Đồ án Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của bình tách dầu khí ở mỏ Bạch Hổ - Tính toán cho bình tách dầu khí C1 tại giàn khai thác MSP3 mỏ Bạch Hổ

va chạm lên bộ phận gạt này và rơi xuống bằng trọng lực Giai đoạn 2: Là sự tách bằng trọng lực các giọt nhỏ hơn dạng hơi bằng cách chảy thông qua khu vực tách Giai đoạn 3: Là sự tách sương, tại đây các giọt nhỏ nhất được đông tụ thành các giọt lớn hơn, nó sẽ được tách bằng trọng lực Giai đoạn 4: Là sự phân lớp, các chất lỏng nhẹ nổi lên trong pha nặng hay sự sa lắng của các giọt lỏng nặng trong pha nhẹ và tuân theo định luật Stock. 2.1.3. Chức năng của bình tách Bình tách cú chức năng cơ bản, chức năng phụ và chức năng đặc biệt. * Chức năng cơ bản bao gồm: tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước khỏi dầu. Việc tách khí có thể được bắt đầu khi chất lỏng đi từ vỉa vào giếng, khi di chuyển trong ống nâng và ống xả. Vì vậy những trường hợp trước khi vào bình tách, dầu khí đã được tách hoàn toàn, lúc đo bình tách chỉ còn tạo không gian cho khí và dầu di theo đường riêng. Sự chênh lệch mật độ lỏng - khí nói chung bảo đảm cho quá trính tách dầu, tuy nhiên vẫn cần đến các phương tiện cơ khí chẳng hạn như bộ chiết sương và các phương tiện khác trước khi xả dầu, khí ra khỏi bình. Tốc độ giải phóng khí ra khỏi dầu là một hàm số biến thiên theo áp suất và nhiệt độ. Thể tích khí tách ra khỏi dầu phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học của dầu thô, áp suất và nhiệt độ vận hành, tốc độ lưu thông, hình dáng kích thước của bình tách và nhiều yếu tố khác. Tốc độ lưu thông qua bình và chiều sâu lớp chất lỏng ở phần thấp quyết định thời gian lưu giữ hoặc thời gian lắng. Thời gian này thường từ 1- 3 phút là thoả mãn trừ trường hợp dầu bọt, còn phải tăng lên từ 5 - 20 phút tùy theo độ ổn định của bọt và kết cấu của bình, chung nhất là từ 2 - 4 phút, loại 2 pha từ 20 giây đến 2 phút, loại 3 pha từ 2 đến 10 phút, khoảng thời gian có thể gặp là từ 20 giây đến 2 giờ. Hệ thống khai thác và xử lý đòi hỏi phải tách hoàn toàn khí hoà tan, bao gồm rung lắc, nhiệt, keo tụ, lắng. Nếu dầu có độ nhớt cao hoặc sức săng bề mặt lớn thì phải sử dụng các vật liệu lọc. Nước trong chất lưu giếng cần được tách trước khi đi qua các bộ phận giảm áp như van, để ngăn ngừa sự ăn mòn, tạo thành hydrat hoặc tạo thành nhũ tương bền gây khó khăn cho việc xử lý. Việc tách nước thực hiện trong các thiết bị 3 pha bằng cơ chế trọng lực kết hợp với hoá chất. Nếu thiết bị có kích thước không đủ lớn để tách theo yêu cầu thì chúng sẽ được tách trong các bình tách nhanh lắp ở đường vào hoặc ra của thiết bị tách có vai trò tách sơ bộ hoặc bổ sung. Nếu nước bị nhũ hoá thì cần có hoá chất để khử nhũ. * Chức năng phụ của bình tách bao gồm: duy trì áp suất tối ưu và mức chất lỏng trong bình tách. Để thực hiện tốt chức năng cơ bản, áp suất trong bình tách cần được duy trì ở giá trị sao cho chất lỏng và chất khí thoát theo đường riêng biệt tương ứng vào hệ thống gom và xử lý. Việc duy trì được thực hiện bởi các van khí cho riêng mỗi bình hoặc một van chính kiểm soát áp suất cho một số bình. Giá trị tối ưu của áp suất là giá trị bảo đảm hiệu quả kinh tế cao nhất khi bán dầu và khí thương phẩm. Để duy trì được áp suất, cần giữ một đệm chất lỏng ở phần thấp của bình tách, nó có tác dụng ngăn khí thoát theo chất lỏng, mức chất