Hvordan sikres lukket drenasjetank mot overtrykk, overløp, lekkasje og tilbakestrømning?

Lukket drenasjetank benyttes i målestasjoner som et siste trinn i gasskrubbing for utslipp, hvor den samler opp avløpsvæske ved hjelp av gravitasjon. Tanken er som regel nedgravd og utsettes for flere potensielle hendelser som overtrykk, undertrykk, overløp, gassgjennombrudd, lekkasje og overoppheting dersom den er utstyrt med oppvarming. Sikkerhetsanalysen for slike tanker følger ofte retningslinjer for trykktanker eller atmosfæriske tanker, der det anbefales å installere ulike sikkerhetsinnretninger for å håndtere risikoene.

Når det gjelder trykkbeskyttelse, er det ikke alltid nødvendig med en trykksensor for høytrykk (PSH) hvis tankens konstruksjonstrykk tåler maksimal akkumulerte trykk, og hvis den er utstyrt med et godt fungerende ventilasjonssystem som ikke kan sperres. Ofte opererer tanken under normalt eller svakt positivt trykk, og det installeres gjerne en låsemekanisme ved tankåpningen for å sikre at denne ikke kan stenges, noe som gjør trykkgrensesensor (PSL) overflødig. Hvis designtrykket tåler maksimal oppsamlet trykk og det ikke finnes hindringer i tanken eller gassutløpet – som tåkeoppsamler, tilbakeslagsventil eller brannslukningsutstyr – er det heller ikke behov for sikkerhetsventil (PSV). Plasseringen av PSH-sensor og PSV bør være i toppen av tanken eller i nærheten av gassutløpet, slik at gasstrykket kan registreres eller slippes effektivt. Hvis trykkfallet mellom tank og målepunkt er ubetydelig, kan sikkerhetsutstyret plasseres på gassutløpsrøret, spesielt hvis det er fare for at utstyret kan bli isolert fra tanken på grunn av stenging av gassventiler eller blokkeringer.

For å forhindre overløp og lekkasje aktiverer en nivåhøy-sensor (LSH) pumpen som tømmer tanken for væske i tide, slik at avløpssystemet ikke stopper opp, og væske ikke renner over til annet utstyr. Nivålav-sensoren (LSL) stopper pumpen for å forhindre kavitasjon og kutter også strømmen til eventuelle neddykkede varmeelementer for å unngå tørrkoking. Sensorene plasseres med tilstrekkelig avstand fra tankens topp for LSH, og over laveste operasjonelle væskenivå for LSL. Hvis varmeelement finnes, skal LSL plasseres høyere enn elementet for å sikre beskyttelse. Sensorene monteres vanligvis utenfor tanken med mulighet for isolasjon, noe som tillater testing uten å stanse prosessen.

LSH kan unnlates hvis nedstrøms gassutløp ikke er koblet til flammebrenner eller ventilsystem, og utstyret kan håndtere maksimal væske uten å påvirke avløp fra upstream-utstyr. LSL kan utelates hvis væskenivået ikke styres automatisk, og det ikke finnes varmeelementer som kan overopphetes, eller hvis nedstrøms utstyr kan håndtere maksimal gassmengde uten fare, eventuelt med gassstruping for begrensning.

Ved oppvarmede tanker er det nødvendig med en overtemperatursensor (TSH) for å kutte varmekilden ved fare for overoppheting. Dersom varmeelementet ikke kan føre til overoppheting, kan TSH utelates.

For å beskytte mot tilbakestrømning installeres tilbakeslagsventiler (FSV) på alle gass- og væskeutløp dersom risikoen for tilbakeflytende væske er betydelig. Hvis tilbakeføringen av hydrokarboner er ubetydelig, eller kontrollutstyr i rørsystemet effektivt reduserer tilbakestrømning, kan FSV unnlates.

Denne komplekse samlingen av sikkerhetstiltak sikrer at den lukkede drenasjetanken fungerer trygt og pålitelig som en kritisk komponent i olje- og gassfeltets overflateanlegg.

