Czarny proszek w gazociągach
Czarny proszek to branżowa nazwa ściernego, reaktywnego zanieczyszczenia cząstkami obecnymi we wszystkich liniach przesyłowych gazu i płynów węglowodorowych. Czarny proszek waha się od jasnobrązowego do czarnego, a skład mineralny różni się w zależności od pola produkcyjnego na całym świecie.
W całym procesie rurociągu tworzy się czarny proszek; od formacji wydobywczych, przez odwierty , do linii zbiorczych, w zbiornikach do separacji płynów oraz wzdłuż rurociągów przesyłowych. Po rafinacji czarny proch nadal gromadzi się w gazowniach i rafineriach, zbiornikach magazynowych, a ostatecznie dociera do użytkownika końcowego. Czarny proszek to połączenie tlenków żelaza , siarczków żelaza , różnych zanieczyszczeń, takich jak krzemionka i wapń, a także chlorków, sodu i innych cząstek stałych.
Źródła
Czarny proszek powstaje w wyniku reakcji chemicznych i bakteryjnych w układach węglowodorowych. Bakterie, bakterie redukujące siarczany i bakterie wytwarzające kwasy są zależne od reakcji wody i żelaza w celu wytworzenia siarkowodoru, który powoduje utlenianie, a z kolei czarny proszek. Z chemicznego punktu widzenia trzema głównymi katalizatorami zanieczyszczenia czarnym proszkiem są wilgoć, H2S oraz zmienność temperatury lub ciśnienia. W systemach przesyłowych rurociągów wszechobecna wilgoć katalizuje korozję bakteryjną i chemiczną ścian ze stali węglowej w rurociągach i zbiornikach retencyjnych. W rafineriach, zakładach przetwórczych i zbiornikach magazynowych obecność H2S powoduje korozję wszystkich elementów ze stali węglowej, tworząc więcej czarnego proszku. Poważne zmiany temperatury i ciśnienia występują w całym rurociągu przy bramach miejskich, zakładach przetwórczych i rafineriach, powodując wytrącanie tlenków żelaza, siarczków żelaza i siarki z gazu węglowodorowego lub cieczy. Cząsteczki te mają powinowactwo do siebie i przez resztę procesu rurociągu natychmiast osiągną mierzalne poziomy, powodując chmury czarnego proszku w przepływie.
Korozja chemiczna
W obecności wilgoci dochodzi do korozji, której produktem ubocznym są bardzo ścierne cząstki siarczku żelaza i tlenku żelaza. Te dwa składniki są spokrewnione pod tym względem, że siarczek tworzy się i przebywa w rurze pod nieobecność tlenu, ale przekształca się w tlenki żelaza w obecności tlenu. Tlen nie musi być wolnym tlenem, ale może pochodzić z rozpadu innych związków zawierających atomy tlenu.
Większość składu czarnego proszku ma charakter żelazny lub magnetyczny. Inne źródła czarnego proszku to zgorzelina walcownicza z procesu produkcji rur poprzez utlenianie stali w wysokiej temperaturze i rdza nalotowa powstająca podczas testów wodnych rury.
Bakterie wpłynęły na korozję
Wiadomo, że drobnoustroje występujące w rurociągach i strukturach geologicznych wytwarzają siarczki żelaza i powodują korozję rur. Najczęstszymi drobnoustrojami występującymi w gazociągach, które mogą wytwarzać siarczki żelaza, są:
- Desulfovibrio desulfuricans (wytwarzające siarkę)
- Clostridium (bakterie produkujące kwas)
Zdolność drobnoustrojów do korozji wewnętrznych powierzchni rurociągów zależy od tych samych materiałów źródłowych, co korozja chemiczna siarczków, czyli wody i żelaza. Ponadto drobnoustroje są zależne od krótkołańcuchowych lotnych kwasów tłuszczowych (VFA) jako źródła składników odżywczych. Są one prawie zawsze spotykane tam, gdzie woda występuje w zamkniętym środowisku rurociągów.
Erozja
Przepływ gazu lub ciekłego węglowodoru rurociągiem powoduje erozję w wyniku kontaktu ścianki rurociągu z transportowanym medium. Głównymi czynnikami zwiększającymi erozję są prędkość przepływu i poziomy zanieczyszczeń obecnych w gazie lub płynie węglowodorowym. Stopień erozji wzrasta wraz ze wzrostem poziomu zanieczyszczenia czarnego prochu, który przepływa rurociągiem.
Dlaczego czarny proch jest problemem
Ponieważ większość linii przesyłowych, systemów transportowych i zbiorników retencyjnych jest produkowana z miękkiej stali węglowej, wszystkie etapy rurociągu są narażone na erozję elementów rurociągu w linii przesyłowej w wyniku narażenia na działanie prochu czarnego. Siarczki żelaza i tlenki żelaza znacznie uszkadzają komponenty od początku rurociągu do dostawy produktu końcowego, ponieważ przed opadami atmosferycznymi są one na poziomie submikronowym i niższym, dlatego są niewykrywalne podczas przechodzenia przez czujniki i mierniki. Czarny proszek w tym rozmiarze uszkadza uszczelki pompy, mierniki, zawory i komponenty sprężarki, ponieważ osadza się i ściera na wymiennikach, tacach, otworach i zaworach. Te uszkodzone komponenty i oprzyrządowanie prowadzą do ograniczenia przepływu i przerwania granic ciśnienia.
