LỜI MỞ ĐẦU
Trải qua hơn 30 năm hình thành và phát triển, ngành dâu khí việt nam ngày càng lớn mạnh và đã khẳng định được vị trí của mình trên trường quốc tế Sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe hơn về
nguôn nhiên liệu, đòi hỏi ngành công nghiệp dầu khí phải luôn luôn vận động hết
mình, không ngừng nghiên cứu và áp dụng những thành tựu khoa học nhắm cải tiến công nghệ đề nguôn nhiên liệu sản suất ra đáp ứng được những yêu cầu đó
Ngành Thiết Bị Dâu Khí chính là ngành cầu nối giữa khoa học kĩ thuật với công nghệ sản xuất Sau 5 năm học đại học chuyên ngành Thiết Bị Dầu Khí —
Công Trình, em đã được trang bị những kiến thức quý báu để có thể tiếp thu
những kĩ năng làm việc khi ra trường, làm một công việc cụ thể, thực tế
Với mong muốn được vận dụng những kiến thức đã học, cùng với sự tâm
đắc của bản thân về các thiết bị tách sản phẩm khai thác, em chọn đề tài “Tìm
hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình tách dầu khí Chuyên đề: Nâng cao hiệu làm việc của thiết bị kiểm soát áp suất trong bình tách”
Trong thời gian thực tập tìm hiểu thực tế tại XNLD Vietsovpetro va thiét
kế đồ án, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh và các thây, cô
trong bộ môn cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành cuốn đồ án tốt
nghiệp này, đồng thời tiếp thu thêm được nhiêu kiến thức bổ ích
Tuy nhiên, do kinh ngiệm nghiên cứu và kiến thức còn nhiều hạn chế, nên mặc dù được thầy giáo hướng dẫn nhiệt tình và bản thân đã hết sức cô gắng, nhưng đồ án của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận
được sự chỉ dẫn, đóng góp của các thay, cô trong bộ môn, cùng các bạn độc giả để đồ án của em được hoàn thiện hơn
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Văn Thịnh, các thầy, cô
Trang 2Chương 1
TONG QUAN VE THIET BI TACH DAU KHI
1.1 Khái niệm, phân loại, chức năng của bình tách 1.1.1 Khái niệm
Thiết bị tách dầu khí là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất sử dụng để tách
chât lưu thu được từ các giêng dâu thành các pha khí và pha lỏng riêng biệt
Các thiệt bị truyền thông thường được gọi là bình tách hoặc bây được lắp
đặt tại nơi sán xuất hoặc ngay tại miệng giếng của các giàn khoan để tách chất
lỏng giếng thành các pha riêng biệt
Các thiết bị chỉ dùng để tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) ra khỏi khí thường có tên gọi là bình nốc ao (knock out) hoặc bẫy Nếu thiết bị tách nước lắp đặt gần miệng giếng thì khí và dầu thoát ra đồng thời còn nước tự do thoát ra ở phân đáy bình Ở các bình tách lỏng cho phép tách tất cả chất lỏng ra khỏi khí, dầu và nước thoát ra ở phần đưới của bình, còn khí thoát ra ở phân trên đỉnh của bình Như vậy thuật ngữ nốc ao đề chỉ nhiệm vụ tách nhanh chất lỏng ra khỏi khí của bình tách
Thiết bị tách truyền thống làm việc ở áp suất thấp thường gọi là buồng Flat Chất lưu vào là từ các bình tách cao áp, chất lưu đi ra được chuyền tới các bể chứa, nên chúng thường đóng vai trò là bình tách cấp hai hoặc cấp ba, có nhiệm vụ tách khí nhanh
Các bình tách bậc một làm việc ở các trạm tách nhiệt độ thấp hoặc tách
lạnh thường gọi là bình giãn nở Đối với loại bình này thì được trang bị thêm nguồn nhiệt để nung chảy hydrat hoặc cũng có thể bơm chất lỏng phòng ngừa hydrat hoá vào chất lỏng giếng trước khi đưa vào bình
Các bình lọc khí cũng tương tự như bình tách, dùng cho các giếng có chất lưu chứa ít chất lỏng hơn so với chất lưu của giếng khí và giếng dâu, thường
dùng trên các tuyến ống phân phối, thu gom, được chế tạo theo kiểu lọc khô và lọc ướt Loại lọc khô có trang bị bộ chiết Sương, phô biến là kiểu keo tụ và các
chỉ tiết phía trong tương tự như bình tách dầu khí Đối với loại lọc ướt thì dòng
hơi đi qua một đệm lỏng (có thé la dau) để rửa sạch bụi bẩn và tạp chất, sau đó
Trang 3qua bộ chiết sương đề tách lỏng Bình lọc thường lắp ở dòng đi lên từ thiết bị xử
lý khí bất kỳ hoặc thiết bị bảo vệ dòng ra
1.1.2 Phần loại
Việc phân loại bình tách dựa theo nhiều quan điểm khác nhau: Theo chức năng,
theo hình dáng, áp suất làm việc, mục đích sử dụng, nguyên tắc tách cơ bản 1.1.2.1 Phan loại theo chức nắng
Tùy theo từng chức năng của bình tách mà có thê phân loại như sau:
e Bình tách dầu và khí;
e Binh tach 3 pha: Dầu, khí và nước;
e Binh tach dang bay ; e Binh tach tung giai doan;
e Bình tách nước (kiêu khô hay ướt); e Binh loc khí;
e Bình làm sạch khí (kiểu khô hay ướt);
e Binh tach va loc
Bình tách 2 pha, 3 pha hay tach theo timg giai doan goi chung 1a binh tach
dầu và khí Những bình tách này sử dụng trên giàn cỗ định Những bình kiểu này phải có kích thước đủ đề kiểm soát tốc độ dòng cháy tức thời lớn nhất
- Tách lỏng: Dùng dé tach chat long, dan dau va nước khỏi khí Nước và dầu lỏng thoát ra ở đáy bình còn khí đi ra theo đường trên đỉnh
- Bình giãn nở: Thường là bình tách giai đoạn 1 trong tach nhiét độ thấp hoặc tách lạnh Bình tách này có thé duoc lap thiét bi gia nhiệt có tác dụng làm chảy
hydrat (glicol) vào chất lưu vỉa từ giếng lên trước khi vào trong bình tách này
- Bình tách làm sạch khí: Hoạt động tương tự như bình tách dầu và khí
Bình tách dầu và khí thường dùng trong thu gom khí và đường ống phân phối, những chỗ không yêu cầu phải kiểm soát sluggs hoặc heads (là hiện tượng chất lưu đi từ vỉa lên không liên tục mà thay đối) của chất lỏng Bình làm sạch khí
kiêu khô dùng thiết bị tách sương và thiết bị bên trong thì giống bình tách dầu
Trang 4Bình làm sạch khí kiểu ướt hướng dòng khí qua bồn chứa dầu hoặc các chất
