Đồ Án quá trình thiết bị Đề tài mô phỏng, thiết kế hệ thống tách khícondensate của mỏ sư tử trắng

Sau khi dòng khai thác được đo đạc thì hỗn hợp hai phakhí-lỏng sẽ được trộn và vận chuyển về hệ thống xử lý trung tâm Sư Tử Vàng CPPbằng đường ống ngầm dưới biển dài 18 km để tiếp tục xử

: Nguyễn Văn An

Lê Ngọc Đức Anh Nguyễn Xuân Cường Huỳnh Trương Tường Duy Trương Tuấn Hải

Đoàn Lê Hiển

Giáo viên hướng dẫn : TS Lê Bá Hùng

z

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 6

1 Sơ lược mỏ Sư Tử Trắng 6

1.1 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Trắng 6

1.2 Đặc điểm thành phần dòng khí – condensate mỏ Sư Tử Trắng 7

1.3 Giới thiệu về dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 11

2 Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử dụng 12

2.1 Bình tách 13

2.1.1 Định nghĩa 13

2.1.2 Nguyên lý của quá trình tách 14

2.1.3 Các bộ phận chính trong bình tách 16

2.1.4 Phân loại bình tách 18

2.1.5 Các thông số chính của bình tách 21

2.2 Đường ống 28

2.2.1 Chức năng 28

2.2.2 Thông số của đường ống 28

2.2.4 Thiết kế đường ống 31

2.2.5 Tính đường ống ngoài giàn 36

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÁCH KHÍ/CONDENSATE CỦA MỎ SƯ TỬ TRẮNG 40

1 Mục đích thiết kế Error! Bookmark not defined 2 Thiết kế hệ thống Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ YẾU TỐ AN TOÀN MÔI TRƯỜNG 60

1 Đánh giá tác động môi trường 60

1.1 Giai đoạn xây dựng & lắp đặt 60

2

1.2 Giai đoạn hoạt động 61

2 Các biện pháp giảm thiểu tác động tiêu cực, phòng ngừa, ứng phó sự cố môi trường 61

2.1 Các biện pháp giảm thiểu trong giai đoạn xây dựng 61

2.2 Các biện pháp giảm thiểu tác động đến môi trường không khí 61

2.3 Các biện pháp giảm thiểu tác động do tiếng ồn và độ rung 62

2.4 Các biện pháp giảm thiểu tác động đến môi trường nước 62

2.5 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất, trầm tích và nước ngầm 62

2.6 An toàn 63

2.7 Môi trường 63

2.8 An toàn cho người lao động 63

2.9 Các biện pháp giảm thiểu tai nạn 64

CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1 1 Bản đồ vị trí Lô 15.1 6

Hình 1 2 Bình tách nằm ngang 19

Hình 1 3 Bình tách trụ đứng 20

Hình 1 4 Bình tách hình cầu 20

Hình 1 5 Các mức chất lỏng chính có trong bình tách 24

Hình 1 6 Mối liên hệ giữa hệ số ma sát, chuẩn số Reynolds và độ nhám 34

Hình 1 7 Mối liên hệ giữa phần thể tích chất lỏng và hệ số tỷ số ma sát 39

MỤC LỤC BẢN Bảng 1 1 Dữ liệu vỉa Sư Tử Trắng 7

Bảng 1 2 Thành phần dòng từ giếng 9

Bảng 1 3 Tên các loại bình tách 13

Bảng 1 4 Lựa chọn hệ số K thông qua kích thước đường ống 16

Bảng 1 5 Ưu và nhược điểm của bình tách đứng và bình tách nằm ngang 21

Bảng 1 6 Hệ số K phân loại theo áp suất vận hành của tháp 22

Bảng 1 7 Hệ số K phân loại theo thiết bị chiết sương 22

Bảng 1 8 Tỉ số L/D tham khảo dựa vào khoảng áp suất hoạt động 27

Bảng 1 9 Phân loại đường ống theo khoảng áp suất danh nghĩa 30

Bảng 1 10 Giá trị độ nhám ứng với từng loại vật liệu 34

4

MỞ ĐẦU

Trong thời gian gần đây, thị trường dầu thô, sản phẩm tiếp tục biến động rất lớn

và khó dự đoán do bị ảnh hưởng nặng nề cuộc xung đột Nga - Ukraine, nhu cầu dầutăng mạnh tại nhiều nước trong khi nguồn cung vẫn còn thắt chặt Các yếu tố này tácđộng rất lớn đến thị trường và hoàn toàn nằm ngoài tầm kiểm soát của các đơn vị sảnxuất - kinh doanh, vì vậy đã gây không ít ảnh hưởng đến nguồn thu ngân sách của cácquốc gia có nền kinh tế phụ thuộc vào dầu mỏ, trong đó có Việt Nam Nhưng không vìthế mà các dự án khai thác dầu khí đã được triển khai từ trước phải dừng tiến độ thựchiện Dự án phát triển mỏ Sư Tử Trắng là một trong những dự án đang được tiến hànhtrong tình cảnh giá dầu thô đầy biến động này

Trong quá trình nghiên cứu và có điều kiện được tìm hiểu dự án này, đề tài đồ ánchuyên ngành 1 “MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÁCH KHÍ/CONDENSATECỦA MỎ SƯ TỬ TRẮNG” được thực hiện nhằm đạt được các mục đích sau đây:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1 Sơ lược mỏ Sư Tử Trắng

1.1 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Trắng

Việc đưa mỏ Sư Tử Trắng đi vào khai thác giai đoạn 1 là công trình xây dựngdầu khí có quy mô lớn nhất của Cửu Long JOC kể từ sau công trình Sư Tử Vàng năm

2008 Mỏ Sư Tử Trắng được phát hiện vào ngày 19/11/2003, phía Đông Nam thuộc

Lô 15.1 thềm lục địa Việt Nam, ở độ sâu 56 m nước, cách đất liền khoảng 62 km,cách Vũng Tàu khoảng 135 km về phía Đông và cách hệ thống xử lý trung tâm Sư TửVàng CPP 18.748 km, là mỏ nằm xa nhất so với hệ thống xử lý trung tâm

Hình 1.1 Bản đồ vị trí Lô 15.1

Trữ lượng ước tính đến tháng 9/2023 của mỏ đạt khoảng 84 triệu thùngcondensate và 3-4 tỷ m3 khí đốt Vị trí mỏ Sư Tử Trắng thuộc bể Cửu Long được thểhiện trong Hình 1.1

Ngày 16/9/2012 đón nhận dòng khí đầu tiên của mỏ Sư Tử Trắng Hiện nay mỏ

Sư Tử Trắng đang được khai thác 2 giếng tại giàn WHP-C (Wellhead Platform-C) vớilưu lượng ước tính đạt 80 MMSCFD

Giàn này có khả năng xử lý tối đa 4 giếng khí áp suất cao Sản lượng hiện tại là6.000 BPD condensate và 50 MMSCFD khí và tất cả các chất lỏng sản xuất từ STTđược xuất đến CPP Sư Tử Vàng để xử lý thông qua đường ống 12" nhiều pha

6

Hình 1 1 Bản đồ vị trí Lô 15.1

Hoạt động sản xuất của mỏ Sư Tử Trắng hiện đang bị cản trở bởi khả năng xử lícủa CPP, và đáng kể nhất là do đường ống xuất khẩu khí vào bờ và nhu cầu bán khí ởmiền Nam Việt Nam.

