NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ TÁCH PHA, TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CHO BÌNH TÁCH

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
LỜI MỞ ĐẦU
Nghành công nghiệp dầu khí Việt Nam tuy còn non trẻ nhưng đã không ngừng
vươn lên và đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước. Hiện nay có rất
nhiều công ty dầu khí nước ngoài cùng với các công ty trực thuộc Tập đoàn dầu khí
quốc gia Việt Nam đang tham gia vào các dự án đầu tư trong nước và quốc tế, bên
cạnh đó là nhà máy lọc hoá dầu Dung Quất đang đi vào hoạt động cùng với dự án nhà
máy lọc dầu Nghi Sơn đang được khởi công xây dựng, đã khẳng định một tiềm năng
phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam.
Dầu thô được khai thác trên các mỏ của Viêt Nam là dầu có hàm lượng parafin tương
đối cao, độ nhớt , nhiệt độ đông đặc cao nên việc khai thác vận chuyển gặp nhiều khó
găn đòi hỏi phải sử lý nhiều sự cố kỹ thuật xảy ra trên đường ống vận chuyển. Với

mục đích áp dụng lý thuyết và thực tế sản xuất trong quá trình thu gom, vận chuyển
hỗn hợp dầu khí, được sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình , trường
đại học Mỏ – Địa chất em đã được giao đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ TÁCH
PHA, TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CHO BÌNH TÁCH” trong đề
tài này, việc nghiên cứu các thiết bị tách pha thực chất là đi nghiên cứu các bình tách
trong giai đoạn tách sơ bộ dầu thô từ vỉa, nhằm đáp ứng nhu cầu công nghệ cho hệ
thống thu gom và xử lý. Mục đích cơ bản của đề tài là tìm ra các thông số kỹ thuật cơ
bản của bình tách như: kích thước, thời gian lưu, tính toán bền, khối lượng bình, diện
tích mặt sàn lắp đặt. Bên cạnh đó nghiên cứu các phương pháp tách dầu từ hỗn hợp
khí, cấu tạo của thiết bị bình tách dầu khí, nguyên lý hoạt động, các yếu tố ảnh hưởng
tới hiệu quả, công suất tách của bình tách dầu khí, đưa ra các phương pháp nhằm
nâng cao hiệu quả cho thiết bị tách.

Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Lê Đức Vinh và các thầy trong bộ môn
Thiết bị dầu khí và Công trình, và với sự giúp đỡ của các cán bộ trong Xí nghiệp
khai thác thuộc XNLD Vietsovptro, cùng với những nổ lực của bản thân em đã hoàn
thành bản đồ án này, tuy nhiên kinh nghiệm cũng như thời gian và mức độ tài liệu
còn nhiều hạn chế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất
mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Thiết bị dầu khí và Công
trình, các bạn cùng lớp và lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo Lê Đức Vinh đã
hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Tiến

1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
CHƯƠNG I – CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ VIỆT NAM, HỆ THỐNG THU
GOM DẦU KHÍ TRÊN GIÀN CỐ ĐỊNH MSP
1.1. Sự hình thành và phát triển của nghành công nghiệp dầu khí Việt
Nam và ở Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro.
Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam được hình thành theo quyết định số
198/2006/QĐ-TTg ngày 29/8/2006 của thủ tướng chính phủ. Hiện nay với hơn 50
đơn vị thành viên và các công ty liên doanh, lực lượng lao động hơn 22.000 người và
doanh thu năm 2006 đạt 174.000 tỷ đồng. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam hoạt động
trong lĩnh vực dầu khí và các lĩnh vực khác không chỉ ở lãnh thổ trong nước mà cả

nước ngoài.
Kết quả tìm kiếm cho tới nay đã xác định được các bể trầm tích Đệ Tam có
triển vọng dầu khí: Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ
Chu, Tư Chính-Vũng Mây, nhóm bể Trường Sa và Hoàng Sa trong đó các bể Sông
Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu là đã phát hiện và đang khai thác.
Đến nay đã kí trên 57 hợp đồng dầu khí trong đó có 35 hợp đồng đang có hiệu lực
với các tập đoàn dầu khí quốc tế: Hợp đồng phân chia sản phẩm (PSC), hợp đồng
hợp tác kinh doanh (BCC), hợp đồng điều hành chung (JOC)… với tổng đầu tư 7 tỷ
đô-la.Với khoảng 600 giếng tìm kiếm, tổng số mét khoan 2 triệu km. Phát hiện khí tại
giếng Đông Quan D-1X, vùng trũng Hà Nội, phát hiện dầu khí tại giếng Rồng Tre-
1X…đã góp phần làm gia tăng trữ lượng dầu quy đổi khoảng từ 30-40 triệu tấn/năm.
Bên cạnh đó Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam còn mở rộng ký kết các hợp

đồng tìm kiếm thăm dò khai thác ở nước ngoài như: Lô Madura 1 và 2 ở Inđônêxia,
lô PM 304 và SK-305 ở Malayxia… và còn tìm kiếm các cơ hội ở các nước khác
thuộc khu vực châu Phi, Nam Mỹ…
Hiện nay đang khai thác tại 9 mỏ trong và ngoài nước: Bạch Hổ, Rồng, Đại
Hùng, PM3-CAA/Cái nước, Hồng Ngọc, Rạng Đông, Lan Tây-Lan Đỏ, Tiền Hải C,
Sư Tử Đen, Rồng Đôi, Rồng Đôi Tây, Cendoz thuộc lô PM-304 ở Malayxia.
Sản lượng khai thác trung bình của tập đoàn khoảng 350.000 thùng dầu
thô/ngày và 18 triệu m
3
khí/ngày, tính tới hết tháng 12/2006 đã khai thác trên 235
triệu tấn quy dầu trong đó dầu thô đạt trên 205 triệu tấn, thu gom vận chuyển vào bờ
và cung cấp 30 tỷ m

3
khí cho sản xuất điện đạm và các nhu cầu dân sinh khác.
Mỏ Bạch Hổ nằm ở bể Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120km về phía
Đông Nam, cấu tạo này do Mobil phát hiện trên cơ sở tài liệu địa chấn 2 chiều (2D),
và phát hiện dầu khí đầu tiên vào tháng 3 năm 1975 bởi giếng khoan Bạch Hổ 1 (BH-
1) bằng tàu khoan Glomar 2.
2
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
Ngày 26/6/1986, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã khai thác tấn dầu đầu
tiên từ mỏ và từ 6/9/1998 khai thác thêm tầng dầu trong móng granit nứt nẻ ở các độ
sâu khác nhau. Đây là mỏ dầu lớn nhất Việt Nam hiện nay, bao gồm nhiều thân dầu:

Miocene dưới, Oligocene và đá móng nứt nẻ Đệ Tam.
Hiện nay phương pháp khai thác chủ yếu đang áp dụng ở mỏ Bạch Hổ là
phương pháp tự phun, phương pháp khai thác Gaslift và phương pháp khai thác dầu
bằng máy bơm ly tâm điện chìm (chỉ sử dụng ở giàn RP-1).
Tốc độ khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ ngày càng tăng, năm đầu tiên (1986) khai
thác 40.000 tấn. Đến ngày 16/9/1998, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã khai thác
được 60 triệu tấn dầu thô và khai thác tấn dầu thứ 75 triệu vào ngày 20/12/1999. Đến
ngày 22/2/2001 khai thác tấn dầu thứ 90 triệu và ngày 4/12/2005 khai thác tấn dầu
thứ 150 triệu.
Liên doanh dầu khí Vietsovpetro được thành lập ngày 1/8/1981. Kể từ đó đến
nay Liên doanh dầu khí Vietsovpetro luôn luôn là đơn vị chủ lực, con chim đầu đàn
của nghành dầu khí Việt Nam, sản lượng khai thác không ngừng tăng, hằng năm

chiếm tới 80% sản lượng dầu thô xuất khẩu của nước ta. Cùng với dầu thô, Xí nghiệp
Liên doanh Vietsovpetro còn có khả năng cung cấp hàng tỷ m
3
khí đồng hành. Hệ
thống thu gom xử lý khí cùng đường ống dẫn khí Bạch Hổ-Bà Rịa đã được đưa vào
sử dụng từ tháng 5/1995. Trong năm 1996 Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro cung
cấp 300 triệu m
3
khí đồng hành cho nhà máy điện Bà Rịa. Từ năm 1997 Xí nghiệp
Liên doanh cung cấp khí đồng hành với công suất trên 2 triệu m
3
/ngày cho nhu cầu

công nghiệp và phục vụ sinh hoạt của nhân dân.
Trong gần 25 năm qua (tính đến hết tháng 10 năm 2006). Xí nghiệp đã khai
thác được gần 160 triệu tấn dầu thô từ các mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, thu gom
và vận chuyển vào bờ 16,6 tỷ m
3
khí đồng hành và khí hoá lỏng phục vụ sản xuất
điện và công nghiệp hoá chất. Xí nghiệp đã đạt mức doanh thu xuất khẩu dầu thô
32,7 tỷ USD, nộp ngân sách nhà nước Việt Nam 21 tỷ USD, lợi nhuận phía Nga 5,8
tỷ USD và vào các năm 1993 và 1996 phía Việt Nam và phía Nga đã thu hồi được
vốn, qua đó đã đưa Việt Nam trở thành nước khai thác và xuất khẩu dầu đứng thứ 3
trong khu vực Đông Nam Á. Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro đã tạo dựng được
một hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật vững chắc trên bờ và dưới biển với 12 giàn

khoan cố định, 2 giàn công nghệ trung tâm, 9 giàn nhẹ, 3 giàn bơm ép nước, 4 trạm
rót dầu không bến, 2 giàn nén khí và 2 giàn tự nâng, với 330 km đường ống dưới
biển, 17 tàu dịch vụ các loại trong đó có 2 tàu hiện đại có sức nâng 1200 tấn và một
căn cứ dịch vụ trên bờ với 10 cầu cảng dài tổng cộng 1.300 m, trong đó có cầu cảng
3
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
có trọng tải 10.000 tấn, có hệ thống kho có khả năng chứa 38.000 tấn/năm, 60.000 m
2
bãi cảng, năng lực hàng hoá thông qua 12.000 tấn/năm.
Hiện nay, khi các mỏ dầu củ đã được khai thác nhiều năm, giảm dần về sản
lượng thì việc tìm kiếm những mỏ dầu khí mới và áp dụng kỹ thuật hiện đại để gia

tăng sản lượng hết sức quan trọng. Vì vậy công tác tìm kiếm thăm dò những mỏ dầu
khí mới được đẩy mạnh bao gồm khoan khai thác 12 giếng gồm 51.150 m khoan sâu
trong lòng biển, sửa chửa 35 giếng. Liên doanh đã xây dựng kế hoạch, áp dụng các
giải pháp điều chỉnh khai thác làm cho trạng thái khai thác tầng móng vòm trung tâm
Bạch Hổ khá ổn định, đảm bảo áp suất vỉa ở độ sâu 3.050 m.
Theo kế hoạch giai đoạn 2006-2010, Xí nghiệp Liên doanh dầu khí
Vietsovpetro phấn đấu gia tăng trữ lượng 52 triệu tấn dầu thô với 20 giếng khoan tìm
kiếm, vận chuyển vào bờ 6,5 tỷ m
3
khí. Khoan 64 giếng khoan khai thác. đưa vào sử
dụng 7 công trình biển, 3 công trình đầu tư lớn.
1.2. Giới thiệu chung về quá trình sử lý sản phẩm khai thác.

Sản phẩm khai thác từ các giếng dầu khí là sản phẩm hỗn hợp bao gồm: dầu,
khí, nước và các tạp chất khác. Chính vì vậy chúng ta phải tiến hành sử lý sản phẩm
ngay tại dàn nhằm đáp ứng các yêu cầu đối với từng loại sản phẩm, quá trình sử lý
sản phẩm khai thác thực chất là quá trình tách pha, đối với pha khí sau khi ra khỏi
thiết bị tách sơ bộ vẫn còn mang theo các thành phần nặng, mang theo hơi nước
v.v… do vậy cần phải sử lý để thu hồi các thành phần nặng đó, tách nước ngưng tụ
để đảm bảo thu được khí thương phẩm. Đối với pha nước sau khi được tách sơ bộ ra
khỏi dầu thì vẫn còn lẫn nhiều tạp chất kể cả bùn đất v.v…, cho nên trước khi thải ra
môi trường hoặc tái sử dụng để bơm ép vỉa cần phải tiếp tục sử lý để loại bỏ tạp chất.
Đối với pha dầu tiếp tục được sử lý để tách nước, tách muối và các tạp chất cơ học
cho đến khi đạt được tiêu chuẩn dầu thương phẩm.
Quá trình sử lý sản phẩm khai thác được thực hiện như sau: hỗn hợp dầu khí đi

từ giếng lên bề mặt qua hệ thống cây thông khai thác, qua cụm Manhephon đi tới các
thiết bị tách sơ bộ tại đây sản phẩm được tách ra thành các pha theo yêu cầu và được
vận chuyển đến nơi tiêu thụ nhờ hệ thống máy bơm và máy nén khí.
1.3. Giới thiệu sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom và xử lý dầu khí.
Hình I.1 là sơ đồ hệ thống thu gom xử lý dầu trên giàn cố định (MSP), hệ thống
được lắp đặt trong 6 block.
a. Block Modun N
0
/1 và N
0
/2.
Đây là hai Block quan trọng nhất, hai Block này lắp đặt thiết bị miệng giếng và

các hệ thống đường ống thu gom sau:
* 5 đường ống công nghệ chính:
4
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
+ Đường gọi dòng về bình gọi dòng.
+ Đường làm việc chính: đưa về bình tách HГC.
+ Đường là việc phụ.
+ Đường ống xả: để xả áp suất trong trường hợp cần thiết. Nếu có áp suất thì
nó dẫn về bình 100 m
3
để tách.

+ Đường dẫn về bình đo.
- Các đường phụ trợ: Đường dập giếng, đường tuần hoàn thuận, đường tuần
hoàn nghịch.
Ngoài ra trên Block này còn được lắp đặt:
- Bình tách 16 m
3
- Bình Gaslift.
- Hệ thống vận chuyển: dầu thô, nước ép vỉa giữa các giàn và chuyển dầu ra
tàu chứa.
b. Block Modun N
0
/3.

