استكشاف أخطاء وحدات تجفيف الغاز بـ TEG وإصلاحها: فقدان الجليكول، والرغوة، وانبعاثات BTEX

إن الجليكول الذي يغادر وحدة TEG في أي مكان باستثناء كونه منتجاً فقيراً يكلفك ثلاث مرات. فأنت تدفع ثمن التعويض، وتخاطر بوصول الغاز الرطب إلى خط البيع، وتخلق مشكلة في الانبعاثات والصيانة العامة. غالباً ما تظهر الرغوة، والمبادلات المتسخة، والمقطر سيئ الضبط في نفس الوحدة في نفس الوقت، وتتداخل الأعراض بما يكفي لجعل المشغلين يميلون إلى مطاردة العرض الخاطئ. إن ارتفاع استهلاك الجليكول، وزيادة استخدام وقود الغلاية، وتجاوز نقطة الندى، وجرد انبعاثات البنزين الذي لم يعد يطابق التصريح، غالباً ما تكون مجموعة واحدة من الأسباب التي تُرى من زوايا مختلفة. يعمل هذا الدليل على حلها بالترتيب الذي تسير به في الوحدة.

المعايير والسياق التنظيمي

يؤطر مرجعان معظم أعمال استكشاف أخطاء TEG وإصلاحها.

يغطي API Spec 12GDU تصميم وتصنيع وحدات تجفيف الغاز من نوع الجليكول. استخدمه للتأكد من أن المعدات المثبتة تلبي مواصفات التصميم الأصلية. عندها فقط يمكنك إلقاء اللوم على ظروف التشغيل في ظهور عرض ما، بدلاً من حدود التصميم. إنه يضع الأساس لما بنيت المعدات للقيام به.

• 40 CFR Part 63 Subpart HH هو المعيار الوطني الأمريكي لانبعاثات ملوثات الهواء الخطرة من مرافق إنتاج النفط والغاز الطبيعي. وهو المحرك الرئيسي للتحكم في BTEX في مجففات الجليكول في الولايات المتحدة. تعتمد إمكانية التطبيق والعتبات وخيارات الامتثال على نوع المرفق والتصريح، لذا تحقق منها مقابل ترخيصك الخاص. خارج الولايات المتحدة، تفرض تصاريح الهواء المحلية عادةً تقارير مماثلة عن البنزين أو VOC.

تأتي إرشادات التشغيل بشكل أساسي من درس EPA Natural Gas STAR بعنوان تحسين دوران الجليكول وتركيب فواصل خزان الوميض في مجففات الجليكول، وورقة Bryan Research & Engineering بعنوان تأثير عمليات المعالجة على انبعاثات VOC وBTEX من وحدات تجفيف الجليكول، والدليل الإرشادي لتصميم تجفيف الغاز الطبيعي من KLM Technology Group.

تحديد أين يذهب الجليكول

استخدمت ورقة SPE لعام 2019 حول فقدان الجليكول في تجفيف الغاز في المنبع (Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference, 2019) تحليل بيانات التشغيل لفصل آليات الفقد. هذا هو النهج الصحيح. قبل أن تلمس أي معدات، قم بمطابقة أحجام التعويض مع سجل التشغيل وصنف الفقد إلى أربع فئات.

الانتقال من الملامس

يعد الجليكول السائل المحمول في الغاز المعالج مسار الفقد الكلاسيكي. ويزداد الأمر سوءاً مع الرغوة، ومستخلص الرذاذ المتهالك، وسرعة الغاز المفرطة، وكتل السوائل القادمة من المنبع. افحص جهاز التنقية عند المخرج أو وعاء الفصل في المصب بحثاً عن الجليكول. راقب وحدة التحكم في مستوى الملامس بحثاً عن الحركة غير المنتظمة، وقارن فرق الضغط عبر الملامس مع أساس التشغيل التجريبي.

التبخر والانتقال عند المقطر

يغادر بخار الجليكول والرذاذ الناعم مع الجزء العلوي للمجدد عندما يفيض عمود المقطر، أو تتلف الحشوة أو يُفقد الارتجاع. غاز التجريد الزائد والغلايات شديدة السخونة تزيد الأمر سوءاً. المقطر الذي "يدخن" الجليكول هو مسار فقد ومشكلة انبعاثات في نفس الوقت.

