2.9.1. Đặc điểm chung
Các thiết bị điều khiển, kiểm soát có nhiệm vụ khống chế các thông số: mức tiếp xúc dầu - khí, dầu - nước và giá trị áp suất làm việc trong bình. Để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc, các thiết bị tách cần có: bộ khuếch đại tín hiệu, thiết bị báo mức, đồng hồ đo và các loại van.
Tất cả các thiết bị khống chế mức chất lỏng, áp suất và nhiệt độ đều có thể đánh tín hiệu báo động khi đạt đến giá trị nguy hiểm. Đối với bình tách dầu - khí thường trang bị các van an toàn kiểu lò xo. Khi lắp đặt van an toàn sẽ có một giá trị áp suất thiết kế nhất định, bộ phận quan trọng nhất của van an toàn là đĩa van (đầu van), đây là một màng kim loại mỏng. Khi giá trị áp suất cao so với thiết kế, thì đĩa van sẽ bị thủng và van an toàn ở trạng thái mở để xả khí ra ngoài nhằm giảm áp suất trong bình, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
2.9.2. Mục đích
Khống chế mức chất lỏng trong bình nhờ bộ Rơle phao để khởi động van đầu vào.
Khống chế nhiệt độ trong giới hạn làm việc. Trường hợp này không bắt buộc cho tất cả các thiết bị tách, mà chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt nhằm đóng mở tự động đường dẫn và bộ gia nhiệt.
2.9.3. Sơ đồ điều khiển kiểm soát bình tách NGS 25m3 ở mỏ BạchHổ Hổ
Nguyên lý hoạt động (hình 2.14)
Dầu sau khi tách sẽ đưa về bình 100m3 qua van 13; 14; 15 hoặc van 12 để tách nốt khí còn lại. Khí sau khi tách sẽ đi qua van 3; 4; 5 hoặc van 2 ra đuốc. Nhánh có các van 6; 7; 8 chỉ làm việc khi áp suất trong bình vượt quá giới hạn cho phép. Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà bình tách chỉ duy trì áp suất ở một giá trị nào đó. Giá trị này phải lớn hơn giá trị áp suất làm việc ở trong bình 100m3. Thông thường các bình tách làm việc có áp suất duy trì từ 8 KG/cm2 đến 12 KG/cm2. Các thiết bị điều khiển làm việc để luôn duy trì mức chất lỏng trong bình tách.
a. Quá trình điều khiển mức chất lỏng trong bình tách
Thiết bị dùng để kiểm tra và điểu khiển mức chất lỏng trong bình tách bao gồm: bộ đo mực chất lỏng số 11; bộ B10, P331 dùng để ghi mực chất lỏng trong bình và đóng mở số 15. Bộ đo mực chất lỏng số 11 được gắn với bình bởi van số 9; 10. Bộ đo này được gắn với phao và sử dụng nguồn khí nuôi 1,4 KG/cm2. Tuỳ thuộc vào mức chất lỏng trong bình nhiều hay ít thì lực đẩy lên phao số 1 mạnh hay yếu. Trọng lượng của phao có giá trị khác nhau, thông qua bộ phận đo mức chất lỏng số 11, sẽ truyền tín hiệu ở lối ra ở các giá trị tương ứng.
Tín hiệu ở lối ra 11 sẽ truyền đến B qua đường truyền số 18, tín hiệu này sẽ tỷ lệ với mức chất lỏng trong bình tách.Trường hợp lối ra 11 lớn hơn ngưỡng B thì sẽ điều khiển để van số 15 dẫn chất lỏng từ bình NGS tới bình 100m3 hoặc ra tàu chứa.
Trường hợp ngược lại tín hiệu lối ra 11 nhỏ hơn ngương B thì van sẽ đóng lại để duy trì mức chất lỏng.
b. Quá trình điều khiển áp suất trong bình
Áp suất trong bình NGS được lối với đồng hồ MP4 qua hệ thống van. Tuỳ theo giá trị của áp suất của bình cao hay thấp mà đồng hồ có giá trị tương ứng. Tín hiệu lối ra của đồng hồ có giá trị từ 0,2 đến 1 KG/cm2. Trường hợp tín hiệu lối ra có giá trị 0,2 KG/cm2 thì áp suất trên đồng hồ bằng 0. Trường hợp tín hiệu lối ra có giá trị 1 KG/cm2 thì áp suất trên đồng hồ MP4 có giá trị hết thang đo.
Ví dụ: đồng hồ có dải đo từ 0 đến 25 KG/cm2 thì áp suất bằng 0 nếu đồng hồ chỉ 0,2. Còn áp suất bằng 25 KG/cm2 nếu tín hiệu lối ra bằng 1.
Tín hiệu lối ra tỷ lệ với áp suất trong bình. Tín hiệu này được đưa tới A qua đường truyền tín hiệu số 20. Tương tự như quá trình điều khiển mức chất lỏng trong bình, người ta có giá trị ngưỡng trên A.
Trường hợp tín hiệu ở cụm A mà lớn hơn giá trị của ngưỡng thì van số 4 sẽ mở, áp suất trong bình sẽ giảm. Trường hợp tín hiệu ở lối ra nhỏ hơn giá trị của ngưỡng thì van số 4 đóng lại và áp suất sẽ tăng dần.
