thiết bị tách dầu khí

CƠNG NGH X LÝ KHÍ & HYDRAT PHẦN THIẾT B TÁCH DẦU - KHÍ CBGD : GV Thái Võ Trang Email : thaivotrang@hcmut.edu.vn Tel : 8-8647256-5771 N I DUNG ƒ GI I THI U ƒ Đ C ĐI M K THU T S N XU T ƒ CÁC LO I BÌNH TÁCH ƒ TÍNH TỐN BÌNH TÁCH ƒ KI M SỐT Q TRÌNH TÁCH ƒ BÀI T P Thái Võ Trang GI I THIỆU ƒ Thiết bị tách dầu – khí đ : ™ ™ Tách dầu & nư c khỏi khí ™ Tách nư c khỏi dầu ™ ™ Thái Võ Trang Lo i bỏ vụn rắn & t p ch t khác n định pha T o s n phẩm thương m i GI I THIỆU ƒ Yêu cầu c a Phần 6: ™ Hi u rõ bư c thiết kế - chế t o thiết bị tách ™ Biết tính tốn xác định thông số thiết bị tách ™ Thái Võ Trang Biết cách chọn thiết bị tách Đ C ĐI M KỸ THU T S N XU T ƒ Các tiêu chuẩn chế t o bình tách ƒ Chế t o vỏ bình tách ƒ B dày vỏ thiết bị tách ƒ Khối lượng bình tách chân đế Thái Võ Trang Các tiêu chuẩn chế t o bình tách ƒ Tiêu chuẩn ASME (American Society of Mechanical Engineers) c a Hoa Kỳ ƒ Tiêu chuẩn BS 5500 (British Standard Institution, BSI Standards) c a Anh Quốc ƒ Tiêu chuẩn CSA (Canadian Standards Association) c a Canada ƒ Tiêu chẩn COADAP95 c a Pháp ƒ Tiêu chuẩn GOST c a Liên Bang Nga Thái Võ Trang Chế t o vỏ bình tách ƒ Dựa vào b ng vẽ thiết kế kích thư c tính tốn ƒ Ngun li u vỏ bình: thép cacbon d ng t m ƒ S dụng công ngh hàn phù hợp ƒ Các b ph n bên bình tách chế t o riêng bi t ƒ Yếu tố kinh tế giá thành bình tách hết Thái Võ Trang B dày vỏ thiết bị tách ƒ Tính tốn theo tiêu chuẩn phụ thu c vào lo i thép, áp su t thiết kế, đư ng kính bình tách, cơng ngh hàn ƒ B dày bỏ thiết bị tách d ng trụ xác định: - Theo tiêu chuẩn ASME: δ= PD i +C 2SE − 1.2P (6.1) ho c: δ= Thái Võ Trang P.D o +C 2.S.E + 0.8P B dày vỏ thiết bị tách - Theo tiêu chuẩn BS 5500: δ= ho c: PDi +C 2S − P (6.2) P.D o δ= +C 2.S + P S= x(độ bền kéo thép chế tạo bình) S= x (độ bền kéo thép chế tạo bình) 3.5 sử dụng công thức 6.1 S= Thái Võ Trang x (gi i h n ch y nhỏ nh t c a thép) sử dụng công thức 6.2 B dày vỏ thiết bị tách δ - Bề dày vỏ bình Hệ SI Hệ FPS mm in P- Áp suất thiết kế MPa (g) psig Di- Đường kính thiết bị tách mm in Do- Đường kính thiết bị tách mm in MPa psi S- ng suất tối đa cho phép C- Định m c độ mài mòn E- Hệ số hiệu dụng c a mối hàn nối (Bảng 6.1) Bảng 6.1 Hệ số hiệu dụng E Phương pháp hàn đôi Phương pháp hàn đơn Thái Võ Trang Hàn liền hoàn toàn tia X 1.00 0.9 Hàn điểm tia X 0.85 0.80 Hàn bình thường 0.7 0.65 10 Thời gian giữ ch