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

LỜI MỞ ĐẦU

Trải qua hơn 30 năm hình thành và phát triển, ngành dầu khí việt nam ngàycàng lớn mạnh và đã khẳng định được vị trí của mình trên trường quốc tế Sựphát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe hơn vềnguồn nhiên liệu, đòi hỏi ngành công nghiệp dầu khí phải luôn luôn vận động hếtmình, không ngừng nghiên cứu và áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cảitiến công nghệ để nguồn nhiên liệu sản suất ra đáp ứng được những yêu cầu đó Ngành Thiết Bị Dầu Khí chính là ngành cầu nối giữa khoa học kĩ thuật vớicông 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 thunhững 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 và thiết

kế đồ án, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh và các thầy, côtrong bộ môn cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành cuốn đồ án tốtnghiệp này, đồng thời tiếp thu thêm được nhiều kiến thức bổ ích

Tuy nhiên, do kinh ngiệm nghiên cứu và kiến thức còn nhiều hạn chế, nênmặc dù được thầy giáo hướng dẫn nhiệt tình và bản thân đã hết sức cố gắng,nhưng đồ án của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhậnđược sự chỉ dẫn, đóng góp của các thầy, 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, côtrong bộ môn và các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 6/5/2011

Sinh viên

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ 1.1 Khái niệm, phân loại, chức năng của bình tách

Các thiết bị chỉ dùng để tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) ra khỏi khíthường có tên gọi là bình nốc ao (knock out) hoặc bẫy Nếu thiết bị tách nước lắpđặt gần miệng giếng thì khí và dầu thoát ra đồng thời còn nước tự do thoát ra ởphần đáy bình Ở các bình tách lỏng cho phép tách tất cả chất lỏng ra khỏi khí,dầu và nước thoát ra ở phần dưới của bình, còn khí thoát ra ở phần trên đỉnh củabình Như vậy thuật ngữ nốc ao để chỉ nhiệm vụ tách nhanh chất lỏng ra khỏi khícủa bình tách

Thiết bị tách truyền thống làm việc ở áp suất thấp thường gọi là buồngFlat Chất lưu vào là từ các bình tách cao áp, chất lưu đi ra được chuyển tới các

bể chứa, nên chúng thường đóng vai trò là bình tách cấp hai hoặc cấp ba, cónhiệm vụ tách khí nhanh

Các bình tách bậc một làm việc ở các trạm tách nhiệt độ thấp hoặc táchlạnh thường gọi là bình giãn nở Đối với loại bình này thì được trang bị thêmnguồn nhiệt để nung chảy hydrat hoặc cũng có thể bơm chất lỏng phòng ngừahydrat 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 chấtlưu chứa ít chất lỏng hơn so với chất lưu của giếng khí và giếng dầu, thườngdùng trên các tuyến ống phân phối, thu gom, được chế tạo theo kiểu lọc khô vàlọc ướt Loại lọc khô có trang bị bộ chiết sương, phổ biến là kiểu keo tụ và cácchi tiết phía trong tương tự như bình tách dầu khí Đối với loại lọc ướt thì dònghơi đi qua một đệm lỏng (có thể là dầu) để rửa sạch bụi bẩn và tạp chất, sau đó

qua bộ chiết sương để 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 Phân 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 Phân loại theo chức năng

Tùy theo từng chức năng của bình tách mà có thể phân loại như sau:

- Tách lỏng: Dùng để tách chất lỏng, dẫn dầu và nước khỏi khí Nước vàdầu 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 tách nhiệt độ thấp hoặctách lạnh Bình tách này có thể được lắp thiết bị gia nhiệt có tác dụng làm chảyhydrat (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 chấtlưu đi từ vỉa lên không liên tục mà thay đổi) của chất lỏng Bình làm sạch khíkiểu khô dùng thiết bị tách sương và thiết bị bên trong thì giống bình tách dầu Bình làm sạch khí kiểu ướt hướng dòng khí qua bồn chứa dầu hoặc các chấtlỏng khác để làm sạch bụi và các tạp chất khác còn lại khỏi khí Khí được đưaqua 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 tổ hợp thiết bị táchkhí để bảo vệ nó khỏi chất lỏng hay nước

-Thiết bị lọc: Được coi như một bình làm sạch khí kiểu khô đặc biệt nếuđược dùng ban đầu để tách bụi khỏi dòng khí Thiết bị lọc trung bình thườngđược dùng trong bồn chứa để tách bụi, cặn đường ống, rỉ và các vật liệu kháckhỏi 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 cầu

