Giáo trình Vận hành thiết bị tách dầu khí (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái quát về thiết bị tách dầu khí; Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí; Vận hành thiết bị tách dầu khí. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN : VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
NGHỀ : VẬN HÀNH THIẾT BỊ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số:209/QĐ-CĐDK ngày 06 tháng 3 năm 2022
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)
Trang 3Trang 2
LỜI GIỚI THIỆU
Để đáp ứng nhu cầu học tập và nâng cao trình độ chuyên môn đối với bộ phận
công nhân vận hành thiết bị tách dầu khí, chúng tôi đã tham khảo nhiều tài liệu của
nhiều tác giả trong và ngoài nước để biên soạn nên giáo trình “Vận hành thiết bị tách dầu khí” Giáo trình được các giáo viên bộ môn chính thức sử dụng để giảng dạy cho nghề “Vận hành thiết bị chế biến dầu khí” và có thể làm tài liệu tham khảo cho nghề
“Vận hành thiết bị khai thác dầu khí”
Khi biên soạn giáo trình chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến môn đun “Vận hành thiết bị tách dầu khí” phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như gắn kết những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao
Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 3 bài:
Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí
Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí
Bài 3: Vận hành thiết bị tách dầu khí
Qua nội dung từng bài học trong giáo trình giúp cho sinh viên hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như quy trình vận hành và xử lý các sự cố của thiết bị tách dầu khí trong quá trình vận hành
Giáo trình này có thể góp phần hoàn thiện kiến thức cơ bản về mô đun “Vận thiết bị tách dầu khí”, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp nhận những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và các em sinh viên về những thiếu sót không thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hoàn thiện hơn
Trân trọng cảm ơn./
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2022
Tham gia biên soạn
1 Chủ biên: Ths Lê Thùy Dung
2 Ths Hồ Quang Phổ
3 Th.S Phạm Công Đại
4 Huỳnh Việt Triều
5 Ks Phạm Công Quang
Trang 4Trang 3
MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 6
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 7
BÀI 1 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ 13
1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 14
1.1.1 Định nghĩa 14
1.1.2 Phân loại 15
1.2 NGUYÊN LÝ TÁCH PHA 16
1.2.1 Nguyên lý tách dầu ra khỏi khí 16
1.2.2 Nguyên lý tách khí ra khỏi dầu 17
1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH DẦU KHÍ 18
1.3.1 Áp suất 19
1.3.2 Nhiệt độ 19
1.3.3 Tỉ trọng 19
BÀI 2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ 21
2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA THIẾT BỊ TÁCH 22 2.1.1 Cấu tạo chung của thiết bị tách 22
2.1.2 Nguyên lý tách pha chung của thiết bị tách 29
2.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ TÁCH 29
2.2.1 Thiết bị tách hai pha 29
2.2.2 Thiết bị tách ba pha 36
BÀI 3 VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ 41
3.1 ĐIỀU CHỈNH MỰC CHẤT LỎNG 42
3.1.1 Điều chỉnh mực chất lỏng trong thiết bị tách hai pha 44
3.1.2 Điều chỉnh mực chất lỏng trong thiết bị tách ba pha 45
3.2 ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT VẬN HÀNH 45
Trang 5Trang 4
3.2.1 Điều chỉnh bằng van màng tác dụng trực tiếp 46
3.2.2 Điều chỉnh bằng van màng thường đóng 47
3.2.3 Điều chỉnh bằng van điều khiển bằng khí nén 47
3.3 VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH 48
3.3.1 Yêu cầu khi vận hành 48
3.3.2 Quy trình vận hành thiết bị tách 49
