KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
1.1.1 Giới thiệu chung về quá trình xử lý sản phẩm khai thác
Sản phẩm khai thác từ giếng dầu khí là hỗn hợp phức tạp bao gồm dầu, khí, nước và tạp chất Do đó, việc xử lý sản phẩm ngay tại giàn khai thác hoặc tàu FPSO là cần thiết để đáp ứng yêu cầu thương mại cho từng loại sản phẩm Quá trình xử lý thực chất là quá trình tách pha.
Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 15 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 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 xử lý để loại bỏ tạp chất Đối với pha dầu tiếp tục được xử lý để tách nước, tách muối và các tạp chất cơ học cho đến khi đạt được tiêu chuẩn dầu thương phẩm
Quá trình xử lý sản phẩm khai thác bắt đầu khi hỗn hợp dầu khí từ giếng được đưa lên bề mặt qua hệ thống cây thông khai thác Sau đó, hỗn hợp này đi qua cụm manifold và được chuyển đến các thiết bị tách sơ bộ, nơi sản phẩm được tách thành các pha theo yêu cầu Cuối cùng, các pha này được vận chuyển đến nơi tiêu thụ thông qua hệ thống máy bơm và máy nén khí.
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo cây thông khai thác
Hình 1.3 Cây thông khai thác
Hình 1.4.Sơ đồ hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình
Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 17
Hình 1.6.Hệ thống bơm dầu thương phẩm
Nguyên liệu dầu cho các bình tách dầu khí là hỗn hợp phức tạp với nhiều cấu tử có tính chất vật lý khác nhau Khi dầu được khai thác từ giếng khoan, nó trải qua quá trình giảm áp suất và nhiệt độ, dẫn đến sự tách biệt của khí khỏi dầu, làm thay đổi thành phần của dầu Quá trình tách vật lý các pha này rất phổ biến trên các giàn khai thác.
Hình 1.7.Giàn khai thác dầu khí
Hình 1.8 Tàu FPSO Sông Đốc
Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 19
Thiết bị tách là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất sử dụng để tách chất lưu thành các pha riêng biệt (khí và lỏng)
Hình 1.10.Bình tách dầu khí
Các thiết bị truyền thống, thường được gọi là thiết bị tách, được lắp đặt tại vị trí sản xuất hoặc gần miệng giếng, cụm phân dòng và trạm chứa Chúng có chức năng tách chất lỏng trong giếng thành khí và lỏng, với thiết kế phù hợp để chịu được tốc độ dòng tức thời cao nhất do vị trí gần đầu giếng.
Các thiết bị tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) khỏi khí thường được gọi là bình knockout hoặc slugcatcher Khi lắp đặt thiết bị tách nước gần miệng giếng, khí và dầu lỏng sẽ thoát ra đồng thời, trong khi nước tự do sẽ thoát ra ở đáy bình Đối với các thiết bị tách lỏng, dầu và nước sẽ được tách ra ở đáy bình, trong khi khí thoát ra ở phần đỉnh bình.
Các thiết bị tách bậc một, thường được gọi là bình giãn nở, hoạt động tại các trạm tách nhiệt độ thấp hoặc tách lạnh Để ngăn chặn sự hình thành hydrat, những thiết bị này được trang bị nguồn nhiệt bổ sung Ngoài ra, có thể bơm chất ức chế hydrat vào chất lỏng trước khi thực hiện quá trình giãn nở.
Hình 1.11.Sơ đồ bình tách đứng ly tâm trong tách lần 1 và lần 2
1.1.3 Công dụng của bình tách
Bình tách là thiết bị quan trọng trong hệ thống thu gom, vận chuyển và xử lý dầu thô, thường được sử dụng trong các mỏ dầu để tách biệt các pha khí, dầu và nước.
Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 21
Để ngăn chặn sự tích tụ chất lỏng trong đường ống dẫn khí, cần phải loại bỏ chúng khỏi khí, vì điều này có thể hạn chế tốc độ dòng chảy Trong quá trình xử lý tại nhà máy, việc lựa chọn phương pháp loại bỏ nước và dầu mỏ là rất quan trọng, nhằm thu hồi chất lỏng và tránh gây hư hỏng cho thiết bị trong nhà máy.
Dầu thô cần được tách khí hoàn toàn để đảm bảo an toàn trong quá trình lưu trữ Khí thu được từ quá trình này có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp năng lượng, hóa học, hoặc để bơm ép thông qua phương pháp gaslift.
Bình tách giúp giảm sức cản thủy lực và ngăn chặn sự hình thành nhũ tương trong đường ống, đồng thời phá hủy các bọt khí trong dầu Thiết bị này cũng ngăn chặn hiện tượng xâm thực trong máy bơm và tách nước khỏi dầu khi khai thác các nhũ tương kém bền, từ đó giảm áp suất trong quá trình vận chuyển dầu và khí trước trạm bơm và xử lý dầu.
Việc loại bỏ các tạp chất gây hại từ vỉa sản phẩm giúp ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn đường ống và hư hỏng máy bơm.
Hình 1.12 Sự hình thành Hydrat trên đường ống vận chuyển dầu
Hình 1.13.Sự hình thành hydrat trên đường ống vận chuyển dầu
Hình 1.14.Tắc đường ống dẫn dầu do hydrat
Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí Trang 23
1.1.4 Yêu cầu của bình tách
Một bình tách lý tưởng đạt hiệu suất thu hồi chất lỏng tối đa, với khí và hơi được tách ra liên tục ngay sau khi rời khỏi chất lỏng Đối với sản phẩm khai thác từ giếng có áp suất cao, việc giảm áp suất được thực hiện thông qua quá trình tách giai đoạn, trong đó hệ thống bao gồm nhiều bình tách hoạt động ở áp suất giảm dần theo tỷ lệ nhất định Chất lỏng từ bình tách có áp suất cao sẽ được chuyển sang bình tách tiếp theo có áp suất thấp hơn.