Hình 2.14. Sơ đồ điều khiển, kiểm soát bình tách 25m3 Chú thích:
1- Phao báo mức.
2;3;5;6;8;9;10;12;13;14- Các van chặn thôg thường. 4;15- Van Mim.
7- Van an toàn.
11- Bộ phận đo mức chất lỏng trong bình. 16- Bộ truyền tín hiệu áp suất của bình.
17;18;19;20- Các đường truyền tín hiệu điều khiển.
CHƯƠNG 3
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BÌNH TÁCH TÍNH TOÁN CHO BÌNH TÁCH Ở MỎ BẠCH HỔ 3.1. Cấu tạo chung của bình tách
Hình 3.1. Sơ đồ bình tách 2 pha trụ đứng Chú thích:
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.
3.1.1. Bộ phận tách cơ bản A
Được lắp đặt trực tiếp ở cửa vào đảm bảo nhiệm vụ tách khí ra khỏi dầu, tức là giải phóng được các bọt khí tự do. Hiệu quả làm việc phụ thuộc vào cấu trúc
Có 2 cách bố trí bộ phận tách cơ bản: hướng tâm và ly tâm.
a. Theo nguyên tắc hướng tâm
Hình 3.2. Tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm Chú thích:
1- Thành bình. 4- Vòi phun.
2- Đoạn ống đục lỗ. 5- Đường vào của hỗn hợp. 3- Tấm chặn. 6- Lỗ thoát chất lỏng.
Phải tạo được các va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động. Hỗn hợp phải được phân tán, tạo rối qua các vòi phun và đập vào các tấm chặn để thực hiện quá trình tách cơ bản.
Hỗn hợp sản phẩm khai thác theo đường số 5 vào ống phân tán, qua các vòi phun số 4 được tăng tốc và đập vào các tấm chặn số 3 làm đổi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát qua khe hở giữa các tấm chặn. Khí bay lên phần cao. Còn chất lỏng phần lớn bám vào các tấm chặn, kết dính và đi xuống bộ phận tách thứ cấp theo các lỗ thoát số 6.
b. Theo nguyên tắc ly tâm
Hình 3.3. Tách cơ bản bằng lực ly tâm
Phương án phổ biến là bố trí cửa vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình. Thường được thiết kế bởi 2 ống hình trụ đồng tâm. Dòng sản phẩm hỗn hợp sẽ đi vào khoảng không gian giữa 2 ống theo hướng tiếp tuyến với thành ống. Dầu có xu hướng bám dính vào thành ống.
Đối với bình trụ đứng: bộ phận tách cơ bản là 2 ống hình trụ đồng tâm có đường kính không thay đổi. Ống trong có rãnh kiểu nan chớp. Khi dòng hỗn hợp sản phẩm khai thác đi vào theo hướng tiếp tuyến với thành ống và chuyển động theo quỹ đạo xoắy. Do khí có lực ly tâm nhỏ hơn sẽ đi vào ống hình trụ bên trong qua các màng chớp và thoát lên trên. Còn dầu có lực ly tâm lớn hơn sẽ văng ra và bám vào thành trong của ống hình trụ bên ngoài, kết dính lại và lắng xuống dưới đến bộ phận tách thứ cấp.
Đối với bình trụ ngang: sử dụng 2 ống hình trụ đồng tâm, ống hình trụ bên trong có đường kính thay đổi. Dòng hỗn hợp sẽ đi vào theo hướng rãnh xoắn ốc để tạo lực ly tâm để dễ dàng phân ly dầu - khí.
Ngoài ra còn tách sơ bộ bằng đầu xoắy lốc thuỷ lực.
3.1.2. 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 chưa tách triệt để. Để tăng hiệu quả tách các bọt khí ra khỏi dầu, cần hướng các lớp mỏng chất lưu theo các mặt phẳng nghiêng (tấm lệch dòng), phía trên có bố trí các gờ chặn nhỏ, đồng thời phải kéo dài đường chuyển động bằng cách tăng số lượng các
3.1.3. 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 tuỳ thuộc vào hiệu quả làm việc của phần A và phần B, vào độ nhớt và thời gian lưu giữ. Trường hợp hỗn hợp thì phần này có nhiệm vụ lắng để tách khí, hơi ra khỏi dầu. Ở thiết bị 3 pha, nó còn có chức năng tách nước.
3.1.4. Bộ phận chiết sương D
Là bộ phận được lắp ráp ở phần cao nhất của thiết bị nhằm giữ lại các giọt dầu nhỏ bị cuốn theo dòng khí. Dầu thu giữ ở đây thì theo đường tháo khô chảy trực tiếp xuống phần lưu giữ chất lỏng.
Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm:
Hình 3.4. Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm Chú thích:
1- Đường vào của hỗn hợp dầu - khí. 2- Thành bình tách.
3- Cửa thu khí từ bộ phận cơ bản lên bộ phận chiết sương. 4- Lỗ thoát khí trên.