 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)

Hình 1.1 Bình tách hình trụ đứng 2 pha

1- Cửa vào của hỗn hợp; 2- Bộ phận tạo va đập;

3- Bộ phận chiết sương; 4- Đường xả khí;

5- Đường xả chất lỏng

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 dầu

2- Bộ phận tạo va đập; 5- Đường xả nước;

3- Bộ phận chiết sương; 6- Đường xả dầu

 Bình tách hình cầu: Thường có đường kính từ 24- 72 in, gồm có 2 loại:

- Bình tách hình cầu 2 pha (dầu – khí).

- Bình tách hình cầu 3 pha (dầu – khí – nước)

Hình 1.5 Bình tách hình cầu 2 pha1- Bộ phận ly tâm - kiểu thiết bị thay đổi hướng cửa vào;

Hình 1.6 Bình tách hình cầu 3 pha1- Thiết bị đầu vào;

2- Bộ phận chiết sương;

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;

8- Van xả nước tự động

Bảng 1.1 So sánh ưu nhược điểm của các loại bình tách

STT Các chỉ tiêu chính

Bình tách hình trụ ngang

Bình tách hình trụ đứng

Bình tách hình cầu

1 Hiệu quả tách 1 2 3

2 Sự ổn định của chất lưu 1 2 3

3 Khả năng thích ứng với sự thay

đổi điều kiện

31

22

12 Tiện lợi cho việc kiểm tra, bảo

Chú thích:

1: Tốt nhất; 2: Trung bình; 3: Kém

1.1.2.3 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

hồ để đo tiềm năng dầu, khí, nước, thử định kỳ các giếng khai thác hoặc thử cácgiếng 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 cầu

- Bình tách đo: Có nhiệm vụ tách dầu, khí , nước và đo các chất lưu có thểthực hiện trong cùng một bình, các kiểu thiết kế đảm bảo đo chính xác các loạidầu khác nhau, có thể 2 hoặc 3 pha Ở loại 2 pha, sau khi tách chất lỏng được đo

ở phần thấp nhất của bình Trong thiết bị tách 3 pha có thể chỉ đo dầu hoặc cảdầu lẫn nước Việc đo lường được thực hiện theo giải pháp: Tích luỹ, cách ly và

xả vào buồng đo ở phần thấp nhất

Với dầu nhiều bọt hoặc độ nhớt cao, thường không đo thể tích mà đo trọnglượng 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 suấtcao chảy vào bình qua van giảm áp sao cho nhiệt độ bình tách giảm đáng kể thấphơn nhiệt độ chất lỏng giếng Sự giảm thực hiện theo hiệu ứng Joule - Thomsonkhi giãn nở chất lỏng qua van giảm áp nhờ đó xảy ra sự ngưng tụ Chất lỏng thuhồi lúc đó cần phải được ổn định để ngăn bay hơi thái quá trong bể 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 phần chấtlưu Các bình tách loại này ở cửa vào không thiết kế các bộ phận tạo va đập, lệchdòng hoặc đệm chắn Còn ở cửa ra của khí có lắp đặt bộ phận chiết sương

- Nguyên lý va đập hoặc keo tụ: Gồm tất cả các thiết bị ở cửa vào có bố trí cáctấm chắn va đập, đệm chắn để thực hiện tách sơ cấp.

- Nguyên lý tách ly tâm: Có thể dùng cho tách sơ cấp và cả thứ cấp, lực ly tâmđược tạo ra theo nhiều phương án:

+ Dòng chảy vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình

+ Phía trong bình có cấu tạo hình xoắn, phần trên và dưới được mở rộng hoặc

Tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước khỏi dầu

Việc tách khí có thể được bắt đầu khi chất lỏng đi từ vỉa vào giếng, khi dichuyển trong ống nâng và ống xả Vì vậy có những trường hợp trước khi vàobình tách dầu và khí đã được tách hoàn toàn, lúc đó bình tách chỉ còn tạo khônggian cho khí và dầu đi theo đường riêng Sự chênh lệch mật độ lỏng – khí nóichung bảo đảm cho quá trình tách dầu, tuy nhiên vẫn cần đến các phương tiện cơkhí chẳng 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 vànhiệt độ Thể tích khí tách ra khỏi dầu phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá họccủa dầu thô, áp suất và nhiệt độ vận hành, tốc độ lưu thông, hình dáng kích thướccủa bình tách và nhiều yếu tố khác Tốc độ lưu thông qua bình và chiều sâu lớpchất lỏng ở phần thấp quyết định thời gian lưu giữ hoặc thời gian lắng Thời giannày thường từ 1- 3 phút là thoả mãn trừ trường hợp dầu bọt, còn phải tăng lên từ5- 20 phút tuỳ theo độ ổn định của bọt và kết cấu 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 thờigian có thể gặp là từ 20 giây đến 2 giờ Hệ thống khai thác và xử lý đòi hỏi phảitách hoàn toàn khí hoà tan, bao gồm rung, lắc, nhiệt, keo tụ, lắng Nếu dầu có độnhớt cao hoặc sức căng bề mặt lớn thì phải sử dụng các vật liệu lọc.

Nước trong chất lưu giếng cần được tách trước khi đi qua các bộ phận giảm

áp như van, vòi để ngăn ngừa sự ăn mòn, tạo thành hydrat hoặc tạo thành nhũtương 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 thướckhông đủ lớn để tách theo yêu cầu thì chúng sẽ được tách trong các bình táchnhanh lắp ở đường vào hoặc ra của thiết bị tách có vai trò tách sơ bộ hoặc bổsung Nếu nước bị nhũ hoá thì cần có hoá chất để khử nhũ

1.1.3.2 Chức năng phụ

Duy trì áp suất tối ưu và mức chất lỏng trong bình tách

Để thực hiện tốt chức năng cơ bản, áp suất trong bình tách cần được duy trì ởgiá trị sao cho chất lỏng và chất khí thoát theo đường riêng biệt tương ứng vào

hệ thống thu gom và xử lý Việc duy trì được thực hiện bởi các van khí cho riêngmỗi bình hoặc một van chính kiểm soát áp suất cho một số bình

Để duy trì được áp suất cần giữ được một đệm chất lỏng ở phần thấp củabình tách, nó có tác dụng ngăn khí thoát theo chất lỏng, mức chất lỏng thườngđược khống chế bằng van điều khiển

có độ ổn định khác nhau tuỳ theo thành phần và hàm lượng tác nhân tạo bọt cótrong 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 F Sự tạo bọt làm giảm khả năng táchcủa thiết bị, các dụng cụ đo làm việc không chính xác, tổn hao thế năng của dầu

– khí một cách vô ích và đòi hỏi các thiết bị đặc biệt phá hoặc ngăn ngừa sự tạobọt 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 đọnglàm giảm hiệu quả và có thể phải ngừng hoạt động do bình hẹp dần hoặc bộ chiếtsương có đường dẫn chất lỏng bị lấp Giải pháp hiệu quả có thể dùng hơi hoặcdung môi để làm tan paraffin Tuy nhiên tốt nhất là dùng giải pháp ngăn ngừabằng nhiệt và hoá chất, phía trong thiết bị sơn phủ một lớp chất dẻo

Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của tầng chứa, chất lưu có thể mang theo cáctạp chất cơ học như cát, bùn, muối kết tủa với hàm lượng đáng kể.Việc táchchúng trước khi chảy vào đường ống là một việc làm rất cần thiết Các hạt tạpchất với số lượng nhỏ được tách theo nguyên tắc lắng trong các bình trụ đứngvới đáy hình côn và xả cặn định kỳ Muối kết tủa được hoà tan bởi nước và xảtheo đường xả nước

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình tách

1.2.1 Cấu tạo chung

Đối với các loại bình tách nói chung thì cấu tạo của bình bao gồm 4 bộ phậnchính: Bộ phận tách cơ bản, bộ phận tách thứ cấp, bộ phận lưu giữ chất lỏng, bộphận chiết sương

Dưới đây là cấu tạo của một bình tách hình trụ đứng 2 pha:

Theo hình dáng của bình từ trên xuống:

D: Bộ phận chiết sương;

A: Bộ phận tách cơ bản;

B: Bộ phận tách thứ cấp;

C: Bộ phận lưu giữ chất lỏng

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo của bình tách 2 pha hình trụ đứng

