيب اإلنتاج مختلفة. ر كت األنبوب المتدفق المناقشة السابقة كان الت فيها عىل حالة تنتج فيها جميع اآلبار ي ف حقل ما بنفس قيمة الضغط ي ويستخدم فصل المراحل لتعظيم اإلنتاج السائل وتقليل قدرة الضاغط. ي ف كثت من األحيان يتم استخدام الفصل عل مراحل ألن اآلبار المختلفة المنتجة لها ضغط أنابيب تدفق مختلف. قد يكون ذلك بسبب انتاجها من خزانات ر بتولية مختلفة أو تنتج من نفس الخزان ولكن لديها معدالت مختلفة إلنتاج الغاز والسائل. باستخدام مجمعات ألنابيب اإلنتاج ر بتتيب متعدد حسب قيمة الضغط "ثالثة عىل األكت", وعدد من الفواصل األولية, كل يعمل عىل ضغط مختلف )عال- متوسط- منخفض( فإننا ال نحصل فقط عىل فائدة الفصل عىل مراحل للسوائل عالية 98

99 معالجة ر البتول والغاز العاىل بالتدفق الضغط فحسب بل أيضا يتم الحفاظ عىل طاقة المكمن (,)reservoir ويمكن أن تستمر اآلبار ذات الضغط عند ضغط مبيعات الغاز, حيث يتم فصل الغاز من الفاصل الذي يعمل عىل الضغط العال ودفع الغاز ر مبارسة لخط البيع السفىل إىل أي نظام أقل ضغطا (. راجع الشكل.42-9 بدون استخدام أي ضاغط بينما يمكن أن تتدفق اآلبار ذات الضغط الغاز الخارج من الفاصل األول يكون عىل ضغط 8911 رطل / بوصة وال يحتاج ضواغط ويمكن توجيهه إىل أنبوب بيع الغاز مبارسة أو بعد معالجة بسيطة بدون استخدام ضواغط) : تحديد ضغط تشغيل الفاصل اختيار ضغوط التشغيل للفواصل يف نظام الفصل عىل مراحل هو اختيار يخضع للعديد من العوامل. فبالنسبة للمرافق الن تقل حمولتها عن 51 ألف برميل يف الكبتة يجب دراسة العديد من الخيارات قبل االختيار النهاب. أما بالنسبة للمرافق ي اليوم فإنه توجد قيود عملية تساعد يف الحد من الخيارات. سيكون الحد األدب من الضغط لمرحلة الضغط األدب يف نطاق 95 إىل 51 رطل لكل بوصة مربعة. وهناك حاجة إىل هذا الضغط للسماح بضخ النفط إىل صهري ج التخزين أو األوعية التالية وترصيف المياه إىل نظام معالجة المياه. كلما زاد ضغط التشغيل كلما قل حجم وضغط الضاغط المطلوب لضغط الغاز المنفصل إىل المبيعات "قدرة الضاغط تتأثر بالفرق بي الضغط الداخل إليه والضغط الخارج منه". فزيادة ضغط التشغيل من 51 إىل 911 رطل / بوصة مربعة سوف يؤدي إىل خفض قدرة الضاغط المطلوب ( )compression horsepower لضغط الغاز بنسبة. 33 ومع ذلك قد يؤدي ذلك أيضا إىل خلق عىل اآلبار ( )backpressure وتقييد تدفقها والسماح بتهوية المزيد من الغاز إىل الغالف الجوي من إضافة ضغط صهري ج التخزين "راجع." عادة يكون ضغط التشغيل فيما بي 51 و 811 رطل لكل بوصة مربعة هو الضغط األمثل. كما ذكرنا من قبل فإن ضغط التشغيل من فاصل الضغط األعىل ال يجب أن يكون أعىل من ضغط غاز البيع. يمكن أن يحدث استثناء محتمل لهذا حينما يكون إنتاج الخام يعتمد عىل الرفع بالغاز ( )Gas left ويكون ضغط رفع الغاز أعىل من ضغط غاز البيع. عند اختيار ضغوط التشغيل للمراحل المتوسطة من المفيد تذكر أن الغاز من هذه المراحل يجب أن يتم ضغطه, وعادة يتم ضخه يف مرحلة متوسطة من (الثانية أو الثالثة) من ضاغط متعدد المراحل. ألسباب عملية يجب اختيار ضغوط تشغيل الفواصل ر متابطا مع ضغوط مراحل الضاغط, بحيث يكون أعىل قليال من ضغط مرحلة من المراحل الوسط للضاغط, فيكون هناك إمكانية لتوجيه الغاز الخارج من الفاصل إىل المرحلة الثانية أو الثالثة من الفاصل كما هو موضح بالشكل.42-9 الشكل.42-9 مراحل الضاغط ونقط الدخول للغاز الخارج من الفاصل متعدد المراحل. يمكن اشتقاق تقريب لضغوط تشغيل الفاصل المتوسط من المعادلة 99 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

100 R = (P d /P s ) 1/n Eq. 2-4 حيث = R نسبة الضغط لكل مرحلة psia ضغط الغاز الخارج = Pd psia ضغط "الغاز الداخل" الشفط = ps = n عدد المراحل. من أجل تقليل درجات الحرارة بي المراحل تكون النسبة القصوى لالنضغاط لكل مرحلة عادة ي ف حدود 3.1 إىل 4.1. وهذا يع ي ن أن معظم مرافق اإلنتاج سيكون بها ضواغط ذات مرحلتي أو ثالث مراحل. يسمح الضاغط ذو المرحلتي فقط بدخول الغاز من اختيار واحد "بي المرحلتي " بينما الضاغط ذو الثالث مراحل يسمح للغاز الخارج من الفاصل "المتوسط أو األخت حسب ضغوط التشغيل وضغوط الفواصل" بالدخول باختيارين "إىل خط الداخل إىل المرحلة الثانية أو إىل المرحلة الثالثة" كما ي ف الشكل : فواصل ثنائية الطور مقابل فواصل ثالثية الطور ي ف المثال السابق تكون فواصل المرحلتي العالية والمتوسطة ثنائية الطور ي ف حي أن فاصل الضغط المنخفض يكون ثال ي ب الطور. وهذا ما يسم "بمسقط المياه" )FWKO( ألنه مصمم لفصل المياه الحرة من الزيت والمستحلب وكذلك الغاز المنفصل عن السائل. يعتمد االختيار عىل الخصائص المتدفقة المتوقعة للبار فإذا كان من المتوقع وجود كميات كبتة من المياه مع اآلبار ذات الضغط العا ي ىل فمن الممكن أن يقل حجم الفواصل األخرى إذا كان فاصل الضغط العا ي ىل ثالث مراحل. 81-9: أساسيات حسابات الفواصل : سعة معالجة السوائل وزمن مكوث السائل للتأكد من وصول السائل والغاز إىل التوازن عند ضغط الفاصل يلزم وجود سعة بالفاصل لتخزين السائل لوقت محدد. يتم تعريف هذا الوقت عىل أنه "زمن المكوث" أو "وقت اإلقامة" أو متوسط الوقت الذي يتم فيه االحتفاظ بجزيء من السائل ر بافتاض ثبات معدل التدفق. وبالتا ي ىل فإن زمن المكوث ف الوعاء مقسوما هو الحجم المخصص لتخزين السائل ي ي ف الوعاء عىل معدل تدفق السائل. يعتمد معيار التصميم الخاص بسعة الفاصل الالزمة لمعالجة السائل ي ف الفصل ثنا ي ب الطور عادة عىل: 8. متطلبات إزالة الغازات من السائل. 9. متطلبات التحكم ي ف وحدات المعالجة / استقرار معدات المعالجة. بشكل عام سوف تم ي ىل واحدة أو أخرى من هذه العوامل. عادة ما يتم تحديد سعة السائل المطلوبة ي ف الوعاء عن طريق حساب زمن المكوث الالزم للمعالجة وال ي ر ن يجب أن ر تتجم إىل متطلبات تصميم الوعاء من حيث القطر والطول أو االرتفاع. يحدد زمن المكوث حجم الفاصل المطلوب للسائل كما هو موضح ي ف المعادل 5-9: V = (W (t)) / 1440 Eq. 2-5 حيث.bbl / day سعة معالجة السوائل برميل/يوم, = W = V الحجم المتاح الستقرار السائل برميل, ( bbl التميل = قدم مكعب( 100

101 = t زمن المكوث "البقاء" دقائق ر فتات االحتفاظ بي 31 ف حالة الخام الرغوي قد ثانية وثالث دقائق كافية. ولكن ي بالنسبة لمعظم التطبيقات وجد أن تكون هناك حاجة إىل ر فتات احتفاظ " زمن مكوث" تصل إىل أربعة أضعاف هذا الوقت. ي ف غياب البيانات المختية يمكن استخدام المبادئ اإلرشادية الواردة ي ف الجدول 1-9. مدة االحتفاظ بالسوائل ي ف الفاصل - دقيقة قيمة API > 8 إىل إىل الجدول J API وقت االحتفاظ السائل لفواصل زيت الغاز. تستند القيم الواردة ي ف الجدول 1-9 إىل متطلبات خروج الغازات من السائل. من الناحية العملية ربما تكون متطلبات ثبات وتحكم عملية المعالجة ومتطلبات التفري غ أكت من متطلبات زمن المكوث الواردة ي ف الجدول 1-9. زمن مكوث السائل ينطوي عىل حسابات الزمن الالزم لفصل فقاعات الغاز من الطور السائل وال ي ر ن يمكن وصفها بواسطة معادلة ر التسيب بالجاذبية. وقد تم ر اقتاح حجم فقاعة غاز ر يت اوح بي 851 و 911 ميكرون بواسطة عدة مصادر من اجل حساب زمن المكوث المطلوب للسائل وفق ا لنظرية ر التسيب بالجاذبية. أفق قطره 9 قدم وطوله 5 قدم. معدل تدفق السائل الداخل مثال 1-2: أحسب زمن المكوث time( ) retention لفاصل ي ر له )المغذي للفاصل( 9111 برميل/ يوم ويشغل السائل عند التشغيل %51 من حجم الفاصل. الحل: معدل التدفق = W = 9111 برميل /يوم )bbl/day( الحجم المخصص للسائل "V" (π D 2 L )/(4 x 2) = )%51( (3.14 x 4 x5) /8 = V 7.85 ft 3 = 7.85 x bbl = = bbl 1.4 برميل من المعادلة = 2000 (t) 1440 = 1 دقيقة. زمن المكوث t مثال 2-2: أحسب زمن المكوث لفاصل رأ ي س قطره 9 قدم وارتفاعه 1 قدم. معدل تدفق السائل به 8111 برميل / يوم ومستوى السائل عند التشغيل %31 من ارتفاعه. الحل: معدل التدفق = W = 8111 برميل /يوم )bbl/day( الحجم المخصص للسائل "V" (30 π D 2 L)/(4 x 100) = )%31( (30 x 3.14 x 4 x6) /400 = V 5.65 ft 3 = 5.65 x bbl = = bbl 1.0 برميل 101

102 معالجة ر البتول والغاز )𝑡( 1000 من المعادلة = 1.0 زمن المكوث 1.4 = t دقيقة. : زمن المكوث للغاز يجب أن يحتوي الفاصل عىل مساحة مناسبة لتدفق "انتقال" الغاز يك ينتقل من بداية الفاصل إىل نهايته يف زمن أكت من الزمن الالزم لسقوط رذاذ السائل المعلق به إىل منطقة تجميع السائل يف أرضية الفاصل. زمن المكوث للغاز ممكن حسابه من المعادلة التالية : (زمن المكوث للغاز), ثانية = Eq. 2-6 ) (t) sec = (V/Q حيث = V حجم الجزء المخصص للغاز من الوعاء أو الفاصل, قدم مكعب, 3 معدل تدفق الغاز يف ظروف التشغيل. قدم مكعب / ثانية ft /s, = Q ft3 : رسعة الغاز قدم / ث )ft/s(. رسعة الغاز " " Vg تحسب بقسمة معدل تدفق الغاز قدم مكعب / ثانية ( )ft3/s عند ظروف التشغيل عىل المساحة المتاحة 2 يىل : النتقال الغاز(,)ft كما ي Vg = (Q) ft3/s /(A) ft2 = ft/s Eq. 2-7 أفق قطره 9 قدم وطوله 5 قدم. أحسب زمن المكوث للغاز ورسعة الغاز يف حالة أن : تدفق الغاز بمعدل مثال :3-9 فاصل ي 1 مليون قدم مكعب قياس ف اليوم ( )MMscfd ويعمل عند ضغط ( )300 psia ودرجة حرارة (,)800F ر افتض معامل ي ي االنضغاط ( )0.95 وأن مستوى السائل يف الفاصل. %51 الحل : 3 كما يف المثال,8-9 حجم الوعاء المخصص للغاز ( %51 من الوعاء) 7.85 = V قدم مكعب ( )ft المساحة المتاحة لتدفق الغاز = ) 1.57 =(𝜋 D2 ) * 50 /(4*100 قدم مرب ع ( )ft2 األفق فإن المساحة المتاحة لتدفق "حركة" الغاز ه % 51 من مساحة الوعاء وذلك ر ( يف حالة الفاصل بافتاض أن الوعاء أس فإن الغاز يتدفق يف مساحة تعادل %811 من ممتىل % 51 بالسائل, بينما يف حالة تدفق الغاز داخل الفاصل الر ي المساحة المتاحة فوق مستوى السائل) 0 درجة الحرارة, رانكي = 540 = رانكي ( ) R الضغط = 300 رطل / بوصة مربعة ( )psia معامل االنضغاط 0.95 = Z قياس يف اليوم MMscfd معدل التدفق = 8 مليون قدم 3 وبتذكر أن ( )10.73 = R و ( ) )ft /379.5 ( = n باستخدام المعادلة PV=nzRT, معدل تدفق الغاز عند ظروف التشغيل = ) (8 x 10 x 0.95 x x 540)/ (300 x = قدم كعب يف اليوم ( )ft3/day = 4.48 قدم مكعب / ث ( )4.48 ft3/s 102 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

103 زمن المكوث للغاز )t( = حجم الغرفة المخصصة للغاز \ معدل تدفق الغاز = )7.85/4.48( = 1.47 ثانية رسعة الغاز = 4.48/1.57 = 2.9 قدم/ث )ft/s( ملحوظة: ي ف المثال السابق ر افتضنا أن الطول المؤثر يكاف الطول من اللحام إىل اللحام "من المماس إىل المماس" ( to seam األفق. )seam length بينما الطول المؤثر ربما يكون أقل منه ألن نقطة خروج الغاز ليست بالرص ورة ي ف نهاية الفاصل ي ر مثال 4-9: فاصل رأ ي س قطره 9 قدم وارتفاعه 1 قدم. ومستوى السائل عند التشغيل %31 من ارتفاعه. أحسب زمن المكوث للغاز ورسعة الغاز ي ف حالة أن: تدفق الغاز بمعدل 1 مليون قدم مكعب قيا ي س ي ف اليوم,)MMscfd( ويعمل الفاصل عند ضغط psia( 300( ودرجة حرارة )F ) 80 0, ر افتض معامل االنضغاط )0.95( الحل: الحجم المخصص لتدفق الغاز هو 71 من الوعاء = 4( /) h) (π D 2 V = 3.14 x 4 x6 x 70 / (4 x 100) = 13.2 ft 3 المساحة المتاحة لتدفق الغاز = = 2 (π D 2 ) / 4 = 3.14 ft األفق ) )يتم تدفق الغاز من خالل القطر الكامل ي ف حالة الفاصل الرأ ي س بينما يتدفق ي ف نصف القطر ي ف الفاصل ي ر معدل تدفق الغاز عند ظروف التشغيل = 379.5) (8 x 10 6 x 0.95 x x 540)/ (300 x = قدم كعب ي ف اليوم /day( )ft 3 )4.48 ft 3 /s( قدم مكعب / ث 4.48 = Q زمن مكوث الغاز = t حجم منطقة التدفق / معدل التدفق = / زمن االحتفاظ بالغاز = 9.25 ثانية. رسعة الغاز = 4.48 = 3.14 / 1.42 قدم / ثانية ي ي ف حي ر من األمثلة السابقة يتضح أن الفواصل الرأسية ذات سعة سائل منخفضة مقارنة بنفس القطر للفاصل األفق يمكنها معالجة كمية من الغاز أكت من األوعية األفقية بنفس رسعة الغاز : إعادة تعلق السائل بالغاز Re-entrainment( )Liquid إعادة تعلق السائل بالغاز ي ه ظاهرة ناجمة عن رسعة الغاز العالية بالقرب من السطح الفاصل " البي ي ن" بي الغاز والسائل. ويتسبب انتقال القوة الدافعة" )Momentum( من الغاز إىل السائل ي ف حدوث موجات ي ف السائل ثم تنفصل بعض القطرات من المرحلة السائلة وتسقط ي ف تيار الغاز المتدفق. القاعدة الرئيسية للحد من الظاهرة ي ه جعل نسبة الطول إىل القطر ratio( )slenderness بحد أقىص 4 أو 5 ي ف الفواصل األفقية نصف الممتلئة بالسائل. "الفواصل الرأسية فتحة دخول الغاز تكون أعىل من سطح السائل وال يوجد مسار للغاز فوق سطح السائل كما هو الحال ي ف الفواصل األفقية" إعادة تعلق السائل تحدث بشكل خاص ي ف فواصل الضغط العا ي ىل ال ي ر ن يتم تصميم حجمها عىل قيود سعة الغاز. من األرجح أن يكون ذلك عند ارتفاع ضغط التشغيل< psig 1000 ولزوجة زيت عالية )>30.)API : حجم قطرات السائل بالغاز ر التسيب بالجاذبية ي ف الوعاء ه ب بواسطة مستخلص الرذاذ. لتطبيق و معالجة الغاز قبل التجهت النها ي الغرض من قسم معادلة ر التسيب بالجاذبية "االستقرار" ي ف تصميم الفاصل يجب تحديد حجم القطرة السائلة المراد إزالتها من الغاز. من 103

104 معالجة ر البتول والغاز التجربة الميدانية وجد أنه يف حالة إزالة قطرات 841 ميكرون يف هذا القسم فإنه لن يتم إغراق مستخلص الرذاذ بالسائل الن رتتاوح أقطارها بي 81 و 841 ميكرون. تعتمد معادالت تصميم سعة وسيكون قادرا عىل أداء وظيفته إلزالة القطرات ي الن حجمها 841 ميكرون " إن تمت الحسابات عىل إزالة القطرات بقطر 841 الغاز يف هذا القسم عىل إزالة القطرات ي ميكرون, فسيمكن إزالة أي قطرات بقطر أكت". مع العلم أن المعادالت المستخدمة يمكن تعديلها بسهولة ألي حجم قطرات. يف هذا القسم نحن نقوم بحسابات الفواصل المستخدمة يف المعالجة بحقول النفط. هذه األوعية عادة ما تتطلب قسم التسيب بالجاذبية مصمما إلزالة القطرات بحجم 841 ميكرون. هناك حاالت خاصة حيث تم تصميم الفاصل إلزالة فقط الن يمكن أن تتكثف بسبب تغتات درجة الحرارة أو الضغط يف تيار من الغاز الذي مرت كميات صغتة جدا من السائل ي الن يطلق عليها عادة "أجهزة تنقية الغاز" بالفعل من خالل فاصل ومزيل ضباب. يمكن تصميم هذه الفواصل ي ( )scrubbers إلزالة القطتات يف حدود 511 ميكرون دون الخوف من إغراق مستخلصات الرذاذ بالسائل. تعتت أجهزة تنقية غاز الوقود ( )Fuel gas scrubbers وأجهزة التنقية يف خطوط شفط الضاغط ( compressor suction الن ينطبق عليها ذلك. )scrubbers وأجهزة التنقية يف مدخل برج االتصال ( )contact tower أمثلة عىل األوعية ي يتم تصميم أجهزة تنقية غاز الشعلة أو التهوية ( )Flare or vent scrubbers لمنع الدفعات الكبتة من السائل من الخروج للهواء أو لشعلة الغاز من خالل أنظمة التهوية أو اإلغاثة (.)relief ف أنظمة التهوية يتم تفري غ الغاز ر مبارسة إىل الغالف الجوي ومن الشائع تصميم أجهزة التنقية ( )scrubbers إلزالة قطرات من 311 إىل 511 ميكرون ف قسم ر التسيب وبالتاىل خلق خطر عىل السالمة. بالجاذبية وال يتم تركيب مستخلص رذاذ بسبب احتمال أنه قد يتم سدده يف أنظمة الشعالت ( )flare systems حيث يتم تفري غ الغاز من خالل لهب هناك احتمال أن تسقط قطرات السائل احتاقها ولكن من الشائع تحديد حجم قسم ر المتطاير عىل األرض قبل أن يتم ر التسيب بالجاذبية إلزالة قطرات بقطر من 311 إىل 511 ميكرون وهو ما يشت إليه دليل API الخاص بشعالت التكرير لضمان عدم تساقط سائل مشتعل من الشعلة. إضاف ضد اللهب الساقط فإذا تم وقاب يف المواقع الحساسة مثل المنصات البحرية يتم استخدام مستخلص رذاذ كإجراء استخدامه فمن الرصوري توفت حماية التفري غ "التنفيس" اآلمن ( )safety relief حول مستخلص الرذاذ يف حالة انسداده. :17-2 مبادئ التصميم وحساب الحجم الالزم لفاصل الزيت والغاز الن تؤثر عىل القطرات السائلة يف رسعة ترسيب الطور الغازي ومن ثم ه واحدة من العوامل الرئيسية ي بما أن قوة السحب ي معايت تصميم األوعية فإننا سوف نقدم طريقتي لحساب معامل السحب وحساب رسعة االستقرار. المفتضة ثم تتكرر إذا لم تفتض الطريقة األوىل قيمة معامل السحب وتجري العمليات الحسابية للتحقق من دقة القيمة يتم قبول القيمة ونكرر ر حن نصل إىل القيمة المستحسنة. البياب أو تحسبها باستخدام المعادالت. تستخدم الطريقة الثانية قيمة معامل السحب المستخرجة من الرسم سيتم عرض أمثلة لكل طريقة. : نظرية التصميم األوىل : االستقرار ر "التسيب بالجاذبية" ( )Settling يف قسم ا رلتسيب بالجاذبية من الفاصل يتم إزالة قطرات السائل باستخدام قوة الجاذبية. القطرات السائلة العالقة يف الغاز ستسقط بشعة طرفية أو "رسعة ترسيب". فإذا كان تدفق الغاز حول القطتة تدفق هادئ ( )1< Re( )laminar فإن سقوط القطرة سيخضع لقانون ستوكس (,)Stokes law ومعامل السحب CD سيساوي : Eq.2-8 CD = 24 / Re حيث 104 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

105 = CD معامل السحب = Re رقم رينولد وهو بال أبعاد. ي ف مثل هذا الحالة فإن قانون ستوكس law(,)stokes ي عط رسعة ترسيب القطتات بواسطة المعادلة: V t = 1.78 x 10-6 (ΔSG) d 2 m / µ Eq. 2-9 ft / s حيث / ر لت (. ر = ΔSG الفرق ي ف الكثافة النوعية )كجم = Vt رسعة السقوط للقطرة )رسعة ر التسيب(, قدم/ث = dm قطر القطرة ميكرون.cp لزوجة الغاز سن ي ر ن بواز = µ لألسف بالنسبة لتصميمات منشآت اإلنتاج فإن قانون ستوكس Stokes غت مناسب للحسابات ويجب استخدام الصيغة التالية األكت دقة ي ف تحديد معامل السحب )راجع الشكل 58-9( الشكل عدد رينولد ومعامل السحب. معامل السحب سوف يساوي CD = (24 /Re) + (3 / Re 0.5 ) Eq بمساواة قوة السحب وقوة الطفو سيعطينا رسعة الت ر سيب من المعادلة التالية: V t = [(ρ l - ρ g ) d m / C D ρ g ] 0.5 Eq حيث lb / ft 3 كثافة القطتات السائلة = ρl lb / ft 3 كثافة الغاز = ρg ft / s رسعة السقوط للقطرة )رسعة ر التسيب(, قدم/ث = Vt = dm قطر القطرة ميكرون 105

106 معالجة ر البتول والغاز يمكن حل المعادلتي 81-9 و 88-9 من خالل عملية تكرارية. ابدأ ر بافتاض قيمة CD مثل 1.34 وحل المعادلة -9(. )88 للحصول عىل.Vt ثم باستخدام Vt احصل عىل رقم رينولد من المعادلة 89-9 أو 83-9 Eq Re = dmvt ρg / µ أو Eq Re = 1488 DmVt ρg / µ حيث = ρg كثافة الغاز, رطل / قدم مكعب lb/ft3, = Vt الشعة الحدية (رسعة سقوط القطرة من خالل مائع آخر يحتك به مثل السائل يف الغاز), قدم / ث ft/s, = Dm قطر القطرة, قدم ft. = dm قطر القطرة, ميكرون micron, = µ لزوجة الغاز, ر سنن بواز cp, ثم المعادلة ( )81-9 يمكن حلها للحصول عىل قيمة CD باستخدام رقم رينولد المحسوب. فإذا كانت قيمة CD المحتسبة المفتضة فقد تم التوصل إىل الحل. إذا لم يكن األمر كذلك فيجب تكرار اإلجراء باستخدام قيمة CD تساوي القيمة ه القيمة المحددة لرقم المحسوبة بوضعها كافتاض جديد ". تم استخدام االفتاض األول لقيمة CD ب 1.34 ألن هذه ي رينولد الكبت. الخطوات ( : ستتضح الطريقة مع المثال المحلول) -8 أبدا ب Vt = [(ρl - ρg ) dm /0.34 x ρg ]0.5-9 احسب ) Re = dmvt ρg / µ (dm) in micron (Or Re = 1488 DmVt ρg / µ (Dm) in ft التاىل : -3 من قيمة Re احسب CD عىل النحو ي CD = (24/Re) +[ 3/(Re)0.5 ] قم بإعادة حساب Vt باستخدام Vt = [(ρl - ρg ) dm / CD ρg ]0.5-5 انتقل إىل الخطوة 9 وقم بالتكرار ر المفتضة تساوي قيمة CD الناتجة حن تحصل عىل CD أفق) : تصميم فاصل (حساب الحجم لتصميم فاصل ي أفق مملوء بالسائل بنسبة. 51 يمكن استخدام اإلرشادات الواردة يف هذا القسم لحساب حجم فاصل ي األفق من الرصوري اختيار طول التماس إىل خط التماس (الطول من اللحام إىل اللحام seam to عند تحديد الفاصل رض هذا االختيار الضوابط التالية : )seam length والقطر. يجب أن ي ي الن تسمح بسقوط القطرات السائلة المعلقة يف الغاز إىل السائل خالل وقت مرور -8 الشوط الخاصة بسعة الغاز ي الغاز من أول الوعاء لمنفذ الخروج. -9 توفت زمن مكوث كاف للسائل للسماح بخروج فقاعات الغاز منه. األفق. مملوء بنسبة 51 بالسائل وهو النموذج المستخدم لمعادالت الفاصل وعاء يوضح الشكل إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

107 ر ي ر ي )Gas Capacity Constraint( األفق. الشكل نموذج للفاصل ي ر : قيد السعة الالزمة لمعالجة الغاز للفاصل األفق قاعدة الوقت الالزم لسقوط قطرة السائل من الغاز من الممكن إعادة صياغتها لعمل معادلة لحساب حجم فاصل لمعدل تدفق معي من الغاز. تعتمد معادالت قيد سعة الغاز عىل تحديد زمن مكوث للغاز مساوي ا للوقت المطلوب ل ي ك تسقط القطرة لتستقر عىل السطح السائل. بالنسبة للوعاء المملوء بنسبة 51 من السائل وفصل القطرات السائلة من الغاز يمكن اشتقاق المعادلة التالية: Eq dl eff = 420 ( TZQ P ) [C ] 0.5 m D ρ 1 /(ρ 2 - ρ 1 ) d حيث in القطر الداخ ي ىل للوعاء بوصة = d ft الطول الفعال للوعاء حيث يحدث االنفصال = Leff R 1 درجة حرارة التشغيل = T MMscfd معدل تدفق الغاز = Qg psia ضغط التشغيل = P = z انضغاط الغاز = CD معامل السحب = dm قطر قطرة السائل المراد فصلها ميكرون lb / ft 3 كثافة الوسط المستمر )الغاز ي ف حالة سقوط القطرة من الغاز( = ρ1.lb / ft 3 كثافة القطرة )السائل هنا( = ρ : قيد سعة السائل للفاصل األفق )Liquid Capacity Constraint( يجب أن تكون الفواصل ثنائية الطور بحجم كاف لتوفت وقت مكوث للسائل يسمح بخروج فقاعات الغاز منه. بالنسبة للوعاء الذي يحتوي عىل 51 من السائل من الممكن استخدام ما ي ي ىل لتحديد حجم الوعاء: d 2 L eff = t r Q l / 0.7 Eq tr حيث = زمن المكوث المطلوب للسائل دقيقة 107

108 ر ي ر ي.bpd معدل تدفق السائل برميل/يوم, = Ql : طول التماس إىل التماس للفاصل األفق )Seam-to-Seam Length( يمكن حساب الطول الفعال من المعادالت السابقة ) 84-9 و 85-9( بهذا يمكن تحديد طول الوعاء من التماس إىل التماس. يعتمد الطول الفع ي ىل للوعاء من خط التماس إىل خط التماس عىل تصميم األجزاء الداخلية الخاصة بالوعاء. األفق نصف ممتىل. الشكل الطول ي التقرين من التماس إىل التماس للفاصل ي ر كما هو مبي ي ف الشكل 53-9 بالنسبة لألوعية ال ي ر ن يتم حساب أبعادها عىل أساس سعة الغاز )السعة المطلوبة للغاز تكون أكت من السعة المطلوبة للسائل فبذلك تكون سعة الغاز ي ه الحاكمة ي ف التصميم( هناك حاجة إىل جزء من طول الوعاء بالقرب من نقطة الدخول لتوزي ع تدفق الغاز بشكل متناسق. كذلك مطلوب جزء آخر من طول الوعاء عند مستخلص الرذاذ. بذلك إن طول الوعاء بي نقطة الدخول ومستخلص الرذاذ هو قيمة Leff من المعادلة )84-9(. واستنادا إىل هذه المفاهيم إىل جانب الختة الميدانية فإن طول التماس من التماس إىل الوعاء يقدر بما ي ي ىل. Lss = Leff + d/12 عىل سعة الغاز) (بناء Eq بالنسبة لألوعية ال ي ر ن يتم تصميمها عىل أساس سعة السائل يلزم وجود جزء من طول الوعاء لتوزي ع تدفق المدخالت والتوزي ع عند نقطة خروج السائل. يتم حساب الطول من المماس إىل الماس كما ي ي ىل: Lss = (4/3) Leff عىل سعة السائل) (بناء Eq. 2-17a Lss = (4/3) Leff Eq. 2-17b لألقطار =< 31 بوصة فإن : نسبة النحافة " نسبة الطول إىل القطر" للفاصل األفق )Slenderness Ratio( تسمح المعادالت )84-9( و )85-9( باختيارات متعددة للقطر والطول, لكن لكل تصميم وعاء يوجد اختيار أو اختيارين لمزي ج من الطول والقطر) eff وL ) d يكون هو األنسب. يمكن إثبات ذلك بأن أن األصغر قطر ا سيكون أقل وزنا وبالتا ي ىل أقل تكلفة, ومع ذلك فهناك نقطة حيث يؤدي انخفاض القطر إىل زيادة احتمال أن تؤدي الشعة العالية ي ف تدفق الغاز إىل حدوث موجات وإعادة دخول السوائل ي ف تيار الغاز "إعادة تعلق السائل بالغاز". وقد أظهرت التجربة أنه إذا كانت سعة 108

109 معالجة ر البتول والغاز الن تحكمت يف التصميم والطول المقسوم عىل القطر والمشار إليه ب "نسبة النحافة" ( )Slenderness Ratio ه ي الغاز ي أكت من 4 فإن إعادة تعلق السائل قد تصبح مشكلة. لذلك تم تصميم معظم الفواصل ثنائية الطور عىل نسبة نحافة بي 3 و.5 من الخيارات البديلة عن حساب نسبة النحافة "النحول" والتحقق من قبولها أو عدم قبولها يمكن للمستخدم بعد إجراء الحسابات تحديد مجموعة من القطر والطول من أحجام الفواصل القياسية حسب الجدول الموجود يف.API 12J جدول 2-9 أحجام الفواصل األفقية القياسية حسب (.)API 12J : خطوات تصميم الفواصل األفقية - ثنائية الطور - نصف ممتلئة ه تحديد أسس التصميم. ويشمل ذلك تحديد معدالت التدفق -8 الخطوة األوىل يف تحديد حجم الفاصل األفق ي القصوى والدنيا وضغط التشغيل ودرجة الحرارة وحجم القطتات المطلوب إزالتها إلخ. ترض المعادلة ( 84-9 سعة الغاز) الن -9 قم بإعداد جدول يحتوي عىل قيم محسوبة ل Leff للقيم المحددة d ي احسب Lss باستخدام المعادلة.81-9 𝑄𝑍𝑇 ) [CD ρg/(ρl- ρg) dm ]0.5 Eq )بناء عىل سعة الغاز( Lss = Leff + d/12 Eq 𝑃 ( dleff = 420 لكل قيمة مختارة من قيم d قم بحساب قيم Leff باستخدام المعادلة 85-9 لقيد سعة السائل وإدراج هذه -3 القيم يف نفس الجدول. ثم احسب Lss باستخدام المعادلة.87-9 d2 Leff = tr Ql / 0.7 Eq أو Lss = (4/3) Leff b. أو Lss = Leff +2.5 Eq a -4 لكل d يجب استخدام Leff األكت (لو القيمة األكت كانت لقيد من القيود فبالتأكيد ستكون مناسبة للقيد األخر ألنها أكت من القيد الخاص به). -5 قم بحساب نسبة النحافة "النحول" ( 12Lss / d, )slenderness وقم بإنشاء قائمة لكل قطر (.)d حدد تركيبة الن تحتوي عىل نسبة بي 3 و.5 يمكن اختيار نسب أقل إذا كانت تمليها المساحة المتاحة لكنها عىل من d و Lss ي قياس مناسب باستخدام الجدول.)2-9 األرجح ستكون أكت تكلفة (. أو حدد حجم فاصل الن قياس. األوعية ذات األقطار النهاب يكون من األفضل دائما تحديد حجم وعاء -1 عند إجراء االختيار الخارجية ي تصل إىل 94 بوصة لديها أبعاد أنابيب اسمية. األوعية ذات األقطار الخارجية األكت من 94 بوصة دائما يتم تصنيعها من ألواح بزيادات يف القطر ب 1 بوصات. يتم تصنيع الجزء من طول التماس إىل التماس من ررسائح يبلغ 109 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

110 API طول الواحدة منها 9.5 قدم ا ويكون عادة من 12J ي ف الجدول 2-9(. 5 قدم إىل 81 قدم. )تم إدراج أحجام الفواصل القياسية من : تصميم الفواصل الرأسية يمكن استخدام اإلرشادات الواردة ي ف هذا القسم لحساب الحجم المناسب لفاصل رأ ي س ثنا ي ب الطور. ي ف الفواصل الرأسية يجب الحفاظ عىل القطر األدب للسماح للقطرات السائلة بالفصل عن الغاز المتحرك رأسيا. تحدد متطلبات زمن مكوث السائل مجموعة من التوافقات بي األقطار وارتفاع حجم السائل. يمكن اختيار أي قطر أكت من الحد األدب المطلوب لسعة الغاز. يوضح الشكل 54-9 نموذج لفاصل الرأ ي س. الشكل نموذج للفاصل الرأ ي س : قيد سعة الغاز للفاصل الرأ ي س قاعدة الوقت الالزم لسقوط قطرة السائل من الغاز من الممكن إعادة صياغتها لعمل معادلة لحساب حجم فاصل لمعدل تدفق معي من الغاز. تعتمد معادالت قيد سعة الغاز عىل تحديد زمن مكوث للغاز مساوي ا للوقت المطلوب ل ي ك تسقط القطرة لتستقر عىل السطح السائل. بتلك الطريقة يتم استخدام المعادلة التالية. d 2 = 5040 (TZQg/P) [CD ρg/(ρl- ρg) dm ] 0.5 Eq حيث in القطر الداخ ي ىل للوعاء بوصة = d R 1 درجة حرارة التشغيل = T MMscfd معدل تدفق الغاز = Qg psia ضغط التشغيل = P = z معامل انضغاط الغاز = CD معامل السحب = dm قطر قطرة السائل المراد فصلها ميكرون lb / ft 3 كثافة الغاز = ρg. lb / ft 3 كثافة السائل = ρl 110

111 : قيد سعة السائل للفاصل الرأ يجب أن تكون الفواصل ي س ثنائية الطور بحجم كاف لتوفت وقت مكوث للسائل يسمح بخروج فقاعات الغاز منه. من الممكن استخدام ما ي ي ىل لتحديد حجم الوعاء: d 2 h = t r Q l / 0.12 Eq حيث = h ارتفاع حجم السائل. بوصة. in : طول التماس إىل التماس للفاصل الرأ ي س كما هو الحال مع الفواصل األفقية سيؤثر تصميم األجزاء الداخلية لألوعية عىل طول التماس إىل التماس. يمكن تقدير طول التماس إىل التماس بناء عىل القطر وارتفاع السائل. كما هو مبي ي ف الشكل 55-9 يجب إعطاء مجال مناسب لقسم فصل الغاز ومستخلص الرذاذ وألي مساحة تحت مخرج الماء. يمكن استخدام المعادالت التالية لتقدير.Lss Lss = (h+76)/12 = (h+d+40)/12 Lss Eq Eq )لألقطار >= 31 بوصة( )لألقطار< 31 بوصة( حيث in ارتفاع مستوى السائل بوصة, = h in قطر الوعاء, بوصة, = d القيمة األكت من المعادلتي 91-9 و 98-9 يتم استخدامها : نسبة النحافة "نسبة الطول إىل القطر" للفواصل الرأسية كما هو الحال مع الفواصل األفقية كلما كانت نسبة النحافة أكت كلماكان الوعاء أقل تكلفة. ي ف الفواصل الرأسية من الشائع اختيار نسب نحافة بي 3 و 5 عىل الرغم من أن قيود االرتفاع قد تجت عىل اختيار نسبة ضئيلة من النحافة. من الخيارات البديلة عن حساب نسبة النحافة والتحقق من قبولها أو عدم قبولها يمكن للمستخدم بعد إتمام الحسابات اختيار القطر والطول المالئم من أحجام الفواصل القياسية حسب API 12J كما ي ف الجدول جدول J API أحجام الفواصل الرأسية القياسية. 111

112 الشكل طول الوعاء من التماس إىل التماس للفاصل الرأ ي س : خطوات تصميم الفواصل الرأسية ثنائية الطور 8- الخطوة األوىل ي ف تحديد حجم الفاصل الرأ ي س ي ه تحديد أساس التصميم. ويشمل ذلك تحديد معدالت التدفق القصوى والدنيا وضغط التشغيل ودرجة الحرارة وحجم القطتات المطلوب إزالتها إلخ. 9- المعادلة 2-18 يمكن استخدامها لتحديد الحد األدب المطلوب للقطر )d(. يمكن استخدام أي قطر أكت من هذه القيمة. d 2 = 5040 (TZQg/P) [CD ρg/(ρl- ρg) dm ] 0.5 Eq ألي قطر تم اختياره من الممكن الحصول عىل قيمة االرتفاع المناسبة )h( من معادلة d 2 h = tr Ql / 0.12 Eq

113 معالجة ر البتول والغاز -4 من قيم d و h يمكن تقدير الطول من التماس إىل التماس باستخدام المعادلتي )2-20(. و (.)2-21 يجب استخدام القيمة األكت ل.Lss Lss = (h+76)/12 Eq (لألقطار <= 31 بوصة) Lss = (h+d+40)/12 Eq (لألقطار> 31 بوصة) قياس مناسب باستخدام الجدول تحقق من نسبة النحافة لتكون من 3 إىل 4 أو أخت حجم فاصل -1 عند إجراء االختيار النهاب يكون من األفضل دائما تحديد حجم وعاء قياس. األوعية ذات األقطار الخارجية النر. تصل إىل 94 بوصة لديها أبعاد أنابيب اسمية األوعية ذات األقطار الخارجية األكت من 94 بوصة دائما يتم تصنيعها من ألواح بزيادات يف القطر ب 1 بوصات. يتم تصنيع الجزء من طول التماس إىل التماس من ررسائح يبلغ طول الواحدة منها 9.5 قدما ويكون عادة من 5 قدم إىل 81 قدم (. تم إدراج أحجام الفواصل القياسية من API 12J يف الجدول.)81-9 ثناب الطور أس ي مثال :5-2 تصميم فاصل ر ي المعطيات : قياس مكعب يف اليوم, MMscfd معدل تدفق الغاز 81 : مليون قدم الكثافة النوعية =.)sp.gr( 0.6 معدل تدفق الخام 9111 : برميل يف اليوم بدرجة جودة. API 40 ضغط التشغيل 8111 : رطل / بوصة مربعة مطلق ( )psia درجة حرارة التشغيل 11 : درجة فهرنهيت ( )600F حجم القطرة المطلوب ازالتها 841 : ميكرون ( )dm = 140 micron زمن المكوث للسائل 3 : دقائق الحل كثافة السائل = ]) ρl= 62.4 x [ 141.5/( = 51.5 رطل / قدم مكعب ( )lb/ft3 ( 0.84 = Z من الفصل األول) لزوجة الغاز ( ( = )ս من الفصل األول) 17.4 = 0.6 x 29 = MW من المعادلة 1-16 lb/ft3 𝑃)𝑊𝑀( 𝑍𝑇 𝜌g= 𝜌g = x 17.4 x1,000/(520 x 0.84)= 3.7 lb/ft3 ( = 3.7 lb/ft3 كثافة الغاز) = 3.7 رطل / قدم مكعب ( )lb/ft3 نفتض قيمة 0.34 =CD Vt = [(ρl - ρg ) dm / CD ρg ]0.5 Vt = [( ) x 140 / 0.34 x 3.7 ]0.5 Vt = ft/s رسعة الغاز = قدم / ث رقم رينولد = Re = x 3.7 x 140 x / = قيمة CD = (24/169.47) +[ 3/(169.47)0.5 ] = CD قيمة = CD 113 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

114 نعيد الحسابات مع استخدام قيمة = CD Vt = ft/s Re = 117 CD = نعيد الحسابات مع استخدام قيمة = CD Vt = Re = 110 CD = نعيد الحسابات مع استخدام قيمة = CD Vt = Re = 108 CD = نعيد الحسابات مع استخدام قيمة = CD Vt = Re = 108 = CD )مناسبة( بذلك سيتم استخدام قيمة = CD قيد سعة الغاز d 2 = 5040 (TZQg/P) [CD ρg/(ρl- ρg) dm ] 0.5 d 2 = 5040 (520 x 0.84 x 10/1000) x [0.851 x 3.71/( ) 140 ] 0.5 d = 21.9 in. الحد األدب للقطر = 21.9 بوصة 9- قيد سعة السائل d 2 h = tr Ql / 0.12 d 2 h = 3 x 2000 / 0.12 d 2 h = 50, حدد قيم مختلفة من القطر )d( أكت من الحد األدب لقيمة قيد الغاز وتحقق من االرتفاع "h" ي ف معادلة التقييد السائلة. افتض القطر = 24 بوصة. ر 50,000 / (24) 2 = h = h 86.8 بوصة 4- حساب طول التماس للتماس Lss = (h + 76) / 12 )لألقطار >= 31 بوصة( Lss = ( ) / 12 in = Lss 13.6 قدم -5 حساب نسبة النحافة ( )slenderness 12Lss / d = 6.8 = بما أن نسبة النحافة يجب أن تكون من 3 إىل 4 لذا سنحدد قطر ا أكت آخر ) بوصة( ونعد الحسابات. 114

115 افتض القطر )d( = 36 بوصة. ر 50,000 / (36) 2 = h 38.6= h بوصة 4- حساب التماس لطول التماس / 12 76) + (h Lss = ألقطار =< 31 بوصة..Lss = ( ) / 12 in = Lss 9.55 قدم -5 حساب نسبة النحافة ( )slenderness = 3.9 نسبة النحافة مناسبة بذلك سيكون االختيار: القطر = 31 بوصة واالرتفاع 81 قدم. كبديل يمكننا اتباع الخطوات اآلتية: بعد حساب القطر )94 بوصة( والطول إىل طول التماس )83.1 قدم( يمكننا التحقق من جدول الفاصل الرأ ي س القيا ي س 81-9 وسوف نجد أن الحد األقىص من طول التماس إىل طول التماس للقطر 94 بوصة هو 8 قدم والذي ال يناسبنا حيث أن الطول المطلوب )83.1(. ف ي ق هذه الحالة نختار قطر أكت )31 بوصة( ويبدأ الحساب للحصول عىل طول التماس إىل التماس حيث تم العثور عىل 2.55 قدم )أي 81 قدم من الجدول 81-9(. أفق ثنا ي ب الطور مثال 6-2 : تصميم فاصل ي ر معدل تدفق الغاز: 81 مليون قدم قيا ي س مكعب ي ف اليوم, MMscfd الكثافة النوعية = 0.6 )sp.gr(. 1 معدل تدفق الخام: 9111 برميل ي ف اليوم بدرجة جودة API 40 ضغط التشغيل: 8111 رطل / بوصة مربعة مطلق )psia( درجة حرارة التشغيل: 11 درجة فهرنهيت )F 60( 0 حجم القطرة المطلوب ازالتها: 841 ميكرون micron( )dm = 140 زمن المكوث للسائل: 3 دقائق الحل 8- من المثال السابق: كثافة السائل )ρl( = 51.5 رطل/قدم مكعب ( 3 )lb/ft 0.84 = Z لزوجة الغاز )ս( = = 0.6 x 29 = MW كثافة الغاز) ρg ( =3.7 رطل/قدم مكعب ( 3 )lb/ft قيمة = CD قيد سعة الغاز dleff = 420 ( 520 x 0.84 x dleff = 420 ( TZQ ) [CD P ) [0.851 x 3.71 /( ) 140 ] 0.5 dleff = ρg/(ρl- ρg) dm ] قيد سعة السائل 115

116 ي ر ي ي d 2 Leff = tr Ql / 0.7 d 2 Leff = 3 x 2000 / 0.7 d 2 Leff = 8571 أ حسب مجموعة من d و Lss بحيث تحقق كل مجموعة رسوط سعة الغاز وسعة السائل 4- احسب طول التماس إىل التماس لكل قطر )الجدول 88-9( 5- احسب قيم النحافة واختار المناسب بي 3 و راجع الخطوات ف ) ( مثال 7- للقطر 31 بوصة قيد الغاز = 8.1 قدم قيد السائل = 2.5 قدم ( إذن قيد السائل هو الذي يحكم االختيار( = 12.7 = (4/3) x 9.5 الطول من التماس للتماس 5.1 = x 12.7 / نسبة النحافة = نسبة النحافة كبتة, يفضل استخدام غتها ( وإن كانت موجودة ف األحجام القياسية ف جدول 2-9 ف يه يمكن استخدامها الن الحسابات بناء عىل قيد سعة السائل وليست بناء عىل قيد سعة الغاز حيث يكون هناك خوف من إعادة تعلق السائل بالغاز راجع الفقرة ( للقطر 36 بوصة قيد الغاز = 1.53 قدم قيد السائل = 6.6 قدم ( إذن قيد السائل هو الذي يحكم االختيار( الطول من التماس للتماس = معادلة )2-17b( نسبة النحافة = 3 مناسبة -1 Gas Leff (ft) قيد الغاز Liquid Leff (ft) قيد السائل Lss (ft) للقيمة األعىل من نسبة النحافة 12Lss/d القطر, بوصة, Leff * * * 8.1 * معادلة )2-17b( تحكم الحسابات - جدول 88-9, القطر والطول المتوافق معه لحل مثال 1-9. كبديل عن ذلك بعد حساب القطر 31 بوصة وطول التماس إىل التماس 89.7 قدم يمكننا التحقق من جدول 2-9 سنجد أن API قبلت قطر 31 بوصة بطول 85 قدم ي ف هذه الحالة يمكن أن يكون التحديد 31 بوصة و 85 قدم ا أو 31 بوصة و 81 قدم ا. 116

117 معالجة ر البتول والغاز : الطريقة الثانية لتصميم الفواصل سوف تستقر القطرات السائلة من الطور الغازي إذا كانت قوة الجاذبية تعمل عىل القطتة أكت من قوة السحب للغاز المتدفق حول القطرة. هذه القوى يمكن وصفها رياضيا بحساب رسعة االستقرار بالمعادلة.Eq 2-22 Vt = [4gDm (ρl ρg ) / (3 ρg CD)]0.5 Eq حيث = Vt الشعة الحرجة أو الطرفية الرصورية للجسيمات ذات الحجم Dm لتسقط من الغاز ft / sec = g التسارع الناتج عن الجاذبية 39.9 قدم / ثانية 9 = Dm قطر القطرة, قدم ft 3 = ρl كثافة الطور السائل القطرة أو الجسيم lb / ft = ρg كثافة طور الغاز lb / ft3 = CD معامل قوة السحب بدون أبعاد البياب والطريقة الثانية من الممكن إجراء الحسابات بطريقتي األوىل باستخراج قيمة معامل قوة السحب ( )CD من الرسم بحساب قوة السحب من خالل معادالت. البيائ. أ - الحصول عىل معامل السحب من الرسم يىل : من الممكن الحصول عىل معامل السحب كدالة من عدد رينولد للغاز المتدفق. يتم حساب رقم رينولد كما ي Re = 1488 DmVt ρg / µ Eq ه صواب أم خطأ (كما هو متبع يف الطريقة يف هذا الحالة يكون الحل عن طريق التجربة بافتاض قيمة واختبارها هل ي األوىل) ألن كال من حجم الجسيمات ( )Dm والشعة الطرفية ( )Vt مجهوالن يف المعادلة. لتجنب التجربة واختبار هل النتيجة صواب أم خطأ يتم استخراج قيم معامل السحب ( )CD من شكل كدالة ناتجة عن معامل السحب مرصوبا يىل : تلع الشعة من المعادلة. وتمثيل المعادلة كما ي يف مرب ع رقم رينولد. هذه التقنية ي CD (Re)2 = (0.95) (108) ρg (Dm)3 (ρl ρg )/ µ2 Eq بذلك يمكن الحصول عىل" "CD (Re)2 من المعادلة 2-24 وإيجاد قيمة ( )CD من شكل 51-9 وتطبيقها يف معادلة.2-22 الشكل.51-9 معامل السحب. 117 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

