THIẾT kế QUY TRÌNH cụm xử lý KHÍ GIÀN THÁI BÌNH

Trong bối cảnh hội nhập hiện nay, khi Việt Nam đã trở thành thành viên chính thức của Tổ chức thương mại thế giới (WTO) thì nền công nghiệp đã có nhiều cơ hội phát triển hơn, trong đó ngành công nghiệp dầu khí là một trong những ngành công nghiệp được ưu tiên phát triển hàng đầu. Đây là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn nhằm phát triển kinh tế đất nước, phù hợp với tiềm năng dầu mỏ hiện có của nước ta. Nền kinh tế dầu khí nước ta ngày càng phát triển với nhiều hướng đi mới cùng các dự án, công trình dầu khí mở rộng đã và đang được triển khai. Sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe hơn về nguồn nhiên liệu, đòi hỏi ngành công nghiệp dầu khí phải luôn luôn vận động hết mình, không ngừng nghiên cứu và áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cải tiến công nghệ để nguồn nhiên liệu sản xuất ra đáp ứng được những yêu cầu đó. Các dự án dầu khí khi triển khai cần phải có khâu chuẩn bị và thiết kế các thiết bị phù hợp với yêu cầu công nghệ và mục đích phát triển của dự án. Các thiết bị trong công nghiệp khai thác chế biến dầu khí luôn luôn được thiết kế tối ưu nhất để đảm bảo phù hợp với mục đích sử dụng của thiết bị và đạt giá trị sử dụng lâu dài, hiệu quả cao về mặt kinh tế. Cùng với các dự án dầu khí đã và đang được triển khai xây dựng ở miền Nam nước ta như cụm mỏ Bạch Hổ, cụm Lan Tây – Lan Đỏ, mỏ Diamond, mỏ Tê Giác Trắng,…hiện nay thì dự án cụm xử lý khí Thái Bình (InstrumentFuel Gas Skid) tại thuộc lô 102 106 của mỏ khí Tiền Hải biển Thái Bình mở ra hướng phát triển cho thị trường khí khu vực Đồng bằng Bắc Bộ thuộc miền Bắc nước ta với tiềm năng cung cấp khí cho khu vực này và dùng làm nguyên liệu sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 đang được ngành dầu khí Việt Nam quan tâm đầu tư và đánh giá cao về giá trị kinh tế. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế xây dựng cho cụm xử lý khí giàn Thái Bình là cần thiết đối với nhu cầu phát triển kinh tế của ngành công nghiệp dầu khí nói riêng và là bước tiến mới trong công cuộc thực hiện Chiến lược Phát triển Năng lượng Quốc gia Việt Nam đến năm 2020 nói chung. Từ những phân tích nhận định trên đây, tôi quyết định chọn đề tài : “ Thiết kế quy trình công nghệ cho cụm xử lý khí – hệ thống khí nhiên liệu cho giàn Thái Bình (InstrumentFuel Gas Skid)” làm đề tài đồ án tốt nghiệp đại học của mình. Với đề tài này mục tiêu tôi muốn hướng đến là xây dựng một quy trình xử lý khí phù hợp với nguồn nguyên liệu mỏ khí Thái Bình cung cấp với những thiết bị tối ưu nhất về mặt kinh tế và giá trị sử dụng trong thời gian dài để dạt hiệu quả cao nhất. Để thực hiện đề tài này tôi ứng dụng những kiến thức có được trong quá trình học hỏi tại trường học, tìm hiểu thực tế trong quá trình thực tập kết hợp với việc sử dụng các phần mềm thiết kế, tính toán thông dụng nhất như Auto CAD, PV – ELITE, PDMS,... để tính toán thiết kế cho các thiết bị chính được lắp đặt và sử dụng trong cụm xử lý khí. Đề tài đồ án tốt nghiệp này được trình bày theo bố cục sau: ̵ Chương 1: Tổng quan về lý thuyết ̵ Chương 2: Tổng quan cụm xử lý khí Thái Bình ̵ Chương 3: Tính toán, thiết kế thiết bị chính ̵ Kết luận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CỤM XỬ LÝ KHÍ GIÀN THÁI

BÌNH (INSTRUMENT/FUEL GAS SKID)

Trình độ đào tạo : Đại học chính quy

Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành : Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Thông

ThS Nguyễn Quốc Hải

KS Nguyễn Văn VinhSinh viên thực hiện : Trần Thị Ngọc AnhMSSV: 1052010012 Lớp: DH10H1

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo : Chính quy

Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành : Hóa Dầu

1 Tên đề tài: “Thiết kế quy trình cụm xử lý khí – hệ thống khí nhiên liệu cho giàn

Thái Bình (Fuel Gas Skid)”

2 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Thông – ThS Nguyễn Quốc Hải

– KS Nguyễn Văn Vinh

3.Ngày giao đề tài: 11/06/2014

4 Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 07/07/2014

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 11 tháng 06 năm 2014

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Trần Thị Ngọc Anh

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là một công trình nghiên cứu khoa học được xây dựngdựa trên quá trình học tập nghiên cứu tại trường kết hợp với những ứng dụngthực tế giúp sinh viên nắm vững và vận dựng kiến thức đã học vào mộttrường hợp cụ thể Trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ ántốt nghiệp đại học tại Trung tâm thiết kế và triển khai dự án PVC – MSep, tôiluôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể cán bộ kỹ sư tại đơn

vị thực tập và các thầy/cô giảng viên trong Khoa Hóa học & Công nghệ thựcphẩm Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm

ơn sâu sắc đến:

BGH Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu, PGS.TS Nguyễn Văn Thông –trưởng khoa Hóa học & Công nghệ Thực phẩm, ThS Nguyễn Quốc Hải cùngtoàn thể đội ngũ cán bộ giảng viên khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đãtạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học này

Tập thể cán bộ kỹ sư của TT Thiết kế & Triển khai dự án PVC – MSep đãtạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực tập tại đơn vị, đặc biệt là KS Nguyễn VănVinh – là người hướng dẫn trực tiếp cho tôi Tuy bận rộn với công việc,nhưng kỹ sư vẫn luôn dành cho sự quan tâm, chỉ bảo và hướng dẫn tôi tậntình suốt thời gian thực hiện hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn!