Mục đích của Giai đoạn 1 của phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng phải đối mặt vớinhững hạn chế này bằng cách cho phép tăng sản lượng condensate trong khi giữ ổnđịnh tốc độ xuất khẩu khí Nó cũng sẽ cung cấp thêm thông tin về vỉa dầu để hỗ trợphát triển toàn mỏ STT Giai đoạn 2 sẽ làm tăng đáng kể sản lượng/xuất khẩu khí

Dự án bao gồm việc lắp đặt giàn reinjection (ST-PIP) liên kết với WHP-C hiện

có, khoan hai giếng mới trên ST-PIP (một giếng phun/giếng sản xuất (hoạt động haichế độ) và một giếng sản xuất) và việc chuyển đổi từ giếng sản xuất thành giếng phuncủa một giếng hiện có trên WHP-C Kết quả của dự án sẽ là tốc độ sản xuất liên tục là

150 MMSCFD, tốc độ reinjection là 100 MMSCFD, tỷ lệ xuất khẩu là 50 MMSCFDđến Bạch Hổ thông qua CPP (không thay đổi) và sản lượng condensate tăng dần là13.000 BPD

1.2 Đặc điểm thành phần dòng khí – condensate mỏ Sư Tử Trắng

Được đánh giá là mỏ khí-condensate có trữ lượng rất lớn, mỏ Sư Tử Trắng đangđóng góp một sản lượng rất lớn vào tổng sản lượng khai thác của Cửu Long JOC, gópphần đạt được các mục tiêu về gia tăng sản lượng của công ty Các đặc điểm về thông

số và thành phần đang khai thác ngoài giàn của dòng khí-condensate của mỏ Sư TửTrắng được thể hiện ở Bảng 1.1 và Bảng 1.2

Bảng 1 1 Dữ liệu vỉa Sư Tử Trắng

Well Head Flowing Temperature for

well QAY-2855 and 2856

100/118 °C 118 °C (Note 1,2)

Well Head Flowing Temperature for

well QAY-2851 and 2852

34/47 °C 118 °C (Note 1,2)

Well Head Flowing Pressure of

QAY-2855

90-264 barg 264 barg (Note 3)

Well Head Flowing Pressure of QAY- 90-241 barg 264 barg (Note 3)

Well Head Flowing Pressure of

QAY-2851

264-375 barg 264 barg (Note 3)

Well Head Flowing Pressure of

QAY-2852

90-453 barg 264 barg (Note 3)

Max well production rate from either

one of two wells on ST PIP (including

future wells)

Max well production rate from either

one of two wells on WHP-C

@ 153.9-177.2 °CCondensate to Gas Ratio (CGR) 169.6 bbl/MMscf (Note 4)

Individual injection well data

Bảng 1 2 Thành phần dòng từ giếng

Componen

t

Mole % (DST#2)

Mole % (DST#3)

Mole % (Simulation )

Molecula

r Wight

Ideal Liqid S.G

Boiling Point (deg C)

Các thông số về nhiệt độ, áp suất, thành phần và lưu lượng trình bày ở trên được

đo tại thiết bị đo sản lượng giếng (Test Separator) của một trong hai giếng hiện đangkhai thác tại mỏ Sư Tử Trắng Hầu hết tại các đầu giếng khai thác đều có một thiết bị

đo sản lượng, có thể là một bình tách (Test Separator) hoặc thiết bị đo lưu lượng đapha (Multiphase Flow Meter) Sau khi dòng khai thác được đo đạc thì hỗn hợp hai phakhí-lỏng sẽ được trộn và vận chuyển về hệ thống xử lý trung tâm Sư Tử Vàng CPPbằng đường ống ngầm dưới biển dài 18 km để tiếp tục xử lý các quá trình tiếp theo.Hiện tại mỏ Sử Tử Trắng đang khai thác hai giếng với lưu lượng khoảng 80MMSCFD Theo kinh nghiệm ước tính sản lượng thì cứ 1 MMSCFD khí thì cókhoảng 130 thùng dầu ở điều kiện chuẩn (STBPD)

1.3 Giới thiệu về dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1

Dự án “Giai đoạn thử nghiệm và sản xuất thời gian dài của mỏ Sư Tử Trắng”(Long Term Production Testing Phase) được đi vào hoạt động năm 2012 Trong giaiđoạn đầu, dự án được thiết kế bao gồm một Wellhead Platform (WHC-C) riêng biệt,không có người làm việc trên giàn này và được điều khiển bởi giàn xử lý trung tâm Sư

Tử Vàng CPP Giàn WHP-C được thiết kế để có thể xử lý bốn giếng cao áp, bao gồmST-1P, ST-2P, ST-3P, ST-4P Nhưng hiện tại chỉ khai thác hai giếng ST-1P và ST-2Pvới lưu lượng sản phẩm khoảng 80 MMSCFD khí và 10,000 BPD condensate và tất cảsản phẩm khai thác sẽ được vận chuyển về Sư Tử Vàng CPP thông qua đường ốngngầm dưới đáy biển

Mục đích của dự án “Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 1” nhằm giatăng sản lượng condensate nhưng vẫn giữ lưu lượng khí xuất khẩu là 50 MMSCFDkhí về Sư Tử Vàng CPP Bên cạnh đó việc phát triển dự án giai đoạn 1 cũng cung cấpnhững thông tin về mỏ, vỉa để hỗ trợ Dự án “Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giaiđoạn 2” trong tương lai sẽ gia tăng đáng kể lưu lượng khí xuất khẩu.

