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

Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất LỜI MỞ ĐẦU Trải qua hơn 30 năm hình thành và phát triển, ngành dầu 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 nguồn 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 nhằm cải tiến 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 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 và thiết kế đồ án, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh và các thầy, 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 nhiều 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 cố 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 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, cô trong bộ môn và các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 6/5/2011 Sinh viên Bùi Văn An SVTH: Bùi Văn An 1 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ 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 chất lưu thu được từ các giếng dầu thành các pha khí và pha lỏng riêng biệt. Các thiết bị truyền thống thường được gọi là bình tách hoặc bẫy được lắp đặt tại nơi sản 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 phần 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 của bình. Như vậy thuật ngữ nốc ao để 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 chuyển 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 dầu, 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, phổ biến là kiểu keo tụ và các chi tiết phía trong tương tự như bình tách dầu khí. Đối với loại lọc ướt thì dòng hơi đi qua một đệm lỏng (có thể là dầu) để rửa sạch bụi bẩn và tạp chất, sau đó SVTH: Bùi Văn An 2 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 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: • Bình tách dầu và khí; • Bình tách 3 pha: Dầu, khí và nước; • Bình tách dạng bẫy ; • Bình tách từng giai đoạn; • Bình tách nước (kiểu khô hay ướt); • Bình lọc khí; • Bình làm sạch khí (kiểu khô hay ướt); • Bình tách và lọc. Bình tách 2 pha, 3 pha hay tách theo từng giai đoạn gọi chung là bình tách dầu và khí. Những bình tách này sử dụng trên giàn cố định. Những bình kiểu này phải có kích thước đủ để kiểm soát tốc độ dòng chảy tức thời lớn nhất. - Tách lỏng: Dùng để tách chất lỏng, dẫn dầu và 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 tách nhiệt độ thấp hoặc tách lạnh. Bình tách này có thể được lắp thiết bị 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 đổi) của chất lỏng. Bình làm sạch khí kiểu 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 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. SVTH: Bùi Văn An 3 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Một thiết bị lọc có thể coi như một thiết bị đặt trước một tổ hợp thiết bị 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 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. SVTH: Bùi Văn An 4 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 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. 4- Đường xả khí; Thông thường thì các loại bình tách hình trụ đứng có đường kính từ 10 inh cho đến 10 ft và có chiều cao từ 4- 25 ft. • 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 đổi từ 10 in - 16ft và chiều dài từ 4- 70 ft. Dưới đây là một số dạng cụ thể của bình tách hình trụ ngang: SVTH: Bùi Văn An 5 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 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 sương; 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- Đường xả dầu. • Bình tách hình cầu: Thường có đường kính từ 24- 72 in, gồm có 2 loại: SVTH: Bùi Văn An 6 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất - 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 pha 1- Bộ phận ly tâm - kiểu thiết bị thay đổi hướng cửa vào; 2- Màng chiết; 3- Phao đo mức chất lỏng; 4- Thiết bị điều khiển 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). SVTH: Bùi Văn An 7 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Hình 1.6. Bình tách hình cầu 3 pha 1- 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. SVTH: Bùi Văn An 8 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 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 1 2 3 4 Tính chất cơ động của sự hoạt động 2 1 3 5 Dung tích 1 2 3 6 Giá thành của một đơn vị dung tích 1 2 3 7 Vật liệu ngoài 3 1 2 8 Khả năng xử lý bọt dầu thô 1 2 3 9 Khả năng thích ứng để sử dụng di động 1 3 2 10 Khoảng không gian yêu cầu cho lắp đặt: Mặt phẳng đứng Mặt nằm ngang 1 3 3 1 2 2 11 Tiện lợi cho việc lắp đặt 2 3 1 12 Tiện lợi cho việc kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị 1 3 2 SVTH: Bùi Văn An 9 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 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 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 cầu. - 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 phần 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 buồng đo ở phần 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 kể 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 hồi 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 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 sương. SVTH: Bùi Văn An 10 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh [...]... bản 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 di chuyển 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, ... đáng kể.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 lắng 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 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... Tính công suất tách Công thức tính công suất của bình tách là: Qn = 3600.vg ρ g           (2.7) vg: Vận tốc khí lớn nhất cho phép, (m/s) 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... tinh và thép không gỉ; 5- Khí khô 3- Đệm thưa từ thép không gỉ; Ngoài 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 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 bộ phân tách. .. tiện cơ khí 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 và nhiệt độ Thể tích khí tách ra khỏi dầu phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học của dầu thô, áp suất và nhiệt độ vận hành, tốc độ lưu thông, hình dáng kích thước của bình tách và nhiều yếu tố khác Tốc độ lưu thông qua bình và chiều... 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 cơ bản có cấu 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 chuyển động theo quỹ đạo vòng xoáy, do khí. .. 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 SVTH: Bùi Văn An 27 GVHD: Nguyễn Văn Thịnh Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 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. .. 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 phần 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 của viên đạn bắn 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... Chiều dài bình, (m) V: Thể tích bình tách, (m3) d: Đường kính của bình, (m) 2.1.1.3 Tính bề dày cho thành và đáy bình  Chiều dày thành bình Được xác định theo công thức: r1 = P.d +C 2.E.S − P (2.4) r1: Chiều dày thành bình, (cm) P: Áp suất làm việc của bình tách, (psi) d: Đường kính bình tách, (cm) 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=... 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 khối lượng được tính theo công thức: ρl m = ( Γ − K p P ).Qn ρ (2.2) g 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) Γ : Là tỷ lệ khí trong hỗn hợp Qn: Công suất của bình tách, (kg/h) 2.1.1.2 Tính chiều dài Chiều dài bình tách được . học công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe h n về ngu n nhi n liệu, đòi hỏi ngành công nghiệp dầu khí phải lu n lu n v n động hết mình, không ngừng nghi n cứu. hướng d n nhiệt tình và b n th n đã hết sức cố gắng, nhưng đồ n của em v n không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nh n được sự chỉ d n, đóng góp