118 معالجة ر البتول والغاز ب - الحصول عىل معامل السحب من معادالت. كبديل عن استخدام المعادالت 2-24 والشكل 2-56 يمكن استخدام الطريقة اآلتية : من الممكن تبسيط المنحن الموضح يف الشكل 2-51 إىل ثالثة أقسام يمكن استخالص تقريبات منحن ( )CD مع ( )Re من خاللها, واستبدال هذه العالقة ف معادلة, 2-22 نحصل عىل ثالثة قواني ر للتسيب كما هو موضح أدناه. قانون ستوك ( )Stoke s Law عند أرقام رينولد المنخفضة (أقل من )9 توجد عالقة خطية بي معامل السحب ورقم رينولد (الشكل.)2-51 ينطبق قانون ستوك يف هذه الحالة Eq Vt = 1488 g (Dm)2 (ρl ρg ) / 18 µ حيث (= 62.4 SG) lb / = ρl كثافة سائل القطتات 3 = ρg كثافة المرحلة المستمرة (= 62.4 SG) lb / ft = Dm قطر القطرة, قدم.ft = ս لزوجة المرحلة المستمرة (لحسابات قطرة سائل تسقط من الغاز, المرحلة المستمرة تكون غاز - وهكذا).cp ft3 قطر القطرة المقابل لعدد رينولد األقل من 9 وجد أنه أقل من 811 ميكرون. ولهذا السبب ينطبق قانون ستوك عادة عىل أحجام القطتات الصغتة جدا و / أو المراحل السائلة عالية اللزوجة نسبيا. القانون المتوسط ( )Intermediate Law بالنسبة ألرقام رينولد بي 9 و 511 ينطبق القانون المتوسط عىل رسعة التسيب ويمكن التعبت عن القانون عىل النحو التاىل : Eq ] Vt = [3.49 g0.71 (Dm)1.14 (ρl ρg)0.71 ] / [(ρg)0.29 µ0.43 ميكروميت لذلك عادة ما يكون القانون المتوسط قطر القطرة المقابل لرقم رينولد وجد أنه يف حدود 8111 :811 الن تتم مواجهتها يف أعمال الغاز. ساري المفعول بالنسبة للعديد من تطبيقات ترسيب القطرات ي قانون نيوتن ( )Newton s Law أساس لفصل يشي قانون نيوتن عىل نطاق عدد رينولد من 511 إىل تقريبا ويجد إمكانية التطبيق بشكل القطتات الكبتة أو الجسيمات من الطور الغازي عىل سبيل المثال مسقط السائل لخط للشعلة (.)flare knockout drum Eq Vt = 1.74 [g (Dm) (ρl ρg) / (ρg)]0.5 ثناب الطور : تصميم حجم فاصل ي لتصميم الفاصل بشكل صحيح. يجب النظر يف ثالثة عوامل رئيسية لحساب الحجم المطلوب للفاصل )8 : قدرة معالجة الغاز )9 سعة السائل و )3 القدرة التشغيلية. العرض الالزم لقوى الجاذبية إلزالة السائل من الغاز. عادة ما يتم تحديد السعة ستحدد سعة معالجة الغاز مساحة المقطع السائلة بتحديد الحجم المطلوب لتوفت وقت مناسب للمكوث "إلزالة الغاز" من السائل أو السماح بفصل مراحل السائل 118 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

119 معالجة ر البتول والغاز ثالب األطوار". وتشمل القدرة التشغيلية قدرة الفاصل عىل التعامل مع المواد الصلبة يف حالة "ف حالة الفصل ي عن بعضها ي تستوف وجودها تعامل الوعاء مع دفعات السائل الفجائية أو ما إىل ذلك. وأختا فإن التصميم األمثل سينتج عادة نسب هذه المتطلبات يف وعاء بتكلفة معقولة. ﺃ - فواصل بدون مستخلصات رذاذ الن ال تحتوي عىل مستخلصات رذاذ بشكل متكرر. ال يتم استخدام الفواصل ي ثناب الطور الذي ال يستخدم مستخرج رذاذ هو مسقط السائل للشعلة (. flare knockout التطبيق األكت شيوعا للفاصل ي )drum الذي نادرا ما تستخدم فيه مستخلصات الرذاذ بسبب إمكانية االنسداد والتأثتات الخطتة إن حدث انسداد به. وهو أفق يستخدم الجاذبية كآلية وحيدة لفصل المراحل السائلة والغازية. يدخل الغاز والسائل عت فوهة عادة عبارة عن وعاء ي المدخل ويتم تباطؤهما إىل رسعة بطيئة يمكن أن تسقط القطتات السائلة من الطور الغازي. يمر الغاز الجاف إىل فوهة السفىل من الوعاء. المخرج ويتم ترصيف السائل من الجزء لتصميم فاصل بدون مستخرج رذاذ يجب تعيي الحد األدب لقطر القطرة المطلوب إزالتها وبعد ذلك حساب طول الوعاء المطلوب ر بافتاض أن الوقت الالزم لتدفق الغاز من المدخل إىل المخرج هو نفس الوقت بالنسبة للقطرة السائلة ذات القطر D لتسقط من أعىل الوعاء إىل السطح السائل. معادلة,2-28 ثم ربط طول الفاصل بقطرها كدالة لشعة ر التسيب هذه m (بافتاض عدم وجود احتجاز سائل) : L = 4 QA / 𝜋 Vt Dv Eq إذا تم استخدام الفاصل لتخزين السوائل فيجب مراعاة ذلك يف تحديد حجم الوعاء. حيث = L التماس إىل التماس طول الفاصل. قدم. الفعىل قدم مكعب / ث / sec, = QA معدل تدفق الغاز = Vt رسعة الغاز الطرفية ft./s الداخىل للوعاء.ft = Dv القطر ft3 أفق (بدون مستخرج رذاذ) للتعامل مع MMscfd 11 غاز, والكثافة النوعية 1.75 مثال : 7-2 مطلوب فاصل ي ثناب الطور ي ( )MW = عند ضغط قدره 511 رطل لكل بوصة مربعة عداد ( )psig ودرجة حرارة 811 فهرنهيت. مع معامل االنضغاط 1.2 واللزوجة cp والكثافة النوعية للسائل. 1.5 والمستحسن إزالة كل السائل العالق أكت من 851 ميكرون يف القطر. ال توجد أي سعة للسائل بالوعاء. الحل : - كثافة الغاز عند ظروف التشغيل من معادلة 1-16 lb/ft3 𝑃)𝑊𝑀( 𝑍𝑇 𝜌c (gas) = = x x / (560 x 0.90) = 2.06 lb/ft رطل / قدم مكعب ( )lb / ft3 كثافة السائل = 0.5 (62.4) = ρl رطل لكل قدم مكعب ( )lb / ft الفرق بي الكثافتي ) = =(ρl - ρg قطر القطرة بالقدم ( = 150 x 3.28 x 10-6 = )ft قدم اللزوجة = cp إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

120 - حجم الغاز ي ف ظروف التشغيل = P V = nzrt / تذكر أن n( )ft 3 / = حجم الغاز = 397.5) 60 x 10 6 x 0.9 x 10.7 x 560 / ( x )ft 3 ( قدم مكعب 1.66 x 10 6 = معدل التدفق QA قدم مكعب/ث sec( 1.66 x 10 6 / ( 24 x 3600) = )ft 3 / = 19.2 قدم مكعب/ث - رسعة الغاز = معدل التدفق / المساحة ي ف حالة قطر 3.5 قدم وال يوجد حجم سائل ي ف الداخل ستكون المساحة = 3.14 x (3.5) 2 /4 = 9.61 قدم مربع الشعة = / = 9 قدم/ث )ft/s( - رقم رينولد ي ف هذه الحالة )2-23 )eq. Re = 1488 DmVt ρg / µ 1488 x x 2 x 2.06 /0.012 =Re 253 = Re تبعا لقيمة رقم رينولد سيتم استخدام القانون المتوسط Vt = [3.49 g 0.71 (Dp) 1.14 (ρl ρg) 0.71 ] / [(ρg) 0.29 µ 0.43 ] = 3.49 x x x10-4 x / (1.23 x ) التسيب" = 0.42 قدم/ث Vt رسعة السقوط ر طول الوعاء ر )بافتاض قطر الوعاء = 3.5 قدم(. باستخدام معادلة 2-28 L = 4 QA / π Vt Dv طول الوعاء )L( 4 x 19.2 / ( 3.14 x 0.46 x 3.5 ) = = 15.2 قدم بذلك القطر 3.5 والطول 85.9 قدم. نسبة النحافة = )15.2/3.5( = 4.3 إعادة الحساب لقطر 4 قدم ( 41 بوصة(. نسبة النحافة = )13.3/4( = 3.3 يمكن الحصول عىل تركيبة D و L األخرى كما هو موضح ي ف الجدول 89-9 طول قدم القطر قدم الجدول مثال 7-9. يمكن للمستخدم تحديد فاصل رأ ي س قيا ي س من الجدول

121 CD طريقة أخرى للحصول عىل رسعة ر التسيب للقطرة يمكن الحصول عىل رسعة ر التسيب ال ي ر ن حصلنا عليها عن طريق المعادالت ي ف المثال السابق )0.42 قدم/ث(,باستخدام معادلة 94-9 ثم استخراج قيمة من الرسم البيا ي ب 51-9 وتطبيقها ي ف معادلة 99-9 كما ي ي ىل: CD (Re) 2 = (0.95) (10 8 ) ρg (Dm) 3 (ρl ρg )/ µ 2 CD (Re) 2 = (0.95) (10 8 ) (2.07) (0.119 x 10-9 ) (29.13 )/ CD (Re) 2 = 4733 من الشكل معامل السحب = CD 1.4 بالتطبيق ي ف المعادلة 99-9, الشعة )Vt( = Vt = [4gDp (ρl ρg ) / (3 ρg CD)] 0.5 = (4 x 32.2 x x 29.13) / (3 x 2.07 x 1.4) ] 0.5 = Vt 0.46 قدم/ث )تقريبا نفس القيمة ال ي ر ن تم الحصول عليها عن طريق المعادالت وبذلك ف المثال السابق يمكن اكمال الحسابات كما ي بافتاض قطر وعاء واستخدام معادلة 91-9 للحصول عىل الطول(. ر طريقة حساب أخرى بديلة عىل النحو التا ي ىل: بافتاض القطر 3.5 ه 3.5 قدم ر قدم, وال يوجد تخزين للسائل, بذلك أقىص مسافة ستقطعها القطرة ي ف السقوط ي وقد حسبنا رسعة القطرة فكانت ب 1.41 قدم / ثانية بذلك فإن الوقت الالزم للوصول إىل نقطة النهاية =)3.5/0.46( = 7.1 ثانية فل ي ك يتم سقوط أي قطرة يجب أن يكون زمن مكوث الغاز أعىل من 7.1 ثانية افتض 81 قدم طول الوعاء ر إذن الحجم سيكون 3.14/4( )10 x (3.5) 2 x الحجم = 21 قدم مكعب ( 3 )ft زمن مكوث الغاز = معدل التدفق مقسوما عىل الحجم = ) ( / = 5 ثوان )غتكاف( افتض طول 81 قدم ا ر إذن الحجم سيكون 3.14/4( )16 x (3.5) 2 x الحجم = 154 قدم مكعب ( 3 )ft زمن مكوث الغاز = معدل التدفق مقسوما عىل الحجم = ) ( / = 8 ثوان )كا ي ف( اخت من الجدول س يبلغ قطره 3.5 قدم ق ألكت من 7.1 ر ا وطوله قريب من 81 قدم )أي بما يك ي 81-9 حجم فاصل قيا ي ثوان ). ( ي ف حالة طول 85.9 قدم مع قطر 3.5 قدم يكون وقت االحتفاظ 7.1 ثوان (. فتض قيم مختلفة من (D) مثل قدم واعد الحساب للحصول عىل المزيد من البدائل. ا ر مثال 8-2 : ما حجم الفاصل الرأ ي س دون مستخرج رذاذ لالستخدام لمعطيات المثال السابق. الحل منطقة تدفق الغاز) A ( = كمية الغاز المتدفق )قدم مكعب/ث( مقسومة عىل رسعة الغاز)قدم/ث( = Vt A = QA / 121

122 معالجة ر البتول والغاز 42 = )19.2/0.46( = A قدم مرب ع لحساب قطر الوعاء المساحة = القطر 3.84 x مقسوما عىل 4 )D2 x 3.14 / 4( = 42 إذن القطر( 7.3 = )D قدم ( 11 بوصة) استخدم 90 بوصة قطر الوعاء كحد أدب للقطر. ﺏ - فواصل مع مستخلصات رذاذ الن تمت مناقشتها يف القسم السابق كان مستخلص الرذاذ هو األكت تأثتا عىل من بي المكونات الرئيسية األربعة للفاصل ي الن تتعلق بالغاز. معادالت تصميم حجم مستخلص الرذاذ تقوم بتحديد حجم جودة الغاز المنفصلة فيما يتعلق بالسوائل ي مستخلص الضباب نفسه ال تصميم الوعاء بالكامل. إن سعة معالجة الغاز لألنواع المختلفة من مستخلصات الرذاذ تتناسب عكسيا بكمية السائل العالق المطلوب إزالته. فواصل رأسية مع مستخلصات رذاذ الن تستخدم مستخلصات رذاذ من معادلة سوديرز عادة ما يتم حساب سعة معالجة الغاز للفواصل الرأسية التقليدية ي وبراون المعادلة 2-1 باستخدام العامل K القائم عىل "الختة". يتم عرض قيم K النموذجية للفواصل الرأسية واألفقية من API 12J يف الجدول.83-9 نوع الفاصل (قدم) L الطول أو االرتفاع عامل K 0.12 to to to to 0.5 x (L/10)0.56 أطوال أخرى عمودي أفق جدول 83-9 عامل K لتحديد الشعة القصوى المسموح بها. ه أيضا دالة يمكن أن تؤخذ نطاقات K المذكورة أعاله لتعكس صعوبة ظروف الفصل. كما هو مبي يف الجدول K 83-9 ي الرتفاع الوعاء. ويعكس هذا حقيقة أن هناك حاجة إىل مسافة دنيا معينة تسمح بالوصول إىل رسعة موحدة نسبيا قبل وصول الغاز إىل مستخرج الضباب. فواصل أفقية مع مستخلصات رذاذ أيضا استخدام المعادلة 2-1 لحساب سعة الغاز للفواصل األفقية. يمكن الن يشغلها السائل (عند أقىص عند حساب سعة الغاز للفواصل األفقية تطرح المساحة المقطعية لهذا الجزء من الوعاء ي األفق المعتادة عىل مستوى السائل العادي العرض للوعاء. ستحصل تصاميم الفاصل إجماىل مساحة المقطع مستوى) من عند نقطة المنتصف. قيم K بالنسبة للفواصل األفقية تم الحصول عليها من API 12J يف الجدول.83-9 عمليا يستخدم K = 0.5 ft / sec عادة كحد أعىل للفواصل األفقية المجهزة بمستخلصات رذاذ سلكية. قد تستخدم الفواصل المجهزة بنوع الريشة أو مستخلصات الطرد المركزي قيم K أعىل من تلك المستخدمة يف مستخلصات الشبكة السلكية. 122 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

123 عند حساب سعة الغاز للفواصل األفقية ت طرح المساحة المقطعية لهذا الجزء من الوعاء ال ي ر ن يشغلها السائل )عند أقىص مستوى( من إجما ي ىل مساحة المقطع العر ي ض للوعاء. مثال 9-2 المعطيات: معدل تدفق الغاز 95 مليون قدم مكعب قيا ي س ي ف اليوم. معدل تدفق النفط 3111 برميل يوميا ضغط التشغيل 111 رطل لكل بوصة مربعة عداد psig( 800( درجة حرارة التشغيل 11 درجة فهرنهيت كثافة الغاز 3.4 رطل / قدم مكعب كثافة الخام 58.5 رطل / قدم مكعب عامل االنضغاط = 0.92 z نوع الفاصل عمودي ثنا ي ب الطور. الحل: لنفتض أن طول الفاصل من التماس إىل التماس 81 قدم ا, ومستوى السائل %31 ونستخدم قيمة K=0.3 ر 83-9( ونستخدم المعادلة 2-1. الحد األقىص للشعة السطحية المسموح بها للغاز هو :)Vt( ( من الجدول Vt = K [(ρl - ρg ) / ρl] 0.5 Vt = 0.3 [( ) / 3.4] 0.5 = = Vt قدم/ث معدل تدفق الحجم الفع ي ىل للغاز )V( V = nzrt / P = 25 x x 0.92 x x 540 / (379 x 814.7) = ft 3 /day. = 5.0 ft 3 /sec = 5.0 قدم مكعب/ث الحد األدب لمنطقة تدفق الغاز = ) ( / منطقة تدفق الغاز = 4 π D 2 / منطقة تدفق الغاز = ( /4 )3.14 x D 2 = 4.43 قدم مربع. ر قدم 2.38 الحد األدب لقطر الفاصل )D( = = 92 بوصة بذلك استخدام 31 بوصة قطر الوعاء افتض مدة احتجاز لمدة دقيقة واحدة للسائل من الجدول 1-9. حجم السائل = 4 / h π D 2 )االرتفاع = 3 قدم ألنه 31 من 81 ا.( حجم السائل = 4) 3.14 x 30 2 x 3 / (144 x = 14.7 قدم مكعب برميل = =

124 السعة السائلة للفاصل من معادلة = W x 1 w = 3773 bpd 1440 السعة السائلة للفاصل = 3773 برميل لذا تكون السعة السائلة مرضية ي ف حالة االختيار ل 31 بوصة و 81 قدم. مالحظات عامة: ي ف تصميم الفواصل يجب أن يكون وقت إقامة الغاز "زمن المكوث" أعىل من الوقت الالزم لقطرات السائل " ال ي ر ن لها قطر محدد" للسقوط. باإلضافة إىل ذلك يجب أن يكون وقت إقامة السوائل أعىل من الوقت الالزم لصعود فقاعات الغاز ال ر ني لها قطر محدد. ي ف الفصل ثال ي ب الطور يجب أن يكون وقت إقامة السائل أعىل من الوقت الالزم لحجم معي من قطتات الماء ح ر ن تسقط من طور الخام إىل طور الماء وبالنسبة لقطرات الخام العالقة ي ف الماء أنتصعد إىل منطقة الخام ي ف الجزء العلوي من السائل. للتحقق من ال ر شط أعاله لوعاء ي ف الخدمة أو ألبعاد محددة كل ما عليك القيام به هوكما ي ي ىل: األفق = "نصف ف الغاز والغاز القطر" للسائل ي ر ن يجب أن تنتقل إليها القطرات أو الفقاعة. ( ي ف الفاصل ي ر أ-احسب المسافة ال ي ي ف السائل وأقل من ذلك للمياه ي ف الخام والخام ي ف الماء( ب-حساب رسعة السقوط أو الصعود ج-حساب الوقت الالزم للسقوط أو الصعود )المسافة / الشعة( ج-حساب زمن مكوث السائل وزمن مكوث الغاز ي ف ظروف التشغيل. د-يجب أن يكون زمن المكوث أعىل من زمن سقوط القطرة أو الماء وصعود الفقاعة أو الخام العالق ي ف الماء. 124

125 الفصل الثالث الفصل ثال ي ب Three-phase Separation الطور 8-3: مقدمة عندما يتم خلط النفط والماء و مزجهما جيدا بالتقليب أو الرج ثم السماح لهما باالستقرار ستظهر طبقة من الماء الحر النظيف ي نسبيا ف األسفل. ستنمو هذه الطبقة تدريجيا مع الوقت كما ي ف المنحن ي ف الشكل 8-3. الشكل 8-3. نمو طبقة المياه مع مرور الوقت. ر فتة من الزمن ر تت اوح بي 3 دقائق و 31 ف ارتفاع الماء ضعيفا جدا "مهمال ". ويسم جزء الماء دقيقة سيكون التغيت ي بعد الذي تم الحصول عليه من ر التسيب بالجاذبية ب "الماء الحر". من المفيد عادة فصل الماء الحر قبل محاولة معالجة الطبقات المتبقية من الخام والمستحلب. 125

126 ر ي "فاصل ثال ي ب الطور" separator( )Three-phase و" م سقط المياه الحرة" knockout( )free-water ي ه مصطلحات تستخدم لوصف أوعية الضغط ال ي ر ن تم تصميمها لفصل وإزالة الماء الحر من خليط من النفط الخام والماء. نظرا ألن التدفق عادة يدخل هذه األوعية مبا ر رسة من )8( بت منتجة أو )9( فاصل يعمل عند ضغط أعىل يجب تصميم الوعاء لفصل الغاز الذي يتصاعد من السائل "عند انخفاض الضغط" وكذلك فصل النفط والماء. يستخدم المصطلح "فاصل ثال ي ب الطور" عادة عندما تكون هناك كمية كبتة من الغاز يتم فصلها عن السائل ويتم تحديد أبعاد الوعاء بواسطة معادالت سعة الغاز ال ي ر ن تمت مناقشتها ي ف الفصل الثا ي ب. بينما يستخدم مصطلح "م سقط المياه الحرة" عادة عندما تكون كمية الغاز صغتة بالنسبة إىل كمية النفط والماء ويتم تحديد أبعاد الوعاء بواسطة معادالت فصل النفط والماء ال ي ر ن سنقوم بمناقشتها ي ف هذا الفصل. بغض النظر عن االسم الذي يتم إعطاؤه للوعاء فإن أي وعاء مصمم ر لالمتاج هو اهتمامنا ي وأيضا فصل مرحلتي سائلتي غت قابل ف هذا الفصل وسوف نطلق عىل هذه الوعاء ي لفصل الغاز اسم "فاصل ثال ي ب الطور" أو "فاصل ثال ي ب األطوار. تتطابق جوانب التصميم األساسية للفاصل ثال ي ب األطوار مع تلك ال ي ر ن تمت مناقشتها للفصل ثنا ي ب الطور ي ف الفصل الثا ي ب. واإلضافات الوحيدة ي ه أن المزيد من االهتمام يتم وضعه عىل معادالت ترسيب "الماء" السائل من "الخام" السائل األخر باإلضافة إىل أنه يجب إضافة بعض وسائل إزالة الماء الحر من الفاصل. 9-3: وصف المعدات : الفواصل األفق يتم تصميم الفواصل ثالثية الطور عىل شكل أوعية ضغط أفقية أو عمودية. األشكال 9-3 و 3-3 ي ه نماذج تخطيطية لفاصل أفق ثال ي ب الطور. يدخل السائل الفاصل ويرصب مدخال داخلي ا "مغت االتجاه". هذا التغيت المفاخ ي ف قوة الدفع ي نموذخ ي ر يقوم بالفصل اإلجما ي ىل األو ي ىل للسائل والغازكما تمت مناقشته ي ف الفصل الثا ي ب. ي ف معظم التصاميم يحتوي مغت االتجاه عىل م هبط comer( )down يوجه تدفق السائل الداخل إىل أسفل سطح السائل "النفط الماء". أفق بسيط ثال ي ب األطوار. الشكل فاصل ي ر 126

127 أفق مع تحكم ي ف مستوى السطح الفاصل. الشكل 3-3.فاصل ثال ي ب األطوار ي ر االختالط مع الطور المستمر للماء ي الم هبط الخليط الداخل للوعاء من النفط والماء عىل ف قاع الوعاء ويرتفع الخام يجت بينما تسقط قطرات الماء الكبتة ي ف الكتلة الكبتة من الماء ي ف القاع. تسم هذه العملية "الغسيل بالماء") water )washing وتشجع عىل تالصق وتجميع قطرات الماء المعلقة أو المحمولة ي ف تيار الخام. )الشكل 4-3(. يضمن مغت االتجاه بالمدخل أن القليل من الغاز يتم حمله مع السائل لألسفل ويضمن غسل الماء أن السائل ال يقع فوق السطح الفاصل بي الغاز والسائل فيؤدي لخلط السائل الموجود مع السائل الداخل ويصعب عملية الفصل. قسم جمع السائل من الوعاء يوفر وقت اكافي ا بحيث يشكل النفط والمستحلب طبقة أو "وسادة نفط" فوق الماء الحر الذي يستقر ي ف القاع. الشكل 5-3 هو عرض لفاصل ثال ي ب األطوار ي نموذخ مع وحدة تحكم ي ف المستوى الفاصل بي الماء والخام وهدار "حاجز" )weir( يحافظ الهدار عىل مستوى النفط وتحافظ وحدة التحكم بالمستوى عىل مستوى الماء. يتم كشط النفط عىل الهدار. يتم التحكم ي ف مستوى النفط المتدفق من الهدار بواسطة وحدة تحكم ي ف المستوى تعمل عن طريق فتح وغلق صمام تفري غ الخام. يخرج الماء المنتج من فوهة ي ف الوعاء موجودة قبل الهدار "الحاجز". يتحسس جهاز التحكم ي ف مستوى السطح الفاصل بي المياه والخام ارتفاع مستوى الماء فتسل إشارة إىل وحدة التحكم ال ي ر ن ترسل بدورها إشارة إىل صمام تفري غ الماء مما يسمح بالمقدار الصحيح من الماء لمغادرة الوعاء ح ر ن يتم الحفاظ عىل المستوى الفاصل بي الخام والماء عند ارتفاع التصميم. ستخلص رذاذ إىل صمام التحكم ي أفقيا وخارجيا عت م ف الضغط الذي يحافظ عىل ضغط الوعاء. يمكن أن يتدفق الغاز يختلف مستوى السطح البي ي ن بي الغاز والنفط من 51 إىل 75 من القطر اعتماد ا عىل األهمية النسبية لفصل الغازات ا ( ف معادالت ف هذا القسم. يمكن تطوير %51( ويستخدم هذا ي التصميم ي شيوع ا نصف ممتلئ السائلة. يكون التكوين األكت معادالت مشابهة للمستويات األخرى. يوضح الشكل 1-3 تكوين ا بديال يعرف باسم تصميم دلو وهدار weir"."bucket and الشكل 7-3 عبارة عن عرض مقطوع أفق ثال ي ب الطور مع دلو وهدار. هذا التصميم يل ي ع الحاجة إىل وحدة تحكم المستوى الفاصل بي الماء والخام لفاصل ي ر "السطح البي ي ن".)interface( 127

128 الشكل 4-3. مبادئ "الغسيل بالماء" أفق مع تحكم ي ف المستوى الفاصل بي الخام والماء وحاجز "هدار". الشكل 5-3. فاصل ثال ي ب األطوار ي ر أفق ثال ي ب الطور مع "دلو وسد". الشكل 1-3. رسم تخطي ي ط لفاصل ي ر 128

129 أفق ثال ي ب الطور مع "دلو وسد". الشكل 7-3. عرض لفاصل ي ر يتدفق كل من النفط والماء عىل السدود حيث يتم التحكم بالمستوى من خالل عوامة إزاحة بسيطة. يرتفع النفط المتدفق ليدخل إىل دلو النفط bucket( )oil حيث يتم التحكم بمستواه بواسطة وحدة تحكم بالمستوى تتحكم بفتح وغلق صمام تفري غ النفط. يتدفق الماء تحت دلو النفط ثم يتخط هدار الماء weir(.)water يتم التحكم ي ف مستوى الماء بعد السد بواسطة وحدة تحكم بالمستوى تعمل عىل تشغيل صمام تفري غ المياه. كما هو موضح ي ف األشكال 3- و يكون الجزء الخل ي ق من دلو النفط أعىل من الجزء األما ي م منه. يضمن هذا االختالف ي ف االرتفاع أن النفط لن يتدفق عىل الجزء الخل ي ق من الدلو وخارج الدلو ليختلط بالماء ثانية. يتحكم ارتفاع السد النف ي ط )ارتفاع مدخل الدلو( ي ف مستوى السائل ي ف الوعاء. كما يتحكم الفرق ي ف االرتفاع بي السدين "النفط والمياه" ي ف سماكة طبقة النفط بسبب اختالفات الكثافة. يجب المحافظة عىل أن يكون ارتفاع حاجز المياه منخفضا بقدر كاف عن مستوى ارتفاع النفط ي ف الدلو بحيث تتوفر طبقة )وسادة( من النفط تطيل زمن مكوث النفط. إذا كان منسوب المياه منخفض ا للغاية والفرق ي ف الكثافة النوعية بي الماء والخام ليس كبت ا فعندئذ يمكن أن يزداد سمك طبقة النفط إىل نقطة يتم فيها هروب النفط من تحت دلو النفط وخروجه من منفذ المياه. عادة إما أن يتوفر ي ف الوعاء إمكانية تعديل ارتفاع سد النفط أو سد الماء أوكالهما بحيث يمكن استيعاب التغيتات ي ف الكثافة أو معدالت التدفق الخاصة بالنفط أو الماء. للحصول عىل االرتفاع المرغوب لطبقة النفط يجب ضبط هدار "سد" الماء عىل مسافة أقل انخفاضا من السد النف ي ط. يتم حساب هذه المسافة باستخدام المعادلة 8-3 والذي تم اشتقاقها من خالل مساواة ارتفاع أعمدة السائل ( static )heads عند النقطة "أ". حيث = Δh المسافة تحت السد النف ي ط بوصة = ho ارتفاع طبقة النفط المطلوب بوصة lb / ft 3 كثافة النفط رطل/قدم مكعب, = ρo.lb / ft 3 كثافة الماء رطل/قدم مكعب, = ρw Δh = ho [ 1- (ρo/ρw) ] Eq

130 معالجة ر البتول والغاز تتجاهل هذه المعادلة ارتفاع النفط والمياه المتدفقة عت السد وتقدم رؤية للمستويات عندما ال يكون هناك تدفق. التدفق الكبت من النفط سوف يتسبب يف ارتفاع طبقة النفط. وبذلك تصبح المادة النفطية أكت سمكا ويجب أن يكون دلو النفط عميقا (مستواه منخفض) بما فيه الكفاية بحيث ال يتدفق النفط تحته. وبالمثل فإن التدفق الكبت للمياه سيؤدي إىل ارتفاع مستوى المياه المتدفقة فوق سد المياه وسيكون هناك تدفق كبت من النفط إىل دلو النفط إىل أن يحدث ثبات بعد إنشاء ارتفاع جديد للمياه ( )hw راجع شكل.1-3 يمكن التقليل من هذه اآلثار الديناميكية عن طريق جعل السدود أطول بقدر المستطاع. الشكل.1-3 تحديد ارتفاع طبقة النفط. ه األكت فعالية مع وجود نسبة مياه يف الخام كبتة و / أو اختالفات الكثافة الفواصل ثالثية الطور مع تصميم الدلو والهدار ي البين ( )Interface بكونه قاب ل للتعديل بسهولة للتعامل مع الصغتة بي النفط والماء. يتمت تصميم التحكم يف السطح التغتات غت المتوقعة يف معدالت الكثافة أو التدفق الخاصة بالنفط أو الماء. تستخدم الفواصل ثالثية الطور مع نظام التحكم يف السطح الفاصل بي الماء والخام ( )Interface control للتطبيقات ذات الن يتوقع فيها كميات كبتة من معدالت تدفق عالية للزيت و / أو اختالفات كبتة يف الكثافة. يف حالة النفط الثقيل أو ي البين ( )Interface يف مثل هذه الحالة الفواصل المستحلب أو البارافي قد يكون من الصعب استشعار مستوى السطح الموض بها. ه بتصميم الدلو والهدار ي :2-2-3 مسقط المياه الحرة ( )Free-Water Knockout ) (FWKO يستخدم مصطلح "مسقط المياه الحرة" ( )FWKO لوعاء يعالج تيار متدفق من سائل مع قليل من الغاز وال تتم محاولة أفق, والشكل,81-3 مسقط المياه الحرة بتصميم فصل الغاز عن النفط. يوضح الشكل,2-3 مسقط المياه الحرة بتصميم ي عمودي. ثالب الطور ومسقط المياه الحرة, هو أنه يف األخت يوجد منفذان السائل فقط واحد الفرق الرئيىس بي فاصل تقليدي ي للنفط والكميات الصغتة من الغاز والثاب للمياه. وعادة ما يتم تشغيل مسقطات المياه الحرة كأوعية معبأة. يتم التحكم يف بين (الفاصل بي الماء والخام). تصميم مسقط المياه الحرة هو نفس تدفق المياه عادة بواسطة التحكم بمستوى السطح ال ي تصميم فاصل ثالب الطور ولكن نظرا لوجود كمية قليلة جدا من الغاز فإن قيد سعة السائل هو الذي يحدد الحجم. 130 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

131 أفق.)FWKO( الشكل 2-3. رسم تخطي ي ط لمسقط مياه ي ر الشكل رسم تخطي ي ط لمسقط مياه رأ ي س.)FWKO( أفق ثال ي ب الطور مع أسطوانة أو وعاء تجميع" للسائل : فاصل ي ر )Horizontal Three-Phase Separator with a Liquid Boot ( أفق ثال ي ب الطور مع "أسطوانة تجميع" ماء ي ف قاع الوعاء. تقوم "االسطوانة" بجمع األشكال 88-3 و 89-3 تظهر فاصل ي ر كميات صغتة من المياه ال ي ر ن تستقر ي ف قسم جمع السائل حيث تتحرك إىل منفذ الوعاء. هذه األوعية ي ه حالة خاصة 131

132 ر ي لفواصل ثالثية الطور. ي ف هذه الحالة يمكن توفت زمن مكوث أكت لفصل النفط والماء وإمكانية أقل لخروج المستحلب أو الخام من منفذ خروج المياه. األفق مع أسطوانة جمع الماء boot"."liquid الشكل رسم مبسط لفاصل ثال ي ب األطوار ي ر األفق مع أسطوانة جمع الماء boot"."liquid الشكل رسم تخطي ي ط لفاصل ثال ي ب األطوار ي ر :4-2-3 الفواصل الرأسية Separators( )Vertical توصيف ا نموذجي ا لفاصل ثال ي ب الطور عمودي. يدخل التدفق ف الفاصل األفق. الوعاء عت الجانب كما ي يوضح الشكل 83-3 يقوم مغت االتجاه "موجه الداخل" بفصل الجزء األكت من الغاز. الناقل لألسفل "مهبط" )down-comer( يقوم بتوجيه السائل للتول تحت السطح الفاصل بي الخام والماء "تحت السطح البي ي ن "interface ح ر ن ال يتسبب ي ف خلق مستحلب وح ر ن ال يعكر عملية الفصل ال ي ر ن تجري. أما المدخنة ف يه تقوم بموازنة ضغط الغاز بي القسم السف ي ىل وقسم الغاز. يقع مخرج الموزع الموجود ي ف نهاية الناقل لألسفل أسفل السطح الفاصل بي النفط والماء وبالتا ي ىل يحدث الغسيل بالماء للتدفق القادم. من هذه النقطة مع ارتفاع النفط تنفصل أي مياه حرة عالقة داخل النفط. بينما تسقط قطرات الماء عكس 132

133 اتجاه حركة صعود النفط ويتدفق الماء إىل أسفل وتميل قطرات النفط العالقة ي ف المياه إىل االرتفاع المعاكس التجاه تدفق الماء. الشكل فاصل عمودي ثال ي ب الطور مع التحكم ي ف المستوى البي ي ن للسوائل. الشكل 21-3 يوضح الطرق الثالثة المختلفة ال ي ر ن يتم استخدامها غالب ا ي ف الفواصل الرأسية للتحكم ي ف مستوى المياه. األول هو استخدام عوامة اإلزاحة للتحكم ي ف المستوى بي الغاز والنفط وتنظيم صمام التحكم إلخراج النفط من قسم النفط واستخدام عوامة عىل السطح الفاصل بي الماء والخام "البي ي ن" للتحكم ي ف ارتفاع الماء وتنظيم صمام التحكم ي ف مخرج المياه. نظر ا ألنه ال يتم استخدام أي حواجز داخلية أو سدود فإن هذا النظام هو األسهل ي ف التصنيع واألفضل ي ف معالجة اإلنتاج عند وجود شوائب من الرمل واألجسام الصلبة. الطريقة الثانية الموضحة تستخدم السد للتحكم ي ف مستوى السطح البي ي ن للغاز والنفط ي ف موضع ثابت. وينتج عن ذلك فصل أفضل للمياه عن النفط حيث أن كل النفط يجب أن يرتفع إىل ذروة ارتفاع سد "صندوق" النفط قبل الخروج من الوعاء. من عيوبه أن صندوق النفط يأخذ حجم الوعاء ويزيد من تكلفة الوعاء. باإلضافة إىل ذلك يمكن أن تتجمع الرواسب والمواد الصلبة ي ف صندوق النفط ويكون من الصعب ترصيفها كذلك قد يتطلب األمر تركيب صمام إغالق منفصل خشية انخفاض المستوى ي ف صندوق الخام للحماية ي ف حالة تعطل صمام التفري غ ي ف الوضع المفتوح. تستخدم الطريقة الثالثة اثني من السدود مما يل ي ع الحاجة إىل استخدام عوامة عىل السطح البي ي ن )Interface( بي الماء والخام. يتم التحكم ي ف المستوى البي ي ن بي الماء والخام عن طريق ارتفاع السد ي الخارخ للماء أو المخرج القابل للتعديل. متة هذا النظام هو أنه يل ي ع عنرص تحكم المستوى البي ي ن. العيب هو أنه يتطلب أنابيب خارجية إضافية ومساحة. 133

134 الشكل فاصل عمودي ثال ي ب الطور بدون غسل بالماء ومع التحكم ي ف المستوى البي ي ن للسوائل الشكل فاصل عمودي ثال ي ب الطور بدون غسل بالماء ومع التحكم ي ف المستوى البي ي ن للسوائل 134

135 ر ي طرق التحكم بمستوى المياه ي ف الفاصل الرأ ي س ثال ي ب الطور :5-2-3 اعتبارات االختيار Considerations( )Selection تع ي ط الخصائص الهندسية والفتيائية والتشغيلية مزايا ومساوئ لكل نوع من أنواع الفواصل. ر التسيب بالجاذبية "الختالف أفق تكون رسعة الكثافة" أكتكفاءة ي ف األوعية األفقية منه ي ف األوعية ا لرأسية. ي ف قسم ر التسيب بالجاذبية ي ف وعاء ي ر التسيب ورسعة التدفق عموديتي بدال من أن يكونا متضادتي ي ف األوعية العمودية. كما تحتوي الفواصل األفقية عىل ر مساحة واجهة " مساحة بينية" بي السائل والغاز وبي الخام والماء أكت من المساحة ي ف الفواصل الرأسية مما يعزز توازن الطور "بي الغاز والخام وبي الخام والماء". ويكون هذا مؤثرا للغاية ي ف حالة وجود الرغوة بي الغاز والسائل أو وجود مستحلب بي الخام والماء. وهكذا من وجهة نظر عملية المعالجة يفضل األوعية األفقية. ومع ذلك لديهم العديد من العمودية ي ر ني يمكن أن تؤدي إىل تفضيل األوعية ف حاالت معينة: العيوب وال الفواصل األفقية ليست جيدة مثل الفواصل الرأسية ي ف معالجة المواد الصلبة. فيمكن وضع خط تفري غ "خروج" السائل الخاص بالفاصل الرأ ي س ي ف منتصف الرأس السف ي ىل بحيث ال ر تتاكم المواد الصلبة ي ف الفاصل ولكنها بذلك ستستمر إىل الوعاء التا ي ىل ي ف العملية. كبديل يمكن وضع الرصف )drain( ي ف هذا الموقع بحيث يمكن التخلص. من المواد الصلبة بشكل دوري بينما ر يتك السائل الوعاء عند ارتفاع أعىل قليال ي ف األوعية األفقية من الرص وري وضع عدة مصارف )drain( عىل طول الوعاء. فبما أن المواد الصلبة سيكون لها زاوية ترسيب وتعلق بالسطح من 45 0 إىل 60 0 لذلك يجب أن تكون المصارف متعددة و ي ف مسافات قريبة جدا ل ي ك تغ ي ط طول الوعاء بالكامل محاوالت إطالة المسافة بي المصارف مع توفت رشاشات مياه لتقليب الرمال ي ف محيط كل مرصف وذلك لترصيف المواد الصلبة تكون مكلفة وغت عملية غالبا. تتطلب األوعية األفقية مساحة أكت من األرض مقارنة بالفواصل الرأسية. قد ال يكون لذلك أهمية ي ف المواقع عىل األرض إال أنه قد يكون مهم ا جدا ي ف المعدات البحرية. قدرة الفواصل األفقية عىل امتصاص الدفعات الفجائية من السوائل )slugs( أقل كثتا من قدرة الفواصل الرأسية. )بينما تغيت صغت ي ف ارتفاع السائل ي ف الفواصل األفقية يقابله تغيتكبت ي ف كمية السائل مقارنة بالفواصل الرأسية إال أنه تحتوي األوعية األفقية عىل سعة تدفق أقل من األوعية العمودية الحجم لنفس معدل التدفق المستقر(. وذلك ألن المسافة بي ارتفاع السائل ي ف ظروف التشغيل عن المسافة ال ي ر ن تؤدي إلغالق الفاصل صغتة ي ف الفواصل األفقية عنها ي ف الفواصل الرأسية )مثال ارتفاع السائل ي ف وضع التشغيل ي ف الفاصل األفق %51 وإغالق الفاصل للطوارئ يحدث عند 11 أو %15 بينما ارتفاع السائل ي ف األوعية الرأسية ي ف وضع التشغيل %31 وإغالق 135

136 الفاصل للطوارئ عند %15 مما يسمح بنظام التحكم ي ف المستوى وصمام تفري غ السائل ي ف الفواصل الرأسية المزيد من الوقت لترصيف دفعة التدفق(. يضاف إىل ذلك أن تدفقات السوائل ي ف األوعية األفقية من الممكن أن تخلق موجات داخلية تؤثر عىل جهاز استشعار مستوى السائل "العوامة" ر فتتفع معطية إشارة ترصيف للسائل قبل األوان. تجدر اإلشارة إىل أن الفواصل العمودية لها أيض ا بعض العيوب ال ي ر ن ال تتعلق بالعملية ويجب أخذها ي ف االعتبار عند االختيار مثل: 8- قد يكون من الصعب عمل صيانة لصمام األمان وبعض عنارص التحكم أعىل الفاصل بدون ساللم ومنصات خاصة 9- قد يكون من الرص وري إزالة الفاصل من الهيكل الحديدي الخاص به )skid( لنقله بالشاحنات بسبب قيود االرتفاع. 3- تكون الفواصل األفقية أقل تكلفة من الفواصل الرأسية ذات الحجم المتساوي. نظر ا ألن الفواصل الرأسية تكون مدعومة فقط باألسطوانة السفلية skirt( )bottom )راجع الشكل 81-9( فلذلك يجب أن تكون جدران الفواصل األفق ذي الحجم المماثل والذي قد يكون مدعوما بالشوج ( عالوة عىل ر.)saddles الرأسية أكت سمك ا من الفاصل ي ذلك يمكن أن يتعرض الفاصل الرأ ي س الكبت عند تعرضه لرياح عالية )ألحمال كبتة( جانبية. فلذلك يجب زيادة سماكة جدار الفاصل الرأ ي س مما يؤدي بدوره إىل زيادة تكلفة الوعاء الكلية. بشكل عام تعتت الفواصل األفقية ي ه األكت اقتصادا للفصل العادي بي الغاز والنفط وبي النفط والماء خاصة حيث قد تكون هناك مشاكل ي ف المستحلبات أو الرغاوى أو نسبة عالية من الزيت والغاز.)GOR( بينما تعمل الفواصل العمودية بشكل أكت فعالية ي ف تطبيقات GOR المنخفضة.كما يتم استخدامها أيض ا ي ف بعض تطبيقات GOR عالية جدا مثل أجهزة التنقية ( ر ن يتم فيها إزالة السوائل فقط من الغاز. )scrubbers ال ي 3-3: المكونات الداخلية لألوعية تم تغطية األجزاء الداخلية ر المشتكة لكل من الفواصل ثنائية الطور والفواصل ثالثية الطور مثل مغتات االتجاه ( inlet )diverters ومانع "كارس" األمواج breakers( )wave ولوحات إزالة الرغوة plates( )de-foaming وكسارة الدوامة )drains( والمصارف )sand jets( ورشاشات المياه )stilling wells( ودليل العوامة )vortex breakers( ومستخلصات الرذاذ extractors( )mist ي ف الفصل السابق ولن تتكرر هنا. ولكن سيتم تقديم األجزاء الداخلية اإلضافية ال ي ر ن تساعد ي ف فصل النفط والمياه ي ف هذا القسم : لوحات التجميع "االندماج -االلتحام") Plates )Coalescing من الممكن استخدام أنابيب أو ألواح بتصميمات مختلفة للمساعدة ي ف التحام وتجميع قطرات النفط ي ف الماء وقطرات الماء ي ف النفط. إن تركيب ألواح االندماج ي ف قسم السائل سيؤدي إىل زيادة حجم قطرات الماء الملتصقة ي ف الطور النف ي ط مما يجعل ر التسيب بالجاذبية لهذه القطرات عند المنطقة البينية بي النفط والماء أسهل. وبالتا ي ىل فإن استخدام ألواح االندماج )الشكل 87-3( غالبا ما يؤدي إىل القدرة عىل التعامل مع معدل تدفق معي ي ف وعاء أصغر. ومع ذلك وبسبب إمكانية االنسداد عن طريق الرمل أو البارافي أو نواتج التآكل ينب ي ع عدم استخدام ألواح االندماج باستثناء الحاالت ال ي ر ن يكون فيها التوفت ي ف حجم الوعاء ووزنه كبت بما يك ي ق لتتير الزيادة المحتملة ي ف تكاليف التشغيل وتقليل توافر المعدة لظروف التنظيف والصيانة. 136

137 معالجة ر البتول والغاز ثالب الطور ومزود بلوحات تجميع (اندماج) الشكل.87-3 رسم أفق ي تخطيط لفاصل ي :4-3 مشاكل التشغيل المحتملة :1-4-3 المستحلبات قد تواجه الفواصل ثالثية الطور نفس مشاكل التشغيل مثل الفواصل ثنائية الطور باإلضافة إىل ذلك قد تنشأ مشكلة والن يمكن أن تكون مزعجة بشكل خاص ف تشغيل الفواصل ثالثية الطور. عىل مدى ر فتة من الزمن قد تتاكم المستحلبات ي المواد المستحلبة و / أو الشوائب األخرى يف المساحة الفاصلة بي الماء والنفط. باإلضافة إىل التأثت الضار لهذا التجمع عىل أدوات وإمكانية التحكم ف مستوى السائل فإن هذا ر التاكم سيقلل أيضا من الوقت الفعىل لزمن المكوث الخاص بالنفط وبالتاىل سيؤدي إىل انخفاض يف كفاءة فصل الماء عن النفط. إضافة المواد الكيميائية و / أو الحرارة والماء يف جهاز الفصل تقلل يف كثت من األحيان من هذه المشكلة. يف كثت من األحيان من الممكن تقليل الوقت الالزم لفصل الماء عن النفط إما عن طريق زيادة درجة الحرارة أو إضافة مواد كيميائية إلزالة االستحالب أو الجمع بي الطريقتي. ستتم مناقشة معالجة التاىل. المستحلبات بمزيد من التفصيل يف الفصل :5-3 نظرية تصميم الفواصل ثالثية الطور :1-5-3 فصل الغاز ثالب األطوار ثناب الطور الموصوفة يف الفصل السابق صالحة كذلك للفصل ي المفاهيم والمعادالت المتعلقة بالفصل ي بالنسبة لفصل الغاز عن السائل. :2-5-3 فصل الخام عن المياه "والمياه عن الخام" ( )Oil Water Settling "رقائق" ( )Laminar flow يمكن استخدام التدفق حول قطرات المياه يف الخام أو قطرات الخام يف المياه هو تدفق هادئ قانون ستوك لحساب رسعة السقوط "الشعة الطرفية لحركة القطرة" Vt = 1.78 x 10-6 (ρ2 ρ1 ) d2m / µ Eq. 3-2 حيث (= 62.4 SG( lb / = ρ2 كثافة سائل القطتات =ρ1 كثافة المرحلة المستمرة "الوسط الذي تتحرك فيه القطرة" (= 62.4 SG ( lb / ft3 ft3 137 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

