- 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 6- 8 m/sec. Đa số thiết bị ly tâm có hình trụ đứng. Tuy nhiên các thiết bị hình trụ ngang cũng có thể lắp bộ phận tạo ly tâm ở đầu vào để tách sơ cấp và ở đầu ra của khí để tách lỏng.
2.6. Phạm vi sử dụng bình tách
Trong công nghiệp dầu khí bình tách được chế tạo theo 3 kiểu hình dạng cơ bản: bình tách hình trụ đứng, bình tách hình trụ ngang và bình tách hình cầu. Mỗi loại thiết bị có những ưu điểm nhất định trong quá trình sử dụng. Vì vậy việc lựa chọn trong mỗi ứng dụng thường dựa trên hiệu quả thu được trong quá trình lắp đặt và duy trì giá trị.
2.6.1 Bình tách hình trụ đứng
Trong công nghiệp dầu khí hiện nay, bình tách hình trụ đứng thường được sử dụng trong các trường hợp sau:
• Chất lỏng giếng có tỷ lệ lỏng/ khí cao.
• Dầu thô có chứa lượng cát, cặn và các mảnh vụn rắn.
• Sự lắp đặt bị giới hạn về chiều ngang nhưng không bị giới hạn về chiều cao của thiết bị.
• Được lắp đặt ở những nơi mà thể tích chất lỏng có thể thay đổi
nhiều và đột ngột như: các giếng tự phun, các giếng gaslift gián đoạn.
• 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 bình tách hình trụ đứng
mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
2.6.2. Bình tách hình trụ nằm ngang
Bình tách hình trụ nằm ngang thường được sử dụng trong các trường hợp sau:
• Tách lỏng - lỏng trong bình tách 3 pha trong sự sắp đặt để
hiệu quả hơn trong việc tách dầu - nước.
• 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.
• Bình tách hình trụ nằm ngang được lắp đặt tại các vị trí
giới hạn về chiều cao, vì bóng của nó có thể che lấp vùng phụ cận.
• Được lắp đặt tại những giếng khai thác ổn định lưu lượng.
• Việc lắp đặt tại những nơi mà những thiết bị điều khiển
ngăn chứa dầu để loài trừ việc sử dụng bộ điều khiển ranh giới chất lỏng dầu - nước.
• Dùng ở nơi có nhiều thiết bị cơ động, được yêu cầu cho
việc kiểm tra hay sản xuất.
• Thượng nguồn của những thiết bị sản xuất sẽ không hoạt
động hài hòa nhiều như có chất lỏng trong khí ở đầu vào.
• Hạ nguồn của những thiết bị sản xuất mà cho phép hoặc
tháo ra chất lỏng ngưng tụ hay đông tụ.
• Dùng cho những trường hợp mà giá trị kinh tế của thiết bị
tách trụ đứng đem lại thấp hơn.
2.6.3. Bình tách hình cầu
Bình tách hình cầu thường được sử dụng trong những trường hợp sau:
• Những chất lỏng giếng với lưu lượng dầu - khí cao, ổn định và
không có hiện tượng trào dầu hay va đập của dòng dầu.
• Được lắp đặt ở những vị trí mà bị giới hạn về chiều cao.
• Hạ nguồn của những thiết bị xử lý nước bằng Glycol và các thiết
bị làm ngọt khí (quá trình khử lưu huỳnh) để làm sạch và tăng giá xử lý chất lỏng như là Amin và glycol
• Được lắp đặt tại những địa điểm yêu cầu thiết bị tách phải nhỏ và dễ dàng di chuyển tới nơi lắp đặt.
• Lắp đặt tại những nơi mà hiệu quả để lại từ thiết bị tách hình cầu là cao hơn.
• Yêu cầu làm sạch nhiên liệu và xử lý khí cho mỏ hoặc nhà máy
sử dụng.
Bảng 2.1. So sánh sự thuận lợi và không thuận lợi của các loại bình tách. STT Các vấn đề so sánh Bình tách hình trụ nằm ngang Bình tách hình trụ đứng Bình tách hình cầu 1 Hiệu quả tách 1 2 3 2 Sự ổn định của chất lưu 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 dưỡng thiết bị 1 3 2
Chú thích:
1- Tiện lợi nhất. 3- Kém tiện lợi. 2- Trung bình.
2.8 Một số loại bình tách khác.
2.8.1.1. Cấu tạo
Hình 2.18. Bình tách cấp 1 có hệ thống thu gom khí sơ bộ
1, 3 - Đoạn ống nghiêng của bộ phận giảm xung. 2 - Đoạn ống nằm ngang của bộ phận giảm xung.
4 - Đoạn ống thoát khí. 9 - Thiết bị Ejector.
5 - Bộ phận giảm xung động. 10 - Các mặt phẳng nghiêng.
6 - Màng lưới chặn. 11 - Bộ điều khiển tự động kiểu phao.
7 - Các vách ngăn của chớp. 12 - Hệ thống van xả dầu.
8 - Khoang bẫy các hạt chất lỏng. 13 - Vách ngăn.
2.8.1.2. Nguyên lý hoạt động
Đây là loại bình được đánh giá là hiệu quả nhất. Tại đầu vào của thiết bị tách, người ta đặt một thiết bị giảm xung. Hỗn hợp dầu - khí từ đường ống đi vào bình theo đoạn ống nghiêng số 1 (góc nghiêng từ 30o đến 40o), rồi đến đoạn ống nằm ngang số 2 (dài từ 2 m đến 3 m), tiếp tục đi qua ống nghiêng số 3 (dài từ 15m đến 20m và góc nghiêng từ 10o đến 15o). Từ đoạn ống số 3 khí được thu hồi và đi vào thiết bị số 4 để đi vào bộ phận giảm xung 5. Sau đó khí được dẫn vào khoang số 8. Khoang số 8 là khoang bẫy các hạt chất lỏng gồm mạng lưới chặn số 6 và khung chớp số 7. Từ khoang số 8 khí sẽ đi vào thiết bị
số 9 rồi đi ra ngoài. Các giọt dầu tách ra sẽ đi qua tấm chắn số 10 xuống phía dưới của bình. Dầu còn sót một phần khí qua đoạn ống số 3 và đi vào bình tách. Khi mức chất lỏng trong bình đủ lớn và tràn vách ngăn số 14 tới các mặt phẳng nghiêng số 10. Tại đây dầu sẽ được trải thành từng lớp mỏng để khí dễ dàng tách ra khỏi dầu và bay lên khoang bẫy dầu số 8 hoặc lên thẳng thiết bị số 9. Dầu thương phẩm sẽ được xả ra ngoài qua bộ điều khiển phao số 11 theo đường xả dầu số 12. Các vách ngăn trong bình có tác dụng làm ổn định mức chất lỏng trong bình.
2.8.1.3. Ưu - nhược điểm
a. Ưu điểm.
Tách dầu - khí độc lập.
Hiệu quả tách cao.
b. Nhược điểm.
Bình tách tương đối kồng kềnh do bộ phận nhô lên phía trên.
Ít được sử dụng ở ngoài giàn khoan.
2.8.2. Bình tách có hệ thống thải nước sơ bộ2.8.2.1. Cấu tạo 2.8.2.1. Cấu tạo
Hình 2.19. Bình tách có hệ thống thải nước sơ bộ Chú thích:
2- Thanh rót trải dầu. 11- Bộ phận thu dầu.
3- Khoang tách khí. 12- Hệ thống tự động xả nước. 4- Van xả tự động. 13- Bộ phận thu nước.
5- Bộ phận phân dòng. 14- Hệ thống tạo giọt. 6- Khoang lắng. 15- Vách ngăn hình cầu. 7- Thiết bị bẫy các hạt dầu. 16- Đường nước vòng trở lại. 8, 9- Các ống xả dầu.
2.8.2.2. Nguyên lý hoạt động
Để tách dầu ra khỏi khí và nước, ta dùng bình tách 3 pha. Đặc trưng của bình tách kiểu này là kiểu 2 khoang: khoang tách khí số 3 và khoang lắng số 6. Hai khoang này được ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn hình cầu số 15 và được liên hệ với nhau qua các thiết bị kết tụ tạo giọt chất lỏng số 14. Sản phẩm khai thác đi vào khoang tách khí theo vòi dẫn số 1 tới tấm rót trải dầu số 2, tấm này có tác dụng tách khí triệt để. Khí được tách ra và đưa vào khoang số 6 qua van số 4, từ khoang lắng số 6 khí được đưa qua bộ phận bẫy dầu số 7 và đi vào đường ống thu gom khí. Chất lỏng bị cuốn theo dòng khí sẽ được giữ lại ở thiết bị số 7, kết dính lại với nhau và chảy xuống khoang lắng số 6 nhờ trọng lực. Nhũ tương dầu - nước từ khoang số 3 qua thiết bị tạo giọt số 14 đi vào khoang lắng số 6. Sự chênh lệch áp suất giữa khoang số 3 và khoang số 6 cỡ khoảng hơn 0,2MP. Để quá trình phân chia có hiệu quả, người ta đưa thêm vào bộ phận tạo giọt số 14. Thiết bị số 14 được chia từ 3 đoạn ống nằn ngang có đường kính tăng dần theo hướng dòng chảy. Do có cấu tạo như vậy, nên quá trình tạo giọt nước xảy ra tuần tự như sau: Các hạt chất lỏng sẽ có kích thước lớn dần do dòng chảy rối, tiếp theo đến các hạt nhẹ kết hợp với nhau để tạo thành giọt lớn và cuối cùng là quá trình phân lớp dưới tác dụng của trọng lực.
Độ dài chung của ống khoảng 500m. Khoang lắng có thiết bị phân dòng số 5 dạng đục lỗ để phân bố nhũ tương đều khắp khoang lắng. Dầu đã tách nước và nước được tự động xả ra khỏi bình nhờ bộ điều chỉnh số 10, 12. Đoạn ống số 8, 9 là đường ra của 2 chế độ tương ứng, là bình tách đầy và chưa đầy.
2.8.3. Bình tách 2 tầng kiểu xoáy 2.8.3.1. Cấu tạo
Hình 2.20. Bình tách 2 pha kiểu xoáy 1- Đầu vào tạo dòng xoáy. 8- Van điều tiết. 2- Thanh hướng dòng. 9- Thanh kéo.
3- Bình chứa tầng trên. 10- Hệ thống xả nước.
4- Các tấm rót trải dầu. 11- Bộ cảm biến đo mức kiểu phao. 5- Bộ phận thu giữ hạt dầu. 13- Vách ngăn.
6- Vòi phun. 14- Bình chứa tầng dưới. 7- Các vách ngăn dạng nan chớp.
2.8.3.2. Nguyên lý hoạt động
Quá trình tách xảy ra nhờ bộ phận xoáy thủy lực số 1. Sau đó đến các trạm rót số 4 và 12. Quá trình tách khí được tăng tốc nhờ vòi phun số 6. Hỗn hợp dầu - khí đi vào bình tách theo phương tiếp tuyến với thành bình, do tác dụng của lực ly tâm dầu sẽ bám vào thành bình, khí ở phần giữa bình. Dầu và khí từ bình đi ra ngoài theo 2 đường riêng biệt nhờ thanh hướng dòng số 2.