Hvordan sikre beskyttelse av manifold og måleseparatorer i målestasjoner

Manifold er en sentral komponent i målesystemer for olje- og gassindustriens anlegg. De er utsatt for risiko som overtrykk og lekkasjer, som kan få alvorlige konsekvenser for både sikkerheten og operasjonene på feltet. For å forhindre slike hendelser er det nødvendig med et system for trykkbeskyttelse som kan ivareta sikkerheten til både manifolet og tilknyttede systemer. Dette innebærer typisk installasjon av trykkbrytere som PSH (Pressure Safety High), PSL (Pressure Safety Low) og PSV (Pressure Safety Valve).

Trykkbeskyttelse på manifold
Vanligvis installeres PSH og PSL sensorer på manifolet for å oppdage eventuelle trykkforandringer. PSH beskytter mot overtrykk ved å kutte tilførselen til manifolet dersom trykket overstiger det tillatte nivået, mens PSL sensorer beskytter mot lavt trykk, og kutter tilførselen når trykket faller under en viss terskel. Dersom manifolet består av flere seksjoner som opererer under forskjellige trykknivåer, skal hver seksjon beskyttes med sin egen trykkbeskyttelse. For eksempel, hvis manifolet er utstyrt med både PSH og PSL sensorer, skal sensorene kunne stenge alle innkommende kilder til manifolet ved deteksjon av farlige trykkforhold.

Unntak for installasjon av PSH, PSL og PSV
Det finnes spesifikke betingelser der enkelte beskyttelsesenheter ikke er påkrevd. PSH er ikke nødvendig dersom trykket i den tilførte væsken ikke overskrider manifolets maksimalt tillatte trykk, eller dersom alle inngangskilder allerede er beskyttet av PSH med et trykknivå som er lavere enn manifolets maksimale tillatte trykk. På samme måte er PSL ikke nødvendig dersom hver inngangskilde er beskyttet av PSL uten noen trykkreguleringsenhet mellom PSL og manifolet.

Trykkbeskyttelse for måleseparatorer
Måleseparatoren er et annet kritisk utstyr som benyttes i målestasjoner for å separere gasser og væsker fra brønnen. Separatoren er utsatt for farer som overtrykk, negativt trykk, lekkasje og temperaturøkning, og derfor er det viktig å sørge for at den er beskyttet mot slike hendelser. For trykkbeskyttelse på separatorer installeres PSH sensorer som gir overtrykkbeskyttelse, og PSL sensorer som sørger for beskyttelse mot undertrykk.

I tilfelle lekkasje som kan redusere trykket i separatoren, kan PSL sensoren kutte tilførselen av væske for å hindre videre skade. Separatorer kan også ha et gasskompensasjonssystem for å opprettholde et tilstrekkelig trykk når de opererer under negativt trykk. I tillegg kan PSV ventiler installeres på separatoren for å slippe ut trykk i tilfelle overtrykk eller termisk ekspansjon.

Overflow og lekkasjebeskyttelse
For å forhindre at separatoren overfylles eller opplever lekkasjer, benyttes LSH (Liquid Safety High) og LSL (Liquid Safety Low) sensorer. LSH sensoren kutter tilførselen når væskenivået overstiger et kritisk punkt, mens LSL sensoren stenger ventiler dersom væskenivået faller under et minimumsnivå. I tilfeller hvor separatoren har oppvarmingselementer, bør LSH sensoren være i stand til å kutte av drivstofftilførselen ved behov.

Beskyttelsens innvirkning på operasjoner
En av de største utfordringene med trykkbeskyttelsesutstyr som PSH, PSL og PSV er risikoen for at disse enhetene kan isoleres fra separatoren eller manifolet. Dette kan skje dersom eksterne eller interne faktorer, som for eksempel blokkeringer eller stengte ventiler, forårsaker at beskyttelsesutstyret ikke kan detektere eller håndtere trykkendringer på en effektiv måte. Derfor er det viktig at disse enhetene ikke bare er riktig plassert, men også at de kan isoleres for testing uten at operasjonen blir forstyrret.

Når man vurderer installasjon og vedlikehold av trykkbeskyttelsesutstyr, er det avgjørende å ta hensyn til både den tekniske ytelsen og den potensielle innvirkningen på driften. Riktig plasserte sensorer og ventiler kan sikre en stabil og trygg drift, men det er viktig å forstå at man ikke kan stole utelukkende på en teknologi – det er også nødvendig med kontinuerlig overvåkning og vedlikehold for å sikre at beskyttelsen er effektiv når det virkelig gjelder.

Hvordan håndtere trykkstigning og vannhammereffekter i trykkbeholdere og rørledningssystemer

For å beskytte trykkbeholdere mot farlige trykkstigninger under unormale forhold, eller for å øke utløpsarealet i tilfelle brann, kan flere bruddplater installeres parallelt med sikkerhetsventilen. Den kalibrerte bruddtrykket på bruddplaten er litt høyere enn den innstilte trykken på sikkerhetsventilen og bør ikke overskride designtrykket til beholderen. Bruddplaten bør ha et tilstrekkelig utløpsareal for å oppfylle kravene til beskyttelse av beholderen. Dette er en essensiell sikkerhetsmekanisme for å forhindre alvorlige skader på trykkbeholdere som kan føre til katastrofale konsekvenser under unormale driftstilstander.

