1.2. Hệ thống thiết bị xử lý trên giàn CTP-2
1.2.5. Hệ thống xử lý nước
Hệ thống xử lý nước :xử lý nước vỉa từ các bình C1-1/2/3, EG-1/2/3/4. Hệ thống thiết kế để thu hồi phần dầu và chất rắn còn lại trong nước trước khi thải xuống biển dựa trên nguyên tắc lắng và tuyển nổi kết hợp bơm hóa phẩm keo tụ.
Phần dầu thu hồi được bơm trở lại hệ thống công nghệ để xử lý lại. Nước vỉa sẽ được đưa vào bể lắng D-1, sau đó tiếp tục được đưa qua bình vớt váng dầu và chất rắn CV 1/ 2, cuối cùng sẽ đi qua bình vớt váng dầu F-1 .
Hình1.6. Tổng quan hệ thống xử lý nước trên giàn CTP-2
a.Cơ sở lý thuyết
Phương pháp tuyển nổi là một kỹ thuật được dùng nhiều trong ngành khai thác quặng mỏ để tuyển lựa và làm giàu quặng .
Nguyên tắc của nó là sự nổi của các hạt phân tán sau khi được các bọt khí hoặc không khí tóm giữ và trên mặt nước sẽ hình thành một lớp bọt. Khi các giọt dầu đã được nhũ hóa hoặc các hạt rắn huyền phù có sẵn trong nước thải với các bọt khí thì hình thành một mối liên kết giữa chúng. Cường độ liên kết mạnh hay yếu tùy thuộc vào độ háo nước của các hạt phân tán. Nếu các hạt háo dầu chẳng hạn như hạt dầu và hạt rắn hydrofov thì nước khó tẩm ướt chúng và lực liên kết hạt với khí sẽ mạnh và góc tiếp xúc θ sẽ lớn .Ngược lại, nếu các hạt có tính háo nước như hạt nước hạt rắn hydrofil, bọt khí thì chúng có độ tẩm ướt cao, góc tiếp xúc θ, mặt tiếp xúc giữa các hạt cũng bé vì vậy sức căng bề mặt bé hơn khối lượng hạt, mỗi liên kết dễ bị bẻ gãy và các hạt này sẽ không được các bọt khí nâng lên và dễ lắng xuống đáy .
Giá trị góc tiếp xúc cần thiết để giữ được mối liên kết giữa hạt và bọt khí được xác định bởi sự cân bằng của các bọt khí khi được cố định trên các hạt trong trường lực và do đó sẽ phụ thuộc vào sức căng bề mặt σ, áp suất thủy tĩnh, áp suất khí trong bọt. Phương trình biểu thị sự cân bằng của bọt với mặt phẳng ngang có dạng :
πσa.sinθ= (πa2/4) .(2σ/R- Hρg) Trong đó
a: đường kính đáy bọt, cm
θ: Góc tiếp xúc
ρ: Mật độ môi trường lỏng σ: Sức căng bề mặt, dyn/cm
R: Bán kính cong của bọt khí ở phần đỉnh, cm V: Thể tích bọt khí, cm2
H: Chiều cao của bọt, cm
Trường hợp gần với thực tế hơn là một hạt phân tán nhỏ dính với một bọt khí đường kính lớn hơn thì điều kiện cân bằng của các hạt khí không chuyển động đã được nhà nghiên cứu người Nga xác lập như sau :
Q= 2πaσL-Osinθ – πa2σL-G(1/R1 -1/R2) Trong đó
q: Trọng lượng bọt khí ,
R1, R2các bán kính cong của tiết diện chính bé nhất, lớn nhất của các bọt khí trên mặt phẳng ngang của hạt .
Từ công thức trên có thể xác định góc tiếp xúc giới hạn θ cần thiết để cân bằng bọt và khí có trọng lượng q trong nước :
Sinθ= q/(πaσL-G)+ (a/2).(1/R1+1/R2)
Công thức cho thấy giá trị góc θ cần thiết để giữ hạt phụ thuộc vào khối lượng hạt, kích thước vùng bám dính, các bán kính cong, sự biến dạng của bọt khí.
