چگونه کارایی سیستم تصفیه گاز خود را بهبود بخشیم

درک آلاینده‌ها و تأثیر آنها بر واحد پردازش گاز عملکرد

انواع متداول آلاینده‌ها و اندازه‌های آن (مثلاً سولفید هیدروژن، آب، ذرات معلق)

واحدهای تreatment گاز نیاز به برخورد با انواع آلاینده‌هایی است که از اندازه‌ها و اشکال شیمیایی متفاوتی برخوردارند. به عنوان مثال، گوگرد دو هیدروژن (H2S) که در جریان گاز از چند قسمت در میلیون تا سطوح درصدی یافت می‌شود. این ماده بسیار مشکل‌ساز است زیرا سمی بوده و به مرور زمان باعث خوردگی تجهیزات می‌شود. بخار آب از نظر فنی ذره محسوب نمی‌شود، اما هنگامی که سرد می‌شود به قطرات ریز مایع تبدیل می‌گردد که اندازه آن‌ها از کمتر از یک میکرون تا چند میکرون متغیر است. همچنین ذرات جامدی مانند پوسته لوله، بریدگی‌های زنگ‌زده و دانه‌های شن نیز در حال حرکت در سیستم وجود دارند. این ذرات معمولاً بین ۱ تا ۴۰ میکرون اندازه دارند و اغلب در حین عملیات حفاری یا از طریق خطوط لوله وارد سیستم می‌شوند. از آنجا که هر نوع آلاینده بسته به اینکه گاز، مایع یا جامد باشد و اندازه ذرات آن چقدر باشد، رفتار متفاوتی دارد، طراحی سیستم‌های فیلتراسیون مناسب برای تولید گاز پاک در پایان فرآیند ضروری است.

تأثیر ناخالصی‌ها بر کیفیت گاز و کارایی فرآیندهای پایین‌دستی

وقتی گاز طبیعی حاوی ناخالصی‌ها باشد، کیفیت محصول نهایی و همچنین کارایی پلانت‌های فرآوری را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال، هیدروژن سولفید ضمن اینکه ارزش حرارتی واقعی گاز را کاهش می‌دهد، خطرات جدی ایمنی نیز ایجاد می‌کند که هیچ‌کس در هنگام حمل‌ونقل یا فروش این ماده تمایلی به مواجهه با آن ندارد. بخار آب نیز که معمولاً درون سیستم‌های لوله‌کشی تشکیل هیدرات می‌دهد، منجر به مشکلات گرفتگی مختلف شده و تضمین جریان مناسب گاز را به کابوسی تبدیل می‌کند. برخی تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که زمانی ناخالصی‌ها باعث ایجاد مشکلات کف‌کردن در واحدهای تصفیه آمینی می‌شوند، توانایی اپراتورها در حذف گازهای اسیدی حدود ۳۰ درصد کاهش می‌یابد، همان‌طور که در سال گذشته در مجله Gas Processing Journal منتشر شده است. همه این عوامل به این معناست که تجهیزات بعدی مجبورند بیش از حد مورد نظر کار کنند، انرژی بیشتری مصرف کنند و در نهایت عملیات کندتر پیش رود. تمام این موارد را با هم در نظر بگیرید و به چه نتیجه‌ای می‌رسیم؟ هزینه‌های بالاتر در تمام مراحل عملیات و همچنین حاشیه سود کمتر برای تمامی دخیل‌شدگان در فرآیند فرآوری گاز از ابتدا تا انتها.

ریسک‌های تخریب سیستم: گرفتگی دوئرها، کمپرسورها و سایر واحدهای تreatment گاز

وقتی ناخالصی‌ها وارد تجهیزات می‌شوند، سایش را به شدت افزایش داده و مشکلات گوناگونی در قطعات مهم در سراسر سیستم ایجاد می‌کنند. دستگاه‌های خشک‌کننده زمانی که با عبور مایع و ذرات ریز معلق سروکار دارند، عملکرد خود را از دست داده و دیگر به خوبی کار نمی‌کنند. نتیجه چیست؟ آن‌ها باید بسیار بیشتر از حالت عادی بازیابی شوند. به عنوان مثال، کمپرسورها وقتی با گازهای مرطوب یا اسیدی کار می‌کنند، با مشکلات جدی فرسایش و خوردگی مواجه می‌شوند. گزارش اخیری نشان داده است که هنگامی که سطح سولفید هیدروژن از ۵۰ قسمت در میلیون (ppm) فراتر رود، طبق تحقیقات منتشر شده سال گذشته توسط Turbomachinery International، عمر کمپرسورها تقریباً تنها به ۶۰٪ عمر معمولی خود کاهش می‌یابد. مبدلهای حرارتی و راکتورها نیز با مشکلات بزرگی از جای انباشت مواد (fouling) روبرو می‌شوند که منجر به افت فشار بیشتر و کاهش کارایی انتقال حرارت می‌شود. نتیجتاً، کارخانه‌ها مجبور می‌شوند تجهیزات را در دمای بالاتر و تحت فشار بیشتری برای جبران این کاستی‌ها به کار بگیرند. تمام این خرابی‌های مکانیکی به معنای آن است که تیم‌های تعمیر و نگهداری دائماً در حال حضور هستند و همواره احتمال توقف‌های غیرمنتظره در بدترین زمان‌های ممکن وجود دارد که البته به وضوح هم بر پایداری تولید و هم بر هزینه‌های عملیاتی ماهانه تأثیر می‌گذارد.