Vũng Tàu, tháng 07 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Ngọc Anh

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 3

1.1 Tiềm năng và trữ lượng bể trũng Sông Hồng 3

1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.2 Tình hình khai thác và sử dụng 5

1.2 Quá trình khai thác và đặc điểm mỏ khí Tiền Hải 6

1.3 Dự án cụm xử lý khí giàn Thái Bình 8

1.4 Công nghệ xử lý khí – hệ thống xử lý khí nhiên liệu 11

1.4.1 Công nghệ xử lý khí 11

1.4.2 Hệ thống xử lý khí nhiên liệu (fuel gas) 13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CỤM XỬ LÝ KHÍ THÁI BÌNH 15

2.1 Nguồn nguyên liệu và sản phẩm của cụm xử lý khí Thái Bình 15

2.1.1 Nguồn nguyên liệu của quá trình sử lý khí 15

2.1.2 Nguồn sản phẩm sau quá trình xử lý khí 17

2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cụm xử lý khí Thái Bình 18

2.2.1 Sơ đồ hoạt động dòng lưu chất vào/ra thiết bị tách khí 20

2.2.2 Sơ đồ dòng lưu chất vào/ra thiết bị lọc khí 22

2.3 Hệ thống thiết bị chính cho cụm xử lý khí nhiên liệu 24

i

2.3.1 Thiết bị tách khí 24

2.3.2 Thiết bị lọc Filter Coalescer (FC) 29

2.4 Hệ thống điều khiển mức, thiết bị phụ trợ của cụm xử lý khí 32

2.4.1 Shutdown Valve (SDV) 32

2.4.2 Pressure Control Valve (PCV) 33

2.4.3 Pressure Safety Valve (PSV) và Pressure Relief Valve (PRV) 33

2.4.4 Blowdown Valve (BDV) 34

2.4.5 Các loại van khác 34

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 35

3.1 Giới thiệu phần mềm PV – Elite 35

3.2 Thành phần nguyên liệu đầu vào của quy trình thiết kế 36

3.3 Tính toán thiết kế cho thiết bị tách Scrubber 45

3.4 Tính toán thiết bị lọc khí FC 54

3.5 Biện pháp chống ăn mòn và bố trí sàn lắp đặt các thiết bị cho cụm xử lý khí giàn Thái Bình 61

3.5.2 Biện pháp chống ăn mòn 61

3.5.3 Bố trí lắp đặt các thiết bị cho cụm xử lý giàn Thái Bình 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

ii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bản đồ phân bố các bể trầm tích 5

Hình 1.2 Sơ đồ phát triển dự án thu gom khí giàn Thái Bình 8

Hình 1.3 Giàn khí Thái Bình Lô 102 & 106 11

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống khí nhiên liệu (Fuel Gas System) 13

Hình 2.1 Sơ đồ bình tách hai pha trụ đứng 26

Hình 2.2 Tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm 27

Hình 2.3 Bình tách 2 pha bộ phận tách cơ bản kiểu ly tâm 28

Hình 2.4 Thiết bị lọc Filter Coalescer 31

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂ

iii

Bảng 2.1 Nguồn nguyên liệu của cụm xử lý khí 16

Bảng 2.2 Sản phẩm sau quá trình xử lý khí 17

Bảng 3.1 Thành phần & thông số dòng công nghệ, Jan 2014 37

Bảng 3.2 Thành phần & thông số dòng công nghệ, Jan 2026 39

Bảng 3.3 Thành phần & thông số dòng công nghệ, Oct 2027 41

Bảng 3.4 Thành phần & thông số dòng công nghệ, Dec 2013 43

Bảng 3.5 Kích thước sơ bộ thiết bị tách Scrubber 47

Bảng 3.6 Thông số đầu vào cho thiết bị tách Scrubber 48

Bảng 3.7 Thông số thiết kế tiêu chuẩn cho thiết bị tách 49

Bảng 3.8 Vật liệu chế tạo thiết bị tách Scrubber 51

Bảng 3.9 Tiêu chuẩn kích thước cho các chi tiết của thiết bị tách 52

Bảng 3.10 Các giá trị khối lượng thiết kế của thiết bị tách 53

Bảng 3.11 Kích thước sơ bộ của thiết bị lọc FC 56

Bảng 3.12 Thông số đầu vào cho thiết bị (FC) 57

Bảng 3.13 Thông số tiêu chuẩn thiết kế cho thiết bị FC 58

Bảng 3.14 Vật liệu chế tạo thiết bị FC 59

iv

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

v

LỜI MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh hội nhập hiện nay, khi Việt Nam đã trở thành thành viênchính thức của Tổ chức thương mại thế giới (WTO) thì nền công nghiệp đã cónhiều cơ hội phát triển hơn, trong đó ngành công nghiệp dầu khí là một trongnhững ngành công nghiệp được ưu tiên phát triển hàng đầu Đây là một trongnhững ngành công nghiệp mũi nhọn nhằm phát triển kinh tế đất nước, phùhợp với tiềm năng dầu mỏ hiện có của nước ta Nền kinh tế dầu khí nước tangày càng phát triển với nhiều hướng đi mới cùng các dự án, công trình dầukhí mở rộng đã và đang được triển khai Sự phát triển ngày càng cao của khoahọc công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe hơn về nguồn nhiên liệu, đòi hỏi ngànhcông nghiệp dầu khí phải luôn luôn vận động hết mình, không ngừng nghiêncứu và áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cải tiến công nghệ để nguồnnhiên liệu sản xuất ra đáp ứng được những yêu cầu đó Các dự án dầu khí khitriển khai cần phải có khâu chuẩn bị và thiết kế các thiết bị phù hợp với yêucầu công nghệ và mục đích phát triển của dự án Các thiết bị trong côngnghiệp khai thác chế biến dầu khí luôn luôn được thiết kế tối ưu nhất để đảmbảo phù hợp với mục đích sử dụng của thiết bị và đạt giá trị sử dụng lâu dài,hiệu quả cao về mặt kinh tế

vi

Cùng với các dự án dầu khí đã và đang được triển khai xây dựng ở miềnNam nước ta như cụm mỏ Bạch Hổ, cụm Lan Tây – Lan Đỏ, mỏ Diamond,

mỏ Tê Giác Trắng,…hiện nay thì dự án cụm xử lý khí Thái Bình (Instrument/Fuel Gas Skid) tại thuộc lô 102 & 106 của mỏ khí Tiền Hải biển Thái Bình

mở ra hướng phát triển cho thị trường khí khu vực Đồng bằng Bắc Bộ thuộcmiền Bắc nước ta với tiềm năng cung cấp khí cho khu vực này và dùng làmnguyên liệu sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 đang được ngànhdầu khí Việt Nam quan tâm đầu tư và đánh giá cao về giá trị kinh tế Vì vậy,việc nghiên cứu thiết kế xây dựng cho cụm xử lý khí giàn Thái Bình là cầnthiết đối với nhu cầu phát triển kinh tế của ngành công nghiệp dầu khí nóiriêng và là bước tiến mới trong công cuộc thực hiện Chiến lược Phát triểnNăng lượng Quốc gia Việt Nam đến năm 2020 nói chung