t lỏng bình tách ƒ Th i gian lưu giữ ch t lịng bình tách xác định: Ql t Vl = 1440 • (6.16) API khuyến cáo cho bình tách pha γo < 0,85; t = ph 0,85 ≤ γo < 0,93; t = ÷ ph 0,93 ≤ γo < 1,0; Thái Võ Trang t = ÷ ph 32 Thời gian lưu giữ ch t lỏng bình tách pha ƒ Th i gian lưu giữ ch t lỏng bình tách lỏng –lỏng API khuyến cáo: γo < 0,85; t = ÷ ph γo ≥ 0,85 + to > 100oF; t = + 10 ph γo ≥ 0,85 + to = 80 ÷ 100oF; t = 10 ÷ 20 ph γo ≥ 0,85 + to = 60 ÷ 80oF; t = 20 ÷ 30 ph Thái Võ Trang 33 V n tốc lắng đọng bình tách lỏng - lỏng ƒ V n tốc lắng đọng bình tách lỏng – lỏng xác định: ™ ™ Theo định Stocks: vs = g d 2p (ρ w − ρ o ) 18 μ o A c C c (ρ w − ρ o ) Lc vs = μo 6.17 Theo hi u chỉnh thực nghi m c a Campbell: 6.18 h SI: Hệ SI Thái Võ Trang Lc chiều dài hiệu chỉnh 0,52 L0,2 Ac hệ số Cc số hiệu chỉnh 0,167 Hệ FPS 1,35 L0,2 1,79 34 V n tốc lắng đọng bình tách lỏng - lỏng ƒ Hằng số hi u chỉnh Cc công th c tính v n tốc lắng đọng tách lỏng –lỏng c a Campbell xác định hình 6.8: Hình 6.8 Hệ số hiệu chỉnh tách lỏng - lỏng Thái Võ Trang 35 KI M SOÁT Q TRÌNH TÁCH ƒ Ki m sốt m c ch t lỏng đối v i dịng t o sóng nút theo sơ đ hình 6.9: Hình 6.9 Ví dụ phương pháp kiểm soát nước theo dãy tới hạn Thái Võ Trang 36 Ki m soát thời gian lưu giữ ch t lỏng ƒ Ki m soát th i gian lưu giữ ch t lỏng bình tách th hi n hình 6.10 Hình 6.10 Hướng dẫn cách kiểm sốt dung tích Thái Võ Trang 37 Ki m soát tách pha ƒ Các phương pháp khác ki m soát tách pha th hi n hình 6.11 Hình 6.11 Các phương pháp khác để kiểm soát tách pha Thái Võ Trang 38 BÀI T P Bài 1: Xác đ nh đường kính bình tách: Gi s ph i tính đư ng kính bình tách trụ đ ng cho dịng khí v i lưu lượng 1.106 m3/ng(35,4 MMscfd) Cho biết khối lượng th tích c a khí 80kg/m3 (5.0 lbm/ft3) c a lỏng 800kg/m3 (50 lbm/ft3) S dụng thơng số kích cỡ khí 0,07m/s (0,23ft/sec), t trọng khí 0,7 Thái Võ Trang 39 BÀI T P Bài giải theo hệ SI: ƒ Lưu lượng khối lượng: Gg = 0,051060x1,0x106x0,7 = 35700 kg/h ƒ Lưu lượng th tích: Vg = Gg 3600 ρ g ƒ V n tốc rơi c a giọt ch t lỏng: ⎛ ρl − ρg ⎞ ⎟ vd = K s ⎜ ⎜ ρ ⎟ g ⎝ ⎠ ,5 = 35700 = 0,124 m / s 3600 80 ⎛ 800 - 80 ⎞ = 0,07⎜ ⎟ 80 ⎝ ⎠ ,5 = 0,21m / s ƒ Chọn k = 1,2 ý: Fg = 1,0 (bình tách đ ng), ta xác định đư ng kính c a bình tách đ ng: ⎛ k.G g ⎞ ⎟ D i = 0,0188⎜ ⎜ F K ⎟ ⎝ g s⎠ Thái Võ Trang 0.5 [ ] : (ρ l − ρ g ).