1- Đường vào của hỗn hợp; 5- Bộ phận chiết sương; 2- Tấm 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 dầu khí tham gia

vào giai đoạn đầu của quá trình tách Có 2 cách bố trí bộ phận này là: Bố trí theonguyên tắc hướng tâm và bố 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 chuyểnđộng và tốc độ chuyển động Hỗn hợp dầu khí phải được phân tách tạo rối quacác vòi phun và đập vào các tấm chặn để thực hiện quá trình tách cơ bản Hỗnhợp sản phẩm dầu khí đi vào ống phân tách, qua các vòi phun thì được tăng tốc

và đập vào các tấm chặn, thay đổi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát quakhe hở giữa các tấm chặn, kết dính lại rồi đi xuống bộ phận tách thứ cấp qua lỗ thoát chất lỏng

 Nguyên tắc lực ly tâm

Hình 1.8 Bình tách sử dụng bộ phận tách cơ bản theo nguyên tắc ly tâm1- Đầu lốc xoáy; 8- Van điều tiết;

2- Thanh hướng dòng; 9- Thanh kéo;

3- Bình chứa tầng trên; 10- Hệ thống xả dầu;

4- Các tấm rót dầu; 11- Phao đo mức;

5- Bộ phận thu giữ hạt dầu; 12- Các tấm rót dầu;

6- Vòi phun; 13- Vách ổn 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 trụđồng tâm, dòng sản phẩm hỗn hợp dầu khí sẽ đi vào khoảng không gian giữa 2

bình theo hướng tiếp tuyến với thành bình, dầu có xu hướng bám dính vào thànhbình Tùy thuộc vào loại bình tách mà có thể bố trí bộ phận tách cơ bản có cấutạo 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 dònghỗn hợp sản phẩm dầu khí đi vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình vàchuyển động theo quỹ đạo vòng xoáy, do khí có lực ly tâm bé sẽ đi vào bình trụtrong 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 dính với nhau vàlắng 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 đổi (hoặc

sử dụng một phần 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 bằng đầu xoáy lốc thủy lực

1.2.1.2 Bộ phận tách thứ cấp B

Là phần lắng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt khí còn sót lại ở phần

A Để tăng hiệu quả tách các bọt khí ra khỏi dầu, cần hướng các lớp mỏng chấtlưu theo các mặt phẳng nghiêng (tấm lệch dòng), phía trên có bố trí các gờ chặnnhỏ, đồng thời phải kéo dài đường chuyển động bằng cách tăng số lượng các tấmlệch dòng

Hình 1.9 Tấm 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 quả làmviệc của phần A và phần B, vào độ nhớt và thời gian lưu giữ Trường hợp là hỗnhợp thì phần này có nhiệm vụ lắng để tách khí, hơi và cả nước ra khỏi dầu

1.2.1.4 Bộ phận chiết sương D

Là bộ phận được lắp ở phần cao nhất của bình tách, đây có thể coi là bộ phậnquan trọng nhất quyết định tới hiệu quả tách của bình Nó có nhiệm vụ giữ lạinhững giọt dầu nhỏ bị cuốn theo dòng khí Dầu thu giữ được ở đây đi theo mộtđường dẫn xuống dưới phần lưu giữ chất lỏng

Có nhiều loại bộ chiết sương: Kiểu đồng tâm, kiểu nan chớp, dạng cánh, bộlọc sương

 Bộ chiết sương kiểu đồng tâm

Gồm 3 hình trụ đồng tâm, có lỗ thoát khí ở phía trên cao nhất và thấp nhấtcủa mỗi hình trụ để hướng dòng khí đi lên xuống với trị số tốc độ khác nhau ởmỗi hình trụ trước khi ra đầu xả Các giọt dầu bám vào thành ống sẽ chảy xuốngphần lắng

Ưu điểm của loại này là chế tạo đơn giản, giá thành thấp, quá trình tách cácbụi dầu ra khỏi dòng khí diễn ra nhanh Tuy nhiên nó có nhược điểm là tách cácbụi dầu ra khỏi khí chưa triệt để

 Bộ phận chiết sương kiểu nan chớp

Hình 1.10 Bộ chiết sương kiểu nan chớp

Bộ phận chiết sương kiểu nan chớp là loại được sử dụng khá phổ biến baogồm các tấm uốn lượn sóng và tấm đục lỗ thẳng đứng Khí được tách ra từ bộphận tách cơ bản sẽ bay lên mang theo các bụi dầu đi vào các tấm lượn sóng nằmngang Khí chuyển động theo các khe hở song song giữa các tấm chắn lượn sónglàm cho chiều chuyển động được thay đổi liên tục, dầu va đập vào các tấm chắnnày và chuyển động chậm hơn khí sẽ dính lại với nhau sau đó va đập vào tấmchắn đục lỗ thẳng đứng

