Công nghệ xử lý khí - Phần 12 pdf

Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 138 PHẦN 12 BÌNH TÁCH DẦU KHÍ. THIẾT BỊ PHÂN LY KHÍ LỎNG: Các thiết bò tách khí và dầu là một bộ phận của thiết bò khai thác trên bề mặt được dùng để tách các sản phẩm khai thác từ các giếng dầu và khí thành chất lỏng và khí riêng biệt. Các thiết bò này được lắp đặt trên sàn khai thác, đường ống phân phối hay các bồn chứa tạo thành một bộ phận hoàn chỉnh của hệ thống khai thác CÁC DẠNG BÌNH TÁCH: Theo hình dáng các bình tách thường có các hình dáng sau: Bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách hình cầu. Theo số pha thì có bình tách hai pha, bình tách ba pha. Để chọn được đúng loại bình tách phải dựa vào các ứng dụng kó thuật cũng như các chỉ tiêu kinh tế, ưu, nhược điểm của từng loại Hình 12.1: Bình tách ngang và đứng Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 139 Hình 12.2 : Màn chắn sương CẤU TẠO BÌNH TÁCH Tấm chắn lối vào để đổi hướng dòng giúp tách chất lỏng theo nguyên tắc va đập, trọng lực. Màn sương chắn lối khí ra giúp liên kết các giọt chất lỏng nhỏ bò cuốn theo dòng khí thành giọt lớn hơn rồi rơi xuống nơi chứa chất lỏng. Thiết bò đo mức chất lỏng để giám sát khi vận hành. Van an toàn nhằm bảo vệ bình tách khỏi áp suất cao vượt quá áp suất cho phép. Các thiết bò tự động khác…. Các bình tách thường bao gồm 4 khu vực Khu vực 1: phần tách khí chủ yếu , nơi xảy ra quá trình tách chủ yếu phần chất lỏng tự do trong dòng hỗn hợp lỏng khí . Phần 2: phần lắng chất lỏng. Phần 3: phần chứa chất lỏng. Phần 4: Phần bẫy các giọt chất lỏng liên kết chúng lại và rơi xuống. BÌNH TÁCH ĐỨNG: Sản phẩm vào bình tách phải qua bộ phận dẫn hướng gây ra việc tách sơ bộ bởi ba tác động đồng thời: trọng lực, ly tâm, va chạm. Khí được tách bay lên phía trên, trong khi chất lỏng rơi xuống nơi chứa, các giọt lỏng nhỏ được thu hồi nhờ màn chắn sương Ưu điểm: bình tách đứng có thể điều khiển lượng tương đối lớn chất lỏng mà không bò cuốn theo dòng khí, nó điều khiển mức tốt hơn. Thường dùng cho những giếng có tỉ lệ khí dầu từ thấp đến trung bình. Bình tách đứng cũng có thể kiểm soát cát, hạt rắn, khuynh hướng chất lỏng bay hơi trở lại được giảm thiểu vì diện tích mặt cắt ngang bé, đây cũng là một ưu điểm vì nó chiếm không gian ngang bé phù hợp giàn khai thác chật hẹp. Nhược điểm: chi phí chế tao, vận chuyển đến nơi lắp đặt cao. Khi hai bình tách có cùng công suất thì bình tách đứng thường có kích thước lớn hơn bình tách ngang. BÌNH TÁCH NGANG Loại này có thể dạng ống đơn hay ống kép. Trong bình tách ống đơn sản phẩm qua lối vào đến tấm chắn tại đây cũng diễn ra quá trình tách sơ bộ, chất lỏng rơi xuống nơi chứa, nơi khí ra cũng có màn chắn sương. Trong bình tách ống kép, ống trên hoạt động như bình tách trong khi ống dưới có chức năng tồn trữ chất lỏng. Khí di chuyển ống trên với vận tốc cao hơn Ưu điểm: bình tách loại này có thể tách ba pha khí-dầu-nước bình tách ngang có diện tích tiếp xúc dầu khí lớn , cho phép khí thoát