Để ổn định thành phần khí và lỏng tách ra từ bình tách cao áp và thấp áp của một vỉa dầu có thành phần xác định, chúng ta có thể điều chỉnh nhiệt độ và áp suất Áp suất tách được điều chỉnh thông qua các van điều áp tại bình tách, trong khi nhiệt độ được thay đổi dựa trên hệ thống đường ống vận chuyển dầu, cho phép dầu đi qua đường ống ngầm dưới đáy biển hoặc trộn lẫn với dầu từ các giếng khác.
Do đặc điểm của dầu mỏ Bạch Hổ, việc thay đổi chế độ làm việc của bình tách yêu cầu thiết lập nhiệt độ cao hơn mức tạo ra tinh thể paraffin và hydrat Nếu không, công suất tách của bình sẽ giảm và có nguy cơ làm kẹt các van, dẫn đến sự cố.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
NGUYÊN LÝ TÁCH
2.1.1 Cấu tạo 2.1.1.1 Cấu tạo chung
Tất cả các bình tách, dù có hình dáng, chức năng và điều kiện làm việc khác nhau, đều có nguyên lý cấu tạo tương tự Một thiết bị tách thông thường bao gồm 5 phần chính.
1 Ngăn tách chính: dùng để tách một khối lượng dầu khỏi khí
2 Ngăn làm sạch khí: tách tiếp các phần còn lại như bọt khí bằng thiết bị khử mù
5 Một số bộ phận điều khiển áp suất thích hợp trong bình tách và thiết bị điều khiển mực chất lỏng trong bình tách
2.1.1.2 Các chi tiết bên trong bình tách
Lựa chọn hợp lý các yếu tố bên trong bình tách không chỉ tăng cường năng suất mà còn nâng cao hiệu quả hoạt động Hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp giảm thiểu lượng chất lỏng bị cuốn theo trong quá trình thiết kế bình tách.
Sau đây là một số chi tiết cơ bản bên trong bình tách đang được sử dụng phổ biến
- Tấm đổi hướng và thiết bị tạo ly tâm cửa vào
Các thiết bị này thường được lắp đặt tại lối vào của bình tách, có nhiệm vụ tách sơ bộ một lượng lớn chất lỏng khỏi khí, giúp hỗn hợp bắt đầu phân lớp Khi đó, khí sẽ di chuyển lên trên, trong khi pha lỏng sẽ chảy xuống khoang thoát bên dưới Hình 2.1 minh họa đơn giản về thiết bị này.
Hình 2.1.Bình tách hình trụ nằm ngang
Có 2 loại khử mù chính: loại dùng va đập và loại dùng lực ly tâm
Thiết bị va đập: Được ứng dụng phổ biến là 2 kiểu: kiểu tấm cánh và kiểu lưới dầy
Kiểu tấm cánh là một mạng lưới phức tạp gồm các thanh kim loại song song với khoang thu chất lỏng và khí, giúp tách các hạt sương lỏng khỏi khí thông qua quá trình khuấy trộn và đổi hướng liên tục Hình III.10 minh họa dòng chảy và sự thay đổi vận tốc, cho thấy hiệu quả tách cao của hệ thống này Tấm cánh được ứng dụng rộng rãi nhờ vào khả năng không bị kẹt hay cáu bẩn bởi các vật lạ và paraffin, cùng với chi phí thấp.
Hình 2.2.Thiết bị khử mù dạng tấm cánh
Hình 2.3.Thiết bị khử mù dạng lưới dầy
2.1.2.1 Nguyên lý tách dầu ra khỏi khí
Trong quá trình tách chất lỏng và khí, những hạt chất lỏng nhỏ còn sót lại được xử lý bằng bộ phận chiết sương hoặc màng ngăn Hơi ngưng tụ trong khí không thể thu hồi qua bộ chiết này, đặc biệt là khi nó hình thành do sự giảm nhiệt độ hoặc sau khi khí được thu hồi từ bình tách Điều này là do khí ngưng tụ có thể mang những đặc tính tự nhiên ở nhiệt độ và áp suất của bình tách.
Sự khác biệt về tỷ trọng giữa chất lỏng và khí cho phép tách các hạt chất lỏng còn lại trong khí khi tốc độ dòng khí đạt mức chậm vừa phải Để tối ưu hóa hiệu quả tách, có thể tính toán và giới hạn vận tốc của khí trong bình tách, nhằm đạt được sự tách hoàn toàn mà không cần bộ chiết sương Tuy nhiên, các bộ chiết sương được lắp đặt trong bình tách vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình tách và giảm thiểu lượng chất lỏng bị mang theo bởi khí.
Các phương pháp tách dầu khỏi khí bao gồm: sự khác nhau về tỷ trọng, sự va đập, thay đổi hướng dòng chảy, thay đổi tốc độ dòng chảy và sử dụng lực ly tâm.
Sự đông kết và lọc
Bộ chiết sương trong bình tách có nhiều loại khác nhau, bao gồm sơ đồ cấu tạo bình tách đứng (Hình II.4(b)), thiết bị chiết sương (Hình II.4(a)), màng ngăn kiểu ly tâm (Hình II.5) và màng ngăn dạng lưới (Hình II.6).