138 ر ي ف حالة فصل قطرة الماء ي ف النفط فإن الطور المستمر هو النفط والقطرة ي ه الماء, بينما ي ف حالة فصل قطرة النفط ي ف طور الماء تكون قيمة Vt بقيمة سلبية ألن حركة قطرة النفط ستكون لألعىل. ft / s القطرة( للقطرة )رسعة = Vt = dm قطر القطرة ميكرون.cp لزوجة المرحلة المستمرة "الوسط الذي تتحرك فيه القطرة" = µ 3-5-3: حجم قطرة الماء ي ف الخام من الصعب التنبؤ بحجم قطتات الماء ال ي ر ن يجب ترسيبها "التخلص منها" من النفط ليتطابق النفط مع التعريف "نفط صا ي ف". ما لم تتوافر بيانات ميدانية أو مختية مجاورة. تم الحصول عىل نتائج جيدة عن طريق تصميم أحجام بحيث تتسب قطرات الماء أكت أو تساوي 511 ف الشكل 81-3 إذا تم استيفاء هذا المعيار فإن ر ميكرون. كما هو مبي ي المستحلب المزمع معالجته بواسطة المعدات التالية سيحتوي عىل 5 إىل 81 من الماء. ي ف أنظمة النفط الخام الثقيل يكون من الرص وري ي ف بعض األحيان التصميم إلزالة قطرات من الماء بحجم ميكرون. ي ف مثل هذه الحاالت قد يحتوي المستحلب الناتج عىل ما يصل إىل 91 إىل 31 من الماء : حجم قطرة النفط ي ف المياه. من المعادلة 9-3, يمكن مالحظة أن فصل قطتات النفط عن الماء أسهل من فصل قطرات الماء من النفط, ذلك ألن لزوجة النفط ي ه أكت 5 إىل 91 مرة من لزوجة الماء. وبالتا ي ىل فإن رسعة صعود "فصل" قطرة النفط ي ف الماء أكت بكثت من رسعة ترسيب قطرة الماء ي ف النفط. الغرض األسا ي س من الفصل ثال ي ب المراحل هو تحضت النفط لمزيد من المعالجة. تشت الختة الميدانية إىل أن محتوى النفط ي ف المياه المنتجة من فاصل ثال ي ب الطور تم تصميمه إلزالة الماء من النفط ر يت اوح بي بضع مئات و 9111 ىل ستحتاج هذه المياه إىل مزيد من المعالجة قبل التخلص منها. ملغم / لت, وبالتا ي يمكن أن بوجه عام تصميم الفاصل ثال ي ب الطور ال يعتت إزالة قطتات النفط من المياه معيارا هاما أو أساسيا للحسابات. من حي آلخر قد تكون لزوجة طور الماء عالية أو أعىل من لزوجة المرحلة الهيدروكربونية السائلة. عىل سبيل المثال عادة ما تحتوي أنظمة إزالة الجاليكول الكبتة عىل فاصل ثال ي ب الطور. قد تكون لزوجة مرحلة الجليكول / الماء مرتفعة إىل حد ما. ي ف حاالت مثل هذه يجب تطبيق معادلة ر التسيب عىل إزالة قطرات النفط ال ي ر ن تبلغ 911 ميكرون تقريب ا من طور الماء. إذاكان وقت االحتفاظ بطور الماء أقل بكثت من الطور النف ي ط فيجب فحص حجم الوعاء إلزالة النفط من الماء. لهذه األسباب يتم تقديم المعادالت ح ر ن يمكن فحص مرحلة المياه. ومع ذلك نادرا ما ينظم فصل النفط عن مرحلة المياه حجم الوعاء وقد يتم تجاهله ي ف معظم الحاالت : زمن المكوث لضمان بقاء النفط وقتاكاف ي يا ف الوعاء ليصل خالله لمرحلة التوازن ويكون قد تم تحرير الغازات المتطايرة منه مطلوب حجم أو سعة معينة للنفط ي ف الوعاء. كما أن هناك حاجة إىل كمية إضافية من السعة لضمان أن المياه الحرة لديها الوقت لتتجمع ي ف أحجام القطتات ال ي ر ن تك ي ق لسقوطها وفق ا للمعادلة 9-3. ر اوح بي ف من الشائع استخدام أوقات احتجاز "زمن مكوث" تت 3 دقائق و 31 دقيقة حسب البيانات المختتية أو الميدانية. ي حالة عدم توفر هذه المعلومات يمكن استخدام اإلرشادات الواردة ي ف الجدول 8-3. بشكل عام يجب زيادة زمن المكوث مع زيادة كثافة النفط )النخفاض الفرق بينه وبي كثافة المياه( أو زيادة لزوجته )راجع معادلة 9-3(. وبالمثل هناك حاجة إىل قدر معي من سعة الوعاء للمياه للتأكد من أن معظم قطتات النفط الكبتة الملتصقة ي ف الماء لديها الوقت الكا ي ف لتتكون وترتفع إىل السطح الفاصل بي النفط والماء. من الشائع استخدام زمن مكوث للمياه ر يت اوح من 3 دقائق إىل 31 دقيقة حسب البيانات المختتية أو الميدانية. إذا لم تكن هذه المعلومات متوفرة فمن المستحسن تصميم وقت احتفاظ بالماء لمدة 81 دقائق. كذلك ينب ي ع حساب زمن المكوث لكل من معدل الحد األقىص للنفط والحد األقىص لمعدل المياه. 138

139 زمن المكوث دقيقة درجة )API( للخام فوق 5 API تحت API 35 0 عند حرارة F( ) عند حرارة F( ) عند حرارة F( ) جدول 8-3. زمن المكوث ر المقتح من )12J )API الشكل مثال لتوزي ع حجم القطرات المائية. )يختلف توزي ع الحجم حسب ظروف التشغيل وخصائص الخام والمياه(. 139

140 1-3: تصميم حجم الفاصل ثال ي ب الطور "الطريقة األوىل" أفق نصف الممتىل : تصميم فاصل ثال ي ب الطور ي ر أفق ثال ي ب الطور من الرص وري تحديد قطر الوعاء وطول الوعاء من التماس إىل التماس. اعتبارات سعة لتصميم حجم فاصل ي ر الغاز وزمن المكوث يؤسسان قيودا لقيم القطر والطول كذلك فإن الحاجة إىل ترسيب "فصل" قطرات الماء بمقدار 511 ميكرون من النفط وفصل قطرات النفط 911 ميكرون لتخرج من الماء تؤسس قيودا أخرى لقيم القطر من أجل زمن مكوث مناسب للسائل : قيد سعة الغاز تعتمد معادالت قيد سعة الغاز عىل تحديد زمن مكوث للغاز مساوي ا للوقت المطلوب ل ي ك تسقط القطرة لتستقر عىل السطح السائل. بالنسبة للوعاء المملوء بنسبة 51 من السائل وفصل القطرات السائلة من الغاز يمكن اشتقاق المعادلة التالية: ي dleff = 420 ( TZQ P ) [CD ρ1/(ρ2- ρ1) dm ]0.5 Eq. 3-3 حيث in القطر الداخىل للوعاء بوصة = d ft الطول الفعال للوعاء حيث يحدث االنفصال = Leff 0 R درجة حرارة التشغيل = T MMscfd معدل تدفق الغاز = Qg psia ضغط التشغيل = P = z معامل انضغاط الغاز = CD معامل السحب = dm قطر قطرة السائل المراد فصلها ميكرون lb / ft 3 كثافة الوسط المستمر )الغاز ي ف حالة سقوط القطرة من الغاز( = ρ1.lb / ft 3 كثافة القطرة )السائل هنا( = ρ : قيد زمن المكوث المعادلة التالية يمكن استخدامها لتحديد تركيبات مقبولة من d و Leff لتحقيق زمن المكوث المناسب. d 2 Leff = 1.42 [(Qw)(tr)w + (Qo)(tr)o] Eq. 3-4 حيث BPD معدل تدفق المياه = Qw (tr)w = ومن المكوث للمياه دقيقة BPD معدل تدفق النفط = Qo (tr)o = زمن المكوث للنفط دقيقة : سقوط قطرة المياه من النفط "العالقة ي ف طور النفط" يمكن حساب رسعة قطرات الماء ال ر ن ي تستقر عت النفط باستخدام قانون ستوكس. من هذه الشعة وزمن مكوث النفط 140

141 و 4 المحدد يمكن تحديد المسافة ال ر ن ي يمكن أن تقطعها قطرة الماء ل ي ك تستقر. تحدد هذه المسافة المستقرة س مك طبقة النفط كحد أقىص من خالل الصيغة التالية: حيث )sp.gr( الفرق ي ف الكثافة النوعية = ΔSG (ho)max = (tr)o (ΔSG ) d 2 m / µ Eq. 3-5.Kg / Lt هذا هو الحد األقىص لسمك طبقة النفط الذي يمكن أن يسمح لقطرات الماء باالستقرار ي ف الوقت المناسب بالنسبة إىل قطرة قطرها = 500 dm ميكرون يمكن استخدام المعادلة التالية. (ho)max = 320 (tr)o (ΔSG) / µ Eq. 3-6 بالنسبة لزمن مكوث معي للنفط ]o ]tr وزمن مكوث للماء ]w ]tr فإن قيد الحد األقىص لسمك طبقة النفط يحدد أقىص قطر مسموح به وفق ا لإلجراء التا ي ىل: 8. حساب )(ho)max( كحد أقىص. استخدم قطرة 511 ميكرون ي ف حالة عدم توفر معلومات أخرى. 9. حساب الجزء الع ر شي من الوعاء الذي يشغله المياه. هذا يعط من قبل المعادلة Aw/A = 0.5 Qw (tr)w / [ (tr)o Qo + (tr)w Qw ] Eq من الشكل 82-3 تحديد معامل β. dmax = (ho)max/β Eq حساب dmax حيث: β = ho/d من المعادلة أي مجموعة من d وLeff تر ي ض كل الثالث معادالت 3-3 و سوف تكون مناسبة : فصل قطرات النفط عن طور الماء ترتفع قطرات النفط ي ف طور الماء بشعة يحددها قانون ستوكس. كما هو الحال مع قطرات الماء ي ف النفط ويمكن استخدام رسعة الصعود وزمن المكوث لحساب الحد األقىص لقطر الوعاء من معادلة 4-3. من النادر أن يكون الحد األقىص للقطر المحدد من قطرة النفط ال ي ميكرون وال ي ر ن تبلغ 911 ر ن ترتفع خالل مرحلة المياه أكت من قطرة الماء 511 ميكرون ال ي ر ن تسقط ي ف طور النفط. ولذلك فإن الحد األقىص للقطر المحدد من قطرة مياه 511 ميكرون الذي يستقر من النفط يحكم عادة التصميم. بالنسبة إىل = 200 dm ميكرون تستخدم المعادالت التالية: حيث )sp.gr( الفرق ي ف الكثافة النوعية = ΔSG (hw)max = 51.2 (tr)w (ΔSG) / µw Eq. 3-9.Kg / Lt أقىص قطر يمكن الحصول عليه من المعادلة dmax = (hw)max / β Eq

142 الشكل معامل "β" ألسطوانة نصف مليئة بالسائل : الطول من المماس إىل المماس Length( )Seam-to-Seam بالنسبة لألوعية ال ي ر ن يتم تصميمها عىل أساس سعة الغاز من الممكن حساب الطول الفعال من المعادلة 4-3. بعد ذلك يمكن تقدير طول التماس إىل التماس للوعاء. عندما يزداد قطر الوعاء يلزم زيادة الطول لتوزي ع تدفق الغاز بالتساوي. استنادا إىل هذه المفاهيم ومع التجارب الميدانية يمكن تقدير طول التماس إىل التماس باختيار القيمة األكت من المعادلتي التالتي 88-3 و 89-3 : Lss = 4/3 Leff Eq Lss = Leff + d/12 Eq بالنسبة لألوعية ال ي ر ن يتم تصميمها عىل أساس سعة السائل يلزم وجود جزء من طول الوعاء لتوزي ع تدفق المدخالت والمخرج السائل. طول التماس إىل التماس يمكن حسابه كما ي ي ىل: Lss = 4/3 Leff Eq : نسبة النحافة " نسبة الطول إىل القطر" Ratio( )Slenderness تسمح المعادالت السابقة باختيارات متعددة للقطر والطول لكن لكل تصميم وعاء يوجد اختيار أو اختيارين لمزي ج من الطول والقطر Leff( وd ( يكون هو األنسب. يمكن إثبات ذلك بأن أن األصغر قطر ا سيكون أقل وزنا وبالتا ي ىل أقل تكلفة ومع ذلك فهناك نقطة حيث يؤدي انخفاض القطر إىل زيادة احتمال أن تؤدي الشعة العالية ي ف تدفق الغاز إىل حدوث موجات 142

143 معالجة ر البتول والغاز الن ه ي وإعادة دخول السوائل يف تيار الغاز "إعادة تعلق السائل بالغاز". وقد أظهرت التجربة أنه إذا كانت سعة الغاز ي تحكمت يف التصميم والطول المقسوم عىل القطر والمشار إليه ب "نسبة النحافة" ( )Slenderness Ratio أكت من 5 فإن إعادة تعلق السائل قد تصبح مشكلة. لذلك تم تصميم معظم الفواصل ثالثية الطور عىل نسبة نحافة بي 3 و.5 من الخيارات البديلة عن حساب نسبة النحافة والتحقق من قبولها أو عدم قبولها يمكن للمستخدم بعد إجراء الحسابات تحديد مجموعة من القطر والطول من أحجام الفواصل القياسية حسب الجدول الموجود يف.API 12J : خطوات تصميم الفواصل األفقية ثالثية الطور - نصف الممتلئة ه تحديد أسس التصميم. ويشمل ذلك تحديد معدالت التدفق -8 الخطوة األوىل يف تحديد حجم الفاصل األفق ي القصوى والدنيا وضغط التشغيل ودرجة الحرارة وحجم القطتات المطلوب إزالتها إلخ. -9 حدد (tr)o و (tr)w -3 احسب ( )(ho)max من معادلة 5-3 استخدم قطرة 511 ميكرون يف حالة عدم توفر معلومات أخرى. Eq.3-5 (ho)max= (tr)o (ΔSG ) d2m / µ لقطرة 511 ميكرون استخدام معادلة 1-3. (ho)max = 320 (tr)o (ΔSG) / µ Eq احسب, Aw / A استخدام معادلة.7-3 Aw/A = 0.5 Qw (tr)w / [ (tr)o Qo + (tr)w Qw ] Eq حدد β من المنحن. -1 احسب dmax استخدام معادلة 1-3 dmax = (ho)max/β Eq. 3-8 تستوف قيد سعة الغاز. استخدم قطرة 811 ميكرون إذا لم تكن -7 احسب مجموعات من Leff d ألقل من dmax هناك معلومات أخرى متاحة. استخدم معادلة.3-3 𝑄𝑍𝑇 ) [CD ρ1/(ρ2- ρ1) dm ]0.5 Eq. 3-3 زمن مكوث الخام و الماء, استخدم المعادلة 4-3 تق بقيود ي الن ي -1 احسب مجموعات من Leff d ألقل من dmax ي ] d2leff = 1.42 [(Qw)(tr)w + (Qo)(tr)o Eq احسب طول التماس إىل التماس. استخدم معادلة 88-3 أو.89-3 Lss = Leff + d/12 )سعة الغاز( Eq Lss = 4/3 Leff ) Eq سعة السائل( -81 حدد قطر وطول معقول. نسب النحافة ( )12Lss/d من 3 إىل 5 شائعة. -88 عند إجراء اختيار نهاب يكون من األفضل دائما تحديد حجم وعاء قياسية. الجدول 2-9 يف الفصل السابق يمثل األفق. للفاصل القياسية لألحجام ( )API Spec. 12J 𝑃 ( dleff = 420 أس ثالئ الطور ر ي :2-6-3 تصميم فاصل ي كما هو الحال مع الفواصل الرأسية ثنائية الطور يجب الحفاظ عىل الحد األدب للقطر الذي يسمح للقطرات السائلة يكق للسماح لقطرات المياه العالقة بالنفط بالفصل عن الغاز المتحرك رأسيا. كما يجب أن يكون للوعاء قطر كبت بما ي باالستقرار من مرحلة النفط والسماح بقطرات النفط العالقة يف المياه باالرتفاع إىل الجزء األعىل من السائل. تحدد متطلبات وقت االحتفاظ بالسائل مجموعة من األقطار واالرتفاعات لحجم السائل ( %31 من حجم الوعاء) ويمكن اختيار أي قطر أكت من الحد األدب المطلوب لسعة الغاز وفصل السائل. 143 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

144 : قيد سعة الغاز من خالل تحديد رسعة الغاز ال ي ر ن تساوي رسعة سقوط "ترسيب" القطرة يمكن اشتقاق ما ي ي ىل: d 2 = 5040 (TZQg/P) [CD ρg/(ρl- ρg) dm ] 0.5 Eq حيث in القطر الداخ ي ىل للوعاء بوصة = d R 1 درجة حرارة التشغيل = T MMscfd معدل تدفق الغاز = Qg psia ضغط التشغيل = P = z انضغاط الغاز = CD معامل السحب = dm قطر قطرة السائل المراد فصلها ميكرون lb / ft 3 كثافة الغاز = ρg. lb / ft 3 كثافة السائل = ρl إلزالة قطرة 811 ميكرون يمكن اختصار المعادلة إىل ما ي ي ىل: d 2 = 504 (TZQg/P) [CD ρg/(ρl- ρg) ] 0.5 Eq : قيد ترسيب قطرة الماء من النفط للفاصل الرأ ي س يتطلب ر رسط ترسيب قطرات الماء من النفط استيفاء المعادلة التالية: d 2 = 6690 Qo µ/ (ΔSG) d 2 m Eq sp.gr Kg / Lt الفرق ي ف = ΔSG d 2 = Qo µ/ (ΔSG) Eq لقطرة 511 ميكرون يمكن أن تتعدل المعادلة إىل : قيد فصل "صعود" النفط من مرحلة المياه فصل النفط عن الماء يتطلب استيفاء المعادلة التالية: d 2 = 6690 Qw µ/ (ΔSG) d 2 m Eq sp.gr Kg / Lt الفرق ي ف = ΔSG d 2 = Qw µ/ (ΔSG) Eq ل 911 ميكرون قطرة النفط معادلة يمكن أن يكون ho +hw = [(tr)oqo + (tr)w Qw] / 0.12d : قيد زمن المكوث Eq

145 معالجة ر البتول والغاز حيث = ho ارتفاع طبقة النفط = hw االرتفاع من مخرج المياه إىل السطح الفاصل بي الماء والنفط. أس : طول التماس إىل التماس للفاصل الر ي كما هو الحال مع أجهزة الفصل األفقية ثالثية األطوار فإن تصميم األجزاء الداخلية لألوعية سيؤثر عىل طول التماس إىل التماس. يمكن تقدير طول التماس إىل التماس ( )Lss لألوعية الرأسية عىل أساس القطر وارتفاع السائل. كما هو مبي يف الشكل 91-3 يجب إعطاء سماحية "وفرة" لقسم ر التسيب بالجاذبية (فصل الغاز) وقسم مغت االتجاه ومستخلص الرذاذ وأي فراغ أسفل مخرج الماء. ألغراض الفحص لذلك فإن قيمة Lss يمكن حسابها من أي من المعادلتي التاليتي و.99-3 Eq Eq ) <=36 in. قطر( Lss = (h0+ hw+76)/12 ) >36 in. قطر( Lss = (h0+ hw+d+40)/12 : نسبة النحافة كما هو الحال مع الفواصل األفقية ثالثية الطور كلما كانت نسبة النحافة أكت كلما كان الوعاء أقل تكلفة. يف الفواصل الن تتحكم سعة السائل بالتصميم من الشائع اختيار نسب نحافة ال تزيد عن 4 للحفاظ عىل ارتفاع قسم جمع الرأسية ي السائل إىل مستوى معقول. تعتت االختيارات بي 8.5 إىل 3 شائعة عىل الرغم من أن قيود االرتفاع قد تجت عىل اختيار نسبة ضئيلة من النحافة. : خطوات تصميم الفواصل الرأسية ثالثية الطور ه تحديد أساس التصميم. ويشمل ذلك تحديد معدالت التدفق أس ي الخطوة األوىل يف تحديد حجم الفاصل الر ي القصوى والدنيا وضغط التشغيل ودرجة الحرارة وحجم القطتات المطلوب إزالتها إلخ. المعادلة 84-3 يمكن استخدامها لتحديد الحد األدب المطلوب للقطر ( )d لسقوط قطرة السائل من الغاز. يمكن استخدام أي قطر أكت من هذه القيمة. ألي قطر تم اختياره من الممكن الحصول عىل قيمة االرتفاع المناسبة ( )h من معادلة.82-9 من قيم d و h يمكن تقدير الطول من التماس إىل التماس باستخدام المعادلتي )91-9(. و (.)98-9 يجب استخدام القيمة األكت ل.Lss قياس مناسب باستخدام تحقق من نسبة النحافة ( )slenderness لتكون من 3 إىل (.4 أو أخت حجم فاصل الجدول.)81-9 عند إجراء االختيار النهاب يكون من األفضل دائما تحديد حجم وعاء قياس. األوعية ذات األقطار الخارجية النر تصل إىل 94 بوصة لديها أبعاد أنابيب اسمية. األوعية ذات األقطار الخارجية األكت من 94 بوصة دائما يتم تصنيعها من ألواح بزيادات يف القطر ب 1 بوصات. يتم تصنيع الجزء من طول التماس إىل التماس من ررسائح يبلغ طول الواحدة منها 9.5 قدما ويكون عادة من 5 قدم إىل 81 قدم (. تم إدراج أحجام الفواصل القياسية من API 12J يف الجدول.)81-9 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

146 : تصميم فاصل رأ ي س ثال ي ب الطور 8- الخطوة األوىل ي ف تحديد حجم الفاصل الرأ ي س ي ه إنشاء أساس التصميم. ويشمل ذلك تحديد معدالت التدفق القصوى والدنيا وضغط التشغيل ودرجة الحرارة وحجم القطتات المطلوب إزالتها إلخ. 9- يمكن استخدام المعادلة 84-3 لحساب الحد األدب لقطر قطرة السائل ال ي ر ن تسقط من الطور الغازي. )استخدم المعادل لقطرات 811 ميكرون إذا لم تتوفر معلومات أخرى(. d 2 = 5040 (TZQg/P) [CD ρc/(ρd- ρc) dm ] 0.5 Eq ي ي ي ي ي d 2 = 504 (TZQg/P) [CD ρc/(ρd- ρc) ] 0.5 Eq يمكن استخدام المعادلة 81-3 لحساب الحد األدب لقطر قطرات الماء ف السقوط خالل مرحلة النفط. )استخدم المعادل لقطرات 511 ميكرون ف حالة عدم توفر معلومات أخرى(. d 2 = 6690 Qo µ/ (ΔSG) d 2 m Eq d 2 = Qo µ/ (ΔSG) Eq يمكن استخدام المعادلة )81-3( لحساب القطر األدب لقطرات النفط لالرتفاع من مرحلة المياه )استخدم المعادل لقطرات 911 ميكرون ف حالة عدم توفر معلومات أخرى. d 2 = 6690 Qw µ/ (ΔSG) d 2 m Eq d 2 = Qw µ/ (ΔSG) Eq حدد أكت قطر من األقطار الثالثة المحسوبة ف الخطوات 4-9 كحد أدب للقطر. يمكن استخدام أي قيمة أكت من هذا الحد األدب لقطر الوعاء. بالنسبة للقطر المختار والقيم المفتضة ل (tr)o و (tr)w يمكن استخدام المعادلة 91-3 لتحديد.ho+hw. ho +hw = [(tr)oqo + (tr)w Qw] / 0.12d 2 Eq من d و ho+hw يمكن تقدير طول المماس إىل المماس باستخدام المعادالت و ويجب استخدام القيمة األكت ل.Lss Lss = (h0+ hw+76)/12 for diameters <=36 in. Eq Lss = (h0+ hw+d+40)/12 for diameters >36 in. Eq تحقق من نسبة النحافة. نسب النحافة بي 8.5 و 3 شائعة أو يمكن اختيار مقاس قياس مقارب من جدول المقاسات القياسية أو جداول الموردين. يمكن استخدام المعادالت التالية: SR = 12 Lss/d Eq مثال 1-3: حساب حجم فاصل رأ ي س ثال ي ب الطور المعطيات معدل تدفق الخام = 5111 برميل / يوم معدل تدفق المياه = 5111 برميل / يوم معدل تدفق الغاز = 5 مليون قدم قيا ي س مكعب / يوم 5 MMscfd الضغط = 811 رطل لكل بوصة مطلق 100 psia الحرارة = 21 درجة فهرنهيت 90 0 F جودة الخام )معامل 30 0 API, = )API الكثافة النسبية للمياه = 1.07 = (SG)w كثافة الغاز = 0.6 = SG 146

147 زمن المكوث للخام وللمياه = min (tr)o = (tr)w = 10 لزوجة الخام = cp µo = 10 لزوجة المياه = cp µw = 1 لزوجة الغاز = 3 µg = 0.3 lb/ft كثافة السائل = 3 ρl = 54.7 lb/ft معامل السحب = 2.01 = CD معامل االنضغاط = 0.99 = Z المطلوب: إزالة القطرات ال ي ر ن أكت من قطر= 811 ميكرون سوائل و 511 ميكرون ماء و 911 ميكرون زيت. الشكل أبعاد الفاصل الرأ ي س. الحل: نحسب الفرق ي ف الكثافة النسبية بي الماء والخام ر البتو ي ىل 0 API = [141.5 /(SG)o] = ΔSG = = من المعادلة 84-3 نحسب الحد األدب للقطر الذي يسمح بسقوط نقطة السائل من طور الغاز d 2 = 5040 (TZQg/P) [CD ρg/(ρl- ρg) dm ] 0.5 Eq

148 d 2 = 5040 (550x0.99x5/100) [2.01x 0.3/( ) 100 ] 0.5 d = 38 in. نحسب الحد األدب للقطر المطلوب لقطرات الماء لتنفصل عن مرحلة النفط d 2 = 6690 Qo µ/ (ΔSG) d 2 m Eq d 2 = 6690 x 5000 x10/ (0.194) (500) 2 d = 83 in. " عن مرحلة الماء نحسب الحد األدب للقطر المطلوب لقطرات الخام لتنفصل "صعودا d 2 = 6690 Qw µ/ (ΔSG) d 2 m Eq d 2 = 6690 x 3000 x 1 / (0.194) (200) 2 d = 50.8 in. نختار القطر األكت من الخطوات 9 و 3 و 4 ليكون الحد األدب للقطر يمكن اختيار أي قطر أكت منه. dmin = 83.0 in. نختار قطر قيا ي س مناسب )أو أقطار متعددة إلكمال الحسابات( لما تم حسابه ي ف الخطوة السابقة وليكن ) بوصة(. نحسب +hw. ho ho +hw = [(tr)oqo + (tr)w Qw] / 0.12d 2 Eq For d= 84 in. ho +hw = [10 x x 3000] / 0.12x (84) 2 ho +hw = 94.5 in. For d= 90 in. ho +hw = 82.3 in. For d= 96 in. ho +hw = 72.3 in. التماس إىل التماس.)Lss( حدد القيمة األكت من ,.Eq. Lss = (h0+ hw+76)/12 for diameters <=36 in. Eq نحسب طول ي نحسب نسبة النحافة Lss = (h0+ hw+d+40)/12 for diameters >36 in. Eq SR = 12 Lss/d Eq الشائعة أو يمكن اختيار أبعاد قياسية أو أبعاد من جداول المصنعي ه 3 إىل 8.5 االختيارات من الجدول 9-3 يحتوي عىل النتائج d (in.) h 0+ h w (in.) L ss (ft.) SR جدول 9-3 حل المثال

149 االختيار النها ي ب: حساب مجموعات من d و h o + h w ألقطار أكت من الحد األدب للقطر. انظر الجدول 3-3 للحصول عىل اخت 21 الخارخ )OD( 20 قدم طول التماس إىل التماس. ر النتائج. ي ف القطر ي أفق ثال ي ب الطور مثال 2-3 : "تصميم" تحديد حجم فاصل ي ر المعطيات معدل تدفق الخام = 5111 برميل / يوم معدل تدفق المياه = 5111 برميل / يوم معدل تدفق الغاز = 5 مليون قدم قيا ي س مكعب / يوم 5 MMscfd الضغط = 811 رطل لكل بوصة مطلق 100 psia الحرارة = 21 درجة فهرنهيت 90 0 F جودة الخام )معامل 30 0 API, = )API الكثافة النسبية للمياه = 1.07 = (SG)w كثافة الغاز = 0.6 = SG زمن المكوث للخام وللمياه = min (tr)o = (tr)w = 10 لزوجة الخام = cp µo = 10 لزوجة المياه = cp µw = 1 لزوجة الغاز = 3 µg = 0.3 lb/ft كثافة السائل = 3 ρl = 54.7 lb/ft معامل السحب = 2.01 = CD معامل االنضغاط = 0.99 = Z المطلوب: إزالة القطرات ال ي ر ن أكت من قطر= 811 ميكرون سوائل و 511 ميكرون ماء و 911 ميكرون زيت. ارتفاع السائل ي ف الوعاء %. 51 الحل: نحسب الفرق ي ف الكثافة النسبية بي الماء والخام البت ر و ي ىل 0 API = [141.5 /(SG)o] = ΔSG = = أقىص سماكة وسادة النفط )ho( كحد أقىص. (ho)max= (tr)o (ΔSG ) d 2 m / µ Eq.3-5 (ho)max= x 10 (0.194) (500) 2 /10 (ho)max= 62.8 Aw/A = 0.5 Qw (tr)w / [ (tr)o Qo + (tr)w Qw ] Eq.3-7 Aw/A = 0.5 x3000 x 10 / [10 x x 3000 ] Aw/A = نحسب نحسب Aw / A 149

150 نحدد β من الشكل.91-3 مع = A Aw / اقرأ = β نحسب. dmax dmax = (ho)max/β Eq. 3-8 dmax = 62.8/0.257 dmax = 244 in. dmax الذي يستو ي ف قيد سعة الغاز. نحسب d, Leff لقطر أقل من dleff = 420 ( TZQ ) P [CD ρg/(ρl- ρg) dm ]0.5 Eq. 3-3 dleff = 420 ( 550 x 0.99 x5 100 dleff = 120 تستو ي ف قيد زمن المكوث الخاص بالمياه والخام. ) [2.01x 0.3/( ) 100 ] 0.5 نحسب مجموعات متوافقة من L eff d ألقل من d max d 2 Leff = 1.42 [(Qw)(tr)w + (Qo)(tr)o] Eq. 3-4 d 2 Leff = 1.42 [3000 x x 10] d 2 Leff = من الجدول 3-3, اختار القطر واحسب الطول المؤثر لكل قطر, ثم الطول من المماس إىل المماس. ونسبة النحافة. d (in.) L eff (ft.) L ss (ft.) SR حسابات طول المماس إىل المماس جدول 3-3. حل المثال رقم Lss = Leff + d/12 (gas capacity) Eq Lss = 4/3 Leff (liquid capacity) Eq اختيار نسبة النحافة )12Lss/d( واالختيارات من 5-3 ي ه الشائعة. اختيار حجم بأبعاد معقولة االختيار المناسب ي ف هذه الحالة هو قطر 79 بوصة و 31 قدم طول من المماس للماس أو قطر 14 بوصة وطول من المماس للماس 95 قدم. 150

151 7-3: تصميم الفاصل ثال ي ب الطور )الطريقة الثانية( التسيب أو االستقرار هو تنطبق المبادئ التالية لتصميم الفصل السائل-السائل عىل الفواصل األفقية أو الرأسية بالتساوي. ر وظيفة الجاذبية وتتأثر باللزوجة وفقا لقانون ستوك. فتتناسب رسعة ر التسب للقطرات السائلة عت سائل أخر بشكل مبا ر رس مع الفرق ي ف الكثافة بي السائلي ومربع قطر الكرة )القطرة(, بينما تتناسب عكسيا مع لزوجة السائل "الوسط الذي تمر فيه القطرة". يمكن تحديد قدرة فصل سائل عن سائل للفواصل من المعادالت 94-3 و وقيم Cs يتم استخراجها ي ف الجدول 4-3. يوفر الجدول 8-3 أوقات إقامة )أزمنة مكوث( ر مقتحة لمختلف تطبيقات فصل سائل عن سائل. هذه األرقام ر تفتض عموما أوقات إقامة متساوية لكل من مراحل السائل الخفيف والثقيل. ي ف حي أنه تم استخدام أسلوب وقت اإلقامة لتصميم معدات فصل سائل عن سائل عىل نطاق واسع إال أن هناك بعض القيود والسلبيات من اختيار أوقات إقامة ثابتة ومحددة منها: ال تأخذ أوقات اإلقامة ي ف االعتبار هندسة األوعية أي أن وقت إقامة 3 دقائق ي ف الجزء السف ي ىل من وعاء عمودي طويل أفق مرة أخرى وفقا لنظرية ر التسيب أو سقوط القامة ذو قطر صغت لن يحقق نفس أداء الفصل عند 3 دقائق ي ف فاصل ي ر القطتات. ال توفر طريقة وقت اإلقامة أي مؤ ر رس مبا ر رس عىل جودة السوائل المنفصلة عىل سبيل المثال كمية الماء ي ف الهيدروكربونات أو كمية الهيدروكربون ي ف الماء. ال يمكن لنظرية ترسيب القطرات القيام بذلك ي ف معظم الحاالت. الفواصل الرأسية حيث Wcl = Cs D 2 v (ΔSG)/ µ Eq bbl / day سعة معالجة السوائل = Wcl = القطر الداخ ي ىل للوعاء.قدم.ft D v.sp.gr Kg / Lt الفرق ي ف الكثافة النوعية بي السائلي = ΔSG cp لزوجة السائل "الذي يشكل الوسط حيث تمر القطرة من خالله" = µ الفواصل األفقية حيث ft طول منطقة السطح البي ي ن )التالمس( بي السائلي = L I ft عرض منطقة السطح البي ي ن )التالمس( بي السائل = H I Wcl = Cs LI HI (ΔSG)/ µ Eq

152 خصائص المستحلب قطر القطرة الثابت C s سائل حر مستحلب سهل غت ثابت مستحلب متوسط الصعوبة مستحلب صعب جدول 4-3 لالستخدام ي ف المعادلتي 94-3 و يمكن تحديد السعة السائلة للفاصل أو حجم المناسب ر للتسيب من المعادلة 91-3 وذلك باستخدام زمن المكوث الوارد بالجدول 8-3. V = W (t) 1440 Eq حيث.bbl / day سعة معالجة السوائل = W bbl حجم االستقرار للسائل )السعة المخصصة للسائل ي ف الوعاء( = V )t( = زمن المكوث دقائق يوضح المثال التا ي ىل كيفية تحديد حجم فاصل سائل عن سائل. مثال 3-3 تحديد حجم الفاصل الرأ ي س لمعالجة 111 برميل/ يوم bpd 111 من المكثفات بدرجة جودة API 55, والخام نفتض أن حجم جسيم الماء هو 911 ميكرون. ر رسوط التشغيل مصاحب له 51 برميل من المياه المنتجة 50. bwpd ر األخرى ي ه كما ي ي ىل: درجة حرارة التشغيل = 11 درجة فهرنهايت )80 F( ضغط التشغيل = 8111 رطل لكل بوصة مربعة عداد psig( 1,000( الجاذبية النوعية للمياه = 8.18 لزوجة المكثفات = 80 F( )0.55 الثقل النو ي ع المكثفات عند 55 API = )0.76( الحل من المعادلة 94-3 Wcl = Cs D 2 v (ΔSG)/ µ Eq ومن جدول 4-3 للسوائل الحرة بقطر الماء = 911 ميكرون = Cs )1,100( 600 bbl/day = x 1,100 x [ ) / 0.55] x D 2 v = 660 / = 1.53 ft 2 Dv = 1.24 feet قد يؤدي استخدام وعاء بحجم قيا ي س من ال ر شكات المصنعة إىل تحديد فاصل OD مقاس 91 بوصة. 152

153 يجب أن يع ي بناء عىل وقت االحتفاظ كما هو موضح ي ف المعادلة 91-3 ط: استخدام طريقة بديلة للتصميم من الجدول 8-3 استخدم 3 دقائق كزمن مكوث. V = W (t) 1440 Vl = ql Eq (t) / 1440 Vl = 650 x 3 / 1440 = 1.35 bbl Vl = 1.35 x = 7.58 ft 3. / 4 (ارتفاع غرفة ترسيب السائل قدم) Vl = 3.14 x D 2 (ft) x h عىل ر افتاض وعاء قطرها الداخ ي ىل 94 بوصة )9 قدم( = 3.14 x 4 x h /4 الحد األدب الرتفاع غرفة ترسيب السائل )h( سيكون 9.4 قدم ft( 2.4(. ارتفاع الوعاء = 100/30( )2.4 x = 7.5 قدم. يجب أن نتذكر أنه يجب أيض ا تصميم جهاز الفصل ليتناسب مع سعة البخار. جدول أحجام فواصل أفقية قياسية. 153

154 الفصل الرابع نزع المياه من النفط ومعالجة مستحلب النفط والمياه 8-4: مقدمة تنتج آبار النفط عادة مخلوطا يتكون من الغاز والنفط والماء الحر والماء المستحلب )مستحلب الماء وخام ر البتول(. قبل بدء معالجة النفط يجب أوال إزالة الغاز والمياه الحرة ويعتت هذا رص وريا لتقليل حجم معدات معالجة النفط. كما تم بيانه ي ف الفصول السابقة تتم إزالة الغاز ومعظم المياه الحرة المنتجة من اآلبار باستخدام الفواصل. ي عرف الغاز ر يتك الفاصل ب "الغاز األ ف يسم "الغاز الثانوي" خالل عمليات معالجة النفط بسبب و ي ىل". وسيتم تحرير غاز إضا ي الذي انخفاض الضغط والتسخي. بالطبع يجب إزالة هذا "الغاز الثانوي" قبل الوصول لمراحل تخزين النفط. تقترص المياه الحرة ميكروميت "ميكرون". لذلك فإن السائل "التيار" ال ي ر ن يتم إزالتها ي ف الفواصل بشكل طبي ي ع عىل قطرات الماء األكت من 511 ر ر يتك الفاصل يحتوي عادة عىل قطرات مياه حرة أصغر من 511 ر باإلضافة إىل الماء المستح ف لب ي ميكروميت النف ي ط الذي النفط. هذا النفط الخام لم يمر بعد بعمليات معالجة مختلفة )نزع الماء نزع األمالح التثبيت( ( dehydration, )desalting, and stabilization حيث أن هذه العمليات مطلوبة قبل إرساله إىل المصا ي ف أو مرافق الشحن. يتناول هذا الفصل مرحلة نزع الماء من النفط "التجفيف". الهدف من هذه المرحلة من مراحل المعالجة هو أوال إزالة الماء الحر ومن ثم كش مستحلب النفط والمياه للحد من المياه المستحلبة المتبقية ي ف النفط. واعتماد ا عىل محتوى الماء األص ي ىل للزيت باإلضافة إىل ملوحته وعملية التجفيف المستخدمة يمكن لوحدات معالجة الخام بالحقول أن تنتج خاما المتبق ر تت اوح بي 1.9 و 8. عادة ما تسم المياه المتبقية "الرواسب ومياه القاع".)Bs&w( يحتوي عىل كمية من الماء ي ر يجب أن تكون عملية المعالجة والمرافق الخاصة بها منتقاة ومصممة بعناية لتلبية متطلبات العقد الخاصة بالمواصفات تجفف الزيت المستهدف "المبالغة ي أيضا الحرص عىل عدم تجاوز ف نزع المياه المسموح بها لقيم Bs&w( (. يجب وتخفيض األمالح" حيث أن إزالة المزيد من المياه المتبقية عما يسمح به العقد يعتت تكاليف أكت من دون أي فائدة. المبادئ األساسية لعملية العالج ي ه كما ي ي ىل: كش المستحلب الذي يمكن تحقيقه إما عن طريق أي من أو مزي ج من إضافة الحرارة إضافة المواد الكيميائية وتطبيق المجال الكهروستاتي ي ك

155 تالحم )اندماج ائتالف( قطرات الماء األصغر إىل قطتات أكت االستقرار أو ر التسيب عن طريق الجاذبية وإزالة الماء الحر المستحلب ينتج النفط بدون مياه مصاحبة له. المياه المالحة ىل: المصاحبة النفط تكون بأشكال مختلفة عىل النحو التا ي نادرا ما مياه حرة )F.W( المياه المعلقة )SS.W( الماء الذائب )S.W( الماء المستحلب )E.W( والذي قد يكون نفط ي ف مستحلب ماء O/W أو ماء ي ف مستحلب نفط.W/O وبرصف النظر عن المياه الحرة فإن الماء المستحلب )مستحلب الماء ي ف النفط( هو الشكل المسبب للمشاكل ي ف تجفيف النفط الخام. مستحلبات النفط ي ه خليط من النفط والماء. بشكل عام يمكن تعريف المستحلب بأنه خليط من سائلي غت قابلي لالمتاج أحدهما يتشتت كقطرات ي ف اآلخر )المرحلة المستمرة( ف حقل النفط ر ويتم تثبيته بواسطة عامل استحالب. ي ر لالمتاج معا وغالبا يكونان مستحلب الماء ي ف النفط W/O( مستحلب( حيث يتم يعتت النفط الخام والماء غت قابلي تشتيت المياه عىل شكل قطرات دقيقة ي ف الجزء األكت من النفط. كما ي ف الشكل 8-4. ولكن عندما تزداد نسبة المياه تزداد إمكانية تكوين مستحلبات عكسية )مستحلب النفط ي ف الماء )O/W كما ي ف الشكل 4-.9 للحصول عىل مستحلب ثابت بخلط اثني من السوائل يجب أن تتوفر ثالثة ر رسوط: ر يمتج معه مثل الخل ومياه(. ر لالمتاج )ال يذوب أحدهما ي ف اآلخر أو يجب أن يكون السائلي غت قابلي يجب أن تكون هناك طاقة كافية للتقليب وذلك لكش وتشتيت أو تفريق مرحلة ي ف المرحلة األخرى. يجب أن يكون هناك وجود لعامل مسبب أو محفز لالستحالب. وسوف نناقش ال ر شوط 9 و 3 ي ف األقسام الفرعية التالية. الشكل 8-4 مستحلب الماء ي ف النفط. 155

156 1-2-4 طاقة المزج الشكل 9-4. مستحلب النفط ي ف الماء. عادة ال توجد المستحلبات ي ف طبقات الخزان المحتوية عىل النفط وال ي ر ن يتم اإلنتاج منها ولكن تتشكل المستحلبات بسبب االختالط والتقليب الذي يحدث ي ف جميع مراحل نظام إنتاج النفط. إلنتاج النفط فإن كال من النفط والماء يهاجران من خالل تكوينات الصخور المسامية ويشقان طريقهما إىل حفرة البت ثم إىل أعىل أنابيب البت ومن خالل محابس رأس البت ومحبس خنق فوهة البت valve( )Choke ومن خالل المشعب )Manifold( إىل الفواصل السطحية. خالل هذه الرحلة فإن السوائل تخضع للتقليب ولالضطراب بسبب التدفق المضطرب flow(.)turbulent تجت طاقة التقليب هذه الماء عىل تكوين قطرات ي ف النفط عىل النمط التا ي ىل: يتم إنفاق طاقة للتغلب عىل قوة االرتباط بي الطبقات السائلة مما يؤدي إىل فصلها إىل صفائح رقيقة أو أجزاء. هذا هو ما يسم "طاقة القص" energy(.)shearing يتم استخدام الطاقة أيضا لتشكيل "طاقة السطح" وال ي ر ن تحدث نتيجة لفصل الجزيئات. ترتبط طاقة السطح هذه بالتوتر السط ي ح الذي ينطوي عىل إنشاء منطقة هائلة من السطح البي ي ن. عن طريق جزيئات صغتة من السائل يشار إىل الطاقة الموجودة ي ف وحدة المساحة باسم "التوتر السط ي ح"..8.9 تتشكل القطرات ي ف الشكل الكروي الذي يتضمن أقل طاقة يتم احتوائها ي ف حجم معي. وهذا يتفق مع حقيقة أن جميع األنظمة النشطة تميل إىل البحث عن أدب مستوى من الطاقة الحرة. بذلك فإن التوتر السط ي ح يجعل شكل السائل له أقل مساحة سطح. وهذا هو السبب ي ف أن قطرات المطر تكون كروية. يعرض الشكل 3-4 عرض ا تخطيطي ا لتشكيل المستحلب. الشكل 3-4 تكوين المستحلبات 156

157 ر السؤال الحاسم الذي يمكن طرحه اآلن هو: هل يمكن لمصمم محطات المعالجة منع تشكيل المستحلب حسنا أفضل ما يمكن أن يفعله هو الحد من مدى تشكيله عىل أساس حقيقة أن السوائل ال تستحلب ي ف البداية. من وجهة نظر التصميم فإن تقليل الشعة المتدفقة للسائل وتقليل القيود والتغيتات المفاجئة ي ف اتجاه التدفق تقلل إىل أدب حد من تشكيل المستحلب العوامل المسببة لالستحالب "مثبتات االستحالب" إذا تم النظر إىل مستحلب الماء مع النفط من خالل المجهر فإن العديد من الكريات الصغتة أو قطرات الماء سوف تشاهد من خالل الجزء األكت من النفط كما هو مبي ي ف الشكل 4-4. سنالحظ وجود طبقة داكنة تحيط بهذه القطرات. هذه الطبقة ي ه ما تسم طبقة تثبيت االستحالب أو استقرار االستحالب. عوامل االستحالب "مثبتات االستحالب" ال ي ر ن توجد طبيعيا مع مكونات النفط الخام أو الماء أو ال ي ر ن يتم دخولها كمواد ملوثة أثناء الحفر و / أو عمليات الصيانة ي ه ال ي ر ن تخلق هذه الطبقة. الشكل طبقة من عامل مثبت االستحالب يحيط قطتات الماء. تدعم عوامل االستحالب هذه تكوين الطبقة ال ر ن ي تغلف قطرات الماء وبالتا ي ىل تدعم استقرار المستحلب. عند دراسة استقرار المستحلب قد يكون من المفيد إدراك أنه ي ف خليط من الزيوت النقية والمياه النقية بدون عامل النق والماء ووضعهما ي ف وعاء استحالب لن يؤدي أي قدر من التقليب أو الرج إىل إحداث مستحلب. إذا تم خلط النفط ي ر ر لالمتاج ي ه إنشاء أقل اتصال أو أصغر مساحة سطح فاصل فسينفصالن بشعة. الحالة الطبيعية للسوائل غت القابلة بينهما. تشتت المياه ي ف النفط يؤدي إىل انتشار قطرات كروية الشكل. سوف تندمج القطرات الصغرى لتتحول إىل قطرات أكت وهذا سيخلق منطقة تالمس "منطقة فاصلة بي السائلي " أصغر. ي ف حالة عدم وجود مستحلب ستستقر القطرات ي ف النهاية مما يتسبب ي ف أصغر منطقة واجهة )منطقة فاصلة بي ي سطحن السائل(. عامل االستحالب "مثبت االستحالب" هو مادة لها سلوك سطح نشط. بعض العنارص ي ف المستحلبات لديها تفضيل للخام وعنارص أخرى أكت انجذابا للماء. المستحلب يميل إىل أن يكون غت قابل للذوبان ي ف واحدة من المراحل السائلة. وبالتا ي ىل يت زك وجوده ي ف منطقة التالمس "منطقة التقاء السائلي ". هناك العديد من الطرق ال ي ر ن تعمل بها المستحلبات لتجعل تشتت القطرات يصبح مستحلبا. يمكن تصور عمل المستحلب كواحد أو أكت من الطرق التالية: يقلل من التوتر السط ي ح لقطرة الماء مما يؤدي إىل تشكيل قطرات أصغر. تستغرق القطتات الصغتة وقت ا أطول لالندماج ي ف قطتات أكت وال ر ن ي يمكن أن تستقر بشعة

