Application practice of mud gas separator in different working conditions

في العديد من المجالات الصناعية، يُعدّ فاصل غاز الطين ذا أهمية كبيرة لضمان التشغيل الآمن والفعال لعملية الإنتاج. سواءً في حفر النفط، أو معالجة مياه الصرف الصحي، أو التعدين وغيرها من الصناعات، لا ينفصل فاصل غاز الطين عن الفصل الفعال للغاز في الطين. في عمليات حفر النفط، غالبًا ما يكون الطين في البئر ناتجًا عن مجموعة متنوعة من الظروف الجيولوجية المعقدة ومختلطًا بعدد كبير من الغازات، وفي محطة معالجة مياه الصرف الصحي، سيكون فاصل غاز الطين قادرًا على فصل غاز الميثان والغازات الأخرى في عملية معالجة الحمأة، لتجنب الغاز في خطوط الأنابيب ومعالجة البرك في البركة لتجنب تراكم الانفجارات الناجمة عن حوادث السلامة، لضمان التقدم السلس لأعمال معالجة مياه الصرف الصحي.

بسبب بيئة الإنتاج ومتطلبات العملية للمناطق الصناعية المختلفة فهي مختلفة جدًا، فاصل غاز الطين في التطبيق العملي لمجموعة متنوعة من ظروف العمل. تتناول هذه المقالة مناقشة متعمقة لفاصل الغاز الطيني في ظروف عمل مختلفة في ظل التطبيق العملي.

一.تحليل مبدأ فاصل الغاز الطيني

يُعدّ جهاز فصل الطين عن الغاز من المعدات الأساسية لتحقيق فصل فعال للطين عن الغاز، ويعتمد مبدأ عمله على تضافر عدة تأثيرات فيزيائية. فعندما يدخل الطين الملوث بالغاز إلى جهاز الفصل بسرعة معينة، فإنه يستفيد أولًا من تأثير الترسيب بالجاذبية الناتج عن اختلاف كثافة الغاز عن السائل. كثافة الغاز أقل بكثير من كثافة الطين، وفي مجال الجاذبية، يميل الغاز إلى التحرك لأعلى، بينما يستقر الطين لأسفل، مما يُحقق فصل الغاز عن السائل في البداية.

في الوقت نفسه، يستخدم الفاصل قوة الطرد المركزي لتعزيز تأثير الفصل. يُنشئ التصميم الهيكلي الخاص حركة دورانية للطين داخل الفاصل. وبفعل قوة الطرد المركزي، يُقذف الطين الأكثر كثافة نحو الجدار الداخلي للفاصل، بينما يتركز الغاز في المنطقة المركزية للتدفق الدوار، مما يحقق فصلًا أكثر شمولًا. بالإضافة إلى ذلك، يُفصل الغاز عن الجسيمات الصلبة في الطين بشكل أكبر بمساعدة التصادم والالتصاق لضمان أقصى تأثير فصل.

حالة العمل الأولى: مجال تشييد المباني

في مجال البناء، وخاصةً في أعمال التكديس واسعة النطاق وأعمال البناء تحت الأرض، يلعب فاصل غازات الطين دورًا محوريًا. لنأخذ بناء الأكوام المحفورة الشائعة كمثال، ففي عملية الحفر، لتثبيت جدار الحفرة، ونقل الخبث، وتبريد لقمة الحفر، يلزم حقن كمية كبيرة من الطين في الحفرة. مع تعميق الحفر، تختلط كمية كبيرة من الهواء بالطين، وإذا لم تُفصل هذه الغازات في الوقت المناسب، فستؤثر بشكل خطير على أداء الطين وسير العمل بسلاسة.

من منظور تحسين كفاءة البناء، يُمكن لفاصل غاز الطين فصل الغاز في الطين بسرعة وفعالية، مما يضمن كثافة ولزوجة الطين الطبيعية، مما يُحسّن من أداء الطين لوظيفته في حماية الجدران وإزالة الخبث. بهذه الطريقة، يُمكن زيادة سرعة الحفر بشكل ملحوظ، وتقليل حالات التوقف والأعطال أثناء عملية الحفر.