3.3.3 Bảo dưỡng thiết bị tách 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
Trang 6Trang 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
P&ID: Piping and instrumentation diagram
PSV: Pressure safety valve
LSHH: Level switch high-high
LSLL: Level switch low-low
PSHH: Pressure Switch high-high
Trang 7Trang 6
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị tách đứng 23
Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị tách 2 pha trụ đứng 23
Hình 2.3 Tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm 24
Hình 2.4 Thiết bị tách 2 pha sử dụng bộ phận tách cơ bản kiểu ly tâm 25
Hình 2.5 Bộ chiết sương kiểu nan chớp 26
Hình 2.6 Bộ phận chiết sương dạng cánh 27
Hình 2.7 Đệm đông tụ 28
Hình 2.8 Một số loại đệm đông tụ 29
Hình 2.9 Cấu tạo thiết bị tách hai pha thẳng đứng 30
Hình 2.10 Cấu tạo của bộ phận chiết sương 31
Hình 2.11 Cấu tạo thiết bị tách hai pha thẳng đứng có cửa vào dạng tiếp tuyến 32
Hình 2.12 Thiết bị tách hai pha thẳng đứng có các tấm chắn nằm nghiêng 32
Hình 2.13 Cấu tạo thiết bị tách hai pha nằm ngang 33
Hình 2.14 Cấu tạo thiết bị tách 2 pha 2 ống nằm ngang 34
Hình 2.15 Cấu tạo thiết bị tách hai pha dạng cầu 35
Hình 2.16 Cấu tạo thiết bị tách 3 pha thẳng đứng 36
Hình 2.17 Cấu tạo thiết bị tách 3 pha nằm ngang 38
Hình 2.18 Cấu tạo thiết bị tách 3 pha hình cầu 39
Hình 3.1 Bộ phận điều chỉnh mực chất lỏng dạng cơ 42
Hình 3.2 Bộ phận điểu chỉnh mực chất lỏng dạng cơ 43
Hình 3.3 Bộ phận điều chỉnh mực chất lỏng dạng tự động 44
Hình 3.4 Điều chỉnh áp suất bằng van tác dụng trực tiếp 46
Hình 3.5 Điều chỉnh áp suất bằng van lò xo 47
Hình 3.6 Điều chỉnh áp suất bằng khí nén 48
Bảng 3.1 Phân tích nguyên nhân và biên pháp khắc phụ khi lỏng bị cuốn ra ngoài 51
Bảng 3.2 Phân tích nguyên nhân và biện pháp khắc phục quá tải chất lỏng 52
Trang 8
Trang 7
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
1 Tên mô đun: VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
2 Mã mô đun: PETR62110
3 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
3.1 Vị trí: Là mô đun thuộc phần các môn học, mô đun chuyên môn nghề của chương
trình đào tạo Môn đun này được dạy trước mô đun vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô và sau các môn học, mô đun như: Sản phẩm dầu mỏ, Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt
3.2 Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức, kỹ năng: cấu tạo, nguyên lý hoạt
động và vận hành thiết bị tách trong ngành dầu khí
3.3 Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Giáo trình này trình bày một cách có hệ thống
các kiến thức về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của thiết bị tách dùng trong công
nghiệp dầu khí
4 Mục tiêu của mô đun: Thiết bị tách là một thiết bị quan trọng trong ngành lọc hóa
dầu và chế biến dầu khí Chính vì vậy đòi hỏi người thợ phải nắm được cấu tạo,
B1 Vận hành được thiết bị tách dầu khí theo đúng quy trình
B2 Xử lý được các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành thiết bị tách dầu khí
Trang 9Thời gian đào tạo (giờ)
Tổng
số
Trong đó
Lý thuyết
LT TH
COMP64002 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 0 COMP62004 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 COMP62008 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 COMP64010 Giáo dục quốc phòng và An ninh 4 75 36 35 2 2 COMP63006 Tin học 3 75 15 58 0 2 FORL66001 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 SAEN512001 An toàn vệ sinh lao động 2 30 26 2 2 0
MECM52003 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 15 28 0 2 ELEI53011 Điện kỹ thuật 2 3 45 36 6 3 0 AUTM52111 Cơ sở điều khiển quá trình 2 45 14 29 1 1 PETR52002 Nhiệt kỹ thuật 2 30 28 0 2 0
PETR63004 Cơ sở quá trình và thiết bị trong