lỏng thường được khống chế bởi van điều khiển bằng rơle phao. * Các chức năng đặc biệt của thiết bị tách bao gồm: tách dầu bọt, ngăn ngừa lắng đọng parafin, ngăn ngừa sự han gỉ và tách các tạp chất. Trong một số loại dầu thô các bọt khí tách ra được bọc bởi một màng dầu mỏng, tạo thành bọt phân tán trong chất lỏng. Một số loại khác lại có độ nhớt và sức căng bề mặt cao, khí tách ra cũng bị giữ lại trong dầu tương tự như bọt. Bọt có độ ổn định khác nhau tuỳ theo thành phần và hàm lượng tác nhân tạo bọt có trong dầu. Dầu tạo bọt thường có tỷ trọng thấp hơn 40 độ API, độ nhớt lớn hơn 53 cp và nhiệt độ làm việc thấp hơn 160 độ F. Sự tạo bọt làm giảm khả năng tách của thiết bị, các dụng cụ đo làm việc không chính xác, tổn hao thế năng của dầu - khí một cách vô ích và đòi hỏi các tiết bị đặc biệt cản phá hoặc ngăn ngừa sự tạo bọt theo phương pháp rung lắc, lắng, nhiệt và hoá học. Các thiết bị tách dầu nhiều parafin có thể gặp trở ngại do parafin lắng đọng làm giảm hiệu quả và có thể phải ngừng hoạt động do bình hẹp dần hoặc bộ chiết sương có đường dẫn chất lỏng bị lấp. Giải pháp hiệu quả có thể dùng hơi nóng hoặc dung môi để làm tan parafin. Tuy nhiên tốt nhất là dùng giải pháp ngăn ngừa bằng nhiệt và hoá chất, phía trong thiết bị sơn phủ một lớp chất dẻo. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của tầng chứa, chất lưu có thể mang theo các tạp chất cơ học như cát, bùn, muối kết tủa với hàm lượng đáng kể. Việc tách chúng trước khi chảy vào đường ống là một việc làm rất cần thiết. Các hạt tạp chất với số lượng nhỏ được tách theo nguyên tắc lắng trong các bình trụ đứng với đáy hình côn và xả cặn định kỳ. Muối kết tủa được hoà tan bởi nước và xả theo đường xả nước. 2.2. Phân loại bình tách 2.2.1. Phân loại theo chức năng Tuỳ theo từng chức năng của bình tách mà ta có thể phân loại như sau: Bình tách dầu và khí ( oil and gas separator). Bình tách 3 pha dầu, khí và nước. Bình tách dạng bẫy (trap). Bình tách từng giai đoạn (stage separator). Bình tách nước (water knockout), kiểu khô hay ướt. Bình lọc khí (Gas filter). Bình làm sạch khí (Gas scrubber) kiểu khô hay ướt. Bình tách và lọc (Filter/separator). Bình tách 2 pha, 3 pha, tách theo giai đoạn gọi chung là bình tách dầu và khí. Những bình tách này sử dụng trên giàn cố định gần đầu giếng, cụm phân dũng hoặc bình chứa để tách chất lưu được tạo ra từ dầu và khí trong giếng, thành dầu và khí hoặc chất lỏng và khí. Chúng phải có khả năng kiểm soát slugs hoặc heads (sluggs hay heads là hiện tượng chất lưu từ vỉa đi lên với lưu lượng không liên tục mà thay đổi). Do hiện tượng này của lưu chất từ giếng mà lưu lượng qua hệ thống có thể tăng lên rất cao hoặc có thể giảm xuống rất thấp. Vì vậy, bình tách thường phải có kích thước đủ để kiểm soát tốc độ dòng chảy tức thời lớn nhất. + Tách lỏng (liquid separator) dùng để tách chất lỏng, dẫn dầu lẫn nước khỏi khí. nước và dầu lỏng thoát ra theo đường đáy bình, còn khí đi theo đường trên đỉnh + Bình gión nở (Expansion vessel) thường là bình tách giai đoạn một trong tách nhiệt độ thấp hay tách lạnh. Bình tách này có thể được lắp thiết bị gia nhiệt (heating oil ) có tác dụng làm chảy hydrat (như glycol) vào chất lưu vỉa từ giếng lên trước khi nối vào trong bình tách này + Bình tách làm sạch khí (gas scrubber) : có thể hoạt động tương tự như bình tách dầu và khí. Bình tách