Nghiên cứu thiết kế và tính toán thông số cơ bản cho bình tách dầu khí
MỤC LỤC
Các phương pháp dùng để tách dầu và khí trong bình tách
Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí
Tuy nhiên điều này không xảy ra bởi những hạt chất lỏng quá nhỏ đến mức chúng có khuynh hướng trôi nổi trong khí và không thoát ra khỏi khí khi khí ở trong bình tách, trong hầu hết các bình tách có kích thước trung bỡnh những phần tử hydrocacbon cú đường kớnh 100 àm hoặc lớn hơn xẽ hoàn toàn lắng xuống khỏi khí. Những gói này được làm bằng vật giòn nên có thể bị vỡ trong khi di chuyển và lắp đặt vì vậy chúng được lắp đặt ở nơi sản xuất trước khi đem đến nơi sử dụng, lưới đan có thể bị kẹt, tắc ngẽn do sự lắng đọng paraffin và các vật liệu khác vì thế làm bình tách hoạt động không hiệu quả sau một thời gian sử dụng.
Các phương pháp dùng để tách khí ra khỏi dầu
Những tấm đệm đông kết được dùng như những phương tiện có hiệu quả trong việc tách và thu hồi sương dầu từ một dòng khí tự nhiên, một trong những công cụ đặc biệt nhất là tách sương chất lỏng từ khí trong hệ thống vận chuyển và phân phối khí nơi mà lượng chất lỏng trong khí là nhỏ. Hoá chất làm giảm sức căng bề mặt của dầu thô và hỗ trợ cho việc giải phóng khí khỏi dầu, giải pháp này sử dụng một số hoá chất những hoá chất như thế làm giảm đáng kể khuynh hướng tạo bọt của dầu và vì vậy làm tăng công suất của bình tách khi mà bọt dầu đã được sử lý.
Cân bằng lỏng hơi
Khái niệm
Các cấu tử của hỗn hợp lỏng ban đầu sẽ được phân bố vào pha hơi tuỳ thuộc vào nhiệt độ sôi của chúng, những cấu tử có nhiệt độ sôi thấp (dễ bay hơi) sẽ có khuynh hướng tập trung nhiều hơn trong pha hơi. Cân bằng giữa pha hơi và pha lỏng sẽ đạt được khi sự hoạt động của thiết bị được duy trì ở một mức độ nào đó mà hầu như không có sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất và thành phần của các pha.
Các quan hệ nhiệt động học của cân bằng lỏng hơi
Hỗn hợp hơi sinh ra được dẫn theo một đường ống quay trở lại đáy của thiết bị, tại đây hơi sẽ được phân tán đều vào pha lỏng thông qua một thiết bị phân tán (distributor). Như vậy, rừ ràng là mức độ tỏch cỏc cấu tử của một hỗn hợp sẽ đạt được cực đại tại trạng thái cân bằng, không thể tồn tại một trạng thái nào khác mà đạt được hiệu suất tách cao hơn.
Những khó khăn trong quá trình tách dầu và khí
Nếu dòng chất lưu đi lên từ giếng chứa một số lượng đáng kể cát và các tạp chất khác thì cần phải loại bỏ chúng trước khi đưa vào đường ống, những hạt cát vừa với số lượng nhỏ có thể loại bỏ bằng lắng đọng trong bình đứng với một cái phễu dưới đáy và xả chúng theo định kỳ. Ngoài ra thành phần gây gỉ còn có khí CO khi có sự hiện diện của nước nhưng nó không gây hại như khí H2S, song nó là khí không cháy được nên nó làm giảm nhiệt lượng của khí tự nhiên và càng nghiêm trọng nếu hàm lượng nước càng lớn.
NGUYÊN LÝ CẤU TẠO BÌNH TÁCH 3.1. Công dụng của bình tách
Yêu cầu của bình tách
Với một vỉa dầu có thành phần xác định thì để ổn định thành phần khí và lỏng tách ra khỏi bình tách cao áp và thấp áp ta có thể điều chỉnh hai thông số là nhiệt độ và áp suất, trên thực tế áp suất tách được điều chỉnh bằng các van điều áp tại bình tách, nhiệt độ được thay đổi dựa trên hệ thống đường ống thu gom vận chuyển dầu (cho dầu đi qua đường ống ngầm dưới đáy biển, hay trộn lẫn với các dầu vỉa đến từ các giếng khác). Do đặc điểm của dầu mỏ Bạch Hổ, khi thay đổi chế độ làm việc của bình tách cần phải thiết lập nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tạo ra các tinh thể paraffin cũng như nhiệt độ tạo thành hydrat, nếu không công suất tách của bình sẽ giảm, các van bị kẹt gây sự cố.
