4.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách
Một thiết bị tách có hiệu quả, được xem là hồn thiện về kỹ thuật khi khơng để thốt các bọt khí cũng như các giọt dầu theo đường xả, thời gian lưu giữ chất lỏng thấp, tiêu hao kim loại ít, thiết bị phải tạo được cân bằng pha. Ngoài ra, bề mặt tiếp xúc khí-dầu cũng là một thơng số quan trọng, giảm thời gian đạt tới trạng thái cân bằng và tránh sự thốt các bọt khí theo đường lỏng. Việc tách khí có hiệu quả khi hỗn hợp được phân tán tốt, tạo ra các giọt dầu có kích thước 1-2 mm và sẽ được giữ lại ở bộ phận chiết sương. Kích thước này là một hàm số của tỷ số giữa sức căng bề mặt δ và hiệu số mật độ Δp:δ/Δp.
Khả năng tách khí của thiết bị phụ thuộc vào các yếu tố:
- Thiết bị tách: chiều dài, đường kính, thiết kế và bố trí bên trong, số bậc tách, áp suất và nhiệt độ vận hành, mức chất lỏng và điều kiện vật lý của thiết bị nói chung cũng như các chi tết cấu thành.
- Tính chất của chất lưu bao gồm: tính chất lý hóa, mật độ ρ, độ nhớt μ, hệ số cân bằng K …., tỷ lệ khí lỏng, kích thước giọt dầu đi vào bộ chiết sương, dòng chảy của chất lỏng giếng, ổn định hoặc rối loạn, hàm lượng tạp chất, xu hướng tạo bọt.
Tính chất lý hóa của dầu và kích thước giọt dầu khó nhận biết một cách chính xác. Khi tính tốn khả năng và kích thước thiết bị tách thường căn cứ vào tài liệu thực nghiệm hoặc giả định theo các so sánh hoặc kinh nghiệm.
4.4.2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng bình tách
Từ các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả bình tách ta đưa ra các phương pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng như sau.
a) Khử nhũ trên đường ống trước khi hỗn hợp dầu khí đi vào bình tách
Dầu khai thác lên sau giai đoạn tách nước cơ bản vẫn còn lại một lượng nước nhất định dưới dạng nhũ. Thành phần nước chủ yếu là nước vỉa, có chứa các muối khống khác nhau như là NaCL, CaCl2, MgCl2….và các tạp chất cơ học. Mặt khác sau khi tách nước cơ bản vẫn cịn khí hữu cơ trong dầu như: CH4, C2H6, C3H8, C4H10 ; và các khí vơ cơ như: H2S,CO2,He.
Hàm lượng nước và dung dịch nước của các muối khống làm tăng chi phí vận chuyển và tạo thành các nhũ tương bền vững gây trở ngại cho việc chế biến dầu, làm han gỉ đường ống và thiết bị vì vậy phải xử lý dầu để đạt tiêu chuẩn
thương mại. Nhiệm vụ chủ yếu là tách nước, tách muối và hơn nữa thì đa số muối trong nước vỉa là muối hòa tan nên chủ yếu là tách nước.
Nước tồn tại trong dầu tại thời điểm này chủ yếu dưới dạng nhũ mà phổ biến là nhũ tương nghịch (nước trong dầu) nên trọng tâm của việc tách nước là khử nhũ tương nghịch.
Các giải pháp xử lý (khử nhũ, tách nước) bao gồm: - Giải pháp cơ học: lắng, ly tâm;
- Giải pháp nhiệt; - Giải pháp điện; - Giải pháp hóa học.
Trong đó giải pháp hóa học là phổ biến nhất vì có hiệu quả cao. Bản chất của nó là dùng các chất khử nhũ, là các chất hoạt tính bề mặt nhân tạo có hoạt tính cao hơn các hoạt chất bề mặt có trong tự nhiên. Mục tiêu cuối cùng là dầu phải đạt tiêu chuẩn thương mại như trong bảng sau:
Bảng 4.4: Các chỉ tiêu dầu đạt tiêu chuẩn thương mại
Các chỉ tiêu Định mức theo nhóm dầu
1 2 3
Hàm lượng nước, % trọng lượng 0,5 1,0 1,0
Muối clo, mg/lít 100,0 300,0 1800,0
Tạp chất cơ học, % trọng lượng 0,05 0,05 0,05 Áp lực hơi bão hòa tại điểm cấp,
Pa (mmHg) 66650 (300) 66650 (300) 66650 (300) Dầu thương mại trước khi tới nhà máy chế biến lại phải khử nước đến 0,1 mg/lít và muối tới 5 mg/lít hoặc thấp hơn. Cụ thể ta đi vào từng phương pháp:
- Khử nhũ trên đường ống bằng hóa chất
Đó là đưa chất khử nhũ 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. Khi chảy trên đường ống thì chất khử nhũ có điều kiện và thời gian hòa trộn, khử lớp bảo vệ và tách nhũ thành 2 pha dầu và nước. Q trình này có vẻ đơn giản nhưng thực chất là rất phức tạp. Việc khử nhũ trên đường ống cịn tăng việc chống già hóa của nhũ, tạo cho việc khử nhũ dễ dàng khi nhũ mới hình thành.
- Phương pháp kết lắng và phân ly trọng lực
Trong các bể lắng - chứa, dầu được phân dòng đều theo tiết diện bể từ phía dưới, nổi qua một lớp nước, thực hiện quá trình rửa, keo tụ. Dầu nổi lên phía trên cùng của bể và lắng xuống phía dưới.
- Phương pháp nhiệt hóa
Các phương pháp khử nhũ khơng đốt nóng và khơng dùng hóa chất trong nhiều trường hợp, nhất là với dầu có độ nhớt cao, dầu nặng, dầu có nhựa và parafin sẽ kém hiệu quả. Vì vậy, khoảng 80% sản lượng dầu khai thác có độ ngậm nước đã được xử lý bằng phương pháp nhiệt hóa. Phương pháp đáp ứng được sự thay đổi hàm lượng nước trong một phạm vi rộng, có thể thay đổi dễ dàng chất khử nhũ và chế độ làm việc cho phù hợp với tính chất của nhũ, hạn chế được sự tổn hao của các thành phần nhẹ.
Các loại dầu nặng và dầu nhớt thì khử nhũ trên đường ống kèm theo nhiệt hóa là hợp lý nhất để tách muối và nước. Với dầu mật độ trung bình 0,83-0,85, độ nhớt trung bình 10-15Cp và độ ngậm nước tới 40% thì có thể khơng cần xử lý trên đường ống mà chỉ cần xử lý bằng nhiệt hóa.
- Phương pháp lọc và rửa
Thực tế cho thấy các nhũ tương dầu kiểu nghịch khơng ổn định hoặc độ ổn định trung bình sẽ bị phá hủy khi đi qua lớp lọc rắn háo nước chế tạo từ sỏi, dăm, kính vụn, các quả cầu polimer, phoi gỗ, phoi kim loại….
Sự khử nhũ dựa vào hiện tượng tẩm ướt lựa chọn, đi vào với sự hấp thụ. Khi tương tác giữa các phân tử chất lỏng với các phân tử chất rắn mạnh hơn giữa các phân tử lỏng với nhau thì chất lỏng sẽ loang theo bề mặt và tẩm ướt chất rắn. Tùy theo tính chất rắn-lỏng, sự tẩm ướt có thể tồn phần, từng phần hoặc khơng tẩm ướt. Chất lỏng bôi trơn vật rắn càng mạnh khi tương tác giữa các phân tử của chúng càng yếu. Các chất lỏng không phân cực như dầu với sức căng bề mặt bé thường tẩm ướt bề mặt chất rắn rất tốt. Nước vốn là chất phân cực, có sức căng bề mặt tốt hơn và chỉ tẩm ướt một số chất rắn như: thạch anh, thủy tinh.
Vật liệu lọc dùng phải thỏa mãn một số điều kiện sau:
+ Phải có tính tẩm ướt tốt, có khả năng tạo liên kết các vật liệu thấm với các giọt nước, phá hủy màng ngăn cách giữa các pha của nhũ và tạo điều kiện cho nước kết dính.
+ Có độ bền đầy đủ, có thể sử dụng lâu dài và ít phải thay thế. - Phương pháp khử nhũ bằng điện trường
Dùng tách muối ra khỏi dầu nặng, dầu trung bình và thường được bố trí sau giai đoạn tách lắng và phân ly trọng lực. Dưới tác dụng của điện trường thì các giọt nước chuyển động đồng pha với trường điện chính và ở mọi thời điểm chúng luôn ở trạng thái dao động, chúng bị biến dạng liên tục, hình dáng ln thay đổi thuận lợi cho việc phá hủy và sự kết dính của các giọt. Ngồi ra người ta cịn sử dụng phương pháp khử nhũ bằng tĩnh điện rất hiệu quả.
- Khử nhũ theo cơ chế sủi bọt
Đó là nhờ vào sự tách khí của các giọt dầu khi nổi qua một đệm nước. Khi nhũ chuyển động từ đáy bể đi lên nói riêng, cũng như đi qua hệ thống thu gom, thiết bị xử lý dầu nước nói chung thì áp suất sẽ bị giảm từ từ làm cho các bọt khí trong dầu được hình thành, giãn nở tăng kích thước, xính lại gần nhau, kết dính tăng kích thước giọt dầu và dần dần tách ra khỏi dầu. Q trình này khơng xảy ra với các gọt nước vì rằng lượng khí hịa tan trong nước khơng đáng kể, gần như các bột khí khơng tồn tại trong nước.
b) Xử lý lắng đọng parafin
Việc xử lý lắng đọng parafin góp phần tăng hiệu quả tách của bình tách. Cơng việc này trước hết phải tổ chức cơng tác vận chuyển sau đó mới xử lý khi bề dày lắng đọng đạt giới hạn và phương pháp khử phụ thuộc vào đường ống và thành phần lớp lắng đọng.