فيما يتعلق بالحد من التلوث البيئي، فإن الطين غير المعالج المتسرب بالغاز، إذا تم تصريفه مباشرةً، لن يُسبب هدرًا للموارد المائية فحسب، بل سيُلوث أيضًا التربة والبيئة المائية المحيطة. من خلال معالجة فاصل غاز الطين، يُفصل الغاز الموجود في الطين، ويمكن استعادة الطين القابل لإعادة التدوير، مما يُقلل من كمية الطين المُهدر الناتج. يُمكن إعادة الطين المنفصل إلى نظام تدوير البناء، مما يُحقق إعادة تدوير للطين في دائرة مغلقة، ويُقلل من الطلب على موارد المياه العذبة، ويُقلل من التأثير السلبي لتصريف الطين على البيئة.

الحالة الثانية: ساحة معركة معالجة مياه الصرف الصحي

في عملية معالجة مياه الصرف الصحي، وخاصةً في مرحلة هضم الحمأة، تُنتج كميات كبيرة من غاز الميثان وغازات أخرى. إذا اختلطت هذه الغازات بالحمأة، فستُعيق عملية المعالجة اللاحقة. في الوقت نفسه، تحتوي مياه الصرف الصحي أيضًا على شوائب متنوعة، مثل الجسيمات الصلبة والمواد الصلبة العالقة، ويمكن لفاصل الغازات الطينية فصل هذه الشوائب والغازات بكفاءة، مما يُرسي الأساس لسير عملية معالجة مياه الصرف الصحي بسلاسة.

من حيث تأثير فصل الشوائب والغازات في مياه الصرف الصحي، يتميز جهاز فصل الغازات الطينية بأداء ممتاز. فهو قادر على اعتراض الشوائب الصلبة في مياه الصرف الصحي وتحقيق فصل المواد الصلبة والسائلة بفضل تصميمه الهيكلي الفريد ومبدأ عمله. وفي الوقت نفسه، وباستخدام فرق كثافة الغاز والسائل وقوة الطرد المركزي وتأثيرات أخرى، يفصل الغاز الحيوي والغازات الأخرى عن الحمأة.

يُعدّ تحسين عملية معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام فاصل غاز الطين بالغ الأهمية. أولًا، يُمكنه تخفيف عبء معدات المعالجة اللاحقة. بعد فصل الغاز والشوائب، تُحسّن سيولة الحمأة واستقرارها، وعند دخولها إلى معدات المعالجة اللاحقة، يُمكنه تقليل تآكل وانسداد المعدات، وتحسين كفاءة تشغيلها وعمرها الافتراضي. على سبيل المثال، في مرحلة تجفيف الحمأة، تُحسّن الحمأة المُعالجة بواسطة فاصل غاز الطين من فعالية تجفيف المياه، وتُقلل من وقت تشغيل معدات التجفيف، وتُقلل من استهلاك الطاقة. ثانيًا، يتم فصل الغاز الحيوي والغازات الأخرى بواسطة... فاصل غاز الطين يمكن إعادة تدويرها واستخدامها كطاقة لتوليد الطاقة الداخلية أو لتسخين محطة معالجة مياه الصرف الصحي، مما يحقق إعادة تدوير الموارد ويقلل من تكاليف تشغيل محطة معالجة مياه الصرف الصحي.

حالة العمل 3: حقل استخراج النفط

في مجال استخراج النفط، غالبًا ما تُجرى عمليات حفر النفط في ظل ظروف جيولوجية معقدة، حيث يتسلل الغاز الطبيعي وكبريتيد الهيدروجين والغازات الأخرى الموجودة في التكوين بسهولة إلى الطين، مما يُعرّض أعمال الحفر لمخاطر جمة. يُمكّن فاصل غازات الطين من فصل هذه الغازات عن الطين بكفاءة وفي الوقت المناسب، والحفاظ على الأداء الطبيعي للطين، وضمان سلامة واستقرار عملية الحفر.

