KR20230026416A - 건조된 석유 유체 용매를 사용하는 석유 유체의 함수량 측정 - Google Patents
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Abstract
건조된 액체 탄화수소 용매를 사용하여 액체 탄화수소 중 함수량을 측정하기 위해, 액체 탄화수소를 운반하는 유동 라인으로부터 액체 탄화수소 샘플을 받는다. 액체 탄화수소 샘플은 액체 탄화수소, 및 물 포화 수준보다 큰 농도의 액체 물을 포함한다. 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할한다. 제1 부분을 건조시켜 제1 부분으로부터 액체 물을 제거한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하여, 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합물 중 액체 물의 농도가 물 포화 수준 미만이 되도록 한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합한 후, 액체 탄화수소 샘플 중 함수량을 측정한다.
Description
우선권 주장
본원은 2020년 6월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 16/907,565의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로 여기에 포함된다.
기술분야
본 발명은 탄화수소, 예컨대 석유 유체의 함수량 측정에 관한 것이다.
유정을 통해 지하 저장고로부터 생성된 탄화수소는 석유, 물, 천연 가스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 워터컷은 유정을 통해 생성된 총 액체의 부피에 대한 생성된 물의 부피의 비율로 정의된다. 특정 워터컷 임계치를 초과하는 워터컷은 예컨대 탄화수소의 정제와 같은 처리에서 비효율성을 초래할 수 있다.
요약
본 발명은 건조된 탄화수소를 용매로 사용하여 탄화수소의 포화 초과 함수량을 측정하는 것과 관련된 기술을 설명한다.
본원에 설명된 주제의 특정 양태는 방법으로 실시될 수 있다. 액체 탄화수소 샘플을 액체 탄화수소를 운반하는 유동 라인으로부터 받는다. 액체 탄화수소 샘플은 액체 탄화수소, 및 물 포화 수준보다 큰 농도의 액체 물을 포함한다. 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할한다. 제1 부분을 건조시켜 제1 부분에서 액체 물을 제거한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하여 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합물 중 액체 물의 농도가 물 포화 수준 미만이 되도록 한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합한 후, 액체 탄화수소 샘플 중 함수량을 측정한다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할하기 위해, 유동 제어 장치가 제1 유체 유동 경로를 통해 액체 탄화수소 샘플을 받는다. 유동 제어 장치는 제1 부분을 제1 부분과 분리된 제2 유체 유동 경로로 유동시킨다. 유동 제어 장치는 나머지 부분을 제1 및 제2 유체 유동 경로와 분리된 제3 유체 유동 경로로 유동시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 제3 유체 유동 경로를 통해 측정 셀로 유동시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 측정 셀의 온도를, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전 및 액체 탄화수소 샘플 중 액체 물의 함수량을 결정하는 동안, 실질적으로 일정 온도에서 유지되도록 제어한다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 온도는 40℃이다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 제2 건조 부분과 혼합하기 위해, 건조된 제1 부분을 측정 셀로 유동시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전에, 건조된 제1 부분을 건조 챔버로부터 측정 셀에 유동적으로 연결된 저장 탱크로 유동시켜 건조된 제1 부분을 저장 탱크로부터 측정 셀로 유동시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합물을 측정 셀로부터 저장 탱크로 유동시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전에, 건조된 제1 부분의 함수량이 함수량 임계치보다 큰지를 결정한다. 이에 응답하여, 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합을 중지하라는 경고 신호가 전송된다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 함수량을 컴퓨터 시스템으로 전송한다. 함수량을 컴퓨터 시스템에 연결된 디스플레이 장치에 표시한다.
본원에 설명된 주제의 특정 양태는 방법으로 실시될 수 있다. 단계 (a)에서, 유동 라인으로부터 흡인된 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할한다. 액체 탄화수소 샘플은 액체 탄화수소, 및 물 포화 수준보다 큰 액체 물을 포함한다. 단계 (b)에서, 제1 부분을 건조시켜 제1 부분에서 액체 물을 제거한다. 제1 부분의 양은 액체 물을 물 포화도 미만으로 감소시키도록 구성된다. 단계 (c)에서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합한다. 단계 (d)에서, 액체 탄화수소 샘플을 용매와 혼합한 후, 액체 탄화수소 샘플 중 액체 물의 함수량을 측정한다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 측정 셀로 흡인시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 위해, 건조된 제1 부분을 측정 셀에 유동적으로 연결된 저장 탱크로 유동시킨다. 건조된 제1 부분을 저장 탱크로부터 측정 셀로 유동시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전에, 건조된 제1 부분을 건조시켜 건조된 제1 부분의 함수량을 감소시킨다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 단계 (a), (b), (c) 및 (d)를 제1 시점에 실시하고, 제1 시점에 후속하는 다수의 시점에서 다시 실시한다. 여러 함수량을 여러 시점에서 결정한다. 다수의 함수량을 다수의 시점에 대해 플로팅하여, 다수의 시점 동안 유동 라인을 통해 유동한 액체 탄화수소에 대한 워터컷 프로파일을 생성한다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 함수량을 컴퓨터 시스템으로 전송한다. 함수량을 컴퓨터 시스템에 연결된 디스플레이 장치에 표시한다.
임의의 다른 양태와 결합 가능한 양태는 다음 특징을 포함한다. 용매와 액체 탄화수소 샘플의 혼합물을 유동 라인으로 유동시킨다.
본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 실시에 대한 세부사항이 첨부된 도면 및 아래의 설명에서 설명된다. 주제의 다른 특징, 양태 및 이점은 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 시스템의 구현예의 개략도이다.
도 2는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 과정의 일례의 흐름도이다.
도 3은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 과정의 일례에 대한 설명이다.
도 4는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 시스템의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 5는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 또 다른 과정의 일례의 흐름도이다.
도 6은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 또 다른 과정의 일례에 대한 설명이다.
다양한 도면에서 동일한 참조 번호 및 명칭은 동일한 요소를 나타낸다.
도 2는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 과정의 일례의 흐름도이다.
도 3은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 과정의 일례에 대한 설명이다.
도 4는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 시스템의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 5는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 또 다른 과정의 일례의 흐름도이다.
도 6은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 또 다른 과정의 일례에 대한 설명이다.
다양한 도면에서 동일한 참조 번호 및 명칭은 동일한 요소를 나타낸다.
상세한 설명
특정 원유 가공 정제소는 수출된 원유의 최대 함수량이 함수량 임계치, 예컨대 0.2 중량%(wt.%) 미만이어야 한다고 지정한다. 이러한 임계치 이하의 함수량은 정제소의 처리 비용과 오염된 물의 취급을 줄인다. 액체 탄화수소 중 함수량이 물 포화 수준보다 낮으면, 함수량이 균질하다는 것을 기준으로 정전 용량 프로브를 사용하여 함수량을 측정할 수 있다. 그러나, 함수량이 포화도 초과인 경우, 가정이 유효하지 않으며, 정전 용량 기반 측정 기술이 부정확할 수 있다. 본 개시는 액체 탄화수소 및 액체 물을 포함하는 알려진 양의 액체 탄화수소 샘플을 공지된 양의 용매, 예컨대 무수 크실렌과 같은 저유전성 용매에 첨가하는 것을 기술한다. 본 발명의 맥락에서, 저유전성 용매는 5 미만의 유전 상수를 갖는 용매이다. 보다 일반적으로, 저유전성 용매는 원유와의 우수한 상용성을 제공하여 혼합을 용이하게 하고 물과의 친화력이 낮아 저장 중에 분자체로 제거하기 어려운 다량의 물 흡수를 방지하는 용매이다. 용매 및 샘플의 양은 샘플의 함수량이 물 포화 수준 미만이 되도록 선택된다. 그런 다음 예컨대 앞에서 설명한 정전 용량 기반 측정 기술을 사용하여 혼합물의 워터컷을 측정할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 물 포화도는 물이 더 이상 용매에 용해될 수 없고 액적의 분산된 형태 또는 용매 중 침강물로서 발견될 것인 물 농도의 포화점, 즉, 임계치를 의미한다.