Từ những phân tích nhận định trên đây, tôi quyết định chọn đề tài : “ Thiết

kế quy trình công nghệ cho cụm xử lý khí – hệ thống khí nhiên liệu cho giàn Thái Bình (Instrument/Fuel Gas Skid)” làm đề tài đồ án tốt nghiệp đại học

của mình Với đề tài này mục tiêu tôi muốn hướng đến là xây dựng một quytrình xử lý khí phù hợp với nguồn nguyên liệu mỏ khí Thái Bình cung cấp vớinhững thiết bị tối ưu nhất về mặt kinh tế và giá trị sử dụng trong thời gian dài

để dạt hiệu quả cao nhất Để thực hiện đề tài này tôi ứng dụng những kiếnthức có được trong quá trình học hỏi tại trường học, tìm hiểu thực tế trong quátrình thực tập kết hợp với việc sử dụng các phần mềm thiết kế, tính toánthông dụng nhất như Auto CAD, PV – ELITE, PDMS, để tính toán thiết kếcho các thiết bị chính được lắp đặt và sử dụng trong cụm xử lý khí

Đề tài đồ án tốt nghiệp này được trình bày theo bố cục sau:

̵• Chương 1: Tổng quan về lý thuyết

̵• Chương 2: Tổng quan cụm xử lý khí Thái Bình

vii

̵• Chương 3: Tính toán, thiết kế thiết bị chính

̵• Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1 Tiềm năng và trữ lượng bể trũng Sông Hồng

về phía Việt Nam chiếm khoảng 126.000km2 trong đó phần đất liền miềnvõng Hà Nội (MVHN) và vùng biển nông ven bờ chiếm khoảng hơn 4000

km2

Bể Sông Hồng rộng lớn có cấu trúc địa chất phức tạp thay đổi từ đất liền rabiển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam và Nam, bao gồm các vùng địa chấtkhác nhau Có thể phân thành 3 vùng địa chất:

viii

̵• Vùng Tây Bắc: bao gồm miền võng Hà Nội (MVHN) và một số lô phíaTây Bắc của vịnh Bắc Bộ (lô 102, 103, 106, 107) Đặc điểm cấu trúc nổi bậtcủa vùng này là cấu trúc uốn nếp phức tạp kèm nghịch đảo trong Miocen.

̵• Vùng Trung tâm: bao gồm từ lô 107 – 108 đến lô 114 – 115 với mựcnước biển dao động từ 20 – 90m Vùng này có cấu trúc đa dạng, phức tạp,nhất là tại phụ bể Huế-Đà nẵng, nhưng nhìn chung có móng nghiêng thoảidần vào trung tâm với độ dày trầm tích hơn 14000 m Các cấu tạo nói chung

có cấu trúc khép kín kế thừa trên móng ở phía Tây, đến các cấu trúc diapir nổibật ở giữa trung tâm

̵• Vùng phía Nam từ lô 115 đến lô 121, với mực nước thay đổi từ 30 –

800 m, có cấu trúc khác hẳn so với hai vùng trên vì có móng nhô cao trên địalũy Tri Tôn tạo thềm cacbonat và ám tiêu san hô, bên cạnh phía Tây là địahào Quảng Ngãi và phía Đông là các bán địa hào Lý Sơn có tuổi Oligocen

ix

Hình 1.1 Bản đồ phân bố các bể trầm tích

1.1.2 Tình hình khai thác và sử dụng

Năm 1996, trong chương trình hợp tác với BP, PetroVietnam đã thực hiện

đề án đánh giá khí tổng thể (Vietnam Gas Master Plan) ở bể Sông Hồng với 4đối tượng chính là móng trước Đệ Tam, cát kết vùng ven, cát kết turbidit vàkhối xây cacbonat Kết quả đánh giá từ 4 đối tượng trên cho thấy tiềm năng

x

có thể thu hồi vào khoảng 420 tỷ m3 khí thiên nhiên, 250 triệu thùng (40 triệu

m3) condensat, 150 triệu thùng (24 triệu m3) dầu và 5 tỷ m3 khí đồng hành.Năm 1997 PetroVietnam thực hiện đánh giá tổng thể tài nguyên dầu khíthềm lục địa Việt Nam (VITRA - Vietnam Total Resource Assessment, đề ánhợp tác giữa PetroVietNam và NaUy) trong đó có bể Sông Hồng Theo đề ánnày tổng tiềm năng thu hồi của bể Sông Hồng được tính cho 8 đối tượng gồm:móng trước Đệ Tam, cát kết châu thổ – sông ngòi Oligocen, cát kết châu thổ –sông ngòi – đầm hồ Oligocen, cát kết châu thổ – sông ngòi – biển nôngOligocen và Miocen dưới, bẫy thạch học Oligocen – Miocen, vùng nghịchđảo kiến tạo Miocen, khối xây cacbonat và turbidit, vào khoảng 570 – 880triệu m3 quy dầu trong đó đã phát hiện khoảng 250 triệu m3 quy dầu Trên cơ

sở kết quả của đề án VITRA, trữ lượng và tiềm năng dầu khí bể Sông Hồng

có thể đạt khoảng 1.100 triệu m3 quy dầu, chủ yếu là khí

Đến nay tại bể Sông Hồng mới chỉ có 9 phát hiện khí và dầu với tổng trữlượng và tiềm năng khoảng 225 triệu m3 quy dầu, trong đó đã khai thác 0,55

tỷ m3 khí Các phát hiện có trữ lượng lớn đều nằm tại khu vực vịnh Bắc Bộ vàphía Nam bể Sông Hồng, như vậy tiềm năng khí ở ngoài biển hơn hẳn trongđất liền, tuy nhiên do hàm lượng CO2 cao nên hiện tại chưa thể khai thácthương mại được Tiềm năng chưa phát hiện dự báo vào khoảng 845 triệu m3

quy dầu, chủ yếu là khí và tập trung ở ngoài biển

1.2 Quá trình khai thác và đặc điểm mỏ khí Tiền Hải

xi

30 năm đã trôi qua kể từ ngày dòng khí công nghiệp đầu tiên được đưa vàokhai thác tại Tiền Hải – Thái Bình, Ngành Dầu khí Việt Nam đã tiến nhữngbước dài vững chắc trên tất cả các lĩnh vực, trở thành Tập đoàn Anh hùng giữ

vị trí đầu tàu trong nền kinh tế đất nước với hoạt động thăm dò khai thác dầukhí – lĩnh vực hoạt động cốt lõi – được mở rộng đầu tư ở trong nước và quốc

tế Sự kiện này luôn là mốc lịch sử đầy vẻ vang và tự hào của cán bộ nhânviên Ngành Dầu khí, có ý nghĩa đặt nền móng cho sự phát triển của côngnghiệp dầu khí Việt Nam, từ đây các thế hệ lãnh đạo, cán bộ kỹ thuật, côngnhân lao động của Ngành đã rèn luyện và trưởng thành, tiếp tục lên đường tớinhững công trình, dự án dầu khí để cống hiến trí tuệ, kinh nghiệm, sức laođộng cần cù, sáng tạo cho sự nghiệp xây dựng và phát triển Ngành Dầu khíViệt Nam, góp phần quan trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóađất nước và hội nhập kinh tế quốc tế

xii

Ngày 01/2/1975, giếng khoan số 61 được khởi công trên địa phận xã Đông

Cơ, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình Đây là giếng khoan thăm dò đầu tiênthuộc cơ cấu bể Sông Hồng đã cho phát hiện khí tự nhiên tại cấu tạo Tiền Hải