Hình 2.4.Bình tách hai pha sử dụng phương pháp lực ly tâm
Hình 2.5.Sơ đồ cấu tạo bình tách đứng
Hình 2.6 Bộ phận chiết sương dạng cánh
Hình 2.7 Bộ phận chiết sương a Tách trọng lực
Nguyên lý tách dựa vào sự chênh lệch về tỷ trọng giữa khí tự nhiên và hydrocacbon lỏng Khí tự nhiên nhẹ hơn hydrocacbon lỏng, dẫn đến việc các phần tử hydrocacbon lỏng lơ lửng trong dòng khí sẽ thoát ra khi vận tốc dòng khí ở mức vừa phải Các hạt lớn lắng xuống nhanh hơn, trong khi các hạt nhỏ lắng xuống chậm hơn Ở điều kiện áp suất và nhiệt độ chuẩn, tỷ trọng của các hạt hydrocacbon lỏng sẽ giảm, và ở áp suất làm việc 53 at, tỷ trọng của hydrocacbon lỏng chỉ nặng gấp 6-10 lần so với khí.
Các hạt chất lỏng có tỷ trọng từ 6 – 10 lần tỷ trọng khí có khả năng lắng xuống và tách khỏi khí, nhưng do kích thước quá nhỏ, chúng thường trôi nổi trong khí và không thoát ra khi ở trong bình tách Trong các bình tách có kích thước trung bình, các phần tử hydrocacbon có đường kính từ 100μm trở lên sẽ hoàn toàn lắng xuống Để lọc các phần tử chất lỏng nhỏ hơn còn lại trong không khí, việc sử dụng màng ngăn là cần thiết Khi áp suất làm việc của bình tăng, sự khác biệt về tỷ trọng giữa khí và chất lỏng giảm, do đó, cần vận hành bình tách ở áp suất thấp phù hợp và kết hợp với các phương pháp xử lý thích hợp.
Hình 2.8 Màng ngăn kiểu sợi
2 Tấm khử sương dạng lưới, dầy 3’’
3 Tấm khử sương dạng lưới, dầy 5’’
4 Hình cầu lắng chất lỏng
6 Chất lỏng đi xuống b Tách va đập
Khi dòng khí mang theo hỗn hợp lỏng va chạm với tấm chắn, chất lỏng sẽ bám vào bề mặt tấm chắn, kết hợp thành các giọt lớn và lắng xuống dưới tác động của trọng lực.
Để nâng cao hiệu quả tách trong trường hợp hàm lượng chất lỏng cao hoặc kích thước hạt nhỏ, cần thiết phải tạo ra nhiều va đập thông qua việc sắp xếp các mặt chặn liên tiếp.
Khi dòng khí chứa các phần tử chất lỏng va chạm vào bề mặt, chúng có thể bám vào và ngưng tụ Khi chất lỏng ngưng tụ thành các hạt lớn, chúng sẽ rơi vào khoang chứa chất lỏng Nếu hàm lượng chất lỏng trong khoang khí cao hoặc các phần tử lỏng là nguyên chất, các mặt va đập được lắp đặt để thu hồi dầu dạng sương Hình II.4a minh họa một bộ màng ngăn sử dụng để lặp lại sự va chạm nhằm thu hồi chất lỏng trong khí.
Khi hướng chảy của dòng khí chứa chất lỏng thay đổi đột ngột, quán tính khiến chất lỏng di chuyển theo hướng dòng chảy Sự tách sương chất lỏng khỏi khí bị ảnh hưởng, vì khí nhẹ hơn dễ dàng thay đổi hướng và tách khỏi phần sương chất lỏng Do đó, chất lỏng có thể ngưng tụ trên bề mặt hoặc rơi xuống buồng chứa phía dưới Hình II.4a minh họa màng ngăn sử dụng phương pháp này.
Việc tách chất lỏng hoặc khí diễn ra khi tốc độ của khí thay đổi đột ngột, dựa vào sự khác biệt về quán tính giữa khí và lỏng Khi tốc độ giảm, quán tính lớn hơn của chất lỏng sẽ kéo nó tách ra khỏi khí, dẫn đến việc chất lỏng ngưng tụ trên bề mặt và chảy vào khoang chất lỏng của bình tách Ngược lại, khi tốc độ dòng khí tăng, do lực quán tính nhỏ, pha khí sẽ vượt lên và tách khỏi pha dầu Hình II.4a minh họa một màng ngăn kiểu cánh quạt, được sử dụng để điều chỉnh tốc độ dòng chảy trong bình tách đứng.
THIẾT BỊ TÁCH HAI PHA
Hình 2.12.Cấu tạo thiết bị tách hai pha thẳng đứng
Khi dòng vật chất vào thiết bị tách, nó va đập vào tấm chắn, làm giảm sức căng bề mặt của dầu Khí nhẹ hơn dầu sẽ tách ra và di chuyển lên trên, trong khi dầu nặng hơn chảy xuống dưới Sự va đập này cũng làm thay đổi hướng chuyển động của dòng vật chất, với lực quán tính ngăn cản sự thay đổi hướng Chất nặng hơn sẽ có lực quán tính lớn hơn, khiến cho đường đi của chất lỏng và khí không còn như ban đầu Khí đi lên được dẫn vào bộ phận chiết sương lần thứ nhất, nơi tiếp tục xảy ra sự tách nước và các chất lỏng nhẹ ở dạng sương bị cuốn theo.
Hình 2.13.Cấu tạo của Mist extractor
Khi dòng khí di chuyển lên tấm chắn hình nón, tốc độ của chúng tăng lên và được hướng theo dạng xoáy quanh các cánh cong dẫn hướng Các phần lỏng sẽ dần tích tụ trên các cánh dẫn hướng và tấm chắn phía trên cho đến khi hình thành các giọt chất lỏng đủ lớn, sau đó chúng sẽ chảy xuống phía dưới theo thành thiết bị.
