Hvilke sikkerhetstiltak er nødvendige for produksjonsseparatorer og manifoldsystemer i olje- og gassinstallasjoner?

I tilfelle en lekkasje bør det installeres en tilbakeslagsventil (FSV) på hver gass- og væskeblenderørledning. Dette gjelder spesielt der tilbakestrømning av hydrokarboner kan utgjøre en risiko for utstyr eller personer. Imidlertid finnes det unntak for kravet om installasjon av en FSV. For eksempel, hvis den maksimale mengden hydrokarboner som kan strømme tilbake fra det tilknyttede utstyret kan ignoreres, eller hvis et kontrollanordning effektivt kan redusere tilbakestrømning, er det ikke nødvendig med en FSV.

Sikkerhetsenhetene som anbefales for typiske produksjonsseparatorer er illustrert i figurene 4.13 og 4.14. For produksjonsseparatorer som er to-fase, bør en TSH (varmeveksler) installeres dersom separatoren krever oppvarming.

Manifold-systemer

Manifoldene som mottar væsker fra flere brønnheadere og distribuerer dem til nødvendige prosessystemer, er utsatt for sikkerhetsrisikoer som overtrykk og lekkasje. For å beskytte manifolder bør trykkbeskyttelsesenheter som PSH (Pressure Safety High) og PSL (Pressure Safety Low) sensorer installeres, spesielt der manifolds trykk kan overvåkes. Dersom manifoldtrykkene varierer mellom forskjellige seksjoner, bør hver seksjon ha nødvendige beskyttelsesanordninger.

En PSH er ikke nødvendig dersom hver inputkilde er beskyttet av en PSH og denne trykkinnstillingen er lavere enn den maksimalt tillatte arbeidstrykket for manifolden. Videre kan manifolden også beskyttes av en PSH i den nedstrøms delen av systemet, så lenge den ikke kan isoleres fra manifolden. Hvis manifolden ikke kan isoleres og trenger en PSV (Pressure Safety Valve), kan det vurderes at trykket i hele systemet ikke overskrider de tillatte grensene, og at det finnes tilstrekkelige sikkerhetsløsninger på tilkoblede kilder.

Produksjonsseparatorens Sikkerhetssystem

Produksjonsseparatoren er kritisk for separasjonen av to-fase væskestrøm, og feil kan oppstå i form av overtrykk, negativt trykk, overfylling, gassgjennombrudd, lekkasje eller overoppheting (hvis beholderen er oppvarmet). For å beskytte separatoren installeres PSH og PSL sensorer som umiddelbart kan stenge ventiler i tilfelle overtrykk eller lekkasje. Dersom separatoren kan utsettes for negativt trykk som kan føre til sammenbrudd, bør det installeres et gasspåfyllingssystem for å opprettholde et stabilt trykk i separatoren.

Trykkbeskyttelse for Produksjonsseparatorer

PSH og PSL sensorer bør plasseres slik at de kan oppdage eller slippe trykket i produksjonsseparatoren, helst nær toppen. I tilfeller hvor trykkfallet fra separatoren til overvåkingspunktet er ubetydelig, kan disse sikkerhetsenhetene installeres på gassutløpet. En PSV bør også installeres på separatoren som beskyttelse mot trykkøkning forårsaket av varmeutvidelse eller brann.

For videre vurdering er det viktig å forstå at:

• Beskyttelsesutstyr som PSH, PSL og PSV spiller en avgjørende rolle i å forhindre ulykker og skader på både utstyr og mennesker.

• Selv om noen krav kan unngås, bør alltid en grundig risikoanalyse gjennomføres for å vurdere de spesifikke forholdene til hver installasjon.

• Regelverk for sikkerhet og trykkbeskyttelse er ikke bare basert på tekniske krav, men også på miljømessige og operasjonelle vurderinger som kan endres over tid.

• Det er også viktig å forstå at kontinuerlig overvåking og testing av sikkerhetssystemene er nødvendige for å sikre pålitelig drift over tid, og at feil kan ha alvorlige konsekvenser.

Hvordan sikre pålitelig drift og design av flaresystemer og trykkavlastningssystemer i industrielle anlegg?

Designet og driften av flaresystemer og trykkavlastningssystemer er avgjørende for sikkerheten på industrielle anlegg som håndterer farlige og brannfarlige stoffer. Når man utvikler et slikt system, er det flere faktorer som må vurderes for å sikre effektivitet og pålitelighet under både normale og nødoperasjoner.

Et av hovedproblemene som kan oppstå i ventileringssystemer er blanding av væskefase og gassfase i systemet. Når gassfase kommer inn i væskefasen, kan det føre til en økning i væskestrømmen, noe som kan skade rørene i både ventilerings- og fakkelsystemet. Dette kan resultere i alvorlige sikkerhetsproblemer, ettersom systemene ikke er designet for slike trykkforhold. En annen utfordring oppstår når uforenlige kjemikalier blandes, noe som kan føre til uforutsette reaksjoner, høy temperatur eller trykk, som igjen kan skade systemene.

En viktig vurdering i prosessen er utformingen av dokumentasjonen for designet av trykkavlastnings- og ventileringssystemer. API Std 521 beskriver i detalj de nødvendige designparametrene for flaresystemer, som inkluderer opptegnelse av trykkavlastningsbelastninger og kombinerte belastninger i ventileringssystemet. Det er viktig å registrere alle designbetingelser for utløsningsskjemaene, selv de som er vurdert som usikre eller irrelevante etter evaluering. Dette kan bidra til å forhindre problemer som kan oppstå fra utilsiktede hendelser under drift.

