Đề tài Nghiên cứu các phương pháp phá nhũ để nâng cao hiệu quả xử lý nhũ tương nghịch và sơ đồ công nghiệp, xử lý dầu trên trạm rót dầu ở bến Chí Linh

nước tách ra, % theo giê 0,25 0,5 1 1,5 2 DE - 1 100 36,7 50,0 66,7 76,7 96,7 200 100,0 - - - - DE _ 2 50 86,7 93,3 93,3 96,7 100,0 100 100,0 - - - 200 100,0 - - - Không phô gia 0 0 0 0 0 Qua kết quả trên cho thấy đối với nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 2 chứa 30% nước chất phá nhũ thì có hiệu quả nhất: Ở 60 ¸ 700C với hàm lượng 100 g/m3 đối với phụ gia DE - 1, DE - 2, 25 g/m3 đối với phụ gia DE - 4; Ở 500C với hàm lượng 200 g/m3 đối với phụ gia DE - 1, DE - 2, 50 g/m3 đối với phụ gia DE - 4. * Mẫu 3 1.8. Nhũ nhân tạo dầu thô 3.1 chứa 30% nước biển, nhiệt độ phá nhũ 500C Bảng 23 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 3.1 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0,5 1 1,5 2 3 DE - 1 50 56,7 73,3 83,3 86,7 90,0 100 83,3 86,7 88,0 90,0 92,0 200 90,0 92,0 92,0 93,3 93,3 DE - 2 50 33,3 50,0 56,7 60,0 76,7 100 63,3 66,7 70,0 73,3 76,7 200 63,3 80,0 83,3 86,7 90,0 DE - 3 50 50,0 53,3 66,7 76,7 83,3 100 20,0 33,3 50,0 66,7 80,0 200 0 13,3 33,3 43,3 60,0 DE - 4 50 30,3 53,3 66,7 76,7 83,3 100 53,3 70,0 76,7 80,0 83,3 200 50,0 60,0 63,3 66,7 66,7 DE - 5 50 66,7 76,7 83,3 83,3 93,3 100 33,3 50,0 66,7 76,7 93,3 200 13,3 33,3 60,0 66,7 90,0 Không phô gia 3,3 6,7 6,7 10,0 13,3 1.9. Nhũ nhân tạo dầu thô 3.2 chứa 30% nước biển, nhiệt độ phá nhũ 600C Bảng 24 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 3.2 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0,25 0,5 1 1,5 DE - 1 50 66,7 93,3 100,0 - 100 90,0 96,7 100,0 - 200 100,0 - - - DE - 2 50 50,0 83,3 83,3 86,7 100 66,7 83,3 83,3 93,3 200 70,0 90,0 93,3 100,0 DE - 3 25 60,0 70,0 83,3 90,0 50 60,0 80,0 86,7 90,0 100 63,3 83,3 86,7 96,7 DE - 4 25 43,3 83,3 93,3 96,7 50 53,3 83,3 93,3 96,7 100 66,7 83,3 93,3 96,7 DE - 5 25 50,0 86,7 93,3 93,3 50 66,7 86,7 93,3 93,3 Không phô gia 0 3,3 6,7 10,0 1.10. Nhũ nhân tạo dầu thô 3.3 chứa 30% nước biển, nhiệt độ phá nhũ 700C Bảng 25 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 3.3 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0,25 0,5 1 1,5 DE - 1 50 83,3 96,7 100,0 - 100 100,0 - - - DE - 2 50 53,3 70,0 83,3 86,7 100 70,0 73,3 86,7 93,3 DE - 3 25 50,0 70,0 83,3 90,0 50 53,3 76,7 86,7 93,3 DE - 4 25 56,7 83,3 90,0 96,7 50 60,0 86,7 93,3 96,7 DE - 5 25 86,7 90,0 93,3 96,7 50 90,0 93,3 96,7 96,7 Không phô gia 10,0 10,0 13,3 16,7 Đối với nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 3 chứa 30% nước biển cả năm phụ gia đều có hiệu quả ở 60 ¸ 70OC với hàm lượng 25g/m3 đối với phụ gia DE - 3, DE - 4, DE - 5; 5 ¸100g/m3 đối với phụ gia DE -1, DE -2ở 50 OC với hàm lượng 50g/m3 đối với phụ gia DE - 3, DE-4, DE -5 và 100 ¸200g/m3 đối với phụ gia DE -1, DE -2. Ở nhiệt độ 50OC tốc độ tách nước khi phá nhũ dầu thô mẫu 2và mẫu 3 có sử dụng chất phá nhũ DE - 3, DE - 4, DE -5, giám khi nồng độ phụ gia tăng từ 50 ¸ 200 g/m3 .Sở dĩ có hiện tượng như vậy vì với nồng độ cao các phụ gia này gây ra quá trình đảo nhũ W/O thành O/W. Tại ranh giới hai pha đang bị tách ra bởi chất phá nhũ sẽ xuất hiện nhũ O/W, nhũ này làm tốc độ lắng nước bị chậm lại. Ở nhiệt độ cao 60 ¸ 70OC do độ nhớt nhũ giảm làm cho tốc độ lắng tách nước ra nhanh hơn, ảnh hưởng của quá trình này cũng giảm đi. * Mẫu 4: 1.11. Nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 4.1 chứa 30% nước biển, nhiệt độ phá nhũ 50OC Bảng 25 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 4.1 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0,5 