lỏng khác để làm sạch bụi và các tạp chất khác còn lại khỏi khí Khí được đưa
qua một thiết bị tách sương để tách các chất lỏng khỏi nó
Một thiết bị lọc có thể coi như một thiết bị đặt trước một tô hợp thiết bi tách khí để bảo vệ nó khỏi chất lỏng hay nước
- Thiết bị lọc: Được coi như một bình làm sạch khí kiểu khô đặc biệt nếu
được dùng ban đầu để tách bụi khỏi dòng khí Thiết bị lọc trung bình thường được dùng trong bồn chứa để tách bụi, cặn đường ống, rỉ và các vật liệu khác
khỏi khí
1.1.2.2 Phân loại theo hình dáng
Theo hình dáng thì bình tách được chia làm 3 loại: Bình tách hình trụ đứng, bình tách hình trụ ngang, bình tách hình câu
e Bình tách hình trụ đứng: Tùy thuộc vào số pha tách mà bình tách hình trụ
đứng được chia ra làm 2 loại: 2 pha (tách dầu- khí) và 3 pha (tách dầu- khí-nước)
Ý z¡ AÊ ot ga
Hình 1.1 Bình tách hình trụ đứng 2 pha
I1- Cửa vào của hỗn hợp; 2- Bộ phận tạo va đập; 3- Bộ phận chiết suong; 4- Duong xa khi;
Trang 55- Đường xả chất long Z—h | 7 | =7! sae ¬ 4 fe Sp oS = [rT TT Hm A | a eT | |
Hemi (Ae —T† A AN Oem Wat Ti TT EL
i A | BATT] | Lae [1H] › LS 2 | t + | 4 | | 1 , _ 9 =| i L† im + 5 1 ee IR L oY Z te), Ee eS f 6 | pnt | 7 8 Waa} K2) Hình 1.2 Bình tách hình trụ đứng 3 pha
1- Đường vào của hỗn hợp; 5- Đường gom các giọt chất lỏng:
2- Bộ phận tạo va đập; 6- Đường xả nước;
3- Bộ phận chiết sương: 7- Đường xả dâu 4- Đường xả khí;
Thông thường thì các loại bình tách hình trụ đứng có đường kính tt 10 inh cho đến 10 ft và có chiều cao từ 4- 25 ft
e Bình tách hình trụ ngang: Tương tự như bình tách hình trụ đứng mà bình tách hình trụ ngang cũng được chia ra làm 2 loại: 2 pha và 3 pha
Ngoài ra bình tách hình trụ ngang còn có thể xếp chồng lên nhau dạng 2 hình trụ ghép với nhau Đối với loại bình ngang thì có đường kính của bình thay
đôi từ 10 in - lóft và chiều dài từ 4- 70 ft Dưới đây là một số dạng cụ thể của
bình tách hình trụ ngang:
Trang 6os D2 xưng a ees ae M as meta : nàng Nea ¿ân Hình 1.3 Bình tách hình trụ nằm ngang 2 pha 1- Đường vào của hỗn hợp; 4- Đường xả khí; 2- Bộ phận tạo va đập; 5- Đường xả chất lỏng 3- Bộ phận chiết suong; Oil & Emulsion -ˆ-' ;
a lia RCO RRA AAAAAAAR AAAS m `
PP CA i BT Ph PA IR PR Ph ae Phin Be Bi Bi Pane De eID _ Br,
Hình 1.4 Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha 1- Đường vào của hỗn hợp; 4- Đường xả khí;
2- Bộ phận tạo va đập; 5- Đường xả nước;
3- Bộ phận chiết sương; 6- Duong xa dau
e Bình tách hình cầu: Thường có đường kính từ 24- 72 in, gồm có 2 loại:
Trang 7- Binh tách hình cầu 2 pha (dầu — khi)
- Bình tách hình cầu 3 pha (dầu — khí — nước) Hình 1.5 Bình tách hình cầu 2 pha 1- Bộ phận ly tâm - kiểu thiết bị thay đôi hướng cửa vào; 2- Màng chiết; 3- Phao đo mức chất lỏng: 4- Thiết bị điều khiến mức chất lỏng trong bình; 5- Van xả dầu tự động
Trên thực tế hiện nay thì bình tách hình cầu ít được sử dụng hơn bình tách hình trụ đứng và bình tách hình trụ ngang, do một số ưu việt của nó không bằng
2 loại kia (bảng 1.1)
Trang 8Hình 1.6 Bình tách hình cầu 3 pha 1- Thiết bị đầu vào; 2- Bộ phận chiết suong;
3- Phao báo mức dầu trong bình; 4- Phao báo mức nước trong bình;
5- Thiết bị điều khiển mức nước trong bình;
6- Thiết bị điều khiển mức dầu trong bình; 7- Van xả dầu tự động:
S- Van xả nước tự động
Trang 9Bảng 1.1 So sánh ưu nhược điểm của các loại bình tách Bình tách Bình tách Bình tách STT Các chỉ tiêu chính hình trụ hình trụ hình cầu ngang đứng 1 Hiệu quả tách l 2 3
2 Sự ôn định của chât lưu l 2 3
3 Khả năng thích ứng với sự thay 1 2 3
đổi điều kiện
4 Tính chât cơ động của sự hoạt 2 1 3 động 5 Dung tich l 2 3 6 Giá thành của một đơn vị dung l 2 3 tích 7 Vật liệu ngoài 3 1 2 8 _ | Khả năng xử lý bọt dâu thô 1 2 3 9 Khả năng thích ứng đê sử đụng l 3 2 di động Khoảng không gian yêu câu cho lắp đặt: 10 | Mặt phẳng đứng 1 3 2
Mat nam ngang 3 | 2
11 | Tiện lợi cho việc lap dat 2 3 1
Trang 101.1.2.3 Phân loại theo áp suất làm việc
Gồm có 3 loại sau:
- Loại thấp áp: Áp suất làm việc của bình là 0,7- 15 at - Loại trung áp: Áp suất làm việc của bình là 16- 45 at - Loại cao áp: Áp suất làm việc của bình là 45- 100 at 1.1.2.4 Phân loại theo mục đích sử dụng
- Bình tách thử giếng: Dùng để tách và đo chất lỏng, có trang bị các loại đồng hô đề đo tiềm năng dâu, khí, nước, thử định kỳ các giếng khai thác hoặc thử các
giếng ở biên mỏ Thiết bị có 2 kiểu: Tĩnh tại và di động, có thể 2 pha hoặc 3 pha,
trụ đứng hay nằm ngang hoặc hình câu
- Bình tách đo: Có nhiệm vụ tách dầu, khí , nước và đo các chất lưu có thể
thực hiện trong cùng một bình, các kiểu thiết kế đảm bảo đo chính xác các loại dầu khác nhau, có thể 2 hoặc 3 pha Ở loại 2 pha, sau khi tách chất lỏng được đo
ở phân thấp nhất của bình Trong thiết bị tách 3 pha có thể chỉ đo dầu hoặc cả
dầu lẫn nước Việc đo lường được thực hiện theo giải pháp: Tích luỹ, cách ly và
xả vào buông đo ở phân thấp nhất
Với dầu nhiều bọt hoặc độ nhớt cao, thường không đo thể tích mà đo trọng
lượng thông qua bộ khống chế cột áp thuỷ tĩnh của chất lỏng
- Bình tách khai thác: Là một kiểu bình đặc biệt, chất lỏng giếng có áp suất cao chảy vào bình qua van giảm áp sao cho nhiệt độ bình tách giảm đáng kế thấp hơn nhiệt độ chất lỏng giếng Sự giảm thực hiện theo hiệu ứng Joule - Thomson
khi giãn nở chất lỏng qua van giảm áp nhờ đó xảy ra sự ngưng tụ Chất lỏng thu hôi lúc đó cần phải được ôn định đề ngăn bay hơi thái quá trong bề chứa
1.1.2.5 Phân loại theo nguyên lý tách cơ bản
