ماهو الغاز الطبيعي:
مركب هيدروكاربوني يتألف بشكل أساسي من الميثان والأيثان ، عديم اللون ، ويكون على أحد حالتين:
1. غاز مصاحب للنفط Associated Gas: يكون مذاباً في النفط الخام بفعل ضغط المكمن وقد يكون على شكل قبة غازية Gas Cap وينتج مع النفط الخام ليتم عزله في محطات عزل الغاز الطبيعي . ويحتوي هذا النوع من الغاز عادة ً على البروبان والبيوتان ولذلك يسمى الغاز الرطب Wet Gas .
2. غاز حر Free Gas : وينتج من المكامن الغازية ويسمى الغاز الجاف Dry Gas.
ويعتبر الغاز الطبيعي من مصادر الطاقة النظيفة ، يتألف بشكل أساس البارافينات الخفيفة المشبعة Light Saturated Parrafins مثل الميثان والأيثان والتي تكون في الحالة الغازية تحت الظروف الأعتيادية ، كما قد يحتوي على مركبات هيدروكاربونية مثل البروبان والبيوتان والبنتان والهكسان ، كما يحتوي على مركبات غير هايدروكاربونية مثل النتروجين ، ثاني أوكسيد الكاربون ، الهيدروجين ، الغازات الخاملة (النبيلة) مثل الهيليوم والآرغون وغيرها.
كما يمكن أن يحتوي على مركبات كبريتية مثل كبريتيد الهيدروجين H2S ويسمى في هذه الحالة الغاز الحامضي
ما هي الغاية من محطات كبس الغاز الطبيعي؟
الغاية الأساسية من هذه المحطات هي تسهيل نقل الغاز من موقع الى آخر من خلال رفع ضغط الغاز الى الحد المناسب الذي يضمن وصوله الى المحطات التالية التي قد تكون (محطات معالجة للغاز ، محطات نزع الغازات الحامضية ، أستخلاص الكبريت .. الخ) ، حيث أن الغاز يحتاج الى ضغطه أثناء نقله لمسافات طويلة ، كما هو الحال مع النفط الخام الذي يتم ضخه من مسافة الى أخرى لضمان وصوله الى موانيء التصدير.
إن محطات كبس الغاز الطبيعي هي جزء مكمل لمنظومة نقل الغاز من مناطق الأنتاج الى المستهلك ، حيث أن ضغط الغاز يقل بمرور الغاز خلال الأنبوب بسبب المسافة والاحتكاك وفرق الارتفاع مما يقلل سرعة الغاز وضغطه وبالتالي فأن وجود هذه المحطات يساعد على الحفاظ على ضغط ومعدل التدفق للغاز.
وإذا كانت عملية نقل الغاز الطبيعي لمسافات بعيدة يتوجب نصب مجموعة محطات لكبس الغاز ويجب أخذ أمور معينة بنظر الأعتبار مثل الطاقة التصميمية للأنبوب ، الضغط التشغيلي للأنبوب ، وطبوغرافية الأنبوب.
بشكل عام تبلغ المسافة بين كل محطتي كبس للغاز ما بين 64 كم الى 113 كم على طول خط نقل الغاز. أما الضغط التشغيلي فهناك مدى واسع له يتراوح بين 200 Psi الى 1500 Psi.
مكونات محطات كبس الغاز
تتألف محطة كبس الغاز بشكل عام من المكونات التالية ، على افتراض أن هذه المحطة تتألف من كابسة بمرحلتين two stage compressor وخط كبس واحد one compressor train:
عازلة الغاز أو غاسلة الغاز Suction Scrubber:
وهي الجزء الأول من محطة الكبس ، حيث يدخل الغاز القادم من المصدر الرئيسي لإنتاج الغاز (محطات العزل مثلاً) وتكون بشكل عازلة ثلاثية الطور والغاية منها فصل السوائل الهايدروكاربونية والمكثفات Condensate من الغاز الطبيعي ، حيث أن وجودها مع الغاز قد يسبب مشاكل خطيرة في الكابسة مثل الأهتزاز Vibration ، علماً إن السوائل يتم تجميعها في قعر العازلة أما المكثفات فيتم تجميعها في الجزء الوسطي من العازلة في حين يخرج الغاز من أعلى العازلة ، ويتم تجميع السوائل من عدة عازلات ثم ارسالها الى حفرة الحرق Burn Pit ، أما المكثفات فيتم ارسالها الى وحدة تجميع المكثفات. وكما مبين في المخطط الموجود في نهاية المقال.
