Hệ thống điều khiển thiết bị bình tách: Nguyên lý hoạt động, vận hành và bảo dưỡng
MỤC LỤC
Nguyên lý hoạt động chung
Giai đoạn 1: Là giai đoạn đầu của quá trình tách về cơ bản là sử dụng một bộ phận gạt đầu vào, cỏc giọt chất lỏng lớn nhất va chạm lên bộ phận gạt này và rơi xuống bằng trọng lực. Giai đoạn 4: Là sự phân lớp, các chất lỏng nhẹ nổi lên trong pha nặng hay sự sa lắng của cỏc giọt lỏng nặng trong pha nhẹ và tuừn theo định luật Stock.
Chức năng của bình tách
Sự tạo bọt làm giảm khả năng tách của 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 tạo bọt theo phương pháp rung lắc, lắng, nhiệt va hoá học. Tuỳ 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 kể.Việc tách chúng trước khi chảy vào đường ống là một việc làm rất cần thiết.
Phân loại bình tách
Để duy trì được áp suất, cần giữ 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 khống chế bởi van điều khiển bằng rơle phao. Các thiết bị tách dầu nhiều paraffin có thể gặp trở ngại do paraffin lắng đọng làm giảm hiệu quả và có thể phải ngừng hoạt động do bình hẹp dần hoặc bộ chiết sương co đường dẫn chất lỏng bị lấp.
Phân loại theo chức năng
- Phân loại bình tách theo hình dạng
- 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. - 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.
Phạm vi ứng dụng và ưu nhược điểm từng của các loại bình tách 1. Phạm vi ứng dụng
- Ưu nhược điểm các loại bình tách
- Quy phạm an toàn trong công tác kiểm, vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng bình tách
Việc lắp đặt tại những nơi mà những thiết bị điều khiển hay những điều kiện đòi hỏi sự thiết kế các ‘‘đập ngăn nớc’’ bên trong và ‘‘ngăn chứa’’ dầu để loại trừ việc sử dụng bộ điều khiển ranh giới chất lỏng dầu- nớc. • Việc vận hành các thiết bị không được vượt quá các thong số đã ghi trong các hướng dẫn sử dụng thiết bị, nếu sử dụng khác đi phải được sự phê duyệt của bộ phận nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật. -Vận hành bình một cách an toàn, theo đúng quy trình của đơn vị: kịp thời và bình tĩnh xử lý theo đúng quy trình của đơn vị khi có sự cố xảy ra, đồng thời báo ngay cho người phụ trách những biểu hiện không an toàn của bình tách.
Nguyên lí làm việc của hệ thống điều chỉnh mức và áp suất
Điều chỉnh áp suất
Áp suất của bình tách phụ thuộc vào lượng khí tách ra từ dầu, lượng khí đi qua van điều khiển đến hệ thống thu gom khí và thể tích chứa khí trong bình. Tín hiệu ra của bộ điều khiển tác động vào bộ biến đổi dòng áp suất PY 501 để điều khiển van PCV 501 (Pressure control valve), nếu áp suất cao van PCV sẽ mở lớn để khí đi qua nhiều và ngược lại áp suất thấp thì van sẽ tự động đóng lại. Người vận hành theo dừi ỏp suất bỡnh tỏch nhờ bộ chỉ thị tại chỗ PI 501 và PI 503 và tại phòng điều khiển chung nhờ tín hiệu PIR.
Điều chỉnh mức
Ngoài ra còn có van an toàn với giá trị đặt 27,5 atm, khi vượt qua giới hạn này van an toàn sẽ tự mở để đưa khí ra đường Flare. Van sự cố đóng lại khi khi có tín hiệu đóng khẩn cấp ESD (Emergency Shutdown) hoặc tín hiệu đóng công nghệ PSD (Procces Shutdown). Khí sau khi tách ra được đưa ra ngoài có thể dùng trong khai thác Gaslift, một phần được đưa vào bờ để chạy các nhà máy nhiệt điện, phần còn lại được đưa ra flare để đốt.