nhanh hơn, vì thế nó có thể xử lý thể tích khí nhiều , tính kinh tế và hiệu suất cao, chi phí chế tạo rẻ, chi phí vận chuyển thấp hơn so với bình tách đứng. Chúng cũng thuận lợi hơn chó việc lắp đặt và bảo hành. Bình tách ngang hạn chế dòng rối và tạo bọt. Với cùng một công suất cho trước bình tách ngang nhỏ hơn và rẻ hơn bình tách đứng. Bình tách ngang thường dùng cho những giếng có tỉ lệ khí–dầu (GOR) cao. Nhược điểm: việc điểu khiển mức là một vấn đề khó trong bình tách ngang, không gian giao động mức bò giới hạn. Việc làm sạch gặp khó khăn và vì thế không tiện cho những giếng nhiều cát. Bình tách ngang chiếm không gian lớn tuy nhiên có thể giảm thiểu bằng xếp chồng các bình tách. BÌNH TÁCH CẦU Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 140 Bình tách cầu được chế tạo để tối ưu công dụng của những thiết bò tách khí-lỏng hiện có. Một thiết bò hướng dòng theo tiếp tuyến với vỏ bình, chất lỏng tách ra do bò giảm vận tốc đột ngột trong bình, nơi khí ra cũng có màn chắn sương. Ưu điểm: bình tách kiểu này chi phí không cao, rẻ hơn so với dạng đứng hay ngang. Loại hình cầu cân đối, nhỏ , gọn, thích hợp cho những giếng có GOR trung bình. NGUYÊN LÝ TÁCH Có nhiều kỹ thuật khác nhau ứng dụng vào việc xử lý tách dầu-khí nhưng có thể xếp vào hai loại: tách cơ học và tách hoá phẩm dựa trên nguyên tắc cân bằng nhiệt động khí lỏng. Bình tách cơ học theo ba cơ chế: tách nhờ trọng lực, tách nhờ ly tâm, tách nhờ va đập. Hình 12.3: Bình tách cấu tạo và làm việc THIẾT KẾ CHỌN LỰA BÌNH TÁCH Xác đònh độ dày thành bình: Công thức cơ bản để xác đònh độ dày bình tách (ASME ) Đối với phần thân hình trụ: t= PD I /(2SE-1,2P) +C Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 141 t= PD o /(2SE+0,8P) +C Đối với phần thân hình cầu: t= PR/(2SE-0,2P) +C t: độ dày thành bình (mm) P áp suất thiết kế (Mpa) thường thì áp suất thiết kế P =1,1 áp suất lớn nhất khi vận hành, trong khi áp suất lớn nhất khi vận hành = 1,1 áp suất vận hành bình thường D I đường kính trong thành bình (mm) D o đường kính ngoài thành bình (mm) E hệ số ghép nối S (Mpa) ứng suất cho phép lớn nhất = 1/3,5 Ts (Ts cường độ chòu lực của vật liệu) thông thường nếu dùng thép cacbon (A-515, Gr 70) Ts = 483Mpa do đó S = 138Mpa C độ ăn mòn cho phép (mm) Hệ số ghép nối E Hàn giáp mối hai mặt E Kiểm tra khuyết tật toàn bộ 1 Kiểm tra khuyết tật lựa chọn 0.85 Không kiểm tra khuyết tật 0.7 THIẾT KẾ KÍCH THƯỚC BÌNH TÁCH THEO NGUYÊN LÝ TRỌNG LỰC Công thức xác đònh kích cỡ bình tách nguyên lý trọng lực dựa trên tốc độ cho phép của dòng khí để sự cuốn các giọt lỏng theo pha khí không xảy ra: v = K s ((ρ l - ρ g )/ ρ g ) 0.5 ρ l khối lượng riêng pha lỏng ở điều kiện bình tách làm việc kg/m3 ρ g khối lượng riêng pha khí ở điều kiện bình tách làm việc kg/m3 v vận tốc cho phép của dòng khí m/s K s hệ số bình tách m/s hệ số này phụ thuộc vào kích cỡ giọt lỏng có thể tách, kiểu bình tách, thiết bò bên trong bình… hệ số Ks có thể lấy theo bảng sau: Dạng bình tách Giá trò Ks Ks thường dùng