Dự án “Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 1” bao gồm việc lắp đặt mộtgiàn nén khí xuống lại vỉa để tiếp tục khai thác (ST-Production and ReinjectionPlatform, ST-PIP) được liên kết với với giàn WHP-C thông qua một cầu nối giữa haigiàn Việc khoan hai giếng mới ST-5P và ST-6P trên giàn ST- PIP với mục đích làgiếng sản xuất kết hợp với hai giếng bên giàn WHP-C là ST-1P và ST-2P đang làgiếng sản xuất sẽ chuyển thành hai giếng dùng để bơm khí nén xuống vỉa nhằm khaithác hai giếng ST-3P và ST-4P Sau khi hoàn thành dự án này thì toàn mỏ sẽ có bốngiếng khai thác ST-3P, ST-4P, ST- 5P và ST-6P và hai giếng bơm ép xuống vỉa ST-1P

và ST-2P

Ước tính sau khi hoàn thành dự án, sản lượng sản phẩm khí đạt 150 MMSCFD,nén xuống vỉa với lưu lượng 100 MMSCFD, xuất khẩu 50 MMSCFD đến Bạch HổCPP Lưu lượng condensate tăng lên khoảng 19.500 BPD

Bên cạnh hệ thống xử lý để nén khí xuống lại vỉa, giàn ST-PIP cũng sẽ có mộtkhu nhà ở ST-LQ (Living Quarters) được thiết kế với sức chứa khoảng 20 người tronggiai đoạn 1 để phục vụ sinh hoạt và dự tính sẽ mở rộng lên 60 người trong giai đoạntiếp theo

Trong tương lai, Giai đoạn 2 của dự án sẽ có thêm khu xử lý khí trung tâm(CGF-Central Gas Facility)

2 Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử dụng

Để đạt được hiệu quả về yêu cầu sản phẩm của một quá trình xử lý nào đó trongngành công nghệ kỹ thuật hóa học nói chung và kỹ thuật dầu khí nói riêng thì bêncạnh các yếu tố như chất lượng nguyên vật liệu đầu vào, người kĩ sư vận hành, thì cầnphải kể đến các thiết bị như bình tách, đường ống, những thiết bị sẽ đảm nhiệmnhững nhiệm vụ nhất định nhằm đem lại hiệu quả xử lý tốt nhất theo như yêu cầu đặt

ra Nắm bắt rõ được những đặc điểm của thiết bị không những giúp người kĩ sư có thể

dễ dàng thiết kế thiết bị đó cho một quy trình mới mà còn giúp họ có thể vận hành nóđược tốt, đảm bảo an toàn trong suốt quá trình vận hành Trong phần này, các thiết bịchính của hệ thống tách khí/condensate của mỏ sư tử trắng sẽ được giới thiệu Nhữngnội dung như chức năng, nguyên lý hoạt động, phân loại, cấu tạo và các thông số thiết

kế của từng loại thiết bị cũng sẽ được đề cập

12

2.1 Bình tách

Tách là một quá trình xử lý cực kì quan trọng trong công nghiệp dầu khí, đặcbiệt là quá trình xử lý tại các giếng khai thác Lưu chất từ giếng thường là hỗn hợpgồm hydrocarbon lỏng, khí, và một số tạp chất cơ học Việc loại bỏ khí và phần lớncác tạp chất cơ học từ hydrocarbon lỏng trước khi tồn trữ, vận chuyển và phân phối sẽquyết định được chất lượng các sản phẩm, có ảnh hưởng đến các quá trình xử lý tiếptheo Một ví dụ được minh chứng, nếu quá trình tách nước ra khỏi hỗn hợp dầu-khí-nước mà còn quá nhiều nước trong pha dầu thì dẫn đến gây ăn mòn trong đường ốngvận chuyển, tạo hệ nhũ tương giữa dầu và nước, gây tốn kém cho quá trình xử lý tiếptheo.Vì vậy tìm hiểu về chức năng, nguyên lý, cấu tạo,…của bình tách là việc quantrọng đối với người kĩ sư thiết kế và vận hành

2.1.1 Định nghĩa

Bình tách (Separator) là thuật ngữ chung chỉ những thiết bị dùng để tách hỗn hợpkhí-lỏng, khí-lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn hoặc khí-lỏng-rắn thành những pha riêngbiệt Bên cạnh đó, còn có một số thuật ngữ tiếng anh với tên gọi khác nhau dùng đểthể hiện chức năng của từng loại bình tách được sử dụng trong mỗi trường hợp khácnhau cũng được thể hiện dưới Bảng 1.3

Bảng 1 3 Tên các loại bình tách

Flash Drum Dùng để tách lỏng, có thể tạo độ giảm áp

hoặc tăng nhiệt độ của dòng lỏng từ dòngkhí hay dòng hai pha lỏng-khí

Knock out Drum Dùng để tách hỗn hợp khí-lỏng cho cả

trường hợp tỉ số khí/lỏng thấp hoặc cao

cao

Test Separator Dùng để đo các tính chất dòng khai thác,

thường được đặt gần đầu giếng của mỏ

Slug Catcher Một hệ thống gồm nhiều ống hoặc chỉ

một bình tách lớn để xử lý dòng đi vàovới lưu lượng lỏng lớn, thường gặp trong

hệ thống xử lý khí

Surge Drum Được sử dụng để cung cấp một thời gian

xử lý thích hợp để điều khiển được lưulượng đi vào và đi ra được ổn định

2.1.2 Nguyên lý của quá trình tách

Có nhiều nguyên lý được sử dụng để tách một chất từ một hỗn hợp nào đó.Những nguyên lý thường đạt được trong một quá trình tách vật lý gồm có: táchmomentum, lắng trọng lực (Gravity settling), lực ly tâm (Centrifugal force) và kếtkhối (Coalescing) Bất cứ thiết bị tách nào đều áp dụng một trong số những nguyên lýnêu trên Một lưu chất muốn tách ra khỏi một hỗn hợp đòi hỏi lưu chất đó phải khôngtrộn lẫn được và có sự khác nhau về tỷ trọng với các lưu chất khác trong hỗn hợp thìquá trình tách mới xảy ra

Trong quá trình tách, các giọt lỏng bị phân tán trong pha khí sẽ lắng đọng trongpha liên tục nếu trọng lực (Gravity) tác động trên nó lớn hơn tổng của lực kéo (Drag)xung quanh cộng với lực đẩy Arsimet trong pha liên tục Đường kính của các hạt lỏngthường được tính bằng đơn vị micromet, 1µm = 10-6 mét Những hạt có đường kínhlớn hơn 10µm sẽ được tách Những hạt có kích thước nhỏ hơn thường được gọi là vihạt (particulates), việc tách các hạt này bằng phương pháp va đậm, lực ly tâm thườngkhông mang lại hiệu quả mà phải dùng các thiết bị được chế tạo hiện đại như bộ phậnchiết sương,…