công nghệ hóa học 3 45 42 0 3 0 PETR53005 Sản phẩm dầu mỏ 3 45 42 0 3 0 PETR56107 Vận hành máy thuỷ khí I 6 150 28 106 2 14 PETR64108 Vận hành máy thuỷ khí II 4 100 28 66 2 4 PETR56109 Vận hành hệ thống đường ống và
bể chứa 6 150 28 106 3 13 PETR62110 Vận hành thiết bị tách dầu khí 2 45 14 29 1 1 PETR53111 Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị
nhiệt 3 75 21 50 2 2 PETR62114 Kỹ thuật phòng thí nghiệm 2 45 13 30 1 1 PETR56115 Vận hành phân xưởng chưng cất
dầu thô 6 145 42 94 3 6 PETR56116 Vận hành phân xưởng chế biến
dầu I 6 145 42 94 3 6
Trang 10Trang 9
PETR64117 Vận hành phân xưởng chế biến
dầu II 4 100 28 66 2 4 PETR56118 Vận hành các phân xưởng chế biến
khí 6 150 36 108 2 4 PETR54219 Thực tập sản xuất 4 195 45 138 3 9 PETR66220 Khóa luận tốt nghiệp 6 270 28 230 0 12
5.2 Chương trình chi tiết mô đun
Thời gian (giờ)
Tổng
số
Lý thuyết
Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập
2 Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt
Trang 11- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun theo quy định
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
7.2 Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mô đun như sau:
7.2.1 Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư
số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh
và Xã hội
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau:
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40%
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
7.2.2 Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá Phương pháp tổ chức
Hình thức kiểm tra
Chuẩn đầu ra đánh giá cột Số
Thời điểm kiểm tra
Hỏi đáp
Bảng kiểm/
Câu hỏi
A1, A2, A3 B1, B2
qua sản phẩm học tập
Tự luận/
Trắc nghiệm/ Sản phẩm học tập
A1, A2, A3 B1, B2 C1, C2, C3
qua sản phẩm
Tự luận và trắc nghiệm/ Sản
Trang 128 Hướng dẫn thực hiện mô đun
8.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí
8.2 Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun
8.2.1 Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng dẫn
đọc tài liệu, diễn trình làm mẫu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…
* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm
tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm
8.2.2 Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học mô đun này (trang web, thư viện, tài
liệu )
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% buổi học thực hành Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc >0% số tiết thực hành phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ
đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về
1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm
Trang 13Trang 12
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ
- Tham dự thi kết thúc mô đun
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học
9 Tài liệu tham khảo:
- Tài liệu Tiếng Việt:
[1] Trường Cao Đẳng Dầu khí, Giáo trình Vận hành thiết bị tách, Lưu hành nội bộ,
2017
[2] PGS.TS Lê Xuân Lân, Thu gom xử lý Dầu - Khi - Nước, Hà Nội 2005
[3] TS Hoàng Anh Dũng, Thiết bị xử lý các sản phẩm khai thác Dầu khí, Hà Nội
2012
- Tài liệu tiếng nước ngoài:
[1] J D Seader, Ernest J Henley, D Keith Roper, Separation Process Principles
Maurice Stewart and Ken Arnold, Gas–Liquid and Liquid–Liquid Separators Elsivier,
2008
Trang 14Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 13
BÀI 1 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
❖ GIỚI THIỆU BÀI 1
Bài 1 giới thiệu các kiến thức cơ bản liên quan đến Thiết bị tách để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận công việc sau này
❖ MỤC TIÊU BÀI 1
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
quá trình tách dầu khí
➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Học sinh có tính nghiêm túc, cẩn thận, kỷ luật cao trong học tập
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
- Đối với người dạy:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy
+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)
- Đối với người học:
+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;
+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;
+ Tuần thủ quy định an toàn, giờ giấc
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình
- Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, mô hình mô phỏng thiết bị tách
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình, quy trình thực hành
- Các điều kiện khác: Không có
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
- Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến
thức
Trang 15Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 14
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
- Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: Trắc nghiệm)
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: không
NỘI DUNG BÀI 1
1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
Các thiết bị chỉ dùng để tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) ra khỏi khí, thường có tên gọi là bình nốc ao hoặc bẫy Nếu thiết bị tách nước lắp đặt gần miệng giếng thì khí và dầu lỏng thoát ra đồng thời còn nước tự do thoát ra ở phần đáy bình Còn ở các thiết bị tách lỏng cho phép tách tất cả chất lỏng ra khỏi khí thì dầu và nước thoát ra ở đáy bình, còn khí thoát ra ở phần đỉnh bình
Thiết bị tách truyền thống làm việc ở áp suất thấp, thường gọi là buồng Flat Chất lưu vào từ các thiết bị tách cao áp, còn chất lưu đi ra được truyền tới các bể chứa, cho nên thường đóng vai trò thiết bị tách cấp hai hoặc cấp ba, có vai trò tách khí nhanh
Các thiết bị tách bậc một làm việc ở các trạm tách nhiệt độ thấp hoặc tách lạnh, thường gọi là bình giãn nở, được trang bị thêm nguồn nhiệt để nung chảy hydrat Cũng
có thể bơm chất lỏng phòng ngừa hydrat hoá vào chất lỏng giếng trước khi giãn nở
chứa ít chất lỏng hơn so với chất lưu của giếng khí và giếng dầu, thường dùng trên các
Trang 16Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 15
tuyến ống phân phối, thu gom, được chế tạo theo kiểu lọc thô và lọc ướt Loại lọc thô
có trang bị bộ chiết sương, phổ biến là kiểu keo tụ và các chi tiết phía trong tương tự như thiết bị tách dầu khí Loại lọc ướt dòng hơi đi qua một đệm lỏng, có thể là dầu để rửa sạch bụi bẩn và tạp chất, sau đó qua bộ chiết sương để tách lỏng Bình lọc thường lắp ở dòng đi lên từ thiết bị xử lý khí bất kỳ hoặc thiết bị dòng ra
▪ Thiết bị tách từng giai đoạn
▪ Thiết bị tách nước kiểu khô hay ướt
▪ Thiết bị tách trụ đứng 2 pha: dầu - khí
▪ Thiết bị tách trụ đứng 3 pha: dầu - khí - nước
▪ Thiết bị tách 3 pha sử dụng lực ly tâm
Dòng nguyên liệu vào xiên 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 lớn nhất Dầu nhẹ hơn sẽ phân bố ở mặt ngoài, khí ít chịu ảnh hưởng của lực ly tâm sẽ tách khỏi dầu và đi lên Dầu và nước bị kéo xuống dưới theo máng dẫn Nước nặng nhất chìm xuống dưới, dầu nổi lên trên
❖ Thiết bị tách hình trụ nằm ngang:
- Thiết bị tách hình trụ nằm ngang 2 pha
Trang 17Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 16
- Thiết bị tách hình trụ nằm ngang 3 pha
❖ Thiết bị tách hình cầu:
- Thiết bị tách hình cầu 2 pha dầu - khí
- Thiết bị tách hình cầu 3 pha dầu - khí - nước
1.2 NGUYÊN LÝ TÁCH PHA
1.2.1 Nguyên lý tách dầu ra khỏi khí
Trong dòng khí thường có những bụi dầu dạng sương mù hoặc thậm chí còn là các giọt dầu Để tách chúng ra, trong thiết bị tách thường lắp bộ chiết sương Tuy nhiên dòng khí khi ra khỏi thiết bị tách vẫn có một lượng dầu nhất định tùy thuộc vào