1 1,5 2 3 DE - 1 50 3,3 16,7 23,3 43,,3 66,7 100 86,7 90,0 93,3 96,7 100,0 200 90,0 100,0 - - - DE - 2 50 6,7 6,7 11,0 13,3 26,7 100 6,7 86,7 96,7 100,0 - 200 100,0 0 - - - DE - 3 50 6,7 100,0 30,0 46,7 76,7 100 46,7 100,0 90,0 93,0 93,3 200 0 100,0 0 0 6,7 DE - 4 50 86,7 3,3 - - - 100 90,0 6,7 - - - 200 93,3 0 - - - DE - 5 50 0 3,3 6,7 6,7 100 0 6,7 13,,3 16,7 200 0 0 3,3 5,0 Không phô gia 0 0 0 0 0 1.12. Nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 4.2 chứa 30% nước biển, nhiệt độ phá nhũ 60OC Bảng 26 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 4.2 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0,25 0.5 1 1.5 2 DE - 1 50 10,0 13,3 20,0 23,3 26,7 100 56,7 100,0 - - - 200 90,0 100,0 - - - DE - 2 50 13,3 23,3 43,3 56,7 70,0 100 20,0 80,0 93,3 100,0 - DE - 3 50 6,7 20,0 43,3 66,7 80,0 100 6,7 46,7 80,0 86,7 100,0 DE - 4 25 76,7 96,7 100,0 - - 50 96,7 100,0 - - - 100 100,0 - - - - Không phô gia 0 0 0 6,7 10,0 1.13. Nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 4.3 chứa nước biển, nhiệt độ phá nhũ 70OC Bảng 27 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 4.3 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0,25 0.5 1 1.5 2 DE - 1 50 46,7 66,7 80,0 86,7 90,0 100 66,7 96,7 100,0 - - DE - 2 50 16,7 33,3 50,0 66,7 80,0 100 33,3 66,7 80,0 86,7 100,0 Không phô gia 0 3,3 6,7 10,0 13,3 Đối với nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 4 -1 chứa 30 % nước biển ở 50OC 4 loại phụ gia có hiệu quả nhất là: DE -1, DE-2, DE -3, DE -4 với hàm lượng 25g/m3: đối với phụ gia DE- 1, DE -2 ,DE -3 thì hàm lượng 100g/m3 . Đối với phụ gia DE - 4 thì hàm lượng 22g/m3 . 1.14. Nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 5.1 chứa 30% nước biển, nhiệt độ phá nhũ 45OC Bảng 28 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 5.1 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 5 phót 0.5 1 2 DE - 1 25 3,3 30,0 53,3 86,7 50 20,0 100,0 - - 100 86,7 100,0 - - 200 96,7 100,0 - - 25 6,7 53,3 70,0 83,3 DE - 2 50 16,7 96,7 100,0 - 100 33,3 96,7 100,0 - 200 56,7 96,7 100,0 - DE - 3 25 3,3 90,0 96,7 100,0 50 6,7 100,0 - - 100 86,7 100,0 - - DE - 4 25 16,7 93,0 96,7 100,0 50 66,7 100,0 - - 100 66,7 100,0 - - 200 70,0 100,0 - - DE - 5 25 10,0 93,3 96,7 100,0 50 26,7 100,0 - - 100 93,3 100,0 - - Không phô gia 10,0 16,7 26,7 33,3 Đối với nhũ nhân tạo dầu thô mẫu 5.1 chứa 30% nước biển cả 5 phô gia đều có hiệu quả với hàm lượng 25 - 50g/m3 ở 45OC. 1.15. Nhũ nhân tạo 5.2 chứa 30% nước vỉa, nhiệt độ phá nhũ 60OC Bảng 29 - Kết quả phá nhũ bằng gia nhiệt và phụ gia phá nhũ, mẫu 5.2 Chất phá nhũ Hàm lượng g/m3 Lượng nước tách ra, % theo giê 0.25 0.5 1 1.5 2 DE - 1 50 13.3 20.0 26.7 30.0 33.3 100 80.0 100.0 - - - DE - 2 50 16.7 26.0 46.7 66.7 80.0 100 40.0 90.0 100.0 - - DE - 3 50 20.0 66.7 80.0 93.3 100.0 100 23.3 76.7 96.7 100.0 - DE - 4 25 96.7 100.0 - - - 50 100.0 - - - - Theo bảng trên nhũ nhân tạo 5.2 chứa 30% nước vỉa, nhiệt độ phá nhũ 600C 4 phô gia đều có hiệu quả với hàm lượng 50 ¸ 100g/m3 2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và tốc độ khuấy trộn chất phá nhũ đến quá trình tách nhũ. 2.1.