افزایش کارایی فیلتراسیون با استفاده از جداسازهای پیشرفته فیلتر در واحدهای تreatment گاز

سیستم‌های فیلتراسیون چندمرحله‌ای: نسبت بتا، رتبه‌بندی میکرون و عملکرد جداسازی

جداسازهای فیلتر که به عنوان پیشرفته شناخته می‌شوند، معمولاً به فرآیندهای فیلتراسیون چندمرحله‌ای متکی هستند تا آلاینده‌ها را به طور مؤثری از بین ببرند. مرحله اول معمولاً ذرات جامد را از طریق فیلترهای ذره‌ای که بر اساس میکرون مشخص شده‌اند، جذب می‌کند. مرحله بعدی شامل محیط‌های دمیده‌کننده (coalescing media) است که به آئروسل‌های مایع حمله می‌کنند. هنگام صحبت درباره معیارهای عملکرد، متخصصان صنعت به چیزی به نام نسبت بتا توجه می‌کنند. مقدار B5 برابر با 200 به معنای حذف 99.5 درصد ذرات با اندازه 5 میکرون است. برخی از سیستم‌های درجه یک حتی به کارایی حدود 99.9 درصد برای ذرات بسیار ریز 0.3 میکرونی دست می‌یابند، بدون اینکه فشار معکوس زیادی ایجاد کنند. این تعادل بین تمیزکاری کامل و مقاومت حداقلی به حفظ نرخ جریان مناسب کمک می‌کند و تجهیزات قرار گرفته در مسیر جریان پایین‌دست را از آسیب‌های احتمالی محافظت می‌کند.

فیلترهای تراکمی برای دی‌هیدراسیون موثر گاز و حفاظت از تجهیزات

سیستم‌های دی‌هیدراسیون گاز به شدت به فیلترهای تراکمی متکی هستند تا آئروسل‌های مایع و رطوبت ناخواسته را جدا کنند. اصل کار بر این پایه است که گاز از میان یک محیط فیلتراسیون خاص عبور داده می‌شود، جایی که قطرات ریز آب به یکدیگر ملحق شده و در نهایت آنقدر بزرگ و سنگین می‌شوند که از جریان خارج می‌شوند. بدون این مرحله حیاتی، تجهیزاتی مانند کمپرسورها، دستگاه‌های اندازه‌گیری دبی و رگولاتورهای فشار به دلیل قرار گرفتن مداوم در معرض آلاینده‌های مایع، دچار سایش شدید خواهند شد. فیلترهای تراکمی با طراحی مناسب تنها نقش حفاظت از سخت‌افزار را ایفا نمی‌کنند، بلکه از تشکیل کف در دی‌هیدراتورهای گلیکولی جلوگیری می‌کنند، تعمیرات پرهزینه را کاهش می‌دهند و در نهایت اطمینان حاکم می‌شود که محصول نهایی با مشخصات دقیق خط لوله در خصوص محتوای رطوبتی سازگار است. بیشتر بهره‌برداران این فیلترها را با توجه به عمر طولانی‌تر تجهیزات و الزامات انطباق، سرمایه‌گذاری ارزشمندی می‌دانند.