التسرب والخسائر الميكانيكية

سدادات المضخات، وتغيير الفلاتر، والمصارف، ونقاط العينات، والفيضان من خزان التدفق هي أمور غير لافتة، لكنها غالباً ما تتراكم. يساعد تحليل البيانات هنا. الفقد الذي لا يرتبط بمعدل التدفق أو تكوين الغاز أو درجة الحرارة يشير إلى الصيانة العامة، وليس اضطراب العملية.

التدهور

الجليكول المتدهور لا يختفي. بل يفقد قدرته على إزالة الماء ويكون أحماضاً ومواد صلبة، والتي تؤدي بعد ذلك إلى الرغوة والاتساخ. تعامل مع التدهور كسبب جذري للرغوة والاتساخ الذي يغذي آليات الفقد الأخرى. إنه ليس مسار فقد بحد ذاته حقاً.

تشخيص الرغوة

تقطع الرغوة التلامس بين TEG والغاز الرطب، لذا تفقد الجليكول وأداء المعالجة معاً. في الممارسة العملية، ترى تجاوزات لنقطة الندى وانتقالاً للسوائل في نفس الوقت.

المحفزات النموذجية

• الهيدروكربونات السائلة المنتقلة من فاصل المدخل، وخاصة المكثفات التي تبلل الجليكول.
• كيماويات الإنتاج ومعالجة الآبار مثل مثبطات التآكل، والتي تعمل كمواد خافضة للتوتر السطحي.
• المواد الصلبة الناعمة، بما في ذلك كبريتيد الحديد، التي تثبت أغشية الرغوة.
• الجليكول المتدهور والأملاح المتراكمة.

لماذا يضلل المؤشر الواحد

تنتج نقطتان عمليتان عن هذا. أولاً، لا يستبعد ثبات ΔP وجود الرغوة. اجمع بين ΔP، وسلوك المستوى، وانتقال الغاز عند المخرج، ومظهر الجليكول قبل اتخاذ قرار. ثانياً، يمكن لفلتر الكربون الذي لا يحتوي على فلتر حماية في المصب أن يسرب جزيئات الكربون الدقيقة إلى الجليكول المتداول ويغذي نفس المشكلة التي تم تركيبه لإصلاحها.

تسلسل الاستجابة

1. تأكد من الفصل عند المدخل وأصلحه: مستوى السائل، والأجزاء الداخلية، وانتقال المكثفات تحت السائل.
2. خذ عينات من الجليكول الفقير والغني، وافحص الهيدروكربونات، والمواد الصلبة، والأس الهيدروجيني pH، والأملاح، ونواتج التدهور.
3. تحقق من ترتيب الفلترة: فلتر الجسيمات، ثم الكربون، ثم فلتر حماية بعد الكربون.
4. اعتبر مضاد الرغوة إجراءً مؤقتاً فقط، واستخدمه بجرعات قليلة. الجرعات الزائدة يمكن أن تثبت الرغوة وتخفي السبب الجذري.
5. ابحث عن المصدر الكيميائي. إذا تزامنت مادة مثبطة جديدة أو كيميائي معالجة مع بدء الرغوة، فاستدعِ مورد الكيماويات.

كيمياء الغلاية واتساخ مبادل الغليكول الغني-الفقير

الغلاية وجودة الغليكول

يتدهور الغليكول عندما يتعرض لدرجة حرارة مفرطة في الغلاية، أو بقع ساخنة موضعية على أنبوب الاحتراق، أو الأكسجين. ينتج عن هذا التدهور أنواع حمضية، لذا فإن انحراف الرقم الهيدروجيني (pH) يعد تحذيراً مبكراً. كما أنه يسبب التآكل ويعزز المزيد من الرغوة. حافظ على هذه العوامل تحت السيطرة:

• درجات حرارة سطح الغلاية وكتلة السائل ضمن حدود مورد الغليكول، مع الانتباه إلى التدفق الحراري لأنبوب الاحتراق والرواسب التي تخلق بقعاً ساخنة.
• غطاء غاز خامل أو غاز وقود يعمل في خزان التدفق لإبعاد الأكسجين.
• الحفاظ على الرقم الهيدروجيني (pH) للغليكول ضمن النطاق الذي يوصي به المورد، باستخدام الإضافات المعادلة التي يحددها المورد فقط، وبالكميات التي يوجه بها.
• تحليل الغليكول بانتظام، مع تتبع اتجاه النتائج بدلاً من قراءتها كفحوصات لمرة واحدة.