Rozwiązanie
Cyklony, separatory, filtry stożkowe i koszyczkowe z drobnymi oczkami są stosowane w celu zmniejszenia poziomu zanieczyszczenia prochem czarnym, ale nie są skuteczne do poziomów submikronowych i są podatne na zatykanie i utratę integralności strukturalnej.
W przypadku kondensatów węglowodorów, lekkiej lub ciężkiej ropy naftowej i produktów rafinowanych stosuje się bardzo mało filtracji. Uszkodzenia przepływomierzy, zaworów i pomp są bardzo kosztowne. Tradycyjna filtracja stosowana w tych zastosowaniach to sita siatkowe w formacie sitka stożkowego i sitka koszowego, które są zaprojektowane tak, aby zatrzymywać zanieczyszczenia przekraczające 100 mikronów.
Standard przemysłowy
Obecnie większość środków stosowanych do radzenia sobie z prochem czarnym ma charakter reaktywny, a nie proaktywny, na przykład pigging i chemiczne środki czyszczące, co powoduje znaczne przestoje i koszty.
Obecne proaktywne środki obejmują traktowanie rurociągów gazu kwaśnego inhibitorami korozji, stosowanie rur z wykładziną iw miarę możliwości zastępowanie rur stalowych rurami z tworzyw sztucznych.
W przypadku rurociągów gazowych stosuje się tradycyjną filtrację składającą się z wkładów filtracyjnych wykonanych z papieru, włókna szklanego lub materiałów polimerowych o różnych znamionowych zdolnościach filtracyjnych w celu zmniejszenia poziomu czarnego proszku. Technologie te są nieefektywne, ponieważ szybko się wyłączają i wymagają kosztownych zmian, co skutkuje ograniczeniem produkcji. Technologie te powodują ograniczenie przepływu, które powoduje obciążenie systemów pompowania lub sprężarek, co wymaga zwiększonej mocy w celu utrzymania przepływu.
Nowa technologia
Nowa technologia magnetyczna ziem rzadkich BPS zapewnia proaktywne praktyki zarządzania w celu zmniejszenia poziomów zanieczyszczeń, łagodząc ogólny negatywny wpływ czarnego prochu na integralność operacyjną rurociągu. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie technologii separacji magnetycznej w strategicznych miejscach w całym systemie rurociągów, rafineriach, zakładach chemicznych, bramach miejskich i miejscach załadunku.
W ciągu ostatnich 15 lat znaczące ulepszenia technologii magnetycznej metali ziem rzadkich stworzyły możliwość wykorzystania pól magnetycznych jako medium filtracyjnego lub separatora, które jest przyjazne dla środowiska i użytkownika, wysoce wydajne i opłacalne.
Dzięki wykorzystaniu separatorów czarnego proszku w formacie modułowym dla pełnoprzepływowych gazociągów i płynnych węglowodorów, które usuwają żelazne i nieżelazne zanieczyszczenia czarnego proszku. Osiąga się to dwoma metodami:
- Uwięzienie cząstek żelaza mieszających się z metalami nieżelaznymi podczas przepływu.
- Naturalnie występujący ładunek statyczny powstały w wyniku przepływu gazu lub płynów przez rury, określany jako adhezja statyczna. Cząsteczki żelazne i nieżelazne są naładowane i łączą się, gdy stykają się w przepływie. Pod wpływem promieniowych pól magnetycznych BPS przyciągają się i zatrzymują na powierzchni pręta separatora magnetycznego.
W rurociągach gazu ziemnego i ropy naftowej materiały wiążące, takie jak parafiny, glikole i asfalteny, łączą się z drobnymi cząsteczkami żelaza i piasku, które są uwięzione w polach magnetycznych podczas przechodzenia przez separatory czarnego proszku.
Zanieczyszczenia czarnego proszku uwięzione na separatorach magnetycznych można łatwo usunąć i przechowywać w workach mineralnych. Gdy kompozycja składa się głównie z siarczków żelaza, istnieje możliwość samozapłonu (tlące się i płomienie), należy przedsięwziąć środki ostrożności, aby nasycić czarny proszek substancją chemiczną w celu jego zneutralizowania.
Usuwanie i monitorowanie ilości czarnego proszku w strategicznych miejscach wzdłuż linii przesyłowych zmniejszy współczynnik erozji i może służyć jako narzędzie do monitorowania cyklu życia ścianek rur.
Głównymi miejscami zastosowania separatorów czarnego prochu w celu zmniejszenia poziomu zanieczyszczeń są załadunek i rozładunek produktu w obiektach portowych, przed zakładami LNG, rafineriami, gazowniami chemicznymi, stacjami pomiarowymi i elektrowniami. Czystszy produkt wprowadzany do tych obiektów poprawi produkcję i obniży koszty operacyjne poprzez ograniczenie przedwczesnego zużycia elementów wyposażenia procesowego.