sự hoàn thiện về kỹ thuật và dầu sẽ ngưng tụ do giảm nhiệt độ
Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí trong thiết bị tách bao gồm: Trọng lực, va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động dòng hỗn hợp, dùng lực ly tâm, cơ chế keo tụ và thấm
a Tách trọng lực
Nguyên lý tách dựa vào sự chênh lệch về tỷ trọng Khí nhẹ hơn dầu, ở điều kiện chuẩn các giọt dầu nặng hơn khí tự nhiên từ 400 đến 1600 lần Khi áp suất và nhiệt độ tăng thì sự chênh lệch đó sẽ giảm nhanh Chẳng hạn ở áp suất 50 bar thì sự chênh lệch chỉ còn từ 6 đến 10 lần Nếu kích thước các giọt đủ lớn thì chúng sẽ dễ dàng lắng đọng
và tách ra Tuy nhiên điều đó ít xảy ra vì kích thước các hạt lỏng thường bé làm cho chúng có xu hướng lơ lửng và không thể tách ra khỏi dòng khí trong thời gian ngắn, đặc biệt nếu tốc độ dòng khí cao Khi ta giới hạn tốc độ dòng khí thì ta có thể thu được kết quả tách thỏa mãn nhờ cơ chế phân ly trọng lực
Các hạt chất lỏng có kích thước từ 100 µm trở lên được tách cơ bản trong các thiết bị tách trung thiết bị, còn các hạt có kích thước nhỏ hơn cần nhờ đến bộ chiết sương
b Tách va đập
Dòng khí có chứa hỗn hợp lỏng đập vào một tấm chắn, chất lỏng sẽ dính lên bề mặt tấm chắn và kết hợp lại với nhau thành các giọt lớn và lắng xuống nhờ trọng lực Khi hàm lượng chất lỏng cao hoặc kích thước các hạt bé, để tăng hiệu quả tách người
ta cần tạo ra nhiều va đập nhờ sự bố trí các mặt chặn kế tiếp nhau
c Thay đổi hướng và tốc độ chuyển động
Cơ chế này dựa trên nguyên tắc lực quán tính của chất lỏng lớn hơn chất khí Khi dòng khí có mang theo chất lỏng gặp các chướng ngại vật sẽ thay đổi hướng chuyển động một cách đột ngột Do có quán tính lớn, chất lỏng vẫn tiếp tục đi theo hướng cũ, va vào bề mặt vật cản và dính vào đó, chập lại và dính vào với nhau tạo
Trang 18Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 17
thành những giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực Còn chất khí do có quán tính
bé hơn, chấp nhận sự thay đổi hướng một cách dễ dàng và bỏ lại các hạt chất lỏng để bay theo hướng mới
Vai trò của quán tính cũng được vận dụng để tách lỏng - khí bằng phương pháp thay đổi tốc độ dòng khí đột ngột Khi giảm tốc độ dòng khí đột ngột, do quán tính chất lỏng lớn sẽ vượt lên trước và tách ra khỏi chất khí Ngược lại khi tăng tộc một cách đột ngột thì chất khí sẽ vượt lên trước nhờ quán tính bé hơn
d Sử dụng lực ly tâm
Khi dòng hơi chứa lỏng buộc phải chuyển động theo quỹ đạo vòng với tốc độ
đủ lớn, lực ly tâm sẽ đẩy chất lỏng ra xa hơn, bám vào thành thiết bị, các hạt lỏng này
sẽ dính với nhau thành các giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực Còn chất khí do
có lực ly tâm bé nên sẽ ở phần giữa thiết bị và thoát ra ngoài theo đường thoát khí Đây là một trong các phương pháp hiệu quả nhất để tách lỏng ra khỏi khí Hiệu quả sẽ tăng cùng với sự tăng tốc dòng khí, nên ta có thể giảm được kích thước của thiết bị
e Đông tụ
Các đệm đông tụ là một phương pháp có hiệu quả để tách lỏng ra khỏi khí tự nhiên Một trong các ứng dụng phổ biến nhất là tách dầu trong hệ thống vận chuyển và phân phối khí Vì lúc đó tỷ lệ lỏng trong khí nói chung là thấp Để tách lỏng trong đệm đông tụ sử dụng tập hợp các cơ chế: va đập, thay đổi hướng, thay đổi tốc độ dòng và keo tụ Hiệu quả phụ thuộc vào diện tích có thể tập hợp và chập dính các hạt chất lỏng
Khi dùng đệm cho các thiết bị tách, người ta thường lưu ý hai điều: các đệm nếu được chế tạo từ vật liệu dòn rất dễ hỏng khi vận chuyển và lắp đặt; các đệm kiểu lưới thép đan có thể bị tắc bít do lắng đọng Parafin và các vật liệu khác
f Phương pháp thấm