وتحتوي هذه العازلة على صمام توقف اضطراري ESDV يغلق في حالات التوقف الأضطراري ويقطع تجهيز الغاز الى المحطة ، كما تحتوي على متحسسات لقياس مستوى المكثفات والسوائل الهيدروكاربونية Condensate and Liquids Level Sensors مربوطة بصمامات سيطرة ليتم التحكم بشكل مستمر بمستوياتها وتصريفها بشكل سلس ، كما يحتوي كل من خطي المكثفات والسوائل الهيدروكاربونية على صمام اتجاه واحد Check Valve لضمان عدم رجوعها الى العازلة.
أنبوب تجميع الغاز Gas Header :
بعد خروج الغاز من أعلى العازلة الأولية ، يدخل الى أنبوب تجميع ومنه يقسم الى مراحل الكبس المختلفة وخاصة ً في محطات الكبس الكبيرة التي تتألف من عدة خطوط كبس بسبب الحاجة الى كبس كمية كبيرة من الغاز الطبيعي. ويحتوي كل خط كبس على صمامات توقف اضطراري على أنابيب دخول وخروج الغاز الى خط الكبس.
وقبل دخول الغاز الى الكابسة يمر بمصفاة Strainer لمنع دخول اية أجسام صلبة الى الكابسة.
كابسات الغاز Gas Compressor (بمرحلة واحدة أو عدة مراحل تبعاً لضغط الغاز المطلوب):
وهي المعدة التي تقوم بكبس الغاز وبالتالي رفع ضغطه ويمكن أن تكون على مرحلة واحدة أو عدة مراحل تبعاً لضغط الغاز المطلوب.
وتفضّل كابسات الطرد المركزيCentrifugal Compressors في محطات الكبس رغم كلفتها العالية وذلك لكفاءتها العالية وأمكانية استخدامها لضغوط عالية تتجاوز 84 Kg/cm2 ، وتزود الكابسة بمتحسسات الحرارة Temperature Sensors والسرعة Speed Sensors والأهتزازات Vibration Sensors.
يمكن تدوير الكابسة بواسطة توربين غازي أو محرك كهربائي.
إن وجود متحسس الحرارة بعد الكابسة مهم جداً لغرض التحكم بعملية تبريد الغاز في وحدات التبريد التي تلي الكابسة.
أسلوب أشتغال كابسة الغاز من نوع الطرد المركزي Centrifugal Compressor :
يتم أشتغال هذا النوع من الكابسات بالأعتماد على القوة الطاردة المركزية Centrifugal Force وذلك بإثارة وتحريك الغاز نتيجة دوران دفاعات مروحية تسمى Impellers فأن الغاز يدخل الى Impeller من خط الدخول ولأنها تدور بسرعة عالية فأنها ستحدث تسارع لجريان الغاز تحت تأثير القوة الطاردة عن المركز والمتولدة نتيجة الدوران ثم يدخل الغاز الى غرفة التدفق الدوامي Vortex Chamber بسرعة عالية وتتحول هذه السرعة الى ضغط عند مرورها من الـ Diffuser بمعنى آخر أن ضغط الغاز سيزداد مقابل أنخفاض في سرعته وفي حالة كون الكابسة ذات مرحلة واحدة فأن الغاز سيخرج بهذه الحالة ، وفي حالة كون الكابسة متعددة المراحل Multi-Stage كما هو الحال في محطات الكبس فأن الغاز سيخرج ليدخل Impeller آخر عبر Guide Blab لرفع مقدار آخر من ضغط الغاز فمثلاً أن الكابسات الموجودة لدينا تتكون من مرحلتين للكبس الأولى مكونة من ثمانية Impellers والثانية من ستة ، وبصورة عامة فأن كابسة الغاز هي مكونة من casing – Impellers – Axis والجزء الأهم فيها هو Impeller حيث كلما أزددنا ضغطاً أعلى وجب علينا أستخدام كابسة ذات عدد أكبر من Impeller.