Det er viktig å forstå at sikkerheten ikke bare handler om å installere riktig utstyr, men også om å plassere disse enhetene korrekt i systemet, med mulighet for testing og vedlikehold uten prosessavbrudd. Man må også ha en helhetlig vurdering av systemets dynamikk og mulige feilsituasjoner, hvor hver komponent samhandler for å forhindre uønskede hendelser som kan føre til farlige trykkforhold, skade på utstyr eller miljøskader. Til slutt må man sikre at alle sikkerhetsinnretninger er i samsvar med tankens operasjonelle forhold og egenskaper, slik at de reagerer presist og effektivt når det virkelig gjelder.

Hvordan utforme et ventileringssystem for anlegg: Prinsipper og prosesser

Ventilerings- og fakkelsystemet består av flere viktige komponenter som utgjør en del av anleggets sikkerhetssystem og må derfor kvantifiseres og designes med omhu. Systemet omfatter i hovedsak fire deler: 1) kilden til ventileringssystemet, som er forbindelsen mellom prosess- og hjelpeanleggene og ventileringssystemet, 2) ventileringsinnsamlingssystemet, som samler væsker fra ulike kilder og transporterer dem til en sentral behandlingsenhet, 3) separasjonssystemet, som fjerner væske fra gassstrømmen for separat behandling eller gjenbruk, og 4) fakkelsystemet, som trygt slipper ut fakkelgass til omgivelsene. I denne sammenheng vil vi fokusere på de tre første delene, mens fakkelsystemet vil bli detaljert i kapittel 9.

Kilde til ventileringssystemet

Ventileringssystemets kilde består av flere viktige ventiler og systemer som muliggjør kontrollerte utslipp og trykkavlastning under forskjellige forhold. Blant disse er: 1) trykkavlastningsventil (relief valve), som utløses ved høyt trykk, 2) sprekkplate (bursting disc), som brytes ved et spesifisert trykk for å forhindre overtrykk, 3) automatisk trykkavlastningsventil, 4) manuell trykkavlastningsventil, 5) vedlikeholdsventilering, og 6) kontrollventil. Disse komponentene er avgjørende for å håndtere trykk og gassutslipp på en sikker måte.

Ventileringsinnsamlingssystemet

Ventileringsinnsamlingssystemet består av hovedledninger og sideledninger, som samler gassstrømmer fra ulike kilder og leder dem videre til fakkelseparasjonssystemet eller fakkelsystemet. Det er viktig at systemet er riktig dimensjonert for å håndtere både normale driftsforhold og nødavlastning under uforutsette hendelser, som for eksempel tekniske feil eller brann.

Fakkelseparasjonssystemet

Fakkelseparasjonssystemet spiller en avgjørende rolle ved å fjerne væsker som kan være tilstede i gassstrømmen før den ledes til fakkelsystemet. Dersom det ikke finnes et effektivt separasjonssystem, kan væske i gassstrømmen føre til alvorlige problemer. Gass–væske-blandinger kan for eksempel forårsake forurensning i området rundt utslippspunktet og kan også føre til brannfare dersom brennbar væske faller til bakken nær ventileringspunktet. API Std 521, som omhandler trykkavlastnings- og depresjonssystemer, gir klare krav til designet av fakkelseparasjonssystemer, inkludert fakkelvæsketanker. Uten et tilstrekkelig separasjonssystem kan farlige situasjoner oppstå.

Designprosess for ventileringssystemer

Designprosessen for et ventileringssystem for en ny stasjon eller et anlegg omfatter flere trinn som er viktige for å sikre at systemet fungerer effektivt under både normale og ekstreme forhold. I den første fasen etableres designretningslinjer basert på internasjonale, nasjonale og industrielle standarder. Deretter identifiseres de laveste temperaturene i ventileringskildene og de potensielle påvirkningene på materialene og rørsystemet.

For hver ventileringskilde må man analysere belastningen under ulike ventileringsforhold. For eksempel, ved vedlikehold kan ventileringsvolumet kontrolleres for å være mindre, men ved ulykker må ventileringssystemet kunne håndtere store volumer gass og trykkavlastning innenfor kort tid. Det er derfor viktig at designet tar høyde for både planlagte og uforutsette hendelser.

Når designet for ventileringssystemet er klart, vurderes systemets isolasjonsseksjoner og nødvendigheten av nødtrykkavlastningsventiler. Å bestemme den maksimale ventileringsbelastningen for en enkelt ventileringskilde og flere kilder samtidig er et viktig steg for å kunne forutse hvordan systemet vil oppføre seg under ulykker.

