Ngoài sự phân loại theo chức năng thì dựa vào hình dạng bên ngoài của bình tách ngời ta có thể phân chia bình tách thành các loại sau:
1. Loại 1: bình tách đứng
2. Loại 2: bình tách hình trụ nằm ngang 3. Loại 3: bình tách hình cầu.
+ Trong đó tuỳ theo số pha đợc tách tơng ứng với số dòng đợc tách ra khỏi tháp mà ta có loại bình tách 2 pha (lỏng –khí), bình tách 3 pha (dầu –khí- nớc).
+ Ngoài ra, một số bình tách dùng để tách rắn-cặn ra khỏi chất lỏng bằng những kết cấu đặc biệt có tác dụng lắng đọng các vật liệu rắn. Chúng không đợc coi là pha lỏng khác trong phân loại bình. Ta đi vào từng loại:
Loại 1. Thiết bị bình tách trụ đứng
Các thiết bị bình tách trụ đứng có kích thớc thay đổi từ 10-12’’ và 4-5 footsean to seam( S to S) lên đến 10-12 feet đờng kính và 15-25 ft (S to S)
+ Hình (1.7): Minh hoạ hình ảnh đơn giản của một thiết bị tách trụ đứng 2 pha hoạt động dầu khí.
+ Hình (1.8): Minh hoạ đơn giản của cấu tạo thiết bị tách trụ đứng 3 pha hoạt động: dầu –khí –nứơc.
+ Hình (1.9): Minh hoạ hình ảnh đơn giản cấu tạo bình tách 3 pha sử dụng lực ly tâm.
Dòng nguyên liệu vào xiên theo một ống màng côn. Có các ống màng dẫn dòng tạo dòng chảy xoáy tròn, nớc nặng nhất bị phân bố sát thành ống dẫn (do lực ly tâm). Dầu nhẹ hơn phân bố ở mặt ngoài, khí ít chịu ảnh hởng của lực ly tâm, tách khỏi dầu và đi lên. Dầu, nớc bị kéo xuống dới theo máng dẫn. Nớc nặng hơn chìm xuống dới, dầu nổi lên trên.
6
11
7
9
10
8
1
4
3
2
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-cửa vào nguyên liệu
-van điều áp hồi lưu khí
-cửa thoát khí
-đệm chiết
-bộ phận tách khí trên cửa vào
-đĩa kim loại làm chệch hướng dòng chảy
-miệng phao
-phao không trọng lượng
-thiết bị điều khiển mực chất lỏng
-van vận hành ngăn dầu
-cửa tháo dầu
6
11
7
9
10
8
1 4
3
2
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-cửa vào nguyên liệu
-van điều áp hồi lưu khí
-đệm chiết
-bộ phận tách khí trên cửa vào
-đĩa kim loại làm lệch hướng dòng chảy
-thiết bị điều khiển mực chất lỏng
-van vận hành ngăn dầu
-phao không trọng lượng
-thiết bị điều khiển mực chất lỏng
-phao trọng lượng
-van vận hành ngăn nước
water
oil
gas
dầu nước khí1-Cửa vào nguyên liệu 2-Bộ phận do chuyển động xoáy tròn 3-Vòng hình nón. 4-Bề mặt tiếp xúc dầu-khí 5-Bề mặt tiếp xúc dầu nớc Hình 1.9. Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm
Loại 2. Thiết bị bình tách trụ ngang
Hiện nay các thiết bị tách trụ ngang đợc sản xuất với hai dạng: +Bình tách một ống trụ đơn
+Bình tách gồm hai ống trụ
Cả hai loại này đều có thể áp dụng tách 2 pha, hoặc 3 pha, những
thiết bị tách ngang có sự thay đổi kích thớc từ 20-30’ đờng kính và 4-5 ft (S to S)
lên tới 15-16 ft đờng kính và 60-70ft (S to S).