dầu và khí thường dùng trong thu gom khí và đường ống phân phối, những chỗ không yêu cầu phải kiểm soát sluggs 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 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 các 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. + Thiết bị lọc (gas filter) được coi như một bình làm sạch khí kiểu khô đặc biệt nếu đơn vị được dùng ban đầu để tách bụi khỏi dòng khí. Thiết bị lọc trung bình được dùng trong bồn chứa để tách bụi, cặn đường ống (line scale), rỉ (rust) và các vật liệu khác khỏi khí. + Flash chamber thường là bình tách dầu và khí hoạt động ở áp suất thấp với chất lỏng từ bình tách có áp suất cao hơn được xả vào nó. Đây thường là bình tách giai đoạn 2 hoặc 3 với chất lỏng được thải vào bình chứa từ Flash chamber. 2.2.2. Phân loại bình tách theo hình dạng Ngoài sự phân loại theo chức năng thì dựa vào hình dạng bên ngoài của bình tách người ta có thể phân chia bình tách thành các loại sau: Loại 1: bình tách đứng. Loại 2: bình tách hình trụ nằm ngang. Loại 3: bình tách hình cầu. + Trong đó tuỳ theo số pha được tách tương ứng với số dòng được tách ra khỏi tháp mà ta có loại bình tách 2 pha (lỏng – khí), bình tách 3 pha (dầu –khí- nước). + Ngoài ra, một số bình tách dùng để tách rắn-cặn ra khỏi chất lỏng bằng những kết cấu đặc biệt có tác dụng lắng đọng các vật liệu rắn. Chúng không được coi là pha lỏng khác trong phân loại bình. 2.2.2.1. Thiết bị bình tách trụ đứng Các thiết bị bình tách trụ đứng có đường kính từ 10 in đến 10 ft, chiều cao có thể đạt từ 4- 25 ft . Gồm cỏc loại sau: - Thiết bị tách trụ đứng 2 pha hoạt động dầu khí. - Thiết bị tách trụ đứng 3 pha hoạt động: dầu – khí – nứơc. - Bình tách 3 pha sử dụng lực ly tâm. Dòng nguyên liệu vào đi 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). Dầu nhẹ hơn phân bố ở mặt ngoài, khí ít chịu ảnh hưởng của lực ly tâm, tách khỏi dầu và đi lên. Dầu, nước bị kéo xuống dưới theo máng dẫn. Nước nặng hơn chìm xuống dưới, dầu nổi lên trên. Hình 2.10. Bình tách trụ đứng 2 pha. Hình 2.11. Bình tách hình trụ đứng 2 pha 1- Cửa vào của hỗn hợp. 4- Đường xả khí. 2- Bộ phận tạo va đập. 5- Đường xả chất lỏng. 3- Bộ phận chiết sương. Hình 2.12. Bình tách trụ đứng 3 pha Hình 2.13. Bình tách hình trụ đứng 3 pha 1- Đường vào của hỗn hợp. 5- Đường gom các giọt chất lỏng. 2- Bộ phận tạo va đập. 6- Đường xả nước. 3- Bộ phận chiết sương. 7- Đường xả dầu. 4- Đường xả khí. Hình 2.14 Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm 1-Cửa vào nguyên liệu 4-Bề mặt tiếp xúc dầu-khí 2-Bộ phận do chuyển động xoáy tròn 5-Bề mặt tiếp xúc dầu nước 3-Vòng hình nón. 2.2.2.2. Thiết bị bình tách trụ ngang - Hiện nay các thiết bị tách trụ ngang được sản xuất với hai 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 2.15. 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. 5- Đường xả chất lỏng. Hình 2.16. Bình tách 3 pha hình trụ ngang. Hình 2.17. Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha 1- Đường vào của hỗn hợp. 4- Đường xả khí. 2- Bộ phận tạo va đập. 5- Đường xả nước. 3- Bộ phận chiết sương. 6- Đường xả dầu. 2.2.2.3 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). + Bình tách hình cầu 3 pha hoạt động (dầu – khí – nước). Hình 2.18. 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 2.19. 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. 