I tilfeller hvor det er fare for store katastrofer som jordskjelv, flom eller brann, må nød- og trykkavlastningssystemer være forberedt på å stenge ned anlegget og utløse ventileringsprosesser umiddelbart. For mindre ulykker eller tekniske feil kan ventileringsbehovet vurderes manuelt, og produksjonen kan stanses til det er klart om en umiddelbar venting er nødvendig.

Nødvendigheten av simulering og testing

Simuleringer av ventileringsprosessen er avgjørende for å forstå hvordan systemet reagerer under både steady-state (normal) og dynamiske forhold. Dette gir et detaljert bilde av trykk, temperatur og ventileringshastighet under ulike betingelser, og hjelper med å optimere systemets størrelse og ytelse. Testing er også en nødvendig del av designprosessen, da det kan identifisere svake punkter i systemet før det settes i drift.

Sikkerhet og kontrollsystemer

En nøkkelfaktor i designet er å sikre at alle ventileringsoperasjoner, enten de skjer under normale driftsforhold eller i nødssituasjoner, kan utføres på en trygg måte. Dette krever pålitelige kontrollsystemer som kan håndtere både automatiserte og manuelle intervensjoner. For å forhindre farlige situasjoner under venting, er det avgjørende å ha strenge kontrollsystemer for både temperatur, trykk og ventilasjonsrate.

Flammeavstand og utstyr

Flakkelsystemet må også designes med hensyn til varmeintensitet og flammens plassering i forhold til andre strukturer på anlegget. Dette inkluderer beregning av flare-utstyrets høyde og plassering, samt akseptable nivåer av strålevarmeintensitet som kan tåles av omkringliggende utstyr og mennesker.

Samtidig må systemet være i stand til å håndtere kalde diffusionsprosesser, særlig når gass kan bli ventet under slukking (såkalt "cold venting"), og diffundering av brennbare gasser som kan føre til brannfare hvis lekkasje oppstår.

Det er også viktig å vurdere om det er nødvendig å oppgradere enhetene for å redusere belastningen på systemet. En løsning kan være å implementere høyt trykkbeskyttelsessystemer (HIPPS) for å hindre overbelastning under kritiske forhold.

Hvordan fungerer tenningssystemet og væsketetting i flaresystemer?

Tenningssystemet i flaresystemer er essensielt for sikker og pålitelig antenning av pilotflammen, som igjen tenner hovedflammen i flaresystemets brennere eller torch-hoder. For å starte pilotflammen manuelt, åpnes ventilene på drivstoffgassrørene for hånd, og tenngassen sprayes inn i høyde-tenneren. Flammen som oppstår på toppen av denne tenneren, antenner pilotflammen eller torchen. Alternativt kan man benytte en bakke-tenner, som fungerer ved at instrumentluft og drivstoffgass blandes i en kammer, hvor en elektrisk gnist, generert av en høyenergi halvlederdyse, antenner gassblandingen. Den påfølgende detonasjonen sender en sjokkbølge som antenner pilotflammen via en flammeprogresjonsrør.

Flaresystemets designkrav dikterer at hvert torch-hode skal være utstyrt med både en høyde-tenner og en bakke-tenner for redundans. Begge tennersystemene bør ha uavbrutt strømforsyning. Antallet pilotflammer avhenger av torch-hodets diameter; større diameter krever flere pilotflammer for å sikre stabil antenning. Pilotflammer skal også overvåkes med temperaturmålere for å sikre at de fungerer som de skal.

Design av tenningsutstyret krever at systemet skal være pålitelig under alle relevante miljøforhold. Automatisk tenningssystem er hovedmetoden for antenning, men et manuelt, uavhengig reserveanlegg anbefales også. Det er viktig at reserveanlegget ikke er avhengig av torch-pistolen for å sikre at det kan brukes uavhengig og trygt. Videre må brennstofftilførselen til pilotflammen være stabil og sikker. Den bør ha automatisk backup for å sikre tenningsmulighet selv ved uventede feil. Gassens molekylmasse og kaloriverdi må være innenfor definerte grenser for å garantere at gassen antennes uten justering av luft- eller gassmengde.