- Nguyên lý trọng lực: Dựa vào sự chênh lệch mật độ của các thành phân chất lưu Các bình tách loại này ở cửa vào không thiết kế các bộ phận tạo va đập, lệch dòng hoặc đệm chắn Còn ở cửa ra của khí có lắp đặt bộ phận chiết suong
- Nguyén ly va dap hoac keo tu: Gồm tất cả các thiết bị ở cửa vào có bồ trí các tâm chắn va đập, đệm chắn đề thực hiện tách sơ cấp
- Nguyên lý tách ly tâm: Có thể dùng cho tách sơ cấp và cả thứ cấp, lực ly tâm
được tạo ra theo nhiều phương án:
Trang 11+ Dòng cháy vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình
+ Phía trong bình có cầu tạo hình xoắn, phân trên và dưới được mở rộng hoặc
mở rộng từng phân
Lực ly tâm tạo ra các dòng xoáy với tốc độ cao đủ đề tách chất lỏng Tốc độ
cần thiết đề tách ly tâm thay đối từ 3- 20 m/sec và giá trị phố biến từ 6- § m/sec Đa số thiết bị ly tâm có ở hình trụ đứng Tuy nhiên các thiết bị hình trụ ngang
cũng có thể lắp bộ phận tạo ly tâm ở đầu vào để tách sơ cấp và ở đầu ra của khí dé tach lỏng 1.1.3 Chức năng của bình tách Bình tách có 3 chức năng chính là: Chức năng cơ bản, chức năng phụ và chức năng đặc biệt 1.1.3.1 Chức năng cơ bản
Tach dau khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước khỏi dâu
Việc tách khí có thê được bắt đầu khi chất lỏng đi từ vỉa vào giếng, khi di
chuyền trong ống nâng và ống xả Vì vậy có những trường hợp trước khi vào
bình tách dầu và khí đã được tách hoàn toàn, lúc đó bình tách chỉ còn tạo không
gian cho khí và dầu đi theo đường riêng Sự chênh lệch mật độ lỏng — khí nói chung bảo đảm cho quá trình tách dầu, tuy nhiên vẫn cần đến các phương tiện cơ
khí chắng hạn như bộ chiết sương và các phương tiện khác trước khi xả dầu, khí
ra khỏi bình
Tốc độ giải phóng khí ra khỏi dầu là một hàm số biến thiên theo áp suất và nhiệt độ Thể tích khí tách ra khỏi dầu phụ thuộc vào tính chất vật lý và hố học của dầu thơ, áp suất và nhiệt độ vận hành, tốc độ lưu thông, hình dáng kích thước của bình tách và nhiễu yếu tỗ khác Tốc độ lưu thông qua bình và chiêu sâu lớp
chất lỏng ở phần thấp quyết định thời gian lưu giữ hoặc thời gian lắng Thời gian này thường từ I- 3 phút là thoả mãn trừ trường hợp dầu bọt, còn phải tăng lên từ
5- 20 phút tuỳ theo độ ôn định của bọt và kết câu của bình, chung nhất là từ 2- 4
phút, loại 2 pha từ 20 giây đến 2 phút, loại 3 pha từ 2 đến 10 phút, khoảng thời
gian có thể gặp là từ 20 giây đến 2 giờ Hệ thống khai thác và xử lý đòi hỏi phái tách hoàn toàn khí hoà tan, bao gom rung, lac, nhiét, keo tu, lang Nếu đầu có độ nhớt cao hoặc sức căng bề mặt lớn thì phải sử dụng các vật liệu lọc
Trang 12Nước trong chất lưu giếng cần được tách trước khi đi qua các bộ phận giảm
ap nhu van, voi dé ngăn ngừa sự ăn mòn, tạo thành hydrat hoặc tạo thành nhũ
tương bền gây khó khăn cho việc xử lý Việc tách nước thực hiện trong các thiết
bị 3 pha bằng cơ chế trọng lực kết hợp với hoá chất Nếu thiết bị có kích thước
không đủ lớn để tách theo yêu cầu thì chúng sẽ được tách trong các bình tách
nhanh lắp ở đường vào hoặc ra của thiết bị tách có vai trò tách sơ bộ hoặc bố sung Nếu nước bị nhũ hoá thì cần có hoá chất để khử nhũ
1.1.3.2 Chức năng phụ
Duy trì áp suất tôi ưu và mức chất lỏng trong bình tách
Đề thực hiện tốt chức năng cơ bản, áp suất trong bình tách cần được duy trì ở
giá trị sao cho chất lỏng và chất khí thoát theo đường riêng biệt tương ứng vào hệ thông thu gom và xử lý Việc duy trì được thực hiện bởi các van khí cho riêng
mỗi bình hoặc một van chính kiểm soát áp suất cho một số bình
Đề duy trì được áp suất cần giữ được một đệm chất lỏng ở phần thấp của bình tách, nó có tác dụng ngăn khí thoát theo chất lỏng, mức chất lỏng thường được không chế bằng van điều khiến
1.1.3.3 Chức năng đặc biệt
Tách dầu bọt, ngăn ngừa lắng đọng parafin, ngăn ngừa sự han gỉ và tách các tạp chất
Trong một số loại dầu thô các bọt khí tách ra được bọc bởi một màng dầu
mỏng, tạo thành bọt phân tán trong chất lỏng Một số loại khác lại có độ nhớt và
SỨC Căng bề mặt cao, khí tách ra cũng bị giữ lại trong dầu tương tự như bọt Bọt có độ ôn định khác nhau tuỳ theo thành phân và hàm lượng tác nhân tạo bọt có
trong dầu Dầu tạo bọt thường có tỷ trọng thấp hơn 40 độ API, độ nhớt lớn hơn
53 cp và nhiệt độ làm việc thấp hơn 160 độ E Sự tạo bọt làm giảm khả năng tach của thiết bị, các dụng cụ đo làm việc không chính xác, tôn hao thế năng của dầu — khí một cách vô ích và đòi hỏi các thiết bị đặc biệt phá hoặc ngăn ngừa sự tạo bọt theo phương pháp rung, lắc, lắng, nhiệt và hoá học
Các thiết bị tách dầu nhiều paraffin có thể gặp trở ngại do parafin lắng đọng làm giảm hiệu quả và có thể phải ngừng hoạt động do bình hẹp dân hoặc bộ chiết sương có đường dẫn chất lỏng bị lấp Giải pháp hiệu quả có thé dung hoi hoặc
Trang 13dung môi để làm tan paraffữn Tuy nhiên tốt nhất là dùng giải pháp ngăn ngừa
băng nhiệt và hoá chất, phía trong thiết bị sơn phủ một lớp chất dẻo
Tuy thuộc vào điều kiện địa chất của tầng chứa, chất lưu có thể mang theo các tạp chất cơ học như cát, bùn, muối kết tủa với hàm lượng đáng kế Việc tách chúng trước khi chảy vào đường ống là một việc làm rất cần thiết Các hạt tạp
chất với số lượng nhỏ được tách theo nguyên tắc lăng trong các bình trụ đứng
với đáy hình côn và xả cặn định kỳ Muối kết tủa được hoà tan bởi nước và xả
theo đường xả nước
1.2 Câu tạo và nguyên lý hoạt động của bình tách 1.2.1 Cầu tạo chung
Đối với các loại bình tách nói chung thì cấu tạo của bình bao gồm 4 bộ phận chính: Bộ phận tách cơ bản, bộ phận tách thứ cấp, bộ phận lưu giữ chất lỏng, bộ