C, trong trầm tích Mioxen, hệ tầng Tiên Hưng, ở chiều sâu 1146 – 1156 m vớilưu lượng trên 100 nghìn m3/ngày đêm Sau thời gian triển khai công tác thẩmlượng và phát triển khai thác, ngày 19/4/1981, dòng khí công nghiệp đầu tiên

đã được đưa vào buồng đốt turbin nhiệt điện công suất 10 MW tại Tiền Hải

để thử nghiệm phát điện Từ năm 1981, những người thợ khai thác mỏ khíTiền Hải – C tại địa bàn huyện Tiền Hải tỉnh Thái Bình luôn khơi thông dòngkhí Hàng tỷ m3 khí được khai thác tại 9 giếng khoan với lưu lượng gần60.000 m3/ngày đêm Tất cả nhằm duy trì nguồn năng lượng khí đốt cho côngnghiệp địa phương Sau giếng khoan 61, một loạt giếng khoan đã được thựchiện trong những năm tiếp theo và những năm gần đây nhằm tiếp tục tìmkiếm thăm dò và khai thác dầu khí trong trầm tích Mioxen, đã phát hiện tổngcộng 13 vỉa khí với tổng trữ lượng tại chỗ khoảng 1,3 tỷ m3 Tổng sản lượngkhí khai thác và cung cấp của mỏ khí Tiền Hải C từ năm 1981 đến nay đạtkhoảng 850 triệu m3 khí, trong đó giai đoạn 1981 – 1991 chủ yếu phục vụ sảnxuất điện, những năm tiếp theo đáp ứng cho hoạt động của hàng chục doanhnghiệp tại khu công nghiệp Tiền Hải, sử dụng nhiên liệu khí để sản xuất rahàng triệu sản phẩm chất lượng cao như: thủy tinh, pha lê, xi măng trắng,gốm sứ, gạch ceramic, granit… với doanh thu hàng năm đạt trên 650 tỷ đồng,thu hút hơn 10.000 lao động, đóng góp quan trọng vào việc chuyển dịch cơcấu, phát triển kinh tế, xã hội tỉnh Thái Bình nói riêng và khu vực phía Bắcnước ta nói chung

1.3 Dự án cụm xử lý khí giàn Thái Bình

xiii

Hình 1.2 Sơ đồ phát triển dự án thu gom khí giàn Thái Bình

Kể từ khi Việt Nam có Luật Đầu nước ngoài (29-12-1987) và Luật Dầukhí (06-7-1993) đã có hàng chục công ty, tập đoàn dầu khí lớn trên thế giớiđầu tư vào tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí trên toàn thềm lục địa ViệtNam, thông qua các hợp đồng dầu khí Đến nay, công tác tìm kiếm thăm dòdầu khí đã được Tập đoàn Dầu khí Việt Nam triển khai mạnh mẽ trên toànthềm lục địa Việt Nam với mục tiêu phát hiện nhiều mỏ dầu khí mới nhằmđáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu Các phát hiện dầu khí mới tại vùngTây Bắc bể Sông Hồng như Hắc Long, Địa Long, Hồng Long, Bạch Long tại

Lô 103 & 107; Hàm Rồng, Thái Bình tại Lô 102 & 106 là những cơ hội đầytriển vọng để phát triển khai thác với mục tiêu đáp ứng nguồn nhiên liệu phục

vụ phát triển công nghiệp sản xuất nói chung và công nghiệp dầu khí nóiriêng ở khu vực Đồng bằng Bắc Bộ trong thời gian tới

xiv

Hiện Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN) đã giao cho Tổng Công

ty Khí (PV Gas) lập phương án triển khai dự án thăm dò khai thác mỏ HàmRồng, Thái Bình từ lô 102 & 106 từ năm 2011 – 2014 Đặc biệt, trong giaiđoạn này, PVN cũng ưu tiên xây dựng tuyến đường ống dẫn khí từ mỏ HàmRồng, Thái Bình vào bờ, tạo xương sống cho ngành công nghiệp khai thác sảnxuất khí tại Trung tâm khí Thái Bình và các vùng phụ cận Hà Nội, Hải Phòng,đáp ứng nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên của nền kinh tế Dự án cụm xử lýkhí Thái Bình “Fuel Gas Skid” (giàn TBDP – A) do PETRONAS CarigaliOvereas Sdn Bhd (PCOSB) đang tiến hành xây dựng với sự hỗ trợ thiết kế kỹthuật và lắp đặt của Trung tâm thiết kế và triển khai dự án PVC – MSep thuộcCông ty cổ phần kết cấu kim loại và xây lắp Dầu khí Việt Nam PVC – MSđảm nhận Dự án được xây dựng với vị trí đường dẫn liệu cách khoảng 20 kmngoài khơi phía Đông Nam từ cảng Hải Phòng thuộc các khu vực lô 102 &