Phần khí đi lên sẽ tiếp tục qua bộ phận chiết sương lần hai, được cấu tạo từ lưới nhiều lớp nhằm tách dầu và hơi ẩm còn lại Khi khí gặp lưới, nó sẽ đi vòng qua, trong khi các giọt dầu va chạm và bị giữ lại cho đến khi đủ lớn để rơi xuống Cuối cùng, khí sạch sẽ được dẫn ra ngoài qua đường thoát khí ở đỉnh thiết bị tách.
Thiết bị tách hai pha thẳng đứng được mô tả trong hình vẽ dưới đây có cửa vào dạng tiếp tuyến, tạo ra lực ly tâm để phân tách dòng dầu khí Thiết kế này giúp lượng lỏng kéo theo khí lên đỉnh thiết bị lớn, dẫn đến bộ phân chiết sương tương đối đặc biệt, có thể có dạng hình chữ V hoặc dạng các viên đệm.
Hình 2.14 Cấu tạo thiết bị tách hai pha thẳng đứng có cửa vào dạng tiếp tuyến
• Thiết bị tách hai pha thẳng đứng có các tấm chắn nằm nghiêng
Hình 2.15.Thiết bị tách hai pha thẳng đứng có các tấm chắn nằm nghiêng
Vỏ thiết bị có dạng hình trụ, bên trong vỏ có các chi tiết:
+ Mist extractor (lưới lọc sương)
+ Phao điều khiển mức chất lỏng (nổi trên mặt thoáng chất lỏng)
+ Van đóng mở do tác động của phao
Hình 2.16 Vị trí van an toàn, đầu an toàn, van điều áp trên thiết bị tách thẳng đứng
Trên đỉnh thiết bị, có van an toàn và đầu an toàn được lắp đặt để đảm bảo ổn định áp suất làm việc cho thiết bị tách, với van điều áp gắn tại đầu ra của pha khí.
Dòng lưu chất vào thiết bị tách dưới dạng hỗn hợp hai pha (lỏng và khí) tại nhiệt độ và áp suất nhất định Khi va chạm với các thanh chặn bên trong, dòng lưu chất bị tán thành các hạt nhỏ, giúp pha khí tách ra dễ dàng khỏi pha lỏng và bay lên đỉnh thiết bị Trong quá trình này, pha khí kéo theo các hạt lỏng, những hạt này sẽ ngưng tụ tại lưới chiết sương (mist extractor), trong khi pha khí tiếp tục di chuyển qua lưới và thoát ra ngoài qua van điều áp Cuối cùng, pha lỏng nặng rơi xuống đáy thiết bị và được đưa ra ngoài bởi phao và van điều khiển mức.
2.2.2 Thiết bị tách hai pha nằm ngang
Hình 2.17.Cấu tạo thiết bị tách hai pha nằm ngang
Vỏ có dạng hình trụ được đặt nằm ngang bên trong có chứa:
- Tấm chắn dạng góc (Angle Baffle)
- Tách bọt, hay chiết sương cấp 1 (Defoaming element)
- Chiết sương cấp 2 (Secondary Mist extractor)
- Đường ống dẫn pha khí ra sau khi tách
- Đường ống dẫn pha lỏng ra sau khi tách
Ngoài ra trên vỏ có gắn van an toàn và đầu an toàn
Dòng lưu chất va chạm với thanh chặn góc và di chuyển theo chiều dòng chảy Khi dòng chảy bị dừng lại, chất lỏng nặng rơi xuống đáy thiết bị tách, trong khi dòng khí tiếp tục di chuyển qua lưới lọc sương mù Lưới lọc có các thanh chặn giúp đổi chiều dòng lưu chất, cho phép khí di chuyển dễ dàng trong khi giữ lại các hạt chất lỏng Dầu và nước được tách ra qua đường dẫn chất lỏng, trong khi các chất rắn rơi xuống đáy và được làm sạch định kỳ.
2.2.3 Đường ống tách hai pha nằm ngang
Đường ống tách hai pha nằm ngang bao gồm hai ống đặt song song và liên kết với nhau, như mô tả trong hình 2.18 Cấu tạo của hệ thống này cho phép tách biệt hai pha hiệu quả.
- Lower tube (đường ống dưới) dùng để chứa và thoát pha lỏng
- Upper tube (đường ống trên) dùng để tách bên trong có chứa các chi tiết
- Fluid inlet (dòng lưu chất cần tách đi vào)
- Defoaming Element: tạo cho dòng lưu chất đi vào bị bắn tung tóe cho pha lỏng dễ dàng tách khỏi pha khí
Lưới chiết sương thứ hai (Secondary Mist Extractor) chiếm toàn bộ thể tích của ống tách, có nhiệm vụ cho pha khí đi qua trong khi pha lỏng va chạm và ngưng tụ, sau đó rơi xuống đáy ống.
- Gas outlet (đường thoát khí)
Dòng lưu chất được đưa vào đường ống trên và va chạm với Defoaming element, giúp phân nhỏ dòng lưu chất thành các hạt, từ đó dễ dàng tách pha khí trong pha lỏng Sau khi đi qua defoaming element, pha khí tiếp tục di chuyển, trong khi pha lỏng do trọng lượng nặng hơn sẽ rơi xuống đáy ống Pha khí sau đó đi qua lưới chiết sương thứ hai, mang theo các hạt lỏng, và các hạt này sẽ bị giữ lại (ngưng tụ) tại lưới chiết sương thứ hai, tạo thành hạt lớn đủ nặng để rơi xuống đáy ống tách (đường ống dưới) và được đưa ra ngoài.