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến quá trình tách nhũ. (Nhũ dầu thô mẫu 2 chứa 30% nước biển, phụ gia DE - 1, 100g/m3, thời gian ph) Bảng 30 - Kết quả phá nhũ phụ thuộc tốc độ khuấy trộn phụ gia. Tốc độ khuấy trộn phụ gia Lượng nước tách ra, % theo giê 0.5 1 1.5 2 3 900v/ph 80.0 86.7 90.0 93.3 93.3 1200v/ph 83.3 86.7 90.0 93.3 93.3 1500v/ph 83.3 86.7 90.0 93.3 93.3 1800v/ph 83.3 86.7 90.0 93.3 93.3 2.2. Kết quả khảo sát tác động của thời gian khuấy trộn đến quá trình tách nhũ. (Nhũ dầu thô mẫu 2 chứa 30% nước biển, phụ gia DE - 1, 100g/m3, tốc độ khuấy 1500v/ph). Bảng 32 - Kết quả phá nhũ phụ thuộc thời gian quấy trộn Tốc độ khuấy trộn phụ gia Lượng nước tách ra, % theo giê 0.5 1 1.5 2 3 1phót 53.3 70.0 80.0 83.3 90.0 5phót 80.0 83.3 86.7 90.0 93.3 10phót 70.0 66.7 80.0 83.3 90.0 Kết quả khảo sát tốc độ phá nhũ phụ thuộc vào thời gian và tốc độ khuấy trộn phụ gia cho thấy trong khoảng tốc độ khuấy từ 1000 - 2000 v/ph tốc độ tách nước hầu như không thay đổi, còn với thời gian khuấy trộn là 5 phút, quá trình phá nhũ xảy ra nhanh nhất. Chương III Xử lý nhũ tương nước trong dầu trên UBN “Chí Linh” 1. Tổng quát về trạm rớt dầu không bến “Chí Linh” (F.SO - 2) Song song với việc lập dự án khai thác mỏ, ngay từ đầu đã có nhiều dự án về việc lựa chọn hệ thống đường ống bể chứa trong đó có hai dự án chính: (1) - Xây dựng đường ống dẫn sản phẩm từ mỏ về đất liền thông qua các trạm bơm trung chuyển. (2) - Xây dựng hệ thống thu gom, xử lý, chứa và xuất khẩu dầu thô tại mỏ. Sau khi khảo sát vị trí địa lý toàn tuyến tính chất lý hóa của dầu, kết hợp với nhu cầu khai thác dầu cấp bách trong điều kiện nền kinh tế nước nhà còn đang khó khăn, trình độ khoa học kỹ thuật còn nhiều hạn chế, các cơ sở hạ tầng hầunhư chưa có gì, do vậy dự án thứ hai đã được lựa chọn. Việc mua tàu vận tải dầu Crưm, hoán cải một số trang thiết bị để làm kho chứa nổi trên biển và đặt tên là trạm rót dầu không bến “Chí Linh” (F.So - 2) cũng nằm trong dự án này. Chức năng, nhiệm vụ của F.So -2 F.So - 2 có sức chứa 150.000 tấn được neo vào một phao neo xoay bởi hệ thống neo cứng. Tàu có thể quay xung quanh phao neo theo chiều gió và dòng chảy (hình 21). Nhiệm vụ chính của F.So -2 là chứa - xử lý - xuất khẩu dầu thương phẩm. Để thực hiện được nhiệm vụ này F.So -2 được trang bị các hệ thống như sau: - Hệ thống thiết bị máy móc để duy trì hoạt động của toàn trạm: Nồi hơi, máy phát điện, máy khí nén, bơm hàng, buồng sản xuất khí trơ... - Hệ thống nung nóng dầu bằng hơi nước để giữ nhiệt độ dầu trong bể luôn luôn > 400C nhằm hạn chế sự đông đặc do Parafin. - Hệ thống cung cấp khí trơ cho các bể hàng hóa. Thành phần khí này như sau: Nitơ: 80% Cacbonic: 12 - 14% Oxy: 2 - 4% Sunfuarơ: 0,2 - 0,3% Nhiệm vụ của khí này là làm trơ bể hàng hóa, giữ cho nồng độ oxy luôn nhỏ hơn 8% làm mất khả năng tạo hỗn hợp khí có thể gây cháy, nổ, ngăn ngừa bớt tốc độ ôxy hóa kim loại trong các bể. - Hệ thống đo lường tự động hóa phục vụ cho công việc xuất dầu. - Trạm xử lý dầu thương phẩm mà mục đích chính là xử lý nhũ tương nước trong dầu để giảm hàm lượng nước trong dầu đến tiêu chuẩn cho phép (gọi là UBN “Chí Linh”). - Hệ thống phòng chống cháy, cứu sinh, cứu hộ. - Hệ thống tời, neo cho phép cập tàu kiểu nối tiếp trong điều kiện sức gió đến 21m/s và hệ thống ống mềm để vận chuyển dầu. 2 - Bể công nghệ. 2.1 - Chức năng của bể công nghiệp: Tách nước trong dầu theo phương pháp trọng lực kết hợp với xử lý hóa -nhiệt. 2.2 - Cấu tạo bể công nghiệp (hình 20): n­íc dÇu khÝ 1 2 3 4 5 m 6 1,8 m 13 m Hình 21 - Sơ đồ bể công nghệ 1 - Đường dầu vào bể công nghiệp. 2 - Đường dầu vào UBN (trạm xử lý) Hai van chặn có tác dụng hướng dòng chảy vào bể công nghệ hay vào trạm xử lý là tùy theo việc quết định xử lý dầu theo phương pháp nào. 3 - Èng xi phông: Làm nhiệm vụ phân phối dầu trải đều theo tiết diện ngang của bể. Èng được đặt cách đáy bể 1,8m trong lớp nước vỉa dày 5m. Mục đích của lớp nước vỉa là tạo môi trường cho dầu trải đều theo tiết diện ngang. Ngoài ra còn có tác dụng rửa dầu và lợi dụng tính chất đồng tính của chất lỏng tạo cơ hội cho các hạt nhũ nước trong dầu hòa tan vào lớp nước này thoát khỏi sự bao bọc của dầu. 4 - Phễu lấy dầu. 5 - Phễu lấynước. 