106 với độ sâu 25 – 30m Khí cho dự án Thái Bình thu từ giàn khoan đầugiếng khoan TBDP – A, khí sau đó được sơ tán từ giàn về cụm xử lý khí bằngđường ống dẫn khí dày 16 inch được thiết kế và lắp đặt Dự án cụm xử lý khíThái Bình dự kiến xử lý khí với công suất tối đa là 26 MMscfd TBDP – A làmột giàn khoan có bốn khe dẫn với một vòi nước phòng ngừa hỏa hoạn chínhđược quy định sử dụng trong quá trình khoan TBDP – A là một giàn khoantrung tâm cho tương lai phát triển khí phía Bắc nước ta

xv

Hình 1.3 Giàn khí Thái Bình Lô 102 & 106

1.4 Công nghệ xử lý khí – hệ thống xử lý khí nhiên liệu

1.4.1 Công nghệ xử lý khí

Công nghệ khai thác và xử lý khí gas – condensate được nghiên cứu, pháttriển và ứng dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới từ những năm 90 của thế kỷtrước Tuy nhiên ở Việt Nam, lĩnh vực kỹ thuật này chưa được quan tâmnhiều do nhu cầu thực tế sản suất Trong thời gian gần đây, việc phát hiện vàđưa vào khai thác một số mỏ khí và gas – condensate trong nước như cụmLan Tây – Lan Đỏ, Rồng Đôi Tây và Hải Thạch – Mộc Tinh, Thiên Ưng đòihỏi sự đầu tư nghiên cứu công nghệ và đào tạo nhân lực một cách nghiêm túcvới các đơn vị trực tiếp tham gia điều hành các dự án nói riêng và Tập đoàndầu khí Việt Nam nói chung Các hệ thống thiết bị công nghệ chính trên giànkhai thác khí gas –condensate gồm: cụm thiết bị đầu giếng (wellheadfacilities), cụm phân dòng đầu vào (inlet manifiold), cụm tách khí –condensate – nước (3 – phase separator), hệ thống xử lý làm khô khí (gasdehydration system), hệ thống xử lý condensate (condensate dehydration

xvi

system), hệ thống đo khí (gas metering system), hệ thống đo condensate(condensate metering system), hệ thống phóng thoi làm sạch đường ống vậnchuyển (pig launcher), hệ thống xử lý nước đồng hành (water treatmentsystem) Ngoài ra, có thể thiết kế thêm các hệ thống phụ trợ như: hệ thốngthiết bị xử lý H2S, CO2, Hg và chất rắn, nếu trong thành phần hợp chất khaithác chứa nhiều tạp chất trên vượt quá mức quy định cho phép Công nghệ xử

lý khí trên các giàn khai thác ngoài khơi phụ thuộc rất nhiều vào thành phầnhỗn hợp lưu chất hydrocacbon của mỏ Do đó, các thông số công nghệ hỗnhợp lưu chất là cơ sở cho phép tính toán, lựa chọn và thiết kế các hệ thốngthiết bị công nghệ của giàn khai thác một cách hợp lý và tối ưu nhất

xvii

Mỏ gas – condensate thường chứa khí thiên nhiên (fuel gas system) dạngkhông đồng hành là một hỗn hợp hydrocarbon (HC) đặc biệt, mà trong đóthành phần gồm có khí methane (C1) và các khí hydrocarbon có mạch carbonngắn khác như: C2H6, C3H8, C4H10, C5H12,… chiếm tỷ lệ lớn, cùng với cáchydrocarbon có giá trị khối lượng phân tử nặng hơn (mạch carbon dài hơn).Ngoài ra khí thiên nhiên thô còn chứa hơi nước, H2S, CO2, He, N2 và các hợpchất khác Quá trình xử lý khí thiên nhiên bao gồm việc tách tất cả các dạnghydrocacbon và các lưu chất ra khỏi khí thiên nhiên để tạo ra một sản phẩmkhí thiên nhiên khô được vận chuyển từ giàn vào bờ qua hệ thống đường ốngdẫn khí Khí thiên nhiên khi vận chuyển đi những nới khác phải được làmsạch – tinh chế Mặc dù yêu cầu phải tách C2H6, C3H8, C4H10 và C5H12 ra khỏikhí thiên nhiên, nhưng chúng đều không phải là chất thải mà được sử dụngvào các mục đích khác nhau Một quy trình xử lý khí trong quá trình khai thácthường trải qua các giai đoạn: tách dầu và khí – condensate, tách nước, làmkhô Glycol thường sử dụng DEG hoặc TEG, khử nước bằng chất ngưng tụdạng rắn, tách khí thiên nhiên lỏng, chiết xuất khí thiên nhiên lỏng (phươngpháp hấp thụ và quá trình giãn nở nhờ làm lạnh ngưng tụ), chưng cất phânđoạn, tách sunphua và khí cacbonic.

1.4.2 Hệ thống xử lý khí nhiên liệu (fuel gas)

Xử lý khí gas là một phần quan trọng trong dây truyền sản xuất đặc trưngcủa khí thiên nhiên trong đó có khí nhiên liệu Nó đảm bảo độ sạch và tinhkhiết tới mức có thể của sản phẩm khí sẽ được đưa vào sử dụng, biến khíthiên nhiên/khí mỏ trở thành nguồn lựa chọn năng lượng đốt sạch với môitrường Khí đã được xử lý hoàn toàn, chúng được vận chuyển khỏi khu vựcsản xuất và đưa đến nơi tiêu thụ để phục vụ cho các nhu cầu sử dụng

xviii

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống khí nhiên liệu (Fuel Gas System)

Với hệ thống khí nhiên liệu (Fuel gas) của quá trình xử lý khí cung cấp khícho các hệ thống sau:

̵• Cung cấp khí nhiên liệu cao áp cho đầu kéo turbine (turbine drive) vàmáy phát turbine (turbine generator)

̵• Cung cấp khí nhiên liệu cho cụm nhà máy nhiệt điện – đạm

̵• Khí mồi thấp áp cho đầu đốt cao áp/thấp áp

̵• Khí đẩy (purge gas) cho ống gom của đuốc cao áp/thấp áp

̵• Cung cấp khí hấp thụ (stripping gas) cho hệ thống tái sinh TEG

̵• Khí bảo vệ (blanket gas) cho bình bay hơi nhanh TEG (TEG flashdrum)

Khí khô đi ra từ tháp TEG, sau khi được gia nhiệt (heaters), một phầnđược đưa đến hệ thống khí nhiên liệu để cung cấp cho các cụm công nghệ.Khí được dẫn vào các thiết bị gia nhiệt sơ bộ, gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơnnhiệt độ hình thành hydrate và thấp hơn 5℃ so với nhiệt độ môi trường xung

xix

quanh, sau đó đưa vào bình tách Scruber khí nhiên liệu được tách các hạt lỏngtạo thành do sự giảm áp Tiếp đó, khí được đưa đến phin lọc để tách triệt đểphần lỏng và các hạt rắn có kích thước lớn hơn 5μm trước khi đưa đến thiết bịgia nhiệt để làm nhiên liệu cho turbine khí.