2.2.3. Phân loại theo phạm vi ứng 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 thong 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. 2.2.4. 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 binh là 0,7- 15 at. - Loại trung áp: áp suất làm việc của binh là 16- 45 at. - Loại cao áp: áp suất làm việc của binh là 45- 100 at. 2.2.5. 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 của 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 tiết bị ở của vào có bố trí các tấm chắn va đập, đệm chắn để thực hiện tách sơ cấp. - Nguyên lý tách ly tâm: có thể dung 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. 2.3. Phạm vi ứng dụng và ưu nhược điểm từng của các loại bình tách 2.3.1. Phạm vi ứng dụng Trong công nghiệp dầu khí, bình tách được chế tạo theo 3 hình dạng cơ bản là: bình tách trụ đứng, bình tách trụ ngang, và bình tách cầu. Mỗi loại thiết bị có những tiện lợi 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. Bảng số (2.1) chỉ ra sự so sánh những ưu nhược điểm của các loại thiết bị tách dầu khí. Bảng số (2.1) không phải là một bảng hướng dẫn thuần tuý nhưng nó đủ tiêu chuẩn liên quan tới sự so sánh, như những đặc điểm thay đổi hay những đặc điểm đặc trưng của sự khác nhau giữa các thiết bị tách dựa trên những phạm vi hình dạng, kích thước, áp suất làm việc. Từ bảng so sánh có thể chắc chắn rằng những thiết bị tách dầu và khí hình trụ nằm ngang là thiết bị có nhiều ưu điểm trong sử dụng, vận hành, duy trì làm việc, bảo dưỡng và sửa chữa thay thế, vì vậy nó được áp dụng nhiều nhất. Bảng tổng kết chỉ cho ta thấy khái quát chung của việc sử dụng thiết bị tách hình trụ ngang, hình trụ đứng, thiết bị hình cầu. 2.3.1.1. Thiết bị tách hình trụ đứng Trong công nghiệp dầu khí hiên nay, thiết bị bình tách hình trụ đứng thường được sử dụng trong những 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 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. Hạ nugget của các thiết bị sản xuất khác cho phép hoặc tạo ra sự đông tụ chất lỏng. 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 thiết bị tách trụ đứng mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. 2.3.1.2. Thiết bị tách hình trụ nằm ngang Phạm vi áp dụng của nó trong các trường hợp cụ thể: 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. Thiết bị tách hình trụ ngang được lắp đặt tại những 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 với một GOR cao . Việc lắp đặt tại những nơi mà những thiết bị điều khiển hay những điều kiện đòi hỏi sự thiết kế các ‘‘đập ngăn nước’’ bên trong và ‘‘ngăn chứa’’ dầu để loại trừ việc sử dụng bộ điều khiển ranh giới chất lỏng dầu- nước. Dùng nơi có nhiều thiết bị nhỏ có thể xếp chồng nhau (đặt cạnh nhau) mục đích tiết kiệm không gian. Dùng cho những thiết bị cơ động, (hoặc trượt hoặc kéo) được yêu cầu cho việc kiểm tra hay sản xuất. Thượng nguồn của những thiết bị sản xuất sẽ không hoạt động hài hoà 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 truờng hợp giá trị kinh tế của thiết bị tách trụ đứng đem lại thấp hơn. 2.3.1.3. Thiết bị tách hình cầu Phạm vi ứng dụng trong các 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 như là thiết bị xử lý nước bằng glycol và các thiết bị làm ngọt khí (qua 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. 