Trong một số trường hợp, phương pháp thấm cũng phát huy tác dụng tốt Vật liệu xốp có tác dụng loại bỏ hoặc tách dầu ra khỏi dòng khí Khí qua vật liệu xốp sẽ chịu va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động Khi đó khí dễ dàng đi qua, còn các hạt chất lỏng được giữ lại
1.2.2 Nguyên lý tách khí ra khỏi dầu
Việc tách khí không hòa tan là rất cần thiết Trước hết để tận dụng khí vào mục đích sử dụng nội bộ và thương mại Ngoài ra tách khí giúp cho việc đo lường dầu chính xác hơn
Các phương pháp tách khí ra khỏi dầu bao gồm: cơ học, nhiệt và hóa học
a Các giải pháp cơ học
Phổ biến là dao động, va đập, lắng và lực ly tâm
Trang 19Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 18
Các rung động điều hòa có kiểm soát tác động lên dầu sẽ làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu giúp cho việc tách khí được diễn ra dễ dàng hơn, các bọt khí sẽ kết dính lại với nhau và thoát ra khỏi dầu
Trên đường đầu vào thiết bị tách, thường lắp chi tiết tách khí cơ bản, có tác dụng đưa dòng chất lỏng vào thiết bị với độ rối tối thiểu, phân tán dầu cho khí dễ dàng thoát ra Các chi tiết này còn loại trừ các va đập cao tốc của chất lỏng với thành thiết
bị Các tấm chắn còn được bố trí trên đường lắng của dầu, sẽ trải chúng thành những lớp mỏng trên đường chảy xuống phần lắng Các giọt dầu sẽ lăn và dàn trải làm tăng hiệu quả tách bọt khí và thường được dùng để tách dầu bọt
Các tấm chắn có đục lỗ và đệm chắn thường dùng để tách khí không hòa tan, nếu kết hợp với rung động nhẹ sẽ tăng thêm hiệu quả tách bọt
Nếu để lắng một thời gian đủ lớn, khí tự do sẽ được tách ra khỏi dầu, việc kéo dài thời gian lưu trữ sẽ kéo theo sự gia tăng đường kính hoặc chiều sâu lớp chất lỏng trong thiết bị tách Tuy nhiên việc tăng chiều sâu lớp chất lỏng sẽ ít đem lại hiệu quả,
vì dầu sẽ ngăn cản sự thoát của khí tự do Kết quả tối ưu chỉ thu được khi lớp dầu lắng
là mỏng, tức là cần có tỷ lệ bề mặt tiếp xúc và thể tích dầu cao
Dưới tác dụng của lực ly tâm, dầu nặng hơn nên được giữ lại ở thành thiết bị còn khí chiếm vị trí phía trong của dòng xoáy lốc
b Giải pháp nhiệt
Nhiệt đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt trên các bọt khí và giảm độ nhớt của dầu, giảm khả năng lưu trữ khí bằng thủy lực Phương pháp thường dùng trong công nghiệp để làm nóng dầu thô là cho chúng đi qua nước nóng Trước hết dầu được phân tán thành các tia hoặc các mạch nhỏ để tăng khả năng tiếp xúc dầu với nước nóng, chảy qua nước nóng đi lên, kết hợp với các rung động các bọt khí sẽ keo tụ và tách ra khỏi dầu Đây là phương pháp hiệu quả nhất với các loại dầu bọt, tuy vậy không dùng cho các thiết bị tách mà chỉ áp dụng cho các bể chứa công nghệ Nhiệt được cung cấp trực tiếp bởi nồi hơi và qua các bộ phận trao đổi nhiệt
c Giải pháp hóa học
Tác dụng chính của hóa chất là giảm sức căng bề mặt, làm giảm xu hướng tạo bọt của dầu và do đó tăng khả năng tách khí
1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH DẦU KHÍ
Ba yếu tố quan trọng của sự tách đó là nhiệt độ, áp suất và tỷ trọng của các thành phần cần tách Ngoài ra, còn một số yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình tách dầu khí như:
Trang 20Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 19
- Số bậc tách (number of stages): nói chung khi tăng số bậc tách thì sẽ tăng hiệu quả tách, kết quả tăng lượng dầu ổn định (2-3 bậc)
- Kích thước, hình dáng và cấu trúc bên trong của bình tách
- Tính chất vật lý, hóa học của chất lưu đi vào bình tách
Vì vậy trong công nghiệp dầu khí, dựa trên thành phần lưu chất đi vào thiết bị tách thì áp suất làm việc của thiết bị tách cũng khác nhau Được chia thành các dạng:
Nhiệt độ tác động tới sự linh động của các cấu tử đi vào thiết bị tách Để quá trình tách diễn ra thuận lợi, tức các cấu tử trong hổn hợp phải linh động, và tự kết hợp với nhau ở cùng cấu tử, từ đó quá trình tách pha diễn ra