Phân loại bình tách dầu khí
Khi xuất hiện các bọt khí trong dầu chúng sẽ làm giảm đáng kể năng suất tách của bình tách bởi phải mất một thời gian lưu giữu trong bình tách dài mới có thể làm tan hết các bọt khí, người ta sử dụng các bình tách có các đĩa khử bọt, hay lắp đặt các thết bị khử bọt đặc biệt ở đầu vào của bình tách. Trong ống tạo xoáy chất lỏng lẫn trong khí tiếp tục duy trì chuyển động quay nhanh dần và tụ tập lại xung quanh thành của bộ tạo xoáy và được quét lên phía trên nhờ dòng khí đi về phía đầu ra, chất lỏng này cùng với một dòng bên cạnh chứa khoảng 5% tổng số khí sẽ được hút qua một khe trong thành ống xuống đường hồi và qua lỗ ở tâm đĩa làm lệch chảy vào buồng xoáy.
So sánh các loại bình tách
Để thuận tiện cho sự so sánh những ưu nhược điểm của các thiết bị tách người ta lập bảng so sánh, bảng (3.1) cho ta thấy được bình tách hình trụ ngang là loại bình tách được sử dụng phổ biến nhất vì nó có nhiều ưu điểm trong vận hành, duy trì làm việc, bảo dưỡng và sửa chữa thay thế. - Lắp đặt trong những trường hợp vận hành mà điều kiện yêu cầu phải có tấm chắn nước bên trong bình và phải có khoang dầu riêng để loại bỏ công dụng của bộ điều chỉnh mực chất lỏng.
Cấu tạo thiết bị tách
Những thiết bị này thường được lắp đặt ngay ở lối vào của bình tách, với nhiệm vụ tách sơ bộ một lượng lớn chất lỏng khỏi khí và làm cho hỗn hợp bắt đầu phân lớp, khí chuyển động lên trên còn pha lỏng đi xuống khoang thoát bên dưới. Kiểu tấm cánh bao gồm một mạng lưới phức tạp, được tạo nên bởi những thanh kim loại đặt song song với những khoang thu chất lỏng, khí trong khi đi qua các máng bị khuấy trộn liên tục và bị đổi hướng nhiều lần làm cho những hạt chất lỏng nặng hơn sẽ bị bắn ra ngoài và được giữ lại trong khoang thu chất lỏng.
Nguyên lý hoạt động của bình tách và hệ thống điều khiển kiểm soát hoạt động của bình tách
Khống chế giá trị áp suất nhằm ngăn ngừa trị số áp suất cao hoặc thấp gây cản trở sự làm việc bình thường của bình tách, các hoạt động đó được thực hiện nhờ sự đóng mở của các van theo nguyên lý cơ học hoặc khí nén. Việc khống chế nhiệt độ trong giới hạn làm việc của bình, trường hợp này không phải bắt buộc cho tất cả các thiết bị tách mà chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt nhằm đóng mở tự động đường dẫn vào bộ gia nhiệt.
Thiết bị điều khiển và kiểm tra áp suất bình HГC
Tuỳ theo mực chất lỏng trong bình cao hay thấp thì lực đẩy lên phao yếu hay khoẻ, do đó tuỳ theo mức dầu trong bình mà trọng lượng phao có giá trị khác nhau. Nếu tín hiệu lối ra của (11) nhỏ hơn giá trị ngưỡng thì tín hiệu lối ra của П B10 sẽ điều khiển đóng van min (15), nhờ đó mà mực chất lỏng trong bình luôn được duy trì ở mức nhất định.