مبادل الغليكول الغني-الفقير

من السهل إغفال الاتساخ هنا لأن الوحدة تستمر في العمل. تلاحظ انخفاض درجة حرارة الغليكول الغني الداخل إلى برج التقطير، وزيادة وقود الغلاية لنفس معدل الدوران، وعودة الغليكول الفقير بدرجة حرارة أعلى إلى جهاز التلامس، وأحياناً ارتفاع درجة حرارة عمود التقطير. يؤدي دخول الغليكول الفقير الساخن إلى جهاز التلامس إلى تقليل قدرة الامتصاص ورفع تبخر الغليكول في غاز المبيعات. كما أنه يغير امتصاص BTEX (انظر أدناه).

عادة ما تكون الملوثات عبارة عن نواتج تدهور، ودقائق كربون، وكبريتيد الحديد، وأملاح. تتبع اتجاه درجات حرارة الاقتراب للمبادل مقابل بيانات التشغيل التجريبي. إذا رأيت انحرافاً، فقم بالتنظيف قبل أن تبدأ درجة حرارة جهاز التلامس في الحد من عملية التجفيف.

السلامة عند فتح معدات الغليكول

تحتوي معدات الغليكول على هيدروكربونات، وH₂S في بعض الخدمات، وسوائل ساخنة. قبل فتح مرشح أو مبادل أو برج تقطير أو خزان تدفق:

1. اعزل العنصر عزلاً إيجابياً، باستخدام نظام الحجز والتصريف المزدوج أو السدادات (blinds) وفقاً لإجراءات الموقع.
2. قم بتفريغ الضغط والتصريف إلى موقع مغلق وآمن. قم بتصريف الأبخرة إلى الشعلة أو موقع آمن، وليس إلى الغلاف الجوي.
3. تحقق من انعدام الطاقة: مقاييس الضغط عند الصفر، والمصارف مفتوحة، والتحقق من درجة الحرارة بواسطة ميزان حرارة أو التصوير الحراري لتكون أقل من 50 °C (122 °F) أو حد اللمس الآمن في الموقع.
4. قم بتطبيق إجراءات الإغلاق ووضع العلامات (lockout/tagout) على المضخات والموقد وأي مصدر حرارة.
5. تعامل مع المنطقة على أنها منطقة خطرة: لا توجد مصادر اشتعال، واستخدم أدوات ومعدات وقاية شخصية مناسبة، وكشف غاز مستمر أو متكرر بما في ذلك H₂S وLEL، وتهوية جيدة.
6. تعامل مع عناصر المرشح المستهلكة كنفايات ملوثة بالهيدروكربونات.

انبعاثات BTEX وVOC

غالباً ما يحمل الغاز الخام البنزين والتولوين وإيثيل بنزين والزايلين. يمتص الغليكول جزءاً منها في جهاز التلامس، وتخرج مرة أخرى مع بخار رأس وحدة التجديد. قام برنامج اختبار EPA المعنون Glycol Dehydrator BTEX and VOC Emissions Testing Results at Two Units in Texas and Louisiana (مارس 1995) بقياس الانبعاثات من وحدات حقيقية ولا يزال مرجعاً مفيداً لمعرفة أين تنتهي الأبخرة. توضح ورقة BR&E كيف تغير خيارات تشغيل العمليات النتيجة.

روافع التشغيل

سيناريو توضيحي

هذا السيناريو توضيحي وليس مأخوذاً من منشأة محددة.

تبدأ وحدة TEG في استهلاك المزيد من الجليكول التعويضي. يُظهر جهاز الغسل عند المخرج وجود جليكول، كما أن متحكم المستوى في برج التلامس يتذبذب. نقطة ندى غاز المبيعات عند الحد الحرج. يبدو فرق الضغط عبر برج التلامس طبيعياً.