Hình1.7. Sơ đồ liên kết giữa các hạt phân tán 1(keo, dầu) và bọt khí 2 trong môi trường nước .
Trong đó hình bên trái hạt kị với nước và hình còn lại là hạt phân tán háo nước Fn,F1là lực nổi và lực lắng.[3]
b.Bình tách thứ cấp ba pha D-1
D-1 là bình tách ba pha, nó xử lý nước vỉa nhận từ C1-3 (13 at ) và EG (4 at) bằng phương pháp lắng. Nước tự do và nhũ tương thuận đi về bình D-1 sẽ lắng xuống dưới,dầu có trọng lượng nhẹ hơn sẽ nổi lên trên đi vào bể lắng. D-1 họat động với áp suất thấp (0,7-1,7 at) nên khí sẽ được tách khỏi nước. Quá trình tách khí này còn ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tách dầu nước ở giai đoạn sau.
Thông số thiết kếcủa bình D-1:
- Pt/k = 6,6 bar.
- Pl/v= 0,7 bar.
- Tlàm việc= 6590C ; Tthiết kế= 110C.
- Qkhí = 600 m 3/h.
- Qnước = 386250 kg/h .
- Hàm lượng dầu/nước tối đa = 1500 ppm . Đặc tính kỹ thuật
Trong bình D-1 có ngăn tách dầu nước. Sau đó dầu được đưa xuống E-8 và khí đưa lên C-5, còn lại nước sẽ đưa qua CV-1/2 để xử lý tiếp.
Trong bình D-1 có tấm chắn ( có điều chỉnh chiều cao được) chia bình làm hai ngăn: Ngăn tách dầu nước (trong đó có thùng chứa dầu) và ngăn chứa nước.
Chiều cao tấm chắn này phụ thuộc vào mực chất lỏng trong ngăn thứ nhất (mặt ngăn cách nước dầu), mực này có tác dụng lớn đến hiệu quả tách dầu nước. Trên thực tế chiều cao tấm chắn phụ thuộc vào độ dày lớp ván dầu và chiều cao than thùng chứa dầu. Nếu tấm chắn quá cao sẽ tràn cả dầu nước vào ngăn dầu; Nếu quá nhiều nước sẽ vượt quá công suất của H-8. Nếu tấm chắn quá thấp thì mặt phân cách dầu nước thấp, lúc đó dầu sẽ trào vào ngăn nước. Vậy chiều cao tấm chắn phụ thuợc vào lưu lượng và tỉ trọng dầu.
c.Bình vớt ván dầu và tách chất rắn CV-1/2 Làm nhiệm vụ vớt ván ván dầu và chất rắn Thông số thiết kế
-Điện: 380V 15%.Tần số: 50 Hz 5%.
- Chức năng: tách chất rắn, nước, dầu nhờ phương pháp trọng lượng.
-Áp suất làm việc : 1/1,5bar
- Nhiệt độ: 99 °C tối đa; bình thường 65 85 % - Áp suất thiết kế: 4/5 bar
Đặc tính nước trước khi tách:
- Hàm lượng dầu/nước : 1500 ppm - Hàm lượng chất rắn/hỗn hợp: 100 ppm
Công suất bình: tốc độ dòng chảy tối đa :202 m 3/h Tốc độ dòng chảytối thiểu: 50 m 3/h
Tốc độ thiết kế: 250 m 3/h.
Đặc tính nước sau khi tách:
- Hàm lượng dầu/nước : nhỏ hơn 100 ppm.
- Hàm lượng chất rắn: nhỏ hơn 20 ppm.
Đặc điểm: Hỗn hợp sau khi ra khỏi D-1 thì vào CV-1/2, tại đây sẽ được tách chất rắn, dầu, nước.
Đặc tính kỹ thuật : CV - 1/2 là các bình kín lắp ráp dạng khối, dòng chất lỏng di chuyển nhờ nguyên tắc trọng lực. Nước sau khi xử lý sẽ đưa đến F -1.