Một thông số cũng rất quan trọng trong quá trình rớt và lắng đọng của các hạtlỏng, đó là vận tốc tới hạn (Terminal Velocity), nó là một thông số rất quan trọng đểđạt được hiệu quả tách Thuật ngữ vận tốc cuối hay vận tốc tới hạn được định nghĩanhư là vận tốc lớn nhất cần thiết để các hạt lỏng trong bình tách có thể rớt xuống vàlắng đọng trong pha liên tục Miễn là vận tốc hơi trong pha khí nhỏ hơn vận tốc tớihạn thì các giọt lỏng sẽ rớt xuống Nếu trường hợp ngược lại, vận tốc tới hạn nhỏ hơnvận tốc hơi trong pha hơi thì các giọt lỏng sẽ bị cuốn theo khỏi dòng khí, dẫn đến hiệuquá tách không đạt Trong thực tế, những hạt lỏng có kích thước nhỏ rất khó kết tụnếu chỉ có tác động của trọng lực, chúng sẽ kết tụ với nhau tạo thành các hạt có kíchthước lớn hơn, sau đó mới lắng xuống Đối với một quá trình lắng trọng lực thì cónhiều định luật với các phương trình khác nhau để tính vận tốc tới hạn với sự khácnhau về tỷ trọng của hai lưu chất Vận tốc tới hạn của giọt lỏng bị kết tụ đó sẽ được

14

tính toán dựa trên cân bằng lực của các lực đó Phương trình 1.1 thể hiện cách tính vậntốc tới hạn của dòng hơi mà các giọt lỏng có thể kết tụ như sau:

(1.1)Trong đó:

UT: Vận tốc tới hạn m/s

MP: Khối lượng của giọt lỏng rớt, kg

ρl: Khối lượng riêng của pha lỏng, kg/m3

ρg: Khối lượng riêng của pha khí, kg/m3

Bên cạnh đó, vận tốc tới hạn cũng được tính theo phương tình thực nghiệmSauders-Brown Phương trình 1.2 thể hiện cách tính vận tốc tới hạn bằng thựcnghiệm:

(1.2)Việc lựa chọn hằng số K trong phương trình 1.2 phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Tính chất của lưu chất

- Loại bình tách thiết kế

- Kích thước của giọt lỏng ngưng tụ

- Vận tốc hơi của dòng khí

- Số bậc tách được yêu cầu,…

Bảng 1.4 đưa ra một số giá trị của hệ số K thường được sử dụng trong thiết kếloại bình tách

Một thuật ngữ cũng thường được nhắc đến trong quá trình tách, đó là tỉ sốkhí/dầu (GOR), được định nghĩa là thể tích của khí thoát ra trên thể tích của dầu hoặccondensate tại áp suất khí quyển hay tại một điều kiện quy định nào đó, nó thườngđược biểu diễn bằng Sm3/m3 hoặc MMSCFD/BOP (Thùng dầu/ngày) Trong hầu hếtcác quá trình tách, nước cũng đồng hành với hydrocarbon trong quá trình tách, có thểnằm ở dạng hơi cùng với khí hoặc dạng lỏng đi cùng với dầu hoặc condensate, đơn vịthể tích nước cũng được biễu diễn giống như đơn vị của tỉ số khí/dầu

Bảng 1 4 Lựa chọn hệ số K thông qua kích thước đường ống

Kích thước khác

0.40 – 0.500.40 – 0.5.(L/10)0.56

2.1.3 Các bộ phận chính trong bình tách

Chức năng chính của bình tách là loại bỏ khí có trong dòng lỏng tại một áp suấthay nhiệt độ nhất định nào đó Để cho quá trình hoạt động được ổn định và đạt hiệuquả trong một khoảng điều kiện rộng thì bình tách lỏng-khí thường gồm các bộ phậnchính sau:

a) Bộ phận tách thứ cấp (Primary Separation Section)

Bộ phận này dùng để loại bỏ phần lớn lượng lỏng có trong dòng vào với việc sửdụng thiết bị chuyển dòng chảy (Inlet Diverter), lưu chất dòng vào sẽ va đập vào thiết

bị này làm thay đổi moment chuyển động, chuyển hướng dòng chảy rồi lắng xuốngtheo nguyên lý lắng trọng lực

16

b) Bộ phận tách sơ cấp (Secondary Separation Section)

Nguyên lý tách chính của bộ phận này là lắng trọng lực của chất lỏng từ dòngvào sau khi vận tốc của lưu chất đã giảm nhờ vào bộ phận chuyển dòng Hiệu suấtlắng đọng của chất lỏng trong bộ phận này phụ thuộc vào tính chất của pha lỏng-khí,kích thước hạt và mức độ hỗn loạn của dòng khí Một số loại bình tách được thiết kếkèm theo bộ chuyển hướng dòng chảy bên trong (Internal Bafflers) để giảm sự hỗnloạn cũng như bọt khí xuất hiện trong bộ phận này

c) Bộ phận chứa chất lỏng (Liquid Separation Section)

Tất cả chất lỏng trong quá trình tách sẽ được tập trung tại bộ phận này Vùng nàynên hạn chế sự xáo trộn hay làm hỗn loạn của các dòng khí Dung tích của nó phải đủ

để chứa khi mực chất lỏng trong bình dâng lên cũng như cung cấp đủ thời gian lưucần thiết để tách được

khí hòa tan trong pha lỏng và tách được lượng nước tự do trong dầu nếu như sửdụng cho bình tách ba pha Một bộ phận ngăn cản dòng xoáy (Vortex Breaker) có thểđược lắp đặt trên đường ra của dòng dầu để ổn định dòng chảy ở đáy của bình tách

d) Bộ phận khử (chiết) sương (Mist Eliminator Section)

Bộ phận chiết sương có nhiệm vụ loại bỏ những hạt lỏng còn lại trong dòng khí

có đường kính khoảng 10 micro mét trước khi đi khỏi bình tách Thông thường sẽ có

ít hơn 0.1 gallon trên 1 triệu feet khối khí (MMSCFD) Nó thường được sử dụng đốivới bình tách có kích thước nhỏ