phận chiết sương
Dưới đây là cầu tạo của một bình tách hình trụ đứng 2 pha:
Trang 14- + - : mo oe \ NS — Í_ Bà“ |p Z⁄ 7 1 - lì = Ky | L8 " wie | 3 4 L an el = H SSO Ệ C eh a ot
Hình 1.7 Sơ đồ cầu tạo của bình tách 2 pha hình trụ đứng 1- Đường vào của hỗn hợp; 5- Bộ phận chiết sương;
2- Tắm lệch dòng: 6- Đường xả khí;
3- Thiết bị điều khiển mức; 7- Van an toàn 4- Đường xả chất lỏng:
1.2.1.1 Bộ phận tách cơ bản A
Đây là bộ phận được lắp ngay trên đường vào của hỗn hợp dâu khí tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình tách Có 2 cách bồ trí bộ phận này là: Bồ trí theo nguyên tắc hướng tâm và bỗ trí theo nguyên tắc ly tâm (tiếp tuyến)
" Nguyên tắc hướng tâm
Nguyên tắc hướng tâm phải tạo được các va đập, thay đổi hướng chuyển
động và tốc độ chuyển động Hỗn hợp dầu khí phải được phân tách tạo rỗi qua các vòi phun và đập vào các tam chặn đề thực hiện quá trình tách cơ bản Hỗn
hợp sản phẩm dầu khí đi vào ống phân tách, qua các vòi phun thì được tăng tốc
và đập vào các tâm chặn, thay đôi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát qua
khe hở giữa các tắm chặn, kết dính lại rồi đi xuống bộ phận tách thứ cấp qua lỗ
Trang 15thoát chất lỏng
" Nguyên tắc lực ly tâm
Hinh 1.8 Binh tach str dụng bộ phận tách cơ bản theo nguyên tắc ly tâm
1- Đầu lốc xoáy; 8- Van diéu tiết;
2- Thanh hướng dòng; 9- Thanh kéo;
3- Bình chứa tầng trên; 10- Hệ thống xả dầu; 4- Các tâm rót dầu; 11- Phao đo mức; 5- Bộ phận thu giữ hạt dầu; 12- Các tắm rót dầu;
6- Vòi phun; 13- Vách ôn định mực chất lỏng;
7- Các vách ngăn dạng nan chớp; 14- Bình chứa tầng dưới
Bộ phận tách cơ bản sử dụng nguyên lý lực ly tâm thường thiết kế hai bình trụ
đồng tâm, dòng sản phẩm hỗn hợp dâu khí sẽ đi vào khoảng không gian giữa 2
bình theo hướng tiếp tuyến với thành bình, dầu có xu hướng bám dính vào thành bình Tùy thuộc vào loại bình tách mà có thể bố trí bộ phận tách co ban cé cau
tạo khác nhau
+ Đối với bình trụ đứng: Sử dụng bộ phận tách cơ bản là hai bình hình trụ
đồng tâm có đường kính không đổi, bình trong có rãnh kiểu nan chớp Khi dòng
hỗn hợp sản phẩm dầu khí đi vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình và
Trang 16chuyên động theo quỹ đạo vòng xoáy, do khí có lực ly tâm bé sẽ đi vào bình trụ trong qua các nan chớp và thoát lên phía trên Còn lại dầu có lực ly tâm lớn hơn
sẽ văng ra và bám dính vào thành bình của bình trụ ngoài, kết đính với nhau và
lắng xuống phía dưới đến bộ phận tách thứ cấp tiếp theo
+ Đối với bình trụ ngang: Cũng sử dụng bộ phận tách cơ bản là hai hình trụ đồng tâm nằm ngang, trong đó bình trụ trong có đường kính thay đỗi (hoặc
sử dụng một phân hình trụ, một phần hình côn) Dòng hỗn hợp sản phẩm dầu khí
đi vào sẽ được hướng theo rãnh hình xoắn ốc để tạo lực ly tâm (tạo xoáy) nhằm
dễ dàng phân ly pha lỏng và pha khí
Ngoài ra còn tách sơ bộ băng đầu xoáy lốc thủy lực
1.2.1.2 Bộ phận tách thứ cấp B
Là phân lắng trọng lực, thực hiện tách bô sung các bọt khí còn sót lại ở phân
A Đề tăng hiệu quá tách các bọt khí ra khỏi dầu, cần hướng các lớp mỏng chất lưu theo các mặt phẳng nghiêng (tâm lệch dòng), phía trên có bố trí các gờ chặn nhỏ, đồng thời phải kéo dài đường chuyên động bằng cách tăng số lượng các tắm lệch dòng tam lệch dòng _ thành bình / Hình 1.9 Tâm lệch dòng 1.2.1.3 Bộ phận lưu giữ chất lỏng C
Là phần thấp nhất của thiết bị dùng để gom dầu và xả dầu ra khỏi bình tách Dầu ở đây có thể là một pha hoặc hỗn hợp dầu — khí tùy thuộc vào hiệu quá làm việc của phần A và phần B, vào độ nhớt và thời gian lưu giữ Trường hợp là hỗn
hợp thì phần này có nhiệm vụ lắng để tách khí, hơi và cả nước ra khỏi dầu
Trang 171.2.1.4 Bộ phận chiết sương D
Là bộ phận được lắp Ở phần cao nhất của bình tách, đây có thể coi là bộ phận
quan trọng nhất quyết định tới hiệu quả tách của bình Nó có nhiệm vụ giữ lại những giọt dầu nhỏ bị cuốn theo dòng khí Dầu thu giữ được ở đây đi theo một đường dẫn xuống dưới phân lưu giữ chất lỏng
Có nhiều loại bộ chiết suong: Kiéu đồng tâm, kiểu nan chớp, dạng cánh, bộ lọc sương
" Bộ chiết sương kiểu đồng tâm
Gồm 3 hình trụ đồng tâm, có lỗ thoát khí ở phía trên cao nhất và thấp nhất của mỗi hình trụ để hướng dòng khí đi lên xuống với trị số tốc độ khác nhau ở mỗi hình trụ trước khi ra đầu xả Các giọt dầu bám vào thành ống sẽ chảy xuống
phan lang
Uw điểm của loại này là chế tạo đơn giản, giá thành thấp, quá trình tách các bụi dầu ra khỏi đòng khí diễn ra nhanh Tuy nhiên nó có nhược điểm là tách các bụi dầu ra khỏi khí chưa triệt đẻ
" Bộ phận chiết Sương kiểu nan chớp
đường khí
vào yy Sy) AB \ x —=— chốt ! 1 ryrry
f
|
gờ bây chat long
Hình 1.10 Bộ chiết sương kiểu nan chớp
Bộ phận chiết Sương kiểu nan chớp là loại được sử dụng khá phô biến bao
gồm các tắm uốn lượn sóng và tam đục lỗ thắng đứng Khí được tách ra từ bộ
Trang 18phận tách cơ bán sẽ bay lên mang theo các bụi dâu đi vào các tấm lượn sóng nam ngang Khí chuyên động theo các khe hở song song giữa các tâm chắn lượn sóng làm cho chiều chuyên động được thay đi liên tục, dầu va đập vào các tâm chắn này và chuyển động chậm hơn khí sẽ dính lại với nhau sau đó va đập vào tam chăn đục lỗ thắng đứng
Các tâm chắn thắng đứng đó sẽ hướng các giọt dầu chảy xuống buông thu chất lỏng và được đưa xuống phân lắng của bình tách qua đường ống dẫn Còn pha
khí đã tách các hạt bụi dầu sẽ tiếp tục đi qua các tắm chăn đục lỗ thang đứng và
ra theo đường xả khí Hiệu quả các quá trình tách các bụi dầu sẽ tăng lên khi trên các tâm lượn sóng nằm ngang có bồ trí thêm các gờ hoặc các cánh phụ
