NO319450B1

NO319450B1 - Styresystem for en degasser

Info

Publication number: NO319450B1
Application number: NO20025841A
Authority: NO
Inventors: Alf Reidar Kluge
Original assignee: Statoil Asa
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2005-08-15
Also published as: WO2004001233A3; AU2003272153A1; AU2003272153A8; NO20025841L; NO20025841D0; WO2004001233A2

Abstract

Styresystem for en degasser (avgassingsenhet) omfattende: et rørformet separasjonskammer med en oppstrømsende hvor fluidstrøm som føres inn ved hjelp av et spinnelement i oppstrømsenden settes i rotasjon og separeres til; en tyngre fraksjon som i hovedsak samles langs separasjonskammerets innvendige rørvegg og tas ut gjennom et utløp i en nedstrømsende av separasjonskammeret; og en lettere fraksjon som i hovedsak samles langs separasjonskammerets lengdeakse hvorfra et uttaksrør er anordnet for levering av den lettere fraksjon til; en kontrollseparator som er anordnet for å separere ut eventuelt medrevet tyngre fraksjon fra den lettere fraksjon, hvilken medrevet tyngre fraksjon tas ut gjennom en utiøpsledning fra et bunnområde fylt med tyngre fraksjon i kontrollseparatoren, fortrinnsvis for levering derav til den tyngre fraksjon fra separasjonskammeret, mens den lettere fraksjon tas ut fra kontrollseparatoren gjennom en egen utløpsledning. Styresystemet er saapreget ved at det omfatter: en differansetrykkgiver for angivelse av differansetrykk mellom området for den lettere fraksjon i separasjonskammeret og kontrollseparatoren, idet nevnte differansetrykk benyttes som grunnlag for regulering av en ventil i utiøpsledningen for den lettere fraksjon fra kontrollseparatoren, og en nivågiver for angivelse av nivå av den tyngre fraksjon i kontrollseparatoren, idet nevnte nivå benyttes som grunnlag for regulering av en ventil i utiøpsledningen for den tyngre fraksjon fra kontrollseparatoren.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører separasjon av fluider med ulik tetthet i en flerfasefluidblanding, slik som separasjon av væske og gass. I særlig grad vedrører oppfinnelsen et styresystem for en degasser anordnet i en strømningsinnretning for flerfasefluid som fordelaktig inneholder en betydelig andel væske i form av hydrokarboner og/eller vann, idet gass skal fjernes fra væsken.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk

Fra russisk patentpublikasjon RU 2157718 C2 er det kjent en innretning for å fange inn lette fraksjoner av olje og oljeprodukter fra en gasstrøm.

Den foreliggende oppfinnelse er imidlertid særlig anvendbar for å oppnå fordelaktig drift av degassere og lignende separasjonsinnretninger. En degasser er en type syklonseparator som funksjonerer i henhold til syklonprinsippet som utnytter sentripetalkreftene i en roterende fluidstrøm. Nærmere bestemt vil lette bestanddeler lettere avbøyes enn tyngre bestanddeler, slik at i en roterende fluidstrøm vil lette bestanddeler samles sentralt mens tyngre bestanddeler samles langs periferien. En degasser som er særlig aktuell i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i den internasjonale patentpublikasjonWO-Al 01/00296.

Degasseren i henhold til den ovennevnte publikasjon er en innretning for separasjon av et fluid som strømmer gjennom en rørledning, til en lett fraksjon og en tyngre fraksjon, i hvilken innretning fluidstrømmen settes i rotasjon slik at den separeres til en lett fraksjon som i hovedsak samles i en sentral sone og en tyngre fraksjon som i hovedsak samles i en ytre, ringformet sone, fra hvilke soner fluidfraksjonene avgis via respektive utløpsanordninger. Nærmere bestemt er degasseren ifølge den ovennevnte publikasjon særpreget ved at den omfatter

en i hovedsak rørformet kappe som er innrettet til å utgjøre et avsnitt av selve rørledningen, idet et spinnelement for rotasjon av fluidstrømmen er beliggende ved kappens oppstrømsende, og utløpsanordningen for den sentrale sone omfatter et nedstrøms av spinnelementet anordnet avløpselement med inngangsåpninger for avløp av den lette fraksjon og eventuelt medrevet tyngre fraksjon fra den sentrale sone,

en kontrollseparator som er koblet til avløpselementet og er innrettet til å fraskille medrevet tyngre fraksjon fra den lette fraksjon, idet separatoren er forsynt med et utløp for fraskilt, tyngre fraksjon, og et utløp for den lette fraksjon, og

et styresystem omfattende en nivågiver for angivelse av nivået av fraskilt, tyngre fraksjon i separatoren, og en nivåstyreenhet som er koblet til nivågiveren og til en avtappingsventil i separatorens utløp for den lette fraksjon, og som i samvirke med ventilen sørger for at den fraskilte, tyngre fraksjon i separatoren holdes på et konstant nivå

som svarer til den maksimalt tillatte, medrevne mengde av den tyngre fraksjon i den lette fraksjon.