6 - Van thở: Thực chất là van một chiều, có tác dụng điều chỉnh áp suất dư trong bể luôn đạt giá trị 0,14 at, giá trị này đã được tính toán bảo đảm an toàn không gây nổ, không tạo thành bọt khí trong dầu. 2.3 - Nguyên lý hoạt động: Sản phẩm khai thác từ MSP chuyển sang ống số 1 vào bể có sức chứa 24.000 m3. Tùy thuộc vào hàm lượng nước trong dầu của từng giếng mà hóa phẩm phá nhũ được bơm theo định lượng từ 30 g/tấn đến 120 g/tấn (việc bơm hóa phẩm được thực hiện trên các MSP). Nhờ ống xi phông số 3 mà dầu thô được phun đều vào lớp nước vỉa, tỏa đều ra phủ kín tiết diện ngang của bể và dâng dần lên. Khi được phun qua lớp nước vỉa một số hạt nhũ nước trong dầu có kích thước lớn hơn bị hòa tan ngay vào lớp nước vỉa. Những hạt có kích thước nhỏ hơn có cơ hội để kết hợp với phần tử nước vỉa tạo thành hạt có kích thước lớn hơn và lắng xuống do tác dụng của trọng lực. Nhờ hệ thống nung sấy bằng hơi nước mà nhiệt độ chất lỏng trong bể luôn đạt 40 - 450C. Duy trì giá trị nhiệt độ này nhằm tránh sự kết tinh của parafin đồng thời thúc đẩy quá trình tách nước. Do chênh lệch về tỷ trọng, dầu nhẹ nổi lên trên và được hút sang bể chứa hàng hóa qua phễu số 4. Phễu số 4 đặt cách đáy 13m nhằm bảo đảm chất lượng dầu ở đầu ra. Quá trình lắng đọng của thành phần nước trong dầu vẫn tiếp tục diễn ra trong bể. Lượng nước lắng đọng được bơm về bể 5s và 5p để xử lý nước khi xả xuống biển qua phễu số 5. Phương pháp tách nước bằng trọng lực kết hợp với xử lý hóa - nhiệt nói trên được sử dụng từ năm 1986 - 1990. Hiệu quả của phương pháp này không cao, cần thời gian lưu trong bể lớn, dầu sau khi xử lý không đạt yêu cầu, ảnh hưởng đến hàng tấn dầu. Mức tiêu tốn hóa phẩm nhũ lại cao trung bình từ 60- 80 g/tấn làm tăng chi phí sản xuất. Sau khi phân tích mẫu dầu xử lý trong phòng thí nghiệm người ta thấy thành phần nước còn tồn đọng trong mẫu dầu hoàn toàn ở thể nhũ tương W/O, các hạt nhũ tương có lớp rất bền vững do các thành phần nhựa và Asphanten đã lão hóa. Nếu chỉ dùng phương pháp trọng lực thì hoàn toàn không thể tách được. Vì lý do trên năm 1991 sau khi đại tu F.So-2 người ta đã lắp đặt trên đó trạm xử lý dầu dựa trên nguyên tắc tổng hợp các phương pháp xử lý hóa - nhiệt - điện. 3 - Trạm xử lý (UBN Chí Linh). Như trên đã nói, chức năng của UBN “Chí Linh” là tách nước ở dạng nhũ tương W/O ra khỏi dầu bằng phương pháp kết hợp xử lý hóa - nhiệt - điện nhằm đạt được giới hạn hàm lượng tiêu chuẩn nước trong dầu £ 0,5%. Để thực hiện chức năng này hãng Howmar International L.T.D đã trang bị và lắp đặt UBN gồm các thiết bị sau: (1) - Hệ thống phin lọc. (2) - Bộ đo lưu lượng. (3) - Bé trao đổi nhiệt E - 101 A và E - 101 B. (4) - Bộ xử lý nhiệt - điện V-101A và V-101B. (5) - Bồn chứa hóa phẩm và hệ thống bơm định lượng. (6) - Hệ thống van phụ trợ và các thiết bị tự động hóa. Việc tính toán và thiết kế các thiết bị của UBN dựa trên các thông số trên bảng 33. Bảng 33 - Thông số cơ sở để thiết kế các thiết bị của UBN. Hàm lượng nước của dầu ra £ 0,5% theo thể tích Công suất của UBN 10.000 tấn/ng.