Các thiết bị tách hình trụ nằm ngang đợc minh hoạ ở các bình tách sau: + Hình (1.10): Minh hoạ cấu tạo thiết bị tách trụ ngang 2 pha hoạt động (dầu–khí)
+ Hình (1.11): Minh họa thiết bị tách trụ ngang một ống, 3 pha hoạt động (dầu–khí – nớc). nguyên liệu 1 2 3 4 5 6 GAS OIL 1-cửa vào tách khí thành phần 2-màng chiết dạng cánh 3-van điều áp khí hồi lưu 4-miệng phao
5-bộ điều khiển mực chất lỏng 6-van vận hành ngăn dầu
nguyên liệu lỏng 1 2 3 1-cửa vào tách khí thành phần 2-màng chiết dạng cánh 3-van điều áp khí hồi lưu 4-miệng phao
5-bộ điều khiển mực chất lỏng 6-van vận hành ngăn dầu
8 9 water oil gas gas oil water Nuớc 7 A B 6 5 4 A B Mặt cắt ''A-A'' Mặt cắt ''B-B'' Dầu Oil Water Gas
7-van vận hành ngăn nước 8-phao không trọng lượng 9-phao trọng lượng
Hình 1.11. Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha dầu-khí-nớc Loại 3. Thiết bị tách hình cầu
Thiết bị bình tách hình cầu có kích thớc thay đổi từ 24-30’’, đờng kính tới 66-72’’ đờng kính.
Hình (1.12), (1.13) chỉ ra loại thiết bị hình cầu là những thiết bị tách đơn giản. + Hình (1.12): Minh hoạ cấu tạo đơn giản thiết bị bình tách hình cầu 2 pha hoạt động (dầu –khí).
+ Hình (1.13): Minh hoạ cấu tạo đơn giản thiết bị tách hình cầu 3 pha hoạt động (dầu –khí –nớc).
Kieồm soaựt van daàu Ho ón h ụùp va ứo Van an toaứn Khớ
Van kieồm soaựt aựp suaỏt khớ ra
Van xaỷ daàu OÁng gom khớ
Chieỏt sửụng
Boọ leọch doứng
Boọ kieồm soaựt mửực
Daàu
1- Cửa vào tách khí thành phần 2- Màng chiết kiểu đệm ngng tụ
3- Bộ phận dẫn điều khiển mực dầu lu trong bình 4- Bộ phận dẫn điều khiển mực nớc lu trong bình 5- Phao không trọng lợng
6- Phao trọng lợng
Hình 1.13. Bình tách 3 pha hình cầu 1.3.3. Phạm vi áp dụng
Trong công nghiệp dầu khí bình tách đợc chế tạo theo 3 hình dạng cơ bản là: bình tách trụ đứng ,bình tách trụ ngang, và bình tách cầu. Mỗi loại thiết bị có
những tiện lợi nhất định trong quá trình sử dụng. Vì vậy việc lựa chọn trong mỗi ứng dụng thờng dựa trên hiệu quả thu đợc trong quá trình lắp đặt và duy trì giá trị.
Bảng số (1.1) chỉ ra sự so sánh những u nhợc điểm của các loại thiết bị tách dầu khí. Bảng số (1.1) không phải là một bảng hớng dẫn thuần tuý nhng nó đủ tiêu chuẩn liên quan tới sự so sánh, nh những đặc điểm thay đổi hay những đặc điểm đặc trng của sự khác nhau giữa các thiết bị tách dựa trên những phạm vi hình dạng, kích thớc, áp suất làm việc. Từ bảng so sánh có thể chắc chắn rằng những thiết bị tách dầu và khí hình trụ nằm ngang là thiết bị có nhiều u điểm trong sử dụng, vận hành, duy trì làm việc, bảo dỡng và sửa chữa thay thế, vì vậy nó đợc áp dụng nhiều nhất. Bảng tổng kết chỉ cho ta thấy khái quát chung của việc sử dụng thiết bị tách hình trụ ngang, hình trụ đứng, thiết bị hình cầu.