Gassrørene til pilotflammen er utformet med filtre og ventiler som muliggjør enkel vedlikehold og sikrer at gassystemet ikke blir blokkert eller forurenset. Materialvalg som rustfritt stål 321 eller 347 sikrer at korrosjonsprodukter ikke hindrer gassflyten. Trykkreguleringsventiler sikrer stabilt trykk i systemet, typisk 0,2 MPa etter regulering. For tenning med interne forbrenningsenheter kreves tilbakeslagsventiler for både luft- og drivstoffgassrør for å forhindre tilbakestrømning ved blokkering.

Væsketettede tanker, ofte kalt væsketett, spiller en avgjørende rolle i flaresystemet for å forhindre tilbakeslag av avgasser og mulige eksplosjoner forårsaket av luft som kommer inn i systemet. Væsketett fungerer også som en barriere mot luftinntrekk som følge av termisk krymping i rørsystemet. De er ofte kombinert med kontinuerlig gassutblåsning for å sikre at systemet forblir trygt under ulike trykkforhold, inkludert negative trykk.

Når utslippet av brennbar gass nærmer seg avslutning, må væskemengden i væsketettanken være tilstrekkelig for å opprettholde en sikker vannbarriere, slik at luft ikke kan trenge tilbake inn i systemet via torch-hodet. Væskemengden kan opprettholdes ved jevn påfylling under normal drift, eller ved å umiddelbart tilføre en større mengde vann når flaresystemets trykk nærmer seg atmosfærisk nivå. Størrelsen på væsketettanken bør tilpasses slik at unødvendig vannforbruk unngås, samtidig som sikkerheten ivaretas. En tank som er designet med innebygd sikkerhet, og ikke er avhengig av instrumentell kontroll for å fungere, gir en sikrere løsning.

Under spesielle forhold kan det være unødvendig med væsketett, for eksempel dersom systemets tilbakestrømningstrykk er lavt og innsettingsdybden på røret er mindre enn 100 mm, eller hvis avgassens temperatur er så lav at det kan føre til at vannet i tettingen fryser uten oppvarming. For å forhindre at vann tas med videre i systemet, må det alltid være en gassfase over væsken, og vannpåfyllingshastigheten må være kontrollert og ikke for høy. Vann som renner ut via overløp, bør resirkuleres. I kalde områder må væsketett ha frostbeskyttelse, og tiltak bør iverksettes for å hindre hydrokarboner i å legge seg på væskeoverflaten.

Plasseringen av væsketettanken bør være så nær flaresystemets skorstein som mulig, og designen kan variere mellom horisontale og vertikale tanker, avhengig av anlegg og praktiske hensyn.

Det er viktig å forstå at tennings- og væsketett-systemene ikke bare må sikre at flaresystemet fungerer effektivt under normale forhold, men også at de beskytter mot farlige situasjoner som tilbakeslag, blokkeringer og eksplosjoner. Pålitelighet, redundans og sikkerhetsmarginer er avgjørende elementer i designet. Dette innebærer også at systemet må kunne fungere under ekstreme værforhold, høy vindstyrke, og eventuelle uregelmessigheter i gassens sammensetning eller trykk. For å oppnå dette kreves nøye valg av komponenter, materialer og kontinuerlig overvåkning av systemets tilstand.

Hvordan Temperaturer Ved Lavtrykksprosesser Påvirkes av Ulike Faktorer

I systemer som innebærer depressurisering, for eksempel ved frigjøring av trykk gjennom ventiler eller orifiser, er det flere faktorer som påvirker den resulterende temperaturen. Under depresjon kan temperaturene på steder som bunnen av containere og tilkoblingsrør, der gassen forlater systemet, bli lavere enn forventet. Dette skjer ofte på grunn av effekten av faseoverganger og varmeoverføring mellom ulike medier. En viktig effekt er at temperaturen på metallet i systemet kan være høyere enn temperaturen på dråpene som dannes i gassen, noe som kan føre til at disse dråpene fordamper, og lokale temperaturer kan falle betraktelig.