đ Khối lượng riêng của dầu 0,82 - 0,86 g/cm3 Hàm lượng parafin 20 -25% Độ nhớt của dầu ở 500C 14Cst Nhiệt độ dầu vào ³ 340C Dộ nhớt của dầu ở 700C 6 Cst Hàm lượng nước tối đa của dầu vào 20% 3.1 - Cấu tạo - chức năng - nguyên lý hoạt động của các thiết bị. Hệ thống phin lọc: - Cấu tạo: Gồm 2 ngăn, 1 ngăn làm việc, 1 ngăn dự phòng. Phần phin lọc được chế tạo dạng lưới, đường kính mắt lưới là 3mm. Giá trị chênh áp cho phép giữa đầu vào và đầu ra của phin lọc là < 0,5 at, nếu lớn hơn giá trị này cho thấy phin bị tắc, phải tháo ra để thông rửa phin. - Chức năng: Ngăn cản các tạp chất cơ học có kích thước > 3mm không đi vào bộ trao đổi nhiệt gây tắc các rãnh nhỏ trên các tấm trao đổi nhiệt. Bộ đo lưu lượng: 2 loại. - Đo lưu lượng bằng tua bin: Gồm 1 tua bin quay nhận tác động trực tiếp của dòng dầu chảy qua và bộ biến đổi tín hiệu. - Do lưu lượng bằng tấm lỗ: gồm 1 tấm lỗ có cấu tạo đặc biệt nhằm tạo chênh áp thích hợp giữa dầu vào và dầu ra, bộ biến đổi tín hiệu và đồng hồ chỉ báo. Bé trao đổi nhiệt E - 101A ; E - 101B. - Cấu tạo: Hai bé trao đổi nhiệt này có cấu tạo hoàn toàn giống nhau. Mỗi bộ gồm rất nhiều các tấm thép mỏng ghép lại với nhau (hình 23) gọi là các tấm tác trao đổi nhiệt, giữa các tấm trao đổi nhiệt có đặt các gioăng cao su chịu nhiệt có tác dụng làm kín các chi tiết trên bề mặt tấm trao đổi nhiệt. Hình 22 - Bé trao đổi nhiệt Mỗi tấm trao đổi nhiệt gồm 2 mặt A và B được rập thành các rãnh trên bề mặt và 4 lỗ ở 4 góc tấm. Hình dáng các rãnh cũng như dòng lưu chất đi trên bề mặt một tấm trao đổi nhiệt được thể hiện ở hình 24. Lắp ráp phải đặt đúng thứ tự như thiết kế, khi đó thứ tự tổng thể cũng như hướng đi của dòng lưu chất sẽ như hình 25 và như vậy giữa các tầng sẽ hình thành các kênh rỗng cho dòng lưu chất đi qua như hình 26. Hình 23 - Tấm trao đổi nhiệt và dòng lưu chất chuyển động trên đó Hình 24 - Sơ đồ tổng thể dòng lưu chất trên các tấm trao đổi nhiệt - Chức năng của bộ trao đổi nhiệt: Như phần trước đã nói: Dầu thô mỏ Bạch Hổ có hàm lượng parafin cao do đó nhiệt độ đông đặc cao (trung bình là 320C), đồng thời hàm lượng nước trong dầu từ 5 - 6% và tồn tại dưới dạng nhũ tương W/O. Sau quá trình thí nghiệm người ta tìm ra được nhiệt độ thích hợp nhất để kích thích quá trình phá nhũ đạt kết quả cao là từ 65-750C. Nhiệt độ thích hợp để ngăn ngừa sự kết lắng của parafin và giảm thiểu sự bay hơi của thành phần nhẹ trong dầu thô là 40-450C. Như vậy sau quá trình xử lý xong nhiệt độ dầu thô còn từ 600C - 650C quá cao so với yêu cầu kỹ thuật 400C - 450C. Vì vậy người ta tận dụng ngay lượng nhiệt dư thừa này để nung nóng dòng dầu mới đưa vào UBN để nâng nhiệt độ của nó từ 350C lên 520C trước khi đưa lên bộ xử lý nhiệt - điện. Hình 25 - Sơ đồ kênh di chuyển dòng lưu chất trên bộ trao đổi nhiệt - Nguyên lý làm việc: Như hình 25: Dòng dầu nóng đi vào theo đường A toả xuống các mặt mang số lẻ 1,3,5... nhường nhiệt độ cho các tấm trao đổi nhiệt và đi ra. Dòng dầu lạnh đi vào theo đường B dâng lên theo các mặt mang số chẵn 2,4,6... nhận nhiệt từ các tấm trao đổi nhiệt rồi đi ra. Kiểu trao đổi nhiệt như trên gọi là kiểu trao đổi nhiệt qua môi trường trung gian (là các tấm trao đổi nhiệt ). Như vậy vật liệu để chế tạo các tấm trao đổi nhiệt phải đảm bảo các yêu cầu sau: Có hệ số truyền nhiệt cao để giảm lượng nhiệt thất thoát. Có độ cứng vững cao để chịu được lực khi Ðp làm kín toàn thể khối bằng hai thít kim loại dày ở hai đầu. Qua thực tế hoạt động của bộ trao đổi nhiệt thấy rằng các mặt mang số lẻ của dòng dầu nóng sau một thời gian làm việc sẽ tạo ra một lớp kết dính có thành phần như cốc, nóng chảy ở nhiệt độ rất cao khoảng trên 1500C. Lớp kết tinh này làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của cả quá trình. Hiện nay chưa có biện pháp phòng ngừa kết dính mà chỉ có biện pháp khắc phục. Bộ xử lý nhiệt - điện Hai bé V - 101A và V- 101B có cấu tạo chức năng và nguyên lý hoạt động như nhau, chúng được nối song song để tăng công suất tách của UBN đồng