Nhược điểm của đường ống tách hai pha là rất khó làm sạch, nước ngưng tụ ở đáy của đường ống dưới dễ dàng đóng băng
2.2.4 Thiết bị tách hai pha dạng cầu
Hình 2.19 Thiết bị tách hai pha dạng cầu
- Back – pressure valve (van điều áp)
- Gas outlet (khí (gas) thoát ra)
- Mist extractor (lưới chiết sương)
- Inlet deflector (đường ống phân chia dòng lưu chất bên trong thiết bị tách)
- Oil outlet (dầu thoát ra)
- Lever dump valve (van điều khiển mức)
- Fluid inlet (lưu chất vào)
Hình 2.20.Cấu tạo bình tách 2 pha: dầu – khí dạng cầu
Dòng vào được chia thành hai dòng, giúp khí dễ dàng thoát ra khỏi chất lỏng Thiết bị này gồm hai phần, trong đó chất lỏng chảy từ tầng trên xuống qua các lỗ trên sàn, phân tán thành các lớp nhỏ hơn Sự phân tán này tạo điều kiện thuận lợi cho khí tách ra Khí được thu hồi ở đỉnh sau khi qua bộ phận tách sương, trong khi chất lỏng được tháo ra ở đáy.
Thiết bị tách hình cầu thường được sử dụng trong những trường hợp sau:
Các chất lỏng giếng có lưu lượng dầu - khí cao và ổn định, không xảy ra hiện tượng trào dầu hay va đập dòng dầu, thường được lắp đặt ở những vị trí có giới hạn về chiều cao.
Hạ nguồn của thiết bị xử lý nước bằng Glycol và thiết bị làm ngọt khí (quá trình khử lưu huỳnh) giúp làm sạch và nâng cao hiệu quả xử lý với các chất lỏng như Amin và glycol Những thiết bị này được lắp đặt tại các địa điểm yêu cầu tính di động cao và kích thước nhỏ gọn.
Lắp đặt thiết bị tách hình cầu tại những vị trí có hiệu quả cao là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo yêu cầu làm sạch nhiên liệu và xử lý khí cho mỏ hoặc nhà máy được thực hiện một cách hiệu quả.
THIẾT BỊ TÁCH BA PHA
Hình 2.21.Cấu tạo thiết bị tách 3 pha thẳng đứng
- Gas outlet (khí thoát ra)
- Mist extractor (lưới chiết sương)
- Non – weighted float (phao không trọng lượng)
- Oil dump valve (van điều khiển mức dầu)
- Water dump valve (van điều khiển mức nước)
- Water out (nước thoát ra)
- Water (mức nước trong thiết bị tách)
- Oil (mức dầu trong thiết bị tách)
- Weighted float (phao có trọng lượng nặng hơn dầu và nhẹ hơn nước)
Trong thiết bị tách ba pha thẳng đứng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị tách là khí (gas), dầu (oil) và nước (water)
Dòng lưu chất vào thiết bị tách bao gồm hai pha lỏng và một pha khí Pha khí nhẹ được tách ra và bay lên đỉnh thiết bị, đi qua lưới chiết sương và thoát ra ngoài qua van điều áp Trong khi đó, pha lỏng nặng gồm dầu và nước, với dầu nổi lên trên mặt nước do nhẹ hơn, còn nước rơi xuống đáy thiết bị Lượng dầu và nước sau đó được đưa ra ngoài thông qua cơ cấu điều khiển của phao và van.
Trong công nghiệp dầu khí hiện nay, thiết bị tách hình trụ đứng thường được sử dụng trong các 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 bị 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
- 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
2.3.2 Thiết bị tách 3 pha nằm ngang
Hình 2.22 Thiết bị tách 3 pha nằm ngang
Hình 2.23.Cấu tạo thiết bị tách 3 pha nằm ngang
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
Dòng hỗn hợp vào thiết bị tách va đập vào bộ phận va đập, di chuyển theo chiều dòng lưu chất Khi dòng chảy bị dừng lại, chất lỏng nặng rơi xuống đáy thiết bị, trong khi dòng khí tiếp tục di chuyển qua bộ phận chiết sương hoặc lưới lọc sương mù Lưới lọc có các thanh chặn giúp đổi chiều dòng lưu chất, cho phép khí di chuyển dễ dàng, trong khi các hạt chất lỏng bị giữ lại và rơi xuống đáy Dầu nhẹ nằm trên cùng và khi đủ lượng sẽ tràn qua vách ngăn sang ngăn chứa dầu, được tháo ra qua đường xả dầu, trong khi nước nặng hơn rơi xuống dưới và được xả ra theo đường xả nước.
Thiết bị tách 3 pha nằm ngang thường được sử dụng trong các trường hợp sau:
- 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 diễn ra tại khu vực có diện tích tiếp xúc giữa pha lỏng và khí lớn, giúp tăng tốc độ vỡ bọt và nâng cao hiệu quả tách khí khỏi lỏng.
Thiết bị tách hình trụ nằm ngang được lắp đặt ở những vị trí có chiều cao hạn chế, do bóng của nó có khả năng che lấp khu vực xung quanh.
- Được lắp đặt tại những giếng khai thác ổn định lưu lượng
Việc lắp đặt thiết bị điều khiển trong các khu vực yêu cầu thiết kế đập ngăn nước và ngăn chứa dầu là cần thiết để loại bỏ sự phụ thuộc vào bộ điều khiển ranh giới chất lỏng dầu - nước.