ρ g ) 0,25 = 0,95 m 40 BÀI T P Bài giải theo hệ FPS: G g = 3180 35,4.0,7 = 78800 lbm/h Vg = 78800 = 4,375 ft3/sec 3600.5,0 ⎛ 50 − ⎞ v d = 0,23⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 0,5 = 0,69 ⎛ 1,2.78800 ⎞ Di = 0,0188.⎜ ⎟ ⎝ 1,0.0,23 ⎠ = Thái Võ Trang ,5 ft/sec : [(50 − ).5] , 25 4.1,2.4,375 = 3,1 ft 37 in π.0,69.1,0 41 BÀI T P Bài 2: Xác định b dày vỏ bình khối lượng bình: Gi s ph i xác định b dày vỏ bình tách trụ đ ng khối lượng c a vỏ bình tách S dụng kết qu t p trư c biết ch t li u vỏ bình thép t m cacbon (A ∼ 515, Gr 70) Ngư i ta s dụng công ngh hàn m đôi tia X Cho biết định m c đ ăn mòn mm (∼ 0,4 in) Áp su t làm vi c theo thiết kế MPa (580 psi) T số L/D = Thái Võ Trang 42 BÀI T P Bài giải theo hệ SI: ƒ V i thép cacbon (A ∼ 515, Gr 70) có đ b n kéo 483 MPa (70.000 psi) có gi i h n b n ch y nhỏ nh t SMYS 262 MPa (38.000 psi) ƒ ƒ ng su t tối đa cho phép theo tiêu chuẩn ASME là: S = 483 = 161MPa ng su t tối đa cho phép theo tiêu chuẩn BS 5500 là: S = 262 = 175 (MPa ) ƒ V i công ngh hàn m đơi tia X, ta có h số hi u dụng mối nối E = 0,85 Thái Võ Trang 43 BÀI T P ƒ B dày thành bình tách trụ đ ng theo tiêu chuẩn ASME là: P.D i 4.950 δ= +C = + = 15,2 mm 2.S.E − 1,2P 2.161.0,85 − 1,2.4 ƒ Và theo tiêu chuẩn BS 5500 là: 4.950 P.Di δ= +C = + = 12 mm 2.S − P 2.175 − đó: Di = 0,95 m = 950 mm (bài t p trên) ƒ Khối lượng vỏ bình tách xác định theo tiêu chuẩn ASME là: Wv = Kv Di δ L = 0,032 950 15,2 (4 0,95) = 1756 kg Và theo tiêu chuẩn BS 5500 là: Wv = 0,032 950 12 (4 0,95) = 1387 kg B n đọc có th tự gi i t p theo h FPS Thái Võ Trang 44 BÀI T P ƒ Bài Tính tốn kích thư c bình tách Gi s bình tách trụ ngang có L/D = v i m c ch t lỏng 50% s dụng đ tách khí khỏi dầu có đ nh t 10 cp Khối lượng th tích c a dầu khí tương ng 800 kg/m3 (50 lbm/ft3) 10 kg/m3 (0,625 lbm/ft3) Lưu lượng dầu 8.000 m3/ng (50.300 bbl/d) Gi s đư ng kính h t khí 250 μm Cần ph i xác định tiết di n ngang cần thiết đ kh khí khỏi dầu Thái Võ Trang 45 BÀI T P Bài giải theo hệ SI: ƒ Ta có db = 250μm = 250.10-6m; μl = 10cp = 0,01 kg/m.s ƒ V n tốc n i lên bọt khí xác định theo phương trình Stokes: ug = d 2b (ρ l − ρ g ).g 18μ l (250.10 ) (800 − 10).9,81 = 0,00269 m / s = −6 18.0,01 Ql = 8000 m3/ng = 8000/86400 = 0,0926 m3/s ƒ Di n tích tiết di n cần thiết đ khí lên là: Ql 0,0926 F= = = 34,4 m u g 0,00269 ƒ V i bình tách trụ ngang, tiết di n có d ng chữ nh t nên: F = L.D = 4.D = 34,4 m i i T ta có Di = 2,9 m ; L = 11,7 m Thái Võ Trang 46