2.3.2. Ưu nhược điểm các loại bình tách Bảng 2.1. So sánh sự thuận lợi và không thuận lợi của các loại bình tách. Số TT Các vấn đề so sánh. Thiết bị tách hình trụ ngang Thiết bị tách hình trụ đứng Thiết bị tách hình cầu. 1 Hiệu quả của sự tách 1 2 3 2 Sự ổn định của chất lưu được tách 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 Ghi chú: Độ tiện lợi sắp xếp theo kí hiệu như sau: 1: tiện lợi nhất. 3: kém tiện lợi. 2: tiện lợi trung bình. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CHO BÌNH TÁCH VÀ ĐÁNH GIÁ BÌNH C1 THIẾT KẾ VỚI BÌNH C1 ĐANG SỬ DỤNG TRÊN MSP3 3.1. Tính toán cho bình tách 3.1.1. Tính toán công suất và kích thước bình tách 3.1.1.1. Công suất bình tách Công suất bình tách phụ thuộc vào các yếu tố: Kích thước của bình tách. Hình dáng và các thiết bị bên trong bình tách. Số giai đoạn tách. Nhiệt độ và áp suất trong bình. Tính chất lý, hoá của dầu. Tỷ số dầu/ khí trong chất lưu. Kích thước và phân bố các phần tử chất lỏng trong khí ở cửa vào của bình. Mức chất lỏng được duy trì trong bình tách. Hàm lượng tạp chất có trong dầu. Khuynh hướng tạo bọt của dầu. Trong các yếu tố trên thì 2 yếu tố: tính chất lý, hoá của dầu và kích thước, phân bố các phần tử chất lỏng trong khí ở cửa vào của bình tách là rất cần thiết cho việc xác định chính xác kích thước của bình tách để cho hiệu suất cao nhất nhưng cũng rất khó xác định đầy đủ và chính xác. Trong bình tách đứng, những phần tử chất lỏng tách khỏi khí, rơi xuống sẽ gặp sự cản trở của khí bay lên. Trong bình tách ngang các phần tử lỏng bay ngang qua bình như quỹ đạo của viên đạn bắn từ lòng súng. Qua đó cho thấy bình tách ngang sẽ tách được một lượng chất lỏng lớn hơn so với bình tách đứng với cùng một kích thước. Điều này đúng khi mức chất lỏng trong bình tách phải duy trì ở một mức thích hợp để tránh hiện tượng khí mang theo dầu khi mức chất lỏng trong bình quá cao. Vận tốc khí lớn nhất trong bình tách cho phép sự tách sương khỏi khí, được tính theo công thức Stock: (3.1) Trong đó: vg: là vận tốc khí lớn nhất cho phép. F∞: là hệ số kể đến hình dáng và điều kiện làm việc của bình tách. Với bình tách đứng F∞ = 0,05 - 0,167. Với bình tách ngang F∞ = 0,2 - 0,7. ρl: là khối lượng riêng của dầu, kg/m3. ρg: là khối lượng riêng của khí, kg/m3. Giá trị của F∞ trong công thức (3.1) là một biến độc lập thực nghiệm. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị của F∞: Tỷ số chiều dài trên đường kính L/D. Kiểu dáng các chi tiết bên trong. Độ sâu mức chất lỏng. Khuynh hướng tạo bọt của dầu. Sự chuyển động ổn định của dòng khí. Tỷ lệ pha khí trên pha lỏng. Sự hiện diện của các chất liệu khác. Trong đó yếu tố L/D ảnh hưởng tới F∞ nhiều nhất. Việc sử dụng ống nắn dòng, tấm chắn làm lệch dòng và các thiết bị đặc biệt ở cửa vào sẽ làm tăng giá trị của F∞ và công suất của bình tách. Vận tốc khí lớn nhất cho phép vg của công thức (3.1) là vận tốc khí lớn nhất có thể chảy trong bình tách và vẫn đạt được chất lượng tách như mong muốn. Giá trị của F∞ tỷ lệ thuận với tỷ số L/D của bình. Trong bình tách đứng, cửa vào được đặt ở khoảng 1/3 chiều dài bình tính từ mồi hàn trên đỉnh xuống, khí chảy từ đầu vào qua bình tới đường xả khí phía trên bình. Dầu chảy từ cửa vào xuống đáy bình. Vì vậy không phải thể tích dầu hay khí có thể xác định được chính xác kích thước của bình theo yêu cầu. Với bình tách ngang, nếu thể tích khí xác định được kích thước của bình thì tỷ số L/D lấy từ 2 - 6. Công thức tính công suất của bình tách được tính như sau : (3.2) Trong đó : vg : là vận tốc khí lớn nhất cho phép, m/s. ρg : là khối lượng riêng của khí, kg/m3. Qn: là công suất của bình, kg.giờ/m2. 