Để đạt được hiệu quả, bộ phận khử sương phải đảm nhiệm hai chức năng cơ bảnsau Thứ nhất, nó phải giữ hoặc bẫy được chất lỏng Thứ hai, phải cho chất lỏng rơixuống bộ phận chứa lỏng mà không được hòa tan với dòng khí bay lên đỉnh

Có nhiều loại chiết sương với tên gọi khác nhau như dạng lưới (Mesh MistEliminator), dạng cánh (Vane Mish Eliminator) và dạng cyclon (Cyclonic MistEliminator)

Đối với bộ phận chiết sương bằng lưới (Mesh Mist Eliminator) hay còn gọi làđệm (pads) thường được làm bằng kim loại hay nhựa với các sợi dây đan xen với nhautừng lớp một cách rất cứng cáp Loại này loại bỏ các hạt lỏng bằng sự va chạm củagiọt lỏng đó lên những tấm lưới, có thể tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn chođến khi rơi xuống bộ phận chứa

Đối với bộ phận chiết sương dạng cánh (Vane Mish Eliminator) sử dụng các tấmkim loại sắp xếp gần nhau với hình dạng trong giống đường cong hình sin hoặc hìnhzíc zắc Chính vì điều này đã làm cho dòng chảy của dòng lưu chất thay đổi gây nên

sự va đập của các giọt lỏng vào bề mặt của tấm kim loại làm cho chúng kết tụ và rơixuống bộ phận chứa.

Đối với bộ phận chiết sương dạng Cyclon (Cyclonic Mist Eliminator) thì sửdụng lực ly tâm để tách các giọt lỏng và rắn ra khỏi dòng khí dựa trên sự khác nhau về

tỷ trọng Lợi thế chính của việc dùng bộ phận chiết sương dạng cyclon là hiệu suấtloại bỏ các hạt lỏng rất cao khi hoạt động ở áp suất cao và lưu lượng khí lớn

e) Hệ thống điều khiển (Process Control System)

Có hai thông số chính được điều khiển trong bình tách, đó là áp suất và mức chấtlỏng Áp suất hoạt động của bình tách phụ thuộc vào áp suất dòng khí trên đỉnh, ápsuất dòng đi từ giếng khai thác và một giá trị áp suất mong muốn của người thiết kếquy trình sao cho đảm bảo nhiều yếu tố khác Trong khi áp suất bình tách thườngđược điều khiển bởi dòng khí đi ra thì mức chất được điều khiển bởi dòng lỏng đi ra.Thiết bị thực thi cho các lệnh điều khiển là van điều khiển (Control Valve)

f) Thiết bị giảm áp (Relief Devices)

Hầu hết các bình tách dù hoạt động ở áp suất nào hay kích thước ra sao thì cũng

có thiết bị bảo vệ áp suất (Pressure Protective Devices) và được lắp đặt phù hợp vớiyêu cầu của tiêu chuẩn ASME (American Society of Mechanical Engineers) Nhữngthiết bị giảm áp nhiều lớp như là Van xả áp (Relief Valve) được kết nối với đĩa pháhủy (rupture disk) Van xả áp sẽ được tính toán và cài đặt áp suất làm việc tối đa chophép của bình tách, áp suất được cài đặt cho đĩa phá hủy lớn hơn áp suất cài đặt củavan xả áp

2.1.4 Phân loại bình tách

Kích thước của bình tách phụ thuộc vào lưu lượng của dòng lưu chất đi vào Cónhiều cách để phân loại bình tách như phân loại theo hình dáng, chức năng, áp suất, Dựa vào thành phần lưu chất của giếng nó có thể tách nhiều giai đoạn, một bậc,hay hai bậc Hầu hết các bình tách được thiết kế để tách hai pha khí-lỏng, và cũng cóthể thiết kế để tách khí-lỏng và nước tự do

Đối với những dòng có áp suất cao thì thường sử dụng nhiều bậc tách như bìnhtách áp suất cao (High Pressure Separator), bình tách áp suất trung bình (IntermediatePressure Separator) và bình tách áp suất thấp (Low Pressure Separator) Thông thường

áp suất dòng lưu chất cao thì sẽ có nhiều bậc tách hơn

Đối với việc phân loại theo hình dạng thì bình tách được chia thành ba loại:

- Bình tách nằm ngang (Horizontal Separator)

18

- Bình tách trụ đứng (Vertical Separator).

- Bình tách hình cầu (Spherical Separator)

Phụ thuộc vào số pha tách mà việc phân chia theo hình dạng có thể là bình táchhai pha (khí-dầu), ba pha (khí-dầu-nước), bình tách có hoặc không có bộ phận chiếtsương (Mist Extractor/ Eliminator) Hình 1.2, Hình 1.3, Hình 1.4 thể hiện ba dạngbình tách, kèm theo chú thích của mỗi bộ phận trên bình tách

Cả bình tách hình trụ và dạng nằm ngang thường được sử dụng, mỗi loại cũng có

ưu và nhược điểm riêng, phụ thuộc vào tính chất của dòng lưu chất cần phân tách.Bảng 1.6 liệt kê những ưu và nhược điểm của 2 loại này

Hình 1 4 Bình tách hình cầu

Ưu điểm Nhược điểm

nhỏ

- Dễ loại bỏ được chất rắn

- Thể tích của bình táchthường nhỏ

- Không thích hợp chodòng có tỉ số lỏng/khí cao

- Yêu cầu chân đỡ hơn sovới bình đứng

- Yêu cầu diện tích lớn

2.1.5 Các thông số chính của bình tách

Có nhiều thông số thường nhắc đến trong bình tách, đặc biệt trong quá trình tínhtoán kích thước Vì chính những thông số này quyết định toàn bộ đến quá trình tách.Trong phần này sẽ giới thiệu một vài thông số chính trong bình tách nằm ngang,những thông số cũng sẽ được dùng để tính toán kích thước thiết bị tách

a) Vận tốc tới hạn

Như đã đề cập ở phần trên, vận tốc tới hạn là vận tốc lớn nhất mà các hạt lỏng cótrong dòng khí bị rớt xuống Nó thường được tính toán dựa vào phương trình cân bằnglực hoặc từ phương trình thực nghiệm như phương trình 1.3

(1.3)Trong đó:

Bảng 1 6 Hệ số K phân loại theo áp suất vận hành của tháp

Đối với bình tách nằm ngang thi giá trị K = 0.13 thường được sử dụng nhiều.Giá trị này cũng được sử dụng để tính toán thiết kế bình tách trong đồ án này