من منظور ضمان سلامة الحفر، يلعب فاصل غاز الطين دورًا هامًا. فعند اختلاط كمية كبيرة من الغاز بالطين، تنخفض كثافة الطين، وتضعف قدرة جدار البئر على التحمل، مما قد يؤدي بسهولة إلى انهياره. وفي الوقت نفسه، قد يؤدي عدم فصل الغاز إلى ارتفاع ضغط البئر أو حتى انفجارها، مما يشكل خطرًا كبيرًا على الأفراد والمعدات، ويسبب تلوثًا خطيرًا للبيئة المحيطة.

يُعدّ فاصل الغاز الطيني ذا أهمية كبيرة في تحسين كفاءة التعدين. فبعد فصل الغاز، يتمتع الطين بسيولة واستقرار أفضل، ويمكنه الدوران بسلاسة أكبر عبر نظام الحفر، مما يوفر تبريدًا وتزييتًا أفضل لرأس الحفر، ويقلل من تآكله، ويزيد من سرعة الحفر. وفي الوقت نفسه، يُساعد أداء الطين المستقر على نقل ضغط وعزم الحفر بدقة أكبر، مما يجعل عمليات الحفر أكثر دقة ويقلل من وقت الحفر غير الفعال، وبالتالي تحسين كفاءة الاستخراج الإجمالية.

مقارنة الأداء واستراتيجيات التحسين في ظل ظروف التشغيل المختلفة

مقارنة أداء فاصل غاز الطين في ظل ثلاثة ظروف عمل نموذجية، وهي البناء، ومعالجة مياه الصرف الصحي، واستخراج النفط، يكون الفرق كبيرًا جدًا. من حيث سعة المعالجة، ونظرًا لحجم الحفر الكبير ودوران الطين الكبير في استخراج النفط، فإن سعة معالجة فاصل غاز الطين هي الأعلى، وعادةً ما تحتاج إلى معالجة مئات الأمتار المكعبة أو حتى آلاف الأمتار المكعبة من الطين في الساعة؛ ويأتي بناء المباني في المرتبة الثانية من حيث الحجم، وتتراوح سعة المعالجة، وفقًا لحجم أعمال الركائز، من عشرات الأمتار المكعبة إلى مئات الأمتار المكعبة في الساعة؛ أما معالجة الحمأة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي، فهي مستقرة نسبيًا، وتبلغ سعة المعالجة عادةً حوالي عشرات الأمتار المكعبة في الساعة.

من حيث كفاءة الفصل، يتطلب حقل التنقيب عن النفط كفاءة فصل عالية جدًا للغازات في الطين، وخاصةً بالنسبة للطين الذي قد يحتوي على غازات سامة وضارة مثل كبريتيد الهيدروجين، ويجب أن تصل كفاءة الفصل إلى أكثر من 95% لضمان سلامة الحفر؛ أما محطة معالجة مياه الصرف الصحي للغاز الحيوي والغازات الأخرى، فعادةً ما تكون كفاءة الفصل مطلوبة للوصول إلى 85% -95%، وذلك لضمان التشغيل الطبيعي لعملية المعالجة اللاحقة؛ وتكون متطلبات كفاءة فصل الغازات في الطين منخفضة نسبيًا في تشييد المباني، حيث يبلغ حجم معالجة الحمأة حوالي عشرات الأمتار المكعبة في الساعة. أما في البناء، فإن كفاءة فصل الغاز في الطين منخفضة نسبيًا، وتصل عمومًا إلى حوالي 80% لتلبية احتياجات البناء.