Các tấm chắn thẳng đứng đó sẽ hướng các giọt dầu chảy xuống buồng thu chấtlỏng và được đưa xuống phần lắng của bình tách qua đường ống dẫn Còn phakhí đã tách các hạt bụi dầu sẽ tiếp tục đi qua các tấm chắn đục lỗ thẳng đứng và

ra theo đường xả khí Hiệu quả các quá trình tách các bụi dầu sẽ tăng lên khi trêncác tấm lượn sóng nằm ngang có bố trí thêm các gờ hoặc các cánh phụ

Ưu điểm:

Về cơ bản giống bộ chiết sương kiểu đồng tâm nhưng khả năng tách các bụi dầukhỏi dòng khí tốt hơn Tuy nhiên quá trình tách này vẫn chưa được triệt để

 Bộ phận chiết sương dạng cánh

Hình 1.11 Bộ phận chiết sương dạng cánh

Bộ chiết sương dạng cánh được cấu tạo từ các tấm thép góc lắp song song.Đỉnh của các tấm thép này bố trí hướng lên phía trên, các khe hở được bố trí đểdòng khí chịu va đập, thay đổi hướng, thay đổi tốc độ chuyển động và keo tụtách pha lỏng ở dạng sương mù ra khỏi pha khí Bộ chiết sương loại này có cấutạo đơn giản, giá thành thấp nhưng lại cho hiệu quả tách khá cao

 Bộ lọc sương

Hình 1.12 Bộ lọc sương

1- Đường khí đi ra; 4- Đường vào của hỗn hợp dầu khí; 2- Các lớp đệm; 5- Đường ra của chất lỏng.

3- Giọt dầu ngưng tụ;

Bộ lọc sương được cấu tạo từ các lớp đệm, phổ biến là các lưới thép, dùng đểtách sương trong khí thiên nhiên Nó được dùng nhiều trong hệ thống vậnchuyển và phân phối khí khi hàm lượng chất lỏng ở trong khí thấp và chúng tồntại ở dạng sương khó tách Các tấm đệm này tạo ra một tập hợp các cơ chế: Vađập, đổi hướng, thay đổi tốc độ và kết dính để tách chất lỏng khỏi dòng khí Đệmtạo ra mặt tiếp xúc lớn để gom và keo tụ sương chất lỏng Bộ lọc kiểu này ítđược 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 chuyển và các mắt lưới thép có thể bị lấp nhétbởi paraffin hoặc các tạp chất

Ngoài ra, với mục đích tách sương từ khí thiên nhiên, người ta đưa vào sửdụng bộ tách sương dạng sợi hai lớp đệm Lớp dưới gồm sợi đa kích thước vàlớp trên là đệm thô một kích thước Lớp dưới bao gồm các sợi thủy tinh siêumảnh (cỡ 0,02 mm) được đan với thép không gỉ (cỡ 2.5 mm) sẽ gom các hạtsương từ 1 10 m thành các hạt lớn hơn và giao cho lớp đệm trên, lớp đệm này

sẽ tách chúng ra khỏi khí

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bình tách

Nguyên lý hoạt động của bình tách có thể 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 bộphân tách cơ bản tại đây thì xảy ra quá trình tách sơ bộ với một loạt các cơ chếnhư là: Va đập, ly tâm, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động… làm cho các hạtdầu được tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống bộ phận tách thứ cấp theo nguyên lýtrọng lực, còn lại thì dòng khí tiếp tục chuyển động lên trên

 Giai đoạn 2- tách thứ cấp

Giai đoạn này chủ yếu xảy ra ở bộ phận tách thứ cấp, tại đây thì các hạt dầu từ

bộ phận tách cơ bản chuyển xuống được dẫn hướng theo đường vòng thông quacác tấm lệch dòng tạo cho chất lỏng được phân lớp, khi đó khí còn đọng lại trongdầu dưới dạng bọt sẽ được giải phóng và chuyển động lên trên, còn lại dòng dầutiếp tục đi xuống phần lắng ở đáy bình