بهینه‌سازی چندمرحله‌ای واحد پردازش گاز طراحی برای حداکثر بازده

اصول طراحی برای جریان‌های کاری فیلتراسیون و تصفیه چندمرحله‌ای کارآمد

طراحی چند مرحله‌ای مؤثر واحدهای تreatment گاز نیازمند پایبندی به برخی قوانین اساسی است که عملکرد کلی را افزایش می‌دهند. ابتدا با شروع از ذرات بزرگتر عمل کنید، قبل از اینکه این ذرات فیلترهای ظریف‌تر در مسیر پایین‌دستی را خراب کنند. این‌گونه از انسداد زودهنگام قطعات گران‌قیمت جلوگیری می‌شود. مرحله بعدی، انتخاب مواد فیلتر مناسب بر اساس رتبه‌بندی میکرون و نسبت بتای آنهاست. معمولاً سیستم‌ها ابتدا از فیلترهای ذرات درشت، سپس مراحل تراکمی و در نهایت تخته‌های جذبی برای ناخالصی‌های مولکولی بسیار ریز عبور می‌کنند. کنترل سرعت نیز مهم است. اگر سرعت به درستی تنظیم نشود، همه چیز دوباره به جریان بازمی‌گردد و به‌درستی گرفته نمی‌شود. همچنین فراموش نکنید که سیستم‌های پشتیبان یا گزینه‌های دورزنی داشته باشید تا در زمان تعمیر و نگهداری، عملیات بتواند ادامه یابد. طراحی‌های خوب اغلب به نرخ حذف آلاینده بالای 99.9٪ دست می‌یابند و در عین حال افت فشار را پایین و مصرف انرژی را در شرایط مختلف کاری معقول نگه می‌دارند.

بهترین شیوه‌های موجود در پیکربندی فرآیند برای کاهش مصرف انرژی و زمان توقف

تنظیم صحیح فرآیند تأثیر بزرگی در صرفه‌جویی در انرژی و قابلیت اطمینان سیستم دارد. برای شروع، شرکت‌ها باید در جاهای ممکن به دنبال فرصت‌های ادغام حرارتی باشند. بسیاری از واحدها درمی‌یابند که می‌توانند با بازیابی گرمای هدر رفته از دستگاه‌های فشرده‌ساز خود و استفاده از آن برای بازیابی تخته‌های جذب ناخواسته، پول پس انداز کنند. نصب درایوهای فرکانس متغیر روی پمپ‌ها و فشرده‌سازها نیز اقدام هوشمندانه‌ای است، زیرا این تجهیزات به اپراتورها اجازه می‌دهند مصرف برق را متناسب با تقاضای واقعی تنظیم کنند، نه اینکه همیشه با حداکثر ظرفیت کار کنند. این رویکرد معمولاً هزینه‌های کلی انرژی را حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد کاهش می‌دهد. هنگام طراحی سیستم‌های جدید، مهندسان اغلب خطوط پردازش موازی با قابلیت تعویض خودکار ایجاد می‌کنند تا عملیات در زمان تعمیر و نگهداری متوقف نشوند. سیستم‌های خودکار تخلیه همراه با بررسی منظم فیلترها نیز به برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری در دوره‌های توقف برنامه‌ریزی‌شده کمک می‌کنند، نه تعمیرات اضطراری. واحدهایی که این نوع بهبودها را اجرا می‌کنند، معمولاً کاهش مصرف انرژی در محدوده ۲۰ تا ۳۰ درصد را تجربه می‌کنند و تجهیزات خود را بیش از ۹۸ درصد از زمان به‌صورت پایدار نگه می‌دارند.

استفاده از فناوری‌های دیجیتال برای زمان واقعی واحد پردازش گاز کنترل

اجرا کردن سیستم‌های کنترل پیشرفته فرآیند (APC) به منظور بهینه‌سازی مداوم

سیستم‌های کنترل پیشرفته فرآیند (APC) با انجام تنظیمات مداوم در عملیات بر اساس داده‌های دریافتی، همواره تلاش می‌کنند تا عملکرد بهترین حالت خود را حفظ کند. این سیستم‌ها با استفاده از مدل‌های پیش‌بینی و الگوریتم‌های مختلف، قادر به ادامه کار در شرایط بهینه حتی زمانی که مواد اولیه با ویژگی‌های متفاوتی وارد می‌شوند، هستند. نتیجه چیست؟ مصرف انرژی کاهش می‌یابد در حالی که خروجی فرآیند همچنان تمیز و با کیفیت باقی می‌ماند. هنگامی که چیزی از مسیر مطلوب خارج می‌شود، APC به صورت خودکار تنظیمات فشار، دما و دبی جریان را اصلاح می‌کند. این اصلاحات تقریباً بلافاصله انجام می‌شوند، در مقایسه با روش‌های دستی که توسط انسان انجام می‌پذیرد. واحدهای صنعتی که از این فناوری استفاده می‌کنند، گزارش‌های بهبود در یکنواختی محصولات گازی و همچنین صرفه‌جویی در هزینه‌های روزانه را ارائه می‌دهند، چرا که همه چیز بدون وقوع اختلالات غیرمنتظره، روان‌تر پیش می‌رود.