ترتفع درجة حرارة الغاز بعد كبسه بسبب تصادم الجزيئات وقد تصل الى 170 – 180 درجة مئوية مما يستوجب تبريده ، وتستخدم وحدات تبريد الغاز لهذا الغرض وتتكون من مراوح كهربائية تسحب الهواء من أسفل الوحدة لتقوم بتبريد الغاز الذي يدخل الى الوحدة بواسطة أنبوب تجميع يتفرع الى مجموعة كبيرة من الأنابيب صغيرة الأقطار ، ويكون اتجاه الهواء عمودي على اتجاه الغاز ليتم التبادل الحراري بين الهواء والغاز وبالتالي تبريد الغاز.
تستلم هذه الوحدة أشارة من متحسس الحرارة الموجودة بعد الكابسة ، ليتم التحكم في درجة حرارة الغاز الخارج من خلال تغيير زاوية ريش مروحة التبريد Fin Fan Pitch Angle أو من خلال تشغيل أو اطفاء المزيد من المراوح Fan ON/OFF أو التحكم بزاوية فتحات التهوية Louvers من خلال مقابض يدوية مخصصة لهذا الغرض.
غاسلة الغاز الأولية Interstage Scrubber :
ويمكن تسميتها أيضاً بغاسلة الغاز للمرحلة الأولى 1st Stage Gas Scrubber
لا تختلف هذه العازلة من حيث التركيب الداخلي عن عازلة السحب Suction Scrubber باستثناء أنها تكون أصغر بالحجم لكونها تكون في بداية خط الكبس . والسبب في وجودها في هذا الموقع هو حصول التكثف للسوائل الهيدرو كاربونية بعد كبس وتبريد الغاز ووجود حاجة الى عزلها عن الغاز قبل دخولها الى كابسة المرحلة الثانية 2nd Stage Compressor .
بعد خروج الغاز من غاسلة الغاز الأولية ، يدخل الى كابسة المرحلة الثانية ومنها الى مراوح تبريد الغاز للمرحلة الثانية وبنفس الطريقة التي تم شرحها ، ومن ثم الى غاسلة الغاز النهائية Discharge Scrubber أو ما يمكن أن يُسمى غاسلة الغاز للمرحلة الثانية 2nd Stage Scrubber.
غاسلة الغاز النهائية Discharge Scrubber :
إن كبس الغاز وتبريده يؤدي الى تكثف الأبخرة الى سوائل هيدروكاربونية ، وفي هذه العازلة تستخلص هذه السوائل ويتم التخلص منها بنفس الطريقة التي استعملت في غاسلة الغاز الأولية.
منظومة تجميع وحقن المكثفات Condensate Collection & Injection System :
يتم تجميع المكثفات من غاسلات الغاز المتعددة في محطة الكبس في وعاء خاص Condensate Vessel ثم يمكن الأستفادة منه بعدة طرق ، وأكثرها شيوعاً حقنه في خط الغاز بواسطة حاقنة Sparger بشكل يضمن توزيعه في خط خروج الغاز بشكل متجانس.
وحدة تجفيف الغاز Dehydration Unit مع وحدة تنشيط الكلايكول Glycol Regeneration Unit
وهي الوحدة التي يتم فيها تجفيف الغاز الطبيعي من الرطوبة والتي تكون على الأغلب على شكل بخار ماء من خلال استخدام أحد أنواع الكلايكول DEG – TEG وذلك بإمراره في برج التلامس Contactor والذي يحتوي على عدد معين من الصواني ذات التراكيب الكأسية المقلوبة Bubble Cap Trays حيث يدخل الغاز من أسفل البرج ويضخ الكلايكول الى أعلى البرج لتتحقق أطول فترة تلامس بين الغاز والكلايكول ، ويزداد تركيز الماء في الكلايكول مع نزوله من أعلى البرج من صينية الى أخرى ، في حين يقل محتوى الماء في الغاز خلال صعوده من صينية الى أخرى ، وبالتالي يخرج الغاز جافاُ من أعلى البرج في حين يخرج الكلايكول من أسفل البرج وهو غني بالماء ، ليذهب بعدها الى وحدة تنشيط الكلايكول Glycol Regeneration Unit ليتم تنقيته من الماء وإعادة استخدامه مرة أخرى.