En viktig komponent i systemet for trykkbeskyttelse er evnen til å håndtere vannhammerfenomener. Vannhammer, også kjent som hydraulisk støt, oppstår når væskens bevegelsestilstand i rørsystemet endres plutselig, for eksempel ved rask lukking eller åpning av ventiler, eller ved plutselige endringer i belastningen på pumper eller turbiner. Når væskens strømningshastighet endres brått, oppstår et trykkstøt som forårsaker kraftige trykkfluktuasjoner i rørene. Dette kan føre til alvorlig skade på rørveggen, og kan til og med føre til at røret sprekker hvis trykkstigningen er høy nok.

Når ventilen lukkes raskt, synker strømningshastigheten brått, og trykket stiger raskt, noe som kalles positiv vannhammer. Dette fenomenet kan føre til at røret sprekker eller at det oppstår alvorlige skader på rørledningen. På den annen side, når ventilen åpnes raskt, øker strømningshastigheten brått, og trykket synker raskt, noe som kalles negativ vannhammer. Denne typen vannhammer kan føre til vakuum og kavitasjon i rørsystemet, noe som kan deformere røret eller forårsake andre strukturelle skader.

Når trykkøkningen forårsaket av vannhammerfenomenet er mild, kan det bare manifestere seg som støy og vibrasjoner i rørsystemet. Men når fenomenet er mer alvorlig, kan trykkforandringen overskride det normale trykket i røret med flere ganger, og kan til og med overgå den tillatte strekkgrensen for materialet i rørveggen, noe som fører til deformasjon eller brudd. Den hastigheten vannhammerbølgen beveger seg gjennom rørsystemet, kan beregnes med en spesifikk formel som tar hensyn til flere parametere som rørets indre diameter, tykkelse og elastisitetsmodul, sammen med væskens tetthet og bulkmodul. Disse beregningene er avgjørende for å forstå og forutsi de potensielle konsekvensene av vannhammerfenomener i rørsystemer.

AIV-analyse kan utføres ved hjelp av to vanlige metoder: Eisinger-metoden (eller D/t-metoden), som sammenligner forholdet mellom rørets diameter og tykkelse med empiriske verdier for å beregne akustiske tap, og den amerikanske standarden fra Energy Research Institute (2008), som fokuserer på å vurdere sveise- og tilkoblingspunkter i rørsystemet. Ved hjelp av disse metodene kan man vurdere hvorvidt rørsystemet er tilstrekkelig robust for å motstå de skadelige effektene av akustiske vibrasjoner.

Disse sikkerhetsmekanismene og analysene er ikke bare avgjørende for å forhindre alvorlige tekniske feil, men også for å beskytte menneskeliv. Når rørledninger og trykkbeholdere er under unormale forhold, kan trykkøkninger eller vannhammer føre til katastrofale hendelser, mens akustiske vibrasjoner kan medføre både strukturell skade og helseproblemer for operatørene som arbeider med systemene.

Det er derfor viktig å sikre at både design og drift av trykksystemer tar hensyn til disse fenomenene og at det implementeres passende tiltak for å beskytte både systemene og de som opererer med dem.

Hvordan dimensjoneres og designes flaresystemer i olje- og gassanlegg?

Dimensjoneringen av flaresystemer krever en nøye vurdering av flere kritiske faktorer for å sikre trygg og effektiv drift. Hovedledningen og forgreningsrørene i ventilasjonssystemet må tilpasses for å unngå vibrasjoner forårsaket av supersonisk hastighet og strømning, samtidig som de må tåle tillatt tilbakestrømningstrykk fra enkeltventiler og systemets totale designtrykk. Formen på sikkerhetsventilen har også betydning for systemets funksjonalitet og sikkerhet.

Designprosessen må integreres tett med anleggets nødavstengningssystem (Emergency Shutdown System, ESD). ESD-en opererer vanligvis med flere nivåer av nedstengning, der de første nivåene aktiverer ventilasjonsventiler for trykkavlastning, mens høyere nivåer kun utfører nedstengning uten samtidig ventilasjonsåpning. Overtrykksvern ved hjelp av trykksikkerhetsventiler (PSV) sikrer at anlegget kan håndtere trykkøkninger uten full produksjonsstans.