Đối với bình tách nằm ngang, hầu hết các nguồn tài liệu công nhận rằng vận tốccho phép pha hơi (Allowable Horizontal Velocity) có thể lớn hơn vận tốc tới hạn.Điều này có thể hiểu là thời gian để pha hơi đi từ đầu vào (Inlet) đến đầu ra (Outlet)của bình tách (có thể hiểu là thời gian lưu của pha khí) phải lớn hơn thời gian nhỏ giọtlỏng trong pha hơi đến bề mặt pha lỏng Mô hình bên dưới thể hiện hai vận tốc này

Có thể biểu diễn được mối liên hệ của hai vận tốc trên bằng phương trình 1.5

(1.5)Phương trình 1.5 có thể được viết lại đối với vận tốc cho phép của pha hơi nhưsau:

(1.5)Trong đó:

L: Chiều dài bình tách, m

HV: Chiều cao phần thể tích hơi, m, sẽ được chọn bằng 0.2 lần đường kính hoặc

2 feet nếu bình tách có bộ phận chiết sương

UAH: Vận tốc cho phép của pha hơi trong bình tách nằm ngang, m/s

UT: Vận tốc tới hạn, m/s

b) Thời gian lưu trong bình tách

Thể tích của chất lỏng trong bình tách phụ thuộc chính vào thời gian lưu của nótrong bình Quá trình tách sẽ diễn ra tốt nếu được cung cấp một thời gian lưu thíchhợp để tạo được điều kiện cân bằng giữa pha lỏng và pha khí tại nhiệt độ và áp suấtcủa bình tách.

Thời gian lưu được định nghĩa như là thời gian ổn định chất lỏng từ mức đấybình đến mức ổn định Thời gian này cung cấp cho việc loại bỏ khí trong lỏng haytách hai pha lỏng-lỏng Thường thì thời gian lưu sẽ được chọn là 2 phút, đủ để loạihầu hết các hydrocarbon nhẹ, nhưng cũng có thể là 15 phút để cần thiết cho nhữngchất lỏng tạo bọt hoặc chất lỏng có tính nhớt

Một cách diễn đạt khác của thời gian lưu bao gồm thời gian tương ứng của từngmức chất lỏng trong bình tách được thể hiện trong Hình 1.5

Hình 1.5 Các mức chất lỏng chính có trong bình tách

Hình 1.5 thể hiện các mức chất lỏng chính có trong một bình tách, bao gồm HLL(Mực chất lỏng ở mức cao), NLL (Mực chất lỏng ở mức ổn định), LLL (Mực chấtlỏng ở mức thấp) Những mực chất lỏng này có ý nghĩa quan trọng đối với bình táchứng với một khoảng thời gian tương ứng Có hai thuật ngữ chỉ thời gian trong bìnhtách thường được nhắc đến, đó là:

- Thời gian Surge: Được định nghĩa như là khoảng thời gian để chất lỏng đi từ mực

NLL lên đến mực HLL trong khi vẫn đảm bảo chứa được lưu lượng dòng đi vào màkhông có bất cứ dòng ra nào Nó có ý nghĩa đảm bảo việc chứa chất lỏng trong quátrình dòng đi vào hay đi ra gặp sự cố

- Thời gian Holdup: Được định nghĩa như là khoảng thời gian để chất lỏng đi từ mực

NLL xuống mực LLL trong khi vẫn đảo bảo được dòng đi ra mà không cần sự cungcấp lưu lượng đi vào Nó có ý nghĩa đảm bảo cho quá trình điều khiển và hoạt động an

24

Hình 1 5 Các mức chất lỏng chính có trong bình tách

toàn đối các thiết bị sau bình tách (Downstream Facilities) Thường thì thời gianSurge sẽ bằng nửa thời gian Holdup nếu không có một sự yêu cầu nào đặc biệt.

c) Diện tích mặt cắt ngang

Diện tích mặt cắt ngang được định nghĩa như là phần diện tích mà lưu chất đixuyên qua Đối với bình tách có hình trụ tròn thì tổng diện tích mặt cắt ngang đượctính theo công thức 1.6

(1,6)Trong đó:

AT: Tổng diện tích bề mặt bình tách, m2

D: Đường kính bình tách, m

Công thức 1.6 chỉ tính tổng diện tích mặt cắt ngang của phần hình trụ, còn đểtích diện tích mặt cắt hai đầu hình elip của bình tách thì sử dụng công thức 1.7 Với Dtính bằng inch và AE tính bằng ft2

, (1.7)Trong đó:

AE: Diện tích 2 mặt cắt ngang hình elip, ft2

d) Thể tích chất lỏng trong bình tách

Lưu lượng thể tích dòng khí và lỏng trong bình tách sẽ được tính dựa vào lưulượng khối lượng với phương trình 1.8 và 1.9

(1.8)Trong đó:

Ql: Lưu lượng thể tích pha lỏng, m3/s

ml: Lưu lượng khối lượng pha lỏng, kg/h

ρl: Khối lượng riêng pha lỏng, kg/m3

(1.9)Trong đó:

Qg: Lưu lượng thể tích pha khí, m3/s

mg: Lưu lượng khối lượng pha khí, kg/h

ρg: Khối lượng riêng pha khí, kg/m3

Ứng với hai khảng thời gian là Surge Time và Holdup Time thì có hai phần thểtích lỏng tương ứng đó là thể tích phần Surge (Surge Volume) và thể tích phần Holdup(Holdup Volume) Thể tích chất lỏng trong bình tách sẽ được tính toán bao gồm tổnghai phần thể tích cộng với thể tích mức LLL xuống đáy của bình tách đó như đượctrình bày ở phương trình 1.10

(1.10)Trong đó:

VL: Tổng thể tích chất lỏng trong bình tách, m3

VH: Thể tích chất lỏng từ mực NLL xuống mực LLL, m3

VS: Thể tích chất lỏng từ mực NLL lên mực HLL, m3

VLLL: Thể tích từ mực NLL xuống đáy của bình tách, m3

Một cách khác để tính tổng thể tích của bình tách dựa vào tính thể tích hình trụtròn và thể tích 2 đầu hình elip, được thể hiện ở phương trình (1.11)