xx

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CỤM XỬ LÝ KHÍ THÁI BÌNH

2.1 Nguồn nguyên liệu và sản phẩm của cụm xử lý khí Thái Bình

2.1.1 Nguồn nguyên liệu của quá trình sử lý khí

Sau quá trình khai thác từ các giếng thuộc lô 102 & 106, nguồn khí thuđược có chứa khí cacbonic và lưu huỳnh Khí cacbonic là balat, còn lưuhuỳnh là thành phần gây tác hại ăn mòn cao thường tồn tại dạng đihidrosunfua (H2S) nên nguồn khí phải được làm sạch các tạp chất này trước khibơm vào các đường ống dẫn khí và các cụm thiết bị của cụm xử lý khí TháiBình Phương pháp loại bỏ H2S, CO2 thường là phương pháp hấp thụ làm ngọtkhí sử dụng chất hấp thụ nước etanolamin, fenoliat, tricaliphotphat,ammoniac,… Công nghệ làm sạch sunfua và khí cacbonic phụ thuộc vàothành phần khí yêu cầu xử lý sâu cũng như yêu cầu chế biến các sản phẩmcần thiết Sơ đồ công nghệ làm sạch H2S và CO2 gồm có thiết bị làm sạch sơ

bộ các chất rắn, bình tiếp xúc – chất hấp thụ, thiết bị tái sinh dung dịch bãohòa cũng như bộ phận thu hồi lưu huỳnh sơ cấp – thiết bị chế biến H2S thànhS

Quá trình cơ bản làm ngọt khí tự nhiên chua cũng gần giống quá trình làmkhô glycol, hấp thụ NGL Tuy nhiên ở quá trình làm ngọt loại bỏ hợp chất lưuhuỳnh này người ta thường sử dụng dung dịch amin nên quá trình này cònđược gọi đơn giản là “quá trình amin” Hai dung dịch amin chính thườngđược sử dụng là monoethanolamin (MEA) và đithanolamin (DEA) ở dạnglỏng để hấp thụ lưu huỳnh khi dòng khí tự nhiên đi qua nó Đồng thời với quytrình amin còn có các quy trình tái tạo dung dịch amin để sử dụng làm tănghiệu suất của quy trình làm ngọt khí cùng với chu trình Claus sử dụng cácphản ứng nhiệt và xúc tác để thu hồi S nguyên chất Về mặt tổng thể, quá

xxi

trình Claus thường cho phép thu hồi 97% lượng S được tách ra khỏi dòng khí

ra khí tự nhiên và các condensate hydrocacbon nửa lỏng (khí nhiên liệu – fuelgas)

Nhìn chung khí của mỏ Tiền Hải là khí tự nhiên, khô, ngọt, sạch

xxii

̵• Hàm lượng Methane (CH4) cao chiếm > 80%

̵• Hàm lượng nước trong khí thấp

xxiii

phần khí có trong dòng sản phẩm sau quá trình xử lý chủ yếu gồm khímethane CH4 chiếm khoảng trên 90% tỉ lệ mol và các hydrocacboncondensate khác được cung cấp trực tiếp cho nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2đang được tiến hành xây dựng Nhà máy nhiệt điện 2 bao gồm hai tổ máy vớitổng công suất 1200 MW do Tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam giao choTổng công ty Điện lực dầu khí làm chủ đầu tư.

Ngoài nguồn khí cung cấp cho nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2, còn cócác nguồn sản phẩm khác như CO2, S, N2,…được thu hồi trong quá trình xử

lý để làm nguyên liệu sử dụng cho các quy trình sản xuất khác để đạt hiệu quảkinh tế

2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cụm xử lý khí Thái Bình

Sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của cụm xử lý khí Thái Bình được mô tảnhư bản vẽ 1

Dòng nguyên liệu (lỏng/khí) từ giếng khai thác theo hệ thống đường ốngthu gom được đưa qua van SDV để kiểm soát hoạt động của dòng nguyênliệu, nếu có sự cố xảy ra van SDV sẽ tự động ngắt Sau khi đánh giá mức độ

an toàn tại van SDV, dòng nguyên liệu qua hệ thống van PCV hoạt động songsong ở hai mức setpoint 900 kPag và 850 kPag để điều chỉnh áp suất trướckhi qua hệ thống van dẫn qua thiết bị TG kiểm soát nhiệt độ trước khi dẫnvào thiết bị tách khí Scrubber V – 5805

Tại thiết bị tách khí V – 5805 diễn ra quá trình tách lỏng khí Dòng khíđược tách ra ở phía trên đỉnh còn dòng lỏng được lấy ra ở đáy thiết bị tách.Các hạt lỏng lôi cuốn theo dòng khí được tách ra tại màng sương của thiết bịtách, sau thời gian ngưng tụ các hạt lỏng rơi xuống đáy thiết bị tách Dònglỏng chứa Hydrocacbon sau quá trình tách được lấy ra ở đáy thiết bị tách qua

hệ thống định mức LC, van SDV và dẫn ra theo dòng Closed Drain System

xxiv

Sau quá trình tách, dòng khí tiếp tục được dẫn qua các đường dẫn tới cụmhai thiết bị lọc FC S – 5810 A/B lắp song song nhau với chế độ một thiết bịhoạt động, một thiết bị dự phòng khi thiết bị còn lại tiến hành thay thế lõi lọcFilter element Tại đây bụi bẩn trong dòng khí được tách ra, giữ lại nhờ lõi lọcfilter element ở khoang thứ nhất và khí không ngưng condensate được tách ranhờ các màng ngăn ở khoang thứ hai của thiết bị lọc FC Khí đƣợc lấy ra ởđỉnh thiết bị lọc qua các hệ thống van dẫn, van định mức lưu lượng, áp suấtđưa ra ngoài theo các dòng phân chia Vent System, Power Generator System

và Instrument Air System Dòng lỏng sau quá trình lọc được lấy ra ở phía đáythiết bị lọc qua các cụm van và dẫn ra theo dòng Closed Drain System

Nguồn sản phẩm thu được sau quá trình xử lý khí tại cụm xử lý khí TháiBình được thu hồi và dẫn qua các hệ thống ống dẫn tới những khu chứa vàlàm nguồn nguyên liệu cho các quá trình sản xuất khác phù hợp để đạt đượcgiá trị kinh tế và hiệu quả cao

xxv

2.2.1 Sơ đồ hoạt động dòng lưu chất vào/ra thiết bị tách khí

Sơ đồ hoạt động của dòng lưu chất vào/ra thiết bị tách khí trong cụm xử lýkhí Thái Bình được mô tả P&ID như bản vẽ 2

xxvi

Dòng sản phẩm đỉnh – chủ yếu là dòng khí dẫn ra ngoài đi qua thiết bịhiển thị áp suất PIA – 5801 tại hai điểm setpoint là “maximum = 1000 kPag

và minimum = 500 kPag”, rồi qua thiết bị lọc Coalescer Filter

Sản phẩm trung gian đi ra khỏi tháp tách V – 5805 được chia thành haidòng song song qua các cụm van và thiết bị phụ trợ để đưa ra ngoài

̵• Một dòng được đo áp suất truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển qua