لقراءة الشرح الكامل عن وحدات تجفيف الغاز أنقر هنا
وعاء استخلاص الغاز Gas Recovery Separator :
قد يحتوي الغاز الخارج من برج التلامس Contactor على بعض القطرات من الكلايكول جراء السرعة العالية للغاز أو بسبب حدوث الرغوة Foaming في برج التلامس ، وهذه القطرات يتم استخلاصها في هذا الوعاء ومن ثم إعادتها الى خزان حفظ الكلايكول ، وليخرج الغاز من أعلى الوعاء ومنه الى خط خروج الغاز من المحطة الى محطة معالجة الغاز LPG Plant .
منظومات القياس Metering Station :
وتستخدم لقياس معدل جريان الغاز الخارج من المحطة بوحدات ألف قدم مكعب في الساعة Cubic Foot per hour أو مليون قدم مكعب في اليوم MMSCF.
منظومة المشاعل Blow Down System :
ويتم حرق نسبة قليلة من الغاز في هذه المشاعل ، ولكنها تستخدم بشكل أساسي لتصريف وحرق الغاز أثناء حدوث حالات التوقف الأضطراري Emergency Shut Down ESD حيث تُفتح صمامات الغلق الأضطراري Emergency Shut Down Valves المعروفة اختصاراً بـ ESDV لتصريف كل الغاز الموجود في المحطة الى المشاعل.
الوحدات الملحقة :
وهي مجموعة من المنظومات المساعدة في المحطة مثل:
أ. منظومة غاز الوقود Fuel Gas System :
وهي المنظومة التي تزود المحطة بغاز الوقود وتتكون من عازلة ومجموعة من المرشحات ، حيث تستخدم العازلة لتخليص غاز الوقود من المكثفات أو السوائل الهيدروكاربونية ، ويستخدم غاز الوقود كغاز احتراق حيث يصل الى غرف الأحتراق للتوربين الغازي اضافة الى استخدامه في المسخنة الخاصة بوحدة التجفيف وغيرها من النقاط الأخرى مثل غاز التغذية لمشعل Blow Down.
ب. منظومة مانع التآكل Corrosion Inhibitor System:
إن كبس وتبريد الغاز يؤدي الى تكثف بخار الماء وتحوله الى ماء ، فإذا وجد غاز كبريتيد الهيدروحين H2S في الغاز فانه يتفاعل مع الماء مكوناً حامض الكبريتيك وهذا يسبب تآكل الأنابيب والمعدات ومنعاً لذلك يتم حقن الغاز بمادة مانع التآكل Corrosion Inhibitor قبل وحدات التبريد أي قبل تكثف الماء.
تتألف هذه المنظومة من خزانات خاصة ومضخات ترددية (تتميز بأنها ذات جريان قليل وضغط دفع عال) اضافة ً الى حاقنات مانع التآكل والتي تنصب على خطوط الغاز المراد حقن المادة اليها.
ج. منظومة المشاعل Blow Down:
تقوم هذه المنظومة وكما هو معروف بحرق نسبة قليلة جداً من الغاز ، وتتجلى فائدتها في حالات التوقف الأضطراري حيث يتم تصريف كل الغاز الموجود في المحطة من خلالها.
كما يوجد في المحطة مشعل آخر لغازات وحدة التجفيف يسمى Vent Stack .
د. حفرة الحرق Burn Pit :
وهي الحفرة التي يتم حرق السوائل الهيدروكابونية فيها والتي يتم تجميعها من غاسلات الغاز للمراحل المختلفة للكبس إضافة الى خطوط التصريف للعازلات والأوعية الأخرى.
هـ. منظومة هواء السيطرة Instrument Air System:
وهي المنظومة التي تزود المحطة بالهواء الجاف المضغوط والذي يذهب الى صمامات السيطرة وتتألف من كابسة هواء Air Compressor ووحدة تجفيف وشبكة أنابيب للهواء تصل الى كل أجزاء المحطة.
و. منظومة مكافحة الحرائق Fire Fighting System:
وتتألف من خزان ماء الحريق ومضخات ، والتي تكون أحداها كهربائية والثانية ديزل ليتم تشغيلها في حالات الحريق المصحوبة بأنقطاع التيار الكهربائي.