Dạng bình tách đứng 0.055 – 0.107 Dạng bình tách ngang 0.122 – 0.152 Đường kính bình tách được xác đònh như sau: v = q a /A = 4q a /( π d 2 Fg) do đó d = (4q a /(πvFg)) 0.5 Q a Lưu lượng thực tế tại điều kiện làm việc m 3 /s A Tiết diện mặt cắt bình m 2 D Đường kính trong bình m Fg Tỷ lệ giữa phần khoảng không cho dòng khí và đường kính bình. Bình tách đứng Fg = 1. Bảng tra Fg: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 142 h/d Fg h/d Fg 0 1 0,3 0,748 0,05 0,981 0,35 0,688 0,1 0,948 0,4 0,626 0,15 0,906 0,45 0,564 0,2 0,858 0,5 0,5 0,25 0,804 0,55 0,436 Lưu ý : q a = m/(3600 ρ g ) q a = (q s /86400)(P s /P)(T/T s )z khi thiết kế nên lấy q a = q a E df m: lưu lượng khối lượng (kg/h) ρ g khối lượng riêng khí (kg/m3) q s lưu lượng thể tích khí STD std m3/d P s áp suất std (kpa) P áp suất làm việc (kpa) T nhiệt độ làm việc (K) T s nhiệt độ tiêu chuẩn (K) Z hệ số nén @ P,T E df hệ số thiết kế 1,1 ~1,2 Công thức xác đònh khả năng của bình tách như sau: q s = 67842(K s )(Fg)(P/P s )(T s /T)(1/z) ((ρ l - ρ g )/ ρ g ) 0.5 Ví dụ: tính toán kích cỡ cho bình tách đứng trung gian 1-V-252 trên giàn nén khí trung tâm. Lưu lượng q s = 1,7x10 6 std m3/d. ρ l = 620kg/m3, ρ g =38kg/m3 , γ = 0,76, MW = 22 ( solution 42 ) Giải: Lưu ý: lưu lượng thể tích 10 6 scmd khi chuyển qua lưu lượng khối lượng m (kg/h) = 51060 γ gas = 1762 MW gas M = 51060x1,7x0,76 = 65969 kg/h Lấy E df hệ số thiết kế = 1,1 q a = E df m/(3600 ρ g ) = 1,1x65969/(3600x38) = 0,53m3/s v = K s (( ρ l - ρ g )/ ρ g ) 0.5 = 0,07((620-38)/38) 0,5 = 0,274 m/s d = (4q a /( π vFg)) 0.5 = [4x0,53/(3,14x0,274x1)] 0,5 = 1,57 m LƯU LƯNG CHẤT LỎNG Lưu lượng chất lỏng của một bình tách phụ thuộc vào phần thể tích có ích cho chất lỏng và thời gian mà chất lỏng lưu lại trong bình V L = q L (t)/1440 V L thể tích chất lỏng trong bình (m3) q L lưu lượng chất lỏng (m3/d) t thời gian chất lỏng lưu lại (minutes) đối với bình tách ngang thì V L = (3,14d 2 /4) (1-Fg)L Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 143 đối với bình tách đứng: V L = (3,14d 2 /4) h thời gian lưu trú lấy như sau: Dầu có γ phút Dưới 0,85 1 0,85 – 0,93 1-2 0,93 –1 2-4 Tách dầu khí nước áp cao 2~5 phút Tách dầu khí nước áp thấp 5~15 phút (nhiệt độ càng lớn thời gian càng thấp) Thông thường tỷ lệ L/D nằm trong khoảng 3~8 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN BÌNH TÁCH: Hình 12.4: Sơ đồ công nghệ điều khiển bình tách 3 pha . vực 1: phần tách khí chủ yếu , nơi xảy ra quá trình tách chủ yếu phần chất lỏng tự do trong dòng hỗn hợp lỏng khí . Phần 2: phần lắng chất lỏng. Phần 3: phần chứa chất lỏng. Phần 4: Phần. tách loại này có thể tách ba pha kh - dầu-nước bình tách ngang có diện tích tiếp xúc dầu khí lớn , cho phép khí thoát nhanh hơn, vì thế nó có thể xử lý thể tích khí nhiều , tính kinh tế và hiệu. NGUYÊN LÝ TÁCH Có nhiều kỹ thuật khác nhau ứng dụng vào việc xử lý tách dầu -khí nhưng có thể xếp vào hai loại: tách cơ học và tách hoá phẩm dựa trên nguyên tắc cân bằng nhiệt động khí lỏng.