thời nếu một cái bị sự cố thì cái kia vẫn hoạt động bình thường hoặc có thể hoạt động nối tiếp tuỳ theo lưu lượng dầu tới tàu. - Cấu tạo: Gồm 2 ngăn : ngăn nung nóng dầu và ngăn xử lý bằng điện trường, hình 27. - Ngăn điện trường: Gồm 3 giàn điện cực 1, 2, 3 ống xi phông 4, 5 nối liền với vách ngăn tạo thành 2 ống có liên thông đón dầu từ ngăn nung tràn qua. - Chức năng của bộ xử lý: Là phá vỡ hệ nhũ tương W/O thúc đẩy quá trình lắng đọng của thành phần nước bằng trọng lực với tác động của hoá phẩm phá nhũ, nhiệt độ và môi trường. - Nguyên lý hoạt động: Dầu thô sau khi qua bé trao đổi nhiệt, nhiệt độ của nó được tăng lên 520C, sẽ đi vào bộ gia nhiệt của ngăn nung. Tại đây dầu tiếp tục được nung nóng từ 520C đến 650C theo cửa thoát của bộ gia nhiệt tràn qua ngăn nung. Mực nước ở vỉa ngăn nung luôn được duy trì ở mức 700mm (ngập bộ gia nhiệt) và cũng đạt nhiệt độ 650C. Như vậy dầu ra khỏi bộ gia nhiệt đi qua lớp nước vỉa trải đều trên lớp tiết diện ngang của ngăn nung, dâng dần và tràn qua ngăn điện trường.Tại ngăn điện trường lớp nước vỉa được duy trì ở mức 990 - 950 mm (ngập hai ống xi phông 4 và 5). Dầu từ ngăn nung tràn sang qua ống xi phông 4 và 5 phun đều vào lớp nước vỉa, trải đều theo tiết diện ngang của ngăn, dâng dần lên qua các giàn điện cực 1, 2, 3 và theo ống 6 đi ra. Tác dụng của lớp nước vỉa ở cả hai ngăn cũng tương tự như bể công nghệ đã trình bày. Ngoài ra bên ngăn điện trường, lớp nước này còn có tác dụng như một bơm cực âm kết hợp với 3 giàn điện cực kim loại tạo nên một vùng điện trường kép làm tăng khả năng kết hợp làm một giữa các giọt nhũ nước tạo thành giọt có kích thước lớn hơn, tăng tốc độ tách. Nguồn điện cung cấp cho các giàn điện cực là nguồn xoay chiều có hiệu điện thế từ 12.000V - 22.000V. Có thể điều chỉnh hiệu điện thế tuỳ theo hàm lượng nước trong dầu nhiều hay Ýt và lượng hoá phẩm đã bơm vào dầu. Cơ chế tác động của sự kết hợp Hoá - Nhiệt - Điện đến quá trình phá nhũ như đã trình bày ở phần các phương pháp xử lý nhũ tương W/O. Bảng 34 - Các thông số hoạt dộng của bộ xử lý V-101A/B Áp suất thiết kế (at) 6,9 Áp suất hoạt động (at) 3,5 Nhiệt độ thiết kế (oC) 75 Nhiệt độ hoạt động (0C) 65 Nhiệt độ dầu vào (0C) 52 Nhiệt độ sau khi xử lý (0C) 65 Mức nước ngăn nung (mm) 700 Mức nước ngăn điện trường (mm) 995 Mức dầu ngăn nung (mm) 2700 - Tác dụng phá nhũ của thiết bị V- 101A/B: Như trên đã nói bộ xử lý dầu V-101A/B thực chất là xử lý nhũ tương W/O bằng phương pháp kết hợp Hoá - Nhiệt - Điện nhằm đạt hiệu quả cao trong công tác tách nước ra khỏi dầu. Tác động của hoá phẩm, nhiệt độ và điện trường đến các hạt nhũ phân tán trong dầu hoàn toàn dựa trên cơ sở các phương pháp phá nhũ tương W/O đã trình bày ở chương trước. Hoá phẩm: Hiện nay mỏ Bạch Hổ đang sử dụng hai loại hoá phẩm phá nhũ W/O là separol của Indonesia, Demulfer của Nhật Bản. Định lượng hoá phẩm như sau: Separol - WF - 1 là 0,015 kg/tấn, separol - FC 014 là 0,030 kg/tấn, Demulfer là 0,015 kg/tấn. Bơm định lượng hoá phẩm được thực hiện trên các MSP nhằm tạo được khoảng cách, thời gian tác động cần thiết và điều kiện xáo trộn giữa hoá phẩm lên lớp vỏ nhũ tương. Nhiệt độ: Dầu thô sau khi qua bé gia nhiệt bằng hơi nước ở ngăn nung, nhiệt độ dầu đạt tới 650C. Theo các thí nghiệm của viện NIPI thì đối với dầu ở mỏ Bạch Hổ khoảng nhiệt độ từ 65 - 750C là lý tưởng để giảm độ nhớt của dầu và tác dụng của hoá phẩm đạt hiệu quả nhất. Vận tốc đi lên của dầu ở ngăn nung đã được tính toán khi thiết kế phù hợp với tốc độ lắng do trọng lực của các hạt kích thước lớn. Như vậy tại ngăn nung sau khi dầu được tăng nhiệt