I tilfeller hvor gass depresjon skjer gjennom trykkavlastningsventiler eller orifiser, kan dette også produsere kondenserte dråper som fraktes med gassen til flare-systemet, og påvirker da utløpstemperaturen på trykkavlastningsventilen. For å kunne estimere den laveste temperaturen som kan oppstå i et system, er det nødvendig med en detaljert analyse som tar hensyn til alle disse variablene.

Vannets Påvirkning på Temperaturberegninger

Når det gjelder systemer som inneholder både gassfase og lette hydrokarbonkomponenter, har tidligere studier vist at tilstedeværelsen av vann kan ha stor påvirkning på de temperaturene som beregnes i simuleringer, som for eksempel de som gjøres i HYSYS. Uten fri vannfase og mettet vann vil temperaturen som simuleres være høyere enn i systemer der slike komponenter er til stede. På den annen side, i systemer som involverer kullbed-gass uten lette hydrokarboner i væskefase, har simuleringene vist lavere temperaturer i fravær av fri og mettet vann.

Vann kan også eksistere i form av is ved grensesnittet mellom hydrokarboner og vann, eller mellom hydrokarboner og containere, noe som isolerer varmeoverføringen mellom disse mediene. I slike tilfeller vil temperaturen på hydrokarbonene være lavere enn systemets generelle temperatur, og prediksjonene av temperaturer kan bli svært vanskelige. I tilfeller hvor ingeniører antar at vann kan ha en betydelig effekt på temperaturene under depresjon, kan det være nødvendig å kontakte profesjonelle institusjoner for nøyaktige beregninger.

Initiale Forhold og Deres Rolle i Temperaturberegningene

For å bestemme minimumstemperaturen under en depressuriseringsprosess, må man også ta hensyn til de initiale forholdene i systemet. Generelt vil de initiale forholdene som gir laveste temperatur være de med høyest starttrykk og lavest starttemperatur. Ved kjølesystemer som f.eks. kjølemaskiner eller ekspansjonsmaskiner, vil det å bruke driftsforholdene som initiale forhold ofte resultere i lavere utløpstemperaturer.

For systemer som opererer ved temperaturer høyere enn omgivelsestemperaturen, må man vurdere depresjon etter at systemet har kjølt ned til omgivelsestemperatur under konstant volum, samt at trykket kan opprettholdes på operasjonelt nivå til tross for nedkjølingen.

Depresjonstidens Betydning

Varigheten på depresjon- og trykkøkingsprosessen spiller også en viktig rolle i hvordan temperaturen utvikler seg under prosessen. Denne effekten kan være vanskelig å forutsi på forhånd, da det er ulike termodynamiske og varmeoverføringsinteraksjoner mellom væskefasene, metallet og omgivelsene. For eksempel kan et raskt trykkfall føre til den laveste temperaturen, men uten tid for varmeoverføring mellom metall og væske, vil metallens temperatur forbli på startnivået. På den annen side kan et langsomt trykkfall føre til at temperaturen på både metall og væske opprettholdes nær omgivelsestemperaturen.

En viktig vurdering for ingeniører er å utføre en følsomhetsanalyse for å finne ut om varigheten på trykkfallet kan føre til lavere minimumstemperaturer. I praksis kan forandringer i trykkfallet føre til forskjellige temperaturer på ulike deler av systemet. For eksempel kan temperaturene i en container være lavere enn i et flare-systemrør, og det kan være nødvendig å justere depresjonstiden for å sikre at temperaturene holder seg innenfor trygge grenser.

Distillasjonstårnsystemer og Temperaturpåvirkning

I analysen av lavtemperaturforhold i distillasjonstårn er det flere faktorer som må tas i betraktning. Dette inkluderer temperatur på utslipp, væskens sammensetning og volumet av trykkavlastningssystemet. I tidligere prosjekter har det vist seg at det er fornuftig å bruke sammensetningen av innmatingen ved omgivelsestemperatur som initialt forhold, for å oppnå konservative beregningsresultater. Lett komponenter som strømmer fra tårnets plater kan påvirke sammensetningen av den frigjorte væsken, og derfor bør dette tas med i beregningene for å sikre nøyaktige temperaturestimat.

For tårn som opererer ved lav temperatur, som for eksempel metanisatorer, er det viktig å vurdere væskelageret på tårnplatene, da dette kan ha en betydelig innvirkning på sluttresultatet av temperaturberegningene.