3.1.1.2. Tính đường kính của bình tách Khối lượng lưu lượng : (3.3) Trong đó: m: là lưu lượng khối lượng, kg/giờ. Kp : là hệ số khí hòa tan trong dầu, (Kp= 1,0565.10-5 m3/m3.Pa). P : là áp suất làm việc của bình tách, at. ρl, ρg : lần lượt là khối lượng riêng của dầu và khí, kg/m3. Γ : là tỷ lệ khí trong hỗn hợp, (Γ = 170,5). Đường kình của bình tách được tính theo công thức : (3.4) Trong đó : d : là đường kính của bình tách,mm. F : là hệ số trong bình tách, được tính theo bảng dưới đây. Bảng 3.1. Hệ số F của bình tách. h/d F h/d F 0,00 1,000 0,30 0,748 0,05 0,981 0,35 0,688 0,10 0,948 0,40 0,626 0,15 0,906 0,45 0,564 0,20 0,858 0,50 0,500 0,25 0,804 0,55 0,436 3.1.2. Tính toán thể tích và chiều dài bình tách 3.1.2.1. Thể tích bình tách Công thức tính thể tích của bình tách : (3.5) Trong đó : Qn : là công suất của bình tách, tấn/ngày. t : là thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình, giây. 3.1.2.2. Chiều dài bình tách Công thức tính chiều dài bình tách : (3.6) 3.1.2.3. Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình tách Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình là thời gian giới hạn cho khí thoát ra khỏi pha lỏng. Thông số này không có trong công thức tính kích thước của bình tách. Xác định thời gian lưu giữ chất lỏng là cách gián tiếp để xác định thể tích của bình tách cần thiết để kiểm soát được dòng chảy có lưu lượng cho trước. Thể tích bình tách bằng lưu lượng của bình nhân với thời gian lưu giữ chất lỏng. Với bình tách cho trước, thể tích lỏng cần thiết ảnh hưởng nhiều hơn đến kích thước của bình so với lưu lượng khí. Điều này đúng cho các bình tách lớn với tỷ số dầu - khí thấp. Ta có công thức tính thời gian lưu giữ chất lỏng ( thời gian lắng): (3.7) Trong đó: Vl: là phần thể tích chất lỏng đòi hỏi của bình tách, m3. t: là thời gian lưu giữ thiết kế, phút. Ql: là lưu lượng chất lỏng qua bình, m3/ngày. Thời gian lưu giữ bị ảnh hưởng bởi thành phần bọt, sự hiện diện của các chất rắn và nhũ tương. Thời gian lưu giữ chất lỏng là thông số rất quan trọng trong bình tách, ở đó các phản ứng hoá học có thể xảy ra. Thời gian lắng được thể hiện trong các bảng dưới đây: Bảng 3.2. Thời gian lắng. Dầu - khí tự nhiên 1 - 3 phút Dầu nghèo 10 - 15 phút Xử lý phân đoạn 8 - 15 phút Trong bình làm lạnh 4 - 7 phút Tiêu chuẩn API 12J dùng cho bình tách dầu và khí: Bảng 3.3. Thời gian lắng tương đương với tỷ trọng tương đối của dầu. Tỷ trọng tương đối của dầu Phút < 0,85 1 0,85 - 0,93 1 – 2 0,93 - 1 2 – 4 3.1.3. Tính toán chiều dày của bình tách 3.1.3.1. Chiều dày thành bình (3.8) Trong đó: r1: là chiều dày của bình tách, cm. P : là áp suất làm việc của bình,Psi. d : là đường kính của bình tách, cm. E: là hệ số giảm bền do ảnh hưởng của mối hàn (E = 0,85 - 1). S: là giới hạn bền của vật liệu chế tạo bình, (S = 120 Mpa). C: là chiều dày dự phòng ăn mòn thành bình, (C = 0,3 cm). 3.1.3.2. Chiều dày đáy bình tách (3.9) Trong đó: r2: là chiều dày đáy bình tách, cm. Cσ: là chiều dày dự phòng ăn mòn đáy bình, (C = 0,42 cm). 3.1.4. Tính toán bền cho bình tách Hình 3.1. Phân bố áp lực. Lực F tác dụng lên 2 đầu bình tách được tính t