- Dùng ở nơi có nhiều thiết bị cơ động, được yêu cầu cho việc kiểm tra hay sản xuất
- Thượng nguồn của những thiết bị sản xuất sẽ không hoạt động hài hòa 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 trường hợp mà giá trị kinh tế của thiết bị tách trụ đứng đem lại thấp hơn
2.3.3 Bình tách 3 pha hình cầu
Hình 2.24.Bình tách 3 pha: dầu – khí – nước, kiểu hình cầu
1 Cửa vào tách khí thành phần – kiểu ly tâm
2 Màng chiết, kiểu đệm ngưng tụ
3 Bộ phận dẫn điều khiển mực chất lưu trong dầu
4 Bộ phận dẫn điều khiển mực chất lưu trong bình
HỆ THỐNG THIẾT BỊ TÁCH TRÊN MÔ HÌNH KHAI THÁC DẦU KHÍ
2.4.1 Hệ thống thu gom dầu
Dầu được khai thác từ giếng và sau khi đi qua Cây thông khai thác, phần lớn sẽ được chuyển đến Bình tách cao áp (HP Separator), trong khi một phần chảy về Bình đo (Test Separator) Hầu hết dầu tiếp tục chảy về Bình tách trung áp (MP Separator) và được gia nhiệt qua Thiết bị gia nhiệt (Crude Oil Heater) trước khi đến Bình tách thấp áp (LP Separator), nơi còn một lượng nhỏ dầu được tách ra từ nước đồng hành Tất cả dầu sau đó được đưa qua Bình tách nước (Coalescer) và được Cụm bơm nâng áp hỗ trợ tới Cụm bơm cung cấp dầu, từ đó dầu được bơm tới Thiết bị lưu trữ dầu.
- HP là bình tách 3 pha (dầu – khí – nước)
- MP, LP là bình tách 2 pha (dầu – khí)
Hình 2.25: Tổng quan về hệ thống thu gom dầu
Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Thiết bị tách hai pha
- Thiết bị tách ba pha
- Hệ thống thiết bị tách trên mô hình khai thác dầu khí
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 2
1 Chức năng của lưới chiết sương trong thiết bị tách? Phân loại lưới chiết sương?
2 Nêu nguyên lý hoạt động của thiết bị tách?
3 Thông thường, dòng nguyên liệu đi vào thiết bị tách pha sẽ va đập vào bộ phận nào trong thiết bị tách?
4 Khi áp suất làm việc cao người ta lựa chọn loại thiết bị tách nào?
VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ
ĐIỀU CHỈNH MỨC CHẤT LỎNG
Để đảm bảo thiết bị tách hoạt động ổn định và hiệu quả, cần tháo chất lỏng tích tụ khi đạt đến mức nhất định Tuy nhiên, không được để mức chất lỏng quá thấp, vì có thể dẫn đến việc không khí thoát ra qua đường dẫn chất lỏng Do đó, cần có thiết bị để duy trì mức chất lỏng ở mức thích hợp, không quá cao cũng không quá thấp.
Bộ phận điều chỉnh mức chất lỏng trong thiết bị tách được mô tả qua hình vẽ dưới đây, bao gồm phao và các đầu nối truyền động gắn với van, được bố trí ở đầu xả chất lỏng.
Hình 3.1 Bộ phận điều chỉnh mức chất lỏng trong thiết bị tách
Khi mức chất lỏng tăng, phao sẽ dâng lên, kéo theo chuyển động của các thanh nối liên kết và mở van thông qua hệ thống đòn bẩy.
Hệ thống điều khiển chất lỏng được mô tả trong hình vẽ dưới đây hoạt động dựa trên sự chuyển động của các thanh cữ (Levers) khi mức chất lỏng giảm, dẫn đến việc van đóng lại Bằng cách điều chỉnh tăng đơ (Turnbuckle), khoảng cách giữa các thanh cữ có thể thay đổi; nếu khoảng cách này ngắn lại, van sẽ mở ở mức chất lỏng cao hơn so với khi chúng ở xa nhau.
Hình 3.2.Hệ thống điểu chỉnh mức chất lỏng khác
3.1.1 Điều chỉnh mức chất lỏng trong thiết bị tách hai pha
Mức chất lỏng trong thiết bị tách, đặc biệt là thiết bị tách nằm ngang, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động Để đảm bảo quá trình tách bọt khí hiệu quả, lượng chất lỏng cần đủ để tạo thời gian lưu tối ưu Nếu mức chất lỏng quá cao, thời gian lưu sẽ tăng, không làm giảm chất lượng sản phẩm lỏng nhưng có thể dẫn đến việc giảm thể tích hơi phân tách, gây ra hiện tượng lỏng bay theo hơi ra ngoài.
Mức chất lỏng trong thiết bị tách thẳng đứng không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng dòng khí tách ra do thể tích hơi lớn ở phía trên Ngược lại, trong thiết bị tách nằm ngang, sự thay đổi nhỏ về mức chất lỏng có thể ảnh hưởng đáng kể, đặc biệt với thiết bị có đường kính nhỏ Điểm đặt mức chất lỏng phù hợp phụ thuộc vào tỉ lệ dòng lỏng và dòng khí vào thiết bị Nếu lượng khí vào vượt quá thiết kế, cần vận hành thiết bị tách ở mức chất lỏng thấp hơn để tăng thể tích hơi phân tách Ngược lại, nếu lượng chất lỏng tăng, nên để mức chất lỏng cao hơn để kéo dài thời gian lưu của dòng lỏng, từ đó nâng cao hiệu quả phân tách.
Dòng khí sau khi rời khỏi thiết bị tách thường được dẫn qua một thiết bị chứa, nơi mà lượng lỏng cuốn theo sẽ được tách ra Khi phát hiện hiện tượng lỏng tách ra, cần hạ thấp mức chất lỏng trong thiết bị tách Thông thường, lượng lỏng cuốn theo dòng khí gây ra nhiều vấn đề vận hành hơn so với các bọt trong dòng lỏng Do đó, mức chất lỏng trong thiết bị tách thường được duy trì thấp hơn mức thiết kế.
Hình 3.3 Bình tách đứng hai pha dùng cho việc tách và đo – chất lỏng được đo ở khoang dưới bình
3.1.2 Điều chỉnh mức chất lỏng trong thiết bị tách ba pha
Thiết bị tách 3 pha là thiết bị có khả năng tách ra ba dòng, bao gồm một dòng khí và hai dòng lỏng Thông thường, một trong hai dòng lỏng này là nước, trong khi dòng còn lại có thể là amin, glycol hoặc bất kỳ chất lỏng nào không hòa tan trong dầu.