5- Lỗ thoát khí dưới. 6- Lỗ thu khí sau khi tách. 7- Đường khí ra sau khi tách. 8- Các ống đồng tâm.
9- Đường thu hồi các giọt dầu.
Gồm 3 ống hình trụ đồng tâm, có lỗ thoát khí ở phía trên cao nhất và thấp nhất của trụ để hướng dòng khí đi lên xuống với trị số tốc độ khác nhau ở mỗi ống hình trụ trước khi ra đầu xả. Các giọt dầu bám vào thành ống sẽ chảy xuống phần lắng.
- Ưu điểm: chế tạo đơn giản, giá thành thấp và quá trình tách nhanh. - Nhược điểm: tách các bụi dầu ra khỏi dòng khí không triệt để.
Bộ phận chiết sương kiểu nan chớp:
Hình 3.5. Bộ chiết sương kiểu nan chớp
Bao gồm các tấm uốn lượn sóng và các tấm đục lỗ sau khi qua bộ phận tách cơ bản ở đầu vào, khí bay lên đi vào chi tiết gồm các tấm lượn sóng song song không đục lỗ, khí sẽ chuyển động theo khe hở giữa các tấm, chiều chuyển động được thay đổi liên tục, dầu sẽ bám dính vào các tấm này, sau đó va đập vào các tấm chắn thẳng đứng có đục lỗ, hướng các giọt dầu chảy xuống phần thu và theo đường ống chảy xuống phần thấp nhất của thiết bị. Hiệu quả sẽ được tăng lên khi trên các tấm lượn sóng có các gờ và các cánh phụ.
+ Ưu điểm: chế tạo đơn giản, giá thành thấp, quá trình tách nhanh và khả năng tách bụi dầu là tốt hơn so với bộ chiết sương dạng đồng tâm.
Hình 3.6. 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 này được bố trí hướng lên phía trên, các khe hở được bố trí sao cho dòng khí qua đó chịu va đập, thay đổi hướng, tốc độ chuyển động để tách pha lỏng ra khỏi pha khí. Bộ chiết sương dạng cánh có cấu tạo đơn giản, nhưng hiệu quả tách cao và giá thành hợp lý.
3.2. Nguyên lý hoạt động của bình tách
Bình tách hoạt động theo 4 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: là giai đoạn đầu của quá trình tách. Hỗn hợp sản phẩm được tạo rối và phân tán để tách các bọt khí.
Giai đoạn 2: là sự tách bằng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt khí còn sót mà giai đoạn 1 chưa tách được bằng cách trải hỗn hợp thành những lớp mỏng trên mặt phẳng nghiêng. Để tăng hiệu quả tách, trên mặt phẳng nghiêng có bố trí các gờ chặn nhỏ, đồng thời tăng số lượng các tấm lệch dòng.
Giai đoạn 3: là sự tách sương, sử dụng bộ chiết sương để giữ lại các giọt dầu bị cuốn theo dòng khí. Sự tách các giọt lỏng ra khỏi dòng khí dựa trên tập hợp các cơ chế: va đập, trọng lực, thay đổi hướng và tốc độ dòng khí.
Giai đoạn 4: là giai đoạn lắng trọng lực, sự phân lớp các chất lỏng: pha lỏng nhẹ hơn sẽ nổi trên pha lỏng nặng hơn. Sự sa lắng các giọt chất lỏng tuân theo định luật Stock.
Hỗn hợp sản phẩm khai thác qua đường vào tới bộ tách cơ bản. Tại đây pha khí được tách khỏi lỏng rồi đi lên bộ phận chiết sương để lọc các giọt lỏng bị cuốn theo dòng khí. Chất lỏng chảy xuống bộ phận tách thứ cấp là các tấm lệch dòng có bố trí các gờ để tách hiệu quả tách các bọt khí còn sót trong pha lỏng mà bộ phận tách cơ bản chưa tách được. Sau đó pha lỏng chảy xuống phần lắng, tại đây khí được tách
triệt để và dầu nước được phân lớp rồi được xả ra ngoài qua các van xả tương ướng. Pha lỏng được lưu giữ ở phần lắng một thời gian theo thiết kế.
3.3. Tính toán cho bình tách
3.3.1. Tính toán công suất và kích thước bình tách
3.3.1.1. Công suất bình tách
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 thiết cho việc xác định chính xác 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 cùng một kích thước. Điều này đúng khi mức chất lỏng trong bình tách phải duy trì ở một mức thích hợp để tránh 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:
g .( l g)0,5 g v F ρ ρ ρ ∞ − = (3.1) Trong đó: vg: là vận tốc khí lớn nhất cho phép.
F∞: là hệ số kể đến hình dáng và điều kiện làm việc của bình tách. Với bình tách đứng F∞ = 0,05 - 0,167.
ρl: là khối lượng riêng của dầu, kg/m3. ρg: là khối lượng riêng của khí, kg/m3.
Giá trị của F∞ trong công thức (3.1) 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 mức 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 nắn dòng, tấm chắn làm lệch dòng và các thiết bị đặc biệt ở cửa vào sẽ làm tăng giá trị của F∞ và công suất của bình tách.