độ, giảm độ nhớt thì đã có quá trình giảm trọng lực. Quá trình này hoàn toàn tuân theo định luật Stok đã trình bày ở phần trước. Việc tách nước ở ngăn nung do tác động của trọng lực có một ý nghĩa quan trọng cho giai đoạn xử lý bằng điện trường, bởi vì lượng nước được tách ở ngăn nung làm cho hàm lượng nước trong dầu tràn sang ngăn xử lý bằng điện trường giảm xuống đạt mức yêu cầu kỹ thuật là £ 10%. Điện trường: Để tạo ra một lực điện trường, ở ngăn xử lý bằng điện trường, người ta sử dụng nguồn điện xoay chiều có điện áp thay đổi được từ 12.000V - 22.000V tuỳ theo hàm lượng nước và định lượng hoá phẩm trong dầu. Việc bố trí xen kẽ các giàn điện cực kết hợp với lớp nước rửa có tác dụng như bản cực nhân tạo nên một vùng điện trường kép làm cho các hạt nước bị phân cực liên tục (hiẹn tượng đảo cực liên tục do tác dụng của điện trường xoay chiều ), chính hiện tượng đảo cực liên tục này làm cho giọt nước bị bóp méo loạn xạ, làm suy yếu lớp màng bao xung quanh giọt nhũ nước, đồng thời tạo ra một quán tính thúc đẩy các hạt nước va chạm nhau và hợp lại làm một. Khi kích thước các hạt nước tăng lên do quá trình va chạm hợp lại thì tốc độ lắng do trọng lực lại tăng lên đúng theo định luật Stok. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị tự động hoá trên UBN “Chí Linh”: UBN “Chí Linh” làm việc với chế độ tự động hoá cao. Các thiết bị tự động hoá đã được tính toán, thiết kế tự động điều chỉnh nhằm đảm bảo các thông số hoạt động của hai thiết bị chính là bộ trao đổi nhiệt và bộ xử lý Nhiệt - Điện. Nguyên lý làm việc và tác động qua lại của các thiết bị điều kiển như sau: Bộ điều khiển chênh áp DPIC - 013 điều khiển van XCV - 013 và XCV - 024 duy trì sự cân bằng dòng chảy của dầu ướt qua hệ thống trao đổi nhiệt E - 101 A/B. Bộ điều khiển chênh áp DPIC - 103 để duy trì độ chênh áp của dòng dầu ướt ở đầu vào và đầu ra của bộ trao đổi nhiệt luôn ở mức 1,4 at. Nếu độ chênh áp vượt quá 1,4 at thì DPIC - 103 tác động đến van XCV - 103 và XCV - 204 để giảm độ chênh áp xuống đến 1,4 at. XCV -103 và XCV - 204 còn có chức năng duy trì nhiệt độ dòng dầu khô đến bể chứa ở mức lớn hơn 400C thông qua bộ điều khiển nhiệt TIC - 017. Nhiệt độ của dòng dầu khô ở đầu ra của bộ trao đổi nhiệt được TIC - 017. Cảm nhận và phát tín hiệu đến DPIC - 013, DPIC - 013 tác động đến chức năng của XCV - 103 và XCV 204 để duy trì nhiệt độ dầu khô ở đầu ra của bộ trao đổi nhiệt luôn đạt tới mức lớn hơn 400C. Khi lưu lượng và nhiệt độ của dòng dầu khô đạt mức thiết kế thì cả hai van XCV - 103 và XCV - 204 đều mở để cấp nhiệt cho dòng dầu ướt đạt mức 520C thông qua bé trao đổi nhiệt, nhưng vẫn đảm bảo được nhiệt độ dầu khô ở đầu ra của bộ trao đổi nhiệt đạt mức > 400C (trên giới hạn điểm đông của dầu là 350C). Để đảm bảo tối ưu hoá việc thu hồi nhiệt thì nhiệm vụ cơ bản của thiết bị tự động hoá là phải điều tiết dòng chảy của dầu khô và dầu ướt qua bé trao đổi nhiệt thật hợp lý bằng cách điều chỉnh độ chênh áp thông qua tín hiệu báo giá trị nhiệt độ của dòng dầu khô XCV- 103 đóng ở áp suất 3 psi và mở áp suất ³ 9 psi. Trong điều kiện mà lưu lượng và nhiệt độ đạt tới giá trị thiết kế thì cả hai van XCV -103 và XCV - 204 sẽ mở và lúc đó nhiệt độ dầu ướt sau khi qua bé trao đổi nhiệt sẽ đạt mức 520C như thiết kế và nhiệt độ dầu khô sau khi đi qua bé trao đổi nhiệt không giảm xuống dưới 400C theo đúng yêu cầu kỹ thuật. Dầu ướt đi vào ngăn xử lý nhiệt của bộ xử lý nhiệt - điện sẽ được nung nóng bởi bộ sấy bằng hơi nước nóng theo nguyên tắc hơi nóng đi trong ống và dầu đi ngoài ống. Dòng hơi nóng đi trong ống được điều chỉnh bởi TIC - 050 