Được lắp đặt các hệ thống sau:
* Bình HГC (bình tách áp suất cao; bình 25 m
3
):
+ Thể tích 25 m
3
.
+ Áp suất giới hạn 22 KG/cm
2
.
+ Áp suất làm việc 7 – 12 KG/cm
2

.
* Bình Bufe (bình tách áp suất thấp, bình 100 m
3
, bình E
1
):
+ Thể tích 100 m
3
.
+ Áp suất giới hạn 6 KG/cm
2
.

+ Áp suất làm việc 2,5 – 3 KG/cm
2
.
- Hệ thống máy bơm dầu từ bình 100 m
3
ra tàu chứa.
- Hệ thống đường ống nối từ các bình tách đến các Blốc Modun N
0
/1, N
0
2 và
các Blốc Modul N

0
/4, N
0
5.
c. Block Modul N
0
/4.
Được lắp các hệ thống sau:
- Hệ thống hoá phẩm cho Gaslift.
- Trạm phân phối cho các giếng Gaslift.
- Hệ thống bao gồm:
* Bình đo:

● Áp suất thử làm việc: 57,2 KG/cm
2
.
● Áp suất thử: 72KG/cm
2
.
● Áp suất van an toàn: 63 KG/cm
2
.
+ Hệ thống tuốc bin đo dầu và khí.
5
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến

Thiết bị dầu khí K49
+ Hệ thống gọi dòng.
+ Bình sấy áp suất cao và khí sấy áp suất thấp.
d. Block Modun N
0
/5.
Được lắp đặt các hệ thống sau:
- Hệ thống bơm ép nước và các thiết bị pha hoá phẩm cho công nghệ bơm ép
nước và xử lý vùng cận đáy giếng.
- Hệ thống tủ TKS điều khiển tự động bằng thuỷ lực.
- Xưởng cơ khí.
e. Block Modun N

0
/6.
Lắp đặt các hệ thống sau:
- Các thiết bị phụ trợ.
- Các máy bơm phục vụ cho công nghệ bơm ép nước.
- Hệ thống máy nén khí để duy trì áp suất cho hệ thống tự động trên giàn.
● Nguyên lý làm việc của hệ thống thu gom vận chuyển dầu.
Sau khi dòng sản phẩm ra khỏi miệng giếng, nó qua hệ thống phân dòng (cụm
Manhephon) để phân phối dòng theo các đường phù hợp với từng mục đích công
nghệ sau :
a. Đối với giếng gọi dòng.
Sản phẩm dầu khí sau khi ra khỏi miệng giếng được phân phối về đường gọi

dòng để đưa vào bình gọi dòng, tại đây:
- Dầu được tách ra và được đưa về bình 100 m
3
để tách lần 2.
- Khí đưa ra Pakel đốt.
- Nước, dung dịch khoan, dung dich gọi dòng đưa về trạm xử lý để tái sử dụng
hoặc đổ xuống biển.
Khi thấy dầu phun lên thì người ta không đưa sản phẩm vào bình gọi dòng mà
chuyển sang bình tách (HГC hoặc bình 100 m
3
).
b. Đối với giếng cần đo.

Khi tiến hành khảo sát giếng, kiểm tra định kì hoặc đột xuất, để xác lập các
thông tin của vỉa giếng, nhằm xây dựng chế độ khai thác hợp lý, người ta tiến hành
công tác đo.
Quy trình công nghệ xử lý như sau: Dầu khí sau khi ra khỏi miệng giếng được
đưa về đường đo vào bình tách đo. Bình tách đo có tác dụng tách dầu riêng, khí riêng:
- Dầu sau khi qua hệ thống tuốc-bin đo được đưa về bình tách 100 m
3
để tách
tiếp.
- Khí sau khi qua thiết bị đo nếu:
+ Áp suất cao, nó đưa về bình HГC để xử lý.
6

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
+ Áp suất thấp nó đưa ra pakel đốt.
c. Đối với giếng làm việc bình thường.
Sản phẩm đi ra khỏi miệng giếng qua đường làm việc chính vào bình tách HГC
25 m
3
:
- Dầu tách được sẽ chuyển sang bình 100 m
3
tách tiếp, sau đó được bơm ra tàu
chứa, còn khí được đưa lên bình sấy áp suất thấp.

- Khí tách sẽ được chuyển sang bình tách tia (bình condensate):
+ Dầu thu được đưa về bình tách HГC hoặc bình 100 m
3
.
+ Khí đưa ra pakel đốt.
Trường hợp giếng có áp suất thấp, sản phẩm theo đường xả về bình 100 m
3
để
tách.
● Những đặc điểm chung.
Tất cả các bình trong hệ thống đều làm việc trong khoảng áp suất và mức dầu
quy định, nó được bảo vệ bằng hệ thống tự động và bằng van an toàn đặt trên nóc

bình.
- Nếu áp suất trong bình vượt quá giới hạn thì van an toàn nổ và xả áp suất
theo đường dẫn tới pakel đốt. Khi áp suất giảm tới giới hạn làm việc của bình thì van
tự động đóng lại.
- Trên đầu ra của dầu và khí từ các bình đều lắp hệ thống van ‘min’ để tự động
điều chỉnh mức dầu khí và áp suất trong bình.
Để cấp khí có áp suất cao cho phương pháp khai thác Gaslift người ta lắp đặt
bình gaslift ở Block N
0
/1 và N
0
/2, sản phẩm của giếng có áp suất cao đi theo đường

làm việc phụ đến bình gaslift.
- Khí có áp suất cao được đưa vào trạm phối khí để dẫn đến giếng khai thác
bằng phương pháp Gaslift.
- Dầu được dẫn vào bình HГC để tách tiếp.
Hai máy bơm HГC 65/35 – 500 được lắp song song trong đó một máy bơm
luôn ở trạng thái làm việc và một máy bơm dự phòng, việc lắp đặt này nhằm mục
đích:
- Do yêu cầu công nghệ khai thác dầu khí, để đảm bảo quá trình khai thác dầu
được liên tục. Nếu máy bơm đang làm việc bị hư hỏng thì ta có thể vận hành máy dự
phòng để thay thế.
- Khi lưu lượng khai thác tăng thì ta cho hai máy bơm cùng làm việc để giảm
nhanh lượng dầu có trong bình chứa.

CHƯƠNG II – NHIỆM VỤ VÀ NGUYÊN LÝ TÁCH PHA
7
ỏn tt nghip Nguyn Vn Tin
Thit b du khớ K49
2.1. Nguyờn lý tỏch pha.
Nguyờn liu u cho cỏc cho cỏc bỡnh tỏch du khớ l hn hp phc tp bao
gm rt nhiu cu t vi cỏc tớnh cht vt lý khỏc nhau, khi du c khai thỏc t
di ging khoan lờn nú tri qua mt quỏ trỡnh gim ỏp sut v nhit , do vy khớ
tỏch ra thay i v thnh phn. Quỏ trỡnh tỏch vt lý cỏc pha ny l rt ph bin trờn
cỏc gin khoan v quan h v th tớch pha khớ v pha lng trong vựng hai pha ca
gin c trỡnh by trong hỡnh II.1. Phng thc ny ch yu tỏch du khớ l tỏch
theo cỏc cp thụng thng.