عملية رفع الضغط والتطهير Purging & Pressuring :
وهي العملية التي تتم قبل تشغيل محطة الكبس ، حيث تضمن عملية التطهير Purging Process طرد الأوكسجين من الأنابيب والمعدات في محطة الكبس من خلال فتح الغاز الى مشعل Blow Down للتخلص منه ، في حين يتم رفع الضغط في الكابسة بشكل تدريجي لمنع دخول الغاز اليها بشكل مفاجيء وضغط عال مما يؤدي الى تضرر ريش الكابسة ، وتتم هذه العملية بفتح الصمام الجانبي Bypass Valve للعازلة الأولية Suction Scrubber والذي يكون ذو قطر صغير نسبياً ليضمن دخول الغاز بكمية قليلة وعدم صعود الضغط بشكل مفاجيء مع غلق صمامات تصريف الغاز الطارئة التي تصرف الغاز الى المشاعل ESDVs لضمان صعود الضغط حيث يصبح خط الكبس عبارة عن منظومة مغلقة Closed System.
ويمكن اداء العمليتين بشكل يدوي Manual أو أوتوماتيكي Auto.
تشغيل محطة الكبس Compressor Station Start Up
هناك طريقة خاصة يجب إتباعها عند التشغيل حيث يجب تهيئة المستلزمات التالية وعلى التوالي :
1. تهيئة الهواء للأجهزة والمسيطرات وذلك من خلال تشغيل كابسة الهواء.
2. تهيئة غاز الوقود من خلال فتح الصمام الرئيسي وصمامات الدخول والخروج الى عازلة الوقود.
3. تشغيل وحدة التجفيف.
4. تشغيل التوربين والكابسة.
منظومة التوقف الإضطراري في محطات الكبس:
تتوفر في محطات الكبس منظومات أمان مختلفة مهمتها الأساسية هي الحفاظ على سلامة المحطة والعاملين فيها عند حدوث حالات طارئة ، فكل محطة تحتوي على منظومة توقف اضطراري Emergency Shut Down System ESD مرتبط بمنظومة السيطرة والتي تتحسس اي ظروف غير اعتيادية مثل انخفاض الضغط او حدوث تسرب للغاز. إن ورود مثل هذه الاشارات يؤدي الى توقف المحطة والكابسات وعزلها ومن ثم تفريغ المحطة من الغاز بواسطة صمامات التوقف الأضطراري ESD valves الى المشاعل Blow Down ، علماً أن المعايير الهندسية تتطلب فحص ومعايرة منظومات الغلق الأضطراري للتأكد من فاعليتها ، ويجب أن يكون العاملون في محطات الكبس على دراية كاملة بهذه المنظومات وكافة أشارات التنبيه والتحذير.
منظومة مانع التموج Surge Control System :
جميع كابسات الغاز التي تعمل بالأستناد على القوة الطاردة المركزية تعمل بمنظومة السيطرة على Surge وذلك بالمحافظة على كمية الجريان للغاز الداخل الى الكابسة حيث إن ورود كمية قليلة من الغاز اليها يُسبب (ظاهرة التموج) في خط دخول الكابسة Compressor Suction.
وتتكون هذه المنظومة من الأشارات التالية:
– معدل تدفق الغاز الى خط دخول الكابسة Suction flow transmitter.
– قياس فرق الضغط بين خطي السحب والدفع للكابسة Differential pressure transmitter .
والتي ستدخل الى منظومة (تنظيم معدل التدفق للكابسة) Flow ratio controller FFC والتي بدورها تعطي اشارة الى صمام السيطرة على كمية الغاز الراجع من خط خروج الغاز الى خط دخول الكابسة بواسطة صمام Recycle Gas Control Valve FCV.
أن PDT يقوم بقياس فرق الضغط بين الغاز الداخل والخارج من الكابسة وتبعاً لذلك يعطي أشارة الى FFC الذي سينظم كمية جريان الغاز recycle الذي سيعطي أشارة فتح أو غلق الى FCV وعند ذلك يتم المحافظة على نسبة ثابتة بين فرق الضغط ومعدل الجريان للغاز الداخل الى الكابسة.
للتعرف على المزيد عن هذه المنظومة أنقر هنا
المخطط التالي حصري لموقع AONG وهو مخطط لمحطة كبس نموذجية:
