2.4.1 Cấu tạo chung của bình tách
Hình 2.6. 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;
2.4.1.1 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 đường vào.
a. Theo nguyên tắc hướng tâm
Hình 2.7. 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 2.8. Tách cơ bản bằng lực ly tâm 1. Cửa vào hỗn hợp;
2. Cửa vào kiểu ly tâm; 3. Thiết bị tách thứ cấp dung lực ly tâm; 4. Đầu nối của van an toàn;
5. Đường khí ra; 6. Ống gom khí;
7. Đường dầu ở bậc thứ cấp;
8. Thiết bị nối với bộ điều khiển mức; 9. Bộ phận tách thứ cấp;
10. Đường ra của chất lỏng; 11. Đường xả;
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.
2.4.1.2 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 tấm lệch dòng.
2.4.1.3 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.
2.4.1.4 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.
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 2.9. 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.
• Bộ chiết sương dạng cánh
Hình 2.10. 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
2.4.2 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.
2.5 Phân loại bình tách
2.5.1 Phân loại theo chức năng
• Bình tách dầu và khí.
• Bình tách 3 pha: dầu, khí và nước.
• Bình tách dạng bẫy.
• Bình tách từng giai đoạn.
• Bình tách nước kiểu khô hay ướt.
• Bình lọc khí.
Thiết bị lọc trung bình thường được dùng trong bồn chứa để tách bụi, cặn đường ống, rỉ và các vật liệu khác khỏi khí.
• Bình làm sạch khí kiểu khô hay ướt.
Bình tách dầu và khí thường dùng trong thu gom, đường ống phân phối, những chỗ không yêu cầu phải kiểm soát slugg hoặc heads của chất lỏng. Bình làm sạch khí kiểu khô dùng thiết bị tách sương và thiết bị bên trong còn lại tương tự như bình tách dầu và khí.
Bình tách làm sạch khí kiểu ướt hướng dòng khí qua bồn chứa dầu hoặc các chất lỏng khác để rửa sạch bụi và các tạp chất khác còn lại khỏi khí. Khí được đưa qua một thiết bị tách sương để tách chất lỏng khỏi nó. Một thiết bị lọc có thể coi như một thiết bị đặt trước một tổ hợp thiết bị tách khí để bảo vệ nó khỏi chất lỏng hay nước.
2.5.2 Phân loại theo hình dạng• Bình tách hình trụ đứng. • Bình tách hình trụ đứng. • Bình tách hình trụ nằm ngang. • Bình tách hình cầu. 2.5.2.1 Bình tách trụ đứng • Bình tách trụ đứng 2 pha: dầu - khí.
• Bình tách trụ đứng 3 pha: dầu - khí - nước.
• 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, nước nặng nhất bị phân bố sát thành ống dẫn do lực ly tâm lớn nhất. Dầu nhẹ hơn sẽ phân bố ở mặt ngoài, khí ít chịu ảnh hưởng của lực ly tâm sẽ tách khỏi dầu và đi lên. Dầu và nước bị kéo xuống dưới theo máng dẫn. Nước nặng nhất chìm xuống dưới, dầu nổi lên trên
Hình 2.11 : Bình tách đứng 1. Dòng vào;
3. Bộ phận chiết sương; 4. Van kiểm tra áp suất; 5. Lắng trọng lực;
6. Van đo mức chất lỏng;
Hình 2.12. Bình tách hình trụ đứng 3 pha Chú thích:
1- Đường vào của hỗn hợp. 2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí.
5- Đường gom các giọt chất lỏng. 6- Đường xả nước.
7- Đường xả dầu.
Hình 2.13. Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm Chú thích:
1- Cửa vào của hỗn hợp.
2- Bộ phận chuyển động xoáy. 3- Vòng hình tròn.
4- Bề mặt tiếp xúc dầu - khí. 5- Bề mặt tiếp xúc dầu - nước
2.5.2.2 Bình tách hình trụ nằm ngang
- Hiện nay các thiết bị tách trụ ngang được sản xuất với 2 dạng: + Bình tách một ống trụ đơn.
+ Bình tách gồm hai ống trụ.
Loại kép gồm hai bình bố trí chồng lên nhau, cái này phía trên cái kia. Loại đơn phổ biến hơn vị có diện tích lớn cho dòng khí, mặt tiếp xúc dầu khí rộng và thời gian lưu trữ dài nhờ có thể tích dầu lớn và thay rửa dễ dàng. Đường kính thay đổi từ 10 in đến 16 ft, chiều dài từ 4- 70 ft.