본원에 설명된 온라인 워터컷 측정 시스템은 예컨대 항유화제 및 세척수 유속을 조정하는 것과 같이 정제소의 규격에 더 근접하게 생성물 스트림을 제어하는 능력을 제공할 수 있다. 본원에 설명된 기술은 유동 라인에서 운반되는 액체 탄화수소의 함수량 변화에 대해 작업자에게 경고할 수 있는 연속 실시간 함수량 측정을 위해 실시될 수 있다. 이러한 경고를 통해 작업자는 과정 작업을 변경하거나 상류 장비의 잠재적인 오작동을 다른 작업자에게 경고할 수 있다. 본원에서 설명되는 워터컷 측정 기법은 함수량 전 범위, 즉, 0% 내지 100% 범위, 보다 구체적으로는 0% 내지 1% 범위에서 정확한 워터컷 데이터를 제공할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 기술은 물 포화 수준보다 높은 액체 물로 액체 탄화수소에서 워터컷 측정을 가능하게 한다.
도 1은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 시스템의 구현예의 개략도이다. 시스템은 액체 탄화수소를 운반하는 유동 라인(102)을 포함한다. 일부 구현예에서, 유동 라인(102)은 유정(미도시)을 통해 생성된 액체 탄화수소를 운반할 수 있다. 예컨대, 유동 라인(102)은 유정으로부터 다른 위치, 예컨대 가스 오일 분리 공장(GOSP)으로 또는 GOSP로부터 원유 수출 터미널 또는 안정화 공장으로 이어질 수 있다. 유동 라인(102)에서 유동하는 액체 탄화수소는 액체 물 및 예컨대 액체 원유를 포함할 수 있다. 고속 루프 시스템(104)은 유동 라인(102)으로부터 액체 탄화수소 샘플을 얻기 위해 유동 라인(102)에 유동적으로 연결된다. 고속 루프 시스템(104)은 입구와 출구(예컨대, 배수구)를 포함하며 메인 라인(여기서, 유동 라인(102))에 유동적으로 연결된 임의의 유체 시스템일 수 있다. 고속 루프 시스템(104)은 후술하는 분석을 위해 새로운 액체 탄화수소 샘플의 연속 유동을 확립할 수 있다. 고속 루프 시스템(104)은 예컨대 솔레노이드 밸브 또는 등가 메커니즘을 사용하여 샘플이 흡인되어야 하는 원하는 빈도로 원하는 양의 액체 탄화수소 샘플을 흡인하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 고속 루프 시스템(104)은 유량 측정 시스템, 유동 라인(102)으로의 재주입을 허용하는 펌프, 또는 필터링 시스템(또는 이들 중 임의의 둘 또는 셋 모두의 조합)을 구비할 수 있다.
측정 셀(106)은 고속 루프 시스템(104)에 유동적으로 연결된다. 고속 루프 시스템(104)에 의해 유동 라인(102)으로부터 흡인된 액체 탄화수소 샘플의 부피는 측정 셀(106)로 유동된다. 측정 셀(106)의 부피는 워터컷을 측정하는 데 사용되는 액체 탄화수소 샘플의 부피에 의해 결정된다. 부피가 너무 적으면 측정이 부정확해질 수 있고, 부피가 너무 많으면 실시 비용이 증가할 수 있다. 일부 예에서, 액체 탄화수소 샘플의 부피는 10 밀리리터(ml)일 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플이 측정 셀(106)로 유동하기 전에 샘플을 유동 라인(102)으로 되돌리는 유동 경로를 포함할 수 있다. 고속 루프 시스템(104)은 예컨대 압력, 유속 및 여과 요건의 관점에서, 유동 라인(102)으로부터 샘플링된 탄화수소를 컨디셔닝하고 측정 셀(106)에 새로운 샘플을 제공하는 것을 허용한다. 일부 구현예에서, 고속 루프 시스템(104)은 요구되는 측정 빈도와 일치하는 빈도에서 새로운 샘플을 제공할 수 있으므로, 생성물 손실을 피할 수 있다. 측정에 사용되지 않은 생성물은 유동 라인(102)으로 반환된다.
측정 셀(106)로 흡인된 액체 탄화수소 샘플은 물 포화 수준보다 큰 농도의 액체 물을 포함한다. 예컨대 크실렌과 같은 유전성 용매와 같은 용매를 첨가함으로써, 액체 물의 농도를 감소시킨다. 일반적으로, 물과 기름은 섞이지 않는다. 그러나, 크실렌과 같은 유전성 용매는 최소량의 물을 용해시킬 수 있다. 표 1에는 기준 온도에서의 특정 용매의 수용해도가 열거되어 있다. 예컨대, 크실렌은 섭씨 25도(℃)에서 391 ppm의 수용해도를 갖는다. 이는 무수 크실렌 1 리터당 최대 391 마이크로리터(㎕)의 물을 용해할 수 있음을 의미한다. 물이 이 농도를 초과하면, 액적 형태로 용액으로부터 떨어져 결국 침강층을 형성한다. 본 개시에서, 용매 대 원유 비율은 관심 측정 범위에서 용해도 조건을 충족하도록 결정된다.
표 1에 보고된 것보다 더 높은 온도에서는, 용해도 값이 더 커질 것으로 예상되며, 따라서 측정 가능한 함수량의 범위가 확장된다. 한 연구에서, 689.5 킬로파스칼(kPa)에서의 온도에 대한 p-크실렌 중 물 용해도를 측정하였다. 온도가 증가할 때마다, 용해도는 25℃와 100℃ 사이에서 약 0.7% 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 25℃가 아닌 60℃에서 측정하면 물 측정 범위가 30% 확장된다.
일부 구현예에서, 용매는 측정 셀(106)에 유동적으로 연결된 용매 저장 탱크(108)에 저장된다. 적용에 따라, 용매 저장 탱크(108) 내 용매는 크실렌 또는 표 1에 언급된 다른 저유전성 용매일 수 있다. 용매 저장 탱크(108) 내 용매는 액체 상태이다. 용매는 펌프(미도시)를 사용하여 용매 저장 탱크(108)로부터 측정 셀(106)로 유동할 수 있다. 대안적으로, 측정 셀(106)과 용매 저장 탱크(108) 사이의 압력 변화가, 용매 저장 탱크(108)로부터 측정 셀(106)로 용매를 흡인하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 압력 변화는 무수 가스(예컨대 가스 실린더로부터의 질소 또는 플랜트로부터의 건조 기구 공기)로 용매 저장 탱크(108)를 가압함으로써 생성될 수 있다. 이러한 방식으로, 결정된, 예컨대 계량된 양의 용매가 용매 저장 탱크(108)로부터 측정 셀(106)로 유동할 수 있다.
측정 셀(106)로 흡인된 용매의 양은 측정 셀(106)로 흡인된 액체 탄화수소 샘플의 부피 뿐만 아니라 BS&W에 의해 측정된 예상 워터컷에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 표 1에 나타난 대로, 습식 원유/크실렌 시스템에서 최대 0.782%의 물을 측정하려면, 원유/크실렌 비율이 1:20이어야 한다. 부피가 10.5 ml인 측정 셀의 경우, 이는 약 0.5 ml의 원유 및 10 ml의 크실렌으로 해석된다.
일부 구현예에서, 용매 저장 탱크(108) 및 측정 셀(106)은 직접적으로, 즉, 파이프라인을 통해 임의의 중간 요소 없이 유동적으로 연결된다. 일반적으로, 용매 저장 탱크(108) 내의 저유전성 용매는 실질적으로 물이 없거나, 최소한으로 함수량 임계치 미만의 함수량을 갖는다. 일부 구현예에서, 용매의 함수량은, 용매를 측정 셀(106)로 유동시키기 전에, 건조 챔버(110)를 통해 용매를 유동시킴으로써 더 낮아질 수 있다. 예컨대, 건조 챔버(110)는 한쪽 단부에서는 측정 셀(106)에 그리고 다른 쪽 단부에서는 용매 저장 탱크(108)에 유동적으로 연결될 수 있다. 용매는 용매 저장 탱크(108)로부터 건조 챔버(110)로 유동할 수 있다. 건조는 실리카 겔, 활성화 알루미나, 제올라이트 또는 이들의 조합을 사용하여 실시될 수 있다. 예컨대, 건조 챔버(110)는 실리카 및 알루미나 테트라헤드라의 3차원 상호 연결 네트워크를 갖는 결정성 금속 알루미노실리케이트를 포함하거나 그로서 실시될 수 있다. 이러한 구체예는 유기 액체로부터 물을 제거하는 데 효과적이다.
일부 구현예에서, 건조 챔버(110)는 건조제가 배치되는 별도의 용기일 필요는 없다. 오히려, 건조 챔버(110)는 용매 저장 탱크(108)로부터 측정 셀(106)로 용매가 유동하는 유동 경로, 즉, 튜브 또는 파이프 내에 배치된 3A 내지 5A 타입의 분자체로 실시될 수 있다. 이러한 분자체는 크실렌으로부터 물을 제거할 수 있는데, 물 분자의 크기는 1.93A이고 크실렌은 분자 크기가 6.5A 내지 7.5A 범위이기 때문이다.
일부 구현예에서, 무수 가스(예컨대, 무수 질소 또는 유사한 불활성 가스)가 과압을 생성하고 용매의 수분 오염을 방지하기 위해 용매와 함께 측정 셀(106)에 주입된다. 이렇게 하면, 건조제의 부하를 줄이고 탈수 공정 효율을 높일 수 있다. 일부 구현예에서, 분자체 또는 다른 건조제를 포함하는 카트리지가, 물이 탱크에 들어가는 것을 피하기 위해 용매 저장 탱크(108)의 입구에 위치될 수 있다. 이러한 구현예에서, 건조 챔버(110)는, 용매가 측정 셀(106)에 들어가기 전에, 용매의 완전한 건조를 보장하는 제2 카트리지로서 기능할 수 있다. 용매 저장 탱크(108)의 입구에 있는 카트리지와 건조 챔버(110)는 모두 물이 효율적으로 수집되도록 주기적으로 교체될 수 있다. 특정 유형의 카트리지(또는 건조 챔버)는 분자체로부터의 물을 대체하기 위해 불활성 스윕 하에서 120℃ 이상으로 가열하여 재생될 수 있다.
유동 라인(102)으로부터 흡인된 일정량의 액체 탄화수소 샘플 및 용매 저장 탱크(108)로부터 흡인된 일정량의 용매가 측정 셀(106)로 유동된 후, 혼합물의 워터컷이 측정된다. 일부 구현예에서, 무수 불활성 기체가 측정 셀(106)로 버블링되어 용매와 샘플 사이의 혼합을 용이하게 할 수 있다. 그렇게 하기 위해, 측정 셀(106)은 특정 온도, 예컨대 40℃에서 유지된다. 일부 구현예에서, 측정 셀(106)은 측정 셀(106)을 특정 온도로 유지하기 위해 히터(미도시)에 연결되거나 가열 챔버(미도시) 내에 위치될 수 있다.
원하는 온도로 유지된 측정 셀(106)의 온도로, 측정 셀(106) 내의 혼합물의 워터컷이 측정된다. 워터컷은 정전 용량식 미터로 측정될 수 있다.
일부 구현예에서, 측정 셀(106)은 컴퓨터 시스템(미도시)에 동작 가능하게 결합된다. 컴퓨터 시스템은 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체(예컨대, 일시적 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체)를 포함한다. 동작은 측정 셀(106)로부터 워터컷 측정값을 수신하는 것을 포함한다. 예컨대, 센서는 측정 셀(106) 내부에 설치되고 워터컷을 측정할 수 있다. 센서는 컴퓨터 시스템에 작동 가능하게 연결되어 워터컷을 컴퓨터 시스템으로 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 디스플레이 장치(미도시)에 작동 가능하게 연결된다. 컴퓨터 시스템은 샘플의 워터컷을 표시하거나 디스플레이 장치에서 여러 샘플의 워터컷 프로파일(후술함)을 생성 및 표시할 수 있다. 일부 구현예에서, 워터컷(또는 BS&W)은 워터컷 분석기 자체의 전자 인클로저에 표시되거나, 플랜트 정보(PI) 시스템 또는 유사한 데이터 전송 시스템을 통해 플랜트 제어실로 원격으로 전송될 수 있다.
샘플의 워터컷이 측정된 후, 샘플은 측정 셀(106)로부터 회수되어 유동 라인(102)으로 반환된다. 일부 구현예에서, 샘플 회수 시스템(112)은 한쪽 단부에서는 측정 셀(106)에 그리고 다른 쪽 단부에서는 유동 라인(102)에 유동적으로 연결된다. 일부 구현예에서, 샘플 회수 시스템(112)은 측정 셀(106)로부터 용매-탄화수소 혼합물을 수용하는 탱크를 포함한다. 샘플 회수 시스템(112)은 펌프에 연결될 수 있고, 주기적으로 비워져서 드레인(drain) 또는 유동 라인(102)으로 갈 수 있다.
도 2는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 과정(200)의 일례의 흐름도이다. 202에서, 액체 탄화수소 샘플은 유동 라인, 예컨대 유동 라인(102)으로부터 수용된다. 204에서, 액체 탄화수소 샘플은 예컨대 용매 저장 탱크(108)에 저장된 용매로부터의 용매와 혼합된다. 혼합은 예컨대, 측정 셀(106)에서 실시된다. 206에서, 샘플의 워터컷이 결정된다. 214에서, 워터컷은 예컨대 컴퓨터 시스템의 디스플레이 장치에 표시된다. 208에서, 추가의 샘플이 함수량에 대해 측정되어야 하는지가 결정된다. 추가의 샘플이 측정되어야 하는 경우(결정 분기 "네"), 단계 202, 204 및 206이 반복되어 다수의 개별 샘플에 대한 워터컷을 결정한다. 특히, 각각의 추가의 샘플은 각각의 시점에서 유동 라인으로부터 흡인되고, 워터컷이 측정된다. 다른 샘플을 흡인하고 워터컷을 측정하는 빈도는 수행 중인 작업 또는 제어 중인 과정에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 4개의 샘플을 주기적으로, 즉, 매시간 동일한 시간 간격으로 흡인하고 측정할 수 있다. 이러한 방식으로, 여러 시점에 걸쳐 있는 지속 시간에 걸쳐 유동 라인으로부터 흡인된 여러 샘플의 워터컷을 얻는다. 추가의 샘플이 남아 있지 않으면(결정 분기 "아니오"), 210에서 액체 탄화수소의 워터컷 프로파일이 결정된다. 워터컷 프로파일은 다수의 샘플이 유동 라인(102)으로부터 흡인되거나 다수의 샘플에 대해 워터컷이 측정된 각각의 시점에 대한 다수의 샘플의 워터컷의 플롯이다. 컴퓨터 시스템은 임의의 플롯 또는 그래프 생성 소프트웨어를 사용하여 워터컷 프로파일을 생성할 수 있다. 214에서, 워터컷이 디스플레이 장치에 표시된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 구현예에서, 액체 탄화수소 샘플은 유동 라인(102)의 바닥으로부터 측정된 특정 높이에서 유동 라인(102)으로부터 흡인되었다. 이러한 구현예에서, 각각의 샘플의 워터컷 또는 다수의 샘플의 워터컷 프로파일은 측정된 높이에서 유동 라인(102)을 통해 유동하는 액체 탄화수소의 워터컷을 나타낸다. 일부 구현예에서, 본원에 설명된 기술은 분리 용기의 다른 높이에서 워터컷을 결정하기 위해 실시될 수 있다. 워터컷이 용기 내의 다른 높이에서 다를 수 있음을 인식하면, 용기 바닥으로부터 측정된 다른 높이에서 용기로부터 여러 샘플을 채취할 수 있다. 그렇게 함으로써, 용기 높이에 걸친 워터컷 프로파일을 결정할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 측정된 워터컷 또는 워터컷 프로파일(또는 둘다)을 사용하여, 제어 시스템은 워터컷, 즉, BS&W 판독값과, 특정 동작, 예컨대 세척수 유량, 항유화제 유속, 재순환 밸브 개방, 열 교환기 또는 유사한 유정의 존재 하의 가열 요구 사항, 유동 라인 또는 플랜트 작동 사이의 관계를 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 규격외 원유는 격리되어 다른 탱크로 이송될 수 있다. 일부 구현예에서, 혼합 요소, 예컨대 정적 혼합기가 유동 라인(102)에 배치될 수 있고, 탄화수소의 혼합을 보장하고 대표적인 샘플을 얻기 위해, 탄화수소가 혼합 요소의 하류에서 샘플링될 수 있다.
예
도 3은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 과정의 일례에 대한 설명이다. 302에서, 무수 질소와 함께 무수 크실렌을 10 ml 측정 셀에 주입하였다. 304에서, 측정 셀의 온도는 40℃로 제어되었다. 306에서, 무수 용매의 함수량을 측정하였다. 함수량은 50 ppmv인 것으로 밝혀졌다. 308에서, 무수 용매 함수량이 200 ppmv의 함수량 임계치 미만임을 확인하였다. 무수 용매 함수량이 함수량 임계치보다 큰 경우, 용매 저장 탱크 입구에서 용매 또는 분자체 카트리지를 교체해야 한다는 경고가 유발되었을 것이다. 310에서, 1 ml의 원유가 무수 질소와 함께 고속 루프 시스템으로부터 측정 셀에 주입되었다. 312에서, 측정 셀의 온도는 40℃로 유지하였다. 314에서, 측정 셀에서 무수 용매와 액체 탄화수소 샘플의 혼합물의 함수량이 300 ppm으로 측정되었다. 316에서, 액체 탄화수소 샘플의 워터컷이 결정되었다. 특히, 원유 샘플의 워터컷은 다음 식을 사용하여 측정하였다:
위 식에서 "혼합물 부피"는 액체 탄화수소(HC) 샘플과 용매의 혼합물의 부피를 나타내며, "혼합물 WC"는 혼합물의 워터컷을 나타낸다. 이 예에서, 액체 HC WC는 2800 ppm 또는 0.28%였다. 318에서, 혼합물은 샘플 회수 시스템을 통해 유동 라인으로 되돌려졌다.
일부 구현예에서, 본원에 설명된 워터컷 측정 시스템은 보정될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 동시에 또는 다른 시점에서 2개의 샘플이 흡인될 수 있다. 샘플은 다르게 희석될 수 있다. 예컨대, 제1 샘플은 1:10의 비율로 희석될 수 있고, 제2 샘플은 희석액, 예컨대 저유전성 용매로 1:20의 비율로 희석될 수 있다. 앞서 설명한 두 샘플 모두에 대해 워터컷 측정을 실시할 수 있다. 시스템이 의도한 대로 작동하면, 제1 샘플의 워터컷은 제2 샘플의 2배가 된다. 선형 범위의 희석 비율을 갖는 여러 샘플에 대해 유사한 보정을 실시하면, 샘플의 워터컷 프로파일도 선형이 된다. 대안적으로 또는 추가로, 동일한 농도(1:10 비율 또는 1:20 비율)의 2개의 물 샘플을 병렬로 처리하면, 2개의 미지수(탄화수소 및 용매의 원래 함수량)가 있는 두 방정식의 시스템을 풀어, 혼합물 성분의 함수량을 측정할 수 있다.
도 4는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 시스템의 또 다른 구현예의 개략도이다. 도 1을 참조하여 설명된 시스템에서, 탄화수소 샘플 중 물의 농도는 샘플에 다량의 무수 용매를 첨가하여 감소시켰다. 이에 반해, 도 4를 참조하여 설명한 시스템에서는, 건조된 탄화수소 샘플이 건조되지 않은 탄화수소 샘플 중 물의 농도를 감소시키도록, 일정량의 탄화수소 샘플 자체가 먼저 건조된 다음, 건조되지 않은 탄화수소 샘플에 첨가된다. 본 명세서에 기술된 시스템은 액체 탄화수소 샘플을 평가하는 맥락에서 기술되었지만, 시스템은 또한 엔진 윤활유, 터빈 오일, 크랭크케이스 오일, 변압기 오일, 유압 오일, 중유, 바이오 가솔린 및 절삭유와 같은 다른 액체를 유사하게 평가하기 위해 사용될 수 있다.
시스템은 유동 라인(102)과 실질적으로 유사한 유동 라인(402)을 포함한다. 유동 라인(102)과 마찬가지로, 유동 라인(402)은 유정(미도시)을 통해 생성된 액체 탄화수소를 운반할 수도 있다. 예컨대, 유동 라인(402)은 유정으로부터 다른 위치, 예컨대 가스 오일 분리 플랜트(GOSP)로 또는 GOSP로부터 원유 수출 터미널 또는 안정화 플랜트로 이어질 수 있다. 유동 라인(402)에서 유동하는 액체 탄화수소는 액체 물 및 예컨대 액체 원유를 포함할 수 있다. 고속 루프 시스템(104)과 실질적으로 유사한 고속 루프 시스템(404)은 유동 라인(402)에 유동적으로 결합되어 유동 라인(402)으로부터 액체 탄화수소 샘플을 얻는다. 고속 루프 시스템(404)은 원하는 예컨대, 솔레노이드 밸브 또는 동등한 메커니즘을 사용하여, 샘플이 흡인되어야 하는 원하는 빈도로 원하는 양의 액체 탄화수소 샘플을 흡인하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 고속 루프 시스템(404)은 유량 측정 시스템, 유동 라인(402)으로의 재주입을 허용하는 펌프, 또는 필터링 시스템(또는 이들 중 임의의 둘 또는 셋 모두의 조합)을 구비할 수 있다.
일부 구현예에서, 고속 루프 시스템(404)에 의해 흡인된 액체 탄화수소 샘플은 예컨대 밸브로 또는 밸브 없이 작동 가능한 유동 제어 장치(405)(예컨대, 3-웨이 스플리터 또는 T-스플리터)에 의해 2개의 분기로 분할된다. 후술하는 바와 같이, 액체 탄화수소 샘플의 한 분기를 건조시켜 용매로 사용하여 액체 탄화수소 샘플의 다른 분기에서 물의 농도를 감소시킨다. 이후에 건조될 한 분기로 유동하는 액체 탄화수소 샘플의 양은 시험할 다른 분기로 유동하는 액체 탄화수소 샘플의 양에 따라 다르다. 따라서, 유동 제어 장치(405)는 건조에 필요한 액체 탄화수소 샘플의 양을 측정하고 그에 따라 액체 탄화수소 샘플을 분할할 수 있는 제어 가능한 유량계(미도시)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 고속 루프 시스템(404)은, 샘플이 유동 제어 장치(405)로 유동하기 전에, 샘플을 유동 라인(402)으로 되돌리는 유동 경로를 포함할 수 있다. 고속 루프 시스템(404)은 유동 라인(402)으로부터 샘플링된 탄화수소를 예컨대, 압력, 유속 및 여과 요구 사항의 관점에서 컨디셔닝하고 유동 제어 장치(405)에 새로운 샘플을 제공하는 것을 허용한다. 일부 구현예에서, 고속 루프 시스템(404)은 요구되는 측정 빈도와 일치하는 빈도로 새로운 샘플을 제공하여 생성물 손실 방지할 수 있다. 측정에 사용되지 않은 생성물은 유동 라인(402)으로 반환된다.