1.3.3.1. Thiết bị tách hình trụ đứng
Trong công nghiệp dầu khí hiên nay, thiết bị bình tách hình trụ đứng thờng đợc sử dụng trong những trờng hợp sau:
+ Chất lỏng giếng có tỷ lệ lỏng/khí cao
+ Dầu thô có chứa lợng cát, cặn và các mảnh vụn rắn
+ Sự lắp đặt bị giới hạn về chiều ngang nhng không giới hạn về chiều cao của thiết bị
+ Đợc lắp đặt ở những nơi mà thể tích chất lỏng có thể thay đổi nhiều và đột ngột nh; các giếng tự phun, các giếng gaslift gián đoạn
+ Hạ nugget của các thiết bị sản xuất khác cho phép hoặc tạo ra sự đông tụ chất lỏng
+ Đầu vào của các thiết bị sản xuất khác sẽ không làm việc phù hợp với sự có mặt của chất lỏng ở trong khí đầu vào
+ Sử dụng tại những điểm mà việc áp dụng thiết bị tách trụ đứng mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
1.3.3.2. Thiết bị tách hình trụ nằm ngang
Phạm vi áp dụng của nó trong các trờng hợp cụ thể:
1. Tách lỏng-lỏng trong bình tách 3 pha trong sự sắp đặt để hiệu quả hơn trong việc tách dầu –nớc
2. Tách bọt dầu thô nơi mà diện tích tiếp xúc pha: lỏng –khí lớn hơn và cho phép tạo ra phần vỡ bọt nhanh hơn và sự tách khí từ lỏng hiệu quả hơn
3. Thiết bị tách hình trụ ngang đợc lắp đặt tại những vị trí giới hạn về chiều cao, vì bóng của nó có thể che lấp vùng phụ cận
5. 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
6. Dùng nơi có nhiều thiết bị nhỏ có thể xếp chồng nhau (đặt cạnh nhau) mục đích tiết kiệm không gian
7. Dùng cho những thiết bị cơ động, (hoặc trợt hoặc kéo ) … đợc yêu cầu cho việc kiểm tra hay sản xuất
8. Thợng nguồn của những thiết bị sản xuất sẽ không hoạt động hài hoà nhiều nh có chất lỏng trong khí ở đầu vào
9. Hạ nguồn của những thiết bị sản xuất mà cho phép hoặc tháo ra chất lỏng ngng tụ hay đông tụ
10. Dùng cho những trờng hợp giá trị kinh tế của thiết bị tách trụ đứng đem lại thấp hơn.
1.3.3.3. Thiết bị tách hình cầu
Phạm vi ứng dụng trong các trờng hợp sau:
1. Những chất lỏng giếng với lu lợng dầu khí cao ,ổn định và không có hiện tợng trào dầu hay va đập của dòng dầu
2. Đợc lắp đặt ở những vị trí mà bị giới hạn về chiều cao
3. Hạ nguồn của những thiết bị xử lý nh là thiết bị xử lý nớc bằng glycol và các thiết bị làm ngọt khí (qua quá trình khử lu huỳnh) để làm sạch và tăng giá xử lý chất lỏng nh là Amin và Glycol
4. Đợc lắp đặt tại những địa điểm yêu cầu thiết bị tách phải nhỏ và dễ dàng di chuyển tới nơi lắp đặt
5. Lắp đặt tại những nơi mà hiệu quả để lại từ thiết bị tách hình cầu là cao hơn
1.3.4. Ưu nh– ợc điểm
Bảng 1.1. So sánh sự thuận lợi và không thuận lợi của các loại bình tách
Số TT Các vấn đề so sánh Thiết bị tách hình trụ ngang (1) Thiết bị tách hình trụ đứng (2) Thiết bị tách hình cầu (3)
1 Hiệu quả của sự tách 1 2 3
2 Sự ổn định của chất lu đợc tách
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 dỡng thiết bị 1 3 2
Ghi chú:
Xét về mặt công suất (hoặc hiệu suất) sắp xếp kí hiệu nh sau: (1): tiện lợi nhất
(2): trung bình (3): kém tiện lợi.
Chơng 2
Bình tách ΗΓC 25 (C1)
2.1. Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của bình tách C1
2.1.1. Cấu tạo
Bình tách C1 có cấu tạo nh hình vẽ 2.1.
2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Bình tách HΓC hoạt động theo 4 giai đoạn cơ bản sau:
+ Giai đoạn 1: Là giai đoạn đầu của quá trình tách về cơ bản là sử dụng một bộ phận gạt đầu vào, nh thế động lợng của chất lỏng bị cuốn trong các pha hơi làm giọt chất lỏng lớn nhất va chạm lên bộ phận gạt này và rơi xuống bằng trọng lực
+ Giai đoạn 2: Là sự tách bằng trọng lực các giọt nhỏ hơn dạng hơi bằng cách chảy thông qua khu vực tách
+ Giai đoạn 3: Là sự tách sơng ,tại đây các giọt nhỏ nhất đợc đông tụ thành các giọt lớn hơn, nó sẽ đợc tách bằng trọng lực
+ Giai đoạn 4: Là sự phân lớp các chất lỏng nhẹ nổi lên trong pha nặng hay sự sa lắng của các giọt lỏng lặng trong pha nhẹ và đợc chi phối bởi định luật Stock.