 Giai đoạn 3- tách triệt để

Giai đoạn này xảy ra chủ yếu ở bộ phận triết sương là phần cao nhất của bình,tại đây thì các bụi dầu tồn tại dưới dạng sương mù sẽ được gom lại thông quamột loạt các cơ chế như: Ly tâm, quán tính, va đập, keo tụ, thấm, thay đổi hướng

và tốc độ chuyển động… sau đó thì các hạt dầu sẽ được chuyển xuống phần lắngqua đường ống dẫn riêng, còn lại khí sẽ được đưa ra ngoài qua cửa xả khí

 Giai đoạn 4- Lắng đọng:

Toàn bộ những giọt dầu sẽ được chuyển xuống đáy bình, tại đây xảy ra quátrình lắng đọng và phân lớp rõ ràng (dầu – nước - cặn) sau đó sẽ được đưa rangoài thông qua các cửa xả riêng

1.2.3 Các sự cố 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 không ổn định

 Quá tải chất lỏng

1.2.3.1 Trường hợp chất lỏng bị cuốn ra ngoài theo khí

Bảng 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 nhiều Kiểm tra lại lưu lượng khí, chỉnh lại

 Mực chất lỏng thấp dưới phao: Kiểm tra xem phao có bị kẹt không, đóngvan tháo lỏng để van chìm 1/2

 Van điều khiển chất lỏng không làm việc, cần tiến hành các biện pháp sau: + Kiểm tra lại sự hoạt động của van xem đóng mở có đúng không

+ Vặn van đóng mở hoàn toàn xem có trở lực không

+ Kiểm tra lưu lượng lỏng để xác định trở lực trong đường ống

Phao bị lắc do sóng: Lắp giá bảo vệ phao luôn cân bằng để phao làm việc ổnđịnh

 Bộ điều khiển mức chất lỏng không tương ứng: Bị thay đổi mực chất lỏng

có thể do bộ điều khiển hỏng, phao thủng hoặc chất lỏng ở dưới phao Ta phảiđóng mở van để chất lỏng dao động bằng chiều dài của phao, nếu bộ điều khiểnkhông 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

2.1 Phương pháp tính toán chung

(( l g) )g

m

F F d

m: Lưu lượng khối lượng (kg/giờ);

F∞: Là hệ số kể đến hình dáng và điều kiện làm việc của bình tách

Với bình tách đứng F∞ = 0,10 - 0,167

Với bình tách ngang F∞ = 0,35 - 0,707

ρl: Là khối lượng riêng của dầu, kg/m3

ρg: Là khối lượng riêng của khí, kg/m3

F: Là hệ số trong bình tách, được tính theo bảng dưới đây:

Giá trị của F∞ trong công thức (2.1) là một biến độc lập thực nghiệm Các yếu

tố ảnh hưởng đến giá trị của F∞:

 Tỷ số chiều dài trên đường kính L/D

 Kiểu dáng các chi tiết bên trong

 Độ sâu mực chất lỏng

 Khuynh hướng tạo bọt của dầu

 Sự chuyển động ổn 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 nắndòng, tấm chắn làm lệch dòng và các thiết bị đặc biệt ở cửa vào sẽ làm tăng giátrị của F∞ và công suất của bình tách

Lưu lượng khối lượng được tính theo công thức:

Kp : Là hệ số khí hòa tan trong dầu, (Kp= 1,0565.10-5 m3/m3.Pa)

P : Là áp suất làm việc của bình tách, (atm)

E: Hệ số giảm bền do ảnh hưởng của mối hàn ( E = 0,85÷ 1 )

S: Giới hạn bền của vật liệu chế tạo bình, (S= 1500÷ 1800 kG/cm2 )

C: Chiều dày dự phòng có kể đến hao mòn do han gỉ, (C= 2,5÷ 3,2 mm)

 Chiều dày đáy bình

Được xác định theo công thức:

r2: Chiều dày đáy bình tách, (cm)

Cσ: Chiều dày dự phòng ăn mòn đáy bình, (Cσ= 0,42 cm)

2.1.2 Tính toán các thông số làm việc của bình tách

Qn: Công suất của bình tách, (kg/ngày đêm)

t: Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình, (giây)

Qn: Công suất tách của bình, (kg/h)

Công suất bình tách phụ thuộc vào các yếu tố:

 Kích thước của bình tách

 Hình dáng và các thiết bị bên trong bình tách

 Số giai đoạn tách

 Nhiệt độ và áp suất trong bình

 Tính chất lý, hoá của dầu

 Tỷ số dầu/ khí trong chất lưu

 Kích thước và phân bố các phần tử chất lỏng trong khí ở cửa vào của bình

 Mức chất lỏng được duy trì trong bình tách

 Hàm lượng tạp chất có trong dầu

 Khuynh hướng tạo bọt của dầu

Trong các yếu tố trên thì 2 yếu tố: Tính chất lý, hoá của dầu và kích thước,phân bố các phần tử chất lỏng trong khí ở cửa vào của bình tách là rất cần thiếtcho việc xác định chính xác kích thước của bình tách để cho hiệu suất cao nhấtnhưng cũng rất khó xác định đầy đủ và chính xác Trong bình tách đứng, nhữngphần tử chất lỏng tách khỏi khí, rơi xuống sẽ gặp sự cản trở của khí bay lên.Trong bình tách ngang các phần tử lỏng bay ngang qua bình như quỹ đạo củaviên đạn bắn từ lòng súng Qua đó cho thấy bình tách ngang sẽ tách được mộtlượng chất lỏng lớn hơn so với bình tách đứng với cùng một kích thước Điềunày đúng khi mức chất lỏng trong bình tách phải duy trì ở một mức thích hợp đểtránh 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:

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 củabình tách

Xác định thời gian lưu giữ chất lỏng là cách gián tiếp để xác định thể tíchcủa bình tách cần thiết để kiểm soát được dòng chảy có lưu lượng cho trước Thểtích bình tách bằng lưu lượng của bình nhân với thời gian lưu giữ chất lỏng Vớibình tách cho trước, thể tích lỏng cần thiết ảnh hưởng nhiều hơn đến kích thướccủa bình so với lưu lượng khí Điều này đúng cho các bình tách lớn với tỷ sốdầu - khí thấp Ta có công thức tính thời gian lưu giữ chất lỏng ( thời gian lắng):

1440

.t Q

l  (2.9)

Vl : Phần thể tích chất lỏng cần thiết của bình tách, (m3)

t: Thời gian lưu giữ thiết kế, (phút)

Ql: Lưu lượng chất lỏng qua bình, (m3/phút)

Từ công thức (2.9) suy ra công thức tính thời gian lưu giữ chất lỏng là:

1440. l

l

V t

Q

Thời gian lưu giữ bị ảnh hưởng bởi thành phần bọt, sự hiện diện của cácchất rắn và nhũ tương Thời gian lưu giữ chất lỏng là thông số rất quan trọngtrong bình tách, ở đó các phản ứng hoá học có thể xảy ra Thời gian lắng đượcthể hiện trong các bảng dưới đây:

Tiêu chuẩn API 12J dùng cho bình tách dầu và khí:

Bảng 2.3 Thời gian lắng tương đương với tỷ trọng tương đối của dầu

Dt P

F  (2.11)F: Lực tác dụng lên 2 đầu bình tách, (KN)

Dt: Đường kính trong của bình tách, (mm)

P: Áp suất làm việc của bình tách, (at)

 Diện tích chịu lực f tính theo đường kính trong của bình:

 Bình làm việc ổn định khi lực tác dụng lên thành bình cân bằng với phảnlực tại mối hàn

Dc: Là đường kính trung bình của bình tách, (mm).

Ứng suất tại mối hàn:

- Gọi thành phần thể tích pha lỏng, hơi lần lượt là Vl, Vh

- Xét một Kmol hỗn hợp sản phẩm, ta có hệ phương trình sau:

h i

Z X

Với điều kiện nhiệt độ và áp suất làm việc của bình tách ta sẽ xác địnhđược giá trị của Ki và từ đó sẽ xác định được giá trị của Vh.

Thành phần lỏng (X i )

Thành phần hơi (Y i )

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

Dòng chất lưu vào: + Dầu: 208737 kg/h

+ Khí: 1604 kg/hKhối lượng riêng của dầu ở 20 oC: ρl = 833 kg/m3

Khối lượng riêng của khí ở đktc: ρg = 1,034 kg/m3

Tỷ lệ khí trong hỗn hợp: Г = 7,6.10-3

Áp suất làm việc của bình: P = 1,5 atm

Nhiệt độ làm việc của bình: T = 55oC.