F
E
2
E
1
D
C
A
B
P
1
P

2
P
b
P
b
P
1
P
3
P
4
P

5
T
R
1. Khí tách bậc
1 đã giản nở
2. Khí tách bậc
2 đã giản nỡ
3. Khí tách
bể chứa
3
1
2

P
5
T
BC1
Dầu được khai thác
trải qua một quá
trình giảm nhiệt độ
và áp suất
Bể chứa
Nhiệt độ
Khí
tách

Khí
Lỏng
áp suất
áp suất vỉa giảm trong
quá trình khai thác
P
4
T
BC2
P
3
T

BT1
Dầu vỉa
Dầu
Dầu
Khí
tách
Khí
tách
trước
độ
giản
nở

T
R
P
2
T
R
Hỡnh II.1. Quan h th tớch trong vựng hai pha
Tỏch theo cp l quỏ trỡnh trong ú cỏc hydrocacbon khớ v lng c tỏch
thnh pha lng v pha hi bi hai bỡnh tỏch tr lờn, cỏc bỡnh tỏch ny thng c
vn hnh hng lot v ni tip nhau. Mi iu kin ỏp sut v nhit m ti ú
hydrocacbon c tỏch gi l cp tỏch, quỏ trỡnh tỏch 3 giai on c mụ t trong
hỡnh II.2.

8
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
KhÝ
y
i
z
i
B×nh
t¸ch
bËc 1
BÓ chøa

DÇu
B×nh
t¸ch
bËc 2
X
i
KhÝ
y
i
KhÝ
y
i

DÇu
X
i
z
i
z
i
Tíi
§­êng èng
Hình II.2. Sơ đồ quá trình tách 3 giai đoạn
Có hai loại tách dầu khí: tách “vi phân” và tách “cân bằng” hay “tiếp xúc”. Để
tiện cho việc dẫn giải các quá trình tách khác nhau, người ta chia hợp phần của một

hỗn hợp hydrocacbon thành ba nhóm như sau:
- Nhóm cấu tử dễ bay hơi nhất (nhẹ), như Nitrogen, Methane và Ethane.
-Nhóm các cấu tử có khả năng bay hơi trung bình, như Propane đến Hexane.
-Nhóm các cấu tử kém bay hơi nhất, như Heptane và các cấu tử nặng hơn.
Trong tách vi phân, khí tách ra (phần hình thành chủ yếu bởi các cấu tử nhẹ
hơn) cách ly không cho tiếp xúc với dầu khi áp xuất giảm. Khi tách theo phương thức
này lượng cấu tử nặng và trung bình được giữ lại trong pha lỏng là lớn nhất và mức
độ hao hụt dầu là nhỏ nhất, do đó hiệu suất thu hồi dầu cao hơn.
Trong quá trình tách tiếp xúc (cân bằng), khí tách ra vẫn tiếp xúc với dầu cho
tới khi chúng được đưa ra cùng một lúc tại áp suất tách cuối cùng (chất lưu giếng
chảy qua thành hệ, ống khai thác, van, bộ điều chỉnh giảm áp và đường ống bề mặt).
Do đó, có nhiều cấu tử nặng và trung bình có mặt trong pha khí dẫn đến sự co ngót

dầu lớn. Vì vậy quá trình này có khả năng thu hồi dầu thấp.
Khi chất lưu đi qua bình tách, áp suất bị giảm đi, dầu và khí được tách khỏi
nhau và thoát ra theo các đường riêng. Đó là sự tách vi phân.
Bởi vậy, mục đích của quá trình tách theo bậc là để từng bước giảm áp suất của
dòng dầu khai thác sao cho dầu thu hồi dược nhiều hơn. Các tính toán quá trình tách
được thực hiện chủ yếu để xác định:
-Điều kiện tách tối ưu: áp suất và nhiệt độ.
9
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
-Thành phần pha khí và pha dầu.
-Tỉ lệ khí - dầu khai thác.

-Tỉ trọng API của dầu.
Trong trường hợp áp suất tách cao, phần lớn các cấu tử nặng sẽ nằm lại trong
pha lỏng tại bình tách và bị mất mát cùng với các cấu tử có giá trị khác. Ngược lại
nếu áp suất thấp, sẽ có nhiều cấu tử nhẹ bị thoát khỏi pha lỏng và cuốn theo một
lượng lớn các cấu tử nặng và trung bình. Cần chọn một áp suất trung gian gọi là áp
suất tối ưu ta có:
- Tỉ trọng API của dầu thu được tại bể chứa nhỏ nhất.
- Hệ số thể tích dầu nhỏ nhất. (B
o
)
- Tỉ lệ khí – dầu tối thiểu. (GOR)
Ảnh hưởng của áp suất tách được thể hiện trên biểu đồ hình II.3.

¸p suÊt t¸ch tèi ­u
GOR
API
b'0
GOR
API
b'0
¸p suÊt
Hình II.3. Ảnh hưởng của áp suất tách tới tỷ trọng API, hệ số thể tích dầu và tỷ lệ dầu
khí
2.2. Chức năng của bình tách dầu khí.
Sự tách dầu khỏi khí có thể bắt đầu khi chất lưu giếng chảy qua vỉa sản xuất

trong thân giếng khoan và có thể tiếp tục tăng lên qua ống khai thác, đường ống dẫn
và thiết bị điều khiển trên mặt. Dưới điều kiện xác định dung dịch có thể thoát ra
hoàn toàn thành chất lỏng và khí trước khi chúng tới bình tách. Trong trường hợp ấy
bình tách chỉ làm nhiệm vụ tăng cường để cho khí bay lên và thoát ra theo đường
thoát khí, chất lỏng đi xuống tới đường thoát chất lỏng.
● Tách dầu khỏi khí.
Sự khác nhau về trọng lượng của chất lỏng và các khí hydrocacbon có thể hoàn
tất việc tách trong bình tách dầu khí. Mặc dù vậy, đôi lúc cần sử dụng các thiết bị như
bộ chiết sương để rời chất lỏng dạng sương khỏi khí trước khi chúng thoát ra khỏi
10
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49

bình tách. Hơn nữa, việc sử dụng các thiết bị để tách khí không hoà tan khỏi dầu là
rất cần thiết trước khi dầu ra khỏi bình tách.
● Tách khí khỏi dầu.
Các tính chất hoá học và vật lý của dầu và điều kiện về nhiệt độ, áp suất của
chúng quyết định lượng khí mà nó chứa đựng trong lưu chất. Tỷ lệ tại đó khí giải
phóng ra khỏi một lượng dầu đã cho là một hàm số với biến số là nhiệt độ và áp suất.
Thể tích khí thoát ra khỏi dầu thô trong bình tách phụ thuộc vào:
- Tính chất lý hoá của dầu thô.
- Áp suất làm việc.
- Nhiệt độ làm việc.
- Tốc độ chảy qua bình.
- Kích cỡ và hình dáng của bình tách và một số yếu tố khác.