Khi lưu lượng nước trong dầu thay đổi, cần điều chỉnh mức nước trong thiết bị cho phù hợp Chẳng hạn, nếu sau một thời gian hoạt động, lượng nước trong dầu của nguyên liệu cần tách tăng lên so với ban đầu, thì điểm đặt mức nước cũng phải được nâng cao để đảm bảo đủ thời gian cho quá trình tách nước diễn ra hiệu quả.
3.1.3 Đo trong quá trình tách
Bình tách này bao gồm hai phần, buồng trên dùng để tách buồng dưới dùng để đo
Hình 3.4.Phân bố các bộ phận đo mức trong bình tách
Phao tự động di chuyển theo mức chất lỏng bên trong bình tách còn mức chất lỏng rời khỏi bình tách với một cái phao
Hình 3.5.Quá trình điều chỉnh mức lỏng trong thiết bị tách
Khi phao ở vị trí thấp, chất lỏng được dẫn qua van vào buồng đo, trong khi dòng ra bị van đóng lại Khi mức chất lỏng trong buồng đo cao, phao sẽ đóng van ở buồng tách và mở van ở buồng đo, cho phép chất lỏng được đẩy ra ngoài từ buồng đo.
Nước được tháo ra khỏi bình tách mà không cần dụng cụ đo, trong khi dòng dầu phải đi qua buồng đo.
Hình 3.6.Tháo nước khỏi thiết bị tách mà không đo mức nước
Hệ thống đo hoàn chỉnh có thể đo đuợc lượng nước và dầu sau khi tách
Hình 3.7.Cách đo lượng dầu và nước trong bình tách
Bình tách này có cấu trúc 3 buồng, với buồng trên chứa dầu và buồng dưới chứa nước Dòng dầu và nước sau khi tách sẽ được dẫn vào buồng đo ở đáy bình Tuy nhiên, việc đo lường trong bình tách không chính xác và chỉ phù hợp cho việc kiểm tra dòng sản phẩm sinh ra.
Tại đầu giếng khai thác, áp suất rất cao dẫn đến khả năng dòng lưu chất chứa khí cũng cao Do đó, cần giảm áp suất dần dần để tạo điều kiện cho khí thoát ra từ dòng lưu chất lỏng Quá trình này diễn ra ở bình tách nhiều cấp, mặc dù chưa hoàn chỉnh, nhưng mục đích chính là giảm áp suất ở mỗi cấp và thu hồi chất lỏng hiệu quả.
Hình 3.8.Quá trình tách nhiều cấp 3.2 ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT VẬN HÀNH
Áp suất trong thiết bị tách cần cao hơn so với áp suất trong các thiết bị chứa nhưng thấp hơn so với áp suất ở các giếng Khi áp suất giảm từ giếng đến thiết bị tách, khí hòa tan sẽ được giải phóng khỏi chất lỏng Để tách triệt để khí khỏi pha lỏng, thiết bị cần vận hành ở áp suất thấp, nhưng nếu áp suất quá thấp, một phần lỏng sẽ chuyển sang pha hơi, điều này không mong muốn nếu cần nhiều pha lỏng ở đầu ra Do đó, cần có bộ phận điều chỉnh áp suất để duy trì mức áp suất vận hành phù hợp, không quá thấp cũng không quá cao, thường sử dụng các van để điều chỉnh áp suất của dòng lỏng và khí trong quá trình vận hành.
Hình 3.9.Van 1 chiều mở và đóng
Hình 3.13.Đường đi của dòng dầu qua van trong quá trình tuần hoàn
Figure 1: No process flow full Recirculation Figure 2: Changing process flow controlled recirculation Figure 3: Increased process flow No recirculation
3.2.1 Điều chỉnh bằng van tác dụng trực tiếp
Hình 3.14.Điều chỉnh áp suất bằng van tác dụng trực tiếp
Khi áp suất tác động lên màng ngăn, màng sẽ căng lên và nếu lực này vượt qua lực đè của tải trọng, van sẽ mở để khí thoát ra, giảm áp suất trong thiết bị tách Nếu không có áp suất, tải trọng giữ van ở vị trí đóng Để điều chỉnh áp suất, ta thay đổi vị trí tải trọng so với chốt định vị: di chuyển xa sẽ tăng áp suất, trong khi di chuyển gần sẽ giảm áp suất Do các bộ phận hoạt động ngoài trời, việc kiểm tra và bảo dưỡng thường xuyên là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
3.2.2 Điều chỉnh bằng van lò xo
VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH
3.3.1 Yêu cầu khi vận hành
Trong quá trình vận hành bình chịu áp lực, cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn và được kiểm tra bởi cơ quan nhà nước có thẩm quyền trước khi sử dụng Các van an toàn phải được hiệu chỉnh đúng quy định và thực hiện hiệu chỉnh định kỳ mỗi quý Việc kiểm tra định kỳ các bình cũng phải tuân theo thời gian quy định để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.
- Kiểm tra bên ngoài và bên trong: 3 năm một lần
- Kiểm tra bên ngoài, bên trong và thử thuỷ lực: 6 năm một lần
- Kiểm tra vận hành bình: 1 năm một lần
Việc thử thủy lực chỉ được thực hiện sau khi đã kiểm tra bên ngoài và bên trong đạt yêu cầu Mục đích của thử thủy lực là để kiểm tra độ bền, độ kín của bình, cũng như sự hoàn hảo của các thiết bị kiểm tra, cơ cấu đo lường và các cơ cấu an toàn.