پایش پارامترهای حیاتی: فشار، دما و دبی جریان

پیگیری سطح فشار، تغییرات دما و سرعت حرکت سیالات، اساس کنترل مناسب سیستم را تشکیل می‌دهد. امروزه سیستم‌های حسگر تمام این اندازه‌گیری‌ها را از نقاط مختلف سیستم جمع‌آوری می‌کنند و به اپراتورها تصویری جامع از وضعیت سیستم ارائه می‌دهند. این امر به شناسایی مشکلات قبل از تبدیل شدن به مسائل بزرگ کمک می‌کند. با نظارت لحظه‌ای بر فشار، می‌توان متوجه شد که فیلترها دچار انسداد شده یا غشاهای سیستم شروع به گرفتگی کرده‌اند. پیگیری نوسانات دما به روندهای حساس به حرارت کمک می‌کند تا در محدوده ایده‌آل عملکرد خود به‌طور نرم و بدون مشکل کار کنند. بررسی نرخ جریان همراه با تفاوت‌های فشار به تکنسین‌ها اجازه می‌دهد تا بازدهی سیستم را به‌درستی محاسبه کنند و اغلب به معنای تشخیص مشکلات تعمیر و نگهداری مدت‌ها قبل از اینکه تجهیزات کاملاً خراب شوند، است.

راهبردهای پیشگیرانه نگهداری برای حفظ واحد پردازش گاز عملکرد

اجرا کردن یک برنامه جامع نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه برای حفظ عملکرد بهینه ضروری است. بازرسی‌های منظم، تمیزکاری، روانکاری و تعویض به موقع قطعات فرسوده به جلوگیری از خرابی‌های غیرمنتظره و حفظ کارایی فرآیند کمک می‌کند. تأسیساتی که از استراتژی‌های نگهداری پیشگیرانه استفاده می‌کنند، تا 37 درصد کمتر از رویکردهای واکنشی دچار توقف‌های برنامه‌ریزی‌نشده می‌شوند.

پایش دوره‌ای و نگهداری پیشگیرانه برای جلوگیری از بی‌کارآمدی سیستم

پایش مداوم تفاوت‌های فشار، نوسانات دما و نرخ جریان، امکان تشخیص زودهنگام مشکلات در حال توسعه را فراهم می‌کند. تحلیل داده‌های عملکرد در زمان واقعی به اپراتورها اجازه می‌دهد تا نگهداری را در طول توقف‌های برنامه‌ریزی‌شده برنامه‌ریزی کنند، که این امر اختلال را به حداقل می‌رساند و کیفیت گاز را به‌طور مداوم حفظ می‌کند.

به‌روزرسانی تجهیزات و مدیریت چرخه عمر برای قابلیت اطمینان بلندمدت

به‌روزرسانی تجهیزات و مدیریت دارایی‌ها در طول عمر آن‌ها به واحدهای تreatment گاز طولانی‌تر دوام می‌آورند و عملکرد بهتری دارند. هنگامی که شرکت‌ها فیلترهای قدیمی را تعویض می‌کنند، سیستم‌های کنترل جدید نصب می‌کنند و شروع به استفاده از ابزارهای پایش هوشمند می‌کنند، اغلب صرفه‌جویی در انرژی حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد مشاهده می‌شود. برنامه‌ریزی مناسب نگهداری فقط به معنای تعمیر تجهیزات پس از خرابی نیست. بلکه به معنای پیش‌بینی قطعاتی است که سال آینده نیاز به تعویض دارند در مقایسه با سرمایه‌گذاری‌های بزرگی که شاید پنج سال دیگر لازم شوند. این رویکرد باعث می‌شود عملیات بدون وقوع تعمیرات غیرمنتظره یا تعویض‌های زودرس و با هزینه‌های سنگین، به‌خوبی ادامه یابد.

سوالات متداول

آلاینده‌های رایج در جریان گاز چیستند؟

آلاینده‌های رایج شامل سولفید هیدروژن، بخار آب و ذرات معلق مانند رسوب لوله و دانه‌های شن هستند که هر کدام ابعاد متفاوتی داشته و تأثیرات متفاوتی بر تجهیزات و فرآیندها می‌گذارند.

ناخالصی‌ها چگونه بر کارایی تصفیه گاز تأثیر می‌گذارند؟

ناخالصی‌ها می‌توانند کیفیت گاز را کاهش دهند، باعث فرسودگی تجهیزات شوند، انسداد ایجاد کنند و هزینه‌های عملیاتی را به دلیل افزایش مصرف انرژی و کاهش کارایی فرآیند افزایش دهند.

چرا سیستم‌های فیلتراسیون چندمرحله‌ای مهم هستند؟

سیستم‌های فیلتراسیون چندمرحله‌ای، کارایی حذف آلاینده‌ها را افزایش می‌دهند، تجهیزات مرحله بعدی را محافظت می‌کنند و نرخ جریان بالا را با حداقل افت فشار حفظ می‌کنند.