Đối với quá trình tách pha của hai pha lỏng - khí, thì nhiệt độ ảnh hưởng tới độ bay hơi của cấu tử bay hơi, cũng như ảnh hưởng trực tiếp tới nồng độ của cấu tử không bay hơi (pha lỏng), nhiễm trong pha hơi (khí) Điều này đánh giá tới hiệu quả của quá trình tách pha của hai pha này
Tỷ trọng của dầu: trong lượng riêng của dầu ở điều kiện tiêu chuẩn so với trọng
Trang 21Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 20
Để xác định tỷ trọng của dầu, người ta tiến hành đo ở những nhiệt độ nhất
Tỷ trọng của dầu thường thay đổi từ 0,83÷0,96 Cũng có loại dầu nặng hơn và nhẹ hơn Hiện nay, giới hạn dưới của tỷ trọng được coi là tỷ trọng 0,650 và giới hạn trên là 1 Theo tỷ trọng dầu được chia ra ba loại:
Hai pha lỏng không trộn lẫn vào nhau có thể tách ra dựa vào sự khác nhau về tỷ trọng Chất càng nặng thì càng có xu hướng chìm xuống phía dưới Ngoài ra khi hạt càng nặng thì lực ly tâm tác dụng vào hạt càng lớn, dựa vào nguyên tắc này người ta
có thể thực hiện sự tách theo phương pháp dùng lực ly tâm
❖ TÓM TẮT BÀI 1
Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Nguyên lý tách pha
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách dầu khí
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 1
1 Có mấy loại thiết bị tách? Chức năng của từng loại?
2 Nêu nguyên lý tách pha?
3 Hiệu suất tách bị ảnh hưởng bởi yếu tố nào?
Trang 22Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí Trang 21
BÀI 2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI
THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
MỤC TIÊU CỦA BÀI NÀY LÀ:
▪ Trình bày và giải thích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung
▪ Trình bày và giải thích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí
▪ Học sinh có tính nghiêm túc, cẩn thận, kỷ luật cao trong học tập
❖ GIỚI THIỆU BÀI 2
Bài 1 giới thiệu các kiến thức cơ bản liên quan đến Thiết bị tách để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận công việc sau này
❖ MỤC TIÊU BÀI 2
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
quá trình tách dầu khí
➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Học sinh có tính nghiêm túc, cẩn thận, kỷ luật cao trong học tập
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2
- Đối với người dạy:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy
+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)
- Đối với người học:
+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;
+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;
+ Tuần thủ quy định an toàn, giờ giấc
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 2
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình
- Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, mô hình mô phỏng thiết bị tách
Trang 23Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí Trang 22
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình, quy trình thực hành
- Các điều kiện khác: Không có
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 2
- Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến
thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
- Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: Trắc nghiệm)
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: không
NỘI DUNG BÀI 2
2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA THIẾT BỊ TÁCH
2.1.1 Cấu tạo chung của thiết bị tách
Các thiết bị tách truyền thống, thông dụng có sơ đồ nguyên lý như hình 2.1
Trang 24Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí Trang 23
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị tách
đứng
Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị tách 2 pha trụ đứng