158 معالجة ر البتول والغاز.9 يشكل طبقة لزجة عىل القطتات مما يمنع تحولها إىل قطرات أكت عندما تصطدم. ر من تم منع االلتحام سيستلزم وقت طويل جدا للقطرات الصغتة لتستقر..3 قد تكون مثبتات االستحالب عبارة عن جزيئات قطبية فتنتظم بطريقة تسبب شحنة كهربائية عىل سطح القطتات. بما أن الشحنات الكهربائية المتماثلة تتنافر لذلك يجب أن تصطدم قطرتان بقوة كافية للتغلب عىل هذا التنافر قبل أن يحدث التحام. والن توجد عادة يف النفط الخام المواد المؤثرة عىل القوى السطحية للسوائل يف الطبيعة ( )surface-active materials ي وتعمل كمستحلبات من أمثلتها البارافينات والراتنجات ( )resins واألحماض العضوية واألمالح المعدنية والطفلة والطي الن تحتوي عىل مركبات كيميائية تحتوي عىل الكتيت ( )colloidal silts and clay واألسفلت (المصطلح العام للمواد ي ه مستحلبات شائعة يف حقول النفط. تعتت سوائل صيانة اآلبار وطي الحفر مصادر أيضا والنيتوجي واألكسجي) ي لعوامل االستحالب. يؤثر نوع وكمية عامل االستحالب تأثتا فوريا عىل استقرار المستحلب. وقد تبي أن تاري خ تغتات درجات حرارة المستحلب مهم أيضا ألنها تؤثر عىل تكوين البارافينات واألسفلت. تعتت رسعة هجرة عامل تثبيت االستحالب إىل واجهة النفط والماء وقوة رابطته بي النفط والماء عوامل مهمة. يمكن للمستحلب الذي تمت معالجته بعد ر واالمتاج أو فتة وجتة من التقليب بعد وقت قصت من مشاركة الواد البارافينية واألسفلتية يف تثبيت المستحلب أن يكون أقل استقرارا وأسهل يف المعالجة ألن هجرة مثبت االستحالب تكون غت مكتملة. قد يصبح المستحلب بمرور الوقت أكت صعوبة يف العالج ألن عنارص مثبتات االستحالب قد هاجرت كلها إىل واجهة النفط والماء. عادة كلما انخفضت لزوجة الخام وكان أخف وزنا كلما كان الوصول إىل ثبات قوة االستحالب مع تقدم الوقت أرسع ثبات "استقرار" مستحلب الماء مع الخام ه مقياس الستقراره. يعرف المستحلب المستقر جدا بأنه مستحلب صعوبة فصل المستحلب إىل مرحلتي "طورين" ي الن تؤدي إىل "ضيق" وتتأثر درجة ثباته بالعديد من العوامل. وبناء عىل ذلك يمكننا أن نفهم كيفية المعالجة فالعوامل ي ه : ثبات المستحلب ي لزوجة النفط : يكون الفصل أسهل لنفط أقل لزوجة "قانون ستوك". الفرق يف الكثافة بي النفط والمياه : يتم الحصول عىل فصل أفضل وأرسع لفرق أكت بينهما "قانون ستوك". (الن ترتبط بنوع عامل االستحالب) : يتم تعزيز الفصل إذا تم تخفيض هذه القوة التوتر السطح بي المرحلتي ي السطح). (أي انخفاض التوتر حجم قطرات الماء المشتتة : كلما كان حجم قطرات الماء أكت كلما كان الفصل أرسع. ويمكن استنتاج هذا األمر بسهولة من قانون ستوكس المعروض ف الفصول السابقة حيث تتناسب رسعة ر التسيب بشكل ر مبارس مع االختالف النوع ومرب ع قطر القطرة وتتناسب عكسيا مع اللزوجة. يف الثقل Vt = 1.78 x 10-6 (ΔSG) d2m / µ Eq نموذخ المنتشة هو عامل مهم يف استقرار المستحلب. تم تحديد توزي ع حجم قطتات حجم قطرات الماء لعينات المستحلب باستخدام برنامج مسح خاص بالكمبيوتر. تشت النتائج الواردة يف الشكل 5-4 إىل أن معظم القطتات الموجودة يف مستحلبات النفط أقل من 51 ميكرون. إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

159 الشكل 5-4. توزي ع حجم قطرات الماء ي ف الماء ي ف مستحلب الخام. النسبة المئوية للمياه المشتتة: إن وجود نسبة صغتة من المياه ي ف النفط ي ف ظروف التقليب يمكن أن يؤدي إىل خليط شديد االستحالب. تنقسم قطرات الماء تمام ا وتتناثر مع فرصة ضئيلة جدا للتكتل إىل جسيمات أكت. ملوحة الماء المستحلب: تؤدي المياه عالية الملوحة إىل فصل أرسع بسبب الفرق األكت ي ف الكثافة بي النفط والماء. عمر المستحلب: مع تقدم الوقت تصبح المستحلبات أكت استقرارا ويصبح فصل قطرات الماء أكت صعوبة. الوقت الالزم لزيادة االستقرار يختلف اختالفاكبتا بي أنواع الخام المختلفة ويعتمد عىل العديد من العوامل. قبل إنتاج المستحلب يتم تشتيت عوامل االستحالب بالتساوي ي ف النفط. بمجرد خلط طور الماء بالنفط تبدأ عوامل االستحالب بالتجمع حول قطتة الماء لتشكيل مستحلب ثابت. ي ف حي أن التثبيت األو ي ىل قد يحدث ي ف غضون بضع ثوان إال أنه قد تستمر عملية تطوير الغشاء لعدة ساعات. وسيستمر ح ر ن يصبح الغشاء حول قطرة الماء كثيف ا لدرجة أنه ال يمكن جذب أي مثبت إضا ي ف أو ح ر ن يكون قد تم استنفاذ كل المثبتات. ي ف مثل هذا الوقت يصل المستحلب إىل حالة توازن ويقال إنه نضج. كلما زاد عمر المستحلب زادت صعوبة معالجته. لذلك غالبا ما تكون عمليات كش أو معالجة المستحلب قريبة من رأس البت قدر اإلمكان بحيث ال يسمح للمستحلبات ال ر ني تكونت أثناء التدفق ي ف أنابيب اإلنتاج ومعدات رؤوس اآلبار بالتقدم ي ف العمر قبل المعالجة. وجود وتركت مثبتات االستحالب: تستخدم المواد الكيميائية )مضادات االستحالب( )demulsifiers( عادة للحد من التوتر السط ي ح. يتم تعزيز فعاليتها عن طريق االختالط الجيد والوقت ورفع درجة الحرارة. فالمطلوب هو الخلط الكا ي ف والوقت الكا ي ف للحصول عىل اتصال حميم من المادة الكيميائية مع المرحلة المتناثرة. كما يلزم حد أدب من درجة الحرارة ويلزم التأكد من أن المادة الكيميائية )demulsifiers( تحقق وظيفتها. يعتمد كل من انخفاض اللزوجة وفعالية المادة الكيميائية عىل رفع درجة الحرارة. قد تكون الزيادة ي ف الفعالية الكيميائية لمضاد االستحالب ي ه نتيجة النخفاض لزوجة مرحلة النفط )انخفاض اللزوجة ناتج عن زيادة الحرارة(. متاج: يحدد نوع وشدة التقليب المطبق عىل خليط النفط والماء حجم قطرة الماء. كلما ازدادت قوة ر التقليب واال. يتم التقليب "االضطراب" والقص ي ف منظومة اإلنتاج كلما كانت قطتات الماء أصغر والمستحلب أكت استقرارا تشكيل المستحلبات أثناء اإلنتاج. تعتمد درجة االستحالب عىل التقليب والمزج الشديد بواسطة المضخات االختناقات إلخ

160 تحدد العوامل المذكورة أعاله "استقرار" المستحلبات. قد تستغرق بعض المستحلبات الثابتة أسابيع أو أشهر للفصل إذا تركت بمفردها ي ف خزان دون عالج. وقد تنفصل المستحلبات غت المستقرة األخرى إىل أطوار نفطية ومائية نظيفة نسبي ا ي ف غضون دقائق معدودة نظرية معالجة المستحلبات "كش المستحلب" إزالة المياه من النفط الخام تتطلب ي ف كثت من األحيان معالجة إضافية تتجاوز عملية فصل النفط عن الماء العادية ال ر ني تعتمد عىل الفصل بالجاذبية. تم تصميم معدات معالجة النفط الخام لكش المستحلبات عن طريق تجميع قطرات الماء ثم استخدام فصل الجاذبية لفصل النفط والماء. باإلضافة إىل ذلك يجب أن يكون لقطتات الماء وقتاكافيا لالتصال ببعضها البعض وااللتحام. يجب أن تكون القوى الطافية السلبية )قوة السقوط ال ي ر ن ي ه مضاد قوة الطفو( ال ي ر ن تعمل عىل القطتات المتداخلة كافية لتمكي هذه القطتات من االستقرار ي ف ق اع وعاء المعالجة. لذلك من المهم عند تصميم نظام معالجة النفط الخام أن نأخذ ي ف االعتبار درجة الحرارة والوقت ولزوجة النفط ال ي ر ن قد تمنع االستقرار )تقاوم المادة شديدة اللزوجة مرور أي جسم أو قطرات من خاللها( واألبعاد الفتيائية للوعاء المعالج وال ي ر ن تحدد الشعة ال ي ر ن يجب أن يحدث فيها االستقرار. عند اختيار نظام معالجة ينب ي ع النظر ي ف عدة عوامل لتحديد الطريقة األكت تفضيال لمعالجة النفط الخام لمتطلبات العقد. بعض هذه العوامل ي ه: ثبات المستحلب "استقراره" لزوجة النفط الخام عند درجات الحرارة المختلفة الثقل النو ي ع للنفط والمياه المنتجة قدرة النفط الخام والماء المنتج والغاز ر المقتن عىل تآكل المعادن )Corrosiveness( قابلية المياه المنتجة لتكوين ترسيبات tendencies( )Scaling الماء ي ر ن يجب معالجتها ونسبة ف السائل كمية السوائل ال ي إمكانية ترسيب البارافي الموجود ي ف النفط الخام أو تسببه ي ف منع انسكاب الخام أو تجمده ضغوط التشغيل المرغوبة للمعدات توافر منفذ بيع وقيمة الغاز المصاحب المنتج. من الطرق الشائعة لفصل مستحلب "الماء ي ف النفط" هذا هو تسخي المستحلب. تؤدي زيادة درجة حرارة السائلي غت الممتجي إىل تعطيل عامل االستحالب مما يسمح لقطرات الماء المتفرقة بالتصادم. عندما تصطدم القطرات فإنها تنمو ي ف ر الحجم وتبدأ ي ف االستقرار. إذا تم التصميم بشكل صحيح ستستقر المياه ي ف قاع وعاء المعالجة بسبب االختالفات ي ف الثقل النو ي ع. يجب أن يكون التحليل المختي ر باالقتان مع الختة الميدانية األساس لتحديد تكوين أوعية المعالجة. الغرض من منطق لتلك الحاالت ال ي ر ن ال توجد بها بيانات مختتية أو عرض الختة الميدانية. هذا الفصل هو تقديم بديل ي ر كارس االستحالب ( breaker )Demulsifiers - emulsion مقدمة. عندما نقوم بحل مستحلب كيميائيا نستخدم كارس مستحلب. تعتت يمكن حل المستحلبات أو كشها حراريا و / أو كيميائيا كارسات المستحلبات الكيميائية ال ي ر ن تباع تحت أسماء تجارية مختلفة مثل فتكو تري توليت ( Trifoliate )Visco إلخ مفيدة للغاية ي ف حل مشكلة المستحلبات والمساعدة عىل كشها. تعمل كارسات االستحالب عىل تحييد تأثت مثبتات االستحالب. و ي ف العادة فإن كارسات المستحلبات الكيميائية نشطة سطحيا وبالتا ي ىل يمكن أن يؤدي استخدامها المفرط إىل تقليل التوتر السط ي ح لقطرات الماء وإنشاء مستحلبات أكت. باإلضافة إىل ذلك تميل كارسات مستحلبات الماء ي ف النفط إىل تعزيز وتقوية مستحلب النفط ي ف الماء. لذلك قد استقرارا 160

161 يسبب االستخدام الكيميا ي ب المفرط مشكالت ي ف معالجة المياه. هناك أربعة إجراءات هامة مطلوبة من كارس المستحلب: أن ينجذب لواجهة النفط والماء )سطح تالمس النفط والمياه( interface( )Attraction to the oil water التلبد )التقارب وااللتصاق( )Flocculation( االئتالف )التالحم- االندماج( )Coalescence( ترطيب )التالمس مع( المواد الصلبة wetting(.)solid راجع الشكلي 1-4 و الشكل 1-4. تأثت كارس المستحلب عىل قطرات الماء الشكل 7-4. خطوات نمو القطرات. 161

162 عندما تكون هذه اإلجراءات موجودة فإنها تعزز فصل النفط والماء. يجب أن يكون كارس االستحالب لديه القدرة عىل االنتقال بشعة خالل مرحلة النفط إىل واجهة القطتات حيث يجب أن يتنافس مع عامل "مثبت" االستحالب األكت. يجب أن يشكل كارس االستحالب عامال محفزا لجذب القطرات المماثلة. بهذه الطريقة تتجمع مجموعات كبتة من تركتا القطتات وال ي ر ن تظهر تحت المجهر مثل باقات من بيض األسماك. كارس االستحالب يجب أن يل ي ع تأثت مثبت االستحالب "يحيده" وتشجيع تمزق الغشاء عىل أسطح "واجهة" القطتات. هذا هو المدخل الذي يسبب التحام للقطرات. ي ف حالة التجمع "التلبد" للقطرات ي ف المستحلب فإن تمزق الغشاء حول القطرات يؤدي إىل نمو رسي ع لحجم قطرة الماء وبالتا ي ىل لسقوط أرسع لها إىل مرحلة الماء ي ف القاع. تعتمد الطريقة ال ي ر ن يحيد بها كارس االستحالب مثبت االستحالب عىل نوع مثبتات االستحالب. يمكن أن تكون كتيتيد الحديد والطي ونواتج حفر اآلبار مبللة بالماء مما يجعلها ر تتك الواجهة وتنت ر ش ي ف قطرة الماء. يمكن تذويب أو تحوير altered( )dissolved or البارافينات واالسفلتات لجعل غالفهما لقطرات المياه أقل لزوجة بحيث ي ثقب أو ر يتك الق طرة عند االصطدام كما يمكن جعل البارافينات واالسفلتات مبللة بالنفط ح ر ن يتم تشتيتها ي ف النفط. سيكون من غت المعتاد أن تنتج جميع اإلجراءات األربعة المرغوب فيها من مركب كيميا ي ب واحد. ولذلك غالبا يستخدم مزي ج من المركبات يتم خلطها لتحقيق التوازن الصحيح. يجب أن يتم اختيار المستحرص "كارس االستحالب" مع الوضع ي ف االعتبار نظام المعالجة وأسلوب التشغيل. إذاكانت عملية المعالجة عبارة عن خزان فصل للقطرات "ترسيب" يمكن اختيار وتطبيق مركب ب ي طء نسبيا. من ناحية أخرى إذا كان نظام المعالجة عبارة عن معالجة كيميائية - كهربي ة حيث يساعد المجال ي الكهرب عىل تجميع والتحام القطرات فهناك حاجة لمركب رسي ع المفعول. كذلك يجب أن يتم اختيار المركب واختباره مع اعتبار حرارة التشغيل لوحدات المعالجة والتخزين. مع تغت ظروف التشغيل الميدانية يمكن أن تتغت المتطلبات الكيميائية. وإذا تم تعديل ظروف التشغيل أو المعالجة عىل سبيل المثال انخفاض معدل التدفق عىل الوحدات أو تغت نسب المياه فيجب أن تتغتكميات الحقن الكيميا ي ب. التغتات ر بتسيبات البارافي. تساهم العمليات عىل اآلبار) ف زيادة )Workovers ي الموسمية تجلب مشاكل المستحلبات المعززة المواد الصلبة والمحتويات الحمضية / القاعدية ال ي ر ن ربما تزيد من استقرار وثبات المستحلب. لذلك بغض النظر عن مدى الرضاء بنوع من أنواع كارس االستحالب ي ف وقت ما قد ال يكون هذا النوع ي مناسبا ف وقت آخر. تكلفة نزع المياه من الخام "تجفيف الخام" ي ه دالة لعدة عوامل: ومن ثم أقل تكلفة تجفيف الخامات الموجود بها نسبة كبتة من أوال تعتت نسبة النفط إىل الماء مهمة و ي ه أسهل عموما المياه. ثانيا قوة االستحالب ي ه عامل مهم فاالستحالب الصعب أو الشديد )tight( الذي يتكون من قطرات صغتة ي ف الحجم من الصعب كشه -فله مساحة سطح إىل حجم أعىل من مستحلب "هش" ومن ثم فإن لدى المستحلب عمل أكت للقيام ي ف الواجهة "السطح الفاصل بي الماء والخام". ثالثا زمن المكوث المخصص للفصل " وقت اإلقامة المتاح" مهم أيضا. فأوقات اإلقامة الصغتة تمنع الفصل الكامل لقطرات الماء من النفط وقد يؤدي هذا إىل إعادة إدخال المياه ي ف الخام )re-entrainment( "انشاء مستحلب جديد" حي ينتقل النفط الخام من مرحلة معالجة إىل أخرى. والنتيجة ي ه الجفاف غت الكامل أو الفعال. رابعا إن رفع درجة حرارة الخام ستؤدي إىل انخفاض لزوجة النفط األمر الذي ي مكن المستحلب من تتأثر تكلفة تجفيف الهجرة إىل الواجهة النفطية والمائية بشكل أرسع ومن أجل إسقاط قطرات الماء المتداخلة أسهل. أختا النفط مبا ر رسة باختيار الكيماويات فسيؤدي اختيار الكيماويات السن إىل عالج غت محسن مما يع ي ن ارتفاع التكاليف. اختيار الكيماويات ليس عملية بسيطة -من األفضل تركها للموردين. ومع ذلك يمكن للمرء أن يساعد ي ف هذه العملية من خالل توفت فرص االختبار ي ف الموقع لموردي المواد الكيميائية الختيار أفضل المواد الكيميائية. 162

163 اختبار الزجاجة Test( )Bottle هذا هو واحد من أكت االختبارات الكيميائية شيوعا. يتم اختبار المواد الكيماوية )كارسات االستحالب( بشكل شائع باستخدام اختبار الزجاجة والذي يتضمن خلط مواد كيميائية مختلفة مع عينات من المستحلب ومراقبة النتائج. مثل هذه االختبارات فعالة ي ف استبعاد بعض المواد الكيميائية واختيار تلك ال ي ر ن تبدو أكتكفاءة. كما تقدم اختبارات الزجاجة تقديرا أوليا لكمية المواد الكيميائية المطلوبة وتقديرا لوقت ترسيب القطرات المطلوب لوعاء المعالجة. ينب ي ع إجراء اختبارات الزجاجة عىل عينة ممثلة فور الحصول عليها لتجنب التأثتات الضارة للتغتات ال ي ر ن تحدث مع الوقت لقوة االستحالب. كما يجب إجراء هذه االختبارات ي ف ظروف قريبة من ر رسوط المعالجة الميدانية قدر اإلمكان. وال ينب ي ع استخدام المياه االصطناعية بدال من المياه المنتجة ي ف اختبارات الزجاجات ألن الماء المنتج قد يكون له خصائص مختلفة تماما وقد يحتوي عىل شوائب غت موجودة ي ف المياه االصطناعية. ي ف حي يمكن تحديد المواد الكيميائية المرشحة والجرعات التقريبية ي ف اختبارات الزجاجة إال أن الطبيعة الديناميكية لنظام التشغيل الفع ي ىل تتطلب اختبار عدة مرشحي ميدانيا بالحقل ي ف الظروف الفعلية حيث يخضع المستحلب للقص )تشتت وانقسام( من خالل صمامات التحكم وإلعادة االلتحام ي ف أنابيب التدفق ولتغيتات داخل وعاء المعالجة نتيجة لمغتات االتجاه ي ف دخول الفواصل diverters( )inlet و ي ف أقسام غسيل المياه إلخ. بينما اختبار الزجاجة هو اختبار ساكن ال يمكن أن يمثل الظروف الحركية الفعلية أثناء اإلنتاج والمعالجة. باإلضافة إىل تحديد أداء كارس االستحالب ي ف فصل المياه من المستحلب يمكن أيض ا استخدام اختبار الزجاجة للتحقق من عدم التوافق الكيميا ي ب بي كارس االستحالب وأنواع كيماويات أخرى يتم حقنها أثناء المعالجة. حيث يتم تقييم أداء كارس االستحالب عىل عينة خالية من المواد الكيميائية ومن ثم عىل عينة من الخام تشمل المواد الكيميائية األخرى ال ي ر ن تحقن بمعدالت الجرعة الخاصة بها. يتم تسجيل التغت ي ف األداء إن وجد وتغيت مادة من المواد الكيميائية ي ف حالة عدم التوافق. جانب آخر من عدم التوافق يمكن أيضا أن يكون بتقدير ي ف أي ترتيب ينب ي ع حقن المواد الكيميائية. فإذاكان القائم باختبار الزجاجة من ذوي الختة يمكن التحقق من أمر ر التتيب من الحقن والذي سيؤدي إىل تغيتات طفيفة ي ف نتائج اختبار الزجاجة فيتحدد بذلك أي من الكيماويات يحقن أوال التجربة الميدانية )االختبار بالحقل( بعد اختيار مرشح واعد ينب ي ع إجراء تجربة ميدانية الختبار قدرة المادة الكيميائية عىل العمل ي ف نظام دينا ي م. ي ف االختبار الميدا ي ب يمكن اختبار مرونة كارس االستحالب مع التغيتات الطبيعية ي ف ظروف التشغيل. ستكون هذه البيانات مفيدة عندما يتم استخدام المادة الكيميائية ي ف نطاق كامل. ي ف معظم حاالت التجارب الميدانية يتم أوال استخدام كارس االستحالب الذي يتم اختباره مع فاصل االختبار separator( ) test وليس مع فواصل التشغيل الرئيسية. وهذا يمك ن المورد من النظر إىل استجابة المادة الكيميائية إىل واحد أو أكت من اآلبار ولتوفت للفاحص فكرة عن الجرعة الحقلية الحقيقية. إذاكان هذا السيناريو األو ي ىل ناجح ا يمكن عندئذ إدخال المادة الكيميائية إىل النظام الكامل وتحسينها بشكل مثا ي ىل لظروف التشغيل ومعدالت التدفق. ي ف التجربة الميدانية يمكن تحديد استجابة المادة الكيميائية لتغتات النظام المفاجئة وبالتا ي ىل يمكن ضبط استجابة التشغيل التحسي الميدا ي ب )اختيار أفضل جرعة( بعد تجربة ميدانية ناجحة يتم تنفيذ تحسي للجرعة. حيث يتم مراقبة األداء الكيميا ي ب بشكل روتي ي ن كما ي ه اآلثار الجانبية المحتملة للجرعة الزائدة أو األقل مثل تراكم المستحلب ي ف السطح الفاصل بي الماء والنفط ي ف أوعية الفصل. قد يكون أنه إذا أنتج الحقل من خالل منصتي أو أكت فمن الرص وري تحسي مواقع الحقن ومعدالت الجرعة لكل موقع. 163

164 تغيت نوع كارس االستحالب مع تغت خصائص الخام عىل مدى حياة الحقل فإن أداء المادة الكيميائية لكش االستحالب سيتغت أيضا. عادة عندما يبدأ ظهور الماء ي ف النفط المنتج فتكون نسبة المياه ي ف الخام قليلة يكون من الصعب كش المستحلبات الم شكلة. وكلما ازدادت أعمار الحقول وزادت نسبة الماء قد يتغت استقرار المستحلب وح ر ن عوامل االستحالب ذاتها. ومن ثم فمن المعتاد التحقق من أداء المستحلب كل 9 إىل 3 سنوات. ي ف بعض الحاالت ال ي ر ن يكون فيها تغيت مستمر ي ف نسب المياه ي ف الخام قد يكون من الحكمة التحقيق ي ف أداء المستحرص بشكل أكت تكرارية. ي ف معظم الحاالت يكون اختبار الزجاجة الشي ع هوكل ما هو رص وري لتحديد ما إذاكانت المادة الكيميائية الحالية ال تزال مثالية أم ال. إن لم يكن يمكن إجراء اختبار زجاجة كامل للعثور عىل مادة كيميائية أكت فعالية أو أقل تكلفة مشاكل التشغيل مع كارس االستحالب المشكلة األكت شيوعا مع كارس االستحالب ي ه الجرعة الزائدة. إن سوء المعالجة والمياه القذرة )تلون مياه الترصيف( وتراكم الوسادة البينية )سمك الحد الفاصل بي المياه والنفط( ي ه كلها أعراض الجرعة المفرطة من المادة الكيميائية المثىل. يمكن أن تحدث الجرعة الزائدة عن طريق زيادة ي ف معدل الجرعة عىل سبيل المثال االنتقال من 5 إىل 91 جزء ي ف المليون أو عن طريق تراكم ي تدريح للمواد الكيميائية ي ف النظام. وغالبا ما توجد هذه األختة عند وجود نسبة مياه عالية حيث يمكن ر اكم ي التدريح للمادة الكيميائية ف واجهة وعاء عادة ي أن يؤدي تغيت صغت ي ف الجرعة األمثل إىل المياه القذرة. ويحدث الت الفصل )الحد الفاصل بي المياه والنفط( وغالبا ما يكون من الصعب اكتشافها. ومع ذلك فإن تغت جودة المياه الناتجة المنرصفة من األوعية ي ه ي ف الغالب دليل عىل هذا السيناريو. من المشاكل األخرى لكارس االستحالب ي ه تغت لزوجته مع درجة الحرارة. فمعظم أنواع كارس االستحالب عبارة عن مواد كيميائية لزجة يمكن أن تنخفض قدرتها عىل الضخ بشكل كبت مع انخفاض درجة الحرارة. إذاكان هذا هو الحال فقد يكون من الحكمة أن تطلب من المورد الكيميا ي ب إنتاج نسخة "فصل الشتاء" من المادة الكيميائية. ويتم ذلك غالب ا عن طريق تخفيض النسبة المئوية للمكون النشط وإضافة المزيد من المذيبات. إذاكان هذا هو الحل فسيتعي إعادة تحسي معدالت الجرعة للحصول عىل أفضل أداء. مشكلة أخرى شائعة مع كارسات االستحالب أال و ي ه افتقارها الواضح إىل "نطاق" المعالجة. ليس من غت المألوف أن يكون لكارس االستحالب القدرة عىل معيار ممتاز لكل اآلبار المختلفة داخل الحقل. ي ف بعض الحاالت قد توجد "آبار مارقة" وال ي ر ن ال يمكن معالجتها بشكل أسا ي س بواسطة كارس االستحالب األمثل لبقية النظام. ي ف هذه الحاالت يمكن استخدام نوعي من كارس االستحالب أو قد يتم حقن كارس االستحالب األص ي ىل بمعدل جرعة أعىل أو ح ر ن أسفل البت ي ف البت المارقة )صعبة المعالجة(. سيشت اختبار الزجاجة ي ف كثت من األحيان إىل اآلبار المارقة وأفضل حل لها. غالبا ما يكون عدم التوافق بي مثبطات التآكل inhibitors( )corrosion وكارس االستحالب هو السبب ي ف سوء أداء فصل المياه عن النفط. مثبطات التآكل ي ه مواد كيميائية سطحية تعمل ي ف الغالب كعوامل مثبتة لالستحالب مما يجعل عمل كارس االستحالب أكت صعوبة. ي ف حاالت عدم التوافق يكون من األسهل عادة استخدام كارس استحالب جديد أو تغيت نقاط حقن المواد الكيميائية مما ي ه عليه. ومع ذلك ي ف بعض الحقول كان العكس صحيح ا. كان استبدال مثبطات التآكل أفضل طريقة للتعامل مع مشكلة عدم التوافق. من أجل تحليل مستمر ألداء كارس االستحالب يجب عىل المرء مراقبة تسهيالت المعالجة ومالحظة التغيتات ي ف جودة المياه وجودة الخام ال ي ر ن قد تنتج من األداء السن لكارس االستحالب. يمكن لموردي المواد الكيميائية المساعدة من خالل إعطاء البيانات المتوقعة لعدم التوافق واإلفراط ي ف االستخدام أو الجرعات. هذه المعلومات يمكن الحصول عليها من اختبار الزجاجة والتجربة الميدانية. 164

165 3-4 وحدات معالجة خام البت ر ول م سقط "فاصل" المياه الحرة Knockouts( )Free-Water تحتوي معظم تدفقات أنتاج اآلبار عىل قطرات مائية ذات أحجام مختلفة. إذا جمعوا معا واستقروا ي ف الجزء السف ي ىل من وعاء العينة "أو أي وعاء بالمعمل" ي ف غضون 3 إىل 81 دقائق يطلق عليهم اسم "المياه الحرة". هذا التعريف يستخدم عادة ي ف تصميم المعدات إلزالة المياه ال ي ر ن ستستقر بشعة. م سقط المياه الحرة )FWKO( هو وعاء ضغط يستخدم إلزالة الماء الحر من تدفقات النفط الخام )راجع الشكل 1-4(. الشكل 1-4. تخطيط لم سقط المياه الحرة )FWKO( تقع م سقطات المياه الحرة ي ف مسار تدفق اإلنتاج حيث يتم التقليل من االضطراب.)restrictions( تؤدي القيود "العوائق" )restrictions( مثل الفتحات "األورفيس" واالختناقات والصمامات الخانقة والت ال ي ر كيبات ر ن يتغت عندها اتجاه التدفق إىل حدوث اضطرابات ي ف السوائل تؤدي إىل تفاقم المستحلبات "تكوينها وزيادة صعوبتها". الماء الحر ي ف ظروف اآلبار غالبا ما يستقر بسهولة إىل أسفل الغرفة ي ف مسقط المياه بعد توسع مسار التدفق )من قطر الخط إىل قطر الوعاء( وبالتا ي ىل انخفاض رسعة التدفق. تم مناقشة تصميم األحجام لهذه األوعية ي ف الفصول السابقة. وتشمل العوامل المؤثرة ي ف التصميم زمن المكوث ومعدل التدفق )اإلنتاجية( ودرجة الحرارة وكثافة النفط ولزوجته وتوزي ع حجم قطرة الماء وخصائص االستحالب. قد تتطلب األحجام غت المعتادة من الغاز ي ف تيار الدخول )المخلوط الداخل للوعاء( إىل أوعية أكت نسبي ا. إن "الفحص الميدا ي ب" البسيط لتحديد زمن المكوث المطلوب يتم بمراقبة عينة جديدة من الخام وحساب الوقت الالزم لفصل الماء الحر. ي ف ر التكيبات ال ي ر ن تتفاوت فيها أحجام الغاز يتم عادة تركيب فاصل ثنا ي ب الطور قبل مسقط الماء الحر. يعمل الفاصل ثنا ي ب الطور عىل إزالة معظم الغاز ويقلل من االضطراب ي ف وعاء م سقط الماء الحر. عادة ما يتم تشغيل نظام خروج الماء الحر عند 51 رطل لكل بوصة مربعة psig( 50( أو أقل. يجب أن تكون الطالء الداخ ي ىل مطلية أو محمية من التآكل ألنها ستكون عىل اتصال دائم بالمياه المالحة صهري ج فصل المياه )صهري ج الغسيل( مع حجرة للغاز داخلية أو خارجية )Gunbarrel tanks with internal and external gas boots( صهري ج الغسيل هو أقدم المعدات المستخدمة ي ف معالجة النفط ي ف محطات تجميع النفط التقليدية أو مجمعات صهاري ج تخزين النفط عىل الشواط. صهري ج الغسيل شائع جدا ي ف تطبيقات الخام الثقيل وللتطبيقات التية منخفضة 165

166 اإلنتاج لجميع انواع الخام. صهري ج الغسيل هو معالج رأ ي س ي ف الضغط الجوي. ي ف الشكل 2-4 صهري ج غسيل مزود بغرفة داخلية للغاز. عادة يحتوي صهري ج الغسيل عىل غرفة فصل للغاز الداخ ي ىل أو غرفة "برج للغاز" خارجية تمتد من 1 إىل 89 قدم ا فوق قمة الخزان حيث يتم فصل الغاز وتنفيسه ومهبط لألسفل )down-comer( "ناقل التدفق لألسفل" يمتد من 9 إىل 5 قدم من أسفل الخزان. ي ف الشكل 2-4 صهري ج غسيل بسيط مع فصل داخ ي ىل للغاز. ي ف الشكل 81-4 صهري ج غسيل مع غرفة غاز خارجية. ي فضل هذا التكوين ي ف الخزانات الكبتة ي ف نطاق برميل حيث يكون ربط وحدة تشغيل للغاز داخلي ا أمر ا صعب ا من الناحية الهيكلية. و ي ف كلتا الحالتي ال يشكل صهري ج الغسيل أكت من صهري ج كبت ر لتسيب المياه واستقرار النفط "تثبيته" عند الضغط الجوي وغالبا ما يقع قبل أوعية أخرى لمعالجة النفط أ و صهاري ج التخزين والشحن. يسمح فارق االرتفاع بالتدفق بقوة الجاذبية إىل األوعية التالية له. الشكل 2-4. صهري ج غسيل مع خط غطاء غازي ي ف حالة انخفاض كمية الغاز المصاحب للنفط. المستحلب الذي يتدفق من وحدة المعالجة ال ي ر ن تسبق صهري ج الغسيل وال ي ر ن ربما تكون فاصل أو سخان للنفط يدخل من الجزء العلوي من قسم فصل الغاز ي ف غرفة الغاز. هذا القسم يزيل الغازات المنبعثة نتيجة التمدد والغازات المحررة نتيجة تسخي المستحلب. يتدفق المستحلب ألسفل إىل جهاز توزي ع )موزع( والذي يتم وضعه تحت واجهة النفط والماء. عند خروج الخام من الموزع ترتفع الطبقة المستحلبة إىل قمة طبقة المياه المحيطة بها. يتم التحكم ي ف مستوى المياه بواسطة ساق الماء أو جهاز تحكم ي ف المستوى تلقا ي ب. يساعد مرور المستحلب عت الماء عىل تجميع قطرات المياه الصغتة العالقة بالمستحلب وتحويله إىل طبقتي مختلفتي من النفط والماء. ر يتاكم النفط ي ف األعىل ويتدفق عت خط االمتداد إىل خزان النفط أو أوعية معالجة تالية. يتدفق الماء من قاع الخزان مرورا بالساق المائية إىل خزان مغذي للمضخات أو خزان معالجة. عادة ما يكون زمن المكوث ي ف الوعاء لمجموع السوائل الك ي ىل من 89 إىل 94 ساعة. 166

167 معظم صهاري ج الغسيل غت مزودة بخاصية التسخي عىل الرغم من أنه من الممكن توفت الحرارة عن طريق تسخي التدفق القادم للخزان أو تركيب ملفات تسخي ي ف الخزان أو تدوير الماء إىل سخان ي خارخ وإرجاعه ي ف حلقة مغلقة. يفضل تسخي المدخل ح ر ن يتم تحرير المزيد من الغاز ي ف غرفة الغاز عىل الرغم من أن هذا يع ي ن فقد جزء من الطاقة ألنه سيتم استخدام الوقود ي ف تسخي المياه الحرة ي ف المدخل. الفرق ي ف االرتفاع بي خط النفط المتدفق والساق المائية الخارجية يتحكم ي ف واجهة النفط-الماء. صهري ج غسيل مع برج )غرفة( غاز ي خارخ. مثال 8-4 حساب ارتفاع ساق الماء الخارجية المعطيات جاذبية النفط API( 60 0 F = الجاذبية النوعية للمياه = 8.15 ارتفاع منفذ خروج النفط = 93 قدم -ارتفاع مستوى الواجهة = 81 قدم )لهذا المثال( ارتفاع مخرج الماء = 8 قدم الحل: 167

168 )8( تحديد الجاذبية النوعية للنفط. الثقل النو ي ع للنفط = / ( 1 )API = ) ( / = )9( تحديد التدرج النف ي ط gradient(.)oil بما أن التغيت ي ف الضغط حسب العمق أو االرتفاع للمياه العذبة هو رطل / بوصة مربعة من العمق لكل قدم psi/ft( 0.433( والتغت ي ف الضغط مع عمق السائل الذي تكون جاذبيته الخاصة SG ي ه: (SG)] ] x وبالتا ي ىل فإن التدرج النف ي ط هو التدرج النف ي ط = = رطل / بوصة مربعة لكل قدم. )3( تحديد تدرج المياه. تدرج المياه = = 1.05 x رطل / بوصة مربعة لكل قدم )4( نحسب ارتفاع النفط وارتفاع الماء ي ف الخزان. = ارتفاع مخرج النفط ارتفاع مستوى الواجهة "التالمس" )interface( = = 13 قدم. = ارتفاع مستوى الواجهة "التالمس" )interface( - ارتفاع مخرج المياه =10-1= 9 قدم. Ho Hw الضغط الهيدروستاتي ي ك داخل الخزان = الضغط الهيدروستاتي ي ك ي ف الساق الما ي ب H x = ) ( + ) ( االرتفاع )H( =19.5 قدم. تختلف تفاصيل التصميم الخاصة بقسم التوزي ع وساق الماء وفصل الغاز حسب ال ر شكات المصنعة. هذه التفاصيل ال تؤثر بشكل كبت عىل حجم الخزان. بغض النظر عن مدى دقة تصميم الموزع فإن صهاري ج الغسيل الكبتة تكون حساسة جدا لظاهرة الدائرة القصتة.)short-circuiting( ويرجع ذلك إىل اختالفات درجة الحرارة والكثافة بي المستحلب المدخل متج بشكل ر والسائل الموجود ي ف الخزان وترسب المواد الصلبة وتآكل الموزعات. )تع ي ن الدائرة القصتة أن السائل الداخل ال ي جيد مع السائل الموجود بسبب اختالف درجة الحرارة وينتقل إىل المخرج دون قضاء زمن المكوث المعتاد(. أبعاد الخزان القياسية مدرجة ي ف مواصفات API 12F مواصفات API 12D مواصفات.API 12B صهاري ج الغسيل بسيطة التشغيل وعىل الرغم من كت حجمها ف يه غت مكلفة نسبيا. ومع ذلك لديهم حجم قاعدة كبت ولهذا السبب ال يتم استخدامها عىل المنصات البحرية. تحتفظ صهاري ج الغسيل بكميات كبتة من السوائل وهو عيب ي ف حالة حدوث مشكلة. فعندما يتم اكتشاف مشكلة ي ف المعالجة ي ف النفط الخارج من الصهري ج فإن كمية كبتة من النفط السن موجودة بالفعل ي ف الخزان. قد يكون من الرص وري معالجة هذا النفط مرة أخرى األمر الذي قد يتطلب صهاري ج كبتة ومضخات إعادة التدوير وما إىل ذلك. قد يكون من المفيد إعادة معالجة هذا النفط الضار ي ف منشأة معالجة منفصلة لتجنب المزيد من التلوث ي ف منشأة المعالجة األولية. غالبا ما تستخدم صهاري ج الغسيل ي ف المنشآت القديمة ذات معدل التدفق المنخفض والمرافق التية. ي ف اآلونة األختة أصبحت أجهزة التسخي العمودية غت مكلفة إىل حدكبت لدرجة أنها حلت محل صهاري ج الغسيل ي ف المنشآت ذات البت الواحد. بينما ي ف المنشآت الكبتة عىل الشاط ي ف مناطق الطقس الحار ال تزال تستخدم صهاري ج 168

169 الغسيل. أما ي ف المناطق ال ي ر ن يكون فيها موسم الشتاء باردا فإنه من المكلف للغاية الحفاظ عىل كمية كبتة من النفط بدرجة حرارة عالية بما يك ي ق لمحاربة مشاكل االنسكاب والتجمد المحتملة السخانات )أوعية تسخي الخام )Heaters- السخانات ي ه عبارة عن أوعية تستخدم لرفع درجة حرارة السائل قبل أن تدخل صهاري ج الغسيل أو أي أوعية معالجة أخرى تستخدم لمعالجة مستحلبات النفط الخام. هناك نوعان من السخانات ال ي ر ن تستخدم أال وهما السخانات غت المبا ر رسة والسخانات المبا ر رسة. كال النوعي لهما هيكل معد ي ب وأنبوب النار. يحتوي أنبوب النار فيه عىل لهب ناتج عن خليط الهواء والغاز الطبي ي ع المشتعل بواسطة موقد. يسخن السطح ي الخارخ الساخن ألنبوب النار حمام يغمر فيه السائل المراد تسخينه. السخانات غت المبا ر رسة لها عنرص ثالث وهو ملف )مجموعة أنابيب( مغمورة ي ف السائل الذي يتم تسخينه )غالبا مياه مضافا لها جليكول( ويمر ي ف هذه األنابيب اإلنتاج المتدفق ليكتسب حرارة من السائل الموجود بالوعاء. تحتوي السخانات عىل ملحقات قياسية مثل الشعالت والمنظمي وصمامات اإلغاثة ومقاييس الحرارة وأجهزة التحكم بدرجة الحرارة إلخ السخانات غت المبا ر رسة األشكال 88-4 و 89-4 و 83-4 تبي سخانات غت مبا ر رسة. يتدفق النفط عت أنابيب مغمورة ي ف الماء وال ي ر ن بدورها يتم تسخينها بواسطة أنبوب النار. بدال من ذلك قد يتم توفت الحرارة إىل الحمام الما ي ب عن طريق وسط سائل ناقل للحرارة أو البخار أو سخانات كهربائية مغمورة بدال من أنبوب الحريق. تحتفظ السخانات غت المبا ر رسة بدرجة حرارة ثابتة عىل مدى ا من السخانات المبا ر رسة. من غت المحتمل أن تحدث البقع الساخنة spots( )hot عىل فتة زمنية طويلة و ي ه أكت أمان ر أنبوبة الحريق إذا تم التحكم ي ف محتوى الكالسيوم ي ف ماء التسخي )ح ر ن ال تحدث ترسيبات عىل سطح أنبوب الحريق ي الخارخ فيقل توصليها للحرارة ي ف مناطق منها فتحدث بقع ساخنة ي ف معدن أنبوب الحريق(. العيب الرئي ي ىس هو أن هذه السخانات تتطلب عدة ساعات للوصول إىل درجة الحرارة المطلوبة عند أعادة تشغيلها بعد أن توقفها. الشكل سخان اللهب المندفع غت المبا ر رس. 169

170 الشكل سخان اللهب المندفع غت المبا ر رس الشكل سخان اللهب المندفع غت المبا ر رس) 12K )API 170

171 سخانات التسخي مبا ر رس ا مبا ر رس ا. يتدفق النفط عت موزع المدخل ويتم تسخينه مبا ر رسة بواسطة صندوق النار. قد يوضح الشكل 84-4 سخان ا تقليدي يتم توفت الحرارة باالستبدال الحراري مع وسط سائل ساخن أو بخار أو سخان كهربا ي ب مغمور بدال من أنبوب الحريق. السخانات المبا ر رسة تصل إىل درجة الحرارة المطلوبة بشعة وتكون فعالة )75 إىل 21( وتوفر تكلفة أولية معقولة. يتم استخدام سخانات اللهب المندفع المبا ر رس ي ف األماكن ال ي ر ن يتوفر بها الوقود الغاز ي وعندما يلزم معالجة النفط بكميات كبتة. من ناحية أخرى ف يه خطرة وتتطلب معدات أمان خاصة. وقد تتشكل ترسيبات عىل الجانب النف ي ط من أنبوب ر التسيبات نقل الحرارة من صندوق النار إىل مستحلب النفط. يؤدي ف الجدران الفوالذية تجمع الحرارة ي النار تمنع تلك ( إىل ف النهاية ر التسيبات )ال ر ني ال تنقل الحرارة نقال جيدا تليي واعوجاج ي ف حديد أنبوب الحريق. يتمزق المعدن ي تحت ويسمح بتدفق النفط ي ف أنبوب الحريق أو صندوق النار مما يؤدي إىل نشوب حريق داخ ي ىل. الحريق الناتج إن لم يتم إخماده سيتم تغذيته بواسطة تيار النفط القادم والذي يتشب لداخل االنبوب من موضع التمزق. ر داد الحرارة المفقود الشكل سخان لهب مندفع مبا ر رس است يلتقط سخان ر استداد الحرارة المفقود الحرارة المهدورة من أكوام العادم من الضواغط والتوربينات والمولدات والمحركات الكبتة. يمكن توجيه غازات العادم الساخنة هذه عت أنبوب وتغطس ي ف حمام يقوم بنفس وظيفة أنبوب الحريق. بدال من ذلك يمكن استخدام المبادالت الحرارية لنقل هذه الحرارة إىل وسط سائل التدفئة والذي يستخدم بدوره لتسخي مستحلب النفط الخام السخان المعالج السخان المعالج هو عبارة عن تحسينات عىل نظام سخان النفط وصهري ج الغسيل. هناك العديد من التصاميم للتعامل مع الظروف المختلفة مثل اللزوجة ثقل الخام معدالت التدفق العالية والمنخفضة التآكل والطقس البارد. عند مقا رنتها بصهاري ج الغسيل فإن أجهزة التسخي تكون أقل تكلفة ي ف البداية وتوفر تكاليف تركيب أقل وتوفركفاءة حرارية أكت وتوفر قدرا أكت من المرونة وكفاءة أكت بشكل عام. ومن ناحية أخرى ف يه أكت تعقيدا وتوفر مساحة تخزين أقل للرواسب األساسية وأكت حساسية للمواد الكيميائية. نظر ا ألن أجهزة تسخي المسخن أصغر من غتها من األوعية المعالجة األخرى فإن أوقات االحتفاظ بها تكون ضئيلة )من 81 إىل 31 دقيقة(. 171

172 يمكن أن يؤدي تراكم الرواسب عىل جدران أو أسفل السخان المعالج إىل تقليل زمن المكوث وتشب المياه مع النفط أو تشب المستحلب غتكامل المعالجة عت الحاجز من غرفة التسخي بالسخان للغرفة التالية. يجب إجراء عمليات الفحص سنويا لتشمل التفتيش الداخ ي ىل للتآكل تراكم الرواسب والكشف عن ترسيبات األمالح السخان المعالج العمودي )سخان المعالجة الرأ ي س( من الشائع استخدام السخان المعالج العمودي كما ي ف الشكل 85-4 لمعالجة نظام البت الواحد أو معالجة عدد محدود من اآلبار. يتكون جهاز التسخي الرأ ي س من أربعة أقسام رئيسية: فصل الغاز م سقط المياه الحرة التسخي والغسيل بالمياه وقسم ر التسيب بالجاذبية. يدخل السائل القادم الجزء العلوي من المعالج إىل قسم فصل الغاز حيث يفصل الغاز عن السائل ويخرج عت خط الغاز. يجب تو ي خ الحذر لحجم هذا القسم بحيث يكون لديه أبعاد كافية لفصل الغاز المصاحب للخام الداخل إليه. إذاكان السخان موجود ا بعد فاصل ثنا ي ب أو ثال ي ب الطور يمكن أن يكون قسم فصل الغاز صغت ا جدا. يجب أن يحتوي قسم فصل الغاز عىل مغت االتجاه ي ف المدخل وعىل مستخلص رذاذ ي ف المخرج. الشكل تخطيط مبسط لسخان معالج رأ ي س. 172

173 تتدفق السوائل عت أنبوب الهبوط "أنبوب التدفق لألسفل" )down-comer( إىل قاعدة المعال ج الذي يعمل كقسم فصل الماء الحر. إذا كان المعالج يقع بعد وعاء م سقط المياه الحرة أو فاصل ثال ي ب الطور يمكن أن يكون الجزء السف ي ىل صغت ا جدا. إذاكان البد من معالجة مجرى البت الك ي ىل يجب أن يكون حجم هذا القسم كاف لالحتفاظ بالسائل لمدة 3 إىل 5 دقائق وذلك للسماح للماء الحر باالستقرار. سيقلل فصل الماء الحر مبكرا من كمية غاز الوقود الالزم لتسخي تيار السائل الذي ستتفع من خالل قسم التسخي. يجب أن تكون نهاية أنبوب التدفق لألسفل أقل قليال من واجهة النفط والماء وذلك من أجل "الغسيل بالماء" للنفط الذي يتم معالجته. هذا سيساعد ي ف التحام قطرات الماء العالقة ي ف النفط. يرتفع النفط والمستحلب خالل قسم التسخي والغسل بالمياه حيث يتم تسخي السائل )راجع الشكل 85-4(. كما هو مبي ي ف الشكل 81-4 يتم استخدام أنبوب النار عادة لتسخي المستحلب ي ف قسم التسخي والغسيل بالماء. الشكل عرض ثال ي ب األبعاد يوضح ارتفاع النفط والمستحلب ي ف سخان رأ ي س بعد الغسل بالمياه. 173

174 الشكل يظهر أنبوب ا يسخن المستحلب ي ف قسم التسخي وقسم الغسيل بالمياه. بعد تسخي النفط والمستحلب يدخل النفط والمستحلب إىل قسم التالؤم "االلتحام -االندماج" )coalescing( حيث بالتسيب واالستقرار ي ف القاع. كما هو يتم توفت زمن مكوث كاف للسماح لقطرات الماء الصغتة ي ف الطور المستمر للخام ر موضح ي ف الشكل 81-4 يتم تثبيت الحواجز أحيان ا ي ف قسم التوليف "االلتحام" لمعالجة المستحلبات الصعبة. تتسبب الحواجز ي ف أن يتبع النفط والمستحلب مسارا ذهابا وإيابا من خالل المعالج. يتدفق النفط المعالج من مخرج ي ف الجزء العلوي من قسم التالؤم ومن خالل المبادل الحراري للساق النف ي ط حيث يتحكم الصمام ي ف التدفق. ف المبادل الحراري لساق الخام )راجع الشكل 82-4(. يتدفق الماء النفط يسخن النفط النظيف الساخن مستحلب التتيد الوارد ي المنفصل من خالل الساق الما ي ب حيث يتحكم صمام التحكم ي ف التدفق ي ف خروج المياه إىل نظام معالجة المياه )راجع الشكل 81-4(. كما هو مبي ي ف الشكل 91-4 يتم التقاط أي غاز ينفصل من النفط بسبب التسخي إىل رأس التكثيف. أي غاز ال يتكثف يتدفق خالل خط التعادل "توازن الضغط" إىل قسم فصل الغاز. كما هو مبي ي ف الشكل 98-4 يزيل مستخرج الرذاذ من نوع الريشة الرذاذ السائل قبل أن ر يتك الغاز السخان. إن الغاز الذي يتم تحريره عندما يتم تسخي النفط الخام قد يسبب مشكلة ي ف السخان إذا لم يتم تصميمه بشكل مناسب. ي ف أجهزة التسخي الرأسية يرتفع الغاز خالل قسم التوليف )االلتحام(. إذا تم تحرير قدركبت من الغاز فإنه يمكن أن يخلق اضطرابا كافيا لمنع االندماج بي قطرات المياه ي ف قسم التوليف. كذلك فإن فقاعات الغاز الصغتة لها جاذبية للمواد النشطة عىل السطح وبالتا ي ىل قطرات الماء بذلك فإنها تميل إىل منع قطرات الماء من االستقرار وربما تتسبب ي ف نقلها إىل منفذ خروج النفط. يتم الحفاظ عىل مستوى النفط عن طريق صمامات تفري غ تعمل بالهواء المضغوط أو بالرافعة. يتم التحكم ي ف واجهة النفط والماء عن طريق وحدة تحكم عىل مستوى الواجهة أو ساق مائية خارجية قابلة للتعديل. 174

