Công nghệ xử lý khí - Phần 12 pdf

Prepared by
Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page
138

PHẦN 12
BÌNH TÁCH DẦU KHÍ.
THIẾT BỊ PHÂN LY KHÍ LỎNG:
Các thiết bò tách khí và dầu là một bộ phận của thiết bò khai thác trên bề mặt được dùng để tách
các sản phẩm khai thác từ các giếng dầu và khí thành chất lỏng và khí riêng biệt. Các thiết bò này
được lắp đặt trên sàn khai thác, đường ống phân phối hay các bồn chứa tạo thành một bộ phận
hoàn chỉnh của hệ thống khai thác
CÁC DẠNG BÌNH TÁCH:
Theo hình dáng các bình tách thường có các hình dáng sau: Bình tách đứng, bình tách
ngang, bình tách hình cầu.
Theo số pha thì có bình tách hai pha, bình tách ba pha.
Để chọn được đúng loại bình tách phải dựa vào các ứng dụng kó thuật cũng như các chỉ tiêu
kinh tế, ưu, nhược điểm của từng loại

Hình 12.1: Bình tách ngang và đứng


Prepared by
Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page
139

Hình 12.2 : Màn chắn sương


CẤU TẠO BÌNH TÁCH
Tấm chắn lối vào để đổi hướng dòng giúp tách chất lỏng theo nguyên tắc va đập, trọng lực.

Màn sương chắn lối khí ra giúp liên kết các giọt chất lỏng nhỏ bò cuốn theo dòng khí thành giọt lớn
hơn rồi rơi xuống nơi chứa chất lỏng.
Thiết bò đo mức chất lỏng để giám sát khi vận hành.
Van an toàn nhằm bảo vệ bình tách khỏi áp suất cao vượt quá áp suất cho phép.
Các thiết bò tự động khác….
Các bình tách thường bao gồm 4 khu vực
Khu vực 1: phần tách khí chủ yếu , nơi xảy ra quá trình tách chủ yếu phần chất lỏng tự do
trong dòng hỗn hợp lỏng khí
.

Phần 2: phần lắng chất lỏng.
Phần 3: phần chứa chất lỏng.

Phần 4: Phần bẫy các giọt chất lỏng liên kết chúng lại và rơi xuống.
BÌNH TÁCH ĐỨNG:
Sản phẩm vào bình tách phải qua bộ phận dẫn hướng gây ra việc tách sơ bộ bởi ba tác động đồng
thời: trọng lực, ly tâm, va chạm. Khí được tách bay lên phía trên, trong khi chất lỏng rơi xuống nơi
chứa, các giọt lỏng nhỏ được thu hồi nhờ màn chắn sương
Ưu điểm: bình tách đứng có thể điều khiển lượng tương đối lớn chất lỏng mà không bò cuốn theo
dòng khí, nó điều khiển mức tốt hơn. Thường dùng cho những giếng có tỉ lệ khí dầu từ thấp đến
trung bình. Bình tách đứng cũng có thể kiểm soát cát, hạt rắn, khuynh hướng chất lỏng bay hơi trở
lại được giảm thiểu vì diện tích mặt cắt ngang bé, đây cũng là một ưu điểm vì nó chiếm không
gian ngang bé phù hợp giàn khai thác chật hẹp.
Nhược điểm: chi phí chế tao, vận chuyển đến nơi lắp đặt cao. Khi hai bình tách có cùng công suất
thì bình tách đứng thường có kích thước lớn hơn bình tách ngang.
BÌNH TÁCH NGANG
Loại này có thể dạng ống đơn hay ống kép.
Trong bình tách ống đơn sản phẩm qua lối vào đến tấm chắn tại đây cũng diễn ra quá trình tách sơ
bộ, chất lỏng rơi xuống nơi chứa, nơi khí ra cũng có màn chắn sương.
Trong bình tách ống kép, ống trên hoạt động như bình tách trong khi ống dưới có chức năng tồn trữ