ترتبط أسباب هذه الاختلافات في الأداء ارتباطًا وثيقًا بخصائص كل حالة عمل. فظروف طبقة استخراج النفط معقدة، وتركيب الغاز متنوع، ومحتواه غير مستقر، لذا يجب أن تكون قدرة المعدات على التكيف ودقة فصلها عالية للغاية. على سبيل المثال، في استخراج غاز الصخر الزيتي العميق، يكون ضغط التكوين مرتفعًا ومحتوى الغاز متقلبًا بشكل كبير، مما يتطلب أن يتمتع فاصل غاز الطين بتحمل ضغط قوي وأداء فصل فعال للتعامل مع معالجة طين تسرب الغاز في ظروف عمل مختلفة.

تتميز حمأة محطة معالجة مياه الصرف الصحي بتركيبها المعقد، إذ تحتوي على كميات كبيرة من المواد العضوية والكائنات الدقيقة والشوائب، مما يؤثر على سيولة الطين وقدرته على الفصل. في الوقت نفسه، تتطلب عملية معالجة مياه الصرف الصحي في محطات معالجة مياه الصرف الصحي متطلبات أكثر صرامة لفصل الغاز والحمأة، والتي يجب تحديدها وفقًا لعمليات المعالجة المختلفة. على سبيل المثال، في عملية الهضم اللاهوائي، يجب التحكم بدقة في كمية فصل الغاز الحيوي لضمان سير التفاعل اللاهوائي بسلاسة.

يتأثر الطين في تشييد المباني بشكل رئيسي بعملية الحفر والظروف الجيولوجية، مقارنةً باستخراج النفط ومعالجة مياه الصرف الصحي. يُعتبر تركيب الطين بسيطًا نسبيًا، إلا أن بيئة البناء معقدة، ومساحة الموقع محدودة، وتتطلب مساحة المعدات وسهولة نقلها متطلبات أعلى. على سبيل المثال، في المناطق الحضرية، تكون المساحة ضيقة، لذا يجب أن يكون فاصل غاز الطين صغيرًا وسهل التركيب والنقل، ليتناسب مع ظروف موقع البناء.

في ظل ظروف عمل مختلفة، يمكن اعتماد استراتيجيات تحسين مناسبة لتحسين أداء فاصل الغاز الطيني. في مجال استخراج النفط، تُستخدم تقنية الفصل متعدد المراحل، بدءًا بالفاصل الأساسي للفصل الأولي بين الغاز والسائل، لتقليل محتوى الغاز في الطين، ثم بالفاصل الثانوي أو الثالثي للفصل الدقيق، مما يُحسّن كفاءة الفصل بشكل أكبر. في الوقت نفسه، تُعزز مقاومة المعدات للتآكل، وتُستخدم مواد مقاومة للتآكل في تصنيع مكوناتها الرئيسية، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ للخزانات وعناصر الفصل، للتعامل مع الملاط الذي يحتوي على غازات أكالة مثل كبريتيد الهيدروجين.

في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، يُمكن تحسين بنية ومعايير عناصر الفصل وفقًا لخصائص الحمأة ومتطلبات عملية المعالجة. على سبيل المثال، بالنسبة للحمأة عالية اللزوجة، تُستخدم شفرات إعصارية مصممة خصيصًا لزيادة خشونة وزاوية الشفرات، مما يُعزز تأثير قوة الطرد المركزي ويُحسّن من فعالية الفصل. وفي الوقت نفسه، وبالتزامن مع عملية معالجة الحمأة، تُعدّل معايير تشغيل الفاصل بشكل معقول، مثل التحكم في معدل تدفق ومستوى سائل الطين، لضمان استقرار فعالية الفصل.

في مجال البناء، ومن أجل التكيف مع موقع البناء الضيق، تم تصميم نموذج مصغر ومتكامل فاصل غاز الطين يمكن تطوير نظام متكامل يجمع بين معدات الفصل ومضخة الطين ونظام التحكم، مما يقلل من حجم المعدات ويحسن من قابلية تنقلها. في الوقت نفسه، يتم تعزيز موثوقية المعدات وسهولة صيانتها، ويتم اعتماد تصميم معياري لتسهيل تركيبها وتفكيكها وصيانتها، وتقليل معدل أعطالها، وتحسين كفاءة البناء.