175 ك ناتج عن ارتفاع تتوفر أجهزة التسخي العمودية القياسية ي ف ارتفاعات 91 و 97 قدما. توفر هذه االرتفاعات ضغط ستاتي ي السائل كاف لمنع تبخت النفط. الشكل حواجز لتعزيز االلتحام بي القطرات ي ف سخان رأ ي س )إىل اليسار(. وعرض بسخان رأ ي س كامل إىل اليمي يظهر به توضيح لساق المياه. لخروج الماء من سخان معالج رأ ي س. 175

176 الشكل مبادل حراري لدخول النفط قبل المعالجة يكتسب جزء من حرارة النفط المعالج الخارج. الشكل الغازات ال ي ر ن تنفصل من النفط أثناء التسخي يتم التقاطها عىل رأس التكثيف. 176

177 الشكل 98-4 يزيل مستخرج الضباب من نوع الريشة الرذاذ السائل قبل أن يت ر ك الغاز السخان الشكل سخان رأ ي س. API 12L 177

178 ر ي وسائط االلتحام media( )coalescing من الممكن استخدام وسائط تداخل لتعزيز التحام قطرات الماء. توفر هذه الوسائط مساحات سطحية كبتة يمكن أن تتجمع عليها قط رات الماء. ي ف الما ي ض كانت الوسائط المتداخلة األكت شيوع ا ي ه نجارة الخشب أو excelsior" " وال ر ني يشار إليها أيض ا باسم "اللباد" أو "القش". تتم تعبئة نجارة الخشب بإحكام إلحداث عرقلة لتدفق قطرات الماء الصغتة والتوي ج لتصادم هذه القطرات من أجل االلتحام. عندما ق تسقط بالجاذبية. يوضح الشكل ر تصبح القطتات كبتة بما يك ي 93-4 سخان معالج عمودي يستخدم قسم ا لنجارة الخشب لتعزيز فصل المياه. يسمح استخدام هذه الوسائط )نجارة الخشب اللباد -القش( بدرجات حرارة منخفضة للمعالجة ومع ذلك هذه الوسائط كانت تنسد )تمنع مرور السوائل( مع مرور الوقت وكان من الصعب إزالتها. لذلك لم تعد مستخدمة. الشكل جهاز سخان معالجة رأ ي س مزود بوسائط التحام بي الحواجز لتساعد ي ف تالصق قطرات الماء السخان المعالج األفق بالنسبة لمعظم محطات أو مجمعات المعالجة ال ي ر ن تستقبل إنتاج أبار عديدة فإن أجهزة التسخي األفقية عادة ما تكون أفق معالج ي نموذخ. تفاصيل التصميم تختلف من جهة تصنيع إىل مطلوبة. يوضح الشكل 94-4 مخططا مبسطا لسخان ي ر األفق من ثالثة أقسام رئيسية: المقدمة )التسخي والغسيل بالماء( أخرى لكن المبادئ ي ه نفسها. يتكون جهاز التسخي ي ر أفق (. وغرفة تجميع وترصيف النفط وأقسام التالحم أو االندماج )الشكل 95-4 يوضح API 12L سخان معالج ي ر تدخل السوائل القادمة إىل القسم األما ي م )التسخي والغسيل بالماء( من خالل مدخل السائل حيث يتم فصل بعض الغازات نتيجة النخفاض الشعة والدخول إىل وعاء أعىل ي ف درجة الحرارة عما سبقه من أنابيب نقل الخام. يهبط السائل إىل أسفل عن طريق ناقل التدفق لألسفل down-comer( )deflector راجع الشكل تتدفق المواد األثقل )الماء والمواد الصلبة( إىل األسفل بينما تتدفق المواد األخف )الغاز والنفط( إىل األعىل. ينفصل الغاز الحر ويمر خالل حلقة موازن ضغط الغاز إىل مخرج الغاز. 178

179 ر ي ر ي الشكل شكل مبسط لسخان معالج أفق الشكل سخان معالج أفق 12L-. API 179

180 أفق. الشكل سخان معالج ي ر كما هو مبي ي ف الشكل 97-4 يمر النفط والمستحلب والماء الحر من خالل ناقل التدفق لألسفل إىل الموزع الموجود أسفل ر سطح ي تالف النفط مع الماء بمقدار قليل حيث يتم غسل السائل بالماء ويتم فصل الماء الحر. ربما يكون هناك احتياج لغطاء غازي من ر النيتوجي أو من مصدر آخر لغاز هيدروكربو ي ب gas( )blanket وذلك للحفاظ عىل الضغط داخل الوعاء وذلك ي ف حالة معالجة النفط الذي له مستوى منخفض من الغازات crudes(.)low gas oil-ratio يتم تسخي النفط والمستحلب عند صعودهما بجوار أنابيب النار tubes( )fire ويتم تجميعهما من األعىل )skimmed( إىل غرفة جمع النفط chamber( )oil surge ال ي ر ن أحيانا تسم حجرة االندماج section(.)coalescing عندما تنفصل المياه الحرة عن السوائل ي ف القسم األول يرتفع منسوب المياه ي ف غرفة التسخي فإذا لم تتم إزالة الماء فسوف يستمر ي ف االرتفاع ح ر ن يحل محل كل المستحلب ويبدأ ي ف التشب عىل السد )الحاجز( إىل غرفة النفط )كذلك سيؤدي ذلك إىل فقدان ي ف الطاقة الحرارية ألنه سيتم بذلك تسخي الماء ثم التخلص منه بالترصيف بدال من تسخي المستحلب لمعالجته(. من ناحية أخرى إذا أصبح مستوى الماء منخفض ا للغاية فلن يتمكن القسم األول من غسل النفط المستحلب مما سيقلل من كفاءة المعالج. لذلك من المهم التحكم بدقة ي ف ارتفاع واجهة النفط والماء )السطح الفاصل بينهما( ي ف القسم األول من المعالج. يتم التحكم ي ف واجهة النفط والماء بواسطة وحدة تحكم بمستوى الواجهة وال ر ن ي تعمل عىل صمام تفري غ للمياه الحرة )شكل 91-4(. كما هو مبي ي ف الشكل 92-4 فإن مستشعر إيقاف التشغيل ي ف حالة انخفاض مستوى السائل موجود ي ف الجزء العلوي من القسم األما ي م )التسخي والغسيل بالماء(. هذا المستشعر يضمن وجود السائل دائم ا فوق أنبوب الحريق. إذا تعطل صمام تفري غ المياه أو فشل عىل الوضع المفتوح فإن السائل المحيط بأنبوبة الحريق سوف ينخفض وبالتا ي ىل ال يمتص الحرارة المتولدة من أنبوب الحريق ومن المحتمل أن ي رص أنبوب الحريق بالسخونة الزائدة. وبالتا ي ىل فإن هذا المستشعر إذا انخفض مستوى السائل فوق أنبوب الحريق ستسل إشارة تغلق صمام الوقود الذي يغذي أنبوبة الحريق. 180

181 األفق الذي يظهر النفط والمستحلب والماء الحر الذي يهبط عت الناقل لألسفل إىل الشكل رسم تخطي ي ط لمعالج التسخي ي ر الموزع الواقع أسفل سطح النفط والماء حيث يكون السائل "مغمورا بالماء" ويتم فصل الماء الحر. الشكل يتم التحكم ي ف واجهة النفط والماء ي ف قسم التسخي وغسل المياه بواسطة وحدة تحكم عىل مستوى الواجهة. ض ا التحكم ي ف درجة حرارة السائل ي ف القسم األما ي م )التسخي ف والغسيل بالماء(. لذلك يلزم وجود جهاز تحكم ي من المهم أي درجة الحرارة يتحكم بالوقود إىل الموقد أو بمصدر الحرارة ي ف الجزء العلوي من قسم التسخي )راجع الشكل 31-4(. 181

182 الشكل مستشعر األمان النخفاض مستوى السائل موجود ي ف الجزء العلوي من قسم التسخي يغلق الوقود إىل مصدر الحرارة )أنبوب الحريق( إن كان مستوى السائل منخفضا. الشكل يتحكم جهاز التحكم ي ف درجة الحرارة الموجود أعىل قسم التسخي ي ف الموقد أو مصدر الحرارة. 182

183 تقوم وحدة التحكم ي ف المستوى ي ف غرفة النفط )راجع الشكل 38-4( بتشغيل صمام التفري غ عىل خط مخرج النفط النظيف. ينظم صمام التفري غ هذا تدفق النفط من أعىل الوعاء والذي يحافظ عىل امتالء كامل بالسائل. عندما يكون صمام مخرج النفط النظيف مفتوح ا يدفع ضغط الغاز ي ف غرفة التدفق المستحلب إىل التدفق عت الموزع ويدفع النفط النظيف خالل مجمع النفط النظيف )راجع الشكل 39-4(. عندما يغلق صمام خروج النفط النظيف يتوقف تدفق المستحلب إىل قسم االندماج )غرفة النفط( المتالئها. الشكل وحدة تحكم المستوى ي ف قسم تدفق النفط تعمل صمام تفري غ النفط النظيف. يتدفق النفط والمستحلب من خالل موزع ي ف الجزء الخل ي ق أو ي ف قسم االندماج )غرفة النفط( ي ف الوعاء و ي ه معبأة بالسائل. يقوم الموزع بتوزي ع التدفق بالتساوي عىل طول هذا القسم. وألن النفط المعالج أخف من المستحلب والماء فإنه يرتفع إىل مجمع النفط النظيف حيث يتم جمعه ويتدفق إىل منفذ خروج النفط النظيف. حجم المجمع يتم تصميمه للحفاظ عىل تدفق عمودي موحد للنفط. تسقط قطرات الماء المتداخلة عكس اتجاه التيار المستمر للزيت المتصاعد. يجب أن يكون حجم القسم األما ي م )التسخي والغسيل بالماء( كافيا للتعامل مع ترسيب )سقوط( المياه الحرة وتسخي النفط. يجب أن يكون حجم وحدة التالؤم "االندماج" مناسب ا لتوفت وقت احتفاظ مناسب ل ي ك يتم حدوث التحام بي القطرات أو سقوط للقطرات من حجم معي حسب التصميم. معظم أجهزة التسخي األفقية المبنية اليوم ال تستخدم أنابيب النار. تضاف الحرارة إىل المستحلب ي ف مبادل حراري قبل أن يدخل المستحلب وعاء المعالجة. ي ف هذه الحاالت يمكن أن يكون جزء الدخول للوعاء المعالج قصت ا إىل حد ما ألن الغرض الرئي ي ىس منه هو إزالة الغاز من المستحلب قبل أن يتدفق إىل قسم االندماج. تم تصميم بعض أجهزة التسخي حيث تحتوي عىل قسم التالؤم )االلتحام - الا ندماج( فقط. ي ف هذه الحاالت يتم ضخ المستحلب من خالل مبادل حراري إىل معالج يعمل بضغط عا ي ىل بما يك ي ق للحفاظ عىل النفط فوق نقطة الفقاعة. وبالتا ي ىل فإن الغاز لن يتحرر ي ف قسم التوليف من المعالج. 183

184 الشكل ضغط الغاز ي ف قسم التدفق يدفع المستحلب للتدفق خالل الموزع ي ف قسم التوليف )االلتحام( ودفع النفط النظيف من خالل صمام خروج النفط النظيف السخان المعالج الكروستاتي ي ك تضيف بعض أجهزة التسخي األفقية شبكة كهرباء ي ف قسم التالؤم. يوضح الشكل 33-4 مخططا تخطيطي ا مبسطا لمعالج أفق ي نموذخ. كهروستاتي ي ك ي ر األفق باستثناء أن الشبكة إن مسار التدفق ي ف جهاز التسخي الكهروستاتي ي ك هو ي ف األساس نفس مسار جهاز التسخي ي ر الكهروستاتيكية مدرجة ي ف قسم التالؤم )االلتحام( مما يساعد عىل تعزيز االندماج بي قطرات الماء. )راجع الشكل 34-4( يحتوي القسم الكهروستاتي ي ك عىل شبك معد ي ب عبارة عن ر إلكتودين )قطبي (. يوفر النظام الكهربا ي ب جهد ي كهرب لألقطاب. يت اوح الجهد ي الكهرب المعتاد من إىل فولت أمبت )VAC( واستهالك الطاقة من 1.15 إىل 1.8 كيلو فولت ر أمبت لكل قدم مكعب ( ( to 1.08KVA/m 2 (,)KVA/ft من الشبكة. يتم التحكم ي ف شدة المجال الكهربي بواسطة الجهد الكهربا ي ب والمباعدة بي األقطاب الكهربائية. ي ف بعض ر التكيبات يمكن ضبط موقع القطب الكهربا ي ب خارجي ا لزيادة أو تقليل التباعد إىل القطب األخر. استخدام المجال ي الكهرب ي ف المعالجة يكون أكت فعالية عندما تكون لزوجة المائع أقل من 51 سن ي ر ن بواز cp عند درجة حرارة الفصل ويكون الفرق النو ي ع بي النفط والماء أكت من وال يتجاوز التوصيل ي الكهرب للمرحلة النفطية ( )mho/cm ميل ي ىل أوم لكل سم

185 يتكون نظام التحكم الكهربا ي ب الذي يوفر الطاقة إىل األقطاب الكهربائية من نظام من المحوالت التصاعدية حيث يتم توصيل الجانب األسا ي س بمصدر طاقة منخفض الجهد )991 أو 441 فولت( وتصميم الملفات الثانوية بحيث يكون الجهد المستحث بالقيمة المطلوبة )راجع الشكل 34-4(. الشكل ي كهروستاتي ي ك. ر تخطيط مبسط لسخان أفق كما هو مبي ي ف الشكل 34-4 تدخل قطتات الماء والنفط الصغتة إىل قسم االلتحام وتنطلق إىل قسم الشبكة الكهروستاتيكية حيث تصبح قطرات الماء "مكهربة" أو "متأينة" وتضطر إىل التصادم. ر دد( ف الثانية. وهكذا يتم وضع تحتوي األقطاب الكهربائية ( ي ف حالة التيار المت عىل شحنات كهربائية تنعكس عدة مرات ي ا. كلما ازدادت حركة القطتات كلما زادت احتمالية تصادم قطرات الماء مع بعضها قطرات الماء ي ف حركة رسيعة ذهاب ا وإياب البعض يتمزق الغشاء الموجود عىل القطرة من مثبت االستحالب )عامل االستحالب( تتجمع القطرات ويزداد حجمها مما ييش سقوطها تستقر القطرات أختا خارج المستحلب ي ف قاع الوعاء. بسبب االصطدامات القشية تعمل أجهزة السخانات اإللكتوستاتيكية عادة ي ف درجات حرارة منخفضة وتستخدم وقودا أقل من أجهزة التسخي األفقية غت الكهروستاتيكية. يتم ر التحكم ي ف الوقت الذي تقضيه القطرات ي ف المجال ر اإللكتو ي ب عن طريق التباعد الكهربا ي ب وتكوين الوعاء. يوجد حقل إلكتو ي ب ي ف جميع أنحاء جسم النفط داخل الوعاء عىل الرغم من أن معظم االلتحام يحدث ي ف الجزء ف ر األكتكثافة كهربية ي المنطقة المجاورة لألقطاب. من الرص وري أن يوفر تصميم الوعاء توزي ع جيد للمستحلب عت الشبكة الكهربائية. من الرص وري أيض ا الحفاظ عىل السائل ي ف الطور السائل ي ف قسم االلتحام الكهربا ي ب. لو تحرر الغاز ي ف قسم االلتحام فإنه سوف يتشبع بالماء ويجذب قطرات الماء الصغتة ي ف المستحلب وينقلها معه لألعىل إىل منفذ النفط. باإلضافة إىل ذلك فإن األبخرة المشبعة بالماء وال ي ر ن تكون ر ستيد بشكل كبت من استهالك الطاقة الكهربائية. عالية التوصيل من المهم أيض ا منع مستوى الماء من الوصول إىل ارتفاع األقطاب الكهربائية. تحتوي كل المياه المنتجة تقريب ا عىل بعض الملح. هذه األمالح تجعل الماء موصل جيد جدا للتيارات الكهربائية. وهكذا إذا وصل مستوى الماء لألقطاب الكهربائية فإنه سيحدث توصيل ي كهرب عال يخرج شبكة األقطاب أو المحول عن الخدمة. 185

186 معالجة ر البتول والغاز كهرباب يعتمد عىل خصائص المستحلب المعي الذي يتم معالجته فإن تحديد وبما أن تالصق قطرات الماء يف مجال حجم منطقة الشبكة يتطلب إجراء اختبار معمىل. تميل الختة الميدانية إىل اإلشارة إىل أن أجهزة المعالجة الكهروستاتيكية فعالة يف تقليل محتوى الماء يف الخام إىل مستوى 1.8 إىل 1.5 يف المائة. وهذا يجعل تلك األجهزة جاذبة بشكل خاص لعمليات التحلية (.)desalting كهروستاتيك أفق الشكل.34-4 سخان ي الكهرب عىل قطرة مياه. الكهروستاتيك وتأثت المجال الكهرباب للسخان الشكل.35-4 نظام التحكم 186 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

187 مجففات النفط "نوازع المياه من النفط" Dehydrators( )Oil العامل الرئي ي ىس عند تصميم وحدات االلتحام )coalescing( هو معدل التحميل. يتم تحديد حجم الوعاء لتدفق حجم معي لكل وحدة زمنية لكل قدم مربع من مساحة الشبكة. بما أن تالصق قطرات الماء ي ف مجال كهربا ي ب يعتمد عىل خصائص المستحلب المعي الذي يجب معالجته فمن غت المحتمل أن يتم تطوير عالقة عامة لحجم قطرات الماء الستخدامها ي ف معادالت ر التسيب. تعتت معالجات ر االلكتوستاتيك جذابة بشكل خاص لتحلية النفط حينما تكون نسبة 1.5 إىل 8.1 W BS & مقبولة فمن أفق مع تجاهل أي مساهمة من شبكات الكهرباء. عن طريق األفضل أن يتم تصميم حجم الوعاء كحجم سخان معالج ي ر التجربة والخطأ بعد التثبيت قد تكون الشبكات الكهربائية قادرة عىل السماح بعالج يحدث ي ف درجات حرارة منخفضة أو معدالت تدفق أعىل. يوضح الشكل 31-4 مجفف السخان الكهروستاتي ي ك حيث يحتوي الوعاء فقط عىل قسم االلتحام مع الشبكة الكهروستاتيكية. وتسم الوحدات ال ي ر ن تمت تهيئتها بهذه الطريقة "مجففات النفط". يجب أن يكون لهذه األوعية أوعية منفصلة قبلها للتخلص من الغازات وإزالة الماء الحر وتسخي المستحلب. يجب مراعاة هذا التكوين عندما يتجاوز حجم التخزين المراد معالجته من إىل برميل ي ف اليوم. الشكل 31-4 مجفف النفط الكهروستاتي ي ك 187

188 4-4 طرق معالجة المستحلب اعتبارات عامة يجب عدم اختيار طريقة المعالجة والمعدات المطلوبة ح ر ن يتم تحديد الخصائص الفتيائية للنفط والمياه وتم إجراء دراسة لتأثت المواد الكيميائية المتاحة عىل المستحلب. المتبق ي ف النفط الخام بعد أن يتم فصل المياه الحرة يعتت ي ف حالة مستحلب. يتم إزالة النفط المستحلب بواسطة الماء ي ر عملية واحدة أو أكت من عمليات المعالجة. يشت مصطلح "المعالجة" إىل أي عملية مصممة لفصل النفط الخام عن المياه وعن أي مواد ملوثة دخيلة محملة معه من الخزان. تتطلب عمليات معالجة المستحلب بعض أوكل من العنارص التالية: ر سيب أو االستقرار ك. -إضافة حرارية -اندماج كهروستاتي ي إضافة كيماويات زمن للت إضافة الكيماويات الغرض من معالجة الكيماويات هو التحريض عىل االندماج ح ر ن ينفصل النفط والماء بشعة. يتم امتصاص العوامل النشطة عىل السطح )Surface-active( ي ف واجهة النفط والماء وتمزق الغشاء الصلب )الجلد( المحيط بقطرات الماء و / أو استبدال عامل "مثبت" االستحالب وإجبار عامل االستحالب عىل العودة إىل مرحلة النفط. ال توجد مادة كيميائية عالمية ستعمل عىل تكست جميع المستحلبات بنفس القدر. عادة ما يتم تحديد المادة الكيميائية الصحيحة الستخدامها من قبل ممثل مبيعات المواد الكيميائية باستخدام اختبار زجاجة )نوقش ي ف وقت سابق من هذا الفصل( كمية الكيماويات ال يمكن التنبؤ بكمية المادة الكيميائية المطلوبة بدقة من اختبارات الزجاجة. والطريقة الوحيدة الموثوقة لتحديدكمية المادة الكيميائية المستخدمة ي ه إجراء اختبارات ميدانية. عند التغت إىل مادة كيميائية جديدة أو بدء نظام جديد للعالج برميل أي حوا ي ىل 11 جزء ي أوال استخدام فائض )1.95 غالون لكل 811 ف المليون( من المادة الكيميائية ومن ثم تقلل يجب تدريجيا الكمية إىل الحد األدب من الكمية ال ي ر ن ستنتج النتائج المرجوة. عند تحديدكمية المادة الكيميائية المراد إضافتها يجب عىل المرء التأكد من عدم إجراء أي تغيتات أخرى ي ف المرفق. يجب أن تظل درجة الحرارة ثابتة أثناء االختبار خالف ذلك فإنه من المستحيل تحديد أي تغيت من التغيتات ال ي ر ن تمت )الكيميائية أو درجة الحرارة( قد تسبب ي ف تأثت معي. يمكن أن ر تت اوح كمية المادة الكيميائية المضافة من 8 جالون لكل 411 برميل إىل 1.5 جالون لكل 8111 برميل )11 إىل 81 ر الت كتات ال ي ر ن تزيد عن ف المليون( عن 8 جال ون لكل 911 برميل )891 جزء ي جزء ي ف المليون(. يجب التحقق والتأكد ي ف حالة األخطاء المحتملة مثل استخدام نوع غت صحيح أو طريقة اإلضافة خطأ. تتسبب الزيادة الكبتة ي ف حقن المادة الكيميائية ي ف تكوين مستحلب شديد ال ينكش. يجب إضافة المواد الكيميائية باستمرار قدر المستطاع خالل ر فتة اإلنتاج بأكملها وبمعدل مرتبط بمعدل اإلنتاج. عىل الرغم من أن بعض المواد الكيميائية المتبقية من الممكن أن ر تتاكم ي ف أوعية المعالجة أو صهاري ج الغسيل إال أن المواد الكيميائية ال يمكن أن يتم ضخهاكدفعات )batch( والتوقع منها األداء المناسب. ال يمكن للمواد الكيميائية الترصف بشكل سليم ما لم يتم مزجها بالكامل مع المستحلب. كلما ر اقتبنا من المنبع وأضيفت المواد الكيميائية عىل األقل 911 قدم من المعالج أو صهري ج الغسيل كلماكان الخلط أفضل وبالتا ي ىل كان العالج أفضل. الموقع المثا ي ىل للحقن هو ي ف المشعب )manifold( قبل دخول السائل إىل جهاز الفصل. ي ف بعض الحاالت قد ينكش المستحلب الذي يصعب معالجته بسهولة إذا تم وضع مضخة كيميائية للضخ ي ف أحد اآلبار. ربما يكون بت واحد ي ف حقل هو السبب ي ف معظم المشاكل. يمكن أن يؤدي ضبط المضخة ي ف هذا البت إىل زيادة الكفاءة وتقليل كمية المواد الكيميائية الالزمة لكش المستحلب. 188

189 ر ر اعتبارات اختبار الزجاجة أفضل كارس لالستحالب هو المركب الذي يؤدي إىل الفصل الشي ع واألكت رسعة للمرحلتي "الطورين" بتكت أدب. الخصائص المهمة التالية ي ف اختبار الزجاجة تتغت أولوياتها حسب احتياجات اإلنتاج وطريقة المعالجة. 8 -معدل ترسيب المياه ي ف األنظمة ذات نسب المياه المرتفعة تكون المادة الكيميائية ال ي ر ن تخلق معدل ترسيب رسي ع للمياه رص ورية. عندما يتم الحرة قد تصبح رسعة تشب المياه أهم عامل. ي م سقط للمياه ف بعض األحيان تكون المواد الكيميائية ذات استخدام خصائص ر التسيب الشي ع من المياه ال تقوم بالمعالجة الكافية فيتطلب األمر إضافة موادكيميائية أخرى من أجل الفصل النها ي ب. ي ف أنظمة تخزين المياه المنخفضة )الحقول ذات المرافق ال ي ر ن تحتوي عىل أوقات إقامة أطول من العادية( قد يكون معدل ترسيب المياه ذا أهمية طفيفة ي ف اختيار أفضل مستحلب. ي ف جميع الحاالت ينب ي ع مالحظة معدل ترسيب المياه وتسجيله. 9 -السلدج )الحمأة الناتجة( )Sludge( عندما يجتمع النفط والماء والرواسب معا بدون انفصال فإن النتيجة تسم الحمأة. يتم تثبيت الحمأة عن طريق المواد الصلبة الصغتة وغتها من المواد الملوثة )مثل ترسيبات التافينات والمواد األسفلتية( لتشكيل طبقة أو وسادة تسبب مستحلب ثانوي يقع بي النفط والماء. اعتمادا عىل النظام واستقرار الحمأة قد تسبب أو ال تسبب حمأة الواجهة مشكلة. يمكن الكشف عن حمأة الوصلة البينية العائمة ي ف المختت عن طريق تحريك قنينة االختبار حول محورها وإذا كانت المادة سائبة فسوف تنكش. 3 -الواجهة )Interface( الجزء الفاصل بي الماء والنفط الواجهة المطلوبة ي ه ال ي ر ن لديها زيت المع عىل اتصال مع الماء )واجهة المرآة(. يجب أن تكون الواجهة عند استخدام مادة كيميائية جديدة جيدة إن لم تكن أفضل من تلك ال ي ر ن تشكلها المادة الكيميائية ال ي ر ن يتم استبدالها. 4 -عكارة المياه Turbidity( )Water من الصعب جدا تفست العكارة )الوضوح( للماء ي ف اختبار الزجاجة وربطها بسلوك المعالجة. الماء الواضح هو بالتأكيد النتيجة المرجوة. 5 -لون النفط المستحلبات لديها مظهر ي ضباب بالمقارنة مع اللون الزا ي ه للزيت المعالج. عندما يفصل كارس االستحالب النفط الخام فإن اللون يميل إىل السطوع. يمكن أن يكون اللون الفاتح للنفط مشجعا ولكنه يمكن أن يكون مخادعا إذا تم اعتباره المؤهل الوحيد لالختيار الكيميا ي ب. ي ف حي أن اللون الزا ي ه ال يضمن وجود مادة كيميائية ناجحة فإن عدم وجودها يؤكد أن المركب يحتاج مزيدا من النظر. 1 -نتائج جهاز الطرد المركزي نتائج أجهزة الطرد المركزي مهمة ي ف التقييم النها ي ب. من الجيد دائم ا أن نجعل جهاز الطرد المركزي يفصل بدقة لتحديد الكمية النهائية من BS & W الباقية ي ف النفط اختيار الكيماويات إن الفهم الدقيق لمعدات المعالجة ومساهمتها ي ف العالج رص وري قبل إجراء االختيار الكيميا ي ب. إذاكان التقليب واالمتاج ي ضعيفا ف خطوط االنتاج فمن الرص وري استخدام مادة كيميائية رسيعة المفعول. إذا تم استخدام مسقط المياه الحرة 189

190 ر ي سيكون معدل ترسيب المياه مهم ا جدا. إذا كانت الحرارة غت متوفرة يجب أن تعمل المادة الكيميائية ي ف درجات الحر ارة المحيطة. بوجه عام فإن األنواع مختلفة من األوعية تتطلب إجراءات كيميائية مختلفة. 8- صهري ج الغسيل )صهري ج ر التسيب(. الشعة ليست مهمة جدا ألن صهري ج الغسيل وصهري ج التخزين عادة ما يكون لهما حجم كبت وزمن مكوث كبت.. طبقة الواجهة قد تستمر المادة الكيميائية ي ف العمل عىل المعالجة وكش المستحلب عىل مدى ر فتة طويلة نسبيا غالبا ما تتطور ولكن عادة ما تستقر عند سمك مقبول. ي ف بعض األحيان تساعد طبقة الواجهة ي ف صهري ج الغسيل ي ف عملية المعالجة ألنها تعمل كمرشح للمواد الصلبة والمستحلبات غت المحلولة. يساعد النفط الطازج الذي يحتوي عىل مادة كارس االستحالب الذي ينتقل لألعىل مارا من خالل طبقة الواجهة ي ف عالج الواجهة. 9- سخان المعالجة الرأ ي س رسعة العالج الكيميا ي ب مهمة ألن نسبة الحجم إىل الناتج تكون عادة أقل من صهري ج الغسيل أو خزان االستقرار. مع زيادة اإلنتاجية يكون من األصعب تثبيت طبقة الواجهة لذلك يكون الحد األقىص من المعالجة ي ف ر فتة زمنية قصتة هو المطلوب. 3- سخان المعالجة األفق رسعة العالج الكيميا ي ب مهمة أيضا ألن نسبة الحجم إىل الناتج تكون عادة قليلة مثل سخان المعالجة الرأ ي س. تتطلب منطقة الواجهة الكبتة والعمق الضحل أن تكون الواجهة نظيفة إىل حد ما. وحيث أن هذا المعالج ال يمكنه تحمل سوى تراكم بسيط للغاية ي ف الواجهة فيجب أن يكون العالج الكيميا ي ب كامال. وبما أن المواد الصلبة تميل إىل التجميع عند السطح البي ي ن فإن المادة الكيميائية يجب أيض ا أن تقوم بشكل فعال بإزالة أي خام من المواد الصلبة ح ر ن يتسن للمواد الصلبة االستقرار عن طريق الجاذبية زمن الت ر سيب )Settling Time( بعد إضافة المواد الكيميائية للمعالجة يتطلب األمر ر فتة استقرار للسماح لقطرات الماء العالقة بالخام بالسقوط للقاع أو ل ي ك تلتحم مع قطرات أخرى فتداد حجمها وبالتا ي ىل تسقط أرسع للقاع. يوضح الشكل 37-4 تأثت الوقت عىل االندماج وعىل انخفاض نسبة المياه ي ف الخام. يتم تصميم معدات معالجة المستحلبات بحيث توفر الوقت الكا ي ف لسقوط قطرات المياه المستهدف فصلها سواء كانت مياه حرة )كما ي ف الفواصل ثالثية الطور أو م سقطات المياه أو صهاري ج الغسيل( أوكانت مياه مستحلبة ي ف الخام كما يتم ذلك ي ف وحدات الفصل بالتسخي أو بالتسخي مع الكهرباء. يتأثر الوقت الالزم الستقرار الماء بالكثافة النوعية للنفط والماء ولزوجة النفط وحجم قطرات الماء ومدى استقرار المستحلب ائتالف )التحام( القطرات اج نادرا ما يحدث ر إن عملية االلتحام ي ف أنظمة معالجة النفط تعتمد عىل الوقت. ي ف حالة تشتت سائلي غت قابلي لالمت التالحم المبا ر رس عندما تصطدم قطرتان. إذا تعرض زوج من القطرات إىل تقلبات ي ف الضغط وكانت الطاقة الحركية للتذبذبات عليهما أكت من طاقة االلتصاق بينهما فسوف ينكش االتصال قبل اكتمال االلتحام. تبي التجارب ما ي ي ىل: مضاعفة زمن المكوث يزيد الحد األقىص لنمو حجم القطرات ي ف جزء ر التسيب بالجاذبية بنسبة أقل من %82. لهذا السبب بعد ر فتة ائتالف أو تالحم قصتة مبدئية فإن إضافة وقت إضا ي ف لمكوث المستحلب ليس فعاال للغاية لتسهيل ف صهاري ج الغسيل الكبتة أو خزانات النفط إىل وقت معالجة النفط. ي ف كثت من األحيان ينسب المهندسون أداء محسنا ي االستبقاء بينما يكون السبب الفع ي ىل هو إبطاء رسعة النفط حيث يسمح ذلك بفصل قطرات الماء الصغتة وفق ا لقانون ستوكس. 190

191 كلما كانت المرحلة المتناثرة )الماء ي ف النفط أو النفط ي ف الماء( أقل كلما زاد وقت اإلقامة المطلوب لزيادة ونمو حجم القطرات. وهذا يع ي ن أن االلتحام يحدث بشعة أكت ي ف عمليات التشتيت المركزة )نسبة مياه عالية ي ف النفط مثال (. هذا هو السبب ي ف أن النفط "يتم غسله بالماء" عن طريق إدخاله وعاء المعالجة أسفل واجهة النفط والماء ي ف معظم أوعية المعالجة. وبالتا ي ىل يحدث التالمس والتالصق بشكل أكت فعالية ي ف منطقة الوصل بي النفط والماء )راجع الشكل 31-4(. الشكل 37-4 تأثت الوقت عىل التحام. األعىل: مستحلب بدون موادكيميائية. أسفل: مستحلب مع كارس استحالب مضاف. الشكل 31-4 التحام )ائتالف( القطرات.)coalescence( 191

192 اللزوجة إن لزوجة الطور المستمر للنفط مهمة للغاية ي ف تحديد حجم أوعية المعالجة. يتضمن قانون ستوكس عامل لزوجة النفط لحساب رسعة االستقرار لقطرة الماء من خالل الطور النف ي ط المستمر. ومع زيادة لزوجة النفط تقل رسعة ر التسيب لقطرة معينة. وهذا يتطلب زيادة حجم وعاء المعالجة. كما تؤثر لزوجة النفط عىل التحام قطرات الماء. ومع زيادة لزوجة النفط فإن هناك مقاومة أكت للحركة العشوائية لقطرات الماء. لذلك ال تتحرك القطتات بشعة وال تتحرك بعي دا عن مكانها. فهذا يقلل من طاقة ومن تواتر اصطدام القطتات. وهكذا من الصعب أن تنمو قطرات الماء ي ف الوعاء. ومع ازدياد لزوجة النفط الغسيل بالماء ي أيضا قص )shear( قطرات النفط ال ي ر ن تتجمع ي ف األنابيب المؤدية لألوعية و ي ف قسم ف يصبح من الصعب األوعية. التأثت الصا ي ف هو أن زيادة اللزوجة النفطية يزيد من حجم الحد األدب للقطرة المائية ال ي ر ن يجب إزالتها. أفضل حالة ي ه أن تتوافر بيانات لزوجة النفط مقابل بيانات درجة الحرارة لتتم معالجته. بالتناوب يمكن عادة استخدام البيانات من اآلبار األخرى ي ف نفس الحقل بدون أخطاء كبتة. قد يتم رسم هذه اللزوجة مقابل بيانات درجة الحرارة عىل ورق رسم ASTM الخاص. عادة ما تكون هذه العالقات خطوط مستقيمة ومن ثم يمكن توقع اللزوجة عند أي درجة حرارة. )ما لم يكن النفط يحتوي عىل نقطة سحابة عالية point( )cloud نتيجة لوجود برافي به(. يعتت االختبار المعم ي ىل لخام معي ي ف درجات حرارة مختلفة هو الطريقة األكت موثوقية لتحديدكيفية سلوك النفط. توضح ASTM D 341 إجراء يتم فيه قياس اللزوجة عند درجتي مختلفتي ثم يمكن الحصول عىل اللزوجة عند أي درجة حرارة أخرى من خالل الحسابات أو عىل ورق رسم بيا ي ب خاص. كقاعدة عامة مع وجود خام من 30 0 API وأعىل تكون اللزوجة منخفضة للغاية لدرجة أنه من الصعب العثور عىل معلومات دقيقة بخصوص قيم لزوجة محددة. بي 30 0 API و 11 0 API تصبح اللزوجة أكت أهمية ح ر ن ي ف بعض الحاالت يكون من المستحيل معالجة خامات الجاذبية المنخفضة جدا دون مخفف لتقليل اللزوجة. استخدام مادة مخففة أمر معتاد عىل النفط الخام تحت API مع أي نفط خام فإن تغت اللزوجة مع درجات الحرارة يمكن أن يكون دليال ممتازا عىل الحد األدب للحرارة المناسبة لمعالجة الخام. من المفيد استخدام مخطط ASTM للزوجة مقابل درجة الحرارة للكشف عن تشكيل التافي أو نقطة السحاب للخام كما بالشكل هناك أمثلة لخام 30 0 API وأعىل من ذلك ولكن له درجة انسكاب عالية )من 11 إىل 21 فهرنهيت( )97 إىل 39 سيلت ية(. إذا لم تتوفر أي بيانات يمكن تقدير لزوجة النفط بطرق متنوعة من درجة الحرارة وكثافته النوعية. غت أن هذه الطرق ليست دقيقة للغاية ألن اللزوجة ي ه دالة عىل تركيبة النفط وليس عىل كثافته. ي ف الواقع قد يكون لخامي نفس الكثافة ي ف. نفس درجة الحرارة ولكن تختلف لزوجة كل منهما عن األخر اختالفا كبتا ي ف حالة عدم وجود أي بيانات معملية يمكن استخدام الشكل 41-4 لتقدير لزوجة النفط. وقد تمت مناقشة االرتباطات اإلضافية ال ي ر ن يمكن استخدامها لتقدير لزوجة الخام ي ف الفصل األول. 192

193 الشكل لزوجة النفط مقابل الكثافة ودرجة الحرارة. الشكل 41-4 منحنيات درجة الحرارة واللزوجة النموذجية للزيوت الخام. )النفط الخفيف ( )API 41 والنفط المتوسط ( )31 1 والنفط الثقيل )أقل من )API

194 ر ر ي تأثت الحرارة ي ف معالجة النفط الخام إن إضافة الحرارة إىل تيار النفط والماء الوارد هو الطريقة التقليدية لفصل المراحل )النفط والماء وما تبق من الغاز(. إضافة الحرارة يقلل من لزوجة الطور النف ي ط مما يسمح بشعات ترسيب أكت )للمياه العالقة( وفقا لقانون ستوكس لالستقرار. بالنسبة لبعض عوامل )مثبتات( االستحالب مثل التافينات واألسفلت فإن إضافة الحرارة يلغيها أو ي ذيبها وبالتا ي ىل يزيد من قابليتها للذوبان ي ف الطور النف ي ط. ر تت اوح درجات حرا رة المعالجة عادة بي 811 و 811 درجة فهرنهايت )31-71 درجة سيلتية(. ي ف معالجة الخامات الثقيلة قد تصل درجة الحرارة إىل فهرنهايت ( 1 C(. 851 أثناء معالجة الخام يمكن أن تؤدي إضافة الحرارة إىل فقد جزء كبت من الهيدروكربونات األقل ي ف درجات الغليان )الخفيفة -.)light ends وهذا يؤدي إىل "انكماش" النفط shrinkage( ( أو فقدان جزء من الحجم. يمكن استخدام الجزيئات ال ر ني تغادر الطور النف ي ط )تتبخر( كوقود أو يتم ضغطها وتباع كغاز. وح ر ن إذا تم بيعها كغاز فمن المحتمل أن يكون هناك خسارة صافية ي ف الدخل تتحقق عن طريق تحويل حجم السائل إىل حجم غاز. )السائل أغىل من الغاز دائما (. يوضح الشكل 48-4 كمية االنكماش ال ي ر ن يمكن توقعها من نفط خام درجته API كذلك إن زيادة درجة الحرارة ال ي ر ن تحدث فيها المعالجة يكون له عيب ي ف جعل النفط الخام الذي يتم ر استداده ي ف خزان التخزين أثقل وبالتا ي ىل يقلل من قيمته. وألن المركبات الخفيفة ends( ) light ستتحول للحالة الغازية فإن السائل المتبق يحتوي عىل درجة API أقل عماكانت عليه قبل التسخي. يوضح الشكل 49-4 قيمة الخسارة ي ف درجة API لزيت خام ي نموذخ. الشكل 41-4 والشكل قد تؤدي زيادة درجة الحرارة إىل خفض كثافة النفط النوعية gravity( )specific عند ضغط تشغيل السخان المعالج لكل من النفط المراد معالجته والماء الذي يجب فصله عنه. ومع ذلك اعتمادا عىل خصائص الخام فإنه إما سيحدث زيادة أو 194

195 تقليل الفرق ي ف الكثافة النوعية بي النفط والماء.)ΔSG( ي ف معظم الحاالت إذا كانت درجة حرارة المعالجة أقل من 911 درجة فهرنهيت )23 درجة C( فإن الفرق بي الكثافة النوعية للزيت والماء )ΔSG( ثابت وبالتا ي ىل يمكن إهماله. يتطلب األمر وقودا لتوفت الحرارة ويجب مراعاة تكلفة الوقود. وهكذا قد تكون هناك حاجة للحرارة لمعالجة وأختا النفط الخام بشكل كاف ولكن كلما قلت درجة الحرارة المستخدمة كان ذلك أفضل. قد يخلق الغاز الذي يتم تحريره عند تسخي النفط الخام مشكلة ي ف معدات المعالجة إذا لم يتم تصميم المعدات بشكل صحيح. ي ف أجهزة التسخي الرأسية وصهاري ج الغسيل يرتفع الغاز خالل قسم االلتحام )االندماج(. ي المعتاد ي ف حقول ر إذا تم تحرير الكثت من الغاز فإنه يمكن أن يخلق اضطرابا كافيا لمنع االندماج. السخان المعالج األفق النفط ال تحدث به هذا الظاهرة حيث يصل الغاز إىل التوازن ي ف قسم التسخي قبل أن ينتقل المستحلب إىل قسم االلتحام. إذا تم تسخي المستحلب بشكل صحيح وحكيم يمكن أن نفصل الماء بنتائج طيبة. ومع ذلك إذا كان من الممكن تحقيق نتائج مرضية أو مقبولة إلزالة الماء عند درجة حرارة أقل فال يوجد بذلك سبب للمعاناة بتسخي الخام أكت وعاء االندماج الكهروستاتي ي ك Coalescers( )Electrostatic يمكن تحقيق اندماج لقطرات الماء الصغتة المتناثرة ي ف الخام عن طريق إخضاع مستحلب الماء ي ف النفط إىل حقل كهربا ي ب عا ي ىل الجهد. عند تعرض سائل غت موصل )زيت -نفط ) يحتوي عىل سائل موصل مبعت )ماء( إىل حقل ر إلكتوستاتي ي ك فإن الجزيئات أو القطتات ستندمج نتيجة لواحدة من الثالث ظواهر الفتيائية التالية: تصبح القطتات مستقطبة )بها ناحية موجبة وناحية سالبة( وتميل إىل التوازي مع خطوط القوة الكهربائية. ي ف هذه الحالة سيتم اجتماع األقطاب اإليجابية من قطرة مع السلبية من قطرة أخرى مجاورة لها ويحدث تجاذب واندماج ينتج عنه قطرة أكت وهكذا تستمر العملية. ي ف مجال التيار المت ر دد ( ) A-C field بسبب القصور الذاب ي تهت ر القطرات الصغتة عىل مسافة أكت من القطرات ر األكت فيحدث اصطدام يليه اندماج للقطرات. بينما ي ف الحقل D-C تميل القطتات إىل االنجذاب إىل األقطاب الكهربائية فتتجمع وتكون قطرات أكت وأكت ح ر ن تسقط ي ف النهاية عن طريق الجاذبية. يميل المجال الكهربا ي ب إىل تشويه )إضعاف( وتمزيق غشاء مثبت االستحالب المحيط بقطرات الماء. وذلك نتيجة لمتدد لتعرض قطرة الماء داخل الغشاء لتكرار من االستطالة ثم العودة مرة أخرى للوضع الكروي بتأثت التيار ا ر )شكل 43-4( بينما ال يتأثر مثبت االستحالب بهذا التيار فتسبب القطرة له شد وترا ي خ متتا ي ىل ينتج عنه اضعافه وتمزقه. يتم الحصول عىل نفس التأثت ي ف النصف التا ي ىل من الدورة بالتناوب. وبالتا ي ىل يتم كش الفيلم الضعيف بسهولة أكت عند اصطدام القطتات مما يجعل االندماج أكت احتماال مهماكانت اآللية الفعلية فإن المجال الكهربا ي ب يسبب تحرك القطتات بشعة ي ف اتجاهات عشوائية مما يزيد بشكل كبت من فرص االصطدام بقطرة أخرى. عندما تصطدم القطتات بالشعة المناسبة يحدث االندماج. وكلماكان الجهد الكهربي ي ر ن تسبب التالصق. ومع ذلك تظهر البيانات التجريبية أنه ي ف بعض التدرجات ف الحقل الكهربي أكت كلما زادت القوى ال ي يمكن سحب قطرة الماء عىل حدة ويمكن تطوير مستحلب قوي. لهذا السبب يتم تجهت المعالجات الكهروستاتيكية عادة بآلية لتعديل التدرج ي ف الحقل الكهربا ي ب )راجع األشكال (. 195

196 الشكل سلوك قطرة الماء ي ف مجال.DC حجم قطرة الماء وزمن المكوث الشكل المجال DC / AC الكهربا ي ب المزدوج قطر القطرة هو أهم معيار للتحكم ي ف رسعة ترسيب المياه ي ف قانون ستوكس ألن رسعة السقوط تتناسب مع مربع قطر القطرة. لذلك فإن زيادة صغتة ي ف القطر ستخلق زيادة أكت بكثت ي ف رسعة ر التسيب. وبالتا ي ىل من الرص وري ي ف تصميم حجم معدات المعالجة يجب التنبؤ بقطر القطرة ال ي ر ن يجب فصلها عن النفط لتلبية مواصفات BS & W المرغوبة. سيكون من النادر للغاية أن يكون لديك بيانات مختتية الندماج القطرات لنظام معي. من الناحية النوعية نتوقع زيادة حجم القطتات مع زيادة زمن المكوث ي ف قسم االندماج ومع إدخال الحرارة ال ي ر ن تحفز النظام مما يؤدي إىل المزيد من االصطدامات للقطرات الصغتة. من المتوقع أن ينخفض حجم القطرات مع لزوجة النفط ال ي ر ن تعوق حركة الجسيمات وتقلل من قوة التصادم. ي ف حي أنه قد يكون من الممكن التنبؤ بحجم القطتات عند مدخل وعاء المعالجة إال أن القص الذي يحدث عند فوهة المدخل ا باالندماج الذي يحدث عند واجهة النفط والماء ( or interface ومغت االتجاه diverter) (inlet ي ف أول الوعاء ر مقتن )water wash يجعل من الصعب تقديره أو تحديده. يمثل وعاء المعالجة عملية ديناميكية ال يمكن محاكاتها بشكل كاف من خالل االختبارات المعملية الثابتة. وباستثناء توفت بعض الحد األدب من الوقت الالزم لحدوث اندماج أو ي ىل فإن زيادة وقت االستبقاء ي ف نظام معالجة النفط الخام قد ال يكون فعاال من حيث التكلفة. وبالتا ي ىل ال يتوقع المرء ي ف معظم األنظمة أن يكون لزمن المكوث تأثتكبت عىل 196

197 زيادة قطر قطرات الماء. تأثت درجة الحرارة عىل توزي ع حجم قطرات الماء صغت. ومع ذلك فإن درجة الحرارة لها تأثتكبت عىل لزوجة النفط. يمكن ر اقتاح عالقة تجريبية تتعلق بتوزي ع حجم القطتات عىل وبما أن لدرجات الحرارة ر وفتة االحتفاظ آثارا صغتة نسبيا لزوجة النفط وحدها. ر تفتض هذه العالقة أن وقت االحتفاظ الكا ي ف قد تم توفته بحيث يمكن أن يحدث التحام أو ي ىل. عادة تختلف ر فتات االحتفاظ من 81 إىل 31 دقيقة لكن القيم خارج هذا النطاق شائعة أيض ا. إذاكان توزي ع حجم قطرات الماء ي ف النفط المراد معالجته معروف ا فسيكون من الممكن التنبؤ بحجم القطتات ال ي ر ن يجب إزالتها لضمان بقاء كمية محددة من المياه ي ف النفط المعالج. ولذلك توجد عالقة بي محتوى BS & W التصمي ي م للزيت المعالج والقطرة ال ي ر ن يجب إزالتها لتوزي ع حجم القطتات المحدد. بما أن توزي ع حجم القطتات هو دالة للزوجة كما هو مذكور أعاله فإن حجم القطرة المطلوب إزالته يرتبط بكل من BS & W ولزوجة النفط. 5-4 كمية الحرارة المطلوبة تدد عىل القطرات. الشكل تأثت التيار الم ر تعتمدكمية الحرارة ال ي ر ن يجب اكسابها للمستحلب وبالتا ي ىل الوقود الالزم للمعالجة عىل االرتفاع ي ف درجة الحرارة )الفرق بي الحرارة قبل التسخي وبعد التسخي ( وعىل كمية المياه ي ف النفط وعىل معدل التدفق. ونظرا ألن تسخي المياه يتطلب حوا ي ىل ضعف الطاقة المستخدمة ي ف تسخي النفط لذلك من المفيد فصل أي مياه حرة من المستحلب المراد معالجته إما بم سقط المياه الحرة قبل سخان المعالجة أو بنظام خروج الماء الحر ي ف سخان المعالجة نفسه. تعريف: إضافة وحدة حرارية انجلتية )Btu( لرطل )lbm( من المياه ستفع درجة حرارتها بمقدار 8 درجة واحدة فهرنهيت )1 F(. هذا يع ي ن أن الحرارة النوعية للمياه )cp( ي ه.)Btu/lbm- F( 8 بينما الحرارة النوعية للنفط )cp( حوا ي ىل 1.5.)Btu/lbm- F( لذلك إضافة الحرارة للنفط ستفع درجة حرارته بضعف ما ستفع درجة حرارة الماء. 197

198 1-5-4 الحرارة الواجبة )المطلوبة( كال من ف المعادلة التالية: يتم تحديد الحرارة الواجبة )المطلوبة( بجمع متطلبات الحرارة ل لنفط والماء كما ي الحرارة الالزمة للمستحلب Qr = 15 W (ΔT) [co ρo (1-X) + cw ρw (X) ] Eq. 4-1 Btu/hr الحرارة المطلوبة )وحدة حرارة انجلتية لكل ساعة( حيث = Qr bbl/d معدل تدفق المستحلب )برميل/يوم( = W btu/(lb-f) ( = 0.52) الحرارة النوعية للنفط = Co btu/(lb-f) ( = 1.0) الحرارة النوعية للمياه = Cw = الجزء الع شي لنسبة المياه )0.0 إىل 1.0( X = الكثافة النوعية للنفط ( مياه = )1.0 ρo = الكثافة النوعية للمياه ( مياه = )1.0 ρw ) 0 )F الفرق بي درجة حرارة الخام ف الدخول والخروج فهرنهيت = ΔT فتاض قيم دارجة للتبسيط )خام بدرجة 35 0 API مع كثافة نوعية من وحرارة نوعية تبلغ 1.59 وحدة حرارية با ر بريطانية / رطل-ف. ومياه ذات كثافة نوعية 1.0 وحرارة نوعية 1.0 وحدة حرارية بريطانية / رطل-ف نحصل عىل معادلة مبسطة. Qr = W ΔT [ (X)] Eq. 4-2 يجب أن نتذكر أن الحرارة المطلوبة ي ه الحرارة ال ي ر ن يجب منحها للسائل وال تتضمن أي فقد للحرارة أو الحرارة اإلضافية المطلوبة لكفاءة ر االحتاق. الفقد الحراري يكون نتيجة للفقد الحراري للوعاء بتعرضه للطقس الجوي ويكون أيضا بالحرارة المهدرة لخروج العادم الساخن من المدخنة الحرارة المفقودة )المهدرة( عند تحديد إجما ي ىل المدخالت الحرارية الالزمة ألنظمة المعالجة يجب أخذ الحد األقىص من فقدان الحرارة من جسم أوعية المعالجة أو من معدات توليد الحرارة ي ف االعتبار. يمكن تقريب فقدان الحرارة لألوعية غت المعزولة من الصيغة التالية: Ql = KDL (T2-Ta) Eq. 4-3 حيث btu/hr. الحرارة المهدرة )وحدة حرارية بريطانية/ساعة( = Ql = K ثابت = 15.7 ي ف حالة رياح بشعة 91 ميل ي ف الساعة mile/hour( 20( = 13.2 ي ف حالة رياح بشعة 81 ميل ي ف الساعة = 9.8 ي ف حالة رياح بشعة 5 ميل ي ف الساعة = 9.3 ي ف حالة رياح ساكنة ft. قطر الوعاء, قدم = D 198

199 ft طول أو ارتفاع الوعاء, قدم = L ) 0 F( درجة حرارة المعالجة, فهرنهيت = T2 ) 0 )F الحد األدب لدرجة حرارة الجو المحيط = Ta بالنسبة لألوعية المعزولة يمكن تقدير فقد الحرارة ي ف حدود 81-5 مما سيكون عليه فقدان حرارة األوعية العارية. إجما ي ىل الحرارة المطلوبة يمكن تقديره من المعادلة 4-4 Qt = Ql + Qr Eq التدفق الحراري ألنبوب الحريق Flux( )Fire Tube Heat يطبق هذا المصطلح بشكل شائع عىل معدل انتقال الحرارة من خالل أنبوب الحريق )firetube( معتا عنه بالوحدات الحرارية التيطانية /ساعة/قدم مربع من السطح المعرض لالنتقال الحراري area(.)btu/hr/sq.ft. of exposed متوسط التدفق الحراري للمنطقة المكشوفة ألنبوب الحريق يجب أن يكون ي ف نطاق ر يت اوح من إىل لحوض الجليكول / الماء. قد يزيد تدفق الحرارة ي ف حالة حمام المياه العذبة. وبالنسبة لمستحلب الماء والنفط فإنه عادة ما يعتت وحدة حرارية بريطانية / ساعة / قدم مربع كحد أقىص. بمعن أن أنبوب حريق مساحته السطحية المالمسة للمستحلب 811 قدم مربع ال يمكن أن يمنح حرارة للسائل أكت من 811 * = مليون وحدة حرارية بريطانية/ساعة. مثال 8-4: أنبوب حريق يحتوي عىل 95.1 قدم مربع من السطح وتصنف قدرته ب وحدة حرارية / ساعة. متوسط تدفق الحرارة flux( )Average heat = وحدة حرارة انجلتية لكل ساعة لكل قدم مربع. = 250,000/25 = 10,000 = 10,000 Btu/hr.sq.ft الكثافة الحرارية ألنبوب الحريق Density( )Firetube Heat الحرارة ال ي ر ن تخرج من خالل المساحة المعرضة من أنبوب الحريق يتم ضبطها بواسطة خالط الموقد وفوهة الموقد. سخانات المعالجة المطابقة للمواصفات القياسية لهاكثافة حرارية قصوى تبلغ وحدة حرارية / ساعة / قدم مربع. لمواقد السحب الطبي ي ع burners(.)natural draft 1-4 تصميم )حساب حجم( سخان المعالجة اعتبارات عامة العوامل الرئيسية ال ر ن ي تتحكم ي ف حجم وحدات معالجة المستحلب ي ه الحرارة المطلوب إمدادها اعتبارات الفصل بالجاذبية معادالت ترسيب المياه معادالت زمن المكوث حجم قطرات الماء 199

200 اعتبارات الفصل بالجاذبية تعتمد معظم معدات معالجة النفط عىل الجاذبية لفصل قطرات الماء من الطور المستمر للنفط ألن قطرات الماء أثقل من النفط. ومع ذلك فإن سقوط القطرة بالجاذبية تقاومه قوة السحب ا ي ىل تسببها حركة هبوط القطتات عت النفط المتصاعد. عندما تتساوي القوتان يتم الوصول إىل رسعة ثابتة وال ي ر ن يمكن حسابها من قانون ستوكس )الفصل 9(. Vt = 1.78 x 10-6 (ΔSG) d 2 m / µ Eq. 4-5 حيث / ر لت (. ر = ΔSG الفرق ي ف الكثافة النوعية )كجم ft / s رسعة السقوط للقطرة )رسعة ر التسيب(, قدم/ث = Vt = dm قطر القطرة ميكرون.cp لزوجة الغاز = µ يمكن استخالص عدة استنتاجات من قانون ستوكس: كلما كت حجم قطرة الماء كلما كان مرب ع قطرها أكت وبالتا ي ىل كلما كانت رسعة سقوطها أكت. وهذا يع ي ن كلما كان حجم القطتات أكت كلما كان الوقت الذي تستغرقه القطرة ي ف االستقرار ي ف قاع الوعاء أقل وبالتا ي ىل أصبح من األسهل عالج النفط. كلماكان الفرق ي ف الكثافة بي قطرة الماء وطور الزيت أعظم كلما كانت رسعة السقوط أكت. بذلك النفط الخفيف أسهل عالجه من النفط الثقيل. إذاكانت درجة الخام 10 0 API والماء له نفس الدرجة API( 10( 0 ستكون رسعة االستقرار صفر حيث ال يوجد فرق ي ف الكثافة. كلماكانت درجة الحرارة أعىل كلما انخفضت لزوجة النفط وبالتا ي ىل رسعة السقوط أكت. أي أنه من األسهل عالج النفط ي ف درجات الحرارة العالية عنه عند درجات الحرارة المنخفضة ر )بافتاض وجود تأثت صغت عىل فرق الكثافة بسبب زيادة درجة الحرارة( معادالت الت ر سيب إن فرق الكثافة النوعية بي قطرات الماء المشتتة والنفط يجب أن يؤدي إىل "غرق" الماء ي ف قاع وعاء المعالجة. وبما أن واألفق الموصوفي سابقا فإن رسعة الهبوط الطور المستمر للنفط يتدفق عمودي ا صعودا ي ف كل من المعالجي الرأ ي س ي ر لقطرة الماء يجب أن تكون كافية للتغلب عىل رسعة النفط الذي يتنقل صعود ا خالل المعالج. من خالل تحديد رسعة النفط تساوي رسعة ترسيب الماء يمكن اشتقاق معادالت حساب الحجم العامة التالية: األوعية األفقية: حيث in الحد األدب للقطر الداخ ي ىل للوعاء بوصة = d = Qo معدل تدفق النفط برميل/يوم = لزوجة الخام. cp dleff = 438 FQo µo / (ΔSG) d 2 m Eq. 4-6 µo 200

201 ft الطول الفعال للوعاء حيث يحدث االنفصال = Leff Kg / Lt )sp.gr( الفرق ي ف الكثافة النوعية = ΔSG = dm قطر قطرة السائل المراد فصلها ميكرون.)short-circuiting( معامل قرص الدائرة = F إذاكان المعالج يمتلك موزع للمستحلب بأسفل حجرة االندماج )حجرة النفط( ومجمع للخام باألعىل فسيكون عامل قرص الدائرة يساوي 1.0 وإذاكان المعالج يفتقر إىل الموزع أو المجمع أوكليهما فيجب أن تكون "F" قيمتها أكت من 1.0 األوعية العمودية: d = 81.8 [FQo µo / (ΔSG) d 2 m ] 0.5 Eq. 4-7 الحظ أن ارتفاع قسم االندماج ي ف المعالج العمودي ال يدخل ي ف معادلة حساب ر التسيب. مساحة منطقة المعالج المتاحة لحركة النفط ورسعته لألعىل تعتمد عىل قطر الوعاء فقط )مهماكان طول الوعاء فإن النفط الصاعد سيتحرك بنفس الشعة(. هذا العامل يحد من قدرة المعالجات العمودية. )لو رسعة صعود النفط أدت إىل سحب قطرة الماء ألعىل فستستمر ي ف سحبها مهماكان طول الوعاء( بينما ي ف األوعية األفقية تكون مساحة منطقة المعالج المتاحة لحركة النفط ورسعته لألعىل ( area cross-sectional the diameter times ( تعتمد عىل القطر مرص ي وبا ف طول مقطع التقاطع )for flow for the upward velocity.)length of the coalescing section )السقوط نتيجة لمحصلة قوة السحب وقوة الجاذبية فلو قوة الجاذبية ضعيفة فستحتاج مسافة أفقية أطول ل ي ك تسقط( صهاري ج الغسيل )Gunbarrels( تتشابه معادالت صهاري ج الغسيل مع معادالت األوعية الرأسية ألن نمط التدفق والنمط الهند ي س متشابهان. ومع ذلك فإن صهاري ج الغسيل بها قدراكبتا من قرص الدائرة بسبب توزي ع التدفق غت المتكاف نتيجة لكت قطر الخزان. تشتمل معادلة حساب الحجم لصهاري ج الغسيل عىل عامل قرص الدائرة "F.". هذا العامل يفش توزي ع السائل غت الكامل عت المقطع العر ي ض للوعاء أو الخزان المعالج وهو دالة لظروف التدفق ي ف الوعاء. كلماكان وقت االحتفاظ أكت كلماكان معامل قرص الدائرة أكت معادالت زمن المكوث لفتة محددة من الزمن ح ر ن يمكن إزالة االستحالب من مستحلب الماء يجب االحتفاظ بالنفط عند درجة حرارة المعالجة ر ي ف النفط. من األفضل تحديد هذه المعلومات ي ف المختت ولكن ي ف غياب مثل هذه البيانات فإن 91 إىل 31 دقيقة ي ه نقطة بداية جيدة. إن زمن المكوث ي ف قسم االندماج )االلتحام( ي ف المعالج يساوي حجم القسم مقسوما عىل معدل تدفق المستحلب. وحجم x 9 الطول أو االرتفاع(. القسم يعتمد عىل مربع قطر الوعاء وعىل طول مسار التدفق )ط نق اعتمادا عىل الخصائص المحددة للتيار المراد معالجته قد يكون التصميم الهند ي س المطلوب لتوفت زمن مكوث معي أكت أو أصغر من التصميم الهند ي س المطلوب لتلبية معادلة ر التسيب. لذلك يتم تحديد التصميم الهند ي س للوعاء بواسطة أكت المعيارين. معادالت زمن المكوث ي ه كما ي ي ىل: 201

202 األوعية األفقية: d 2 Leff = (tr)o Qo / 1.05 Eq. 4-8 األوعية العمودية: d 2 h = (tr)o Qo / 0.12 Eq. 4-9 مطلوب جزء من االرتفاع الك ي ىل للوعاء لتوفت زمن مكوث للمياه. إزالة النفط من الماء ليست مصدر قلق رئي ي ىس. يمكن اشتقاق المعادالت من أجل زمن مكوث للمياه عىل غرار معادالت زمن مكوث للنفط. وبافت ر اض أن عامل قرص الدائرة ليس حرج ا يمكن اشتقاق االرتفاع الالزم لالحتفاظ بالمياه. صهاري ج الغسيل: d 2 h = F (tr)o Qo / 0.12 Eq = tr زمن المكوث دقيقة BOPD تدفق النفط- برميل/يوم = Qo = h ارتفاع قسم االندماج- قدم = F معامل قرص الدائرة حجم قطرة المياه حيث من أجل تصميم وعاء معالجة يجب تحديد حجم قطرة الماء الستخدامها ي ف معادلة ر التسيب لتحقيق قيمة معينة من نسبة المياه ي ف النفط الخارج بعد المعالجة. سيكون من النادر للغاية أن تكون هناك بيانات مختتية لتوزي ع حجم القطتات لمستحلب معي أثناء دخوله ي ف قسم االلتحام )االندماج( ي ف المعالج. لقد رأينا أنه بعد ر فتة أولية فإن زيادة زمن المكوث له تأثت ضئيل عىل معدل نمو القطرات. وبالتا ي ىل بالنسبة للمعالجات ذات الحجم العم ي ىل ذات ر فتات االحتفاظ بالسائل من 81 إىل 31 دقيقة ال يتوقع أن يكون وقت االحتفاظ متغتا يجب بناء الحكم عليه. بشكل حد ي س يتوقع المرء أن تكون اللزوجة لها تأثت أكت بكثت عىل االلتحام من درجة الحرارة. إذا ر افتضنا أن الحد األدب المطلوب لحجم القطتات الذي يجب ترسيبه )سقوطه( يتغت ويتناسب بلزوجة النفط فقط فمن الممكن تطوير معادالت تربط بي حجم القطتات ولزوجة النفط. لذلك فإنه لحساب أحجام القطتات عن طريق لزوجة النفط تستخدم المعادالت التالية: dmi = 200 µo 0.25 Eq. 4-11, µo < 80cp, µo مياه ي ر ن يجب إزالتها للحصول عىل نسبة %8 ف الخام )ميكرون( =dmi قطر قطرة المياه ال ي = لزوجة النفط cp. dmi = 200 µo 0.4 Eq <µo < 80cp 202

203 للحساب لخام لزوجته تحت قيمة 3 سن ي ر ن بواز تستخدم المعادلة إجراءات حساب الحجم )التصميم( عند تحديد حجم المعال ج من الرص وري تحديد القطر )d( وطول أو ارتفاع قسم التالحم )h )Leff or ودرجة حرارة معالجة وتصنيف أنبوبة الحريق rating( (. وكما رأينا فإن هذه المتغتات ر متابطة وال يمكن التوصل إىل حل فريد لكل منها. يجب أن يقوم مهندس التصميم بمقارنة تكلفة زيادة حجم التصميم مقابل التوفت عن طريق تقليل درجة حرارة المعالجة. تقدم المعادالت ال ي ر ن سبق تقديمها أدوات للوصول إىل هذه المقارنة. ومع ذلك بسبب الطبيعة التجريبية لبعض ر افتاضات بيانات التصميم يجب استخدام الحكم الهند ي س والختة الميدانية ي ف اختيار حجم المعالج الالزم ي )التصميم( ر اجراءات حساب حجم المعالج لسخان أفق تهدف اإلجراءات التالية ي ف الغالب إىل تحديد الحد األدب لحجم قسم االندماج -التالحم / ر التسيب من المعالج ومعدل الموقد. وستكون هذه المعلومات مفيدة للغاية ي ف إعداد مواصفات المعدات للموردين ولتقييم عروض األسعار الواردة من البائعي. سيوفر الباعة والموردون التصميم التفصي ي ىل وأبعاد المعالج. الخطوة األوىل ي ه اتخاذ قرار بشأن درجة حرارة المعالجة. أفضل طريقة للتحديد ي ه االختبارات المعملية. يجب أن توفر درجة حرارة المعالجة المثىل الحد األدب من فقدان الحجم والجودة للنفط إىل جانب حجم عم ي ىل لعملية المعالجة. ي ف حالة عدم توفر بيانات المختت يمكن تحديد درجة حرارة المعالجة بناء عىل التجربة. ي ف مثل هذه الحاالت يمكن تنفيذ التصميم )الخطوات التالية( لمختلف درجات الحرارة ر المفتضة ويتم اتخاذ القرار النها ي ب بناء عىل تحليل نتائج التصميم. حدد قطر قطرة الماء ال ي ر ن يجب إزالتها من المعادلتي 88-4 أو استخدم المعادلة. 1-4 للحصول عىل العالقة بي D وL ال ي ر ن ت ي ق قيد ر التسيب. ر افتض القيم المختلفة ل D وحدد القيم المقابلة ل L من هذه العالقة. استخدم المعادلة 1-4 للحصول عىل عالقة أخرى بي D وL ت ي ق بقيد زمن المكوث. للحصول عىل نفس قيم D المفتض ي ف الخطوة 3 حدد القيم المقابلة ل L من هذه العالقة. ر ر واخت مزيجا من D وL يلن قيدا الوقت وقيد ر التسيب. قم بمقارنة القيم الناتجة من الخطوتي السابقتي ي لألقطار القياسية المختلفة ضع جدول لألطوال الفعالة مقابل األقطار القياسية. حدد المعالج الذي ي يلن أكت طول فعال للقطر المحدد. حدد القيم الحرارية المطلوب اكسابها للمستحلب باستخدام المعادالت 9-4 و 3-4 و 4-4. اخت أقرب أبعاد من جداول الموردين أو المصنعي. ر اجراءات حساب حجم المعالج لسخان رأ ي س ولصهري ج غسيل عىل غرار المعالجات األفقية تهدف اإلجراءات التالية ي ف المقام األول إىل تحديد الحد األدب لحجم قسم االلتحام / الت ر سيب من المعالج ومعدل الموقد. تحديد درجة حرارة المعالجة المثىل ال ي ر ن توفر الحد األدب من فقدان الحجم والجودة للنفط جنبا إىل جنب مع حجم المعالج للقيام بدوره. إذا لم يكن هذا متاح ا فقد يتم تنفيذ التصميم )الخطوات التالية( لدرجات حرارة معالجة ر مفتضة مختلفة ويتم اتخاذ القرار النها ي ب بناء عىل تحليل نتائج التصميم

204 ر حدد قطر قطرة الماء ال ي ر ن يجب إزالتها من المعادلتي 88-4 أو استخدم المعادلة 7-4 للحصول عىل الحد األدب من القطر الذي ير ي ض قيد ر التسيب. كرر الخطوات المذكورة أعاله لدرجات حرارة معالجة ر مفتضة مختلفة وحدد قيم D لكل درجة حرارة معالجة. استخدم المعادلة 2-4 و 81-4 للحصول عىل عالقة بي D و H ت ي ق بقيد زمن المكوث. ثم ر افتض قيم مختلفة من D وتحديد القيمة المقابلة ل H من هذه العالقة. حلل النتائج لتحديد تركيبات D وH لكل درجة حرارة تر ي ض كال من قيدي ر التسيب وزمن االستبقاء. حدد ابعاد المعالج )D و H( الذي ي ي ق بمتطلبات االرتفاع األكت للقطر المختار. حدد القيم الحرارية المطلوب اكسابها للمستحلب باستخدام المعادالت 9-4 و 3-4 و 4-4. اخت معالج قيا ي س من جداول المصنعي والموردين. أفق. مثال 2-4 حساب حجم سخان معالج ي ر أفق حسب ال ر شوط التالية: حدد متطلبات الحرارة وحجم قسم ر التسيب / االلتحام لسخان معالج ي ر معدل تدفق النفط: 7111 برميل /يوم BPD نسبة المياه ي ف المستحلب = %85 W( )Inlet B.S. & نسبة المياه ي ف النفط المعالج الخارج = %8 )W )outlet B.S. & الكثافة النوعية للنفط gravity( :)Oil specific 1.11 لزوجة النفط: 45 سن ي ر ن بواز عند 15 درجة فهرنهيت )F 45( cp at سن ي ر ن بواز عند 815 درجة فهرنهيت )F 20( cp at سن ي ر ن بواز عند 895 درجة فهرنهيت )F 10( cp at الكثافة النوعية للمياه gravity( :)Water specific 8.11 الحرارة النوعية للنفط: 1.5 وحدة حرارية بريطانية / رطل. درجة فهرنهيت )F 0.5( Btu/lb 0 الحرارة النوعية للماء: 8.8 وحدة حرارية بريطانية / رطل درجة فهرنهيت )F 1.1( Btu/lb 0 درجة حرارة المستحلب الداخل )مدخل(: 15 درجة فهرنهيت )F 85( 0 زمن المكوث )وقت االستبقاء(: 91 دقيقة درجات حرارة المعالجة: افحص 815 فهرنهيت و 895 فهرنهيت وبدون تسخي. الحل باستخدام المعادلة )88-4( لتحديد قطر قطرة الماء لكل درجة حرارة معالجة: لدرجة حرارة 895 فهرنهيت dm( ميكرون(= dm = 200 (սo) 0.25 = 200 (10) 0.25 = 356 لدرجة حرارة 815 فهرنهيت dm( ميكرون(= dm = 200 (20) 0.25 = 423 لدرجة حرارة 15 فهرنهيت "بدون تسخي " dm( ميكرون(= dm = 200 (45) 0.25 =

205 سنتجاهل تأثت درجة الحرارة عىل تغيت الكثافة النوعية نستخدم المعادلة 1-4 لتحديد قيد ر التسيب لكل درجة حرارة معالجة واعتبار أن = 1 F: لدرجة حرارة 895 فهرنهيت F dleff = 438 x 7000 x 10 / (0.2) (356) 2 dleff = 1204 in. ft (E1) لدرجة حرارة 815 فهرنهيت F dleff = 438 x 7000 x 20 / (0.2) (423) 2 dleff = 1706 in. ft (E2) 85 0 F لدرجة حرارة 15 فهرنهيت "بدون تسخي " dleff = 438 x 7000 x 45 / (0.2) (518) 2 dleff = 2559 in. ft (E3) d 2 Leff = (tr)o Qo / 1.05 Eq. 4-8 d 2 Leff = 20 x 7000 / 1.05 = 133,333 in 2 ft (E4) استخدم المعادلة 1-4 لتحديد العالقة لقيود زمن المكوث: افتض قيم مختلفة ل D وحدد القيم المقابلة ل L ىل وتم ر لكل المعادالت من )E4) (E1(. - تم تلخيص النتائج ي ف الجدول التا ي رسمها للمقارنة. D (in.) L (ft) L (ft) L (ft) L (ft) [Eq. (E4)] [Eq. (E3)] [Eq. (E2)] [Eq. (E1)] جدول 8-4 حل مثال 9-4. من تحليل النتائج المجدولة / والمرسومة نستنتج ما ي ي ىل: 8. أي توليفة من D و L موجودة ي ف منطقة الرسم أسفل منحن زمن المكوث غت مقبولة. 205

206 بالنسبة للقطر المنتقاة ي ف الجدول تكون قيم L الموضحة بالخط الغامق فقط مقبولة ألنها ي تلن قيود ر التسيب وزمن المكوث. مع زيادة درجة حرارة المعالجة يتناقص حجم قسم التالحم / ر التسيب. ليست هناك حاجة لمعالجة المستحلب عند درجة حرارة 895 فهرنهيت حيث أن االنخفاض ي ف حجم المعالج وسوف تؤثر زيادة درجة الحرارة بشكل ي سلن عىل حجم ونوعية النفط المعالج. ليس كبتا هناك إمكانات جيدة لمعالجة هذا النفط بدون أي مساعدة بالتسخي حيث أن حجم المعالج المطلوب يبدو عملي ا. االختيار العم ي ىل واالقتصادي سيكون قطره 14 بوصة بقسم تالحم بطول 98 قدم مع موقد يمكنه توفت درجة حرارة معالجة 815 فهرنهيت. اآلن استخدم المعادلة 8-4 لحساب كمية الحرارة المطلوبة بافت ر اض فقدان الحرارة بنسبة : 81 Qr = 15 W (ΔT) [co ρo (1-X) + cw ρw (X) ] Eq. 4-1 سيتم رص ب القيمة ي ف )1/1-0.1( لفقدان حراري بنسبة 81. Qr = (1/1-0.1)15x 7000 (20) [0.5x0.86 (1-0.15) + 1.1x 1.06 (0.15)] = 1.3 MMBTU/hr شكل 45-4 حل مثال 9-4. مثال 3-4 حساب حجم سخان معالج رأ ي س. حدد متطلبات الحرارة وحجم قسم ر التسيب / االلتحام لسخان معالج معدل تدفق النفط: 9111 برميل /يوم BPD نسبة المياه ي ف المستحلب = %81 W( )Inlet B.S. & نسبة المياه ي ف النفط المعالج الخارج = %8 )W )outlet B.S. & الكثافة النوعية للنفط gravity( :)Oil specific رأ ي س حسب ال ر شوط التالية: 206

207 لزوجة النفط: 7 سن ي ر ن بواز عند 21 درجة فهرنهيت 5.8 سن ي ر ن بواز عند 811 درجة فهرنهيت 3.3 سن ي ر ن بواز عند 891 درجة فهرنهيت الكثافة النوعية للمياه gravity( :)Water specific 8.14 الحرارة النوعية للنفط: 1.5 وحدة حرارية بريطانية / رطل. درجة فهرنهيت )F 0.5( Btu/lb 0 الحرارة النوعية للماء: 8.1 وحدة حرارية بريطانية / رطل. درجة فهرنهيت )F 1( Btu/lb 0 درجة حرارة المستحلب الداخل )مدخل(: 21 درجة فهرنهيت )F 90( 0 زمن المكوث )وقت االستبقاء(: 91 دقيقة افتض قطرات قطرها 395 و 318 و 971 للعالج عند درجات حرارة 21 و 811 و 891 درجة ىل. ر فهرنهايت عىل التوا ي استخدم الجدول التا ي ىل الذي يتضمن الفرق بي الكثافتي عند درجات حرارة المعالجة المختلفة درجة حرارة المعالجة- فهرنهيت 90 0 F F F ΔSG ս dm جدول.9-4 مثال -4 3 الحل نستخدم المعادلة 7-4 لتحديد أقل قطر مسموح به للمعالجة بدرجات الحرارة الثالثة d = 81.8 [FQo µo / (ΔSG) d 2 m ] 0.5 Eq. 4-7 d = 81.8 [2000 x 7 / (0.215) (325) 2 ] 0.5 d = 64 in لدرجة حرارة 21 فهرنهيت لدرجة حرارة 811 فهرنهيت d = 81.8 [2000 x 5.1 / (0.215) (301) 2 ] 0.5 d = 59 in لدرجة حرارة 891 فهرنهيت d = 81.8 [2000 x 3.3 / (0.215) (270) 2 ] 0.5 d = 53 درجة حرارة المعالجة- فهرنهيت 90 0 F F F ΔSG ս dm d جدول 3-4. حل مثال

208 نستخدم المعادلة 2-4 لحساب قيد زمن المكوث d 2 h = (tr)o Qo / 0.12 Eq. 4-9 d 2 h = 20 x 2000 /0.12 = 333,3 in 3 افت ر ض قيم قطر مختلفة واحسب االرتفاع المكاف له وارسم العالقة كما ي ف الشكل 41-4 (in.) D (in.) H درجة حرارة المعالجة- فهرنهيت F F F جدول 4-4. حل مثال 3-4 شكل 41-4 حل مثال 3-4 من الشكل 41-4 جميع األقطار واالرتفاعات ال ي ر ن تقع أسفل منحن زمن االستبقاء غت مقبولة. بالنسبة لثالث درجات حرارة المعالجة فإن ارتفاع قسم االلتحام الذي يساوي القيمة عند التقاطع مع منحن زمن المكوث أو أكت سوف ي ي ق بكل من قيد ر التسيب وقيد زمن المكوث. تقدير قدرة الموقدكما ي ي ىل Qr = 15 W (ΔT) [co ρo (1-X) + cw ρw (X) ] Eq MMBBTU/hr 0.15 MMBBTU/hr لحرارة 891 فهرنهيت = لحرارة 811 فهرنهيت = لحرارة 891 فهرنهيت = MMBBTU/hr 0 208

209 معالجة ر البتول والغاز 7-4 اعتبارات عملية المعالجة الناجحة للمستحلبات تعتمد عىل خصائص كل مستحلب هل من الممكن معالجته بواسطة درجة حرارة الن تحتوي منخفضة مع أو بدون إضافة مواد كيميائية أو مواد كيميائية مع أو بدون حرارة. يمكن معالجة بعض الحقول ي عىل نسبة عالية من المياه (عىل سبيل المثال ) 25 بنجاح دون حرارة أو مواد كيميائية ولكنها تتطلب أوقات احتفاظ بدال من الحرارة من جوانب ر التكيب والصيانة وتكاليف (زمن مكوث) طويلة للغاية. من األفضل استخدام المواد الكيميائية التشغيل. توفر المناقشة التالية بعض اإلرشادات العامة للمساعدة يف تحديد أحد التكوين المناسب لمعدات معالجة النفط صهاري ج الغسيل مع غرفة غاز داخلية أو خارجية يجب التفكت ف صهاري ج الغسيل عندما يتم إنتاج نسبة عالية من المياه المالحة ر بشط أال تكون متطلبات زمن المكوث تجعل األحجام غت عملية. عندما تستخدم بدون حرارة يجب عىل صهاري ج الغسيل توفت وقت وافر لالستقرار عىل سبيل الكاف سيؤدي لتخزين بعض الرواسب والمياه أثناء الطقس البارد عندما تنخفض كفاءة المثال من 89 إىل 94 ساعة. الوقت الكيماويات ثم يتم تنظيف صهاري ج الغسيل أثناء الطقس الداف وعن طريق إعادة الدوران بالمضخات دوريا السخانات المعالجة ه تركيب جهاز الن تتطلب حرارة لكش المستحلب. الممارسة الجيدة ي يجب التفكت يف سخان المعالجة يف الحقول ي تسخي أكت بقليل ( ) 81 + مما هو رصوري. يتيح ذلك سعة إضافية لزيادات اإلنتاج غت المتوقعة (المياه عادة) وخفض كميات المعالجة الكيميائية المستخدمة وتشغيل وحدة تتيد الخام قبل انتقاله للصهاري ج. يمكن أن يؤدي انخفاض التكلفة الكيميائية بسهولة إىل دفع التكاليف اإلضافية لمعالج أكت يف غضون بضع سنوات. اعتمادا عىل خصائص النفط وكفاءة المادة الكيميائية رتتاوح أزمنة المكوث بي 81 إىل 11 دقيقة السخانات االلكتوستاتيكية المعالجة مع المساعدة يجب التفكت يف عملية التسخي مع المساعدة الكهروستاتيكية يف الحقول المطلوب منها مواصفات أقىص محتوى للملح وف أي وقت مطلوب فيه تخفيض BS & W إىل أقل من 1.5 كذلك يف المرافق [ 81 إىل 31 رطل لكل ألف برميل ( ])PTB ي البحرية حيث تكون المساحة و / أو الحرارة محدود. ه هل يستخدم مسقط للمياه الحرة بدال من صهري ج الغسيل وهل الن قد يحتاج المصمم إىل تقييمها ي االعتبارات األخرى ي يستخدم جهاز تسخي معالج مع مساعدة كهروستاتيكية بدال من جهاز تسخي معالج فقط. 209 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

210 الفصل الخامس نزع األمالح من الخام )Desalting( 8-5: مقدمة تسم عملية إزالة األمالح القابلة للذوبان ي ف الماء من النفط )خام ر البتول( بعملية نزع األمالح )desalting( فالنفط الخام غالبا ما يحتوي عىل مياه عالقة وال ي ر ن تحتوي بدورها عىل أمالح مذابة خاصة كلوريد الصوديوم. تتم إزالة معظم المياه المالحة المنتجة عن طريق الفصل األو ي ىل ي ف الفواصل )separators( وعن طريق تسخي الخام وتصفية المياه ي ف سخانات الخام )heaters( أو ي ف فواصل بعد التسخي. ومع ذلك ال تزال هناك كمية صغتة من المياه العالقة ي ف الزيت الخام. و نظرا ألن معامل تكرير النفط )مصا ي ف التكرير( تحدد الحد األقىص لمحتوى الملح ي ف عقود ال ر شاء باإلضافة إىل الحد األقىص من محتوى الماء. )غالبا تكون مواصفات الملح ي ف حدود 81 إىل 91 رطل لكل ألف برميل( فللوصول إىل المواصفات المطلوبة قد تكون هناك حاجة إىل مرافق أو أجهزة للقيام بتع أمالحه أو تخفيضها )desalting( وهذا الفصل من الكتاب يصف الطرق والمعدات المستخدمة عادة لتع أمالح خام ر البتول : محتوى األمالح ي ف الزيت الخام كمية الملح ي ف الزيت الخام ي ه دالة لكمية المياه الملحية المتبقية ي ف النفط )WR( وملوحة المياه )SR( محسوبة كجزء لكل مليون كلوريد الصوديوم.)ppm( يمكن كتابة هذه العالقة بالشكل الوظي ي ق التا ي ىل: محتوى الملح رطل لكل الف برميل )PTB( = 0.35 ρbrine SR WR/(100-WR) Eq. 5-1 حيث PTB = WR = رطل لكل الف برميل نفط (%BS&W) = SR الملوحة ككلوريد صوديوم =( 8.15 = ρbrine كثافة المحلول المل ي ح. ملوحة أيون كلوريد - )Cl 210

211 معالجة ر البتول والغاز لذلك نزع األمالح أو تخفيفها ( )desalting يمكن تنفيذه من خالل : -8 تقليل نسبة المياه يف الخام. -9 تقليل ملوحة الماء المتبق من الماء) المتبق (تقليل تركت الملح طريقة خفض األمالح ( )PTB عن طريق خفض كمية المياه المتبقية ( )WR يطلق عليها "نزع المياه من الخام" ( oil لرئيىس للفصل السابق. الطريقة األخرى لخفض األمالح هو تقليل محتوى )dehydration وقد كان هذا هو الموضوع ا الن سنتعامل معها يف هذا الفصل وتعرف بتع األمالح. ه ي الملح المذاب يف المياه المتبقية ( )SR وهذه الطريقة ي مثال :1-5 ما كمية األمالح الموجودة يف خام به نسبة مياه %8 حجما وتركت األمالح يف المياه المتبقية جزء يف المليون "كلوريد صوديوم" وكثافة المياه المتبقية 8.15 كجم / رلت. الحل : نسبة األمالح = ) 148 = 0.35 x 1.05 x 40,000 x 1 /(100-1 رطل / ألف برميل ( )PTB :2-1-5 عملية نزع األمالح أو تخفيفها ( )desalting يمكن تنفيذ العملية من خالل : -8 تقليل محتوى الماء فقط يف حالة أن ملوحة المياه المتبقية ليست عالية. -9 إضافة نسبة صغتة من المياه العذبة (المياه ذات المحتوى المنخفض من الملح) إىل الزيت الخام (تسم المياه المخففة أو مياه الغسيل) ومزج الماء بالنفط الخام ثم يتم نزع المياه من الزيت الخام ( )dehydration فعىل أقل تقدير لو تم تحقيق نفس نسبة المياه يف الخام ستكون نسبة األمالح ( )PTB أقل بسبب انخفاض يف ملوحة المياه المتبقية. :9-5 وصف المعدات :1-2-5 نازع األمالح ( )Desalter نظ را ألن محتوى الملح مرتبط بشكل ر مبارس بكمية المياه المتبقية يف الخام فإن أفضل "نازع للملح" هو الذي يزيل أكت قدر ممكن من الماء. بوجه عام فإن أي جهاز يخفض نسبة المياه الموجودة يف الخام فإنه يقوم بما يسم "نزع األمالح" ه المعالجات الكهروستاتيكية األفقية نظرا ألن (.)desalting ومع ذلك فإن الغالبية العظم من األجهزة المستخدمة ي استخدام المعالجات الكهروستاتيكية ( )electrostatic treater ينتج عنه أدب مستوى من المياه المتبقية. توضح األشكال الن تستخدم عادة يف عمليات نزع أو تخفيف األمالح. يتم من 8-5 إىل 3-5 بعض أشكال المعالجات الكهروستاتيكية األفقية ي ضخ النفط الخام عادة يف جهاز "نزع األمالح" عند ضغط فوق نقطة التبخر ( )bubble point باإلضافة إىل ذلك تتم المعالجة عند درجة حرارة للخام من درجة فهرنهيت ويتم الوصول لها بالتسخي يف مبادالت حرارية ( heat الن تسبق دخول الخام إىل نازع األمالح. )exchangers أو أجهزة السخنات ( )heaters ي 211 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

212 )كهروستاتي ي ك(. )Electrostatic heater treater( أفق مع دعم كهربي الشكل 8-5. سخان معالج ي ر شكل 9-5. نا زع أمالح كهربي شكل 3-5. نازع أمالح كهربي 212

213 معالجة ر البتول والغاز :2-2-5 معدات المزج "الخلط" ( )Mixing Equipment الصمامات الكروية : الصمام الخانق أو الصمام الكروي ( )Globe Valve يستخدم كثتا للخنق Throttling أو لتقليل معدل التدفق ويستعمل أيضا للتحكم (صمام تحكم). يعتت صمام التحكم اليدوي "الكروي" ( )Globe هو أحد أبسط الطرق لخلط مياه التخفيف مع الخام الذي يحتوي عىل نسبة من المياه المالحة العالقة به. انخفاض الضغط وزيادة رسعة الجريان الناتج عن إجبار الزيت والماء للمرور من خالل الصمام يؤدي إىل تفتيت قطرات المياه وخلط القطرات يف الخام. التلقاب للتغيتات يف معدل تدفق الزيت. مع اختالف معدل الرئيىس ألي صمام يدوي هو عدم قدرته عىل الضبط العيب وبالتاىل كفاءة الخلط. لذلك إذا زاد معدل تدفق الزيت بشكل كبت فقد يزداد انخفاض التدفق يتفاوت انخفاض الضغط الن يكون من المستحيل عالج المستحلب المختلط الناتج عنها. الضغط إىل النقطة ي تلقائيا بالحفاظ عىل فرق من الممكن جعل الصمام "أتوماتيكيا" لتجنب "االختالط الزائد" فيتم استخدام وحدة تحكم تقوم الضغط خالل معدالت التدفق المتغتة. ريتاوح فرق الضغط من خالل صمام الخلط من 81 إىل 51 رطل / بوصة مربعة الرئيىس. أوىل (آخر) قبل صمام الخلط (,)psi يمكن تقليل انخفاض الضغط المطلوب إذا تم تركيب صمام خلط ي فوهات الرش ( :)Spray Nozzles أوىل قبل الخلط باستخدام فوهات الرش ( )Spray Nozzles أو الخلط باستخدام الخالطات عادة ما يتم تركيب صمام خلط ي الثابتة (.)static mixers ه إحدى الطرق الشائعة لخلط الماء والزيت حيث يتم ضخ المياه من كما هو مبي يف الشكل 4-5 فإن فوهات الرش ي خالل الفتحات ثم يتم توزيعها يف جميع أنحاء مجرى الزيت. هذه األنظمة فعالة وعادة ما تكون أقل كلفة من الخالطات الثابتة. توضيح لخالط فوهات الرش ( )Spray Nozzles الشكل.4-5 شكل الخالطات الثابتة ( )static mixers تستخدم الخالطات الثابتة قطع من الصفيح المموج كما هو موضح بالشكل.5-5 وتنقسم هذه الخالطات عادة إىل العديد الن تقسم وتعيد تجميع الخام مع المياه مع تدفقهما خالل الخالط. بينما تكون هناك طبقات أخرى من المسارات المتوازية ي نسبيا. يمزج هذا من األلواح المموجة متعامدة مع بعضها البعض بحيث يمر السائل عت سلسلة من الفتحات الصغتة الخالط قطرات الماء إىل حجم أصغر بكثت من الخالطات القديمة. ال يوجد تفاوت كبت يف أحجام القطرات الخارجة من هذ الخالط وذلك نتيجة لظاهرتي متعارضتي األوىل يتم فيها تقطيع القطتات الكبتة بواسطة حركة الخلط يف الفتحات 213 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

214 الصغتة بينما عىل الجانب اآلخر توفر هذه الخالطات مساحات كبتة من السطح حيث يمكن أن ر تتالف أو تتالمس قطرات المياه الصغتة مع بعضها لتتجمع ي ف قطرات أكت مما يسهل فصلها ويقلل من فرص خلق مستحلب جديد ومستقر. ي ف الغالب يتم تصميم الخالطات الثابتة لتنتج متوسط حجم قطتات باستخدام معادالت تجريبية equations(.)empirical يكون متوسط حجم القطرة لعملية نزع األمالح )desalting( هو من 951 إىل 511 ميكرون. العيب الرئي ي ىس للخالطات الثابتة هو أنه ال يمكن ضبطها مع اختالف التدفق. لذلك إذا كان تدفق الزيت سيتغت بنسبة 3 إىل 8 أو أكت فال يجب استخدام الخالطات الثابتة كجهاز الخلط الوحيد.. الشكل 5-5. جهاز خلط ثابت 3-5: وصف عملية نزع األمالح: ر ستيل الملح من غالبية الملح الموجود ي ف الخام هو الملح الذائب ي ف قطرات المياه العالقة بالخام لذلك فإن إزالة الماء الخام. يتم التعبت عن محتوى الملح ي ف الماء عىل أنه جزء لكل جزء مكاف لكلوريد الصوديوم. وقد ترتفع الملوحة لتصل إىل أكت من 911 ألف جزء ي ف المليون )ملوحة مياه البحر ي ف حدود 49 ألف جزء ي ف المليون(. كما تم اإلشارة سابقا فإن نزع األمالح ي ه معالجة الزمة للوصول بالخام إىل المواصفات المطلوبة. ر افتض أن جهاز ا ف عملية تصفية المياه من لمعالجة بالتسخي treater( )heater الذي يستخدم ي عىل سبيل المثال الخام يخرج منه الخام وهو يحتوي عىل نسبة 1.5 من الماء هذا يع ي ن أن كل ألف برميل من الخام يحتوي عىل 5 براميل ر افتضنا بعد ذلك أن المياه تحتوي عىل محتوى قليل من الملح عىل سب ف المليون من يل المثال جزء ي من الماء. إذا كلوريد الصوديوم NaCl فإن كل برميل ماء يحتوي عىل 3.5 رطل من الملح. أي أن ال 5 براميل ستحتوي عىل ما يقرب من 87.5 رطل. أي أن األلف برميل من الخام حسب نسبة المياه السابقة ستحتوي عىل 87.5 رطل. فتكون نسبة األمالح 87.5 رطل لكل ألف برميل.)PTB( فإن حددت اتفاقية ال ر شاء 81 رطل لكل ألف برميل PTB( 10( أو أقل كمواصفات لل ر شاء فستكون هناك حاجة إىل معالجة أكتكفاءة. )أي تخفيض نسبة المياه المتبقية أو تخفيض ملوحة المياه المتبقية عن طريق الخلط بمياه أقل ملوحة(. وستاب هو المطلوب لتحقيق نسبة مياه ي ف حدود أو أقل من 1.3. ي ف هذا المثال قد يكون معالج ر إلكت ي ر المثال السابق ر يفتض محتوى منخفض من الملح ي ف المياه العالقة بالخام. أما إذاكان الماء يحتوي عىل نسبة عالية من الملح عىل سبيل المثال جزء ي ف المليون من كلوريد الصوديوم سيكون هناك حوا ي ىل 71 رطال من الملح لكل 214

215 معالجة ر البتول والغاز برميل من الماء لذلك فإن يف هذه الحالة فإنه لو تم تخفيض نسبة المياه إىل 1.8 ستكون نسبة األمالح 71 رطل / ألف برميل.)70 PTB(. للوصول إىل PTB 81 المطلوبة ستكون هناك حاجة للتخفيف ونزع األمالح (.)desalting تنطوي عملية نزع األمالح عىل خطوتي : ه مزج المياه العذبة مع المياه المنتجة. سيؤدي ذلك إىل خفض ملوحة المياه المنتجة عن طريق -8 الخطوة األوىل ي تخفيف نسبة الملح يف المياه. وه إزالة الماء من الخام. ه التصفية ي -9 الخطوة الثانية ي عملية التخفيف والتصفية ينتجان انخفاض الملوحة يف المياه المتبقية يف الزيت الخام وال يشتط أن تكون مياه التخفيف يف عملية نزع األمالح ( )desalting مياه خالية كلية من األمالح بل يمكن استخدام أي مياه ذات محتوى ملح أقل من محتوى ملح المياه المنتجة. :1-3-5 نازع األمالح أحادي المراحل (أحادي الطور) الشكل 1-5 عبارة عن مخطط لنظام (جهاز) نزع أمالح أحادي المرحلة. يف هذا النظام يتم حقن الماء المخفف يف الخام قبل دخوله إىل الجهاز ويتم الخلط باستخدام أي من طرق الخلط ثم يدخل الخام إىل الوعاء حيث تتم إزالة الماء. يجب أن تتم تصفية (تجفيف) النفط الخام إىل أقىص درجة ممكنة قبل عملية نزع األمالح ( )desalter وذلك لجعل التخفيف بالماء أكت كفاءة. الشكل 1-5 مخطط لنظام (جهاز) نزع أمالح أحادي المرحلة (ثناب األطوار) ثناب المراحل :2-3-5 نازع األمالح ي الشكل 7-5 عبارة عن مخطط لنظام نزع أمالح من مرحلتي مع إمكانية إعادة تدوير مياه التخفيف. يف هذا النظام يتم ضخ الن تتم تصفيتها من المرحلة الثانية أقل الن تمت تصفيتها من المرحلة الثانية إىل المرحلة األوىل (األمالح يف المياه ي المياه ي وىل لألمالح) والن ستدخل إىل المرحلة األوىل بذلك ي فه تعتت بمثابة تخفيف أ ي الن لم يتم تخفيفها ي من األمالح يف المياه ي ثناب المراحل) بالمقارنة مع نازع األمالح أحادي المراحل. (ف نازع األمالح ي مما يقلل من متطلبات مياه التخفيف ي إذا كان هناك حاجة إىل مزيد من نزع لألمالح أو تخفيفها فمن الممكن إضافة المزيد من المراحل بطريقة مماثلة. 215 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

216 الشكل 7-5, مخطط لنظام نزع أمالح من مرحلتي 4-5: فرق الجهد الخاص بنازع األمالح الكهربي يتم تطبيق حقل كهربا ي ب ي خارخ داخل نازع األمالح لدمج قطرات الماء الصغتة معا وبالتا ي ىل تيست ترسيب قطرات الماء من النفط )كلما زاد حجم القطرة كلما ترسبت للقاع بشعة أكت(. ويمكن تطبيق المجال الكهربا ي ب بأي من الطرق التالية:. 8 أجهزة تستخدم مجال التيار ر المتدد AC( ) للمستحلبات الغنية بالمياه. يتم تطبيق التيار ر المتدد )ac( والذي تتغت من خالله قطبية قطرة المياه عدة مرات ي ف الثانية الواحدة )حسب تردد التيار - هرتز( مما يؤدي لحدوث قوى تجاذب بي القطرات المتجاورة كما ي ف شكل 1-5, ومن ثم يحدث تالمس أو تصادم بي القطرات ينتج عنه تالصق زيادة ي ف الحجم متدد. تؤدي إىل سقوط أرسع. يوضح الشكل 1-5 رسم تخطي ي ط اللتحام القطرات ي ف المجال ي الكهرب للتيار ال ر 9. أجهزة تستخدم مجال AC / DC ألقىص تصفية ممكنة. يتم استخدام مزي ج من التيار ر المتدد والتيار المستمر ي ف هذه الحالة. يظهر الشكل 2-5 الشكل األسا ي س لهذه العملية. يتم إنتاج التيار ر المتدد ي ف المنطقة أسفل األقطاب الكهربائية ي ف حي يتم إنتاج حقل التيار المستمر بي األقطاب المجاورة. هذا ر التتيب يحقق الحد األقىص إلزالة المياه. يوضح الشكل 81-5 سلوك قطرة المياه ي ف مجال الجهد المستمر.)DC( )تم ر رسح الموضوع ي ف الفصل السابق(. 216

217 الشكل 1-5. تأثت جهد التيار ر المتدد )AC( عىل قطرة الماء الشكل 2-5. حقل ثنا ي ب القطبية )DC/AC( لإلندماج الكهروستاتي ي ك الشكل سلوك قطرة الماء ي ف مجال.DC 217

