هنگامی که نفت خام در مخازن بزرگ ذخیره می‌شود، به طور ثابت رسوبات آلی با وزن مولکولی بالا (پارافین) رسوب می‌کنند. اما رسوبات حاصل حاوی ذرات جامد (ماسه، سیلت، محصولات خوردگی و غیره) و همچنین آب است. پس از مدتی استفاده از مخزن، این رسوبات تشکیل می‌شود و لجن ایجاد می‌کند که باعث کاهش ظرفیت ذخیره‌سازی می‌شود. این مواد اولیه با ارزش هیدروکربن بالا را می‌توان به درستی بازیابی کرد و در فرآیند پالایش بازیافت کرد. بنابراین، دانستن ارتفاع و حجم مشخصات لجن برای تعریف بهترین شکل تصفیه (نگهداری مخزن برای کنترل سطح لجن) و روش حذف (بصورت آنلاین و یا هنگام باز شدن مخزن) حائز اهمیت است. آگاهی از حجم و ارتفاع این لجن‌ها در داخل مخازن به دلایل زیر قابل اهمیت است :
- نگهداری از مخازن ذخیره سازی و کنترل / پایش سطح لجن داخل آنها
- زمانی که از تصفیه‌های مرسوم برای حذف لجن نفت خام استفاده می‌شود، پتانسیل اثرات تخریبی زیست محیطی بالایی وجود دارد. بنابراین انتخاب روش تمیز کردن بسیار ضروری است.
- بیشتر طراحی مخازن با سقف های شناور است که در صورت وجود لجن در داخل مخزن می‌تواند باعث ایجاد مشکل و یا آسیب به سقف محصول ذخیره‌شده در سطح پایین شود.
استفاده از آزمون آکوستیک امیشن و ترموگرافی
در این مقاله تکنیک‌های آکوستیک امیشن و ترموگرافی برای ارزیابی سطح، حجم و شکل لجن داخل مخزن ذخیره سازی ارائه می‌شود. روش ترموگرافی برای ارزیابی سطح لجن (ارتفاع) در امتداد پوسته مخزن ذخیره سازی استفاده می‌شود. تکنیک آکوستیک امیشن در این مورد به روشی متفاوت از اهداف معمول استفاده می‌شود. از چیدمان خاصی از سنسورها بر روی دیوار و سقف مخزن استفاده شده‌است. حسگرها پالس‌های آکوستیک امیشن را طبق الگوریتم تعیین‌شده تولید می‌کنند، که امکان ثبت سیگنال‌های آکوستیک امیشن را فراهم می‌کند و باعث انتشار امواج و انعکاس امواج (از جمله از لجن) در محصول ذخیره‌سازی بین حسگرها می‌شود. تحت تفاوت اندازه‌گیری‌شده در زمان انتشار موج، ارتفاع لجن در نقاط مختلف داخل کف مخزن ارزیابی می‌شود.
منشا و دلایل این پروژه بر اساس نیازهای زیر است :
- مخازن ذخیره با نفت خام نیاز به نظارت و ارزیابی‌های تعمیر و نگهداری دارند تا لجن به مشکل تبدیل نشود.
- لزوم ارزیابی سطح لجن قبل از شروع آزمایش آکوستیک امیشن کف مخزن ذخیره طبق رویه ها و استانداردها.
ترموگرافی و اندازه‌گیری دما برای ارزیابی سطح لجن مخازن ذخیره :
استفاده از ترموگرافی برای ارزیابی سطح لجن در امتداد پوسته مخزن ذخیره می‌باشد و در حال حاضر یک روش شناخته شده و بارها در نشریات مختلف شرح داده شده‌است. تفاوت دما به دلیل تفاوت در چگالی محیط ها و در نتیجه خواص حرارتی آنها است که امکان تعیین خط انتقال از نفت خام مایع به رسوبات جامد در کف را فراهم می کند. لازم به ذکر است که همیشه نمی‌توان از تست‌های ترموگرافی برای تعیین خط لجن استفاده کرد.
شکل1: تصویر حرارتی دیوار مخزن با خط لجن قابل مشاهده
اندازه‌گیری سطح لجن در امتداد دیوار در محیط مخزن شامل ارزیابی میدان دما در هر 3-5 متر و همچنین در مکان‌هایی است که تجهیزات (عمدتاً خطوط لوله و میکسرها) روی دیوار وجود دارد. پس از تعیین ارتفاع رسوبات در نقاط مشخص‌شده، پروفیل لجن در امتداد دیوار مطابق شکل زیر ترسیم می‌شود. داده‌های اندازه‌گیری ارتفاع لجن به دست آمده در پایگاه داده اندازه‌گیری جمع آوری می‌شود.
شکل2: خط لجن در امتداد محیط مخزن
آزمون آکوستیک امیشن برای اندازه‌گیری میزان لجن مخازن ذخیره:
تکنیک آکوستیک امیشن در این مورد به روشی متفاوت از اهداف معمولی استفاده می‌شود. چیدمان خاص سنسورها روی دیوار و سقف مخزن (شکل 3) تعیین میگردد. سنسورها پالس‌های آکوستیک امیشن را طبق الگوریتم تعیین‌شده تولید می‌کنند، که امکان ثبت سیگنال‌های آکوستیک امیشن را فراهم می‌کند و باعث انتشار امواج و انعکاس امواج (از جمله از لجن – شکل 4) در محصول ذخیره‌سازی بین حسگرها می‌شود. تحت تفاوت اندازه‌گیری‌شده در زمان انتشار موج، ارتفاع لجن در نقاط مختلف داخل کف مخزن ارزیابی می‌شود(شکل5). داده‌های اندازه‌گیری به دست‌آمده از ارتفاع لجن در پایگاه داده اندازه‌گیری جمع آوری می‌شود. شکل3 نمونه ای از چیدمان سنسورهای آکوستیک امیشن را هنگام استفاده از تکنیک آکوستیک امیشن برای اندازه‌گیری ارتفاع لجن نشان می‌دهد.
درشکل 4 شکل موج سیگنال آکوستیک امیشن را با پژواک امواج از پایین و سقف مخزن را مشاهده می‌کنید. شکل 5 تجسم فضایی داده‌های اندازه‌گیری ارتفاع لجن را در نقاط خاصی در کف مخزن ذخیره سازی نشان می‌دهد.
شکل 3: چیدمان سنسورهای آکوستیک امیشن
شکل4: انتشار موج و انعکاس موج آکوستیک امیشن
شکل5: تجسم فضایی ارتفاع لجن در نقاط اندازه‌گیری‌شده در کف مخزن
رویه‌ها و روش‌های اندازه‌گیری توسعه‌یافته در این مرحله از پروژه و همچنین الگوریتم‌های محاسباتی به ما این امکان را می‌دهند که شکل لجن را در کف مخزن ذخیره آزمایش شده تجسم کنیم و حجم لجن را تعیین کنیم. استفاده از روش آکوستیک امیشن و روش ترموگرافی ابزار موثری برای تعیین ارتفاع لجن در نقاط خاص داخل مخزن ذخیره آزمایش شده‌است.