측정 셀(406)(측정 셀(106)과 실질적으로 유사함)은 유동 제어 장치(405)에 유동적으로 결합된다. 고속 루프 시스템(404)에 의해 유동 라인(402)으로부터 흡인되고 유동 제어 장치(406)에 의해 분할되는 액체 탄화수소 샘플의 양이 유동한다. 측정 셀(406)의 부피는 워터컷을 측정하는 데 사용되는 액체 탄화수소 샘플의 양에 의해 결정된다. 부피가 너무 적으면 측정이 부정확해질 수 있고, 부피가 너무 많으면 실시 비용이 증가할 수 있다. 일부 예에서, 액체 탄화수소 샘플의 부피는 10 밀리리터(ml)일 수 있다.
측정 셀(406)로 흡인된 액체 탄화수소 샘플은 물 포화 수준보다 더 큰 농도의 액체 물을 가질 수 있다. 샘플 중 물 수준을 시험하기 전에, 농도를 물 포화 수준 아래로 낮춰야 한다. 그렇게 하기 위해, 측정 셀(406)로 유동하지 않은 액체 탄화수소 샘플의 분기가 건조된다. 특히, 액체 탄화수소 샘플의 그 분기는 건조 챔버(408)(건조 챔버(110)와 실질적으로 유사함)를 통해 유동한다. 예컨대, 건조 챔버(408)는 한쪽 단부에서는 유동 제어 장치(405)에 그리고 다른 쪽 단부에서는 저장 탱크(410)(실질적으로 용매 저장 탱크(108)와 유사함)에 유동적으로 연결될 수 있다. 건조 챔버(408)를 통한 유동 제어 장치(405)로부터의 액체 탄화수소 샘플의 분기 및 건조된 액체 탄화수소 샘플은 저장 탱크(410)로 유동할 수 있다. 건조 챔버(408)에서의 건조는 실리카 겔, 활성화 알루미나, 제올라이트 또는 이들의 조합을 사용하여 실시될 수 있다. 예컨대, 건조 챔버(408)는 실리카 및 알루미나 테트라헤드라의 3차원 상호 연결 네트워크를 갖는 결정질 금속 알루미노실리케이트를 포함할 수 있거나 이로 실시될 수 있다. 이러한 구현예는 유기 액체로부터 물을 제거하는 데 효과적이다.
일부 구현예에서, 건조 챔버(408)는 건조제가 배치되는 별도의 용기일 필요가 없다. 오히려, 건조 챔버(408)는 유동 경로, 즉, 액체 탄화수소 샘플이 유동 제어 장치(405)로부터 저장 탱크(410)로 유동하는 튜브 또는 파이프 내에 배치된 3A 내지 5A 타입의 분자체로 실시될 수 있다. 이러한 분자체는 물 분자가 3A 미만의 크기를 갖는 반면, 전형적인 탄화수소의 분자 크기는 체의 기공보다 더 큰 크기 범위에 있기 때문에, 액체 탄화수소 샘플로부터 물을 제거할 수 있다. 예컨대, 에틸렌, 프로판 및 톨루엔의 크기는 각각 4.2A, 4.9A 및 6.7A이다. 가장 적절한 분자체의 선택은 특정 응용 분야에 따라 다르다.
건조된 액체 탄화수소 샘플은 펌프(미도시)를 사용하여 저장 탱크(410)로부터 측정 셀(406)로 유동할 수 있다. 대안적으로, 측정 셀(406)과 저장 탱크(410) 사이의 압력 변화는 건조된 액체 탄화수소 샘플을 저장 탱크(410)로부터 측정 셀(406)로 흡인하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 압력 변화는 저장 탱크(410)를 무수 가스(예컨대 가스 실린더로부터의 질소 또는 플랜트로부터의 건조 기구 공기)로 가압함으로써 생성될 수 있다. 이러한 방식으로, 결정된, 예컨대 계량된 양의 용매가 저장 탱크(410)로부터 측정 셀(406)로 유동할 수 있다.
일부 구현예에서, 모든 건조된 액체 탄화수소 샘플은 건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플과 혼합되도록 측정 셀(406)로 유동될 수 있다. 이러한 구현예에서, 전술한 바와 같이, 건조될 액체 탄화수소 샘플의 양은 측정 셀(406)의 부피 및 건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플을 보유할 수 있는 이의 용량에 기초하여 선택된다. 일부 구현예에서, 저장 탱크(410)는 워터컷을 측정하는 각각의 경우에 필요한 것보다 더 많은 건조된 액체 탄화수소 샘플로 채워질 수 있다. 즉, 시간이 지남에 따라, 측정 셀(406)에서 워터컷을 측정하는 각 경우에 필요한 것보다 더 많은 액체 탄화수소 샘플이 건조 챔버(408)에서 건조된 후 저장 탱크(410)로 유입되고, 건조된 액체 탄화수소 샘플이 저장 탱크(410)에 축적되게 된다. 이러한 구현예에서, 새로운 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위해, 유동 제어 장치(405)는 액체 탄화수소 샘플을 2개의 분기(하나는 건조를 위한 것이고 다른 하나는 시험을 위한 것임)로 분할할 필요가 없는데, 건조된 탄화수소 샘플이 이미 저장 탱크(410)에서 이용 가능하기 때문이다. 결과적으로, 고속 루프 시스템(404)에 의해 흡인된 액체 탄화수소 샘플의 양은 감소될 수 있고, 유동 제어 장치(405)는 흡인된 모든 액체 탄화수소 샘플을 측정 셀(406)로 보낼 수 있다. 반대로, 일부 구현예에서, 저장 탱크(410) 내의 건조된 액체 탄화수소 샘플의 양이 임계량 미만이라고 결정시(예컨대 저장 탱크(410)가 비어 있음), 고속 루프 시스템(404)에 의해 유동 라인(402)으로부터 흡인된 액체 탄화수소 샘플은 그 전체가 건조 챔버(408)로, 그 다음 저장 탱크(410)로 유동할 수 있다. 이러한 경우, 목표가 워터컷을 측정하는 것이 아니라 오히려 시간이 지남에 따라 건조된 액체 탄화수소 샘플을 축적하는 것이기 때문에, 흡인된 액체 탄화수소 샘플 중 어느 것도 측정 셀(406)로 유동하지 않는다. 요컨대, 저장 탱크(410)에 저장된 건조된 액체 탄화수소 샘플의 양에 따라, 고속 루프 시스템(404)은 유동 라인(402)으로부터 흡인된 액체 탄화수소 샘플의 양을 변화시키도록 구성될 수 있고, 유동 제어 장치(405)는 흡인된 액체 탄화수소 샘플을 2개의 분기로 분할하거나 모든 액체 탄화수소 샘플이 건조 챔버(408) 또는 측정 셀(406)로 유동하도록 구성될 수 있다.
측정 셀(406)로 흡인된 건조된 액체 탄화수소 샘플의 양은 측정 셀(406)로 흡인된 액체 탄화수소 샘플의 부피 뿐만 아니라 BS&W에 의해 측정된 예상 워터컷에도 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 표 1에 나타난 대로, 가솔린 12 시스템에서 최대 0.16%의 물을 측정하려면, 미건조/건조된 액체 탄화수소 샘플 비율이 1:20이어야 한다. 부피가 10.5 ml인 측정 셀의 경우, 이는 대략 0.5 ml의 건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플과 10 ml의 건조된 액체 탄화수소 샘플로 해석된다.
일부 구현예에서, 저장 탱크(410) 및 측정 셀(406)은 직접적으로, 즉, 파이프라인을 통해 임의의 중간 요소 없이 유동적으로 연결된다. 일반적으로, 저장 탱크(410) 내의 건조된 액체 탄화수소 샘플은 실질적으로 물이 없거나, 최소한으로 함수량 임계치 미만의 함수량을 갖는다. 일부 구현예에서, 건조된 액체 탄화수소 샘플의 함수량은 건조된 액체 탄화수소 샘플을 다른 건조 챔버(412)를 통해 유동시킴으로써 더 낮아질 수 있다. 건조 챔버(412)는 저장 탱크(410)가 재생 시스템(416)으로의 유동을 확립하기 위해 가스로 가압되는 경우에 실시될 수 있다. 건조 챔버(412)는 가스를 오염시켰을 수 있는 수분을 제거할 수 있거나 가스 실린더를 교체하거나 다른 유지 보수 작업을 수행할 때 공정에 수분이 도입되는 경우, 수분을 제거할 수 있다. 각각의 건조 챔버(408 및 412)는 각각의 재생 시스템(414 및 416)을 포함할 수 있다. 각각의 재생 시스템(414 및 416)은 각각의 건조 챔버를 가열할 수 있는 히터를 포함하고, 이에 따라 포화시 전체를 교체할 필요 없이 건조 용량을 유지할 수 있도록 건조 챔버를 건조시킨다. 히터는 불활성 스윕 하에서 120℃ 이상으로 가열되어 건조 챔버의 분자체로부터의 물을 대체할 수 있다. 175℃ 내지 315℃의 더 높은 재생 온도는 다른 유형의 체(예컨대 유형 3A, 4A, 5A)에 사용할 수 있다. 재생에서 발생하는 스윕 가스는 플레어 회수 시스템, 열 산화기로 보내어지거나, 또는 배출에 대한 플랜트 및 현지 법규에 따라 안전하게 대기로 배기될 수 있다.
건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플 중 액체 물의 농도는 건조된 액체 탄화수소 샘플을 첨가함으로써 감소된다. 일반적으로, 물과 기름은 섞이지 않는다. 그러나, 건조된 액체 탄화수소 샘플은 최소량의 물을 용해할 수 있다. 표 2에는 기준 온도에서 특정 석유 유분의 수용해도가 열거되어 있다. 예컨대, 휘발유 10은 섭씨 50도(℃)에서 193 ppm의 수용해도를 갖는다. 이는 무수 휘발유 10 1 리터당 최대 193 마이크로리터(㎕)의 물을 용해할 수 있음을 의미한다. 물이 이 농도를 초과하면, 액적 형태로 용액으로부터 떨어져 결국 침강층을 형성한다. 본 개시에서, 건조된 액체 탄화수소 샘플 대 건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플 비율은 관심 있는 측정 범위에서 용해도 조건을 충족하도록 결정된다.
표 1에 보고된 것보다 더 높은 온도에서는 용해도 값이 더 커질 것으로 예상되며, 따라서 측정 가능한 함수량의 범위가 확장된다.
일부 구현예에서, 무수 가스(예컨대, 무수 질소 또는 유사한 불활성 가스)는 건조된 액체 탄화수소 샘플과 함께 측정 셀(406)에 주입되어 과압을 생성하고 건조된 액체 탄화수소 샘플의 수분 오염을 방지한다. 이렇게 하면, 건조된 액체 탄화수소 샘플에 대한 부하를 줄이고 탈수 공정 효율성을 향상시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 분자체 또는 다른 건조제를 포함하는 카트리지는 물이 탱크에 들어가는 것을 피하기 위해 저장 탱크(410)의 입구에 위치될 수 있다. 이러한 구현예에서, 건조 챔버(408)는, 샘플이 측정 셀(406)에 들어가기 전에, 건조된 액체 탄화수소 샘플의 완전한 건조를 보장하기 위한 제2 카트리지로서 기능할 수 있다. 저장 탱크(410)의 입구에 있는 카트리지와 건조 챔버(408) 모두 물을 효율적으로 수집할 수 있도록 주기적으로 교체해야 한다.
유동 라인(402)으로부터 흡인된 건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플의 양과 저장 탱크(410)로부터 흡인된 건조된 액체 탄화수소 샘플의 양이 측정 셀(406)로 유동된 후, 혼합물의 워터컷이 측정된다. 일부 구현예에서, 건조된 불활성 가스는 건조된 샘플과 건조되지 않은 샘플 사이의 혼합을 용이하게 하기 위해 측정 셀(406)로 버블링될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 측정 셀(406)은 특정 온도, 예컨대 40℃에서 유지된다. 일부 구현예에서, 측정 셀(406)은 측정 셀(406)을 특정 온도로 유지하기 위해 히터(미도시)에 연결되거나 가열 챔버(미도시) 내에 위치될 수 있다.
원하는 온도로 유지된 측정 셀(406)의 온도로, 측정 셀(106) 내의 혼합물의 워터컷이 측정된다. 워터컷은 커패시턴스 또는 광섬유 유형 미터, Karl Fischer 또는 NIR 분광법으로 측정할 수 있다.
일부 구현예에서, 측정 셀(406)은 컴퓨터 시스템(미도시)에 동작 가능하게 결합된다. 컴퓨터 시스템은 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체(예컨대, 일시적 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체)를 포함한다. 동작은 측정 셀(406)로부터 워터컷 측정값을 수신하는 것을 포함한다. 예컨대, 센서는 측정 셀(406) 내부에 설치되고 워터컷을 측정할 수 있다. 센서는 컴퓨터 시스템에 작동 가능하게 연결되어 워터컷을 컴퓨터 시스템으로 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 디스플레이 장치(미도시)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 컴퓨터 시스템은 샘플의 워터컷을 표시하거나 디스플레이 장치에서 여러 샘플의 워터컷 프로파일(후술함)을 생성 및 표시할 수 있다. 일부 구현예에서, 워터컷(또는 BS&W)은 워터컷 분석기 자체의 전자 인클로저에 표시되거나, 플랜트 정보(PI) 시스템 또는 유사한 데이터 전송 시스템을 통해 플랜트 제어실로 원격으로 전송될 수 있다.
일부 구현예에서, 샘플의 워터컷이 측정된 후, 샘플은 측정 셀(406)로부터 회수되어 유동 라인(402)으로 반환된다. 대안적으로, 측정 셀(406)로부터의 샘플은 건조 챔버(408)로 유동하여, 408은 후속 워터컷 측정을 위해 건조된 액체 탄화수소 샘플로서 준비되고 저장 탱크(410)에 저장될 수 있다. 이러한 구현예에서, 저장 탱크(410) 내의 건조된 액체 탄화수소의 양은 저장될 수 있다. 양이 임계치를 초과하면, 건조된 액체 탄화수소 샘플과 건조되지 않은 액체 탄화수소 샘플의 혼합물은 워터컷 측정 후에 측정 셀(406)로부터 다시 유동 라인(402)으로 유동할 수 있다. 측정 셀(406)로부터 건조 챔버(408) 또는 유동 라인(402)으로의 샘플의 유동은 측정 셀(406)에 유동적으로 연결된 펌프(미도시)에 의해 실시될 수 있다.
도 5는 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 또 다른 과정(500)의 예의 흐름도이다. 502에서, 액체 탄화수소 샘플은 유동 라인, 예컨대 유동 라인(402)으로부터 수용된다. 504에서, 액체 탄화수소 샘플은 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할된다. 예컨대, 유동 제어 장치(405)는 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할한다. 나머지 부분의 양은 측정 셀(406)의 부피에 따라 달라지고, 제1 부분의 부피는 차례로 나머지 부분의 부피에 따라 달라진다. 506에서, 제1 부분이 건조된다. 예컨대, 제1 부분은 건조 챔버(408)에서 건조된다. 508에서, 건조된 제1 부분은 저장 탱크, 예컨대 저장 탱크(410)에 저장된다. 510에서, 건조된 제1 부분은 저장 탱크로부터 측정 셀, 예컨대 측정 셀(406)로 유동한다. 512에서, 분할된 나머지 부분도 측정 셀로 유동한다.