Ưu điểm:
Về cơ bản giống bộ chiết sương kiêu đồng tâm nhưng khá năng tách các bụi dầu khỏi dòng khí tốt hơn Tuy nhiên quá trình tách này vẫn chưa được triệt đề
= Bo phan chiét suong dang canh va dap | N77 canh thep goc Hình 1.11 Bộ phận chiết sương dạng cánh
Bộ chiết sương dạng cánh được cầu tạo từ các tấm thép góc lắp song song Đỉnh của các tắm thép này bố trí hướng lên phía trên, các khe hở được bố trí dé dòng khí chịu va đập, thay đôi hướng, thay đôi tốc độ chuyến động và keo tụ tách pha lỏng ở dạng sương mù ra khỏi pha khí Bộ chiết sương loại này có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp nhưng lại cho hiệu quả tách khá cao
Trang 19" Bộ lọc sương 4 Hình 1.12 Bộ lọc sương 1- Đường khí đi ra; 4- Đường vào của hỗn hợp dâu khí; 2- Các lớp đệm; 5- Đường ra của chất lỏng
3- Giot dau ngưng tụ;
Bộ lọc sương được cẫu tạo từ các lớp đệm, phô biến là các lưới thép, dùng đề
tách sương trong khí thiên nhiên Nó được dùng nhiều trong hệ thống vận chuyên và phân phôi khí khi hàm lượng chất lỏng ở trong khí thấp và chúng tôn
tại ở dạng sương khó tách Các tâm đệm này tạo ra một tập hợp các cơ chế: Va đập, đối hướng, thay đối tốc độ và kết dính để tách chất lỏng khỏi dòng khí Đệm
tạo ra mặt tiếp xúc lớn để gom và keo tụ sương chất lỏng Bộ lọc kiểu này ít
được sử dụng trong các bình tách dầu khí bởi vì đệm keo tụ thường được chế tạo từ vật liệu giòn, dễ hỏng khi vận chuyền và các mắt lưới thép có thể bị lắp nhét
bởi paraffin hoặc các tạp chat
Ngoài ra, với mục đích tách sương từ khí thiên nhiên, người ta đưa vào sử
dụng bộ tách sương dạng sợi hai lớp đệm Lớp dưới gồm sợi đa kích thước và lớp trên là đệm thô một kích thước Lớp dưới bao gồm các sợi thủy tinh siêu
mảnh (cỡ 0,02 mm) được đan với thép không gỉ (cỡ 2.5 mm) sẽ gom các hạt
Trang 20sương từ l1~10 m thành các hạt lớn hơn và giao cho lớp đệm trên, lớp đệm này sẽ tách chúng ra khỏi khí Vy + Am" ELL KKK 4 iat Hình 1.13 Bộ lọc sương 2 lớp
1- Dòng khí có nhiều sương: 4- Xi lanh dẫn chất lỏng: 2- Đệm dày từ sợi thủy tính và thép không gỉ; 5- Khí khô
3- Đệm thưa từ thép khơng gỉ;
Ngồi các bộ phận cơ bản trên thì bình tách còn có những thiết bị phụ trợ khác như: Các loại van, đồng hồ đo, phao báo mức
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bình tách
Nguyên lý hoạt động của bình tách có thê chia ra làm các giai đoạn sau:
" Giai đoạn 1- tách sơ bộ
Khi hỗn hợp chất lỏng đi từ các đầu giếng khai thác vào bình tách qua bộ phân tách cơ bản tại đây thì xảy ra quá trình tách sơ bộ với một loạt các cơ chế
như là: Va đập, ly tâm, thay đối hướng và tốc độ chuyền động làm cho các hạt dầu được tách ra khỏi dòng khí và rơi xuỗng bộ phận tách thứ cấp theo nguyên lý
trọng lực, còn lại thì dòng khí tiếp tục chuyển động lên trên
Trang 21" Giai đoạn 2- tách thứ cấp
Giai doan nay chu yếu xảy ra ở bộ phận tách thứ cấp, tại đây thì các hạt dầu từ
bộ phận tách cơ bản chuyên xuống được dẫn hướng theo đường vòng thông qua các tâm lệch dòng tạo cho chất lỏng được phân lớp, khi đó khí còn đọng lại trong dầu đưới dạng bọt sẽ được giải phóng và chuyền động lên trên, còn lại dòng dầu
tiếp tục đi xuống phân lắng ở đáy bình
" Giai đoạn 3- tách triệt để
G1ai đoạn này xảy ra chủ yếu ở bộ phận triết sương là phân cao nhất của bình, tại đây thì các bụi dầu tồn tại dưới dạng sương mù sẽ được gom lại thông qua
một loạt các cơ chế như: Ly tâm, quán tính, va đập, keo tụ, thấm, thay đôi hướng
và tốc độ chuyên động sau đó thì các hạt dầu sẽ được chuyên xuống phân lắng qua đường ống dẫn riêng, còn lại khí sẽ được đưa ra ngoài qua cửa xả khí
" Giai đoạn 4- Lăng đọng:
Toàn bộ những giọt dầu sẽ được chuyển xuống đáy bình, tại đây xảy ra quá trình lắng đọng và phân lớp rõ ràng (dầu — nước - cặn) sau đó sẽ được đưa ra ngồi thơng qua các cửa xả riêng
1.2.3 Các sự cô thường gặp trong bình tách, biện pháp khắc phục
Trong quá trình làm việc của bình tách thường xảy ra 3 sự cố chính:
+ Chất lỏng bị cuốn ra ngoài theo khí + Mực chất lỏng khơng Ơn định
+ Qué tai chat lỏng
Trang 221.2.3.1 Trường hợp chất lồng bị cuốn ra ngoài theo khí
Bang 1.2 Nguyên nhân và cách khắc phục với trường hợp chất lỏng bị cuốn ra ngoài theo khí Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Lưu lượng khí vào dư nhiêu Kiêm tra lại lưu lượng khí, chỉnh lại theo thiết kế Mực chất lỏng lên vùng khí chưa tách Kiểm tra mực chất lỏng, chỉnh lại thấp hơn thiết kế Các thiết bị tách bên trong bị kẹt đo bụi và nước
Kiếm tra lại nhiệt độ và áp suất tính theo lượng nước được tạo ra Sóng mạnh ở vùng chât lỏng Kiêm tra lại hay cài thêm màng chan ngang Áp suất hoạt động lớn hon ap suat thiết kế Kiém tra ap suat hoat dong, tang luu lượng khí Tỷ trọng chât lỏng (OAPI) cao hơn thiết kế Giảm lưu lượng khí theo tỷ trọng
1.2.3.2 Trường hợp mực chất lỏng không 6n định * Phao bị bao phủ hoàn toàn bởi chất lỏng, để xử lí ta phải thôi ra đường
ống chia độ để lẫy mức đo chính xác Nếu thùng đo ở ngồi thì cần thơi chìm phao xuống xem phao có bị kẹt không Khi ông đo mức chất lỏng và phao kiếm tra xong thì xem phao có bị chìm không, thường xuyên rút chất lỏng ra để phao
ngập 1/2, nhập mực chất lỏng cho các bộ điều khiến
+ Mực chất lỏng thấp dưới phao: Kiểm tra xem phao có bị kẹt không, đóng van tháo lỏng để van chìm 1/2
* Van điều khiển chất lỏng không làm việc, cần tiễn hành các biện pháp sau: + Kiểm tra lại sự hoạt động của van xem đóng mở có đúng không