(1.11)Trong đó:

e) Chiều dài (chiều cao) và đường kính

Thông thường giữa đường kính và chiều cao (đối với bình tách trụ đứng) hoặcchiều dài (đối với bình tách nằm ngang) của bình tách có một tỉ số nào đó Tỷ số nàythường được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm, thường sẽ được cài đặt một giá trị banđầu, sau đó sẽ tính toán hiệu chỉnh để đạt được yêu cầu nhưng phải nhỏ nhất về khốilượng và phải phù hợp với thực tế để đạt được tất cả các tiêu chí Tỷ số đường kínhtrên chiều cao (L/D) được đề nghị bởi GPSA là 3 như là điểm bắt đầu trong tính toán.Bên cạnh đó tỷ số này cũng được đề nghị lựa chọn dựa vào khoảng áp suất hoạt độngcủa bình tách Các giá trị này được thể hiện dưới Bảng 1.8

Bảng 1 8 Tỉ số L/D tham khảo dựa vào khoảng áp suất hoạt động

(1.13)Trong đó:

L: Chiều dài bình tách, m

VH: Thể tích chất lỏng từ mực NLL xuống mực LLL, m3

VS: Thể tích chất lỏng từ mực NLL lên mực HLL, m3

AT: Tổng diện tích bề mặt bình tách, m2

AV: Diện tích mặt thoáng của pha hơi, m2

ALLL: Diện tích bề mặt từ mực LLL xuống đáy bình tách

2.2 Đường ống

2.2.1 Chức năng

Đường ống được biết đến như là thiết bị có chức năng vận chuyển lưu chất đitrong ống Từ hệ thống ống dẫn nước đơn giản đến hệ thống ống dẫn phức tạp trongcác nhà máy như nhà máy xử lý khí, phân đạm, hóa chất,… Trong công nghiệp dầukhí, đường ống có chức năng vận chuyển dầu thô từ các giếng khai thác đến các bồnchứa hoặc vận chuyển đến các nhà máy lọc dầu để được xử lý Trong khi đó, đườngống vận chuyển và phân phối khí thiên nhiên có chức năng vận chuyển khí từ các mỏkhí, các trạm xử lý khí,… đến những nơi tiêu thụ như nhà máy điện, nhà máy đạm,các nền công nghiệp sử dụng năng lượng nói chung, các khu dân cư,… Trong các nhàmáy hóa chất, hệ thống đường ống được sử dụng để vận chuyển chất lỏng, chất khí,hóa chất, chất rắn, hỗn hợp,… từ nơi này tới nơi khác

Trong công nghiệp dầu khí thường hay sử dụng vài thuộc ngữ, cũng mang nghĩa

là đường ống mà cần được hiểu rõ đó là Pipeline, Piping, Flowline.

- Pipeline được định nghĩa là đường ống vận chuyển có đường kính lớn, dài và

thường nằm dưới đất hoặc dưới biển để vận chuyển chất lỏng hay khí vớikhoảng cách lớn từ nơi sản xuất đến nhà máy xử lý

- Piping là một hệ thống gồm nhiều ống được liên kết với nhau, như là ống liên

kết giữa bình tách và bơm, bình tách và máy nén,… nằm trên một hệ thống xử

lý nào đó

- Flowline là đường ống 2 pha khí-lỏng được kết nối từ các van tiết lưu đầu

giếng đến ống góp tại các cụm khai thác dầu khí

28

2.2.2 Thông số của đường ống

a) Kích thước đường ống

Kích thước đường ống ban đầu được kí hiệu chung trong hầu hết các tiêu chuẩn

là IPS (Iron Pipe Size) với việc thể hiện đường kính trong của đường ống với đơn vị

sử dụng là inch Ví dụ một đường ống được kí hiệu IPS 6 được hiểu rằng đường ốngnày có đường kính trong là 6 inch

Bên cạnh đó, do yêu cầu về việc vận chuyển lưu chất có áp suất cao trong ống,thì bề dày của ống cũng được phân chia thành nhiều loại ứng với mỗi khoảng áp suấtkhác nhau được kí hiệu như XS (extra strong), XH (extra heavy),…

Và gần đây, với sự phát triển của vật liệu chống ăn mòn, yêu cầu bề dày ốngmỏng hơn, và một phương pháp mới được thay thế IPS được sử dụng trong việc địnhnghĩa kích thước đường ống, kí hiệu là NPS (Nominal Pipe Size), hay gọi là kíchthước đường ống danh nghĩa đi kèm với kí hiệu SCH (Schedule) để phân loại bề dàyống được sử dụng

Cụ thể, kích thước đường ống danh nghĩa (NPS) là bộ chỉ định không thứnguyên của kích thước đường ống, nó chỉ thị kích thước đường ống tiêu chuẩn màtheo sau nó không thể hiện đơn vị inch Ví dụ, NPS 2 chỉ thị đường ống này có đườngkính ngoài 2.375 inch Đi kèm với một kích thước sẽ có một phân loại (SCH), dựa vàotrong bảng này, ta có thể tra các kích thước còn lại của đường ống

Ngoài việc định nghĩa kích thước đường ống bằng NPS, đường kính danh nghĩa(DN) cũng được sử dụng trong việc chỉ định kích thước đường ống khi NPS khôngđược sử dụng, nó cũng là bộ chỉ định không thứ nguyên của kích thước đường ốngđược sử dụng trong đơn vị vị mét (Metric), được phát triển bởi Tổ chức Tiêu ChuẩnQuốc Tế (ISO) Nó chỉ thị kích thước tiêu chuẩn của đường ống khi theo sau nó khôngthể hiện đơn vị milimét (mm) Ví dụ, DN 50 chỉ thị đường ống có đường kính ngoài2.375 inch, tương đương với NPS 2 (1 inch = 25.4 mm)

b) Bề dày thành ống

Phân loại bề dày đường ống (SCH) gồm nhiều loại (5, 5S, 10, 10S, 20, 20S, 30,

40, 40S, 60, 80, 80S, 100, 120, 140, 160) Các con số ở trên chỉ thị giá trị tương ứngcủa 1000P/S , trong đó P là áp suất , S là ứng xuất cho phép, cả hai đều có đơn vị làpsi Khi giá trị SCH càng cao, đồng nghĩa với bề dày tăng lên Đường kính ngoài(Outside Diameter) là giá trị chuẩn ứng với mỗi NPS hay DN cho trước, vì thế đườngkính trong của nó sẽ phụ thuộc vào giá trị của SCH được chỉ định cho từng loại ống

c) Phân loại đường ống

Việc phân loại đường ống trong công nghiệp phải phù hợp với khoảng hoạt độngcủa áp suất và nhiệt độ của hệ thống Trong một số trường hợp, đường ống có các bộphận nối, chặc ba, ống nối (reducer),… tại đây lưu lượng thấp, trở lực cao, thì phải có

sự xem xét kĩ lưỡng trong việc thiết kế Bảng 1.9 liệt kê các phạm vi phân chia đườngống tiêu chuẩn dựa trên ASME B16.5 tương ứng với áp suất danh nghĩa (PressureNominal, PN)