1. مطابقة الفقد. ارتفع الاستهلاك التعويضي دون تغيير مقابل في معدل الغاز. يشير ذلك إلى سبب في العملية، وليس تسرباً.
2. فحص المدخل. فاصل المدخل يمرر المكثفات بعد تغيير أخير في المواد الكيميائية لمعالجة الآبار.
3. أخذ عينة من الجليكول. الجليكول الفقير داكن اللون، ويظهر وجود هيدروكربونات ومواد صلبة، وقد انحرف الرقم الهيدروجيني pH ليصبح حمضياً. مرشح الكربون يفتقر إلى مرشح حماية في المصب.
4. فحص المبادل. انحرفت درجات حرارة الاقتراب في مبادل الجليكول الغني-الفقير عن قيم التشغيل التجريبي، وارتفع وقود الغلاية، والجليكول الفقير الواصل إلى برج التلامس أحر مما كان عليه سابقاً.
5. الإجراء. استعادة كفاءة الفصل عند المدخل والاتفاق على تغيير المواد الكيميائية مع المورد. إضافة مرشح حماية. استبدال عناصر الترشيح وجدولة تنظيف المبادل بموجب خطوات العزل المذكورة أعلاه. تقليل الدوران إلى ما يتطلبه هدف نقطة الندى، والتأكد من توجيه غاز خزان الوميض ومنفس المقطر إلى أجهزة التحكم الخاصة بهما.
6. التحقق. تتبع الاستهلاك التعويضي، وسلوك برج التلامس، واقتراب المبادل، ومنفس المقطر، ومقارنتها بخط الأساس للتشغيل التجريبي على مدار عدة أسابيع.

تعد الرغوة، وتدهور الجليكول، واتساخ المبادل، وزيادة الدوران هنا سلسلة واحدة. كان من شأن استخدام مضاد الرغوة وحده أن يخفي انتقال المكثفات ويترك مشاكل المبادل والانبعاثات كما هي تماماً.

قائمة مرجعية لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها

• طابق استهلاك الجليكول التعويضي مع كمية الإنتاج قبل تحديد السبب.
• افحص جهاز الغسل عند المخرج ومستخلص الرذاذ بحثاً عن الجليكول المحمول مع الغاز.
• راقب اتجاه فرق الضغط ΔP والمستوى في برج التلامس معاً، ولا تعتمد على أحدهما وحده.
• تأكد من أداء فاصل المدخل وابحث عن المكثفات في الجليكول.
• راجع التغييرات الأخيرة في حقن المواد الكيميائية في المنبع.
• خذ عينات من الجليكول الفقير والغني لفحص الهيدروكربونات، والمواد الصلبة، والرقم الهيدروجيني pH، والأملاح، ونواتج التحلل.
• تحقق من ترتيب المرشحات: الجسيمات، ثم الكربون، ثم مرشح حماية بعد الكربون.
• افحص غاز التغطية في خزان التدفق وابحث عن تغلغل الأكسجين.
• افحص حالة أنبوب الحريق في الغلاية والتحكم في درجة الحرارة.
• راقب اتجاه درجات حرارة الاقتراب في مبادل الغني-الفقير واستهلاك وقود الغلاية.
• افحص حشوة عمود التقطير، والارتجاع، ومعدل غاز النزع.
• تأكد من ضبط الدوران وفقاً لما يتطلبه هدف نقطة الندى، وليس وفقاً لإعدادات قديمة.
• تحقق من تشغيل خزان الوميض ووجهة غاز الوميض ومنفس المقطر.
• طابق سجل الانبعاثات مع ظروف التشغيل الفعلية، وقم بتحديثه إذا تغير الدوران أو درجة الحرارة أو تركيب الغاز.
• اتبع إجراءات العزل، وتفريغ الضغط، والتحقق من الطاقة الصفرية، و LOTO، وكشف الغاز، والتنفيس الآمن قبل فتح أي معدة.

الخلاصة

ابدأ بمطابقة الفقد، ثم اعمل عبر الوحدة بترتيب التدفق: فصل المدخل، برج التلامس، الترشيح، مبادل الغني-الفقير، خزان الوميض، الغلاية، والمقطر. تعامل مع الرغوة كعرض لسبب في المنبع أو سبب كيميائي. تعامل مع جودة الجليكول واتساخ المبادل كمؤشرات مبكرة. اضبط الدوران على ما تتطلبه نقطة الندى فعلياً. هذا الخيار الواحد يؤثر على استخدام الوقود، وفقدان الجليكول، وانبعاثات BTEX دفعة واحدة.

الخطوات التالية: استخراج سجل استهلاك التعويضي وتحليل الجليكول، وتأكيد خطوط الأساس للتشغيل التجريبي لفرق الضغط ΔP واقتراب المبادل، والتحقق من أن ضوابط خزان الوميض ومنفس المقطر موثقة وفقاً لمتطلبات التصريح الخاصة بك.