514에서, 나머지 부분과 건조된 제1 부분이 혼합된다. 혼합은 예컨대 측정 셀(406)에서 실시된다. 516에서, 샘플의 워터컷이 결정된다. 워터컷은 예컨대 컴퓨터 시스템의 표시 장치에 표시될 수 있다. 518에서, 함수량에 대해 추가의 샘플이 측정되어야 하는지가 결정된다. 추가의 샘플이 측정된다면(결정 분기 "네"), 단계 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514 및 516이 반복되어 다수의 각각의 샘플에 대한 워터컷을 결정한다. 특히, 각각의 추가의 샘플은 각각의 시점에서 유동 라인으로부터 흡인되고, 워터컷이 측정된다. 다른 샘플을 흡인하고 워터컷을 측정하는 빈도는 수행 중인 작업 또는 제어 중인 과정에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 4개의 샘플을 주기적으로, 즉, 매시간 동일한 시간 간격으로 흡인하고 측정할 수 있다. 이러한 방식으로, 여러 시점에 걸쳐 있는 지속 시간에 걸쳐 유동 라인으로부터 흡인된 여러 샘플의 워터컷을 얻는다. 추가의 샘플이 남아 있지 않으면(결정 분기 "아니오"), 520에서 액체 탄화수소의 워터컷 프로파일이 결정된다. 워터컷 프로파일은, 다수의 샘플이 유동 라인(402)으로부터 흡인되거나 다수의 샘플에 대해 워터컷이 측정된 각각의 시점에 대한 다수의 샘플의 워터컷의 플롯이다. 컴퓨터 시스템은 임의의 플롯 또는 그래프 생성 소프트웨어를 사용하여 워터컷 프로파일을 생성할 수 있다. 524에서, 워터컷이 디스플레이 장치에 표시된다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 구현예에서, 액체 탄화수소 샘플은 유동 라인(402)의 바닥으로부터 측정된 특정 높이에서 유동 라인(402)으로부터 흡인되었다. 이러한 구현예에서, 각각의 샘플의 워터컷 또는 다수의 샘플의 워터컷 프로파일은 측정된 높이에서 유동 라인(402)을 통해 유동하는 액체 탄화수소의 워터컷을 나타낸다. 일부 구현예에서, 본원에 설명된 기술은 분리 용기의 다른 높이에서 워터컷을 결정하기 위해 실시될 수 있다. 워터컷이 용기 내의 다른 높이에서 다를 수 있음을 인식하면, 용기 바닥으로부터 측정된 다른 높이에서 용기로부터 여러 샘플을 흡인할 수 있다. 그렇게 함으로써, 용기 높이에 걸친 워터컷 프로파일을 결정할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 측정된 워터컷 또는 워터컷 프로파일(또는 둘다)을 사용하여, 제어 시스템은 워터컷, 즉, BS&W 판독값과, 특정 동작, 예컨대 세척수 유량, 항유화제 유속, 재순환 밸브 개방, 열 교환기 또는 유사한 유정의 존재 하의 가열 요구 사항, 유동 라인 또는 플랜트 작동 사이의 관계를 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 규격외 원유는 격리되어 다른 탱크로 이송될 수 있다. 일부 구현예에서, 혼합 요소, 예컨대 정적 혼합기가 유동 라인(402)에 배치될 수 있고, 탄화수소를 혼합하고 대표 샘플을 얻는 것을 보장하기 위해 탄화수소가 혼합 요소의 하류에서 샘플링될 수 있다. 일부 구현예에서, 본원에 설명된 기술은 운송을 위해 탄화수소를 받는 탱크 팜 또는 터미널에서 실시될 수 있다. 이러한 탄화수소는 본원에 설명된 기술을 사용하여 수분 함량을 측정하고 다른 탱크로 격리할 수 있다. 규격외 유체는 하역을 위한 규격 내에 있게 될 때까지, 물/정제 생성물 분리를 위해 저장 탱크로 향할 수 있다. 규격 내 유체는 지체 없이 하역을 시작할 수 있는 탱크로 향할 수 있다.
예
도 6은 액체 탄화수소 샘플의 워터컷을 측정하기 위한 또 다른 과정의 일례에 대한 설명이다. 602에서, 제트 연료는 3A 카트리지로 건조되어 건조 생성물을 생성하였다. 604에서, 건조된 생성물을 무수 질소와 함께 10 ml 측정 셀에 주입하였다. 606에서, 측정 셀의 온도는 40℃로 제어되었다. 608에서, 건조된 생성물 중 함수량을 측정하였다. 함수량은 50 ppmv인 것으로 밝혀졌다. 610에서, 건조된 생성물 함수량이 200 ppmv의 함수량 임계치 미만임을 확인하였다. 건조된 생성물 함수량이 함수량 임계치보다 큰 경우, 건조된 생성물 저장 탱크 입구에서 건조된 생성물 또는 분자체 카트리지의 교체를 요구하는 경고가 유발되었을 것이다. 612에서, 1 ml의 제트 연료(즉, 단계 602에서 건조된 동일한 탄화수소)가 무수 질소와 함께 고속 루프 시스템으로부터 측정 셀에 주입되었다. 614에서, 측정 셀의 온도는 40℃로 유지되었다. 616에서, 측정 셀 내 건조 생성물과 제트 연료의 혼합물의 함수량은 300 ppm으로 측정되었다. 618에서, 제트 연료의 워터컷이 결정되었다. 특히, 제트 연료의 워터컷은 하기 식을 사용하여 측정하였다:
위 식에서 "액체 HC"는 제트 연료를 나타내며, "혼합물 부피"는 제트 연료와 건조된 생성물의 혼합물의 부피를 나타내며 "혼합물 WC"는 혼합물의 워터컷을 나타낸다. 이 예에서, 액체 HC WC는 2800 ppm 또는 0.28%였다. 620에서, 혼합물을 건조 생성물 저장 탱크로 되돌려 물을 제거하였다.
일부 구현예에서, 본원에 설명된 워터컷 측정 시스템은 보정될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 동시에 또는 다른 시점에서 2개의 샘플을 흡인할 수 있다. 샘플은 다르게 희석될 수 있다. 예컨대, 제1 샘플은 1:10의 비율로 희석할 수 있고, 제2 샘플은 희석액, 예컨대 건조 생성물과 1:20의 비율로 희석할 수 있다. 앞에서 설명한 대로 두 샘플 모두에 대해 워터컷 측정을 실시할 수 있다. 시스템이 의도한 대로 작동하면, 제1 샘플의 워터컷은 제2 샘플의 2배가 된다. 선형 범위의 희석 비율을 갖는 여러 샘플에 대해 유사한 보정을 실시하면, 샘플의 워터컷 프로파일도 선형이 된다. 대안으로 또는 추가로, 2개의 유사한 샘플을 2개의 다른 비율(예컨대 1:10 비율 및 1:20 비율)로 병렬로 처리하면, 2개의 미지수(탄화수소 및 용매의 원래 함수량)가 있는 두 방정식의 시스템을 풀어, 혼합물 성분의 함수량을 측정할 수 있다.