Các thiết bị trong hệ thống điều khiển
Các cảm biến
Khi đặt điện áp một chiều 24 V vào bộ cảm biến nhiệt điện trở, do nhiệt độ thay đổi, điện trở tác dụng thay đổi dẫn đến dòng điện Ir của bộ cảm biến thay đổi. Hệ thống điều khiển nhiệt độ như sau: tại phòng điều khiển trung tâm nhận giá trị nhiệt độ trên đường ống hay trong bình tách sẽ truyền tín hiệu đến bộ điều khiển nhiệt độ. Do làm việc trong môi trường dễ cháy nổ,các thiết bị như: bồn chứa, bình tách… đều kín, không thông với bên ngoài nên chiều cao của mức chất lỏng được xác định nhờ hiệu áp suất tĩnh.
Các bộ biến đổi
Dựa theo nguyên lí hoạt động của bộ biến đổi mức, ta thấy để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành thì chiều cao nhỏ nhất của mực chất lỏng là 0.2m và chiều cao lớn nhất là 0.8m. Theo số liệu trên thì ta thấy bộ biến đổi mức là một khâu khuyếch đại. Bộ biến đổi áp suất có thể coi là một khâu tỷ lệ vì hằng số thời gian của phần tử điện tử rất nhỏ so với hằng số thời gian của các khâu khác trong hệ thống.
Vận hành, điều khiển thiêt bị điều khiển mức và áp suất của bình tách 01V – 1020
Yêu cầu điều khiển hệ thống điều khiển mức và áp suất của bình tách 01V – 1020
Nếu áp suất đường gas – lift quá cao, thì hệ thống PMSC, DCS, SCADA sẽ nhận tín hiệu PAHH-1011 đẻ điều chỉnh áp suất cao đồng thời mở hoàn toàn van PCV-1001 và đóng shutdown van SDV. Nếu áp suất đường gas – lift quá thấp, thì hệ thống PMSC, DCS, SCADA sẽ tạo tín hiệu PALL-1011 đẻ điều chỉnh áp suất thấp đồng thời đóng hoàn toàn van PCV-1001 và đóng shutdown van SDV. Lập trình có cấu trúc là kĩ thuật cài đặt thuật toán điều khiển bằng cách chia nhỏ thành các khối chương trình con FC hay FB, toàn bộ các khối chương trình con này lại được quản lí bởi khối OB1.
Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển
Mô hình điều khiển mức bằng khí nén gồm có: Thiết bị cảm biến mức trong bồn, bộ điều khiển khí nén, van điều khiển mức. Khi chất lỏng trong bình tách đầy thì cảm biến mức sẽ nhận được giá trị và gửi tín hiệu về cho bộ điều khiển mức LIC, LIC sẽ so sánh với giá trị đặt và xuất lệnh cho van điều khiển mức đóng mở theo tỉ lệ nhất định.
Sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị
Sửa chữa, bảo dưỡng các cảm biến
Các cảm biến là các thiết bị điện tử, việc cải tiến cấu trúc của chúng để nâng cao hiệu quả sử dụng là rất khó khăn, hơn nữa, khi làm việc chúng ít chịu ảnh hưởng của lực cơ học trị số lớn nên chúng ít bị hỏng hóc, mà thường chỉ gặp phải các lỗi như đã trình bày trong mục 3.6.2 (chương III). Như vậy, đối với các cảm biến ta chỉ cần tuân thủ đúng quy trình lắp đặt, vận hành và thường xuyên kiểm tra phát hiện lỗi và bảo dưỡng kịp thời là có thể sử dụng chúng có hiệu quả nhất. Tóm lại, để nâng cao hiệu quả sử dụng cho thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình tách, ta tìm cách nâng cao tuổi thọ cho van điều khiển mực chất lỏng, cụ thể là nâng cao tuổi thọ cho lò xo, chống mòn cho thân van và lá van.