• Nguyên lý hoạt động :
Hỗn hợp vào theo đờng A (là kiểu dẫn ly tâm) dới áp suất lớn và theo h- ớng tia ly tâm. Do thay đổi hớng và tốc độ đột ngột nên hỗn hợp đợc tách sơ bộ. Chất lỏng gặp tấm chặn 3 có tác dụng tách tiếp chất lỏng ra khỏi dòng khí và rơi xuống dới (tách sơ bộ). Dầu, nớc do lực ly tâm thay đổi tốc độ và áp suất hớng dao động rơi xuống dới. Vách ngăn 4 có tác dụng phá huỷ những bọt khí còn lại trong dầu. Khí đợc tách đi qua 5 và 6 đi ra đờng ống ra hệ thống thu gom. Dầu theo đờng D đi vào bình 100 m3.
2.2. Các thông số kỹ thuật của bình C1
* Loại chất lu: dầu thô, khí, nớc * Pha: 2 pha
* áp suất làm việc của bình: P=2,2 Mpa
* áp suất tính toán của bình: P=2,5 Mpa
* áp suất thử của bình : P=3,6 Mpa
* Nhiệt độ thiết kế: 1100C
* Thể tích: 25 m
* Đờng kính trong: 2000 mm
* Khoảng cách giữa hai đầu bình: 7000 mm * Dòng chất lu vào: - Khí: 40088 kg/h - Dầu: 210786 kg/h - Nớc: 50596 kg/h. Điều kiện vận hành: * áp suất: 11.5 min * Nhiệt độ: 1000C. Hệ thống an toàn:
* Có 3 mức bảo vệ bình trong trờng hợp áp suất cao và áp suất thấp: - Mức 1: mức áp suất cao và thấp PSH/L chỉ báo động trên SCADA
- Mức 2: áp suất rất cao và rất thấp PSHH/LL sẽ báo động và đóng van SDV- 300/400
- Mức 3: hai van an toàn hoạt động mở về C-4. * Bảo vệ bình trong trờng hợp mức cao và thấp: - Mức cao và thấp LSH/L chỉ báo động ở SCADA
2.3. Sơ đồ nguyên lý của bình C1
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của bình C-1
2.4. kiểm toán các thông số cơ bản của bình tách
2.4.1. Tính toán dung lợng chất lỏng táchA. Dầu thô A. Dầu thô
Khí tự nhiên (không hoà tan) có chứa trong dầu thô đã tách sẽ có một l-
ợng biến đổi lớn, phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Kích cỡ và hình dáng bình tách
- Thiết kế và bố trí bên trong bình tách - áp suất và nhiệt độ vận hành
- Tốc độ chảy
- Chiều sâu của chất lỏng trong bình - Độ nhớt và ứng suất bề mặt của dầu.
Bảng 2.1: Chỉ ra lợng khí và lợng nớc tính toán chứa trong dầu thô đã tách và thoát ra ngoài từ một bình tách phổ biến vận hành duới các điều kiện giếng bình thờng. Các giá trị trên bảng đợc tính gần đúng.
Các kết quả ở bảng 2.1 sẽ không còn đúng nếu ta sử dụng một trong các yếu tố điều chỉnh đã nêu ở trên.
Nớc có chứa trong dầu thô đã tách sẽ có một lợng biến đổi lớn. Các yếu tố đã nêu ở trên, cùng với rung động do sự giảm áp suất và dòng chảy, lợng nớc chứa trong dung dịch giếng khoan, độ bẩn, nhiệt độ nhũ tơng hoá của dầu và nớc sẽ quyết định lợng nớc chứa trong dầu thô đã tách.
Giá trị nêu trên bảng thực hiện với bình tách không có các thiết bị, các hoá chất đặc biệt, sử dụng hay áp dụng để tăng sản lợng dầu thô đã tách. Khi các yếu tố này đợc áp dụng kết quả thu đợc sẽ cao hơn.
* Tỷ lệ phần trăm về thể tích của khí không hoà tan trong dầu đã tách ở điều kiện tiêu chuẩn.
* * Tỷ lệ phần trăm về thể tích chứa trong dầu đã tách.
B. Nớc tách
Trong thực tế lợng nớc tách ra từ bình tách 3 pha có chứa một lơng dầu nào đó, khoản biến đổi của nó thể hiện ở bảng số 2. Lợng nớc thoát ra từ bình tách 3 pha phụ thuộc vào các yếu tố nh đã kể ở trên. Nếu nh trong điều kiện