Brannsoner i olje- og gassanlegg må defineres ut fra sannsynlige brann- og eksplosjonsscenarier. En grundig brannsikkerhetsvurdering (Fire Safety Assessment, FSA) benytter data fra risikovurderinger som HAZID og HAZOP, samt kvalitativ risikoanalyse (QRA), for å kartlegge farer og definere beskyttelsestiltak. Brannsonene skal være fysisk avgrenset med brannvegger, branngater eller diker, og utformingen må sørge for at slokkevann kan oppbevares eller føres bort uten risiko for antennelse. Størrelsen på brannsonene bør ikke overstige kapasiteten til tilgjengelige slokkeanlegg, for eksempel brannmonitorer og skumsystemer, og sonene bør være regelmessige i formen for å effektivisere beskyttelsen.

Når det gjelder utforming av utslippssystemer, er det avgjørende å håndtere ulike typer utslippsmedier separat. Varme gasser, kalde gasser, samt væskeutslipp har ulike utfordringer som krever spesifikke løsninger. Blandinger av kalde og varme gasser kan føre til ising og blokkering, mens blandinger av høytemperaturgasser med flyktige komponenter kan resultere i eksplosiv fordampning. Ulike trykknivåer i utslippskilder må også vurderes for å unngå at høyt tilbakestrømningstrykk overskrider lavtrykkskildenes konstruksjonsgrenser, slik som atmosfæriske lagertanker.

Det er vesentlig å forstå at design av flaresystemer ikke bare handler om teknisk dimensjonering, men også om sikkerhetsstrategi og prosessforståelse. Flaresystemet fungerer som en siste forsvarslinje ved trykkavlastning, og dets effektivitet påvirker både anleggets sikkerhet og kontinuerlig drift. Samspillet mellom ESD, trykkavlastningsventiler, materialvalg, temperaturforhold og brannsikkerhet må derfor vurderes helhetlig.

Sikkerheten i flaresystemet avhenger også av et godt balansert design som ivaretar både mekaniske belastninger og termiske påkjenninger, samtidig som det er robust nok til å håndtere varierende utslippsmengder og sammensetninger. For å sikre optimal funksjonalitet bør systemet også kunne tilpasses oppdaterte prosessdata og endringer i anleggets drift.

Hvordan beregne og designe en flammebrenner: Vurderinger og metoder

For effektivt å designe et flare-system for utlufting av forskjellige gasskomponenter, er det viktig å forstå både de mekaniske og termodynamiske kravene som stilles til en flammebrenner. Flammebrennere, som brukes til å brenne hydrokarboner, syregasser, og andre lavkalorige gasser, krever en nøye vurdering av flere faktorer, fra diameter og høyde på brenneren til spesifikasjoner for å hindre uønsket opphopning av væske eller kondens.

Når det gjelder brennerens konstruksjon, bør både tenntuber og drivstoffgassrør som fører til bunnen av brenneren, kobles til horisontale rør med t-stykker. I tillegg bør flenser og flensbeslag installeres på slutten av vertikale rør for å sikre tilstrekkelig tetting og lette vedlikehold.

Bunnen av flammebrenneren må ha tilstrekkelig plass til å akkumulere regnvann, kondensat og rust. Det bør også være utstyrt med inspeksjonsluker, avløp for kondensat og et nivåmåler for å overvåke væskenivåene. Dette er viktig for å unngå blokkeringer og for å sikre kontinuerlig operasjon under forskjellige værforhold.

Når man beregner flammebrennerens diameter, kan man bruke den spesifikke formelen anbefalt av API Standard 521 for trykkavlastning og dekompresjonssystemer. Formelen for beregning av diameteren baseres på Mach-tallet og gassens massestrømning, temperatur og kompresjonsfaktor. Beregningen gir en indikasjon på den nødvendige tverrsnittsarealet av flammehodet, men det er viktig å ta hensyn til andre interne komponenter i flammehodet som kan påvirke det faktiske arealet.

Minste avstand fra flammebrennerens senter til et eksponert mål er også en kritisk faktor, og dette kan beregnes ved hjelp av en formel utviklet av Hajek og Ludwig. Denne formelen tar hensyn til varmeintensitet og strålingskoeffisient, og den beregner hvilken avstand som er nødvendig for å beskytte mennesker og utstyr mot skadelig varme.

Det er flere metoder som kan brukes for å bestemme flammens senter. API 521-metoden benytter grafiske fremstillinger av flammelengde og gassens lavkaloriverdi, og gir et konservativt estimat for flammens senter, men kan være unøyaktig ved høyere utslippsvolumer. Brzustowski’s og Sommer’s metode er basert på diffusjonsteori og er mer nøyaktig for mindre utslippsvolumer, men forutsetter at den utstrømmende gassen er godt definert. G. R. Kent-metoden, derimot, benytter seg av en mer praktisk tilnærming og fungerer godt for både små og store flammer, spesielt i stillestående luft.

Når flammehøyden er beregnet og dimensjonert riktig, er det viktig å kontrollere at alle aspekter ved designet også oppfyller de miljømessige, tekniske og sikkerhetsmessige kravene. Det er derfor avgjørende å ha en helhetlig tilnærming til både flammebrennerens mekaniske og termiske krav, samt en forståelse av hvordan det spesifikke miljøet kan påvirke ytelsen til hele systemet.