chất lỏng. Khí di chuyển ống trên với vận tốc cao hơn
Ưu điểm: bình tách loại này có thể tách ba pha khí-dầu-nước bình tách ngang có diện tích tiếp xúc
dầu khí lớn , cho phép khí thoát nhanh hơn, vì thế nó có thể xử lý thể tích khí nhiều , tính kinh tế và
hiệu suất cao, chi phí chế tạo rẻ, chi phí vận chuyển thấp hơn so với bình tách đứng. Chúng cũng
thuận lợi hơn chó việc lắp đặt và bảo hành. Bình tách ngang hạn chế dòng rối và tạo bọt. Với cùng
một công suất cho trước bình tách ngang nhỏ hơn và rẻ hơn bình tách đứng. Bình tách ngang thường
dùng cho những giếng có tỉ lệ khí–dầu (GOR) cao.
Nhược điểm: việc điểu khiển mức là một vấn đề khó trong bình tách ngang, không gian giao động
mức bò giới hạn. Việc làm sạch gặp khó khăn và vì thế không tiện cho những giếng nhiều cát. Bình
tách ngang chiếm không gian lớn tuy nhiên có thể giảm thiểu bằng xếp chồng các bình tách.
BÌNH TÁCH CẦU

Prepared by
Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page
140

Bình tách cầu được chế tạo để tối ưu công dụng của những thiết bò tách khí-lỏng hiện có. Một thiết
bò hướng dòng theo tiếp tuyến với vỏ bình, chất lỏng tách ra do bò giảm vận tốc đột ngột trong bình,
nơi khí ra cũng có màn chắn sương.
Ưu điểm: bình tách kiểu này chi phí không cao, rẻ hơn so với dạng đứng hay ngang. Loại hình cầu
cân đối, nhỏ , gọn, thích hợp cho những giếng có GOR trung bình.

NGUYÊN LÝ TÁCH
Có nhiều kỹ thuật khác nhau ứng dụng vào việc xử lý tách dầu-khí nhưng có thể xếp vào hai loại:
tách cơ học và tách hoá phẩm dựa trên nguyên tắc cân bằng nhiệt động khí lỏng. Bình tách cơ học
theo ba cơ chế: tách nhờ trọng lực, tách nhờ ly tâm, tách nhờ va đập.



Hình 12.3: Bình tách cấu tạo và làm việc

THIẾT KẾ CHỌN LỰA BÌNH TÁCH
Xác đònh độ dày thành bình:
Công thức cơ bản để xác đònh độ dày bình tách (ASME )
Đối với phần thân hình trụ:
t= PD
I
/(2SE-1,2P) +C

Prepared by
Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page
141

t= PD
o
/(2SE+0,8P) +C
Đối với phần thân hình cầu:
t= PR/(2SE-0,2P) +C
t: độ dày thành bình (mm)
P áp suất thiết kế (Mpa) thường thì áp suất thiết kế P =1,1 áp suất lớn nhất khi vận hành,
trong khi áp suất lớn nhất khi vận hành = 1,1 áp suất vận hành bình thường
D
I
đường kính trong thành bình (mm)
D
o
đường kính ngoài thành bình (mm)
E hệ số ghép nối
S (Mpa) ứng suất cho phép lớn nhất = 1/3,5 Ts (Ts cường độ chòu lực của vật liệu) thông
thường nếu dùng thép cacbon (A-515, Gr 70) Ts = 483Mpa do đó S = 138Mpa
C độ ăn mòn cho phép (mm)

Hệ số ghép nối E
Hàn giáp mối hai mặt E
Kiểm tra khuyết tật toàn bộ 1
Kiểm tra khuyết tật lựa chọn 0.85
Không kiểm tra khuyết tật 0.7
THIẾT KẾ KÍCH THƯỚC BÌNH TÁCH THEO NGUYÊN LÝ TRỌNG LỰC
Công thức xác đònh kích cỡ bình tách nguyên lý trọng lực dựa trên tốc độ cho phép của dòng khí để
sự cuốn các giọt lỏng theo pha khí không xảy ra:
v = K
s
((ρ
l
- ρ
g
)/ ρ
g
)
0.5