Trên bình sau khi đăng ký xong cần phải kẻ bằng sơn ở chỗ dễ thấy nhất một khung kích thước 150 x 200 mm, trong đó ghi các số hiệu:
- Áp suất làm việc cho phép
- Ngày kiểm tra và lần kiểm tra tiếp theo
- Lãnh đạo xí nghiệp ra quyết định bổ nhiệm những người có trách nhiệm:
Người chịu trách nhiệm thanh tra vận hành an toàn của bình là một chuyên viên phòng cơ điện
Người chịu trách nhiệm về tình trạng ổn định của bình là phó giàn cơ khí
Người chịu trách nhiệm về vận hành an toàn bình chịu áp lực là giàn phó công nghệ và các đốc công khai thác dầu khí
Người được phép vận hành bình là thợ khai thác
3.3.2 Quy trình vận hành thiết bị tách 3.3.2.1 Công tác chuẩn bị
Thông báo cho người trực ở phòng điều khiển và các bộ phận liên quan về việc thiết bị sắp hoạt động, bao gồm các chỉ số như áp suất, nhiệt độ và mức chất lỏng đang tăng.
Kiểm tra nguồn khí nuôi, nguồn điện đã sẵn sàng
Kiểm tra các hệ thống sau đang hoạt động:
• Hệ thống báo cháy và báo khí
• Các thiết bị báo và điều khiển tự động các thông số làm việc của bình, thiết bị chỉ báo nhiệt độ, đo lưu lượng
Kiểm tra nước trong bình đã xả
Kiểm tra các mặt bịt phải được tháo hết trong trường hợp kiểm định, sửa chữa bình
Kiểm tra các van xả đã đóng kín
Kiểm tra để xác định trạng thái của các van đầu vào, đầu ra, tình trạng kết nối thiết bị với hệ thống công nghệ
Các máy bơm dầu sẵn sàng làm việc
Các công tác chuẩn bị đã thực hiện cần ghi vào phần phiếu chuẩn bị đưa thiết bị vào vận hành
Nếu thiết bị tách trống, đóng các van xả ở đường tháo sản phẩm nhằm ngăn chặn sự rò rỉ có thể xảy ra qua các van điều khiển
Khi thiết bị tách có bộ điều khiển áp suất, giá trị áp suất ban đầu thường được đặt ở mức 75% của áp suất vận hành Việc này giúp ngăn chặn tình trạng mở van an toàn do bộ điều khiển áp suất không hoạt động đúng cách, đồng thời tránh việc áp suất trong thiết bị tách tăng đột ngột vượt quá mức áp suất vận hành.
Nếu thiết bị tách có chức năng ngừng hoạt động khi mức chất lỏng quá thấp, cần phải tắt thiết bị hoặc bổ sung một lượng chất lỏng ban đầu cao hơn mức tối thiểu để thiết bị không ngừng hoạt động.
Kiểm tra các đường ống tháo sản phẩm xem sự hoạt động có đạt yêu cầu hay không
Mở từ từ van nạp nguyên liệu vào thiết bị tách
Khi chất lỏng trong thiết bị đạt mức yêu cầu, bộ điều khiển mức sẽ hoạt động và mở các van xả đã đóng Cần điều chỉnh bộ điều khiển mức và áp suất để đảm bảo chế độ vận hành ổn định.
3.3.2.3 Kiểm tra trong quá trình vận hành
Trong quá trình vận hành, thợ cần thường xuyên kiểm tra các thông số làm việc của bình tách, bao gồm mức chất lỏng và áp suất, để đảm bảo chúng nằm trong giới hạn cho phép của nhà sản xuất và phù hợp với quy trình công nghệ Việc này giúp duy trì thiết bị ở trạng thái kỹ thuật tốt, đảm bảo an toàn trong vận hành, nâng cao độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ hoạt động.
Thợ vận hành cần kiểm tra định kỳ 4 giờ một lần và ghi lại các thông số làm việc của bình vào sổ theo dõi Ngoài ra, việc hiệu chỉnh áp suất làm việc của van an toàn phải được thực hiện định kỳ 3 tháng một lần theo lịch đã được phê duyệt.
Tiến hành các việc kiểm tra định kỳ các bình phải theo đúng thời gian quy định
▪ Kiểm tra bên ngoài và bên trong: 3 năm một lần
▪ Kiểm tra bên ngoài, bên trong và thuỷ lực: 6 năm một lần
▪ Kiểm tra vận hành bình: 1 năm một lần
3.3.2.4 Ngừng hoạt động Đóng van nạp nguyên liệu
Khi thiết bị tách cần loại bỏ hoàn toàn chất lỏng, hãy mở đường ống bypass tại van điều khiển mức hoặc điều chỉnh bộ điều khiển mức chất lỏng để van xả luôn mở cho đến khi chất lỏng được tách ra hoàn toàn Sau khi hoàn tất, hãy đóng van xả lại.
Nếu thiết bị tách phải giảm áp thì trước hết đóng van xả khí của đường ống dẫn khí ở đỉnh, sau đó mở van xả áp
Nên duy trì một áp suất dương trong thiết bị để ngăn không khí xâm nhập vào thiết bị tách Điều này cho phép khởi động lại thiết bị mà không cần thổi khí làm sạch.
Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Điều chỉnh mức chất lỏng
- Điều chỉnh áp suất vận hành
- Vận hành thiết bị tách dầu khí
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 3
1 Trình bày các bước kiểm tra thiết bị tách trước khi vận hành?
2 Trình bày các bước thực hiện để khởi động thiết bị tách?
3 Trình bày các bước thực hiện để ngừng hoạt động thiết bị tách?
4 Trong quá trình vận hành, nếu thiết bị tách gặp sự cố mức lỏng dâng cao thì phải xử lý như thế nào?