Bảng 1 9 Phân loại đường ống theo khoảng áp suất danh nghĩa

2.2.3 Các tiêu chuẩn thiết kế đường ống

Việc thiết kế đường ống nằm trong bộ tiêu chuẩn B31, Tiêu chuẩn Đường ỐngChịu Áp được phát triển bởi Hiệp Hội Cơ Khí Hoa Kì, ASME (American SocietyMechanical Engineering) được phát hành vào năm 1935 chỉ gồm một bộ tài liệu choviệc thiết kế đường ống Năm 1955, ASME bắt đầu phân chia tiêu chuẩn thiết kếđường ống thành nhiều mục khác nhau phù hợp với các hệ thống đường ống riêngbiệt, nó bao gồm các bộ tiêu chuẩn chính sau đây:

- B31.1: Đường ống điện (Power Piping) được sử dụng trong các nhà máy điện.

- B31.2: Đường ống Khí nhiên liệu (Fuel Gas Piping) Bao gồm việc thiết kế, lắp

đặt, thử nghiệm hệ thống ống cho khí nhiên liệu, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)

- B31.3: Đường ống xử lý (Process Piping) hay còn được gọi là tiêu chuẩn

đường ống trong nhà máy lọc dầu, hóa chất.Tiêu chuẩn này bao hàm nhiều hệthống đường ống hơn các tiêu chuẩn khác

- B31.4: Đường ống vận chuyển hydrocacbon lỏng và chất lỏng (Liquid

Transportation Systems for Hydrocarbons and Other Liquid) Tiêu chuẩn này làmột trong ba tiêu chuẩn cơ bản trong bộ tiêu chuẩn B31

30

- B31.5: Đường ống làm lạnh (Refrigeration Piping) được xây dựng cho hệ

thống làm lạnh, nhiệt trao đổi trong hệ thống lớn

- B31.8: Hệ thống vận chuyển và phân phối khí (Gas Transmission and

Distribution Piping Systems) Bao gồm việc vận chuyển và phân phối khí tại cáccụm nén, đo, điều khiển khí

2.2.4 Thiết kế đường ống

a) Tính chất dòng chảy trong đường ống

- Lưu chất trong ống: Lưu chất thường được phân thành hai loại chính, đó là

lưu chất nén được và lưu chất không nén được Lưu chất không nén được, điển hìnhnhư là chất lỏng Trong lưu chất không nén được lại được phân chia thành hai loại làchất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton Trong lưu chất nén được gồm chất khí lílưởng và chất khí thực, ứng với mỗi lưu chất thì việc tính toán cho đường ống cũngthay đổi theo ứng với các hệ số khác nhau

- Độ nhớt : Độ nhớt được định nghĩa như là mức độ cản trở của lưu chất khi

chảy Nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và ít phụ thuộc vào áp suất Độ nhớt của hầuhết chất lỏng sẽ giảm khi tăng nhiệt độ Có hai giá trị độ nhớt cơ bản, đó là độ nhớtđộng học (Kinematic Viscosity) và độ nhớt động lực học hay độ nhớt tuyệt đối(Dynamic Viscosity), mối liên hệ của chúng được thể hiện ở phương trình 1.14

(1.14)Trong đó:

ϑ: là độ nhớt động học, cSt

μ: là độ nhớt động lực học, Pa.s

ρ: là khối lượng riêng, kg/m3

- Tỷ trọng: Tỷ trọng của chất lỏng là tỉ số của khối lượng riêng của chất lỏng tại

một giá trị nhiệt độ nhất định trên khối lượng riêng của nước tại nhiệt độ 15°C Trongkhi đó, tỷ trọng của khí là tỉ số của khối lượng phân tử khí trên khối lượng phân tử củakhông khí, thường được biết đến là 29

- Chuẩn số Reynolds: Chuẩn số Reynolds là giá trị không thứ nguyên biểu thị

độ lớn tương đối giữa lực quán tính và lực ma sát lên dòng chảy Công thức tínhchuẩn số Reynold được thể hiện ở phương trình 1.15

(1.15)Trong đó:

D: Đường kính trong của ống, m

b) Mất mát áp suất do ma sát

Dòng chảy luôn luôn đi cùng với sự ma sát trong đường ống Quá trình ma sát làkết quả của việc năng lượng dòng chảy bị giảm, dẫn đến áp suất giảm Phương trìnhtổng thể do sự mất mát áp suất bởi ma sát gây nên được biết đến là phương trìnhDarcy-Weisbach Phương trình này sử dụng hệ số ma sát Moody để tính toán độ mất

áp được biểu diễn ở phương trình 1.16 và 1.17

Đối với việc tính quy về cột áp thủy tĩnh, công thức 1.16 được sử dụng

(1.16)Đối với việc tính theo độ giảm áp KPa, công thức 1.17 được sử dụng

(1.17)Trong đó:

hL: Độ giảm áp do ma sát quy về cột áp thủy tĩnh, m

ΔPPf: Độ giảm áp do ma sát, KPa

32

ρ: khối lượng riêng, kg/m3.

c) Hệ số ma sát (Friction Factor) và ảnh hưởng của độ nhám ống (Roughnees)

Lực kéo của lưu chất giữa bề mặt với thành ống được hiểu như là hệ số ma sát

Có hai hệ số ma sát được sử dụng chính trong dòng chảy của lưu chất là Hệ số ma sátFanning và Hệ số ma sát Darcy-Weisbach (thường được gọi là hệ số ma sát Moody).Khi dòng chảy thuộc chế độ chảy tầng (Re <2000), độ nhám không ảnh hưởng đến hệ

số ma sát, và hệ số ma sát được tính như phương trình 1.18 và 1.19 sau:

(1.18)

(1.19)Trong đó fm là hệ số ma sát Moody, ff là hệ số ma sát Fanning Hệ số ma sátMoody thường được sử dụng trong tính toán thiết kế đường ống dầu khí

Độ giảm áp do ma sát được tính đối với dòng chảy tầng được tính theo công thức1.20, được biết đến như là định luật Posieuille

(1.20)Trong đó:

ΔPPf: Độ giảm áp do ma sát, KPa

ρ: khối lượng riêng, kg/m3

L: Chiều dài ống, m

V: Vận tốc của lưu chất, m/s