Dersom ikke annet er spesifisert vil den lettere fraksjon generelt bestå av gass og den tyngre fraksjon vil generelt bestå av væske, selv om i prinsippet alle fluider med relativ tetthetsforskjell kan separeres med degasseren.

Degasseren beskrevet ovenfor forsøkes operert slik at mest mulig gass føres til kontrollseparatoren, men ikke så meget at uforholdsmessig mye væske blir medrevet gassen. For en nærmere beskrivelse av degasseren henvises det til den ovennevnte publikasjon.

Det har dessverre vist seg at ved operasjon av den ovennevnte degasser finnes det en ufordelaktig tendens til overflømming av kontrollseparatoren, hvilket antas å skyldes at styresystemet ikke funksjonerer tilstrekkelig godt. Det er derfor behov for et styresystem som kan benyttes sammen med degasseren, slik at denne kan funksjonere uten tendens til overflømming.

Oppsummering av oppfinnelsen

Målet med den foreliggende oppfinnelse er å imøtekomme det ovennevnte behov, hvilket oppnås ved at det tilveiebringes et styresystem med utforming og særpreg slik det fremgår av patentkrav 1 og med fordelaktige utførelsesformer slik det fremgår av de uselvstendige patentkrav 2-8.

Tegninger

Den foreliggende oppfinnelse illustreres ved hjelp av figurer, hvor

Fig. 1 viser en basisutgave av styresystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2-9 viser utvidete utførelsesformer av styresystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og Fig. 10 viser en fullutrustet utgave av styresystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse

Det henvises først til Fig. 1 som viser en basisutgave av degasseren og kontrollsystemet. Det rørformede separasjonskammer 1 mottar en degasserføde 2 som settes i rotasjon med et spinnelement 3 i oppstrømsenden av separasjonskammeret. Separasjonskammeret 1 er på Fig. 1, som i alle etterfølgende figurer, horisontalt illustrert på figurene, og i oppstrømsenden er det illustrert et spinnelement 3 og i nedstrømsenden et antispinnelement 4. Vertikalt opp fira separasjonskammeret er kontrollseparatoren 5, hvis funksjon er å separere ut små mengder væske fra gassen, hvilke små mengder væske samles i kontrollseparatorens bunnområde for levering derav gjennom en utløpsledning 6, for reinjeksjon i hovedstrømmen 7 av væske fra utløpet av separasjonskammeret, hvilken hovedstrøm 7 av væske er illustrert nede ut til høyre i Fig. 1 og i etterfølgende figurer. Gass leveres fra kontrollseparatoren gjennom en egen utløpsledning 8. For oversiktens skyld er den ovennevnte nummerhenvisning kun innført i fig. 1, ettersom de etterfølgende figurer er identiske med hensyn til selve degasseren. Selv om separasjonskammeret er illustrert liggende horisontalt på figurene, betyr ikke det at separsasjonskammeret nødvendigvis er anordnet horisontalt i anlegget, og kontrollseparatoren er ikke nødvendigvis anordnet helt vertikalt. Illustrasjonene av styresystemet er i henhold til vanlig benyttede symboler innen fagområdet, og i det etterfølgende blir i hovedsak styresystemet beskrevet. Som nevnt forsøkes degasseren operert slik at så meget gass som mulig tas ut fra hovedstrømningen, men uten at uforholdsmessig mye væske blir medrevet. Operasjonen foregår slik at det tas ut gass inntil en strømningsmengde slik at en liten økning medfører en brå økning av mengden medrevet væske, hvilket også medfører en dramatisk økning i differansetrykk, som angitt med DPI000, mellom området for den lette fraksjon i separasjonskammeret og kontrollseparatoren. Ved for stort gassavdrag må ventilen i gassutløpsledningen fra kontrollseparatoren strupes, nærmere bestemt ventil DPV1000. På Fig. 1 er en differansetrykkstyreenhet DPC1000 illustrert, tilkoblet differansetrykkgiveren DPT1000 og anordnet for ved hjelp av målte differansetrykk å styre differansetrykkventilen DPV1000 i gassutløpsledningen fra kontrollseparatoren. Ved manuelt å øke åpningen for DPV1000 inntil det oppnås en dramatisk økning av differansetrykket, hvilket indikerer for meget medrevet vann, kan det finnes et optimalt settpunkt for DPC1000 for optimal drift av degasseren, hvilket gir optimal drift under forutsetning om konstant gjennomstrømningsmengde og konstant forhold mellom gass og væske.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for halvautomatisk etablering av settpunkt for differensialtrykkstyreenheten DPC1000, illustrert på Fig. 2. Under styring av en funksjon f (x) økes settpunkt langsomt inntil det oppnås en dramatisk økning av differansetrykket, hvoretter settpunkt etableres som en verdi et inkrement under settpunktet som medførte uforholdsmessig meget medrevet vann. Nevnte inkrement finnes under prøvedrift av degasseren.