Hệ số khí hoà tan trong dầu: Kp = 1,0565.10-5 m3/m3.Pa

Từ công thức (2.8) ta tính được vận tốc khí lớn nhất cho phép là:

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

Theo công thức (2.2) suy ra:

258137

0,564.0,4((833 1,034).1,034)

= 3,72 (m)

Từ đó ta tính được chiều dài của bình L theo công thức (2.3):

L = 2

4.100,6 3,14.(3,72) = 9,26 (m)

2.2.4 Tính chiều dày cho thành và đáy bình

Chiều dày thành bình được xác định theo công thức (2.4):

3.1 Tổng quan về thiết bị điều khiển

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 Từnhững 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 để đạt được hiệu quả cao nhất

Trong ngành kĩ thuật nói chung và công nghiệp dầu khí nói riêng thì vấn đề tựđộng hóa cũng là một vấn đề cấp bách đặt ra với cán bộ và công nhân viên trongtoàn nghành Việc nắm bắt, hiểu rõ các đặc tính kĩ thuật, nguyên lý hoạt động,quá trình sử dụng, vận hành và bảo dưỡng thiết bị sao cho đạt hiệu quả cao nhất

là một điều cần thiết đối với người sử dụng

Thiết bị điều khiển trong nghành dầu khí có thể kể đến là các loại van (PCV,LCV…), các loại cảm biến (cảm biến áp suất, cảm biến mức, cảm biến nhiệtđộ…) và một số thiết bị phụ trợ khác như: đồng hồ đo, các bộ đo khác, phao báomức, PLC, các bộ biến đổi tín hiệu…

3.2 Các loại thiết bị sử dụng trong công tác điều khiển bình tách

3.2.1 Các loại van

Van sử dụng trong công tác điều khiển bình tách bao gồm nhiều loại:

 Van thông thường: Van cầu, van bi, van bướm, van cửa…

 Van an toàn

 Van điều khiển áp suất và điều khiển mức: PCV, LCV

3.2.1.1 Van thông thường

Van cầu (globe valve)

Cấu tạo của van cầu được thể hiện trên hình 3.1

Khi ta xoay bánh điều khiển 1 thì thông qua cần van 2 và ổ định hướng 3 truyềnlực xuống thân và đầu cần vặn tác động tới mặt cầu của van làm xoay mặt cầutới vị trí cần điều khiển tùy thuộc vào yêu cầu mà van có thể đóng hoàn toànhoặc không hoàn toàn

Hình 3.1 Van cầu1- Bánh điều khiển; 2- Cần van; 3- Ổ định hướng; 4- Thân và đầu cần vặn; 5- Ống đệm; 6- Ê cu; 7- Thanh dẫn; 8- Đĩa van; 9- Mặt bích;

10- Vòng lắp quả cầu van;

Van cầu cũng có thể sử dụng thiết bị điều khiển để điều chỉnh bằng cách thay thế bánh điều khiển 1 bằng một cơ cấu điều khiển

Van bi (ball valve)

 Van cửa (gate valve)

Cấu tạo chi tiết của van cửa được thể hiện dưới hình 3.3 Van cửa được chia

ra làm 2 loại là: Van cửa một chiều và van cửa hai chiều, tùy vào mục đích sửdụng

Ngoài những loại van như ở trên thì còn rất nhiều loại van đang được sử dụngtrong ngành dầu 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

người và thiết bị Trạng thái hoạt động bình thường của van an toàn là thườngđóng (thường mở) và chỉ khi nào xảy ra sự cố (áp suất quá cao, mực chất lỏngvượt 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 khiển mức (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 đườngống hoặc trong bình tách (tùy theo mục đích sử dụng) Van được bảo dưỡng định

kì hàng năm hoặc khi có sự cố hư hỏng bất thường

Cấu tạo của van được mô tả trong hình 3.5

1- Nắp màng ngăn; 2, 3- Đĩa kim loại;

4- Đầu vào khí điều khiển; 5- Lò xo;

6- Ti van trên; 7- Đế lò xo;

8- Chi tiết điều chỉnh lò xo; 9- Đầu nối ti van;

10- Thân van; 11- Đĩa chỉ thị độ đóng mở của van;12- Thang chia; 13- Ti van dưới;

14- Đai ốc liên kết phần trên và phần dưới van;

15- Lá van; 16- Đai ốc thân van

Hình 3.5 Cấu tạo của van điều khiển