Điều kiện làm việc của lò xo, thân van và lá van
Thép đàn hồi
- Các bon: Các phần tử đàn hồi không cho phép có biến dạng dẻo cũng như bị phá huỷ giòn khi làm việc nên thành phần các bon của thép đàn hồi không được quá thấp cũng như không được quá cao. Ngoài các tính chất đàn hồi cao, ram ra tổ chức trôxtit bảo đảm nâng cao một chừng mực nào đó độ dẻo và độ dai (đặc biệt trong các thép không có xu hướng ròn ram), nó quan trọng để giảm độ nhạy cảm với sự tập trung ứng suất và tăng giới hạn mỏi. Trong các chi tiết có công dụng quan trong hơn thì thép được hợp kim hóa them Cr (~1%) và Ni (<1,7%) các nguyên tố hợp kim yêu cầu phải có ảnh hưởng ít tới giới hạn đàn hồi là tính chất chủ yếu của họ thép này.
Biện pháp chống mòn cho thân van và lá van
Chống mòn do cọ sát giữa lá van và đế van
Lá van và đế van không tiếp xúc thường xuyên với nhau (chỉ tiếp xúc khi van đóng) nên không thể sử dụng dầu bôi trơn, vì vậy ta chọn cách thứ 2 là dùng đệm. Dựa vào bảng và yêu cầu đối với vật liệu làm đệm nêu trên, ta loại bỏ các vật liệu bằng kim loại vì chúng dễ bị an mòn bởi các tác nhân ăn mòn trong thành phận tạp chất và không hạn chế được va đập. Còn lại 3 vật liệu hữu cơ, ta thấy paronit (cao su amiang) có tính chất phù hợp nhất với các yêu cầu trên, vì paronit có tính đàn hồi tốt, hạn chế được va đập, chịu được áp suất lớn và nhiệt độ môi trường cao, đồng thời nó khó tan trong dầu và không chịu.
Chống mòn cho thân van và lá van
Khi thực hiện biện pháp lựa chọn vật liệu cần chú ý làm thân van và lá van cùng loại vật liệu để tránh hình thành các pin galvanic gây ra ăn mòn galvanic (là dạng ăn mòn xảy ra khi các kim loại hoặc hợp kim khác nhau được sử dụng trong cùng một cơ cấu và tiếp xúc với nhau trong cùng một môi. trường ăn mòn). Biện pháp tuy đơn giản và hạn chế được một dạng ăn mòn điện hóa nhưng có hạn chế, đó là phải làm từ khâu sản suất đầu tiên trong tiến trình sản suất van, đồng thời tính chịu xói mòn của van hoàn toàn phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu, nếu không có điều kiện chủ động sản suất được van hoặc không liên hệ được với hãng sản suất (chẳng hạn như đặt hàng theo yêu cầu) thì không thể thực hiện được. Do bình tách hoạt động ở giá trị nhiệt độ và áp suất nằm trong giới hạn nhất định nên ta không thể làm thay đổi nhiệt độ môi trường cũng như điệu chỉnh tốc độ dòng chảy qua van, do vậy biện pháp xử lí môi trường khả dĩ nhất là sử dụng chất ức chế ăn mòn.
Một số đề suất
Dựa theo bảng trên, ta lựa chọn chất ức chế ăn mòn là Ca(HCO3)2, sau đó tùy vào lượng tạp chất khác có trong chất lỏng chảy qua van mà chọn thêm loại chất ức chế khác. Biện pháp này rất dễ thực hiện nhưng phải tiến hành thường xuyên, lượng chất ức chế tỷ lệ với nguyên liệu vào bình tách nên tốn kém và có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng dầu. - Sơn phủ cho thân van đồng thời mạ Cr cho lá van kết hợp với một chế độ kiểm tra định kỳ tình trạng của lớp sơn phủ.