Noe væske vil bli medrevet gassen inn i kontrollseparatoren. En nivågiver LT1000 er koblet til kontrollseparatoren, hvilken nivågiver er koblet til nivåstyreenhet LC1000 som igjen styrer en ventil LV2000 i en utløpsledning fra det væskefylte bunnområde i kontrollseparatoren til hovedutløpet for væske fra separasjonskammeret, hvilket er illustrert på Fig. 3. På Fig. 4 er det illustrert at når degasserens gjennomstrømning av væske endres, representert ved strømningsmengdegiver FT3000, kan gjennomstrømningsmengden, forutsatt konstant forhold mellom gass og væske, . benyttes for å regulere strømningsmengden av gass til forholdsmessig tilsvarende nivå, hvilket er illustrert ved forbindelsen mellom FT3000 og FC1000.

Generelt vil både gassfraksjonen og gjennomstrømningsmengden variere uavhengig, hvilket medfører store krav til styresystemet for å oppnå stabil drift. Ved å koble differansetrykkstyreenheten DPC1000 til FC1000, kan det oppnås forbedring i så henseende. Dette er illustrert på Fig. 5. Merk at dersom differansetrykkstyringen opereres manuelt, samsvarer Fig. 5 med Fig. 4, imidlertid oppnås det med utførelsesformen illustrert på Fig. 5 mulighet for automatisk operasjon av styresystemet ved at med differansetrykkstyreenheten DPC1000 kan gass/væskeforholdet beregnes, hvorpå gassavdraget F1000 kan manipuleres ved å justere slik at konstant differansetrykk oppnås. Små korreksjoner kan derved beregnes og foretas automatisk for å ivareta at forholdet mellom væskegjennomstrømningen og gasstrømningsmengden ikke er konstant. Dersom imidlertid fraksjonen av gass varierer utover hva som ivaretas med nevnte små korreksjoner, må settpunktet for differansetrykkstyreenhet DPC1000 justeres for å oppnå optimalt avdrag av gass. På Fig. 6 er det illustrert en utførelsesform av styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, med hvilken utførelsesform settpunktet for differansetrykkstyreenheten kan beregnes, for eksempel med en algoritme basert på antagelsen om at settpunktet må justeres lineært med gjennomstrømningsmengden.

På Fig. 7 er det illustrert en utførelsesform som er foretrukket når gassfraksjonen og degasserens totale gjennomstrømningsmengde varierer tilfeldig, med hvilken utførelsesform settpunkt for differansetrykkstyreenheten kan finnes automatisk eller halvautomatisk. Automatisk identifisering og etablering av settpunkt kan iverksettes når målt settpunkt avviker mer enn en grenseverdi fra beregnet og forventet verdi for differansetrykk.

Styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter fortrinnsvis to beskyttelsesfunksjoner, hvilke er illustrert på hhv. Fig. 8 og Fig. 9. På Fig. 8 er det illustrert at dersom væskenivået i kontrollseparatoren blir for høyt, overstyres f (x)-algoritmen for "gassavdraget" som styres av ventil FV1000, hvilket er illustrert med koblingen fra LT1000-LC1000 via LC1000B mot FC1000. Således vil ventil FV1000 som styrer avdraget av gass strupes, slik at mindre strømningsmengde gass vil ankomme kontrollseparatoren. Dersom nivået målt i kontrollseparatoren blir for høyt, over en valgfri grenseverdi, kan avstengningsventil XV1000 i gassutløpsledningen fra kontrollseparatoren aktiveres for å stenge utløpet, slik det er illustrert på Fig. 9.

En beskyttelsesfunksjon kan også implementeres i utiøpsledningen for væske fra det væskefylte bunnområdet i kontrollseparatoren, for å sikre mot for lavt væskenivå med fare for at gass skal føres inn i hovedutløpet for væske fra separasjonskammeret. Nevnte beskyttelsesfunksjon kan benyttes til å strupe eller stenge ventil LV 2000 i utiøpsledningen for væske fra kontrollseparatoren.