Các yếu tố chính ảnh hưởng tới q trình lắng đọng parafin bao gồm chất lượng đường ống, áp suất và tốc độ vận chuyển, nhiệt độ mơi trường và tính chất của dầu.
Xử lý lắng đọng parafin:
- Giải pháp cơ học: Dùng máy cào, máy nạo, thoi đẩy.
- Dùng dung mơi hịa tan: Dùng CHCl3 hoặc CS2cùng với nước và bơm vào đường ống.
- Dùng chất phân tán: Khơng có tác dụng hịa tan nhưng có tác dụng tăng độ phân tán của lắng đọng.
- Giải pháp nhiệt: Chủ yếu dùng nước nóng để tuần hoàn và chỉ tiến hành khi sự cố lắng đọng ở mức độ thấp.
c) Phải tiến hành phân loại dầu cũng như nắm rõ về tính chất lý hóa của dầu như: độ nhớt, nhiệt độ đơng đặc, sức căng bề mặt, độ dẫn nhiệt….từ đó bố trí thiết bị tách hợp lý để đạt hiệu quả tách cao nhất.
d) Thực hiện tốt các quy trình cơng nghệ của thiết bị tách. Từ việc tính tốn bình tách ( chiều dài, đường kính, bố trí lắp đặt bên trong bình tách….) tới điều kiện địa lý nơi lắp đặt, áp suất và nhiệt độ vận hành, số bậc tách…..
e) Thực hiện tốt cơng tác bảo dưỡng bình tách như trong quy trình bảo dưỡng bình tách.
CHƯƠNG 5
CƠNG TÁC AN TỒN TRONG VẬN HÀNH, SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG BÌNH TÁCH HГC
Trong quá trình vận hành bình tách HГC, việc đảm bảo an toàn là rất quan trọng. Để thực hiện tốt việc đó cần chấp hành tốt mọi quy định về vận hành bình tách.
+ Việc vận hành bình tách chỉ được giao cho những người từ 18 tuổi trở lên, có đủ sức khỏe, đã qua các khóa huyến luyện về an tồn lao động khi làm việc trên các cơng trình biển và trong khi vận hành bình tách, phải được hướng dẫn tại nơi làm việc.
+ Trước khi làm việc, người thợ vận hành (thợ khai thác) bình tách phải được làm quen và hiểu rõ các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật vận hành, lý lịch của bình tách mà người thợ được giao nhiệm vụ vận hành.
+ Người thợ vận hành bình trực tiếp có những nhiệm vụ sau đây:
- Thường xuyên kiểm tra tình trạng làm việc của bình và các thơng số làm việc như: mực chất lỏng trong bình, áp suất làm việc phải trong giới hạn cho phép….Đảm bảo cho bình ln làm việc trong trạng thái tốt nhất, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng và tuổi thọ của bình.
- Thường xuyên kiểm tra các dụng cụ đo lường, các cơ cấu an tồn và các phụ tùng của bình. Ghi lại các thơng số làm việc của bình vào sổ theo dõi cơng nghệ khai thác.
- Vận hành bình một cách an tồn theo đúng quy trình, kịp thời và bình tĩnh xử lý khi có sự cố, đồng thời phải báo ngay cho người phụ trách những hiện tượng khơng an tồn.
- Trong khi đang làm việc không được làm việc riêng cũng như bỏ vị trí làm việc.
+ Trước khi bắt đầu vận hành, cần phải đảm bảo chắc chắn rằng khơng có bất kỳ một sự vi phạm nào về các qui định an toàn lao động đối với người và trang thiết bị trong khu vực làm việc.
+ Việc vận hành bình và các thiết bị kèm theo khơng vượt quá các thông 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.
+ Trang bị an tồn đi kèm bình tách phải đầy đủ như ghi trong tài liệu hướng dẫn đi kèm.
+ Trước khi đưa bình vào làm việc và khi tiến hành vận hành bình tách phải tuân thủ các quy trình vận hành, các quy định trong vận hành đã được nêu ở phần (4.1.2).
+ Khi bình xảy ra sự cố và các tình huống khẩn cấp phải tiến hành như phấn (4.1.3).
+ Bình khơng làm việc trong các trường hợp sau:
- Khi áp suất làm việc tăng quá mức cho phép, mặc dù các yêu cầu quy định trong quy trình vận hành đều đảm bảo.
- Khi các cơ cấu an tồn khơng hồn hảo.
- Khi phát hiện thấy trong các bộ phận cơ bản của bình có các vết nứt, chỗ phồng, xì hơi hoặc chảy nước tại các mối hàn, các miếng đệm bị xé.
- Khi xảy ra cháy trực tiếp đe dọa bình đang làm việc. - Khi áp kế hư hỏng.
- Và những trường hợp khác theo quy định vận hành của đơn vị.