PG – 5806, dòng khí đi qua can van VB – 58027, VGL – 58002, khoảng cáchgiữa hai van là 600mm với mục đích để ổn định áp suất trước khi ra dòng (Tovent header)

̵• Dòng còn lại được chia làm hai dòng song song đi qua hệ thống điềukhiển an toàn áp suất :

+ Dòng 1 đi qua van VB – 58023 tới van điều khiển áp suất PSV –

5802 ở mức (set = 1100kPag) và đi qua van VB – 58026 đi ra hệ thống.+ Dòng 2 đi qua van VB-58019 tới van điều khiển áp suất PSV-5801

ở mức (set = 1100kPag) và đi qua van VB-58022 đi ra hệ thống

Hệ thống có các van an toàn: VB – 58020, VB – 58021, VB – 58024, VB– 58025.Khí đi ra từ hệ thống được lấy ra dòng (To vent header)

xxvii

Tại đường dẫn của cụm van PSV, dòng khí được chia nhỏ thành hai dòngnữa gồm một dòng đi qua cụm van (VB – 58023 & PSV – 5802) và một dòng

đi qua cụm van (VB – 58019 & PSV – 5801) với mức áp suất tối đa cho phépcủa hai cụm van này là set point = 1100 kPag Sau khi quá trình xả khí ở haivan PSV thì dòng khí xả ra được dẫn qua hai van (VB – 58022 & VB –58026) để quay lại thiết bị tách để kiểm soát lại quá trình tách khí Sau quátrình tách, phần lỏng (condensate) được lấy ra ở đáy tháp tách đi qua vanSDV – 5802, tại đây có hệ thông điều khiển an toàn truyền tín hiệu về trungtâm điều khiển với mục đích đóng van khi xảy ra sự cố Dòng lỏng tiếp tục điqua van kiểm tra VC – 58003 tới van LCV – 5803, VB – 59032 và được đưaqua thiết bị lọc FC Van LCV – 5803 được điều khiển bởi hệ thống thiết bị đo

và hiển thị mức của tháp tách, khi mức lỏng cao thì van sẽ mở, khi mức thấpthì van sẽ đóng lại Sản phẩm đáy chứa cặn lỏng và các tạp chất đi qua van

VB – 58033 đưa qua ống dẫn ra dòng (Closed drained)

xxviii

2.2.2 Sơ đồ dòng lưu chất vào/ra thiết bị lọc khí

Sơ đồ dòng lưu chất vào/ra thiết bị lọc khí của cụm xử lý khí Thái Bìnhđược mô tả P&ID như bản vẽ 3

Sản phẩm khí sau khi qua khỏi tháp tách V - 5805 được đưa qua tháp cụmhai tháp lọc Filter Coalescer (FC) S – 5810 A/B được bố trí song song nhau.Dòng khí qua van VB – 58046 vào tháp lọc, tại đây gồm có:

̵• Đo áp suất, đo chênh áp truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển

̵• Đo mức, đo và hiển thị mức truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển

̵• Van an toàn gắn tại tháp gồm : VB – 58047, VB – 58040

Sau quá trình lọc, sản phẩm đỉnh đi ra từ đỉnh thiết bị qua van VB –

58041, lấy dòng ra Gas outlet (Gas Super Heaters)

Sản phẩm trung gian chia làm hai nhánh:

̵• Nhánh thứ nhất chia làm hai dòng song song đi qua hệ thống ổn định ápsuất và lấy ra dòng (To vent header):

+ Một dòng đi qua van VB – 58038, VGL –58005, khoảng cách giữahai van là 600mm với mục đích để ổn định dòng đi ra hệ thống

+ Dòng còn lại qua van điều khiển an toàn áp suất PSV – 5805 ởmức (set = 1100kPag), qua van VB – 58036 đi ra hệ thống Hệ thống cócác van an toàn: VB – 58037, VB – 58039

Khí đi ra từ hệ thống lấy ra dòng (To vent header)

xxix

̵• Nhánh thứ hai chia làm hai dòng:

+ Một dòng đi qua van VGL – 58006, VC – 58004 đi ra dòng(Closed drained)

+ Dòng còn lại đi qua (Auto drain) SAD – 002, khí thoát ra đi quavan VB – 58042 hồi lưu lại tháp, lỏng đi qua van VB – 58045, VC –

58004 đi ra dòng (Closed dained)

Sản phẩm đáy được chia làm hai dòng:

̵• Dòng hồi lưu đi ra từ đáy tháp qua van VB – 58048 sau đó chia làm haidòng:

+ Một dòng đi qua van VGL – 58008, qua van VC – 58004 đi radòng (Closed dained),

+ Dòng còn lại đi qua (Auto drain) SAD – 003, khí thoát ra đi quavan VB – 58044 hồi lưu lại tháp, lỏng đi qua van VB – 58052, VC –

58004 đi ra dòng (Closed drained)

̵• Dòng thu hồi đi qua van VB – 58049 đi ra dòng (Closed drained)

xxx

2.3 Hệ thống thiết bị chính cho cụm xử lý khí nhiên liệu

Có nhiều các thiết bị khác nhau cho công nghệ tách – lọc khí được ứngdụng trong lĩnh vực dầu khí hiện nay Mỗi một loại nguyên liệu khí đầu vàokhác nhau đòi hỏi một hệ thống các thiết bị tách khí phù hợp cho quá trình sửdụng và vận hành hệ thống sao cho đạt hiệu suất làm việc cao và tối ưu nhấtđồng thời cũng đáp ứng được mặt hiệu quả kinh tế cần thiết được đặt ra Đốivới nguồn nguyên liệu được sử dụng cho cụm xử lý của dự án khí giàn TháiBình là nguồn khí nhiên liệu thì trong quá trình thiết kế người ta thường sửdụng cụm thiết bị tách – lọc làm thiết bị hoạt động chính cho cụm để đạt đượcmục đích xử lý cao và hiệu quả nhất

2.3.1 Thiết bị tách khí

Thiết bị tách khí là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất được sửdụng để tách lưu chất thành các pha riêng biệt trong quá trình khai thác và thuhồi sản phẩm khí để đạt được hiệu suất và giá trị kinh tế cao Có ba dạng bìnhtách cơ bản thường được dùng là: bình tách trụ trụ đứng, bình tách trụ ngang,bình tách hình cầu

Mỗi loại bình tách đều có ưu, nhược điểm nhất định trong mỗi quá trìnhlắp đặt và sử dụng để duy trì giá trị của sản phẩm thu được với mục đích sửdụng chung của thiết bị tách là:

̵• Loại bỏ chất lỏng ra khỏi khí để tránh hiện tượng tích tụ tạo cặn, chấtbẩn trong đường ống dẫn khí