+ Văn van đóng mở hoàn toàn xem có trở lực không
+ Kiểm tra lưu lượng lỏng để xác định trở lực trong đường ống
Trang 23Phao bị lắc do sóng: Lắp giá bảo vệ phao luôn cân băng để phao làm việc ỗn
định
* Bộ điều khiển mức chất lỏng không tương ứng: Bị thay đối mực chất lỏng
có thê do bộ điêu khiển hỏng, phao thủng hoặc chất lỏng ở đưới phao Ta phải đóng mở van để chất lỏng dao động băng chiều dài của phao, nếu bộ điều khiển
không tương ứng sẽ làm rơi phao 1.2.3.3.Trường hợp quá tải chất lỏng
Bảng 1.3 Nguyên nhân và cách khắc phục đối với trường hợp quá tải chất lỏng
Nguyên nhân Cách khắc phục
Lưu lượng các dòng cao Chỉnh lại đúng thiết kế
Nhiệt độ thấp hơn thiết kế Tăng nhiệt độ tách
Kiểm tra áp suất rơi (sụt áp) hoặc
Bộ ngưng tụ, bộ lọc bi tặc phục hồi sửa chữa, tây rửa bộ ngưng tụ hoặc thay thế
Trang 24
Chương 2 TÍNH TỐN CHO BÌNH TÁCH 2.1 Phương pháp tính toán chung 2.1.1 Tính toán kích thước bình tách 2.1.1.1 Tính đường kính Đường kính của bình tách được tính theo công thức: m GF : (CA; — Pz)-Pz d =0,0188 p2 (2.1) Trong đó:
m: Lưu lượng khối lượng (kg/giờ);
E„: Là hệ số kế đến hình dáng và điều kiện làm việc của bình tách
Với bình tách đứng F„= 0,10 - 0,167 Với bình tách ngang E„ = 0,35 - 0,707 p¡: Là khối lượng riêng của dau, kg/m’ p,: La khối lượng riêng của khí, kg/m’
F: Là hệ số trong bình tách, được tính theo bảng dưới đây: Bảng 2.1 Hệ số F của bình tách h/d F h/d F 0,00 1,000 0,30 0,748 0,05 0,981 0,35 0,688 0,10 0,948 0,40 0,626 0,15 0,906 0,45 0,564 0,20 0,858 0,50 0,500 0,25 0,804 0,55 0,436
Gia tri cua F„ trong công thức (2.1) là một biến độc lập thực nghiệm Các yếu
tô ảnh hưởng đến giá trị của F„:
+ Tỷ số chiều dài trên đường kính L/D
+ Kiểu dáng các chỉ tiết bên trong + D6 sau muc chat lỏng
Trang 25+ Khuynh hướng tạo bọt của dầu
+_ Sự chuyển động ồn định của dòng khí + Tỷ lệ pha khí trên pha lỏng
+ Sự hiện diện của các chất liệu khác
Trong đó yếu tố L/D ảnh hưởng tới F„ nhiều nhất Việc sử dụng ống nan
dòng, tâm chắn làm lệch dòng và các thiết bị đặc biệt ở cửa vào sẽ làm tăng giá
trị của F„ và công suất của bình tách
Lưu lượng khôi lượng được tính theo công thức:
m= (T-K,.P).0,.£L (2.2)
Pp &
K, : La hé số khí hòa tan trong dau, (K,= 1,0565.10° m’/m’ Pa)
Trang 26S: Giới hạn bên của vật liệu chế tạo bình, (S= 1500+ 1800 kG/cm; )
C: Chiều đày dự phòng có kế đến hao mòn do han gi, (C= 2,5+ 3,2 mm) “Chiêu dày đáy bình
Được xác định theo công thức:
b= Pd +C,
2.ES-P
ra: Chiêu dày đáy bình tách, (cm)
C,: Chiéu day dy phòng ăn mòn đáy bình, (Cạ= 0,42 cm) (2.5) 2.1.2 Tính tốn các thơng số làm việc của bình tách 2.1.2.1 Tính thể tích Thể tích của bình tách được xác định bởi công thức: y=_— 24.3600 F.p, 1C
Q,: Công suất của bình tách, (kg/ngày đêm) t: Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình, (giây) 2.1.2.2 Tính công suất tách
Công thức tính công suất của bình tách là:
@,=3600.v_.0, (2.7)
vz: Wan toc khi lớn nhất cho phép, (m/) Q„: Công suất tách của bình, (kg/h)
Công suất bình tách phụ thuộc vào các yếu tố:
= Kich thước của bình tách
“ Hình dáng và các thiết bị bên trong bình tách
(2.6)
"SỐ giai đoạn tách
= Nhiét d6 va ap suat trong binh
= Tinh chat ly, hoá của dầu = Ty s6 dau/ khi trong chat lưu
“ Kích thước và phân bỗ các phân tử chất lỏng trong khí ở cửa vào của bình “ Mức chất lỏng được duy trì trong bình tách
= Ham lượng tạp chất có trong dầu
Trang 27“" Khuynh hướng tạo bọt của dau
Trong các yếu tố trên thì 2 yếu tố: Tính chất lý, hoá của dầu và kích thước, phân bố các phân tử chất lỏng trong khí ở cửa vào của bình tách là rất cần thiết
cho việc xác định chính xác kích thước của bình tách để cho hiệu suất cao nhất
nhưng cũng rất khó xác định đầy đủ và chính xác Trong bình tách đứng, những
phân tử chất lỏng tách khỏi khí, rơi xuống sẽ gặp sự cản trở của khí bay lên
Trong bình tách ngang các phân tử lỏng bay ngang qua bình như quỹ đạo của viên đạn băn từ lòng súng Qua đó cho thấy bình tách ngang sẽ tách được một lượng chất lỏng lớn hơn so với bình tách đứng với cùng một kích thước Điều
này đúng khi mức chất lỏng trong bình tách phải duy trì ở một mức thích hợp để tránh hiện tượng khí mang theo dầu khi mức chất lỏng trong bình quá cao
Vận tốc khí lớn nhất trong bình tách cho phép sự tách sương khỏi khí, được tính theo công thức Stock:
v, = F, (Li “e08 (2.8)
Pg
2.1.2.3 Tính thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình tách
Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình là thời gian giới hạn cho khí thoát ra khỏi pha lỏng Thông số này không có trong công thức tính kích thước của bình tách
Xác định thời gian lưu giữ chất lỏng là cách gián tiếp để xác định thể tích
của bình tách cân thiết để kiếm soát được dòng chảy có lưu lượng cho trước Thể tích bình tách bằng lưu lượng của bình nhân với thời gian lưu giữ chất lỏng Với bình tách cho trước, thê tích lỏng cần thiết ảnh hưởng nhiều hơn đến kích thước của bình so với lưu lượng khí Điều này đúng cho các bình tách lớn với tỷ số dầu - khí thấp Ta có công thức tính thời gian lưu giữ chất lỏng ( thời gian lắng): y - 2! 1440 Vị: Phần thể tích chất lỏng cần thiết của bình tách, (m°) t: Thời gian lưu giữ thiết kế, (phút) (2.9)
Q:: Lưu lượng chất lỏng qua bình, (m”/phứt)
Trang 28Từ công thức (2.9) suy ra công thức tính thời gian lưu giữ chất lỏng là:
,_ 14401,
Ó,
(2.10)
Thời gian lưu giữ bị ảnh hưởng bởi thành phan bọt, sự hiện diện của các