Tốc độ chảy trong bình và chiều sâu mực chất lỏng trong bình tách quyết định
thời gian lưu giữ của dầu, thời gian lưu giữ từ 1 ÷ 3 phút nhìn chung tương xứng để
đạt được hiệu quả tách cao trừ khi tách dầu có chứa bọt khí. Khi tách dầu sủi bọt, thời
gian lưu giữ có thể tăng từ 5 ÷ 20 phút tuỳ thuộc vào sự ổn định của bọt và thiết kế
của bình tách. Trong quá trình tách dầu khí, để tách khí không hoà tan bị giữ lại trong
dầu bởi độ nhớt và ứng suất bề mặt dầu người ta sử dụng các phương pháp như: rung
động, nung nóng, va đập, tấm ngưng và các vật liệu lọc.
● Tách nước khỏi dầu.
Việc tách nước khỏi dung dịch dầu mỏ có tác dụng: tránh được sự mài mòn hệ
thống thu gom sử lý và sự tạo thành nhũ tương không thấm (làm khó khăn cho việc
phân giải dầu và nước). Nước có thể được tách từ dầu ở bình tách ba pha trong
trường hợp sử dụng tách hoá học và tách trọng lực, nếu bình tách không đủ rộng để

tách một lượng nước tương ứng, nó có thể được tách trong bình tách nước tự do bằng
trọng lực lắp đặt ở trước hoặc sau bình tách. Nếu nước bị nhũ tương hoá thì cần phải
sử dụng các phương pháp khử nhũ để rời các hạt nhũ tương ra khỏi nước.
● Duy trì áp suất tối ưu trong bình tách.
Trong quá trình tách, áp suất phải được duy trì trong bình để chất lỏng có thể
thoát ra đi vào bộ sử lý tương ứng hay hệ thống thu gom chúng. Áp suất được duy trì
trong bình tách do sử dụng van ‘min’ ở từng bình tách hay một van chủ điều khiển áp
suất trong một bộ gồm hai hay nhiều bình tách. Áp suất tối ưu duy trì trong bình tách
là áp suất cho lợi ích kinh tế cao nhất từ việc bán chất lỏng và khí hydrocacbon, áp
suất có thể được tính toán theo lý thuyết hoặc xác định bằng thực nghiệm.
● Duy trì mực chất lỏng trong bình tách.
11

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
Duy trì áp suất trong bình tách làm ảnh hưởng tới mực chất lỏng trong bình
tách, mực chất lỏng này ngăn cản sự mất mát của khí và dầu được điều khiển bởi một
van hoạt động theo nguyên lý đòn bẩy nhờ một phao đặt nổi trên bề mặt dầu hoặch sử
dụng bờ chàn.
● Chức năng đặc biệt của bình tách dầu khí.
Khi áp suất của một loại dầu thô nào đó bị giảm đi thì các bọt khí nhỏ được bao
bọc bởi một lớp dầu mỏng, các bọt khí này phân tán trong dầu và chúng được gọi là
bọt dầu. Trong một số loại dầu thô khác, độ nhớt và ứng suất bề mặt của dầu có thể
làm hãm tính cơ học khí trong dầu và có thể gay ra kết quả giống như bọt, dầu thô ở
dạng bọt khi:

- Tỷ trọng của dầu nhỏ hơn 40
0
API.
- Nhiệt độ vận hành nhỏ hơn 160
0
F.
- Dầu thô có độ nhớt lớn hơn 53 cp.
Bọt khí làm giảm đáng kể năng suất của bình tách bởi thời gian lưu giữ trong
bình thực hiện cho việc tách tương xứng lượng dầu có bọt tăng lên, dầu có bọt khí
không được đo một cách chính xác bởi lưu lượng kế thể tích hay bình đo thể tích
thường. Vì vậy cần phải có những thiết bị đặc biệt để tách dầu thô chứa bọt khí.
2.3. Các phương pháp dùng để tách dầu và khí trong bình tách.

2.3.1. Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí.
Những hạt chất lỏng nhỏ còn sót lại trong khi chất lưu đi qua thiết bị tách ban
đầu (khi mà trong bình tách đã phân biệt rõ hai dòng chất lưu khí và lỏng), được tách
lần cuối bằng một thiết bị gọi là bộ phận chiết sương hay màng ngăn. Hơi ngưng tụ
trong khí không thể thu hồi bằng bộ chiết này, hơi ngưng tụ do sự giảm nhiệt độ hoặc
sau khi khí vừa được thu hồi từ bình tách. Bởi khí ngưng tụ có thể có những đặc tính
tự nhiên ở nhiệt độ và áp suất bình tách.
Sự khác nhau về tỷ trọng của chất lỏng và khí có thể hoàn thành việc tách
những hạt chất lỏng còn lại trong khí khi mà tốc độ dòng khí chậm vừa phải để hoàn
thành sự tách, người ta có thể tính toán và giới hạn vận tốc của khí trong bình tách để
đạt được hiệu quả tách hoàn toàn khi không có bộ chiết sương. Tuy nhiên, theo công
dụng thì các bộ chiết sương lắp trong bình tách để hỗ trợ thêm công việc tách và giảm

thấp nhất lượng chất lỏng bị khí mang theo.
Các phương pháp sử dụng để tách dầu ra khỏi khí là: Sự khác nhau về tỷ trọng.
Sự va đập. Thay đổi hướng dòng chảy. Thay đổi tốc độ dòng chảy. Dùng lực ly tâm.
Sự đông kết và lọc.
12
ỏn tt nghip Nguyn Vn Tin
Thit b du khớ K49
B chit sng dựng trong bỡnh tỏch cú nhiu loi khỏc nhau: Hỡnh II.4(b) l s
cu to bỡnh tỏch ng, hỡnh II.4(a) l thit b tỏch sng, hỡnh II.5 l mng ngn
kiu ly tõm, hỡnh II.6 l mng ngn dng li.
S khỏc nhau v t trng (tỏch trng lng).
Khớ t nhiờn nh hn hydrocacbon lng, do s khỏc nhau v t trng v lc hp

dn, nhng phn t hydrocacbon lng l lng trong dũng khớ t nhiờn s thoỏt khi
dũng khớ nu nh vn tc dũng khớ chm va phi. Nhng ht ln s lng xung
nhanh hn v nhng ht nh s lng xung chm hn.
iu kin ỏp sut v nhit chun, nhng ht hydrocacbon lng cú t trng
t 400 1600 ln so vi khớ t nhiờn. Khi ỏp sut v nhit tng lờn thỡ s khỏc
nhau v t trng s gim xung, ỏp sut lm vic 53 at t trng hydrocacbon lng
ch nng gp 6 10 ln so vi khớ.
Trờn lý thuyt cỏc ht cht lng cú t trng t 6 10 ln t trng khớ cú th
nhanh chúng lng xung v tỏch khi khớ. Tuy nhiờn iu ny khụng xy ra bi
nhng ht cht lng quỏ nh n mc chỳng cú khuynh hng trụi ni trong khớ v
khụng thoỏt ra khi khớ khi khớ trong bỡnh tỏch, trong hu ht cỏc bỡnh tỏch cú kớch
thc trung bỡnh nhng phn t hydrocacbon cú ng kớnh 100 àm hoc ln hn x

hon ton lng xung khi khớ. Vic s dng cỏc mng ngn l lc nhng phn t
cht lng nh hn cũn li trong khớ, khi ỏp sut lm vic ca bỡnh tng lờn s khỏc
nhau v t trng gia khớ v cht lng gim xung. Vỡ th, cn vn hnh bỡnh tỏch
ỏp sut thp phự hp, kt hp vi cỏc phng phỏp s lý thớch hp.
Va đập
A
B
C
Thay đổi hướng dòng chảy
Thay đổi vận tốc dòng chảy
C
C

