Để tách lỏng-khí người ta sử dụng một số thiết bị như thiết bị tách 3 pha nằm ngang, tách 3 pha thẳng đứng, tách 3 pha hình cầu. Trong công nghiệp chế biến khí nói chung và trong nhà máy chế biến khí Dinh Cố người ta thường sử dụng slug catcher.
Yêu cầu với các thiết bị phân tách lỏng – khí nói chung như sau:
- Vùng phân tách sơ cấp loại bỏ được hầu hết lỏng ra khỏi khí.
- Đảm bảo chiều dài và chiều cao để các giọt nước nhỏ có thể lắng bằng trọng lực.
- Thiết bị tách được trang bị màn chắn nhằm đảm bảo các giọt nước cuốn theo hay các giọt quá nhỏ đều bị lắng bởi trọng lực.
- Điều khiển được áp suất và mức chất lỏng phù hợp.
Một trong những hệ số để phân biệt các loại thiết bị phân tách lỏng – khí là hệ số Ks (hệ số kinh nghiệm tức là dựa vào kinh nghiệm thì người ta xác định hệ số này do đó các hệ số Ks ở mỗi thiết bị là khác nhau).
V= Ks [(ρL-ρg)/ ρg]0.5
Bảng 2.2.1.1. Giá trị của Ks theo API (Số liệu lấy từ [2])
Loại thiết bị Chiều cao, m Hệ số Ks
Metric English
Thăng đứng 1.5
3.0 hoặc cao hơn
0.037 – 0.0730.055 – 0.107 0.055 – 0.107 0.12 – 0.24 0.18 – 0.35 Nằm ngang 3.0 0.122 – 0.152 0.40 – 0.50 Hình cầu All 0.061 – 0.107 0.20 – 0.35
Ưu, nhược điểm của các thiết bị được nêu trong bảng sau:
Bảng 2.2.1.2 . Ưu, nhược điểm của thiết bị
Dạng thẳng
đứng Dạng nằm ngang (chung) Dạng hình cầu Dạng Slug Catcher Ưu điểm Điều khiển mức
tốt Khuynh hướng chất lỏng tăng thấp Hiệu quả tách cao Diện tích tiếp xúc lớn Thoát khí nhanh Chịu áp tốt Diện tích tiếp xúc lớn Nhỏ, gọn, rẻ Thao tác đơn giản Giảm chiều dài ống, giảm
Kiểm soát cặn tốt Diện tích mặt cắt ngang nhỏ Hạn chế dòng rối và hiện tượng tạo bọt chi phí chế tạo Hiệu quả phân tách cao Nhược điểm Chi phí chế tạo
cao
Hiệu quả tách thấp
Không gian dao động mức bị giới hạn, khó điều khiển mức, khó làm sạch, khó vận hành Khó điều khiển mức Khó làm sạch Phạm vi ứng
dụng Lưu lượng lỏng nhỏ Lưu lượng lỏng lớn Dòng có áp cao, lưu lượng lỏng lớn
Lưu lượng lỏng lớn
Trong phạm vi nghiên cứu đồ án về chế độ GPP nhà máy xử lý khí Dinh Cố sẽ sử dụng Slug Catcher – một dạng đặc biệt của thiết bị nằm ngang.
Hình 2.2.1. Slug - Catcher
Tất cả các thiết bị tách lỏng – khí đều hoạt động dựa trên các cơ chế sau đây: Nguyên lý lắng trọng lực, lực ly tâm, sự va chạm, kết tủa tĩnh điện, kết tủa âm, lọc, hấp phụ hoặc tách bởi nhiệt. Thiết bị Slug Catcher hoạt động dựa trên nguyên lý lắng bằng trọng lực. hệ thống gồm các ống nằm ngang nghiêng một góc 15o . Khi đó, các hạt có kích cỡ trên 10 µm sẽ được phân tách bằng cách lắng xuống theo nguyên lý trọng lực thông qua đĩa phân phối.
Quá trình này diễn ra như sau:
- Giai đoạn 1: dòng đầu vô đĩa phân phối sẽ bị đi lệch theo thiết kế của đĩa do đó sẽ có một số kích cỡ hạt được phân biệt trong giai đoạn này.
- Giai đoạn 2: dòng vào sẽ bị va đập với đà quay động lượng do đó một lượng lỏng lớn sẽ bị loại bỏ (kích cỡ hạt trên 500 µm).
- Giai đoạn 3: sau đó dòng sẽ tiếp tục đi vào khu vực phân tách sơ cấp. Tại đây sự ảnh hưởng của trọng lực thì phần lớn các hạt có kích cỡ 150 µm hoặc lớn hơn sẽ bị loại bỏ.
Dòng vào gờ (vane) của thiết bị loại lỏng có màn chắn. Tại đây dưới tác dụng của trọng lực, lực ly tâm sẽ làm giảm hiện tượng chảy rối và kết tụ các hạt nhỏ thành các hạt lớn hơn để dễ dàng lắng, tách.
- Giai đoạn 4: Dòng ra khỏi vane sẽ đi vào vùng phân tách thứ 2 tại đây dưới tác dụng của trọng lực sẽ phân tách hoàn toàn các hạt có kích cỡ 150 µm.
- Giai đoạn 5: dòng ra từ (4) sẽ đi vào hệ thống đĩa phân phối mới tại đây hoạt động giống như giai đoạn 3 sẽ loại bỏ các hạt có kích cỡ khoảng 30 µm. Để tách luôn phần lỏng còn lại trong khí người ta sử dụng thiết bị V-08.