Bình CV có dạng hình nêm (trong đó có một chồng tấm phẳng nằm nghiêng) dùng để tách dầu, chất rắn theo phương pháp trọng lượng. Thiết bị này họat động nhờ áp suất khí nitơ. Mỗi bình có gắn tấm chắn điều chỉnh lượng nước ra và thiết bị hớt bọt (có thể điều chỉnh được).
d. Bình F-1 và bơm H-10 -1/2
Bình F-1 có chức năng vớt váng dầu còn sót trong nước vỉa sau xử lý trước khi xả nước xuống biển.
Thông số thiết kế
- Điện: 380V 15%.Tần số: 50 Hz 5%.
- Chức năng:Tách nốt dầu còn sót trong nước bằng phương pháp tuyển nổi.
-Áp suất làm việc : 1/1,5bar .
- Nhiệt độ tối đa: 99C ; bình thườg 65 85 % - Áp suất thiết kế: 4/5bar .
Thông số nước đầu vào:
Hàm lượng dầu/nước:
-Tối đa:100 ppm -Thiết kế:200 ppm
- Hàm lượng chất rắn: 20 ppm Lưu lượng bình :
-Tốc độ dòng chảy tối đa: 403 m 3/h -Tốc độ dòng chảy tối thiểu:100 m 3/h -Tốc độ dòng chảy thiết kế: 500 m 3/h.
Thông số nước đầu ra:
- Hàm lượng dầu/nước: nhỏ hơn 20 ppm.
- Hàm lượng chất rắn: nhỏ hơn 15 ppm . Đặc tính kỹ thuật :
Hỗn hợp từ CV - 1/2 đi vào F-1 để tách nốt dầu còn sót trong nước bằng phương pháp tuyển nổi.Bình F-1 là bình kín gồm 4 buồng ráp lại với nhau. Dòng hỗn hợp di chuyển từ đầu vào đến đầu ra nhờ nguyên tắt trọng lượng. Nước sau khi xử lý được xả xuống biển.
Quá trình xử lý nước:
Nước tách ra từ C1-1/2/3 và các bình EG, đầu tiên nước đi vào bình D-1 để tách khí, dầu và nước. Khí tách ra ở D-1 và đi lên hệ thống khí thấp áp sang giàn nén khí trung tâm hoặc đi qua bình C-5 ra đuốc thấp áp FT-2.
Phần dầu thu hồi trong ngăn dầu của bình D-1 đi xuống bình E-8. Hệ thống bơm H-8 sẽ bơm chất lỏng từ bình E-8 lên bình chứa dầu thải C2-4 hoặc chuyển qua cụm phân dòng Skid 2 đi vào hệ thống công nghệ để xử lý tiếp.
Nước sau khi tách khí và dầu ở D-1 tiếp tục đi sang bình CV-1/2, tại đây phần váng dầu nổi lên trên chảy vào máng xuống E-8, phần bùn lắng xuống được xả về E-9 bằng van tay. Bình E-9 chứa cặn bùn và sẽ được bơm đi tàu dịch vụ để về bờ xử lý.
Phần nước sau xử lý từ bình CV sẽ chuyển sang bình F-1. Bình F-1 cấu tạo gồm 4 ngăn thông nhau ở phần đáy. Tại đây nước trong bình được H-10 bơm
tuần hoàn trở lại bình qua hệ thống ống bơm thẳng đứng trên đầu bình tạo hiệu ứng kéo Nitơ (chất khí ưa dầu )ở phần trên F-1 hòa trộn vào nước tạo thành lớp bọt kéo theo các thành phần là các hạt dầu trong nhũ tương thuận và chất rắn.
Lớp bọt được hai bộ gạt song song gạt qua hai máng dọc thành bình chảy xuống E-7. Phần nước vỉa sau xử lý ở F-1 được xả xuống biển.
Để đảm bảo áp suất làm việc của hệ thống xử lý nước thải biển, tất cả các bình trong hệ thống được duy trì áp suất thông qua van điều khiển khí Nitơ cấp vào bình D-1. Trong trường hợp áp suất của hệ thống thấp hơn áp suất làm việc (khoảng 0.6 Bar) thì hệ thống sẽ mở van khí Nitơ để cấp khí cho bình D-1, duy trì áp suất làm việc của hệ thống.