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CHO BÌNH TÁCH 4.1. Tính toán lượng dung dịch tách
Tính toán công suất và kích thước bình tách
Việc xác định chính xác kích thước của bình tách để mang lại hiệu suất tách cao nhất đòi hỏi phải dựa vào các yếu tố trên, tính chất lý hoá của dầu hay kích thước và phân bố các phần tử chất lỏng trong khí ở cửa ra của bình là những yếu tố rất cần thiết cho việc xác định kích thước bình tách. Hiệu suất làm việc của bình tách phụ thuộc vào hiệu suất làm việc của khoang ngưng và vách ngăn, trong đó hiệu suất tách khí được đánh giá bằng lượng chất lỏng ở dạng sương bị cuốn theo khí ra khỏi bình tách và được đặc trưng bằng hệ số Kd, được gọi là hệ số mang chất lỏng đi.
Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình tách
Khi kiểm toán bền cho bình tách chúng ta dựa vào F1 và trong thực tế nó được thay bằng ứng suất cho phép và có thể kể đến hệ số bền của mối hàn. Nhưng tiêu chuẩn ASME là được sử dụng phổ biến hơn cả và được xem như một tiêu chuẩn chung cho các nước.
Khối lượng, diện tích mặt sàn lắp đặt và sàn chịu tải
Ngoài ra, yêu cầu về diện tích lắp đặt phải bao gồm cả các máy bơm, hệ thống điều khiển áp suất, mực chất lỏng… Trong hình IV.3 là ước tính về diện tích mặt sàn cho các bình tách hình trụ nằm ngang. Bình tách và các hệ thống phụ trợ được lắp đặt trên một sàn chịu tải, sàn này phải đảm bảo chịu được tải trọng của bình tách trong quá trình làm việc cũng như việc thử thuỷ lực.
Áp dụng tính toán chọn bình tách công suất 5000 tấn/ ngày đêm
Xung quanh bình tách có một hệ thống các đường ống dẫn, trong đó bao gồm các đường ống dẫn chính (có đường kính khoảng 4 inch) và các đường ống phụ. Với các số liệu ở trên và dựa vào toán đồ hình IV.3 ta xác định được diện tích mặt sàn dùng để lắp đặt bình tách là 610 ft2, tức cần diện tích khoảng 57 m2.
Áp dụng tính toán cho bình tách áp suất thấp (E 1 )
Với các số liệu của bình tách E1 như trên, dựa vào toán đồ hình IV.3 ta xác định được bình E1 cần một diện tích lắp đặt khoảng 1250 ft2.
Tính toán gia cố đầu nối
* Với các lỗ còn lại (nắp đậy C, đường khí ra r, đường dầu ra D, lắp đặt van E) phương pháp tính hoàn toàn tương tự. + Để chống xoắn cho bình, bình chịu lực tốt ta thiết kế 2 chân chịu lực chạy dọc theo bình bằng thép chữ V, đồng thời thiết kế các thanh chống bên trong bình và thiết kế các chân đế để lắp đặt với bệ đỡ.
NHỮNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP TRONG THIẾT BỊ TÁCH VÀ CÔNG TÁC AN TOÀN ĐỐI VỚI THIẾT BỊ TÁCH
Những sự cố thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
* Mực chất lỏng thấp dưới phao: Kiểm tra xem phao có bị kẹt không, đóng van tháo lỏng để van chìm 1/2. * Bộ điều chỉnh mực chất lỏng không tương ứng bị thay đổi mực: Có thể do bộ điều khiển hỏng, phao thủng hoặc chất lỏng ở dưới phao, đóng, mở van xả để chất lỏng dao động bằng chiều dài của phao.
Công tác an toàn đối với thiết bị tách dầu khí, một số biện pháp nâng cao hiệu quả cho thiết bị tách
Đây là giải pháp phổ biến nhất và mang lại hiệu quả cao nhất, bằng cách dùng các hoá chất có tính chất hoạt tính bề mặt nhân tạo có hoạt tính cao hơn các hoạt chất bề mặt có trong tự nhiên bơm vào trong đường ống (nâng, thu gom) trước trạm xử lý để tăng năng suất và chất lượng làm việc của trạm, tăng khả năng vận chuyển của hệ thống thu gom. Đây là phương pháp nhờ vào sự tách khí của các giọt dầu khi nổi qua một đệm nước, trong quá trình nhũ chuyển động từ đáy bể đi lên hay qua hệ thống thu gom, thiết bị sử lý dầu – nước thì áp suất sẽ giảm từ từ làm cho các bọt khí trong dầu được hình thành, giãn nở tăng kích thước, xích lại gần nhau, kết dính tăng kích thước giọt và dần dần tách ra khỏi dầu.