̵• Thu khí khô để làm khí nhiên liệu

̵• Loại bỏ các tạp chất gây hại đưa lên từ vỉa sản phẩm tránh hiện tượngtắc và hư hại đường ống dẫn cũng như các thiết bị đi kèm

̵• Làm giảm áp suất để thu hồi khí

xxxi

Với mục đích tách, xử lý và thu gom khí thì bình tách hai pha trụ đứngđược sử dụng hầu hết để tách riêng biệt hỗn hợp lỏng/khí dựa vào mật độdòng nguyên liệu nhờ nhiệt độ, áp suất và đặc tính dòng lưu chất sau khi được

xử lý sơ bộ - tách bỏ tạp chất độc hại, khử nước bị nhũ hóa để tránh tạo sựphân tán của hệ nhũ tương nước/dầu lẫn trong dòng lưu chất đi vào tháp tách

để thu gom và xử lý khí, ngăn cho cho khí thu được không bị cuốn theo dònglỏng tách ra, đảm bảo hiệu suất tách lỏng/khí và giá trị kinh tế cao nhất chodòng khí thương phẩm Bình tách Scrubber (bình rửa lọc khí) là một bình táchdạng trụ đứng thường được lắp đặt và sử dụng để tách dòng trước khi dòngvào máy nén khí và hệ thống nhiên liệu với vai trò là bình tách thứ cấp Việc

sử dụng lắp đặt thiết bị Scrubber trong hệ thống xử lý khí có mục đích:

̵• Khi nguồn nguyên liệu cấp cho thiết bị tách có tỷ lệ khí/lỏng cao

̵• Bình tách Scrubber ít chiếm chỗ, có khả năng lắng cát lớn và dễ làmsạch đáy đồng thời khả năng bốc hơi của chất lỏng giảm tối thiểu

̵• Bình tách Scrubber ít chiếm chỗ, có khả năng lắng cát lớn và dễ làmsạch đáy đồng thời khả năng bốc hơi của chất lỏng giảm tối thiểu

̵• Được lắp đặt ở những nơi mà thể tích nguồn nguyên liệu có thể thayđổi nhiều, đột ngột như cạnh giếng tự phun, các giếng Gaslift gián đoạn

̵• Dùng cho quá trình tách khí nhiên liệu ít chứa dầu, sản phẩm lỏng đượclấy từ các giếng khí tự nhiên, giếng khí – condensate

̵• Sử dụng để tách dòng khí ra khỏi dòng lỏng với hiệu suất tối đa nhất

a) Cấu tạo thiết bị tách khí kiểu trụ đứng

Ở trong bình tách có các bộ phận chính đảm bảo tách sơ cấp lỏng, lắnglỏng và triết sương Tốc độ tách lỏng/khí là một hàm biến thiên theo áp suất

xxxii

và nhiệt độ của bình tách Các thiết bị tách hai pha trụ đứng thường có sơ đồcấu tạo chính như dưới đây (hình 1.6)

Hình 2.1 Sơ đồ bình tách hai pha trụ đứng

1- Đường vào của hỗn hợp 5- Bộ phận chiết sương

̵• Bộ phận tách cơ bản A: được lắp đặt trực tiếp ở của vào đảm bảo nhiệm

vụ tách khí (giải phóng bọt khí tự do) Hiệu qủa làm việc phụ thuộc vào cấutrúc đường vào: hướng tâm, tiếp tuyến của vòi phun (bộ phận phân tán để tạodòng cho hốn hợp lỏng – khí)

Có hai cách bố trí bộ phận tách cơ bản là: hướng tâm và ly tâm

xxxiii

+ Theo nguyên tắc hướng tâm: bố trí theo nguyên tắc này sẽ được

các va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động của hỗn hợp vàobình tách Hỗn hợp được phân tán, tạo rối qua các vòi phun và đập vàocác tấm chắn được thể hiện quá trình tách lỏng – khí

Hình 2.2 Tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm.

Hỗn hợp sản phẩm khai thác (lỏng/khí) theo đường số (5) vào ốngphân tán, qua các vòi phun số (4) được tăng tốc và va đập vào các tấmchắn số (3) làm đổi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát qua khe hởgiữa các tấm chắn Khi bay lên phía trên, chất lỏng bám ở các tấm chắn

và lắng xuống bộ phận tách thứ cấp theo lỗ thoát (6)

+ Theo nguyên tắc ly tâm: theo bố trí này của nhập liệu được lắptheo hướng tiếp tuyến với bình tách Dòng hỗn hợp sẽ đi vào theohướng tiếp tuyến với thành bình tách Chất lỏng sẽ có xu hướng bámvào thành bình và lắng xuống dưới đồng thời chất khí sẽ thoát lên dohình thành chuyển động quỹ đạo xoáy của lực ly tâm gây nên

Lực ly tâm tạo ra các dòng xoáy với tốc độ cao đủ để tách chất lỏng.Tốc độ cần thiết để tách ly tâm thay đổi từ 3- 20 m/sec và giá trị phổbiến từ 6- 8 m/sec Đa số những thiết bị tách khí hình trụ đứng thì bộphận tách cơ bản được bố trí theo nguyên tắc ly tâm

xxxiv

Hình 2.3 Bình tách 2 pha bộ phận tách cơ bản kiểu ly tâm

̵• Bộ phận tách thứ cấp B: là phần lắng trọng lực, thực hiện tách bổ sung

các bọt khí còn sót lại ở phần tách A Để tăng hiệu quả khí ra khỏi lỏng bằngcách tăng số lượng tấm lệch dòng lên

̵• Bộ phận lưu giữ chất lỏng C: phần thấp nhất của thiết bị để thu gom

chất lỏng đưa chất lỏng ra khỏi thiết bị Đồng thời ở đây có quá trình để táchthêm lỏng – khí

̵• Bộ phận chiết sương D: là bộ phận được lắp ở vị trí cao nhất của thiết

bị với mục đích giữ lại các chất lỏng nhỏ bị dòng khí cuốn theo Tại đây cácgiọt lỏng được giữ lại và chiết xuống đáy tháp tách theo đường tháo khô chảytrực tiếp Có nhiều cách thiết kế bộ phận chiết sương khác nhau như kiểuđồng tâm, dạng cánh, dạng nan chớp,…

b) Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách khí trụ đứng

Ở trong bình tách có các bộ phận chính đảm bảo tách sơ cấp lỏng, lắnglỏng và triết sương Tốc độ tách lỏng/khí là một hàm biến thiên theo áp suất

và nhiệt độ của bình tách Nguyên lý tách của thiết bị tách khí trụ đứng dựatrên cơ sở:

xxxv