C
A
A
A
B
B
B
B
A
C
Hỡnh II.4(a). Thit b tỏch sng
13

ỏn tt nghip Nguyn Vn Tin
Thit b du khớ K49
A
Van an toàn
Van an toàn
Đường khí ra
Màng ngăn
Cửa vào
Thiết bị
tách cửa
vào
ống chỉ

mức cân
bằng thuỷ
tĩnh
Đồng hồ đo áp
Đường dầu
Hộp bảo
vệ phao
Mặt cắt A - A
Đường xả cặn
Van dầu
A
Hỡnh II.4(b). S cu to bỡnh tỏch ng

14
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
Hình II.5. Bình tách hai pha sử dụng phương pháp lực ly tâm
15
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
1. Khí ở dạng sương
2. Tấm khử sương phụ dạng lưới, dầy 3’’
3. Tấm khử sương dạng lưới, dầy 5’’
4. Hình cầu lắng chất lỏng
5. Khí khô

6. Chất lỏng đi xuống
Hình II.6. Màng ngăn kiểu sợi
● Sự va đập.
Nếu dòng khí có chứa những phần tử chất lỏng chuyển động khi va đập vào
thành (bề mặt) thì các phần tử có thể bám vào và ngưng tụ trên bề mặt, khi chất lỏng
ngưng tụ thành những hạt đủ lớn thì chúng rơi vào khoang chứa chất lỏng. Nếu hàm
16
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
lượng chất lỏng trong khí cao hoặc các phần tử lỏng là nguyên chất, những mặt va
đập được lắp đặt để thu hồi dầu dạng sương. Hình II.4(a) là hình vẽ của một bộ màng
ngăn sử dụng để lặp đi lặp lại sự va đập để thu hồi chất lỏng trong khí.

● Thay đổi hướng dòng chảy.
Khi hướng chảy của dòng khí có chứa chất lỏng bị thay đổi đột ngột, quán tính
sẽ làm cho chất lỏng chuyển động theo hướng dòng chảy. Sự tách sương chất lỏng từ
khí sẽ bị ảnh hưởng bởi vì khí nhẹ hơn sẽ dễ dàng thay đổi hướng dòng chảy và tách
khỏi những phần sương chất lỏng, vì thế chất lỏng có thể ngưng tụ trên bề mặt hoặc
rơi xuống buồng chứa chất lỏng phía dưới. Hình II.4(a) là màng ngăng sử dụng
phương pháp này.
● Thay đổi tốc độ dòng chảy.
Việc tách chất lỏng hoặc khí bị ảnh hưởng do sự tăng hay giảm tốc độ của khí
một cách đột ngột, cả hai yếu tố đều sử dụng sự khác nhau về quán tính của khí và
lỏng. Khi giảm vận tốc, quán tính của chất lỏng lớn hơn sẽ mang nó theo và tách khỏi
khí. Chất lỏng sau đó ngưng tụ trên các bề mặt và chảy vào trong khoang chất lỏng

của bình tách, khi tăng vận tốc của dòng khí, do lực quán tính nhỏ nên pha khí vượt
lên trước và tách khỏi pha dầu. Hình II.4(a) là hình vẽ của một màng ngăn kiểu cánh
quạt dùng để thay đổi tốc độ dòng chảy, màng ngăn này được dùng trong bình tách
đứng.
● Dùng lực ly tâm.
Nếu dòng khí có mang theo chất lỏng chảy theo một chuyển động tròn với vận
tốc đủ lớn, lực ly tâm sẽ làm chất lỏng bám vào thành bình. Tại đây chất lỏng ngưng
tụ thành những hạt chất lỏng có kích thước ngày càng lớn dần và cuối cùng chảy vào
khoang chất lỏng phía dưới bình. Phương pháp dùng lực ly tâm là một trong những
phương pháp hiệu quả nhất trong việc tách sương chất lỏng từ khí, hiệu quả của bộ
màng ngăn này tăng khi tốc độ của dòng khí tăng. Vì vậy với cùng tốc tốc độ dòng
chảy vào bình cho trước đối với bình tách ly tâm cần kích thước màng ngăn nhỏ hơn.

Hình II.5 minh hoạ bình tách hai pha nằm ngang sử dụng hai giai đoạn chiết
sương ly tâm để tách sương chất lỏng khỏi khí, thiết bị gây va đập cửa vào là một cái
phễu với những cánh quạt hình xoắn ốc hướng ra ngoài truyền một chuyển động xoáy
cho chất lưu khi chúng đi vào bình tách. Những hạt chất lỏng lớn hơn bị bắn vào vỏ
của bình và rơi xuống khoang chứa chất lỏng, khí chảy vào thiết bị thứ cấp gồm
những cánh quạt hình xoắn ốc hướng vào trong để tăng tốc cho đến khi lên tới 26
m/s. Ở vận tốc này làm cho những hạt sương chất lỏng di chuyển vào tâm của thiết bị
nơi chúng ngưng tụ và tách khỏi khí, khi vận tốc giảm đến 0,7 ÷ 2,7 m/s ở đầu ra của
thiết bị thứ cấp. Dầu được tách từ thiết bị ly tâm sơ cấp chảy từ khoang trên xuống
17
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49

khoang dưới qua đường dẫn bên dưới ở bên phải, khoang dưới của bình tách được
chia làm hai ngăn, chất lỏng (dầu thô) được lấy ra từ hai ngăn bằng hai bộ điều khiển
mức chất lỏng và hai van thu hồi dầu.
Bình tách và bình lọc dùng lực ly tâm để thu hồi sương dầu từ khí có thể sử lý một số
lượng khí lớn.
●Sự đông kết.
Những tấm đệm đông kết được dùng như những phương tiện có hiệu quả trong
việc tách và thu hồi sương dầu từ một dòng khí tự nhiên, một trong những công cụ
đặc biệt nhất là tách sương chất lỏng từ khí trong hệ thống vận chuyển và phân phối
khí nơi mà lượng chất lỏng trong khí là nhỏ. Những tấm đông kết thường dùng làm ở
dạng vòng, dạng lưới bằng những vật liệu khác nhau. Chúng sử dụng sự kết hợp giữa
va đập, thay đổi hướng, thay đổi vận tốc và loại bỏ sương chất lỏng từ khí. Những