Den generelt mest foretrukne utførelsesform av styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse inneholder alle elementene som tidligere er beskrevet, hvormed det oppnås en sjokkfri omkobling mellom ulike driftssituasjoner og manuell, automatisk og halvautomatisk drift. Videre oppnås det en skånsom og sikrere oppstart og nedstengning av degasseren, med beskyttelse av tilkoblet utstyr. Generelt kan både gjennomstrømningsmengden totalt og forholdet mellom gass og væske variere uavhengig og tilfeldig, hvorfor den mest foretrukne utførelsesform av styresystemet er den fuHutrustede versjon illustrert på Fig. 10. Det er mest foretrukket av syklustiden for DPC1000, FC1000 og LC1000B kontrollsløyfene, hvilke representerer de hurtigste kontrollfunksjoner, ikke skal være langsommere enn 0,5 sekunder, hvilket antas å være tilstrekkelig for å ivareta funksjonaliteten.

Claims

1. Styresystem for en degasser (avgassingsenhet) omfattende et rørformet separasjonskammer med en oppstrømsende hvor fluidstrøm som føres inn ved hjelp av et spinnelement i oppstrømsenden settes i rotasjon og separeres til en tyngre fraksjon som i hovedsak samles langs separasjonskammerets innvendige rørvegg og tas ut gjennom et utløp i en nedstrømsende av separasjonskammeret, og en lettere fraksjon som i hovedsak samles langs separasjonskammerets lengdeakse, hvorfra et uttaksrør er anordnet for levering av den lettere fraksjon til en kontrollseparator som er anordnet for å separere ut eventuelt medrevet tyngre fraksjon fra den lettere fraksjon, hvilken medrevet tyngre fraksjon tas ut gjennom en utløpsledning fra et bunnområde fylt med tyngre fraksjon i kontrollseparatoren, fortrinnsvis for levering derav til den tyngre fraksjon fra separasjonskammeret, mens den lettere fraksjon tas ut fra kontrollseparatoren gjennom en egen utløpsledning, karakterisert ved at styresystemet omfatter en differansetrykkgiver for angivelse av differansetrykk mellom området for den lettere fraksjon i separasjonskammeret og kontrollseparatoren, idet nevnte differansetrykk benyttes som grunnlag for regulering av en ventil i utiøpsledningen for den lettere fraksjon fra kontrollseparatoren, og en nivågiver for angivelse av nivå av den tyngre fraksjon i kontrollseparatoren, idet nevnte nivå benyttes som grunnlag for regulering av en ventil i utiøpsledningen for den tyngre fraksjon fra kontrollseparatoren.

2. Styresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at en strømningsmengdegiver er tilknyttet utløpet for den tyngre fraksjon fra separasjonskammeret.

3. Styresystem ifølge krav 2, karakterisert ved at en differensetrykkstyreenhet er anordnet, tilkoblet strømningsmengdegiveren i utløpet for den tyngre fraksjon fra separasjonskammeret og differansetrykkgiveren, idet differensetrykkstyreenheten er tilkoplet ventilen i utiøpsledningen for den lettere fraksjon fra kontrollseparatoren, for styring av ventilen.

4. Styresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at nivågiveren for angivelse av nivå av den tyngre fraksjon i kontrollseparatoren er tilkoblet en nivåstyreenhet for styring av ventilen i utiøpsledningen for den tyngre fraksjon fra kontrollseparatoren.

5. Styresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at ventilen i utiøpsledningen for den lettere fraksjon fra kontrollseparatoren styres med en tilkoblet strømningsmengdestyreenhet tilkoblet en nivågiver og en trykkgiver, hvilke angir nivå av den tyngre fraksjon og trykk i kontrollseparatoren, og en tilkoblet strømningsmengdegiver tilkoblet utløpet for den lettere fraksjon fra kontrollseparatoren.

6. Styresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at den lettere fraksjon består av gass og den tyngre fraksjon består av væske, eksempelvis vann og/eller væskeformige hydrokarboner.

7. Styresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at en ventil er anordnet i en, to eller alle tre utløpsledninger fra degasseren, hvilke ventiler ved valgfri overskridelse av målte driftsparametere kan benyttes til manuell eller automatisk struping eller stenging av nevnte utløpsledninger.

8. Styresystem ifølge krav 1-7, karakterisert ved at syklustiden ved automatisk styring med differensetrykkstyreenheten, strømningsmengdestyreenheten og nivåstyreenheten, i ingen tilfeller er langsommere enn 0,5 sekund.