1- Đường vào của hỗn hợp
▪ Bộ phận tách cơ bản A: được lắp đặt trực tiếp ở cửa vào đảm bảo nhiệm vụ tách
dầu ra khỏi khí, tức là giải phóng được các bọt khí tự do Hiệu quả làm việc phụ thuộc vào cấu trúc đường vào: hướng tâm, tiếp tuyến của vòi phun tức bộ phận phân tán để tạo dòng rối cho hỗn hợp dầu khí
Có 2 cách bố trí bộ phận tách cơ bản: hướng tâm và ly tâm
- Theo nguyên tắc hướng tâm:
Trang 25Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí Trang 24
và đập vào các tấm chặn để thực hiện quá trình tách cơ bản
Hỗn hợp sản phẩm khai thác theo đường số 5 vào ống phân tán, qua các vòi phun số 4 được tăng tốc và đập vào các tấm chặn số 3 làm đổi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát qua khe hở giữa các tấm chặn Khí bay lên phần cao Còn chất lỏng phần lớn bám vào các tấm chặn, kết dính và đi xuống bộ phận tách thứ cấp theo các lỗ thoát số 6
- Theo nguyên tắc ly tâm:
Trang 26Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí Trang 25
Hình 2.4 Thiết bị tách 2 pha sử dụng bộ phận tách cơ bản kiểu ly tâm
Phương án phổ biến là bố trí cửa vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình Thường được thiết kế bởi 2 bình hình trụ đồng tâm Dòng sản phẩm hỗn hợp sẽ đi vào khoảng không gian giữa 2 bình theo hướng tiếp tuyến với thành bình Dầu có xu hướng bám dính vào thành bình
Đối với bình trụ đứng: bộ phận tách cơ bản là 2 bình hình trụ đồng tâm có
đường kính không thay đổi Bình trong có rãnh kiểu nan chớp Khi dòng hỗn hợp sản phẩm khai thác đi vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình và chuyển động theo quỹ đạo xoáy, do khí có lực ly tâm nhỏ hơn sẽ đi vào bình hình trụ bên trong qua các màng chớp và thoát lên trên Còn dầu có lực ly tâm lớn hơn
sẽ văng ra và bám vào thành trong của bình hình trụ bên ngoài, kết dính lại và lắng xuống dưới đến bộ phận tách thứ cấp
Đối với bình trụ ngang: sử dụng 2 bình hình trụ đồng tâm, bình hình trụ bên trong có đường kính thay đổi Dòng hỗn hợp sẽ đi vào theo hướng rãnh xoắn ốc
để tạo lực ly tâm để dễ dàng phân ly dầu – khí
▪ Bộ phận tách thứ cấp B: là phần lắng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt
khí còn sót lại ở phần A Để tăng hiệu quả tách các bọt khí ra khỏi dầu, cần hướng các lớp mỏng chất lưu theo các mặt phẳng nghiêng (tấm lệch dòng), phía trên có bố trí cácngưỡng chặn nhỏ, đồng thời phải kéo dài đường chuyển động bằng cách tăng số lượng các tấm lệch dòng
Trang 27Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí Trang 26
xả dầu ra khỏi thiết bị tách Dầu ở đây có thể là một pha hoặc hỗn hợp dầu – khí tuỳ thuộc vào hiệu quả làm việc của phần A và phần B, vào độ nhớt và thời gian lưu giữ Trường hợp hỗn hợp thì phần này có nhiệm vụ lắng để tách khí, hơi ra khỏi dầu Ở thiết bị 3 pha, nó còn có chức năng tách nước
▪ Bộ phận chiết sương D: là bộ phận được lắp ráp ở phần cao nhất của thiết bị
nhằm giữ lại các giọt dầu nhỏ bị cuốn theo dòng khí Dầu thu giữ ở đây thì theo đường tháo khô chảy trực tiếp xuống phần lưu giữ chất lỏng
Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm:
Gồm 3 hình trụ đồng tâm, có lỗ thoát khí ở phía trên cao nhất và thấp nhất của trụ để hướng dòng khí đi lên xuống với trị số tốc độ khác nhau ở mỗi hình trụ trước khi ra đầu xả Các giọt dầu bám vào thành ống sẽ chảy xuống phần lắng
Bộ phận chiết sương kiểu nan chớp:
Hình 2.5 Bộ chiết sương kiểu nan chớp
Bao gồm các tấm uốn lượn sóng và các tấm đục lỗ sau khi qua bộ phận tách cơ bản
ở đầu vào, khí bay lên đi vào chi tiết gồm các tấm lượn sóng song song không đục lỗ, khí
sẽ bám dính vào các tấm này, sau đó va đập vào các tấm chắn thẳng đứng có đục lỗ, hướng các giọt dầu chảy xuống phần thu và theo đường ống chảy xuống phần thấp nhất