tấm này cung cấp một bề mặt lớn lắng đọng sương chất lỏng, Hình II.7 là lược đồ của
một màng ngăn dạng lưới dùng trong một số bình tách và bình lọc khí. Những gói
này được làm bằng vật giòn nên có thể bị vỡ trong khi di chuyển và lắp đặt vì vậy
chúng được lắp đặt ở nơi sản xuất trước khi đem đến nơi sử dụng, lưới đan có thể bị
kẹt, tắc ngẽn do sự lắng đọng paraffin và các vật liệu khác vì thế làm bình tách hoạt
động không hiệu quả sau một thời gian sử dụng. Mặc dù các tấm đông kết rất hiệu
quả trong việc thu hồi dầu từ khí nhưng màng ngăng kiểu cánh quạt được sử dụng
rộng rãi hơn vì chúng có thể dùng trong nhiều điều kiện khác nhau. Do nhược điểm
của các tấm đông kết, công dụng của chúng chỉ hạn chế trong máy lọc khí và dùng
trong hệ thống phân phối, vận chuyển thu gom khí.
● Lọc bằng phin lọc.
Dùng phin lọc dễ thấm qua rất có hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ khí, vật

liệu có tính thấm lọc sương chất lỏng từ khí có thể sử dụng nguyên lý của sự va đập,
thay đổi hướng dòng chảy và tốc độ để hỗ trợ cho việc tách sương chất lỏng từ khí.
Áp suất giảm qua màng ngăn càng thấp càng tốt trong khi hiệu quả tách tối đa vẫn
được duy trì. Tóm lại sự giảm áp suất qua màng ngăn là lớn nhất nếu ta sử dụng
phương pháp phin lọc và nhỏ nhất khi ta sử dụng phương pháp kết tụ, còn những kiểu
khác thay đổi trong khoảng này.
2.3.2. Các phương pháp dùng để tách khí ra khỏi dầu.
Do lợi ích kinh tế đem lại từ khí tự nhiên là không nhỏ và để đảm bảo chất
lượng dầu thô. Vì vậy phải tách khí không hoà tan khỏi dầu trong quá trình sử lý, các
cơ chế dùng để tách khí ra khỏi dầu trong bình tách là:
- Lắng đọng.
- Khuấy trộn.

18
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
- Làm lệch (đổi hướng).
- Nung nóng (phương pháp nhiệt).
- Háo học (hoá chất).
- Lực ly tâm.
● Sự lắng đọng.
Khí chứa trong dầu thô là khí không hoà tan và thường tách khỏi dầu khi có đủ
thời gian để dầu lắng xuống, khi tăng thời gian lưu giữ chất lỏng đòi hỏi phải tăng
kích thước của bình hay độ sâu của mực chất lỏng trong bình tách. Sự tăng độ sâu
mực chất lỏng trong bình tách có thể sẽ không làm tăng sự tách của khí không hoà tan

khỏi dầu bởi vì “sự chồng chất” của dầu sẽ ngăn cản khí nổi lên trên bề mặt chất
lỏng. Việc tách tối đa của khí khỏi dầu đạt được khi phần chứa dầu trong bình tách là
mỏng (tỷ số diện tích bề mặt và thể tích dầu lớn).
● Sự khuấy trộn.
Hiện nay phương pháp khuấy trộn rất cần thiết trong việc thu hồi khí không hoà
tan bị giữ lại do sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu, khi có hoạt động khuấy trộn
trong bình thì thời gian để các bọt khí trong dầu tách ra ngắn hơn nhiều so với không
có hoạt động khuấy. Tuy nhiên, các hoạt động khuấy này cũng được điều chỉnh ở
mức độ thích hợp để không xảy ra phản tác dụng. Mặt khác trong quá trình thiết kế
và lắp đặt các chi tiết bên trong sao cho hợp lý.
● Sự đổi hướng.
Một thiết bị khử khí ở cửa vào như hình vẽ II.8 có thể được lắp đặt ở cửa vào

của một bình tách để hỗ trợ trong việc hướng dòng chất lưu đi vào bình tách không bị
khuấy động mạnh và cũng hỗ trợ trong việc tách khí khỏi dầu. Thiết bị này làm cho
dầu khi đi qua nó sẽ tán xạ hay tạo thành lớp mỏng để khí tách ra khỏi dầu nhanh
hơn, thiết bị này cũng khử sự va đập của chất lỏng ở tốc độ cao vào thành đối diện
của bình tách. Hình II.8 thể hiện hình vẽ của bộ làm lệch hướng dòng chảy được lắp
trong bình tách giữa đầu vào và mức dầu làm cho dầu khi chảy vào đến khoang dầu
luôn ở dạng lớp mỏng, khi dầu chảy qua thiết bị này nó bị dàn mỏng ra và có su
hướng cuộn tròn làm tăng hiệu quả làm tan những bọt khí. Đặc biệt chúng có hiệu
quả trong việc tách dầu có bọt, bộ làm lệch có đục lỗ được dùng để tách khí không
hoà tan trong dầu chúng gây nên sự khuấy động nhẹ làm cho khí thoát ra khỏi dầu thô
khi dòng dầu chảy qua.
● Nung nóng.

Nung nóng làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu, vì vậy nó hỗ trợ cho
việc thoát khí khỏi dầu dễ dàng hơn. Phương pháp hiệu quả nhất trong việc nung dầu
thô là cho chúng đi qua một thùng nước được nung nóng, sử dụng một thiết bị dạng
19
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
đĩa làm tán xạ chất lỏng thành dòng hay lớp mỏng sẽ làm tăng ảnh hưởng của bình
nước nóng. Dòng dầu đi lên qua bình nước nóng sẽ tạo ra sự khuấy động nhẹ rất cần
thiết cho sự kết tụ và tách khí sủi bọt từ trong dầu, bình nước nóng cũng làm tăng
hiệu quả của việc tách khí khỏi dầu thô dạng bọt. Trên thực tế bình nước nóng không
được lắp đặt trong một số bình tách nhưng nhiệt lượng có thể được cung cấp cho dầu
bằng những bộ nung nóng bằng lửa, bộ chao đổi nhiệt… một cách giáp tiếp hay trực

tiếp. Những bộ sử lý nhũ tương cũng được dùng như vậy.
● Hoá chất.
Hoá chất làm giảm sức căng bề mặt của dầu thô và hỗ trợ cho việc giải phóng
khí khỏi dầu, giải pháp này sử dụng một số hoá chất những hoá chất như thế làm
giảm đáng kể khuynh hướng tạo bọt của dầu và vì vậy làm tăng công suất của bình
tách khi mà bọt dầu đã được sử lý.