chất rắn và nhũ tương Thời gian lưu giữ chất lỏng là thông số rất quan trọng trong bình tách, ở đó các phản ứng hoá học có thể xảy ra Thời gian lắng được thể hiện trong các bảng dưới đây: Bảng 2.2 Thời gian lắng Dâu - khí tự nhiên 1 - 3 phút Dâu nghèo 10 - 15 phút Xử lý phân đoạn 8 - 15 phút Trong binh lam lanh 4-7 phút
Tiéu chuan API 12J ding cho binh tach dau va khi:
Trang 292.1.3 Tính toán bền cho bình tách Hình 2.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên bình tách = Luc F tac dung lén 2 đầu bình tách được tính theo công thức: z.DÉ.P 4
F: Lực tác dụng lên 2 dau binh tach, (KN)
Dt: Duong kinh trong cua binh tach, (mm)
F= (2.11)
P: Ap suat lam viéc cua binh tach, (at)
= Dién tich chiu lực f tính theo đường kính trong của bình:
f=zx.Dt.r (2.12)
“_ Ứng suất cho phép của bình
b f Ar
r: Chiéu day thanh binh tach, (mm)
Trang 30Dc: Là đường kính trung bình của binh tach, (mm) Ứng suất tại mối hàn:
_N _PDeL PDc
o,.= = =
”"ụT 2yL 2r (2.15)
So sanh giita oy VỚI Gmn ta thay Opt << Om Vi vay khi kiểm toán bền cho bình ta
dựa vào Gan Irong thực tê thì thay thê băng ơụ: có kê tới hệ sô bê của môi hàn 2.2 Ap dung cho binh tach C2 ở mỏ Bạch Hồ
2.2.1 Tinh céng suat: Q,
Để có được các giá trị cần tính toán ta phải đi tìm giá trị h/d bang cach tinh
cân bằng pha trong bình tách Đề tính cân bằng pha ta phải làm tuần tự như sau:
Với một lượng sản phẩm dầu - khí biết trước, khi ở áp suất và nhiệt độ bình
tách thì chúng được tách thành 2 pha: Lỏng - hơi và giữa 2 pha này có sự cần bằng Ta cần phải tính được thể tích của từng pha là hàm lượng mol tồn tại ở
trạng thái lỏng và khí của mỗi cấu tử Muốn vậy trước hết phải biết hàm lượng mol của từng cẫu tử trong hỗn hợp ban đầu (bảng 2.4)
- Gọi thành phần thể tích pha lỏng, hơi lần lượt là Vị, Vụ - Xét một Kmol hỗn hợp sản phẩm, ta có hệ phương trình sau: VitVi = 1 Y= (2.16) SZ,- ¡=l Z, = Xj Vit Yi Vi Trong đó: X,, Y¡, Z¡: Lần lượt là hàm lượng mol của các cấu tử ở trạng thái lỏng, pha khí và trong hỗn hợp Từ công thức (2.16) => Z¡= X (lI-Vụ)+ K,.X;.Vụ (2.17)
Với K.' Là hê số cân bi ới K;: Là hệ sô cân bắng => X= > AT KD 2
Trang 31Từ ừ 2 hệ thức của X; ta có : =1+P,(K,—1) 2 hệ thức của X;ta có: }— ——- =1 (2.18)
Với điều kiện nhiệt độ và áp suất làm việc của bình tách ta sẽ xác định
được giá trị của K; và từ đó sẽ xác định được giá trị của Vụ
Bảng 2.4 Các thành phân dầu mỏ trong mỏ Bạch Hỗ
Cầu Thành phân dâu Hệ sô cân Thành Thành
STT tử vỉa băng phan long | phan hoi
% mol (Ki) (Xi) (Yi) 1 Nạ 0,292 86,90 0,006 0,521 2 | CO; 0,093 6,77 0,002 0,135 3 C¡ 46,193 16,26 4,860 78,521 4 Ca 8,636 2,87 4,228 12,134 5 C3 5,423 0,98 5,757 5,642 6 | IC, 1,479 0,40 2,226 0,890 7 | NC, 2,308 0,30 3,871 1,161 8 | ICs 0,870 0,14 1,671 0,234 9 | NCs 0,991 0,11 1,692 0,186 10 | Cẹ 1,298 0,05 2,760 0,138 11 | G 32,417 0,006 72,927 0,438 Lây các số liệu từ bảng 2.4 thay vào công thức (2.18) và cho ¡ chạy từ 1+11 ta được phương trình: 022 0093 46193 866 5423 1479 2,308 1+V,.85,9 14V,.5,77 14+V,.15,26 1+V,187 1-V,.0,02 1-V,.0,6 1-V,.0,7 0,87 0,991 1,298 32,417 + + + + = 1-V,.0,86 1-V,.0,89 1-V,.0,95 1-V,.0,994 > Vi = 0,55 > V,= 0,45
Vậy tỉ số h/d = 0,45 Tra bảng 2.1 ta được F = 0,564
Vì ta tính cho bình tách ngang nên chọn F,=0,4
Trang 32Dòng chất lưu vào: + Dau: 208737 kg/h + Khí: 1604 kg/h
Khối lượng riêng của dầu ở 20 °C: pị = 833 kg/m Khối lượng riêng của khí ở đktc: Py = 1,034 kg/m’
Tỷ lệ khí trong hỗn hợp: T = 7,6.107 Áp suất làm việc của bình: P = 1,5 atm
Nhiệt độ làm việc của bình: T = 55°C
Hệ số khí hoà tan trong dau: K, = 1,0565.10° m’/m’.Pa
Từ công thức (2.8) ta tính được vận tốc khí lớn nhất cho phép là: —; v, =F (fife ———*)* Pg —a„ 04C ng - ) /833—1,034 0,5 _ 11,35 (m/s) Công suất bình tách được tính theo công thức (2.7): Q, = 3600.11,35.1,034 = 42249,24 (kg/h) 2.2.2 Tinh thé tich: V Với chất lưu tách là dầu và khí thiên nhiên nên dựa vào bảng 2.2 và 2.3 ta lay thời gian lắng là 2 phút Vậy ta tính được thể tích của bình theo công thức (2.6) là: 42249,24.120 _ 24.3600.1,034.0,564 2.2.3 Tính đường kính d và chiều dài L
Từ thể tích và công suất ta tính được lưu lượng khối lượng m
Trang 33Từ đó ta tính được chiều dài của bình L theo công thức (2.3): 4.100,6
_ 314,727
2.2.4 Tính chiêu dày cho thành và đáy bình
Chiều dày thành bình được xác định theo công thức (2.4): Y= Pd +C 2ES — P Ta lay E= 1; S = 1800 kG/cm,)= 183,67 kg/cm); C = 3 mm = 0,3 cm; P= 1,5 atm ~ 1,5 kg/cm 1,5.372 2.183,67—1,5 Chiều dày đáy bình tính theo công thức (2.5) ta lay C, = 0,42 cm: 1,5.372 ~ 2.183,67—1,5 2.2.5 Tính bền cho bình tách Lực F tác dụng nên 2 đầu bình tách tính bởi công thức (2.11): _ 3,14.3,727.1,5.101, 325 4 Diện tích chiu luc f tinh theo cong thire (2.12): f= 3,14.3,72.0.0183 = 0,214 (m°) Ứng suất cho phép xác định theo công thức (2.13): = 9,26 (m) Vay r= + 0,3 = 1,83 (cm) T2 + 0,42 = 1,95 (cm) F = 1651 (KN) — 1651 _ 2 Ont = 0,214 7715( KN/m) 4 A - Ae ` L4 A z ye D +Ð Ứng suật tại môi han oy, tính theo công thức (2.15): với D, =— _ 1,5.101,325.(3,72+3,7383) 4.0,0183 Ta thây ứng suất tại mỗi hàn lớn hơn rất nhiêu ứng suất cho phép của bình nên Ơnmh = 15486 (KN/m2)
khi kiểm toán bên ta lay theo giá trị Gm
Trang 34Chương 3
THIẾT BỊ ĐIÊU KHIỂN TRONG BÌNH TÁCH DẦU KHÍ
3.1 Tổng quan về thiết bị điều khiến
Từ xa xưa con người đã nghĩ tới việc phát minh ra các loại máy móc, công cụ
để làm việc thay thế và phục vụ cho những nhu cầu sinh hoạt của loài người Từ những yêu cầu đó mà lần lượt các thiết bị tự động đã ra đời như : Máy công cụ,