218 5-5: كمية مياه التخفيف المطلوبة ي ف نزع أمالح الزيوت الخام ر تت اوح بي 81-5 حجما من ختة التشغيل وجد أن كمية ماء التخفيف الالزم إضافته WD استنادا إىل كمية المياه المتبقية وملوحتها. المعادلة التالية تستخدم لتحديد متطلبات مياه الغسيل تحديدا مبدأيا, فالتجربة الفعلية مع تحاليل نسبة المياه الخارجة وكمية األمالح مع تغت نسب مياه التخفيف ي ه الطريقة المثىل والعملية لضبط كمية مياه التخفيف. WD = 2.5 x 10 3 ( WR) / [ (SD) (SR) E ] Eq. 5-2 حيث )Water content%( نسبة المياه ي ف الخام = WR.)ppm NaCl( قبل التخفيف. )جزء ي ف المليون كلوريد الصوديوم(. )salinity( ملوحة المياه العالقة ي ف الخام = SR. )ppm NaCl( ي ف المليون كلوريد الصوديوم(. )جزء )salinity( ملوحة مياه التخفيف = SD = E كفاءة الخلط % 1-5: عوامل التشغيل المؤثرة. 8 مستوى سطح الماء الخام: يجب الحفاظ عىل هذا المستوى ثابت ا )حوا ي ىل %31( فأي تغيتات سوف تغت المجال الكهربا ي ب وتالمس لقطرات الناتج عنه. 9. درجة الحرارة داخل جهاز نزع األمالح: تؤثر درجة الحرارة عىل قطرة الماء ال ي ر ن تستقر من خالل تأثتها عىل لزوجة الزيت. لذلك يتطلب الخام األثقل درجات حرارة أعىل لتصفية المياه. 3. نسبة غسيل المياه )نسبة التخفيف(: تتطلب الخامات الثقيلة نسبة ماء عالية للغسيل لزيادة االندماج بي القطرات داخل الجهاز. 4. انخفاض الضغط ي ف صمام الخلط "المزج": ينتج عن فرق الضغط الكبت بي طر ي ف صمام الخلط تشكيل مستحلب مستقر وغسيل أفضل. ومع ذلك إذاكان انخفاض الضغط مفرطا فقد يكون من الصعب كش المستحلب. 5. أنواع )كارس االستحالب( :demulsifiers تتم إضافة كيماويات لكش أو لمعالجة المستحلبات وتساعد هذه المركبات ي ف االندماج الكهروستاتي ي ك الكامل للقطرات ونزع األمالح بوجه عام. تلك الكيماويات تزداد أهميتها واالعتماد عليها كلماكان الخام أثقل. 7-5: اعتبارات التصميم يتم أخذ العوامل الرئيسية التالية بعي االعتبار عند تصميم نظام التحلية :)desalter( 8. عدد مراحل التحلية )مرحلة واحدة أو أكت( 9. مستويات نسبة المياه ي ف المرحلة ال ي ر ن تسبق نازع األمالح 3. ملوحة المحلول المل ي ح ي ف الخام 4. كفاءة خلط الصمامات 5. ملوحة مياه التخفيف 1. المواصفات المستهدفة لنسبة األمالح )PTB( 218

219 : 1-5 مشاكل التشغيل والحلول ر المقتحة المشكلة السبب الحل المقت ر ح نسبة األمالح عالية ي ف الخام الخارج من جهاز نزع األمالح زيادة نسبة الخام ي ف المياه الخارجة من وحدة نزع األمالح زيادة نسبة المياه ي ف الخام الخارج من وحدة نزع األمالح أ-ملوحة المياه العالقة بالخام الداخل للوحدة عالية ب نسبة مياه الغسيل "التخفيف" منخفضة. ج-معدل تدفق النفط الخام يتجاوز معدل التصميم د-عدم كفاية خلط النفط الخام ومياه الغسيل. أ-مستوى المياه منخفض جدا ب وجود نسبة كبتة من المستحلب بي المياه والخام. ج-زيادة خلط النفط الخام ومياه الغسيل د-درجة الحرارة منخفضة عن الحرارة المطلوبة لمعالجة الخام أ -نسبة مياه الغسيل "التخفيف" عالية ب نسبة المياه العالقة ي ف الخام الداخل إىل جدا )وسيصاحب هذا األ ف مر زيادة ي الوحدة عالية نسبة األمالح أيضا(. ج مستوى المياه عال داخل الوحدة. د -درجة الحرارة منخفضة عن الحرارة المطلوبة لمعالجة الخام ه -معدل تدفق النفط الخام يتجاوز معدل التصميم. مشاكل التشغيل لنازع األمالح والحلول ر المقتحة أ زيادة معدل مياه الغسل ب خفض معدل تدفق الخام. ج زيادة فرق الضغط خالل صمام الخلط أ زيادة مستوى المياه داخل الوحدة ب تأكد من حقن الكيماويات )demulsifier( ج-خفض فرق الضغط خالل صمام الخلط ج التأكد من نقاء مياه الغسيل جدول 8-5 أ خفض معدل مياه الغسل ب خفض مستوى المياه داخل الوحدة ج -خفض معدل تدفق الخام 219

220 الفصل السادس تثبيت الخام وتحليته sweetening( )Stabilization and 8-1: مقدمة بعد أن تتم عمليات معالجة الخام المتمثلة ي ف فصل الغاز وتصفية "نزع" المياه ونزع األمالح الموجودة به يتم ضخ النفط الخام إىل مرافق تجميع يتم تخزينها ي ف صهاري ج التخزين. ولكن ال يزال يحتوي هذا الخام ر البتو ي ىل السائل عىل نسبة كبتة من الميثان واإليثان وال ي ر ن سوف تتصاعد "تومض" كأبخرة ي ف الخزان. وسيؤدي تصاعد غازات "اإليثان والميثان" ي ف الخزان إىل تخفيض الضغط الجز ي ب لجميع المكونات األخرى ي ف الخزان وستيد من ميلهم إىل التحول لحالة البخار. عملية تثبيت الخام )Stabilization( ي ه عملية زيادة كمية المكونات ي ف الطور السائل. ي ف مجال النفط تسم هذه العملية بتثبيت النفط الخام و ي ف حق ول الوسيطة )C3 إىل C5( والثقيلة )+C6( الغاز يطلق عليه ا عملية تثبيت او استقرار المكثفات Stabilization(.)Condensate ضبط وجود البنتان والمركبات الخفيفة خالل عملية التثبيت يؤثر عىل كثافة النفط الخام gravity( )API ي ف الخزان وبالتا ي ىل فإن القيمة االقتصادية للنفط الخام تتأثر بالتثبيت لألسباب التالية: 8- يمكن تخزين السوائل ونقلها إىل السوق بعائد أكت ربحية من الغاز. 9- من المفيد والمجدي اقتصاديا تقليل الغاز المنبعث من النفط الخام الخفيف عند تخزينه. يتناول هذا الفصل طرق تثبيت الزيت الخام لتعظيم حجم اإلنتاج باإلضافة إىل تحسي قيمة gravity( )API الخاصة به وذلك مقابل اثني من القيود الهامة ال ي ر ن تفرضها الحدود المسموح بها من ضغط البخار للخام )RVP( ومحتوى كتيتيد الهيدروجي المسموح. باإلضافة إىل ذلك فإنه نتيجة لرص ورة معالجة الخام عند درجة الحرارة العالية للتخلص من المياه تتصاعد "تومض" كثت من المركبات المتوسطة والثقيلة إىل تيار الغاز. الطريقة األكت شيوع ا المستخدمة إلزالة المكونات ال ر ني تتصاعد من السوائل الهيدروكربونية وتتحول إىل أبخرة )flash( قبل دخول السائل إىل الخزان أو إىل خط أنابيب هو الفصل عىل مراحل separation(.)stage يعتت النفط الخام "نفط حلو" )sweet( إذا تمت إزالة الغازات الحمضية الخطتة منه. من ناحية أخرى يتم تصنيف الخام عىل أنه "حامض" )sour( إن كان يحتوي عىل 1.15 قدم مكعب من H2S أو أكت ذائب ي ف 811 جالون من الزيت. 220

221 معالجة ر البتول والغاز غاز كتيتيد الهيدروجي هو خطر سام ألن 1.8 منه يف الهواء تؤدي إىل الوفاة خالل 31 دقيقة. لذلك تعتت المعالجة اإلضافية إلزامية من أجل التخلص من أي غازات متبقية مق رتنة مع H2S الموجودة يف الخام. استخدام المثبت ( )stabilizer ينتج عنه منتج ربتوىل مستقر ف مواصفاته باإلضافة إىل ر استداد كمية أعىل من السائل ولكنه سيؤدي إىل زيادة النفقات الرأسمالية نتيجة ر لشاء المعدات واألوعية ( )CAPEX وزيادة نفقات التشغيل (.)OPEX كما رئيسيا للمنشئات البحرية. اعتبارا تتطلب إضافة المثبت مساحة إضافية ال تعد عامال هاما عىل الت ولكنها قد تكون :1-6 خطوات معالجة الخام وىل - مياه) عادة إىل فاصل إلزالة الغاز وعادة ما يمر خام النفط أو تتدفق الهيدروكربونات المنتجة من اآلبار (غاز خام بت ي النفط المتكثف من الفاصل عت مراحل إضافية من الفصل أو المعالجة قبل الوصول إىل نقطة البيع. يف كل مرحلة من هذه وبالتاىل إىل حد ما يحدث "تثبيت" المراحل يصل السائل بالقرب من التوازن يف حالة مختلفة من الضغط ودرجة الحرارة للخام أو المكثفات. غالبا ما تستخدم الطرق التالية من أجل استقرار أو تثبيت الخام ( :)Stabilization الفصل متعدد المراحل التعرض للظروف الجوية يف صهاري ج التخزين التسخي يف سخان معالج ( )Heater-treater بعد عملية الفصل المثبت (.)Stabilizer الن يتم اختيارها من أجل التثبيت يف المقام األول عىل مواصفات العقود والجدوى االقتصادية ويكون هناك تعتمد الطريقة ي حاجة ملحة لتفضيل تركيب وحدة التثبيت إن كانت : مواصفات عقود ر البتول تتطلب ضغط بخاري منخفض وال يمكن الحصول عليه بسهولةبالفصل متعدد المراحل. الن تحد من محتوى H2S إىل أقل من 11 جزء يف المليون. الخام البت ي وىل حامض ( )sour ومواصفات العقد ي المتكثفات المنتجة لها كثافة منخفضة ( )500 API أو أعىل ومعدالت تدفق تزيد عن 5111 برميل يف اليوم. :9-1 مخطط طرق عملية التثبيت :1-2-6 الفصل متعدد المراحل ه الطريقة األكت شيوعا لفصل النفط والغاز ويتطلب هذا النظام يوضح الشكل 8-1 نظام فصل متعدد المراحل. هذه ي عادة من مرحلتي إىل أرب ع مراحل فصل كل منها يحدث يف وعاء فاصل. :2-2-6 سخانات معالجة النفط الن تستخدم طريقة الفصل المعتمدة عىل اختالف الكثافة "الثقل" الفواصل ثالثية الطور ( )Three-phase separators ي ( )gravity غالبا ما تكون هذه الفواصل غت كافية لفصل الماء عن الزيت. لذلك فإن تسخي المستحلب هو أمر مهم لتحسي وإرساع عملية فصل الماء عىل الجانب اآلخر ال تقوم أجهزة المعالجة بالتسخي بتحسي عملية فصل الماء عن الخام فحسب بل أيضا تقوم بتثبيت النفط الخام عن طريق تبخت الهيدروكربونات الخفيفة قبل تدفقه إىل صهري ج الطبيع. لألسف غالبا ما ينتج عن استخدام أجهزة المعالجة بالتسخي ( Heater التخزين يف ظروف الضغط الجوي 221 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

222 معالجة ر البتول والغاز )treater وحدها خسارة أعىل نتيجة الفقد الزائد للمكونات المتوسطة بتحولها إىل الحالة الغازية يف خزان التخزين (نظرا النخفاض الضغط وزيادة الحرارة.)flashing - لتفادي مشكلة تحول كمية كبتة من الغازات المتوسطة إىل الحالة الغازية يف صهري ج التخزين يمكن تتيد النفط الخام المغادر للمعالجة قبل الذهاب إىل صهري ج التخزين عن طريق تبادل الحرارة مع المستحلب األكت برودة عند المنبع حيث سيؤدي ذلك إىل تقليل الخسائر يف البخار وسيساعد عىل استقرار المكونات الوسط يف ظروف خزان التخزين. بالنسبة لمعدالت التدفق الصغتة يتم الحفاظ عىل درجة حرارة معالجة الخام منخفضة قدر اإلمكان لمنع خسائر صهري ج المخزون حيث أن النفط المعالج عادة سيذهب ر مبارسة إىل خزان المخزون دون تتيد. شكل 8-1 نظام فصل متعدد المراحل :3-2-6 أبراج تثبيت الهيدروكربونات السائلة ( )Liquid Hydrocarbon Stabilizer الفجاب ( )flash separation للسائل من الممكن تثبيت سوائل الهيدروكربون عند ضغط ثابت عن طريق الفصل الهيدروكربوب عىل التواىل ف درجات حرارة ر متايدة كما هو موضح يف الشكل.9-1 ي ي الجزب للمكونات المتوسطة أعىل مما كان يمكن أن يكون عليه الضغط سيكون المتتالية احل الم من مرحلة كل حيث أنه يف الجزب عىل نسبة عند نفس درجة الحرارة إذا لم تتم إزالة بعض المكونات األخف من المرحلة السابقة (. يعتمد الضغط وجود المركب يف الحالة الغازية أثناء المراحل المتعددة تكون نسبة وجود مركب x يف المرحلة الثانية مثال أعىل ألن مركب Y الجزب للمركب x أعىل مما لو كان عليه بدون المرحلة السابقة. الن قبلها فيكون الضغط األخف قد تصاعد يف للمرحلة ي وبالتاىل لن يحدث ذلك أبدا وهكذا). سيكون من المكلف للغاية ترتيب عملية الفصل كما هو موضح يف الشكل رقم ( )9-1 لذلك فإنه بدال من ذلك يمكن الحصول عىل نفس التأثت يف وعاء ضغط عمودي طويل مع درجة حرارة باردة يف األعىل ودرجة حرارة ساخنة يف القاع. تسم هذه الوحدة "مثبت" (.)stabilizer 222 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

223 شكل 9-1. فواصل متعددة للفصل الثال ي ب عند ضغط ثابت ودرجت حرارة تتصاعد تدريجيا. يطبق المثبت نفس مبادئ الفاصل متعدد المراحل باستثناء أن الفصل الفجا ي ب separation( )flash يحدث ي ف برج تثبيت tower( )stabilizer يعمل عند ضغط ثابت ولكن بدرجات حرارة متفاوتة. عادة ما يكون برج التثبيت هو وعاء ضغط عمودي. ومع ذلك يمكن أيض ا استخدام الرزم أو الحزم المنتظمة packing(.)structured عند إضافة الحرارة إىل قاع برج التثبيت تنشأ أبخرة الهيدروكربونات ثم ترتفع األبخرة الساخنة إىل األرفف األعىل )tray( حيث تمر األبخرة كفقاعات من خالل السائل الموجود عىل األرفف "الصوا ي ب" )tray( بذلك يتم تسخي السائل عن طريق األبخرة الساخنة ال ي ر ن تبخر بعض السائل الهيدروكربو ي ب كما يتم تتيد األبخرة بدورها بواسطة السائل ويتم تكثيف جزء من البخار. تتكرر عملية التبخت والتكثيف هذه عىل كل صينية )tray( ي ف برج التثبيت. ومع سقوط السوائل ي ف برج التثبيت يتم تكثيف الهيدروكربونات الثقيلة بحيث ال تحتوي السوائل الهيدروكربونية ال ي ر ن تغادر برج التثبيت عىل أي من المكونات الهيدروكربونية الخفيفة وال يحتوي البخار الذي ر يتك الجزء العلوي من برج التثبيت عىل أي من المكونات الثقيلة. يتم التحكم ي ف الضغط البخاري pressure( )vapor للهيدروكربون السائل الذي يخرج من قاع التج عن طريق التحكم ي ف ضغط برج االستقرار ودرجة حرارة القاع. عند ثبات الضغط يمكن زيادة ضغط بخار المنتج الهيدروكربو ي ب السائل عن طريق خفض درجة الحرارة السفلية أو انخفاضها عن طريق زيادة درجة الحرارة ي ف قاع المثبت. يوضح الشكل 3-1 نظام تثبيت الهيدروكربونات السائلة حيث يتدفق إنتاج البت إىل فاصل ثال ي ب الطور ( Three-phase )separators يعمل عند ضغط عا ي ىل ينفصل الغاز ويخرج من أعىل الفاصل وتخرج السوائل من نهاية الفاصل حيث يتم تتيدها نظرا ألنها تحتوي عىل نسبة عالية من المركبات الخفيفة. يدخل السائل المتد إىل برج التثبيت قريبا من أعاله عند ضغط ر يت اوح بي 811 إىل 911 رطل لكل بوصة مربعة. عندما يسقط السائل الهيدروكربو ي ب من صينية إىل صينية )tray( ي ف برج التثبيت يتم تسخينه بواسطة الغازات الساخنة المتصاعدة من القاع وال ي ر ن تتشب عت السائل. ي ف كل رف أو صينية تتبخر بعض السوائل وتتكثف بعض الغازات الساخنة. 223

224 تصبح السوائل ال ر ن ي تسقط إىل القاع ي ف برج االستقرار أكت ثراء وثراء ي ف المكونات الهيدروكربونية الثقيلة وتصبح فقتة ي ف الهيدروكربونات الخفيفة. الشكل 3-1. رسم توضي ي ح لمثبت هيدروكربو ي ب بارد التغذية. ي ف الجزء السف ي ىل من برج االستقرار يتم سحب بعض من السائل لتسخينه ثم إرجاعه مرة أخرى إىل قاع برج التثبيت "إعادة تدوير" وذلك للحفاظ عىل درجة حرارة القاع ي ف التج إىل ما يقرب من 911 إىل 411 فهرنهيت. يمكن أن يكون مصدر الحرارة حمام يسخن باللهب المبا ر رس bath( )direct-fired أو باللهب غت المبا ر رس bath( )indirect-fired أو عن طريق مبادل حراري exchanger(.)heating media للحصول عىل منتج له ضغط بخاري معي من قاع المثبت عند ضغط منخفض سيتطلب ذلك حرارة منخفضة ي ف القاع بينما إن كان ضغط التشغيل عاليا سيتطلب ذلك درجة حرارة عالية للحصول عىل نفس مواصفات المنتج. يكون سائل الهيدروكربونات الذي ر يتك برج التثبيت عند درجة حرارة قاع التج ي ف حالة توازن مع األبخرة ويكون عند نقطة الفقاعة point(.)bubble يتم تتيد السائل الذي يغادر برج التثبيت قبل الذهاب إىل التخزين أو خط األنابيب. األبخرة الهيدروكربونية ال ي ر ن تغادر الجزء العلوي من برج التثبيت تكون ي ف حالة توازن مع السوائل الموجودة ي ف أعىل صينية" أعىل التج" وتكون ي ف نقطة الندى الخاصة بها point(.)dew أحد اعتبارات التصميم ال ي ر ن يجب معالجتها ي ف تصميم نظام المثبت هو ما إذاكنت ستستخدم تغذية باردة )cold-feed( أو نظام االرتداد.)reflux( ال يحقق برج التثبيت الذي يعمل عىل التغذية الباردة كما ي ف الشكل 3-1, جودة فصل كبتة بي المركبات الخفيفة والمركبات الثقيلة إن لم يكن به نظام ارتاد reflux( (, وبالتا ي ىل معدل ر استداد مصاريف ر التكيب ال تكون عالية. 224

225 ل ي ك يتم استخدام نظام ارتداد ي ف برج التثبيت, يتطلب ذلك مبلغ إضافية ر للتكيب "أصول ثابته" مما يزيد تكلفة األصول )ارتفاع (, CAPEX وأيضا زيادة ي ف مصاريف التشغيل )ارتفاع ) OPEX لكنه يحقق ر استدادا أعىل للمرصوفات وربحية أعىل : أبراج التثبيت ذات التغذية الباردة برج التثبيت التقليدي هو برج تقطت يسحب جزء منه من القاع إلعادة تسخينه ي ف سخان )reboiler( ولكن ال يوجد به مكثف علوي )راجع الشكل 3-1(. ويع ي ن عدم وجود المكثف العلوي أنه ال يتم تكثيف للغاز الخارج من أعىل التج وإرجاعه إىل التج. وهكذا يتم إدخال التغذية عىل الرف العلوي ويجب أن تكون التغذية الباردة كافية لتوفت التتيد الالزم لتشغيل برج التثبيت )تكون التغذية كافية لتكثيف المركبات المطلوب تكثيفها من األبخرة المتصاعدة(. وذلك ح ر ن ال تضيع المكونات المتوسطة وتخرج من أعىل برج التثبيت وربما يتطلب األمر أحيانا وضع متد لخفض درجة حرارة التغذية الداخلة إىل التج. تؤدي إضافة متد عىل خط التغذية الداخلة إىل المثبت إىل خفض درجة حرارة السائل الهيدروكربو ي ب الداخل وبالتا ي ىل إىل خفض نسبة المكونات الوسيطة ال ي ر ن تتحول إىل البخار عىل الرف العلوي كما يؤدي التتيد إىل زيادة ر استداد هذه المكونات ي ف السائل. ومع ذلك كلما كانت التغذية الداخلة أكت برودة كلماكانت الحرارة المطلوبة من السخان )reboiler( لضبط درجة حرارة القاع أكت. إن كانت درجة حرارة القاع أقل من المطلوب, سيؤدي ذلك إىل وجودكمية كبتة من المركبات الخفيفة ي ف السائل, وبالتا ي ىل قد يتم تجاوز حدود ضغط البخار للسائل )RVP(.إضافة إىل ذلك قد يشجع انخفاض األبخرة الغازية للمكونات الخفيفة إىل تبخر بعض المكونات المتوسطة )عن طريق خفض الضغط الجز ي ب( ي ف خزان التخزين. هناك توازن بي كمية التتيد الداخل وكمية إعادة التسخي المطلوبة. يجب أن ي ي ق السائل الهيدروكربو ي ب الخارج من أسفل برج التثبيت بضغط البخار المحدد فيتم تصميم برج التثبيت لزيادة جزيئات المكونات الوسيطة ي ف السائل دون تجاوز مواصفات ضغط البخار. ويتم تحقيق ذلك عن طريق طرد الحد األقىص لعدد جزيئات الميثان واإليثان من السائل والحفاظ عىل أكت قدر ممكن من األطراف الثقيلة من الخروج مع الغاز. يكون السائل الساخن الخارج من برج التثبيت عند نقطة الفقاعة point( )bubble ي ف ظروف الضغط ودرجة الحرارة لتج التثبيت, لذلك يجب تتيده بشكل كاف لتجنب حدوث تبخر عندما يدخل ي ف صهري ج التخزين عند الضغط الجوي. يمكن استخدام الغاز العلوي الخارج كوقود أو يتم ضغطه مع غاز البيع. أي مياه تدخل برج التثبيت مع التغذية الداخلة إليه ستتجمع ي ف منتصف التج بسبب نطاق حرارة غليان الماء هذه المياه ال يمكن أن ر تتك لتخرج مع المنتج السائل من أسفل التج أوكبخار مع الغاز الخارج من أعىل التج لذلك ينب ي ع اتخاذ تدابت إلزالة هذه المياه من صينية بالقرب من منتصف التج. يعمل تسخي الهيدروكربونات السائلة ي ف برج المثبت عىل فصل ممتاز للماء عن السائل الهيدروكربو ي ب "الخام" وعادة ما تؤدي قدرة فصل الماء الممتازة لالستغناء عن سخان للفصل treater( )heater أو أي نظام تصفية للمياه من الخام.)liquid dehydration system( 5-2-6: أبراج التثبيت مع االرتداد "االرتجاع" Reflux( )Stabilizer with يوضح الشكل 4-1 نظام برج تثبيت ي نموذخ مع ارتداد ومبادل حراري لتسخي جزء من السائل أسفل التج وإعادته. ي ف هذا اآلب من البت بواسطة تبادل حراري مع المنتج السف ي ىل ثم توجيهه إىل ما يقرب من منتصف التكوين يتم تسخي السائل ي ر ارة التغذية. يتم التحكم ي تقريبا لدرجة حر ف درجة الحرارة أعىل برج التج حيث تكون درجة الحرارة ي ف المنتصف مساوية التثبيت بواسطة تتيد وتكثيف جزء من أبخرة الهيدروكربونات ال ي ر ن تخرج من التج ثم تضخ السوائل الهيدروكربونية الناتجة إىل التج. هذا يحل محل تكوين التغذية الباردة ويسمح بتحكم أفضل ي ف مواصفات المنتج العلوي وبالتا ي ىل ر استداد أعىل قليال من المكونات الثقيلة. كما يؤدي هذ التكيف وعودة السائل البارد المتكثف إىل خفض التبخر الفجا ي ب للتغذية اآلتية. 225

226 مبادئ هذا التكوين ي ه نفسها ال ي ر ن سبق عرضها ي ف نظام التثبيت ذو التغذية الباردة أو أي برج تثبيت آخ ر. فعندما يسقط السائل عت التج فإنه ينتقل من صينية إىل صينية ويزداد ي ثراء ف المكونات األثقل وزنا أكت ويزداد فقرا ي ف المكونات األخف وزن ا. يتم تتيد سائل الهيدروكربون الخارج من التج عن طريق المبادل الحراري بواسطة التغذية القادمة من اآلبار قبل التدفق إىل صهري ج التخزين أو خط األنابيب. ي ف الجزء العلوي من برج التثبيت يتم تكثيف المكونات الهيدروكربونية المتوسطة الخارجة مع الغاز ويتم فصلها ثم ضخها مرة أخرى إىل برج التثبيت ورشها ألسفل عىل الصينية العلوية. يسم هذا السائل مرتد "راجع" )reflux( والفاصل ثنا ي ب الطور separator( )two-phase الذي يفصله من الغاز يسم "خزان "reflux أو drum"."reflux يؤدي االرتجاع ر انتاع نفس وظيفة التغذية الباردة ي ف التتيد وتثبيت مكونات التغذية الداخلة. يتسبب المرتد السائل البارد ي ف الهيدروكربونات المتوسطة المتصاعدة مع الغاز وإسالتها لتسقط من الغاز المتصاعد ألعىل التج. تعتمد الحرارة المطلوبة للتسخي للسائل من أسفل التج عىل كمية التتيد المتم ي ف المكثف. كلماكان المكثف أكت برودة كلماكان المنتج أكت نقاء وكلما كتت النسبة المئوية للمكونات المتوسطة ال ي ر ن سيتم ر استدادها ي ف الفاصل ويتم االحتفاظ بها من الخروج مع الغاز. كلما زادت درجة حرارة القاع زادت النسبة المئوية للمكونات رسيعة التبخر المتصاعدة من القاع وبالتا ي ىل انخفض ضغط بخار سائل القاع. التوازن الحراري خالل برج التثبيت هو جزء من التصميم فالحرارة تخرج من برج التثبيت ي ف شكل أبخرة ي ف األعىل ويجب أن يكون منتج القاع السائل متوازنا بالحرارة الداخلة من التغذية ومن وحدة إعادة التسخي.)reboiler( برج التثبيت مع االرتداد يستطيع استعادة المكونات المتوسطة من الغاز أكت من برج التثبيت ذو التغذية الباردة. ومع ذلك فإنه يتطلب المزيد من المعدات لل ت التشغيل. يجب تتير هذه التكلفة اإلضافية من خالل االستحقاق الصا ي ر شاء وال ر كيب و ف ر المتايد ناقص ع وفقدان قيمة التسخي value( )heating عىل الستدا ب ر تكلفة انكماش الغاز الطبي ي د السائل الهيدروكربو ي تلك ال ي ر ن تم الحصول عليها من مثبت التغذية الباردة. الشكل 4-1 نظام برج تثبيت ي نموذخ مع ارتداد ومبادل حراري لتسخي جزء من السائل أسفل التج وإعادته. 226

227 معالجة ر البتول والغاز :3-1 وصف المعدات المستخدمة :1-3-6 برج التثبيت الصواب ( )tray أو الحشو "التعبئة" تجزين" ( )fractionation tower عن طريق برج التثبيت هو برج تجزئة "فصل (.)packing يوضح الشكل 5-1 برجا مثبتا به صواب غطاء الفقاعة (.)bubble cap trays تستخدم الصواب أو التعبئة المنظمة أو التعبئة العشوائية يف التج لتعزيز االتصال بي البخار المتصاعد وبي الحالة السائلة مما يسمح بنقل الكتلة والحرارة من مرحلة إىل أخرى (.)transfer of mass and heat تدخل التغذية إىل برج التثبيت ذو التغذية الباردة بالقرب من الجزء العلوي من التج وعند أو بالقرب من صينية حيث تتطابق أو تتشابه ظروف برج التثبيت ومكونات التغذية اآلتية مع الظروف المشابهة يف أبراج التغذية مع االرتداد (.)reflux تسقط السوائل الموجودة يف برج التثبيت إىل أسفل عن طريق المخفض لألسفل ( )downcomer عت األرفف الصواب ( )tray فوق الحاجز ( )weir يف الطريق إىل المخفض ( )downcomer لألسفل إىل الرف الذي تحته. تزداد درجة أو الحرارة يف كل صينية مع هبوط السوائل من صينية إىل أخرى. تصعد الغازات الساخنة إىل برج التثبيت وتمر فقاعات الغازات من خالل السائل الموجود فوق الصينية حيث يتم تكثيف بعض المكونات الثقيلة يف الغاز ويتم تبخر بعض المكونات األخف يف السائل. يصبح الغاز أصغر حجما وأكت فقرا يف الهيدروكربونات الثقيلة أثناء انتقاله لألعىل يف برج الن تغادر التثبيت. بينما تصبح السوائل المتساقطة أغن وأكت ثراء يف المكونات الهيدروكربونية الثقيلة. تحتوي األبخرة ي الجزء العلوي من برج التثبيت عىل الحد األدب من كمية الهيدروكربونات الثقيلة بينما يحتوي السائل الذي ريتك قاع التج عىل الحد األدب من الهيدروكربونات الخفيفة. تعمل أبراج التثبيت عادة عند ضغوط رتتاوح بي 811 إىل 911 رطل لكل بوصة مربعة. : األرفف والحشو ( )Trays and Packing كلما ازداد عدد المراحل كلما اكتمل االنقسام الجيد بي المكونات ولكن التج األطول سيكون أكت تكلفة. عادة ما تحتوي معظم أبراج التثبيت عىل خمس مراحل نظرية. يف التج المعزز باالرتداد ( )refluxed tower يعرف القسم الموجود أعىل مدخل التغذية باسم قسم التصحيح ( )rectification بينما يعرف الجزء الموجود أسفل التغذية باسم قسم التجريد (.)stripping يحتوي قسم التصحيح عادة عىل مرحلتي لالتزان فوق التغذية وعادة ما يحتوي قسم التجريد عىل ثالث مراحل لالتزان. "الصوائ" ( )trays األرفف بالنسبة لمعظم األرفف فإن السائل يتدفق عت منطقة نشطة يف الرف يتجه من خالل "المخفض" ( )downcomer إىل التاىل أدناه وهكذا. حواجز الدخول والخروج يتحكمون يف توزي ع السائل عت األرفف. يتدفق البخار لألعىل يف برج الرف (وبالتاىل يتالمس) مع السائل المتدفق عت الرف. يتم التحكم بتوزي ع البخار بواسطة : التثبيت ويمر (صواب أو أرفف الغربال) ( )sieve trays ثقوب يف سطح قاعدة األرفف (صواب بأغطية تفتح بمرور الغازات) ( )bubble cap trays أو أغطية فقاعة (صواب الصمام) (.)valve trays الصمامات عموما إىل أرب ع فئات : الصوائ يتم تقسيم صواب الغربال ( )Sieve trays صواب الصمام ( )Valve trays صواب غطاء فقاعة ( )Bubble cap trays و 227 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

228 صوا ي ب عالية السعة / عالية الكفاءة trays(.)high capacity/high efficiency الشكل 5-1. رسم توضي ي ح لتج تثبيت صوا ي ئ الغربال صوا ي ب المنخل أو الغربال ي ه الخيار األقل تكلفة ي ف األرفف. ي ف تلك الصوا ي ب يتدفق البخار المتدفق ألعىل عت التج إىل السائل عن طريق المرور عت ثقوب صغتة ي ف أرضية األرفف )الشكل 1-1(. الصوا ي ب المنخل تعتمد عىل رسعة البخار الستبعاد السوائل من السقوط من خالل الثقوب ي ف أرضية الدرج. إذا كانت رسعة البخار أقل بكثت من التصميم فسوف يبدأ السائل بالتدفق خالل الثقوب بدال من التول عن طريق المهبط "المخفضات" هذا الوضع يعرف باسم البكاء. عندما شديدا ب الغربال غت عملية إن كان هناك انخفاض يكون البكاء ستكون كفاءة التوازن منخفضة جدا. لهذا السبب فإن صوا ي ي ف السعة عن قيمة التصميم "لديها نسبة سماحية صغتة النخفاض السعة" ratio(.)very small turndown صوا ي ئ الصمام صوا ي ب الصمام ي ه صوا ي ب غربال معدلة بشكل أسا ي س. مثل صوا ي ب الغربال يتم ثقب الثقوب ي ف أرضية الدرج. ومع ذلك فإن هذه الثقوب أكت بكثت من تلك الموجودة ي ف صوا ي ب الغربال ويتم تركيب ي ف كل من هذه الثقوب جهاز يسم "صمام". يتدفق البخار ي ف التج ألعىل خالل السائل عن طريق المرور من خالل الصمامات ي ف أرضية الصينية )الشكل 7-1(. يمكن أن تكون الصمامات ثابتة أو متحركة. تكون الصمامات الثابتة مفتوحة بشكل دائم وتعمل كصفائح تغيت مسار للبخار الخارج 228

229 معالجة ر البتول والغاز ( )deflector من أرضية الدرج. بالنسبة للصمامات المتحركة يقوم البخار المار خالل أرضية الدرج برفع الصمامات اعتمادا عىل ر الشكة المصنعة والتطبيق. تأب الصمامات المتحركة يف مجموعة متنوعة من التصاميم واالتصال بالسائل. ي عند انخفاض معدالت البخار تغلق الصمامات مما يساعد عىل منع السوائل من السقوط من خالل الثقوب الموجودة عىل سطح الصينية. عند معدالت بخار منخفضة جدا ستبدأ علبة الصمامات يف البكاء. بمعن أن بعض السوائل سوف تتشب عت الصمامات بدال من االنسياب إىل المخفضات (.)down-comers عند معدالت بخار منخفضة للغاية من المحتمل أن كل السائل سوف يسقط من خالل الصمامات ولن يصل أي سائل إىل المخفضات. ويعرف هذا البكاء الشديد باسم "اإلغراق". وعند هذه النقطة فإن كفاءة الصينية (الرف) تقارب الصفر. الشكل. 1-1 صعود الغاز من خالل صينية الغربال. الشكل.7-1 صعود الغاز من خالل صينية الصمامات. صوائ غطاء فقاعة ( )Bubble cap trays الفقاع يتدفق البخار يف التج ألعىل خالل السائل عن طريق المرور بأغطية فقاعية (الشكل.)1-1 الغطاء صواب يف تتكون كل مجموعة من مجموعات غطاء الفقاعة من الناهض وقبعة (.)riser and a cap يمر البخار المتصاعد من خالل الناهض يف أرضية الصينية ومن ثم يتحول نحو األسفل كفقاعات يف السائل المحيط بالقبعة. بسبب تصميمها ال يمكن أن تبك علب غطاء الفقاعة. ومع ذلك فإن أرفف غطاء الفقاعة تكون أكت تكلفة أيضا وتكون أقل سعة لمرور البخار / وأكت صواب الغربال (.)lower vapor capacity/higher pressure drop أو الصمام صواب من الضغط ف انخفاض صوائ عالية السعة / عالية الكفاءة. / وه تحقق عادة كفاءات وقدرات أعىل كل الصواب عالية السعة عالية الكفاءة لديها صمامات أو فتحات غربال أو كليهما ي من البائعي الرئيسيي لديهم نسختهم الخاصة من هذه األرفف والتصاميم تعتت ملكية خاصة بكل منهم. 229 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

230 معالجة ر البتول والغاز الشكل.1-1 تدفق البخار خالل صينية غطاء الفقاعة الصوائ وارتفاع برج التثبيت كفاءة واب التثبيت بصفة عامة لها 71 نسبة كفاءة لمرحلة االتزان (.)a 70% equilibrium stage efficiency أي أنه بشكل عام ص ي الصواب المحتسبة نظريا. المسافة بي الصواب تتوقف عىل ارتفاع الرذاذ من السائل وعىل التعويض يف يلزم عمليا 8.4 من الصواب عادة المخفض "ارتفاع السائل يف المخفض" (. )spray height and the down-comer backup تتاوح مسافات بي الداخىل وحركة مرور ه األكت شيوعا) اعتمادا عىل التصميم المحدد والبخار من 91 إىل 31 بوصة (مع كون 94 بوصة ي السائلة. قد يزيد تباعد الدرج عند ارتفاع ضغط التشغيل (أكت من )psia 815 بسبب صعوبة فصل البخار عن السائل يف المناطق النشطة يف الدرج. الحشو "التعبئة" ( )Packing عشواب ومنظم. الحشو " التعبئة " عادة نوعان : توزي ع السائل يف أرفف الحشو يعتمد عىل حركة مرور البخار وحركة السائل الداخىل ونوع الحشو المستخدم وجودة السائل الموزع فوق رف الحشو. يمكن أن تكون مواد الحشو من البالستيك أو المعدن أو الستاميك. يمكن التعبت عن كفاءة الحشو بمصطلح "ارتفاع مكاف للوحة النظرية" (.)HETP التعبئة العشوائية رف "رسير" من التعبئة العشوائية يتكون عادة من داعم الرف " ( " bed support غالبا هو لوح مرور الغاز) الذي يتم وضع قطع الحشو فوقه عشوائيا ( وعادة ما يتم سكب أو إلقاء الحشو عليه). يف بعض األحيان يتم وضع حدود عليا للرف ربما تأب يف مجموعة متنوعة من األشكال واألحجام. بالنسبة كحاجز لمنع قطع الحشو من الهجرة أو الصعود. التعبئة العشوائية ي ألي شكل من أشكال الحشو تكون األحجام الصغتة ذات كفاءات أعىل وسعات أقل من األحجام الكبتة. العشواب. الشكل 2-1 يبي مجموعة متنوعة من تصميمات الحشو وه أجهزة منخفضة ه قطع قصتة من األنابيب ي يعرف التصميم القديم بحلقة راشنج (.)Rasching ring حلقة راشنج ي السعة منخفضة الكفاءة وتتسبب يف فرق ضغط مرتفع. معيار الصناعة اليوم هو الحلقة المعدنية (.)Pall إن الرف "الشير" المعبأ من الحلقات المعدنية ذات البوصة الواحدة سيكون له كفاءة نقل ( )mass transfer أعىل للكتلة وسعة أعىل من حواىل 31 بوصة. هذا أكت ه رسير من حلقات الراشنج 8 بوصة. إن HETP لحلقة معدنية طولها 9 بوصة يف جهاز التثبيت ي 230 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

231 معالجة ر البتول والغاز نموذخ بتج) والذي يتطلب 34 بوصة ( 8.4 صينية المسافة بي الصواب نموذخ (صينية أو رف بقليل من تصميم رف 94 بوصة) للوحة أو طور نظري واحد بالتج. العشواب. الشكل.2-1 قطع الحشو "الحشو" التعبئة الهيكلية ( )Structured Packing الهيكىل يتكون من دعم الشير الذي توضع عليه عنارص التعبئة المنظمة. عادة ما تتسبب الرف "الشير" المعبأ بالحشو أرفف الحشو الهيكلية يف فرق ضغط أقل مقارنة بأرفف "أرسة" الحشو العشوائية عند نفس كفاءة نقل الكتلة. تتألف عنارص التعبئة الهيكلية من شبكات (معدنية أو بالستيكية) أو منسوجة (معدنية أو بالستيكية) أو من صفائح رقيقة معقوفة (معدنية أو بالستيكية أو خزفية) مكدسة لبعضها البعض. الشكل.81-1 الصواب. هيكىل "منتظم" يوفر انتقال كتلة أفضل من الشكل.81-1 حشو الصوائ أم التعبئة. الحاىل وضغط واالقتصاد تحديث) أو جديد (برج وع المش نطاق خالل من الخيار تحديد يتم شاملة إجابة توجد ال التشغيل ومرونة التشغيل المتوقعة والخصائص الفتيائية. 231 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

232 معالجة ر البتول والغاز عمليات التقطت بالنسبة لعمليات التقطت كما هو الحال يف تثبيت الهيدروكربون فإن تصميم الصينية مفهوم بشكل جيد والعديد من ه المعيار. ومع ذلك صواب الغطاء الماض كانت الصواب أكت من التعبئة "الحشو". يف المهندسي أكت راحة مع الفقاع ي فه ليست شائعة االستخدام يف هذه الخدمة بعد اآلن. صواب المنخل غت مكلفة ولكنها تقدم نطاق تشغيل ضيق للغاية. صواب الغربال إال أنها تحتوي من أوسع تشغيل نطاق تقدم الصمام صواب أن من الرغم عىل الصمام بصواب مقارنتها عند وبالتاىل قد تتطلب المزيد من الصيانة. يمكن أن تكون األرفف عالية السعة / عالية الكفاءة أكت تكلفة من عىل أجزاء متحركة الصواب ذات السعة العالية / الكفاءة العالية أبراج تثبيت ذات قطر أصغر صواب الصمام القياسية. ومع ذلك تتطلب بحيث يمكنها توفت ضخم يف التكلفة اإلجمالية لتج التقطت. تستخدم عادة التعبئة العشوائية يف أبراج ذات قطر صغت (< 91 بوصة). هذا ألنه أسهل وأقل تكلفة لتعبئة الحشو يف هذه األبراج ذات القطر الصغت. ومع ذلك فإن العشواب" تكون عرضة األرسة " العشوائية المعبأة " األرفف المعبئة بالحشو للتوجيه ( " )channeling حدوث قنوات لمسارات الغاز المار بها" ولها خصائص انحدار ضعيفة ( )poor turndown عند الصواب ألقطار التج أكت من 91 بوصة. بالصواب. لهذه األسباب فضلت مقارنتها عمليات االنتاع ( )Stripping Service االنتاع كما هو الحال ف ر ف عمليات ر انتاع الماء بالجاليكول أو تالمس األمي ( )amine contactor فإن أرفف غطاء الفقاعات.. الهيكىل المجعد التصميم الجيد لتوزي ع البخار هو األكت شيوعا يف السنوات األختة كانت هناك حركة متنامية نحو الحشو والسائل ر الن يمكن الحصول عليها باستخدام بالتامن مع الحشو الهيكىل المنظم ربما يؤدي إىل أبراج انتاع أصغر وأقرص من ي لصواب. ا : غالية المثبت ( )Reboiler الغالية ( " )Reboiler تقوم بإعادة تسخي جزء من السائل الخارج من برج التثبيت. مصدر الحرارة المستخدمة يف برج التثبيت لتكوين أبخرة هو التسخي يف الغالية.reboiler يتم التحكم يف نقطة غليان السفىل بالتحكم يف الحرارة الناتجة من الغالية جنبا إىل جنب مع ضغط تشغيل المثبت يتحكم هذان اإلجراءان يف المنتج السفىل. ضغط البخار من المنتج اف القاع تتاوح درجات حرارة الغالية عادة من 911 إىل 411 فهرنهيت اعتمادا عىل ضغط التشغيل وتكوين المنتج ي ومتطلبات ضغط البخار. من المهم مالحظة أن درجات حرارة الغالية يجب أن ر تبق إىل الحد األدب لتقليل متطلبات الحرارة والحد من تراكم الملح ومنع مشاكل التآكل. إن الحفاظ عىل ضغط تشغيل المثبت أقل من 911 رطل لكل بوصة مربعة ( )psig سوف يؤدي إىل انخفاض حرارة الغاليات ألقل من 311 درجة فهرنهيت. يمكن استخدام وسط تسخي ماء جاليكول يف مبادل حراري لتوفت الحرارة. تتطلب ضغوط استقرار أعىل استخدام البخار أو وسائط تسخي هيدروكربونية. العاىل يقلل من الفصل التشغيل عند الضغط الفجاب ( )flash separation عند دخول برج المثبت ويقلل من كمية التتيد الهيدروكربوب ليعمل ما بي 811 إىل 911 رطل لكل بوصة المطلوبة للتغذية. بشكل عام يجب تصميم مثبت السائل مربعة.psig اختيار مصدر الحرارة لتج التثبيت يعتمد عىل الوسط وعىل ضغط التشغيل. : متد المثبت ( )Stabilizer Cooler ليتك التج قبل أن يذهب إىل الخزان أو إىل خط أنابيب. قد ر يتم استخدام المتد ف برج التثبيت لتتيد المنتج السفىل ر تشتط درجة حرارة منتج القاع بمواصفات العقد أويتم تخفيضها لمنع فقدان األبخرة من خزان تخزين جوي. 232 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

233 بالنسبة للمثبت مع نظام االرتداد "الرجوع" )reflux( يمكن تتيد منتج القاع عن طريق تبادل الحرارة مع التغذية الداخلة إىل المثبت : نظام االرتداد " ارتجاع" )Reflux( ي ف المثبت يتكون نظام االرتجاع من مكثف االرتجاع condenser( )reflux وخزان تجميع لالرتجاع accumulator( )reflux ومضخات االرتجاع pumps( (. reflux يتم تصميم النظام ليعمل عند درجة الحرارة المطلوبة لتكثيف جزء من األبخرة ال ر ني تخرج من الجزء العلوي من المثبت. يتم تحديد درجة الحرارة المطلوبة للتشغيل عن طريق حساب درجة حرارة نقطة الندى ي ف البخار الخارج وكمية الحرارة ستتناسب مع كمية السائل المرتد المطلوبة. نوع المبادل المختار لالرتجاع يعتمد عىل درجة حرارة التصميم المطلوبة للتكثيف بنظام االرتجاع. كلما انخفض ضغط التشغيل لتج التثبيت كلما قلت درجة الحرارة المطلوبة لتكثيف االبخرة. ي ف معظم ر التكيبات يمكن استخدام المبادالت المتدة بالهواء. قد تتطلب بعض ر التكيبات التتيد وتكوين مبادل من نوع وعاء وأنابيب.)shell-and-tube( يتألف خزان االرتجاع من فاصل ثنا ي ب الطور separator( )two-phase مع عدة دقائق من وقت المكوث time( )retention للسماح بفصل األبخرة والسوائل. عادة ما يقع خزان االرتجاع تحت مكثف االرتجاع مع انحدار لألنبوب من المكثف إىل المجمع. يعتمد حجم خزان االرتجاع عىل مقدار االرتجاع المطلوب والمقدار اإلجما ي ىل لألبخرة الخارجة من برج التثبيت. يتم ضبط مضخات االرتجاع لضخ السوائل االرتجاعية من خزان االرتجاع إىل أعىل برج التثبيت : متد تغذية برج التثبيت Cooler( )Stabilizer Feed قد يلزم وجود متد للتغذية الداخلة إىل برج التثبيت إذا تم استخدام برج تثبيت التغذية الباردة. الحسابات مطلوبة لتحديد درجة الحرارة المطلوبة ونوع مبادل الحرارة الالزم. عادة ما يكون هذا المبادل عبارة عن نوع وعاء وأنابيب مع نوع من المتدات مناسب لتتيد التغذية بشكل كاف : سخان تغذية برج التثبيت )Stabilizer-Heater( قد يلزم وجود سخان لتسخي تغذية أبراج التثبيت ال ي ر ن تعمل مع نظام ارتداد. إذا تم استخدام جهاز تسخي التغذية فإنه مباد ل من نوع وعاء وأنابيب ىل shell-and-tube الذي يقوم بتبادل الحرارة بي التغذية الباردة والمنتج السف ي عادة ما يكون الحار والذي يتم تتيده قبل االنتقال إىل التخزين أو خط األنابيب. يعتمد اختيار المعدات واتخاذ القرار بشأن استخدام التغذية الباردة أو نظام االرتجاع عىل عدد من العوامل. عند توافر مصادر الحرارة وتيارات لتتيد النظام ي ف محطة المعالجة سيؤثر ذلك تؤثر عىل القرار النها ي ب لالختيار كما تعتت اقتصاديات استداد المنتج و CAPEX و OPEX من االعتبارات الرئيسية. ر 4-1: تصميم برج التثبيت يمكن أن نرى من الوصف السابق أن تصميم كل من برج التثبيت ذو التغذية الباردة وبرج التثبيت مع نظام االرتجاع هو إجراء معقد. تتوافر عمليات محاكاة التقطت بالكمبيوتر )simulation( ال ي ر ن يمكن استخدامها لتحسي تصميم أي مثبت إذا كانت خصائص تدفق التغذية وضغط البخار المرغوب ي ف منتج القاع "السائل" معروفة. يجب أن تتم المحاكاة ألنظمة 233