ρ
l
khối lượng riêng pha lỏng ở điều kiện bình tách làm việc kg/m3
ρ
g
khối lượng riêng pha khí ở điều kiện bình tách làm việc kg/m3
v vận tốc cho phép của dòng khí m/s
K
s
hệ số bình tách m/s hệ số này phụ thuộc vào kích cỡ giọt lỏng có thể tách, kiểu bình tách,
thiết bò bên trong bình…

hệ số Ks có thể lấy theo bảng sau:
Dạng bình tách Giá trò Ks Ks thường dùng
Dạng bình tách đứng 0.055 – 0.107
Dạng bình tách ngang 0.122 – 0.152
Đường kính bình tách được xác đònh như sau:
v = q
a
/A = 4q
a
/(
π
d
2
Fg)
do đó d = (4q
a
/(πvFg))
0.5
Q
a
Lưu lượng thực tế tại điều kiện làm việc m
3
/s
A Tiết diện mặt cắt bình m
2
D Đường kính trong bình m
Fg Tỷ lệ giữa phần khoảng không cho dòng khí
và đường kính bình. Bình tách đứng Fg = 1.

Bảng tra Fg:

Prepared by
Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page
142

h/d Fg h/d Fg
0 1 0,3 0,748
0,05 0,981 0,35 0,688
0,1 0,948 0,4 0,626
0,15 0,906 0,45 0,564
0,2 0,858 0,5 0,5
0,25 0,804 0,55 0,436

Lưu ý :
q
a
= m/(3600
ρ
g
)
q
a
= (q
s
/86400)(P
s
/P)(T/T
s
)z

khi thiết kế nên lấy q
a
= q
a
E
df

m: lưu lượng khối lượng (kg/h)
ρ
g
khối lượng riêng khí (kg/m3)
q
s
lưu lượng thể tích khí STD std m3/d
P
s
áp suất std (kpa)
P áp suất làm việc (kpa)
T nhiệt độ làm việc (K)
T
s
nhiệt độ tiêu chuẩn (K)
Z hệ số nén @ P,T
E
df
hệ số thiết kế 1,1 ~1,2

Công thức xác đònh khả năng của bình tách như sau:
q
s

= 67842(K
s
)(Fg)(P/P
s
)(T
s
/T)(1/z) ((ρ
l
- ρ
g
)/ ρ
g
)
0.5


Ví dụ: tính toán kích cỡ cho bình tách đứng trung gian 1-V-252 trên giàn nén khí trung tâm. Lưu
lượng q
s
= 1,7x10
6
std m3/d.
ρ
l
= 620kg/m3,
ρ
g
=38kg/m3 ,
γ
= 0,76, MW = 22 ( solution 42 )

Giải:
Lưu ý: lưu lượng thể tích 10
6
scmd khi chuyển qua lưu lượng khối lượng
m (kg/h) = 51060
γ
gas
= 1762 MW
gas

M = 51060x1,7x0,76 = 65969 kg/h
Lấy E
df
hệ số thiết kế = 1,1
q
a
= E
df
m/(3600
ρ
g
) = 1,1x65969/(3600x38) = 0,53m3/s
v = K
s
((
ρ
l
-
ρ
g

)/

ρ
g
)
0.5
= 0,07((620-38)/38)
0,5
= 0,274 m/s
d = (4q
a
/(
π
vFg))
0.5

= [4x0,53/(3,14x0,274x1)]
0,5
= 1,57 m

LƯU LƯNG CHẤT LỎNG
Lưu lượng chất lỏng của một bình tách phụ thuộc vào phần thể tích có ích cho chất lỏng và thời
gian mà chất lỏng lưu lại trong bình
V
L
= q
L
(t)/1440
V
L

thể tích chất lỏng trong bình (m3)
q
L
lưu lượng chất lỏng (m3/d)
t thời gian chất lỏng lưu lại (minutes)
đối với bình tách ngang thì V
L
= (3,14d
2
/4) (1-Fg)L

Prepared by
Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page
143

đối với bình tách đứng: V
L
= (3,14d
2
/4) h

thời gian lưu trú lấy như sau:
Dầu có γ phút
Dưới 0,85 1
0,85 – 0,93 1-2
0,93 –1 2-4

Tách dầu khí nước áp cao 2~5 phút
Tách dầu khí nước áp thấp 5~15 phút (nhiệt độ càng lớn thời gian càng thấp)

Thông thường tỷ lệ L/D nằm trong khoảng 3~8

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN BÌNH TÁCH:



Hình 12.4: Sơ đồ công nghệ điều khiển bình tách 3 pha