众所周知,水力压裂法是目前开采天然气的主要形式。在水力压裂过程中,部分过程涉及注入沙子以保持井孔畅通。当水力压裂后,油井恢复工作时,其中一些沙子会回到地面,进入分离器。在分离油和水的过程中,必须要注意砂石对非法兰分离器的消防管损害,如果沙子压塌了消防管,就需要更换整个容器。那么该如何预防呢?
分离器平均每台售价约为10万美元。在分离的过程中,如果沙子堆积在加热元件上,最终会导致加热元件塌陷,这可能会导致分离器本身的灾难性故障:一是分离器外有气、油、水泄漏,二是它可能会引发火灾。
事实证明,捕沙器和其他过滤机制在防止沙石进入分离器方面是无效的。如果沙子挡不住,那就得把它移走。沙子和石蜡的温度比石油、天然气和水要低,所以能源开采的工程师们最初通过摩擦每艘船的腹部来感受温差,但这种方法并不可靠,因此需要清沙维护人员,但除沙是一项费时费力还需要停机的过程。
为了解决因结沙而导致的分离器更换成本高昂的问题,并提高分离器预防性维护计划的效率,Noble Energy公司(能源开采公司)使用FLIR GFx320光学气体成像热像仪发明了一种含沙测量方法。
GFx320本质安全型光学气体热像仪
它是一款制冷型OGI热像仪,经滤波后可检测石油和天然气石化炼油、化工生产、运输和处理设施中的甲烷和碳氢化合物泄漏。经验证,其符合美国环保局的OOOOa甲烷法规中定义的灵敏度标准,并且因每幅记录的热图像都标注GPS数据而符合报告要求。
Noble Energy公司已经在其气体泄漏检测和修复(LDAR)项目中使用了FLIR OGI热像仪。他们投资了这些热像仪,以满足科罗拉多州第7条法规:通过臭氧前体控制臭氧,通过石油和AS排放控制碳氢化合物。由于检测到了3万多处泄漏,工程师们已经熟悉了如何操作FLIR热像仪。后来,该团队意识到,用于检测气体泄漏的FLIR技术也可以推动分离器的预防性维护计划。
“通过热成像技术,也许可以检测到分离器厚金属壁后面发生的事情。通过检测温差(油热沙冷),我们可以确定分离器内部是否有堆积。”Noble Energy LDAR经理Doug Hess说。
FLIR GFx320热像仪拍摄的高对比度彩虹图像显示出该分离器中的高含沙量,如果不检查积沙情况,分离器中的消防管最终可能塌陷。
收集每个容器上的温度设定点只需要几分钟。热图像中的高对比度彩虹调色板显示随温度变化的特定颜色。负责开发Noble Energy大量沙子测量方法的工程师Landon Hawkins说:“这个高对比度热像图向我们展示了鲜明的温差,我们的工程师很喜欢这个范围。”
在每个分离器上,Hawkins首先将FLIR GFx320热像仪固定在一个单脚架上,用来查看分离罐的侧面,并设置为手动模式以建立设定值。分离器的油浴温度通常在90°F和100°F(32°C和37.7°C)之间徘徊,沙堆的温度与环境温度大致相同。因此,如果环境温度为60°F(15.5°C),那么油浴和沙堆之间将有30°F至40°F(-1°C至4.4°C)的差值。沙子通常位于容器的底部,而石蜡通常呈锯齿状,位于容器中间。石蜡会粘在容器的侧面,而沙子不会。
为了跟踪每个分离器,Hawkins根据每个分离器的序列号创建了一个监控程序。当检测到沙堆时,分离器就被添加到监控程序中。新压裂井上的分离器被密切关注,因为在最初的压裂后,大多数沙子都被排出。
FLIR GFx320热像仪拍摄的高对比度彩虹图像显示出该分离器中的低含沙量
对于监测项目中的分离器,Noble Energy会比较每月的图像,以了解沙子积聚的速度以及何时该进行清理。该计划需要两个关键要素才能正常运行。首先,由于分离器附近存在火灾危险,必须对热像仪进行设计和评估,以便在危险区域使用。FLIR热像仪经过精心设计,可将能量(电能和热能)控制在非易燃水平,因此任何短路或故障都不会导致火花,有效避免发生爆炸。
FLIR GFx320经独立认证为“本质安全型防爆红外热像仪”,能维持危险场所内的安全性。因此,Hawkins及其团队可以使用GFx320接近分离器。它们可以捕捉多个角度,避免阳光照射,从而加热分离器表面。
据Hawkins介绍,“在选择FLIR GFx320热像仪之前,我有时只能拍摄油罐前部的照片,因为我无法到达离它旁边的分离器5英尺以内的地方。”
分离器之间距离如此之近,以至于工程师们需要一台FLIR光学气体成像热像仪来对危险区域进行沙子测量
正如航拍照片中所显示的那样,密集排列的隔板对进入有限制。Hess说:“拥有一台可以在危险区域使用的热像仪,让这项计划的实施产生了巨大的不同——我们的视野能够进入以前无法进入的角落和缝隙。”
Hawkins及其团队使用两个FLIR GFx320红外热像仪来优化Noble Energy对其分离器的预防性维护计划。该监测项目在不到一年的时间里就监控了300个油罐,这些油罐堆积的沙子高到足以危及它们脆弱的消防管。当然,我们无法知晓那300个油罐是否会在不被清理的情况下全部失效。即使FLIR GFx320的监测只避免了一次故障,但它也节省了10万美元的分离器更换成本,以及维护团队浪费的工时。
“我与所有负责清理工作的维修团队密切合作,他们说到目前为止,也达到了高准确率。事实上,基于该方法,我们识别出的每一个需要清洗的分离器都存在明显的积沙现象。”
FLIR GFx320是本质安全型防爆红外热像仪
能快速进行气体泄漏探测
同时维持危险场所内的安全性
但我们也不要忽视它热像仪的功能
它既能可视化400种不同的工业气体
还可以红外检测设备中的温差故障
来源于:菲力尔中国
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