Công nghệ chế biến khí CHƯƠNG 8 MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ

MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ Wtheor = mh2isen – h1 m: lưu lượng gas qua máy nén kg/s h2isen enthanpy đầu ra máy nén kJ/kg nằm trên đường đẳng entropy s2 = s1 h1 enthanpy đầ

Trang 1

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ

TS Nguyễn Mạnh Huấn

Trang 2

Công nghệ chế biến khí

CHƯƠNG 8 MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ

I BÌNH TÁCH DẦU KHÍ.

THIẾT BỊ PHÂN LY KHÍ LỎNG:

Các thiết bị tách khí và dầu là một bộ phận của thiết bị 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 bị 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 kĩ thuật cũng như các chỉ tiêu kinh tế, ưu, nhược điểm của từng loại

Trang 4

Hình 1 Màn chắn sương

Trang 5

- Thiết bị 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 bị 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

Trang 6

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 bị

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

Trang 7

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 bị 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

Trang 8

BÌNH TÁCH CẦU

Bình tách cầu được chế tạo để tối ưu công dụng của những

thiết bị tách khí-lỏng hiện có Một thiết bị hướng dòng theo

tiếp tuyến với vỏ bình, chất lỏng tách ra do bị 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

Trang 9

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

- 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 2: Bình tách cấu tạo và làm việc

Trang 10

Trang 12

Trang 14

Trang 16

Cơng nghệ chế biến khí

II MÁY BƠM

NGUYÊN LÝ VÀ PHÂN LOẠI BƠM:

Nguyên lý thể tích:

Nguyên lý này là tạo ra một thể tích thay đổi từ nhỏ đến lớn và ngược lại Khi thể tích bơm từ bằng không tăng dần đến giá trị lớn nhất đó là quá trình nạp lưu chất Khi thể tích giảm dần về giá trị không là quá trình nén đẩy lưu chất Cứ một chu kỳ hút đẩy bơm vận chuyển được một thể tích lưu chất cố định Trong quá trình bơm làm việc sự thay đổi trạng thái của lưu thể luôn tuân theo công thức sau:

PV = const và PVk = const

P là áp suất lưu chất, V là thể tích, k = 1,4 hệ số

Các loại bơm áp dụng nguyên lý này là: bơm piston, bơm bánh răng, bơm trục vít,

Trang 18

Trang 19

Nguyên lý phun tia:

Nguyên lý này dựa trên nguyên tắc bảo toàn năng lượng của dòng lưu thể

nghĩa là khi vận tốc tăng lên thì áp suất giảm đi hoặc ngược lại, như vậy tại

chỗ dòng chảy của lưu thể có vận tốc lớn đột ngột thì áp suất sẽ giảm ta tạo

ra không gian có ống thông với nơi cần hút chất lỏng thì chất lỏng ấy sẽ bị

hút theo dòng lưu thể vì tại chỗ cục bộ này áp suất thấp

Bơm tia

1 Ống nối hình nĩn thĩt dần; 2 Ống hút;

3 Khoang chuyển; 4 Ống khuếch tán

Trang 20

Trang 22

Trang 24

Trang 26

Trang 27

III MÁY NÉN KHÍ

1.GIỚI THIỆU:

Thường phải dùng các máy nén khí nhằm gia tăng áp suất để vận chuyển

khí theo hệ thống ống vận chuyển Một ứng dụng nữa của máy nén khí là

làm giảm thể tích khí giúp thuận lợi cho việc vận chuyển khí bằng tàu hay

tồn trữ , máy nén khí có thể tạo áp suất rất cao để bơm lượng khí trở lại vỉa

để duy trì áp suất vỉa Hai loại máy nén khí thường dùng trong công nghiệp

khí là máy nén ly tâm và máy nén piston, ngoài ra một loại đặc biệt khác

hay dùng là thiết bị hoà khí Ejector

MÁY NÉN KIỂU PISTON

MÁY NÉN KHÍ LY TÂM

EJECTOR

Trang 28

Trang 30

Trang 31

Máy nén khí kiểu piston:

Trang 32

Máy nén khí kiểu ly tâm:

Trang 34

Trang 36

Wtheor = m(h2isen – h1)

m: lưu lượng gas qua máy nén (kg/s)

h2isen enthanpy đầu ra máy nén kJ/kg (nằm trên đường đẳng entropy s2 = s1)

h1 enthanpy đầu vào máy nén kJ/kg

Wact = Wtheor/E

E là hiệu suất máy nén

Người ta có thể giải bài toán này qua đồ thị lập sẵn enthanpy và entropy hình 17.6:

Trang 37

Hình 17.6 : Đồ thị tra h và s theo P và T của khí tự nhiên

Trang 38

Trang 39

Điều hiển nhiên là nếu áp suất hút, áp suất xả cũng như lưu lượng khí đến máy nén không thay đổi thì không cần điều khiển lưu lượng máy nén Nhưng thực tế luôn có sự thay đổi các thông số nên cần phải điều khiển lưu lượng.