máy tính điện tử, người máy Tuy nhiên vấn đề đặt ra là quá trình điều khiển và sử dụng các loại máy móc, thiết bị đó ra sao đề đạt được hiệu quả cao nhất
Trong ngành kĩ thuật nói chung và công nghiệp dầu khí nói riêng thì vẫn đề tự động hóa cũng là một vẫn đề cấp bách đặt ra với cán bộ và công nhân viên trong toàn nghành Việc năm bắt, hiểu rõ các đặc tính kĩ thuật, nguyên lý hoạt động, quả trình sử dụng, vận hành và bảo dưỡng thiết bị sao cho đạt hiệu quả cao nhất
là một điều cần thiết đôi với người sử dụng
Thiết bị điều khiển trong nghành dầu khí có thể kế đến là các loai van (PCV,
LCV ), các loại cảm biến (cảm biến áp suất, cảm biến mức, cảm biến nhiệt
độ ) và một số thiết bị phụ trợ khác như: đồng hồ đo, các bộ đo khác, phao báo
mức, PLC, các bộ biến đổi tín hiệu
3.2 Các loại thiết bị sử dụng trong công tác điều khiến bình tách 3.2.1 Các loại van
Van sử dụng trong công tác điều khiển bình tách bao gồm nhiều loại:
® Van thơng thường: Van câu, van bi, van bướm, van cửa
® Van an toàn
e Van điều khiến áp suất và điều khiển mức: PCV, LCV 3.2.1.1 Van thông thường
e Van cầu (globe valve)
Cầu tạo của van cầu được thê hiện trên hình 3
Khi ta xoay bánh điều khiển 1 thi thông qua cần van 2 và ô định hướng 3 truyền
lực xuông thân và đâu cân vặn tác động tới mặt câu của van làm xoay mặt câu
Trang 35tới vị trí cân điêu khiên tùy thuộc vào yêu câu mà van có thê đóng hồn tồn hoặc khơng hoàn toàn
Hình 3.1 Van cầu
1- Banh điều khiển; 2- Cần van; 3- Ô định hướng; 4- Thân và đầu cần vặn; 5- Ông đệm; 6- E cu;
7- Thanh dan; 8- Dia van; 9- Mat bich;
10- Vòng lắp quả cầu van;
Van cầu cũng có thể sử dụng thiết bị điều khiến đề điều chỉnh bằng cách thay thế bánh điều khiến 1 bằng một cơ cấu điều khiến
Trang 36e Van bi (ball valve)
Hinh 3.2 Van bi
Câu tạo của van bi gân giông với van câu chỉ khác ở chô bị van của van bi la một hình cầu thủng 2 đâu còn ở van cầu bi van có hình bán cầu
Lỗ thủng của van bi có đường kính bằng đường kính ống được thiết kế rất khít với thành van Thành van được tráng 1 lớp teflon, khi mở thì lỗ cầu xoay tạo với 2 đầu van 1 lỗ hở cho dòng đi qua, còn khi đóng thì cầu được điều chỉnh xoay ngang bịt kín đường ống
e Van cua (gate valve)
Cau tao chi tiét của van cửa được thê hiện dưới hình 3.3 Van cửa được chia ra làm 2 loại là: Van cửa một chiều và van cửa hai chiêu, tùy vào mục đích sử
dụng
Trang 37Hình 3.3 Van cửa
e Van budém (butterfly)
Hình 3.4 Van bướm
Cấu tạo của van bướm rất đơn giản Bao gồm một đĩa van chia thành 2 nửa hình bán nguyệt có thể xoay quanh trục nằm ngang để đóng mở dòng chảy một cách dễ dàng
Trang 38Ngoài những loại van như ở trên thì còn rất nhiều loại van đang được sử dụng
trong ngành dâu khí hiện nay 3.2.1.2 Van an toàn (safe valve)
Van an toàn là loại van cực kì quan trọng nó có vai trò đảm bảo an toàn cho nguoi va thiét bị Trạng thái hoạt động bình thường của van an toàn là thường
đóng (thường mở) và chỉ khi nào xảy ra sự cỗ (áp suất quá cao, mực chất lỏng
vượt quá qui định, nhiệt độ quá lớn ) thì van mở ra hoặc đóng lại để đưa thiết
bị về trạng thái hoạt động bình thường hoặc ngừng hoạt động ngay lập tức
3.2.1.3 Van điều khiển áp suất và điều khién mirc (PCV, LCV)
Van PCV, PLC thường được lắp trên các đường ống công nghệ (dầu, nước, gas, condensade ) có nhiệm vụ điều chỉnh mức và áp suất trong đường
ống hoặc trong bình tách (tùy theo mục đích sử dụng) Van được bảo dưỡng định
kì hàng năm hoặc khi có sự cô hư hỏng bất thường
Cầu tạo của van được mô tả trong hình 3.5
]- Nap mang ngan; 2, 3- Dia kim loại;
4- Dau vao khi diéu khién; 5- Lo xo;
6- Ti van trén; 7- Đề lò xo;
§- Chỉ tiết điều chỉnh lò xo; 9- Đầu nối tỉ van;
10- Thân van; I1- Đĩa chỉ thị độ đóng mở của van;
12- Thang chia; 13- Ti van dudi; 14- Dai 6c liên kêt phân trên và phân dưới van;
15- La van; 16- Dai ốc thân van
Trang 39> ae Lẻ — VI 10
Hình 3.5 Câu tạo của van điều khiển
Trang 40Nguyên lý hoạt động: Lá van có thê chuyên động dưới tác dụng của cơ câu dẫn động và làm kin voi dé van bằng mặt côn Đối với van thường mở, khi chưa
cấp khí thì màng ngăn nằm ở giới hạn trên, van ở trạng thái mở hoàn toàn Dưới
tác dụng của áp suất khí màng ngăn chuyền động xuống giới hạn dưới kéo theo ti van và lá van xuống dưới, lúc này van ở trạng thái đóng Khi màng ngăn chuyển động xuống đến giới hạn dưới, van sẽ ở trạng thái đóng hoàn toàn Trong quá
trình màng ngăn chuyển động xuống dưới, lò xo bị nén lại, lực đàn hồi của lò xo
hướng lên trên Khi áp lực của khí nén lên màng ngăn nhỏ hơn lực đàn hồi của lò xo, màng ngăn sẽ chuyên động lên giới hạn trên, van sẽ ở trạng thái mở Đối với van thường đóng hướng của lực tác dụng lên màng ngăn hoàn toàn ngược lại với van thường mở Khi chưa cấp khí van ở trạng thái đóng hoàn toàn dưới tác dụng
của lực đàn hồi của lò xo
Van có thể được điều khiển nhờ các cơ câu dẫn động bằng tay Lúc này lực
tác dụng của khí nén được thay thế bằng các lực cơ học
3.2.2 Các loại cảm biến 3.2.2.1 Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị nhiệt điện trở được gắn vào đường ống, khi nhiệt độ càng cao thì điện trở nhiệt có trị số càng giảm (điện trở thay đỗi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ) Sự thay đôi nhỏ này được đưa vào mạch điện tử để khuếch đại lên
Do vậy dòng điện đi qua sẽ thay đôi tuyến tính với nhiệt độ dòng chất lưu
(khi nhiệt độ tắng thì cường độ dòng điện tăng và ngược lại), điện áp nguồn cấp
cho bộ cảm biến là 24 VDC từ máy phát hoặc nguồn nuôi
Cảm biến nhiệt độ dựa trên nguyên lý: Điện trở của kim loại tăng lên khi