Bruken av High Integrity Pressure Protection Systems (HIPPS) har blitt integrert i den nyeste versjonen av API Std 521 som en metode for å håndtere trykkavlastning. HIPPS-systemer er designet for å isolere høytrykkskilder fra lavtrykksystemer, og de kan effektivt forhindre at to-fase strømmer når trykkavlastningsventilene og dermed hindre potensielle overbelastninger. Dette systemet er spesielt nyttig i separatorinnløpene, hvor det kan forhindre at høye væskenivåer når innløpet til PSV (Pressure Safety Valve) og reduserer dermed trykkbelastningen på fakkelsystemet. Det er viktig å merke seg at selv om HIPPS kan redusere belastningen betydelig, kan det ikke alltid eliminere alle potensielle problemer, særlig når systemet har en bypass.

I tillegg kan stegvis venting være en nyttig strategi for å håndtere utslipp fra trykkavlastningsventiler. Stegvis venting reduserer toppbelastningen på ventileringssystemene, og gjør det mulig å redusere størrelsen og avstanden på ventilerings- og fakkelsystemene, noe som fører til lavere kostnader og mer effektiv drift. Denne metoden kan være nyttig både i nye stasjoner og i eksisterende anlegg, der den kan benyttes til å integrere nye enheter med eldre systemer på en trygg og effektiv måte.

I mange industrielle prosesser er det nødvendig å ta hensyn til mer enn bare de umiddelbare trykkavlastningsbehovene. For eksempel vil mange raffinerier og olje- og gassprosesseringsanlegg ha behov for operasjonell venting, som muliggjør sikker tilgang til utstyr og rørledninger under vedlikehold, eller for å håndtere ekstra væsker som kan strømme inn i fakkelsystemet. I tillegg bør det også tas hensyn til muligheten for samtidige utslipp fra forskjellige enheter som kan føre til økt belastning på fakkelsystemet, for eksempel fra forskjellige enheter i et produksjonsanlegg, eller fra enheter som ikke er direkte tilknyttet anlegget.

Når man vurderer designet og kapasiteten til fakkelsystemene, er det avgjørende å inkludere alle mulige utslipp og beregne det totale ventileringsvolumet, slik at systemet kan håndtere eventuelle uforutsette hendelser på en sikker måte.

Hvordan beregne trykktap og dimensjonere ventileringssystemer for trykkavlastning

I designet og analysen av ventileringssystemer for trykkavlastning er nøyaktige beregninger avgjørende for å sikre både funksjonalitet og sikkerhet. En grundig forståelse av trykktap, ventileringskapasitet, og dimensjonering av rørledninger er nødvendig for å håndtere store mengder trykk og flyt som kan oppstå under operasjoner.

Først og fremst er det viktig å vurdere den maksimale flytmengden som kan oppstå i systemet. Dette innebærer å beregne størrelsen på hver komponent i systemet, inkludert hovedventilrøret, og spesielt torch-systemene som brukes til å håndtere varme og trykkavlastning. For å sikre at trykkavlastningssystemet fungerer effektivt, bør man verifisere at det maksimale væskeutslippet kan håndteres av tankene som brukes til å samle opp og separere gassene, slik at sikkerheten til både prosessutstyr og personell er ivaretatt.

I systemer der ventileringsbelastningen kan overstige den opprinnelige beregnede belastningen, er det nødvendig med ytterligere trykktapsberegninger. Dette er spesielt relevant i situasjoner hvor flere trykkavlastningsventiler kan åpnes samtidig. Selv om den totale belastningen på torch-systemet kan være mindre, kan trykket på grenrørene bli større, noe som kan påvirke beregningene av rørdimensjonene. I slike tilfeller kan det være nyttig å bruke forenklede beregninger ved å justere oppstrøms rørsystemer for å forenkle analysen, forutsatt at de fortsatt overholder nødvendige trykkgrenser.

En annen essensiell vurdering i dimensjoneringen av ventileringssystemer er hvordan trykkavlastningsventiler og sikkerhetsventiler er koblet til systemet. Trykkavlastningssystemet skal ikke ha et akkumulert tilbakepress på noen punkt som overskrider de tillatte trykkgrensene. Derfor bør man alltid sjekke at det ikke er mer trykk i systemet enn det som ventilen kan håndtere uten å redusere effekten av trykkavlastningen.

Når man dimensjonerer utløpsrør og rørmanifolder for trykkavlastning, bør man også ta hensyn til det hydrauliske tapet i rørene, som kan variere avhengig av systemets størrelse og design. Friksjonstapene kan beregnes ved hjelp av spesifikasjoner fra API 521, og det er flere metoder som kan benyttes for å finne den mest presise løsningen, for eksempel isoterme prosesser eller adiabatiske løsninger. Beregningene skal også ta hensyn til Mach-nummeret ved utslipp av gass, da dette har stor innvirkning på både hastighet og densitet i rørsystemet.

Et viktig aspekt ved beregningene er at ventileringssystemene bør være designet med fleksibilitet for å håndtere ulike feilscenarier i anlegget. For eksempel kan det være flere trykkavlastningsventiler som åpner samtidig i tilfelle en feil, og i slike situasjoner er det viktig å vurdere summen av alle ventilenes maksimale strømningskapasitet. Dette kan kreve en detaljert analyse av systemet for å sikre at hele ventileringsnettet kan håndtere den totale belastningen.

Når det gjelder valg av rørdimensjoner, kan man bruke ulike metoder for beregning basert på fluidets strømningsegenskaper. Vanligvis starter dimensjoneringen fra systemets utløp, og deretter evalueres trykkene tilbake i systemet for å sikre at ingen trykkavlastningsventil vil bli utsatt for høyere tilbaketrykk enn det den er dimensjonert for å håndtere.