20
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
Condensate
§­êng khÝ ra

Mµng ng¨n
kiÓu ng­ng
ChÊt láng ®i vµo
Cöa ra cña chÊt láng
Hình II.7. Màng ngăn dạng lưới kiểu ngưng tụ
21
ỏn tt nghip Nguyn Vn Tin
Thit b du khớ K49
Khí ra
''A''
''A''
Bộ chiết

sương
Thiết bị tách
cửa vào
Đĩa làm
lệch
Đầu ra
Mặt cắt A-A
Thiết bị
khử khí
Thiết bị
dẫn hướng
Đầu vào

chất lỏng
Đầu vào
chất lỏng
Hỡnh II.8. Bỡnh tỏch ng c bit tỏch du cha nhiu bt
2.4. Cõn bng lng hi.
2.4.1. Khỏi nim.
hiu rừ v khỏi nim cõn bng lng hi, trc ht chỳng ta nghiờn cu mt
thit b cõn bng lng hi n gin hỡnh II.9.
22
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
Bé cÊp nhiÖt

H¬i
H¬i
ChÊt láng
Hình II.9. Thiếi bị tạo cân bằng lỏng hơi đơn giản
Khi được cung cấp nhiệt (chẳng hạn bởi một nguồn điện), đến một nhiệt độ
nhất định hỗn hợp lỏng trong thiết bị sẽ bắt đầu sôi và sinh ra hơi. Hỗn hợp hơi sinh
ra được dẫn theo một đường ống quay trở lại đáy của thiết bị, tại đây hơi sẽ được
phân tán đều vào pha lỏng thông qua một thiết bị phân tán (distributor).
Các cấu tử của hỗn hợp lỏng ban đầu sẽ được phân bố vào pha hơi tuỳ thuộc
vào nhiệt độ sôi của chúng, những cấu tử có nhiệt độ sôi thấp (dễ bay hơi) sẽ có
khuynh hướng tập trung nhiều hơn trong pha hơi. Trong khi đó những cấu tử có nhiệt
độ sôi cao hơn sẽ tập trung nhiều hơn ở pha lỏng.

Cân bằng giữa pha hơi và pha lỏng sẽ đạt được khi sự hoạt động của thiết bị
được duy trì ở một mức độ nào đó mà hầu như không có sự thay đổi về nhiệt độ, áp
suất và thành phần của các pha.
Như vậy, rõ ràng là mức độ tách các cấu tử của một hỗn hợp sẽ đạt được cực
đại tại trạng thái cân bằng, không thể tồn tại một trạng thái nào khác mà đạt được
hiệu suất tách cao hơn.
Tóm lại, cân bằng lỏng hơi là một trạng thái của hệ mà tại đó không có sự thay
đổi về nhiệt độ, áp suất và thành phần các pha.
2.4.2. Các quan hệ nhiệt động học của cân bằng lỏng hơi.
● Quan hệ cân bằng.
23
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến

Thiết bị dầu khí K49
Ở trạng thái cân bằng lỏng – hơi, quan hệ nồng độ của một cấu tử nào đó trong
pha lỏng và pha hơi tuân theo phương trình sau:
K
i
= Y
i
/ X
i
(2.1)
Trong đó:
K

i
là hằng số cân bằng của cấu tử i.
Y
i
và X
i
lần lượt là phần mol của cấu tử i trong pha hơi và pha lỏng.
Theo phương trình (2.1), cấu tử nào có khả năng bay hơi càng lớn (nhiệt độ
càng thấp) sẽ có giá trị K
i
càng lớn.
● Độ bay hơi tương đối.

Độ bay hơi tương đối của cấu tử i so với cấu tử j được định nghĩa là tỷ số giữa
các hằng số cân bằng của chúng.
α
ij
= K
i
/ K
j
(2.2)
Trong đó:
α
ij

là độ bay hơi tương đối của cấu tử i so với cấu tử j.
K
i
, K
j
lần lượt là hằng số cân bằng của cấu tử i và j.
α
ij
là một đại lượng rất quan trọng vì nó cho ta thấy được khả năng và hiệu quả
của bình tách. Mặt khác theo thói quen truyền thống, người ta định nghĩa α
ij
là tỷ số

giữa các hằng số cân bằng của cấu tử dễ bay hơi so với cấu tử kém bay hơi hơn nó,
nên ta có:
α
ij
= K
i
/ K
j
≥ 1
Nếu α
ij
càng lớn hơn 1 thì i càng dễ bay hơi hơn j, nghĩa là càng dễ tách i khỏi j,

ngược lại nếu α
ij
= 1 thì quá trình tách không thể thực hiện được.
● Hệ lý tưởng.
Một hệ lỏng – hơi lý tưởng, luôn luôn tuân thủ triệt để định luật Rault và định
luật Daltont.
a. Định luật Daltont.
Định luật này đưa ra mối liên hệ giữa nồng độ của một cấu tử trong hỗn hợp
hơi lý tưởng với áp suất hơi riêng phần của nó.
P
i
= P. Y

i
(2.3)
Trong đó:
P
i
, Y
i
lần lượt là áp suất hơi riêng phần và phần mol của cấu tử i trong
hỗn hợp hơi lý tưởng.
P là áp suất tổng của hệ.
b. Định luật Rault.
Định luật này đưa ra mối liên hệ giữa áp suất hơi riêng phần của một cấu tử

trong pha hơi với nồng độ của nó trong pha lỏng:
24
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tiến
Thiết bị dầu khí K49
P
i
= P
i
0
. X
i
(2.4)

Trong đó:
P
i
là áp suất hơi riêng phần của cấu tử i trong pha hơi.
P
i
0
là áp suất hơi bảo hoà của cấu tử i tại nhiệt độ của hệ.
Kết hợp (2.3) và (2.4) ta được:
P. Y
i
= P

i
0
. X
i
(2.5)
Kết hợp (2.1) và (2.5) ta được:
K
i
= P
i
0
/ P (2.6)

Kết hợp (2.2) và (2.6) ta được:
α
ij
= P
i
0
/ P (2.7)
Phương trình (2.7) cho ta thấy: Đối với một hệ lý tưởng thì α
ij
không phụ thuộc
vào áp suất và thành phần.
● Hệ không lý tưởng.

Hầu hết các hỗn hợp lỏng đều không lý tưởng, chúng không tuân theo định luật
Rault. Trong những trường hợp như vậy, để áp dụng định luật Rault, ta cần phải có
thêm một hệ số điều chỉnh γ
i
. Khi đó (2.4) trở thành:
P
i
= γ
i
. P
i
0

. X
i
(2.8)
Ở đây γ
i
được gọi là hệ số hoạt động của pha lỏng.
Nếu γ
i
= 1: dung dịch là dung dịch lý tưởng.
Nếu γ
i
> 1: dung dịch có sai lệch dương so với dung dịch lý tưởng.

Nếu γ
i
< 1: dung dịch có sai lệch âm so với dung dịch lý tưởng.
Hệ số γ
i
phụ thuộc vào rất nhiều thành phần của hỗn hợp và trong thực tế, hiện
tượng sai lệch dương xảy ra phổ biến hơn so với sai lệch âm.
Các phương trình (2.6) và (2.7) trở thành:
K
i
= P
i

0
/ P (2.9)
α
ij
= γ
i
. P
i
0
/ γ
j
.P (2.10)

Do đó hệ không lý tưởng thì α
ij
phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp (vì γ
i
và

γ
j
phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp).
● Điểm sôi và điểm sương của hỗn hợp.
a. Điểm sôi.
Điểm sôi là trạng thái của hệ mà tại đó hỗn hợp lỏng hydrocacbon bắt đầu sôi

(bong bóng hơi đầu tiên được sinh ra) và nó được xác định từ phương trình:
1.
1
=
∑
=
n
i
ii
XK
(2.11)
b. Điểm sương.

25