Các thông số thay đổi đó là:

- Điều kiện hút: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.

- Điều kiện xả: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.

- Tỉ số nén: áp suất xả tuyệt đối / áp suất hút tuyệt đối.

- Khối lượng riêng khí: đối với máy nén khí ly tâm áp suất tăng lên khi khí có khối lượng riêng tăng lên, điều này lại không ảnh hưởng gì với máy nén piston.

ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHO MÁY NÉN ĐƠN (không thay đổi tốc độ phần dẫn động)

Trong trường hợp này lưu lượng có thể được điều chỉnh nhờ thay đổi tỉ số nén, hay tuần hoàn một phần khí ở đầu ra máy nén ngược trở về đầu vào máy nén.

Có hai cách phổ biến để thay đổi tỉ số nén:

- điều chỉnh khí xả ra

- điều chỉnh khí hút vào

Trang 40

- Cả hai phương pháp này được điều khiển bởi thiết bị điều khiển nối

với đường ống hút, thiết bị này luôn nhận biết áp suất hút

- Khi có sự giảm lưu lượng khí vào máy nén áp suất hút giảm, thiết bị

điều khiển biết được độ sụt giảm áp suất liền gởi tín hiệu đến van điều chỉnh lưu lượng ở đường xả làm nó đóng bớt lại tạm thời, điều này làm áp suất xả tăng lên cũng là tăng tỉ số nén lên và làm giảm lưu lượng

máy nén phù hợp với trạng thái làm việc mới

- Ngược lại khi áp suất đầu hút tăng tương đương lưu lượng vào máy

tăng lên, thiết bị điều khiển lệnh mở thêm ở van điều chỉnh lưu lượng

đầu ra làm tăng thêm lưu lượng, giảm áp suất hút, giảm tỉ số nén.

Trang 41

Sơ đồ điều khiển như sau:

Trang 42

Thiết bị điều khiển áp suất hút cũng còn được dùng để điều chỉnh van điều khiển lưu lượng đặt trên đường ống hút (đầu vào máy nén khí) như sơ đồ công nghệ sau:

Hoạt động của thiết bị điều khiển van như sau:

khi lưu lượng khí tăng, áp suất hút tăng, thiết bị điều khiển lập tức ra lệnh cho van tiết lưu đóng bớt lại khi lưu lượng khí giảm, áp suất hút giảm, thiết bị điều khiển lập tức ra lệnh cho van tiết lưu mở lớn hơn

Trang 43

Thiết bị điều khiển áp suất hút cũng còn được dùng để điều khiển van lắp trên đường vòng như sơ đồ

Khi lưu lượng khí giảm, áp suất hút giảm, thiết bị điều khiển lập tức ra lệnh cho van tiết lưu mở lớn hơn để gia tăng lưu lượng khí bằng cách đưa một phần lưu lượng đầu ra trở lại đầu vào máy nén

Trang 44

ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG NHỜ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ PHẦN DẪN ĐỘNG

Tốc độ phần dẫn động thường được điều chỉnh để giữ cho áp suất hút không thay đổi

như sơ đồsau:

Nếu lưu lượng đến máy gia tăng, áp suất hút tăng, thiết bị điều khiển áp suất hút truyền tín hiệu làm tăng tốc độ phần dẫn động, hay ngược lại thiết

bị điều khiển tốc độ sẽ quyết định giảm tốc độ

Tốc độ thay đổi phải phù hợp với giới hạn tốc độ của máy nén Khi phần dẫn động là Turbine khí thì tốc độ dẫn động tăng hay giảm tuỳ theo lượng gas nhiên liệu cung cấp vào

Trang 45

IV TURBINE KHÍ

Trang 46

Nguyên lý hoạt động turbin khí

Turbine khí là một loại động cơ nhiệt, biến nhiệt năng thành cơ năng Theo ứng dụng của chu trình nhiệt động (Brayton)

Về cấu trúc: hệ thống turbine khí gồm ba bộ phận chính sau đây:

Máy nén không khí dùng để nén dòng không khí lên áp suất cao cung cấp Oxy cho quá trình đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt

Buồng đốt là nơi đốt cháy nhiên liệu tạo nên sản phẩm cháy có áp suất và nhiệt độ rất cao

Turbine khí: đây là nơi mà sản phẩm cháy từ buồng đốt vào ống tăng tốc của turbine (cánh tĩnh gắn trên thân turbine), qua ống tăng tốc nhiệt độ và áp suất dòng khí giảm xuống, tốc độ và động năng dòng khí tăng lên, sau đó dòng khí được thổi vào hệ thống cánh gắn trên đĩa quay của turbine (cánh động) ở đây động năng của dòng khí biến đổi thành cơ năng và làm quay trục turbine

Trang 47

Các quá trình nhiệt động của động cơ turbine:

Trang 48

Trang 50

Trang 52

Trang 54

Trang 56

Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất turbine:

Khi nói đến công suất turbine người ta thường nói tới công suất hữu ích trên trục của turbine lực, thông số công suất mà nhà chế tạo đưa ra là công suất max ở điều kiện chuẩn ISO (international standards organization) như sau:

 Nhiệt độ xung quanh: 15 o C

 Độ cao so với mặt biển: 0 m

 Aùp suất xung quanh: 101,325 kpa (abs)

 Độ ẩm tương đối: 0 %

 Chất lượng nhiên liệu.

Trang 57

Trong một điều kiện thực tế thì công suất hữu ích thực tế trên trục phải hiệu chỉnh theo các hệ số nhân như sau:

Trang 58

Trong một điều kiện thực tế thì công suất hữu ích thực tế trên trục phải hiệu chỉnh theo các hệ số nhân như sau:

Trang 59

Ví dụ: tính công suất hữu ích tối đa của turbine Mars 100 ở điều kiện làm việc như sau:

Nhiệt độ xung quanh: 27oC

Độ cao so với mặt biển: 50 m

Chênh áp khí vào: 100 mm nước

Độ ẩm tương đối: 0%

Chênh áp ống sả : 50mm nước

Công suất ISO 11185 kW

Giải:

Tra đồ thị hiệu chỉnh cho độ cao 50m hệ số nhân là 0,99

Chênh áp ống sả : 50mm nước thì hệ số nhân là 0,9965

Chênh áp khí vào: 100 mm nước thì hệ số nhân là 0,984

Nhiệt độ xung quanh: 27oC thì hệ số nhân là 0,915

Do đó Power (site max) là 11185x0,99x0,9965x0,984x0,915 = 9935 kW (mất 11%)

Trang 60

Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển điện tử nhằm tự động hoá các hoạt động của turbine theo yêu cầu người sử dụng Nó cho phép khởi động, dừng máy, vào tải, nhả tải cho máy theo chế độ bằng tay hoặc tự động từ các vị trí tại chỗ hoặc từ xa Hệ thống điều khiển bao gồm thiết

bị tự động, các phần tử điều khiển được lắp đặt trong các hệ thống có cả hệ thống điện Các phần tử điều khiển là các thiết bị điện, cơ - điện tử và cơ – điện - thuỷ lực cơ bản

Cấu thành chính của hệ thống điều khiển gồm:

- Cảm biến (sensor) các loại như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và mức của chất lỏng và chất khí

- Cảm biến vị trí, tốc độ, độ rung, nhiệt độ của kết cấu kim loại

- Các tín hiệu vào (input) ở mức tương tự (analog) hoặc tín hiệu số (digital)

- Tín hiệu ra được chuyển đổi và truyền đến bộ điều khiển trung tâm PLC hoặc thiết bị điều khiển với sự hỗ trợ của các bộ truyền (Transmitter, Proximiter), thiết bị bảo vệ cơ cấu chấp hành (safety barrier) hoặc các thiết bị tín hiệu khác

Trang 62

V EXPANDER

Trang 63

Gas đi vào expander chui qua các cánh theo kiểu hướng trục và rời khỏi

expander theo kiểu dọc trục. Khi qua các cánh thì khí sinh công làm quay các bánh từ đó làm quay trục Thường thì công sinh ra trên trục này sẽ dẫn động máy nén khí

ly tâm, hoặc là máy phát điện Hiệu suất của expander là khá cao đến 85% (Eisen)

Trang 64

Trang 66

Trang 68

HỆ THỐNG LÀM LẠNH

Hệ thống lạnh là cần thiết trong các công nghệ dầu khí dưới đây:

- Làm lạnh dòng khí trong việc chiết xuất NGL

- Làm lạnh dòng khí trong việc giám sát dewpoint

- Bảo quản sản phẩm LPG

- Hoá lỏng khí LNG

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	15,6 MB