일부 구현예에서, 도 1 및 도 4를 참조하여 설명된 구현예를 결합할 수 있다. 예컨대, 무수 용매(예컨대, 크실렌)는 제1 저장 탱크에 저장될 수 있고, 건조된 액체 탄화수소 샘플(예컨대, 건조 원유)은 제2 저장 탱크에 저장될 수 있다. 두 저장 탱크는 각각의 펌프, 밸브 및 유체 유동 경로(예컨대 파이프 또는 튜브)에 의해 동일한 측정 셀에 유동적으로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 두 구현예를 결합하면, 무수 용매 또는 건조된 액체 탄화수소 샘플을 사용하여 액체 탄화수소 샘플의 물 농도를 포화 수준 아래로 줄일 수 있다. 예컨대, 각 저장 탱크는 해당 저장 탱크에 있는 건조된 생성물(무수 용매 또는 건조된 액체 탄화수소 샘플)의 양을 감지하고 그 양을 컴퓨터 시스템으로 전송할 수 있는 각각의 센서를 포함할 수 있다. 무수 용매 저장 탱크의 양이 임계 양 수준 아래로 감소하면, 컴퓨터 시스템은 무수 용매 저장 탱크를 닫고 건조된 액체 탄화수소 샘플 저장 탱크로부터 건조된 생성물을 흡인할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 일부 구현예에서, 각각의 저장 탱크는, 건조된 생성물이 측정 셀로 유동하기 전에, 건조된 생성물을 더 건조시키는 각각의 건조 챔버에 유동적으로 결합될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 각 건조 챔버의 포화 수준을 모니터링할 수 있다. 건조된 액체 탄화수소 샘플이 유동하는 건조 챔버의 포화 수준이 임계 포화 수준보다 크면, 컴퓨터 시스템은 건조된 액체 탄화수소 샘플 저장 탱크를 닫고 무수 용매 저장 탱크로부터 건조된 생성물을 흡인할 수 있다. 이렇게 하면, 물이 포화된 건조 챔버를 교체할 수 있다. 다양한 제품을 취급하는 정유소 또는 화학물질 제조 공장과 같은 일부 구현예에서, 시스템은 다른 유동 라인으로부터 스트림을 수용하고 이러한 스트림을 가장 적절한 용매(예컨대 일반 용매, 예컨대 크실렌 또는 건조된 스트림 또는 다른 용매)와 혼합할 수 있다.
요약하면, 본 명세서에 기술된 기술은 분산된 액적을 함유하는 물 포화 석유 유체의 함수량을 측정할 수 있게 한다. 이 기술을 실시하면, 원유에 액적 형태로 존재하는 물이 무수 용매에 용해되어 균질한 혼합물의 일부로 쉽게 측정될 수 있다. 용매와 석유 유체의 부피 비율을 변화시킴으로써, 매우 넓은 범위(예컨대, 0% 내지 100%)의 석유 유체 중 물 농도를 커버하는 것이 가능하다.
따라서, 주제의 특정 구현예가 설명되었다. 다른 구현예가 하기 청구 범위 내에 있다. 어떤 경우에는, 청구범위에 인용된 조치가 다른 순서로 수행될 수 있으며, 여전히 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 묘사된 과정은, 원하는 결과를 얻기 위해, 표시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 요구하지는 않는다. 특정 구현예에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다.
Claims (18)
- 액체 탄화수소를 운반하는 유동 라인으로부터 액체 탄화수소 샘플을 받는 단계로서, 액체 탄화수소 샘플은 액체 탄화수소, 및 물 포화 수준(water saturation level)보다 큰 농도의 액체 물을 포함하는 단계;
액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할하는 단계;
제1 부분을 건조시켜 제1 부분에서 액체 물을 제거하는 단계;
나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하는 단계로서, 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합물 중 액체 물의 농도는 물 포화 수준 미만인 단계; 및
나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합한 후, 액체 탄화수소 샘플 중 함수량을 측정하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할하는 단계는
유동 제어 장치에 의해, 제1 유체 유동 경로를 통해 액체 탄화수소 샘플을 받는 단계;
유동 제어 장치에 의해, 제1 부분을, 제1 유체 유동 경로와 분리된 제2 유체 유동 경로로 유동시키는 단계; 및
유동 제어 장치에 의해, 나머지 부분을, 제1 유체 유동 경로 및 제2 유체 유동 경로와 분리된 제3 유체 유동 경로로 유동시키는 단계
를 포함하는 방법. - 제2항에 있어서, 나머지 부분을 제3 유체 유동 경로를 통해 측정 셀로 유동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전 및 액체 탄화수소 샘플 중 액체 물의 함수량을 측정하는 동안, 실질적으로 일정 온도에서 유지되도록 측정 셀의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제4항에 있어서, 온도는 40℃인 방법.
- 제3항에 있어서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하는 단계는, 건조된 제1 부분을 측정 셀로 유동시키는 것을 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서, 제1 부분을 건조시켜 제1 부분에서 액체 물을 제거하는 단계는, 제1 부분에서 액체 물을 제거하도록 구성된 건조 챔버를 통해, 제2 유체 유동 경로로부터 제1 부분을 유동시키는 것을 포함하는 방법.
- 제7항에 있어서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전에, 건조된 제1 부분을 건조 챔버로부터 측정 셀에 유동적으로 연결된(fluidically coupled) 저장 탱크로 유동시켜, 건조된 제1 부분을 저장 탱크로부터 측청 셀로 유동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서, 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합물을 측정 셀로부터 저장 탱크로 유동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전에,
건조된 제1 부분의 함수량이 함수량 임계치보다 큰 것을 결정하는 단계; 및
건조된 제1 부분의 함수량이 함수량 임계치보다 크다는 결정에 응답하여, 나머지 부분과 건조된 제1 부분의 혼합을 중지하라는 경고 신호를 전송하는 단계
를 더 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
함수량을 컴퓨터 시스템으로 전송하는 단계; 및
컴퓨터 시스템에 연결된 디스플레이 장치에 함수량을 표시하는 단계
를 더 포함하는 방법. - (a) 유동 라인으로부터 흡인된 액체 탄화수소 샘플을 제1 부분 및 나머지 부분으로 분할하는 단계로서, 액체 탄화수소 샘플은 액체 탄화수소, 및 물 포화 수준보다 큰 농도의 액체 물을 포함하는 단계;
(b) 제1 부분을 건조시켜 제1 부분에서 액체 물을 제거하는 단계로서, 제1 부분의 양은 액체 물을 물 포화도 미만으로 감소시키도록 구성되는 단계;
(c) 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하는 단계; 및
(d) 액체 탄화수소 샘플을 용매와 혼합한 후, 액체 탄화수소 샘플 중 액체 물의 함수량을 측정하는 단계
를 포함하는 방법. - 제12항에 있어서, 나머지 부분을 측정 셀로 흡인하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제13항에 있어서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하는 단계는
건조된 제1 부분을 측정 셀에 유동적으로 연결된 저장 탱크로 유동시키는 단계; 및
건조된 제1 부분을 저장 탱크로부터 측정 셀로 유동시키는 단계
를 포함하는 방법. - 제12항에 있어서, 나머지 부분을 건조된 제1 부분과 혼합하기 전에, 건조된 제1 부분의 함수량을 감소시키기 위해, 건조된 제1 부분을 건조시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 단계 (a), (b), (c) 및 (d)는 제1 시점(time instant)에 실시되며, 상기 방법은
제1 시점에 후속하는 복수의 시점에서, 단계, (a), (b), (c) 및 (d)를 실시하는 단계;
복수의 시점에서 복수의 함수량을 결정하는 단계; 및
복수의 시점에 대해 복수의 함수량을 플로팅하여, 복수의 시점 동안 유동 라인을 통해 유동한 액체 탄화수소에 대한 워터컷(water cut) 프로파일을 산출하는 단계
를 더 포함하는 방법. - 제12항에 있어서,
함수량을 컴퓨터 시스템으로 전송하는 단계; 및
컴퓨터 시스템에 연결된 디스플레이 장치에 함수량을 표시하는 단계
를 더 포함하는 방법. - 제12항에 있어서, 용매와 액체 탄화수소 샘플의 혼합물을 유동 라인으로 유동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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