234 نصح مثبتات التغذية الباردة واآلخر مع االرتداد قبل القيام بعملية االختيار. ونظرا للعدد الكبت للحسابات المطلوبة ال ي باستخدام تقنيات حساب اليد لتصميم عملية التقطت. هناك الكثت من الفرص لخطأ ي حساب. عادة تحدد مواصفات العقد الحد األقىص لضغط بخار ريد.)RVP( يتم قياس هذا الضغط وفق ا إلجراء اختبار خاص بالجمعية األمريكية الختبار المواد.)ASTM( يتم وضع عينة ي ف حاوية مفرغة بحيث تكون نسبة حجم البخار إىل حجم السائل 4 إىل 8. ثم يتم غمر العينة ي ف حمام سائل عند 811 درجة فهرنهيت وثم يتم قياس الضغط المطلق الذي هو RVP للمزي ج. ي ف الجدول 8-1 الضغوط البخاري لبعض المكونات الهيدروكربونية عند 811 درجة فهرنهيت. يتم حساب ضغط بخار الخليط بواسطة: VP = [ VPn x MFn ] Eq. 6-1 حيث : psia الضغط البخاري للمخلوط, رطل لكل بوصة مربعة مطلق, = VP psia رطل لكل بوصة مربعة مطلق, ", "n الضغط البخاري للمركب = VPn = MFn النسبة الجزيئية للمركب "" ي ف السائل. الضغط البخاري F ( psia )عند المركب 1) 5000 (C ميثان 2) 800 (C إيثان 3) 190 C )بروبان 4) 72.2 (i-c أيزو بيوتان ( C )بيوتان طبي ي ع ي (5 C )أيزو بنتان ) (C بنتان طبيع 15.6 C 6 5 C CO 2 - N 2 - H 2S 394 جدول 1-8, الضغط البخاري لبعض المركبات الخفيفة. :5-1 تحلية النفط الخام Sweetening( )Crude Oil النفط الخام الحامض oil( )sour crude يحتوي عىل نسبة من كتيتيد الهيدروجي والمتكابتان ومركبات الكتيت األخرى تمثل هذه النسب مشاكل معالجة غت عادية ي ف مرافق إنتاج حقول النفط. وجود كتيتيد الهيدروجي والمركبات الكتيتية األخرى ي ف البت يفرض العديد من القيود أهمهم ما ي ي ىل: * تقت ي ىص اعتبارات سالمة الموظفي والتآكل أن يتم خفض تركت H2S إىل مستوى آمن. * المواد النحاسية لها تفاعلية بشكل خاص مع مركبات الكتيت لذا يجب حظر استخدامها. * تحدث مشاكل تكست الهياكل الفوالذية بالجهد والكتيتيد cracking(.)sulfide stress * مركبات المركابتان )Mercaptans( لها رائحة ممتة منفرة. 234

235 معالجة ر البتول والغاز جنبا إىل جنب مع عملية تثبيت الخام تحدث تحلية النفط الخام ( )Crude Oil Sweetening فيما يسم "عملية مزدوجة" مما يسمح بالمناولة اآلمنة للخام ويحسن تسويقه. تستخدم ثالثة مخططات عامة لتحلية النفط الخام يف مرافق اإلنتاج : :1-5-6 التبخت عىل مراحل مع غاز نازع ( )Stage vaporization with stripping gas هذه العملية - كما يوخ اسمها - تستخدم الفصل عىل المراحل جنبا إىل جنب مع غاز للتع. الرئيىس لجعل الغاز حامضا ( )sour وهذا الغاز له ضغط بخار أكت من التوبان ولكنه كتيتيد الهيدروجي هو عادة السبب أقل من اإليثان. وبالتاىل فإن طرق الفصل العادي بالمراحل سوف تحرر اإليثان والتوبان من السائل إىل جانب كتيتيد الهيدروجي. يمكن تحسي كفاءة التع بالغاز عن طريق مزج غاز نازع "حلو" ( )sweet مع السائل الخارج من كل مرحلة فصل. الشكل 2-1 يمثل التبخت عىل مراحل مع التع بالغاز إلزالة الحموضة "تحلية" ( )sweeteing وتثبيت النفط الخام. تعتمد فعالية هذه العملية عىل الضغط المتاح يف فاصل المرحلة األوىل (كقوة دافعة) وعىل مكونات الخام وعىل المواصفات النهائية المحددة للزيت الحلو. شكل.88-1 تحلية الخام عن طريق الفصل بالمراحل والتع بالغاز :2-5-6 التثبيت باألرفف مع غاز نازع ( )Trayed stabilization with stripping gas يف هذه العملية يتم استخدام برج تثبيت باألرفف "الصواب" بدون استخدام نظام ارتجاع ( )nonreflux وذلك باإلضافة رئيىس إىل إىل استخدام الغاز الحلو كعامل نزع كما هو موضح يف الشكل.89-1 يتم تغذية الخام الذي يخرج من فاصل فجاب للخام الخارج من قاع التج الصينية العلوية من التج وي هبط الخام عكس اتجاه الغاز الحلو النازع. تتم عملية فصل يف فاصل منخفض الضغط ثم يتم إرسال الخام المحىل إىل خزانات المخزون يف حي يتم حرق األبخرة المجمعة من أعىل فاصل الغاز والخزان. ال يمكن تهوية هذه األبخرة يف الغالف الجوي بسبب اعتبارات السالمة. 235 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

236 الشكل تحلية الخام بتج تثبيت مع غاز نازع : التثبيت باألرفف مع إعادة تسخي سائل القاع stabilization( )Reboiled trayed هذه الطريقة ي ه أكت الوسائل فاعلية لتحلية الزيوت الخام الحامضة. يرد ي ف الشكل 83-1 شكل جهاز ي نموذخ لهذه الطريقة. عمل هذه الطريقة يشبه عمل برج التثبيت مع التع بالغاز باستثناء أن السخان "الغالية" reboiler يولد أبخرة نزع )هيدروكربونية( تتدفق ألعىل ي ف التج بدال من استخدام غاز نزع من مصدر ي خارخ. هذه األبخرة أكت فعالية ألنها تمتلك زخما للطاقة بسبب ارتفاع درجة الحرارة. نظر ا ألن كتيتيد الهيدروجي له ضغط بخار أعىل من التوبان فمن السهل نسبيا دفع كتيتيد الهيدروجي من الزيت. 236

237 الشكل تحلية الخام باستخدام برج تثبيت بالصوا ي ب مع إعادة تسخي سائل قاع التج. 237

238 الفصل السابع قياس معدالت التدفق 8-7: قياس الغاز :1-1-7 القياس باألورفيس Measurement( )Orifice-Meter جهاز األورفيس "مقياس الفتحة" هو أكت أجهزة القياس ال ي ر ن تعتمد عىل فرق الضغط بي نقطتي شيوعا فهو مقبول عىل نطاق واسع لالستخدام ي ف قياس أحجام السوائل أو الغازات. يتكون مقياس األورفيس "الفتحة" من مقياس ضغط ثابت ومقاييس تسجيل فرق الضغط "بي نقطتي " متصلة بفالنجة األورفيس أو وصلة تركيب األورفيس. يتكون أنبوب "األورفيس" run( )meter من مقاطع قبل وبعد األنبوب يتم تحديد حجمها وتفاوتها بحسابات تتوافق مع المواصفات المنصوص عليها ي ف.API Chapter 14.3 ويتم تركيب لوحة األورفيس ر كيبات مع ف عمودية عىل التدفق بواسطة الفلنجات أو وصالت تركيبها الخاصة. يجب أن تتوافق الت المواصفات الواردة ي API الفصل.84.3 للحصول عىل طرق أخرى للحسابات يمكن الرجوع إىل الفصل 84.3 من دليل API لمعايت القياس ر البتو ي ىل حساب كمية الغاز باستخدام األورفيس غالبا ما تكون هناك حاجة إىل حساب بسيط لحجم األورفيس المناسب لقياس الغاز وذلك ي ف حالة تركيب أورفيس جديد أو ي ف حالة التغيت ي ف معدل تدفق الغاز. هذه الخطوات ستعتمد عىل بيانات كمية تدفق قائمة أو ر مفتضة )Q( فرق ضغط مناسب )بوصة من الماء( عند ضغط ثابت معي رطل لكل بوصة مطلق water( )in of عند )psia( درجة حرارة تدفق تقديرية )F ) 0 كثافة محددة أو ر مفتضة. )sp.gr( يتم حساب معامل األورفيس من معادلة تدفق الغاز. ثم يتم مقارنة هذه القيمة المحسوبة بالجدول. 8-7 وعادة ما يتم تحديد الحجم األكت الذي ي ي ىل القيمة المحسوبة. 238

239 المفتاح مقياس الفتحة الداخلية للخط )االنبوب(. بوصة قطر األورفيس الداخ ي ىل الجدول 8-7. حجم األورفيس ومعدل التدفق ي التقرين للغازات الهيدروكربونية والغاز الطبي ي ع. )لألورفيس نوع الفالنجة( 239

240 ل) لتحديد حجم األورفيس يتم احتساب مفتاح الحجم Keyg لغاز ) باستخدام المعادلة 8-7. Qh = Keyg x Ftf x Fg (hw x Pf) 0.5 Eq. 7-1 حيث = Q h معدل التدفق, قدم مكعب قيا ي س / ساعة )F n (F c + F sl) = orifice factor( = معامل األورفيس = Key g T+460)/520] [(f 0.5 = عامل تغت درجة الحرارة عن الدرجة القياسية = F tf (1/ G gas Sp. Gr.) 0.5 = عامل تغت الكثافة النوعية عن كثافة الهواء = F g = h w فرق الضغط حول األورفيس. بوصة مياه ( 8 رطل لكل بوصة مربعة )psi( = 9.77 بوصة مياه( )psia.( ضغط التدفق. رطل لكل بوصة مربعة مطلق P= f المثال 8-7: احسب حجم األورفيس المستخدم ي ف خط للغاز حسب البيانات اآلتية: حجم الخط الداخ ي ىل )ID( = بوصة الكثافة النوعية Gravity( )Specific = درجة حرارة التدفق = 811 درجة فهرنهايت الضغط المتدفق = 75 رطل / بوصة مربعة مطلق )psia( معدل التدفق = قدم مكعب قيا ي س / ساعة scf/hr( 14200( فرق الضغط المطلوب ( ي ف حدود( = 51 بوصة من الماء الحل Ftf = (520/560) 0.5 = Fg = (1/0.7) 0.5 = ,200 = Keyg x (1.1952) (50 x 75) 0.5 Keyg = من الجدول 8-7 نبحث عن مقاس الخط )للتقريب خط مقاس 4 بوصة( مقابل لرقم قريب من مفتاح األورفيس الذي حصلنا عليه من الحسابات سنجد أن مقاس األورفيس سيكون 8 بوصة )الذي له قيمة 918(. من الممكن باستخدام المعادلة 8-7 حساب الغاز ي ف حالة معرفة مقاس األورفيس وفرق الضغط حوله وضغط التشغيل والحرارة وكثافة الغاز. حساب معدل التدفق مثال 9-3 احسب معدل تدفق الغاز من خالل األورفيس طبقا للبيانات التالية: قطر الخط الداخ ي ىل )D( = بوصة مقاس األورفيس = d 3.5 بوصة )نوع الفالنجة( د جر ة حرارة التدفق = 71 درجة فهرنهيت ضغط التدفق = 21 رطل لكل بوصة مربعة مطلق )psia( فرق الضغط = 11 بوصة مياه. ( 8 رطل لكل بوصة مربعة )psi( = 9.77 بوصة مياه( الكثافة النوعية للغاز = 1.75 الحل 240

241 من الجدول 8-7 Qh = Keyg x Ftf x Fg (hw x Pf) 0.5 Eq. 7-1 Ftf = (520/530) 0.5 = Fg = (1/0.75) 0.5 = Qh = 2646 (0.9905) (1.1547) (60 x 90) 0.5, Key g = 2646 Qh = 222,387 cu psia and 60 F قدم مكعب ي ف الساعة )5.3 مليون قدم مكعب قيا ي س ي ف اليوم( حسابات األورفيس أثناء اختبار اآلبار ي ف كثت من األحيان يكون من الرص وري تحديدكمية تدفق تقريبية للبت أو من فاصل اختبار بالحقل separator(.)test لقد كان استخدام "اختبار رأس البت" ممارسة شائعة منذ األيام األوىل لصناعة النفط والغاز. انظر الشكل 8-7. الشكل 8-7. اختبار رأس البت. مقدار التدفق الغازي تقريبيا يمكن تقديره من المعادلة Q = 16,330 (1 + β 4 ) (d 2 ) Ftf x Cg [H( H)] 0.5 Eq. 7-2 لتعديل الحرارة والكثافة النوعية للغاز تستخدم المعادلتان التاليتان F tf = [520/(460+T r)] 0.5 Eq. 7-3 C g = (0.6/ G gas Sp. Gr.) 0.5 Eq. 7-4 حيث scfd معدل تدفق الغاز قدم قيا ي س مكعب ي ف اليوم = Q = β نسبة قطر األورفيس عىل قطر الخطر الداخ ي ىل = F tf معامل الحرارة يتم حسابه من المعادلة 3-7 = C g معامل الغاز يتم حسابه من المعادلة 4-7 = H الضغط بوصة زئبق ( 8 رطل لكل بوصة مربعة )psi( = 9.14 بوصة زئبق( F درجة حرارة التدفق فهرنهيت = T f ) specific gravity at 60 F( كثافة الغاز النوعية عند 11 فهرنهيت = G 241

242 مثال 3-3 احسب معدل تدفق الغاز الذي يمر من خالل أورفيس 8 بوصة وخط قطره الداخ ي ىل بوصة. كثافة الغاز النوعية 1.7 ودرجة حرارة التدفق 11 فهرنهيت. والضغط قبل األورفيس 5 بوصة زئبق. الحل β = 1/3.068 = β 4 = β 4 = Ftf = 1 Cg= (0.6/0.7) 0.5 = Q = 16,330 (1 + β 4 ) (d 2 ) Ftf x Cg [H( H)] 0.5 Eq. 7-2 Q = 16,330 ( ) (1) x 1 x [5( )] قدم مكعب قيا ي س من الغاز ي ف اليوم. 190,000 scfd القياس بالموجات فوق الصوتية = جهاز القياس بالموجات فوق الصوتية )UM( هو جهاز استشعار رسعة المائع. )انظر الشكل 9-7( يتم تحديد رسعة الغاز المتدفقة من خالل أوقات عبور النبضات عالية ر التدد بي محو ي ىل طاقة متطابقي. يتم تعيي واحد عىل المنبع وآخر ي ف اتجاه مجرى التدفق. تتصل هذه المحوالت بجدار األنابيب ي الخارخ فال تتداخل مع تيار الغاز وبالتا ي ىل فإن انخفاض الضغط ي ف العداد صفر. توجد عدادات بسيطة ذات مسار واحد تتكون من زوج واحد من محوالت الطاقة ومسارات متعددة المسارات مع ثالثة أزواج أو أكت من محوالت الطاقة. يقيس كل زوج من محوالت الطاقة وقت العبور لكل نبضة صوتية مرسلة كما ي ف الشكل 9-7. ويرتبط الفرق ي ف أوقات العبور هذه بشعة الغاز عىل طول هذا المسار المحدد. يقيس عداد المسار الواحد رسعة متوسط المسار الوحيد عند ارتفاع واحد ي ف تدفق الغاز. نظر ا ألن معظم تدفق الغاز ليس متناظر ا تمام ا فإن استخدام مسار واحد UM قد يؤدي إىل عدم دقة حساب رسعة التدفق. ت ستخدم عدادات المسار الواحد بصفة عامة ي ف محطات التشغيل ولقياس غاز الشعلة و ي ه غت مقبولة عموم ا لقياس نقل الغاز التجارية بي ال ر شكات. يقيس عداد UM متعدد المسارات باستمرار رسعات ثالثة أو أكت عند ارتفاعات مختلفة ي ف تيار الغاز ي ف المنطقة المقاسة. يتم استخدام متوسط الشعات لحساب معدل تدفق الغاز. يوض باستخدام UM مع ثالثة مسارات أو أكت لقياس نقل الغاز التجارية بي ال ر شكات الشكل 9-7. جهاز القياس بالموجات فوق الصوتية 242

243 9-7 قياس السوائل عدادات القياس الحج ي م )األورفيس( يمكن تحديد قياس حجم السائل بواسطة األورفيس باستخدام المعادالت التالية Qh = Keyl x Fgt (hw) 0.5 Eq. 7-5 حيث F gt )gal./hr( معدل تدفق السائل. جالون ي ف الساعة. = Q h orifice factor معامل األورفيس = Key l = F n (F c + F sl) = معامل الكثافة والحرارة للسائل من المعادلة 1-7 Fgt = [1.0057/ (Gl) 0.5 ]x (Gf/Gl) 0.5 Eq. 7-6 h= w الفرق ي ف الضغط قبل وبعد األورفيس. بوصة مياه عند 11 فهرنهيت = G f الكثافة النوعية عند درجة حرارة التدفق )يتم استخراجها من جداول API أو من الشكل 3-7( = G l الكثافة النوعية عند 11 درجة فهرنهيت. مثال 4-3. احسب حجم األورفيس المناسب للمعطيات التالية قطر الخط الداخ ي ىل )D( = الكثافة النوعية للسائل عند 11 فهرنهيت= درجة حرارة التدفق = 11 درجة فهرنهيت معدل التدفق = 3411 جالون ي ف الساعة فرق الضغط المطلوب = 51 بوصة مياه الحل Fgt = [1.0057/ (Gl) 0.5 ]x (Gf/Gl) 0.5 Fgt = [1.0057/ (0.69) 0.5 ]x 1 = Qh = Keyl x Fgt (hw) = Keyl x (50) 0.5 Keyl = 397 بالرجوع للجدول 8-7 للبحث عن القيمة المساوية أو األكت للرقم )372( لخط بوصة نجد الرقم المقابل ألورفيس 8.5 بوصة 478 )عند 8.95 بوصة 391 فقط أصغر من المطلوب فال يصلح(. حساب معدل تدفق السوائل عن طريق األورفيس مثال 5-3 احسب معدل تدفق السائل حسب البيانات التالية قطر الخط )D( =8.071 بوصة. قطر األورفيس )d( = بوصة الكثافة النوعية عند 11 درجة فهرنهايت = درجة حرارة التدفق = 11 درجة فهرنهايت فرق الضغط = 31 بوصة من الماء 243

244 الحل Qh = Keyl x Fgt (hw) 0.5 Eq. 7-5 قيمة )l )Key من الجدول 8-7 ي ه 3345 لخط بوصة وأورفيس 4 بوصة. قيمة ( gt F( يمكن حسابها من المعادلة 1-7 Fgt = [1.0057/ (Gl) 0.5 ]x ( Gf/Gl) 0.5 Eq. 7-6 من الشكل 3-7 قيمة 89= API عند 11 فهرنهيت الكثافة النوعية عند 11 فهرنهيت )المكافئة ل 89= )API Sp.gr at 80 0 F (Gf) = 141.5/220.5 = Fgt = [1.0057/ (0.63) 0.5 ]x ( /0.63) 0.5 Fgt =1.267 x = إذن Qh = 3345 x (36) 0.5 = 25,649 gal/hr. معدل التدفق = جالون ي ف الساعة. 244

245 الشكل 1-7. الكثافة النوعية للمنتجات البتولية. 245

246 الفصل الثامن نظام اإلغاثة وترصيف الضغوط system( )Relief 1-8: مقدمة إن أهم أدوات السالمة ي ف منشأة اإلنتاج ي ه صمامات اإلغاثة "صمامات ترصيف الضغط" valves( )pressure relief ال ي ر ن تضمن عدم تعرض األنابيب والصمامات والتجهتات وأوعية الضغط للضغوط األعىل من ضغوط تصميمها. يجب أن تصمم صمامات اإلغاثة لتفتح بالكامل بشعة وأن يكون حجمها مناسب ا للتعامل مع التدفق الك ي ىل للغاز والسوائل ال ي ر ن يمكن أن تتسبب ي ف حدوث حالة ضغط زائد. يتم تركيب هذه الصمامات بحيث تقوم بترصيف الضغط عن طريق توجيه المحتوى المضغوط ي ف الوعاء أو األنبوب إىل مكان آمن حيث يمكن تهويته ي ف الغالف الجوي أو حرقه. طالما تعمل أجهزة التحكم ي ف الضغط والمستوى والتحكم ي ف درجة الحرارة بشكل صحيح فإن نظام األمان غت مطلوب " ي ف حالة التشغيل عند ظروف التصميم مع ثبات ي ف معدالت التدفق". إذا تعطل نظام التحكم بذلك فإن أجهزة األمان للحدود العليا للضغط والمستوى ودرجة الحرارة ستشعر بالمشكلة وتغلق الخط الداخل للوعاء "خط التغذية" وبذلك يزول الخطر عن الوعاء. ولكن إذا فشل نظام التحكم ولم تعمل مفاتيح األمان لغلق الخط الداخل للوعاء فستحتاج األوعية إىل صمامات إغاثة للحماية من الضغط الزائد. لذلك تعد صمامات اإلغاثة أساسية ألن مفاتيح األمان أحيانا تتعطل أو يمكن تجاهلها bypassed( ) ألسباب تشغيلية. أيضا ح ر ن عندما تعمل مفاتيح األمان بشكل صحيح فإن صمامات اإلغالق ن ي ف أوعية المنبع "مصدر التغذية" ( ر ن يمكن أن تضغط )upstream ال ي تستغرق وقت ا للعمل وقد يكون هناك ضغط مخز عىل المعدات ال ي ر ن تليها )downstream( خالل وقت إغالق صمامات اإلغالق valves(.)shut down لذلك تعتت صمامات اإلغاثة عنرص ا أساسي ا ي ف نظام أمان المنشأة. 9-1: تصميم ومتطلبات جهاز اإلغاثة: سد األنابيب بعده بأي سبب blocked( )can be يتطلب كود ASME أن كل وعاء ضغط من الممكن أن ي غلق مخرجه أو ت أن يكون لديه صمام ترصيف الضغط لتقليل زيادة الضغط نتيجة للتمدد الحراري expansion( )thermal للغازات أو السوائل المحتبسة. باإلضافة إىل ذلك يو ي ض المعهد األمري ي ك للمعايت ر البتولية API RP14C "تحليل وتصميم واختبار أنظمة السالمة السطحية األساسية ي ف منصات اإلنتاج البحرية" بتثبيت صمامات إغاثة ي ف مواقع مختلفة ي ف نظام اإلنتاج و 520 API "تصميم RP وتركيب أنظمة تخفيف الضغط ي ف المصا ي ف" تو ي ض ب ر شوط مختلفة لحساب الحجم المناسب 246

247 معالجة ر البتول والغاز لصمامات اإلغاثة. قد يكون من الصعب تحديد الحد األقىص لحجم صمامات إلغاثة المطلوبة ولكن يتم تحديد األحمال "السعة" لألنظمة من خالل ر لالفتاض العام " : لن تحدث حالتان طارئتان ال توجد عالقة بينهما افتاضات متحفظة وتحليل مفصل. وفقا "بمعن ال يمكن أن ناتجتي عن فشل معدات غت مرتبطة مع بعضهم أو خطأ المشغل يف وقت واحد" (ال خطر مزدوج) نفتض يف الحسابات أن معدات غت مرتبطة تفشل يف نفس الوقت أو أن تحدث أخطاء يف التشغيل يف عدة معدات غت مرابطة" ألن تعدد األخطاء أو المشاكل يف نفس الوقت لن يمكن حله. يجب النظر يف تسلسل األحداث المتوقع. يتطلب حساب وتطوير أحمال اإلغاثة أن يكون المهندس عىل دراية كاملة بتصميم الوحدات أو المحطة " "process بما يف ذلك نوع محركات المضخة المستخدمة ومصدر مياه التتيد وقطع الغيار المقدمة وتخطيط المحطة أو المصنع واألجهزة وفلسفة اإلغالق يف حاالت الطوارئ. يىل : ه كما ي يف تصميم مرفق اإلنتاج أكت رسوط التخفيف شيوعا ي :1-2-8 انسداد الخروج "إغالق المخرج" ( )Blocked Discharge خط الخروج ألي وعاء أو مضخة أو ضاغط أو سخان للخام أو أي عنرص آخر من المعدات من الممكن إغالقه بسبب عطل ميكانيك أو خطأ ر بشي. يف هذه الحالة تكون حمولة الترصيف "اإلغاثة" عادة الحد األقىص للتدفق الذي ينتج عن المضخة أو الضاغط أو أي مصدر تدفق آخر يف ظروف اإلغاثة (.)Relief conditions :2-2-8 التعرض للحريق ( )Fire Exposure والن قد تحدث يف منشأة معالجة الغاز ولكنها حالة تخلق متطلبات الن يمكن التنبؤ بها ي ه واحدة من أقل األحداث ي النار ي يمىل الترصيف القصوى. إذا كان الحريق يمكن أن يحدث عىل نطاق واسع يف المصنع ( )process فإن هذا الشط قد ي افيا فإن تأثت الحريق قد يكون مقصورا تحديد حجم نظام اإلغاثة بأكمله ومع ذلك بما أن المعدات قد تكون موزعة جغر عىل مساحة قطعة أرض محددة. سيكون توليد البخار أعىل يف أي منطقة تحتوي عىل عدد كبت من األوعية غت المعزولة. وقد تم تطوير معادالت تجريبية مختلفة لتحديد أحمال اإلغاثة من األوعية المعرضة للحريق. ظروف الحريق قد تزيد وىل والغاز. وىل أو أنظمة تحتوي كال من السائل البت ي الضغط بشدة عىل أنظمة مملوءة بالغاز أو السائل البت ي :3-2-8 تمزق "كش" األنبوب ( )Tube Rupture عندما يكون هناك فرق كبت بي ضغط تصميم جوانب الغالف واألنبوب ( )shell and tube للمبادل الحراري ( Heat ( )exchanger عندما تتعدى نسبة الضغط 8.5 إىل 8 أو أكت) يلزم وجود طريقة للتخفيف يف جانب الضغط المنخفض. عادة للتصميم يعتت أن التمزق حدث بأنبوب واحد فقط فيمكن حساب حجم تخفيف الضغط يف حالة تمزق أنبوب واحد باستخدام معادالت القياس المناسبة. ينبع النظر يف تأثتات التبخر كذلك عند اتصال وسائط "موائع" باردة بتيار متدفق ساخن الفجاب للموائع الباردة كما فجاب ناتج عن االنطالق المفاخ للبخار يف نظام سائل بالكامل. ينبع النظر يف إمكانية حدوث ضغط زائد :4-2-8 فشل صمام التحكم ( )Control Valve Failure يجب تقييم المواقف الفاشلة ألجهزة وصمامات التحكم بعناية. يف الواقع قد ال يفشل صمام التحكم يف الموضع المطلوب. قد يلتصق صمام يف وضع خاط ( )stick in the wrong position أو قد تفشل حلقة التحكم (.)control loop يجب توفت حماية اإلغاثة لهذه العوامل. يجب أن يستند تصميم حجم صمام اإلغاثة لهذه الظروف عىل معامالت التدفق (بيانات المعن. الشكة المصنعة) وفوارق الضغط لصمامات التحكم المحددة والمرفق 247 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

248 معالجة ر البتول والغاز :5-2-8 التمدد الحراري ( )Thermal Expansion إذا كان عزل خط المعالجة عىل الجانب البارد للمبادل يمكن أن يؤدي إىل ضغط زائد بسبب مدخل الحرارة من الجانب الساخن فيجب حماية الخط أو الجانب البارد من المبادل بواسطة صمام تنفيس. إذا كان من الممكن عزل أي بند أو خط معدات أثناء ملئه بالسائل يجب توفت صمام تنفيس للتوسع الحراري للسائل المتضمن. يمكن أن يؤدي العمل يف المصنع الشمىس أو وجود تغتات "محطة المعالجة" عند درجات الحرارة المنخفضة أو تعرض األنابيب أو المعدات لإلشعاع ملحوظة يف حرارة الطقس إىل وجوب الحماية الحرارية. كذلك يجب النظر يف التبخر الفجاب للسوائل ( )Flashing يف مثل هذه الحاالت فيلزم اعتبار تفري غ الضغوط من خالل صمام اإلغاثة. :6-2-8 فشل يف المرافق ( )Utility Failure قد يحدث فقدان مياه التتيد عىل مستوى المنطقة أو عىل نطاق واسع. المتأثر بذلك هو برج التجزئة ( fractionating الن تستخدم التتيد بالمياه. غالبا ما يكون فشل نظام التتيد بالمياه هو الحالة الحاكمة يف )columns والمعدات األخرى ي أنظمة تحديد حجم تبخر السائل. أيضا قد يحدث عطل يف الطاقة الكهربائية شبيه بفشل مياه التتيد عىل نطاق واسع أو عىل مستوى المصنع وقد يكون له مجموعة متنوعة من التأثتات مثل إيقاف المضخات الكهربائية ومحركات مروحة تتيد الهواء وإيقاف تشغيل الضاغطات الكهرباب قد يحتاج أو ينتج عنه أحمال إغاثة هائلة. الن تعمل بمحرك, لذلك فإن انقطاع التيار الكهرباب أم ال يف تصميم الهواب المشغل ألجهزة التحكم سواء كان مرتبطا بفشل التيار كذلك يجب مراعاة فشل النظام الهواب ستنقطع, مما سيؤدي إىل تحرك صمامات التحكم حجم نظام شعلة اللهب ","flare system ألن حلقات التحكم للوضع المحدد يف حالة "فقد الهواء" (لتغلق أو تفتح عند انقطاع الهواء), لذلك يجب اعتبار التأثت الناتج عىل نظام ترصيف الضغوط وشعلة اللهب يف تلك الحالة. قد يخضع الوعاء ألكت من ررسط واحد تحت سيناريوهات فشل مختلفة, فعىل سبيل المثال قد يكون فاصل الضغط خاضعا إلغالق الطريق أو األنبوب الخارج منه ( )blocked discharge وينفث الغاز ( )gas blowby من المنخفض العاىل الذي يسبقه وللحريق. ال يتم يف الحسابات الخاصة بالتصميم إال افتاض حدوث حدث واحد فقط فاصل الضغط من حاالت الفشل هذه يف أي وقت. يجب حساب حجم صمام اإلغاثة لكل معدل ترصيف مالئم وأكت حجم يستخدم. تظهر يف الجدول 8-1 حاالت التحكم المعتادة يف األوعية واألنابيب الشائعة. الوعاء فواصل اإلنتاج فواصل االختبار فواصل ضغط منخفض سيناريو الترصيف إغالق الخط الخارج إغالق الخط الخارج إغالق الخط الخارج أو تنفيث الغاز( )blowby من الفاصل الذي يسبقه حريق حريق أو تنفيث الغاز ( )blowby من الفاصل الذي يسبقه فشل صمام أو دائرة التحكم برج اتصال جليكول سخان الخام منق ( )Scrubber للوقود الغاز أو الستخدامات الغاز تمزق "كش" األنبوب مبادل حراري حريق منق للضواغط إغالق الخط الخارج الخط الخارج من الضواغط جدول.8-1 سيناريوهات أقىص معدل للترصيف 248 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

249 3-1: مناقشة عامة ال يمكن تعرض الوعاء للزيادة ي ف الضغط إال إذاكان الوعاء الذي يسبقه "المنبع" لديه ضغط أعىل من الوعاء المع ي ن. كمثال تأب تغذيته ال يحتاج جهاز تنقية الغاز للضاغط )scrubber( المصمم عىل أقىص ضغط مسموح )285 ( MAWP والذي ي ر من خالل تدفق من جهاز فصل مصمم عىل أقىص ضغط مسموح به )285 )MAWP إىل وجود صمام ترصيف ي ف حالة إغالق المخرج الخاص به discharge(.)blocked ألن صمام الترصيف ي ف الفاصل الذي يسبقه سيحافظ عىل الضغط ليكون أقل من 915 لذلك ال يمكن أن يزداد الضغط عند جهاز تنقية الغاز ولكن يجب تصميم مقاس صمام ترصيف الغاز PSV ي ف جهاز تنقية الغاز تحت هذه الظروف ليكون ي مناسبا ف حالة الحريق. يجب استخدام حكم هند ي س جيد لتحديد معدل الترصيف "اإلغاثة" rate( )relief عندما يكون أقىص ضغط مسموح للفاصل )MAWP( أعىل من ضغط اإلغالق للبت SITP( ) ألنه يمكن أن تحدث أشياء غت متوقعة مع بت. فمن الممكن لضغط البت أن يزداد نتيجة لتواصل يحدث بي الطبقات المختلفة للخزان الجو ي ف ر البتو ي ىل داخل حفرة البت )عىل سبيل يأب التدفق من البت من األفضل توفت هامش إضا ي ف من األمان. إذاكان المثال نتيجة لسوء العزل باإلسمنت (. لذلك عندما ي ر أقىص ضغط مسموح به للوعاء MAWP ليس أعىل بكثت من البت )SITP( يجب أن يكون تصميم حجم صمام الترصيف مصمما الحتمالية إغالق المخرج لمعدل اإلنتاج الكامل. يوضح الشكل 8-1 العالقات المختلفة بي أقىص ضغط مسموح به MAWP وقيمة الضبط لضغط صمامات اإلغاثة. يجب ضبط صمام ترصيف الضغوط األسا ي س عند ما ال يزيد عن 811 من MAWP وللترصيف ي ف أسوأ معدالت التدفق blocked بدون احتساب الحريق )أي التفري غ ي ف حالة انسداد المخرج أو تنفيس الغاز )worst case flow rates( )discharge or gas blowby وعند ضغط 8.81 من أقىص ضغط مسموح به.MAWP إذا تم استخدام صمامي والثا ي بدال من صمام واحد يتم ضبط أول صمام للفتح عند ما ال يزيد عن 811 من MAWP ب عند لإلغاثة "للترصيف".MAWP 8.15 يجب عليهما الترصيف ي ف أسوأ معدالت التدفق بدون احتساب الحريق عند.MAWP 8.81 أقىص ضغط للترصيف عند الحريق هو.MAWP 8.98 وبالتا ي ىل ي ف ظل ظروف الترصيف "اإلغاثة" قد يتجاوز الضغط ي ف الوعاء MAWP فعلي ا. وتسم هذه الزيادة ي ف الضغط ي ف الوعاء فوق MAWP مع فتح صمام اإلغاثة "الضغط الزائد". يتم أخذ ذلك ي ف االعتبار من قبل عوامل السالمة المختلفة ي ف كود ASME وهو واحد من األسباب ال ي ر ن جعلت اختبار الوعاء عند MAWP 8.5 "اختبار الوعاء بالماء مرة ونصف من أقىص ضغط للتشغيل". يجب تركيب صمام اإلغاثة بحيث يتم توجيه الغازات إىل مكان آمن. ي ف المرافق الصغتة والمواقع النائية يتم تحقيق ذلك 511 قدم ي رأسيا إىل أعىل ويخلق اندفاعا بشعة تزيد عن ف باستخدام "أنبوب ذيل" بسيط والذي يشت إىل الترصيف الثانية. يخفف االندفاع غازات التفري غ بالهواء ويجعل تركتها أقل من الحد األدب القابل لالشتعال ي ف مسافة تساوي حوا ي ىل 891 قطر أنبوب الترصيف. بينما من الممكن أن تقع السوائل مرة أخرى عىل الوعاء ي ف هذه الطريقة. ي ف المرافق الكبتة والمنصات البحرية حيث يمكن للغازات والسوائل الهاربة أن تشكل مصدرا للتلوث أو االشتعال من ر مشتك ويتم ترصيفه بأنبوب م ف كثت من ناسب ي ف مكان آمن بعيد. ي الشائع توجيه صمامات ترصيف اإلغاثة إىل "مجمع" األحيان يتم تثبيت جهاز تنقية )scrubber( ي ف أول األنبوب لفصل الجزء األكت من السوائل وتقليل إمكانية ترصيف السوائل إىل الغالف الجوي. صمام ترصيف الضغط valve( )Pressure relief هو مصطلح عام يستخدم لصمامات الترصيف valves( )relief صمامات األمان valves( )safety أو صمامات ترصيف األمان valves(.)safety relief يتم تعريف نوع صمام الترصيف حسب وصف جهاز الترصيف. يوضح الشكل 8-1 خصائص صمام "الترصيف" اإلغاثة المتعلقة بمتطلبات أوعية الضغط. 249

250 الشكل 8-1. خصائص صمامات السالمة لإلغاثة لحماية األوعية مالحظات: 8. قد يكون ضغط التشغيل أي ضغط منخفض مطلوب. 9. قد يتم تحريك ضغط المجموعة وجميع القيم األخرى المرتبطة به إىل األسفل إذا سمح ضغط التشغيل. 250

251 معالجة ر البتول والغاز.3 يتوافق هذا الرقم مع متطلبات.Section VIII ASME Boiler and Pressure Vessel Code ه لصمامات إغاثة األمان المركبة عىل وعاء الضغط (مرحلة البخار)..4 ظروف الضغط الموضحة ي :4-1 أمثلة ألنظمة إغاثة خاصة :1-4-8 المضخات والخزانات ينبع اتباع االعتبارات التالية لتصميم نظام اإلغاثة يف المعدات التالية. المضخات - يلزم وجود صمامات إغاثة عند تفري غ "الخط الخارج" كل مضخة إزاحة موجبة. عادة يتم إعادة توجيه الترصيف إىل خط سحب المضخة. قد ال تكون هناك حاجة لصمامات عزل حول صمامات الترصيف إذا كان من الممكن عزل المضخة نفسها للصيانة. األوعية والخزانات - األوعية أو الخزانات ال ر ين تتعرض للتنفس ( )breathing الجوي بسبب تتيد محتويات الغاز أو السائل تتم حمايتها عن طريق صمامات تتضمن "التنفس" أو صمامات معادلة تفري غ الضغط ( breather valves or vacuum.)relief valves الضواغط يجب أن يكون لكل ضاغط إزاحة إيجابية صمام ترصيف وصمام عدم رجوع عىل الخط الخارج من كل مرحلة من مراحل الضاغط. :2-4-8 الترصيف منخفض الحرارة ( )Low Temperature Flaring عندما يتم ترصيف تدفقات أو تيارات من الغاز ترصيفا يؤدي إىل انخفاض شديد يف درجات الحرارة "نظرا النخفاض الضغط يف خط الترصيف مقارنة بضغط الوعاء", لذلك فإن استخدام أنابيب من االستانليس ستيل أو سبائك خاصة لتحمل درجات الحرارة المنخفضة مطلوب. الخطوط يجب أن يتم تصميمها لتحمل أقل درجة حرارة تنتج نتيجة تمدد الغازات " ظاهرة جول تومسون" واختيار مواد األنابيب يجب أن يتم وفقا للمواصفات القياسية. :5-1 أجهزة ترصيف الضغط تلقائيا لتخفيف الضغط بصمامات ترصيف ( )relief valves أو صمامات أمان الن يتم تنشيطها تسم الصمامات ي ( )safety valves أو صمامات ترصيف األمان (.)safety relief valves ه صمامات محملة "مغلقة " عن طريق حمل زنتك ( )spring loaded وتتمت صمامات األمان ( )Safety valves ي بشعة فتح كامل أو حركة "بوب ( "pop تغت رسي ع يف الشعة أثناء الفتح). يتم استخدامها يف المقام األول لخدمة البخار أو الهواء. يف بعض األحيان يشار إليها باسم "صمامات البوب."pop valves فه تصل إىل الفتح الكامل عند %95 زيادة عن الضغط المضبوطة صمامات الترصيف ( )Relief valves تفتح ببطء, ي عليه وتستخدم يف المقام األول للخدمات السائلة. صمامات ترصيف األمان ( )Safety relief valves من الممكن أن تكون إما محملة بالزنتك أوعن طريق حمل إرشادي وه مصممة لتوفت فتحة كاملة مع ضغط زائد قليل. ( )pilot operated ي ه يف الواقع صمامات ترصيف األمان ( Safety relief الن تستخدم يف منشآت اإلنتاج ي معظم أجهزة الترصيف "اإلغاثة" ي )valves ومع ذلك يشار إليها عادة باسم صمامات الترصيف أو صمامات األمان (.)relief valves or safety valves يف تلقائيا. هذا الكتاب يستخدم المصطلح "صمام األمان" بالمعن العام هو المقصود ألي جهاز ترصيف الضغط يعمل 251 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

252 هناك ثالثة أنواع من صمامات التخفيف: صمام تقليدي صمام متوازن وصمام يعمل تجرين ي "إست ر شادي". الشكل 9-1. صمام األمان التقليدي للترصيف وتأثت الضغط الخل ي ق عىل إعداد الصمام. 252

253 1-5-8: صمامات الترصيف "اإلغاثة" التقليدية Valves( )Conventional Relief ي ف صمام الترصيف التقليدي فإن الضغط الداخل إىل الصمام يعارضه معارضة مبا ر رسة زنتك. يتم ضبط قوة الزنتك إلبقاء الصمام مغلق ا عند ضغط التشغيل العادي ولكن يسمح للصمام بالفتح عندما يصل الضغط إىل ظروف تتطلب الترصيف. )فهو صمام يفتح ويغلق نتيجة الضغط". تحتوي معظم صمامات األمان التقليدية المتاحة ي ف صناعة ر البتول عىل أقراص ذات مساحة )AD( أكت من منطقة مقعد الفوهة "منطقة اندفاع الغاز لدخول الصمام") AN (. يظهر تأثت الضغط الخل ي ق "العك ي ىس" عىل هذه الصمامات ي ف الشكل 9-1. إذا تم تهوية الغطاء )bonnet( للضغط الجوي فسيعمل الضغط الخل ي ق مع ضغط الوعاء وذلك للتغلب عىل قوة الزنتك )FS( مما يجعل ضغط الترصيف أقل من القيمة ال ي ر ن تحدث عند ضبطه بالضغط الجوي عىل المخرج. ومع ذلك إذا تم تهوية الغطاء إىل خط الخارج من الصمام "تفري غ الصمام" بدال من الغالف الجوي فسيعمل الضغط الخل ي ق مع ضغط الزنتك لزيادة ضغط الفتح. إذاكان الضغط الخل ي ق ثابت ا فيمكن أخذه ي ف االعتبار عند ضبط ضغط المجموعة. أثناء التشغيل ال يكون الضغط الخل ي ق ثابت ا عند تفري غ عدد من الصمامات ي ف مجمع "مشعب".)Manifold( يتضح ذلك من الشكل 9-1 الذي يعرض صمام ترصيف تقليدي. يجب عدم استخدام صمامات التخفيف التقليدية إال ي ف حالة توجيه التفري غ بشكل مستقل إىل الغالف الجوي أو ي ف حالة تركيبه إىل نقطة دخول رئيسية )Header( بأنبوب الترصيف الرئي ي ىس كما يجب الحفاظ عىل %81 كحد أقىص لقيمة تراكم الضغط الخل ي ق عندما يكون الجهاز ي ف حالة التشغيل بحيث تكون قيمة ضبط الصمام لتشغيله ال تتأثر بشكل كبت. )حيث تزيد نقطة ضبط الصمام مبا ر رسة مع زيادة الضغط الخل ي ق(. يمكن تزويد صمامات الترصيف التقليدية بأذرع رفع أو أغطية قالووظ "ملولبة" ح ر ن يمكن اختبار الصمام وتنظيفه : صمامات الترصيف "اإلغاثة" المتوازنة Valves( )Balanced Relief تشتمل صمامات األمان المتوازن عىل وسائل للحد من تأثت الضغط الخل ي ق عىل خصائص األداء )ضغط الفتح ضغط اإلغالق الرفع وسعة الترصيف(. هذه الصمامات من نوعي نوع المكبس ونوع المنفاخ كما هو موضح ي ف الشكل 3-1. ي ف نوع المكبس الذي يتم تصنيعه بعدد كبت من االختالفات "تفاوت" يتم تهوية الدليل بحيث يقوم الضغط الخل ي ق عىل الوجهي المتعارضي لقرص الصمام بإلغاء نفسه )الوجه العلوي للمكبس والذي له نفس المساحة )AP( مثل مساحة مقعد الفوهة )AN( معرض لضغط الغالف الجوي عن طريق تنفيس الغطاء( الشكل 3-1. ر المتن, منطقة المنفاخ الفعالة AB ه نفس منطقة مقعد الفوهة AN بذلك ال تكون هناك ي ي ف نوع المنفاخ من الصمام قوى غت متوازنة تحت أي ضغط عىل طريق الخروج. مع صمام األمان-المتوازن يمكن تفري غ الضغوط ي ف مجمعات manifolds( ) تحتوي ضغطا عاليا خالفا للنوع التقليدي. يجب أن يكون لكل من الصمامات المتوازنة المبينة ي ف الشكل 3-1 فتحات غطاء كبتة بما يك ي ق لضمان عدم وجود ضغط خل ي ق ملموس أثناء ظروف التدفق حسب التصميم. )Pilot Operated Relief Valves : صمام التشغيل ر االستشادي ي "التجرين " ( يتكون صمام الترصيف اإلرشادي أو ي التجرين من جزأين رئيسيي صمام رئي ي ىس وجزء ي تجرين. يستخدم الصمام مكبسا بدال من عمود. يتم توجيه ضغط المدخل إىل أعىل مكبس الصمام الرئي ي ىس. تتعرض مساحة أكت عىل الجزء العلوي من المكبس للضغط مقارنة بالمساحة األصغر عىل الجزء السف ي ىل من المكبس لذلك الضغط بدال من الزنتك هو الذي يغلق الصمام الرئي ي ىس. عند الضغط المحدد للترصيف يفتح الجزء اإلرشادي )pilot( مما يقلل الضغط عىل المكبس من األعىل فيتغلب الضغط من األسفل عىل الضغط من أعىل مما يسمح للصمام الرئي ي ىس بالفتح الكامل. يمكن أن تسمح الصمامات التجريبية بالتدفق العك ي ىس إذا تجاوز ضغط المصب قيمة الضبط لذلك يجب تركيب صمام مانع رجوع عىل األنابيب المتصلة ر المشتكة ( التجرين. برؤوس الترصيف.)common relief headers كذلك يمكن استخدام صمام مانع رجوع ي ف الخط ي 253

254 الشكل 4-1 يظهر صمام ترصيف التشغيل ي التجرين. هذا النوع يستخدم للتطبيقات ال ي ر ن تنطوي عىل ضغط خل ي ق مرتفع أو ضغط تشغي ي ىل مرتفع أو عندما يكون المطلوب هو صغر خط الترصيف " ضيق المقعد". الشكل 3-1. صمام الترصيف المتوازن وتأثت الضغط الخل ي ق عىل الضغط المحدد 254

255 معالجة ر البتول والغاز :4-5-8 صمامات ترصيف المقعد المرن ( )Resilient Seat Relief Valves مع استخدام صمامات ترصيف الضغط التقليدية أو المتوازنة من المعدن إىل المعدن حيث يكون ضغط التشغيل قريبا من الضغط المحدد يمكن توقع بعض التشب من خالل مقاعد الصمام (راجع معيار API رقم.)597 يمكن أن توفر صمامات ترصيف المقعد المرن سواء بمأخذ المقعد الدائري ( )O-ring seat seal أو المقاعد البالستيكية ( )plastic seats عنارص تكاملية للمقاعد تتخط معيار ( API 527 الشكل )5-1 ومع ذلك هناك قيود عىل درجة الحرارة وتوافق المواد عند استخدام هذه الصمامات وينبع الرجوع إىل إرشادات ر الشكة المصنعة. عىل الرغم من أن هذه الصمامات توفر قيمة صفر للتشب ر حن حدوث تلف للمقعد إال أنها قد تتآكل بشعة بمجرد بدء التشب. الشكل.4-1 صمام الترصيف اال ر ستشادي 255 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

256 معالجة ر البتول والغاز الشكل.5-1 صمام ترصيف تقليدي بالمقعد المرن :5-5-9 قرص التمزق ( )Rupture Disk فبالتاىل يرصف يتكون قرص التمزق من غشاء رقيق يربط بي الفالنجات. تم تصميم القرص ليتمزق عند ضغط محدد الضغط من الوعاء المتصل به. يمكن استخدام أقراص التمزق يف محطات معالجة الغاز يف منابع صمامات الترصيف "كحماية لها من الشوائب " وكذلك للحد من التشب الطفيف وتدهور الصمامات. ف هذه ر التكيبات يجب مراقبة الضغط الموجود يف الفجوة بي قرص التمزق وصمام الترصيف للكشف عن قرص التمزق "هل تمزق أم ال يزال سليما". يف بعض مواز لصمام ترصيف الضغط "اإلغاثة". قرص التمزق يخضع التطبيقات يتم تثبيت قرص تمزق ذو معدل ضغط أعىل للتمزق مع الوقت بسبب دورات التعرض لضغط التشغيل المتغتة (.)fatigue failure عمىل. بعض األمثلة رئيىس فقط إذا كان استخدام صمام ترصيف الضغط غت يجب استخدام أقراص التمزق كجهاز ترصيف ه : عىل مثل هذه الحاالت ي (أ) ارتفاع معدالت الضغط الشي ع. ال يتفاعل نظام صمام ترصيف الضغط بالشعة الكافية أو ال يمكن جعله كبتا بما فيه الكفاية لمنع الضغط الزائد عىل سبيل المثال تمزق أنبوب المبادل الحراري ووجود فرق كبت يف الضغط. (ب) المساحة الكبتة المطلوبة للتخفيف. بسبب معدالت التدفق العالية للغاية و / أو الضغط المنخفض فإن توفت عمىل. منطقة التخفيف المطلوبة مع نظام صمام تخفيف الضغط غت وبالتاىل غت قابل للعمل أثناء الخدمة. (ج) نظام صمام تخفيف الضغط عرضة لالنسداد 256 إعداد يارس قاسم ) (yassergabr@gmail.com

257 الشكل 1-1.قرص التمزق الشكل 7-1. الفرق بي صمام ترصيف األمان )بوب( وصمام الترصيف )شكل قرص االغالق( 257