Cả hai loại này đều có thể áp dụng tách 2 pha hoặc 3 pha.
- Các thiết bị tách hình trụ nằm ngang được minh hoạ ở các bình tách sau:
+ Bình tách trụ ngang 2 pha hoạt động (dầu – khí).
+ Bình tách trụ ngang một ống, 3 pha hoạt động (dầu – khí – nước).
Hình 2.14. Bình tách hình trụ nằm ngang 2 pha 1- Đường vào của hỗn hợp.
2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí.
Hình 2.15. Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha 1- Đường vào của hỗn hợp.
2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí. 5- Đường xả nước. 6- Đường xả dầu. 2.5.2.3 Thiết bị tách hình cầu
Thiết bị tách hình cầu thường có đường kính từ 24- 72 in, gồm 2 loại sau:
+ Bình tách hình cầu 2 pha hoạt động (dầu – khí).
Hình 2.16. Bình tách hình cầu 2 pha
1- Bộ phận ly tâm - kiểu thiết bị thay đổi hướng cửa vào. 2- Màng chiết.
3- Phao đo mức chất lỏng.
4- Thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình. 5- Van xả dầu tự động
Hình 2.17. Bình tách hình cầu 3 pha 1- Thiết bị đầu vào.
2- Bộ phận chiết sương.
3- Phao báo mức dầu trong bình. 4- Phao báo mức nước trong bình.
5- Thiết bị điều khiển mức nước trong bình. 6- Thiết bị điều khiển mức dầu trong bình. 7- Phao xả dầu tự động.
8- Phao xả nước tự động.
2.5.3 Phân loại theo phạm vi sử dụng
- Bình tách thử giếng: dùng để tách và đo chất lỏng, có trang bị các loại đồng hồ để đo tiềm năng dầu, khí, nước, thử định kỳ các giếng khai thác hoặc thử các giếng ở biên mỏ. Thiết bị có 2 kiểu: tĩnh tại và di động, có thể 2 pha hoặc 3 pha, trụ đứng hay nằm ngang hoặc hình cầu.
- 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. Ở loại 2 pha, sau khi tách chất lỏng được đo ở phần thấp nhất của bình. Trong thiết bị tách 3 pha có thể chỉ
đo dầu hoặc cả dầu lẫn nước. Việc đo lường được thực hiện theo giải pháp: tích luỹ, cách ly và xả vào buồng đo ở phần thấp nhất.
Với dầu nhiều bọt hoặc độ nhớt cao, thường không đo thể tích mà đo trọng lượng thông qua bộ khống chế cột áp thuỷ tĩnh của chất lỏng.
- 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. Chất lỏng thu hồi lúc đó cần phải được ổn định để ngăn bay hơi thái quá trong bể chứa.
2.5.4 Phân loại theo áp suất làm việc
Các bình tách làm việc với áp suất từ giá trị chân không khá cao cho tới 300 at và phổ biến là trong giới hạn 1,5 – 100 at.
- Loại thấp áp: áp suất làm việc của bình là 0,7- 15 at. - Loại trung áp: áp suất làm việc của bình là 16- 45 at. - Loại cao áp: áp suất làm việc của bình là 45- 100 at.
2.5.5 Phân loại theo nguyên lý tách cơ bản
- Nguyên lý trọng lực: Dựa vào sự chênh lệch mật độ của các thành
phần chất lưu. Các bình tách loại này ở cửa vào không thiết kế các bộ phận tạo va đập, lệch dòng hoặc đệm chắn. Còn ở cửa ra của khí có lắp đặt bộ phận chiết sương.
- Nguyên lý va đập hoặc keo tụ: Gồm tất cả các thiết bị ở cửa vào có bố trí các tấm chắn va đập, đệm chắn để thực hiện tách sơ cấp.
- Nguyên lý tách ly tâm: Có thể dùng cho tách sơ cấp và cả thứ cấp, lực ly tâm được tạo ra theo nhiều phương án:
+ Dòng chảy vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình.
+ Phía trong bình có cấu tạo hình xoắn, phần trên và dưới được mở
rộng hoặc mở rộng từng phần.
Lực ly tâm tạo ra các dòng xoáy với tốc độ cao đủ để tách chất lỏng. Tốc độ cần thiết để tách ly tâm thay đổi từ 3- 20 m/sec và giá trị phổ biến từ