và TIC - 090. PIC - 054 và PIC -094 duy trì áp suất trong ngăn nung ở mức thích hợp để tốc độ dòng chảy tràn sang ngăn xử lý đạt như thiết kế. Dòng ra của mỗi bộ xử lý được điều chỉnh bởi LIC - 064 và LIC - 104 để duy trì mức trong ngăn nung theo như thiết kế. Nước tách trong hai ngăn của bộ xử lý Nhiệt - Điện cũng được giữ ở mức thiết kế bởi LIC - 063 và LIC - 103, LIC - 066 và LIC - 106. Hình 26 - Sơ đồ công nghệ xử lý dầu trên UBN Chí - Linh Ngoài ra trên đường ra của dòng dầu đã qua xử lý có gắn thiết bị đo hàm lượng nước. Nếu hàm lượng nước > 0,5% thì van HCV - 353 A/B được đóng lại bằng cách sử dụng công tắc HS - 353 trong phòng điều khiển để hướng dòng dầu trở lại bể chứa dầu chưa qua xử lý để tái xử lý. 3. 2 - Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động của UBN Chí Linh Sơ đồ công nghệ xử lý dầu của UBN “Chí Linh “được thể hiện ở hình 29. Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau: Dầu từ các MSP đến được đi qua hệ thống phin lọc để loại bỏ các chất cơ học kích thước > 3mm. Sau đó dầu đi qua bé trao đổi nhiệt E - 101 A/B, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với dầu đã qua bé V - 101 A/B (nhiệt độ của dòng dầu đã qua xử lý là 650C). Sau khi qua bé trao đổi nhiệt, nhiệt độ của nó được tăng từ 350C lên 520C và đuợc đưa vào bộ xử lý V- 101 A/B tại đây dầu ướt được nung nóng lên tới 650C và thực hiện quá trình tách khí, nước và các tạp chất cơ học. Khí được đưa xuống các bể hàng, nước được đưa tới bộ phận xử lý nước thải. Dầu đã xử lý sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ của nó giảm xuống còn 400C đến 450C và được đưa tới bể hàng hoá (nếu chưa đạt tiêu chuẩn sẽ được đưa tới bể chứa để tái xử lý ). Tại bể hàng hoá dầu vẫn được nung nóng để luôn đạt nhiệt độ > 400C để tránh lắng đọng parafin. 3 . 3 - Những điều cần chú ý khi vận hành trạm UBN “Chí Linh”: Trong quá trình vận hành UBN Chí Linh cần chú ý các vấn đề sau: 3.3.1- Tại thời điểm khởi động trạm: Theo như hoạt động bình thường thì dầu ướt từ MSP sang được đưa vào bộ trao đổi nhiệt rồi sang bộ xử lý nhiệt - điện. Nhưng tại thời điểm khởi động ta chưa có dòng dầu nóng (dầu đi ra từ V - 101 A/B) để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt. Để giải quyết vấn đề này ta phải đóng tất cả các van vào bộ trao đổi nhiệt (N20, N21) để dòng dầu ướt đi thẳng vào bộ xử lý nhiệt - điện. Nhưng theo thiết kế thì tại ngăn nung của bộ xử lý nhiệt - điện chỉ có thể nâng dần nhiệt độ của dầu từ 520C lên 650C chứ không thể nâng nhiệt dộ dầu từ 350C lên 650C, bởi vậy ta phải cho dòng dầu ướt tuần hoàn nhiều lần qua bộ xử lý để nâng dần nhiệt độ của dầu lên đến 650C mới tiến hành quá trình trao đổi nhiệt. Để dầu tuần hoàn ta không cho dầu nóng qua bộ xử lý nhiệt - điện về bộ trao đảo nhiệt bằng cách đóng van N14 và N15. Sau đó đóng van N353 để dầu thực hiện chu trình tuần hoàn đến khi đạt nhiệt độ yêu cầu thì mở các van đã đóng trước đó để đưa trạm vào hoạt động bình thường. 3. 3. 2- Như đã trình bày trong phần thiết bị trao đổi nhiệt. Sau một thời gian làm việc trên bề mặt các tấm trao đổi nhiệt sẽ hình thành một lớp kết dính làm giảm hệ số truyền nhiệt giữa hai dòng dầu nóng và lạnh. Để khắc phục vấn đề này ta có các giải pháp sau: - Dùng hơi nóng thổi trực tiếp vào đường vào của dầu khô nhằm tăng nhiệt độ tổng thể của bộ trao đổi nhiệt để phá lớp kết dính do nhựa và parafin lắng đọng. - Khi lớp kết dính trở nên bền vững thì phải dừng trạm, tháo gỡ bộ trao đổi nhiệt và tiền hành vệ sinh bằng nguồn hơi nước nóng cung cấp cho bé gia nhiệt (xem hình 30) Hình 27 - Tháo và rửa các tấm trao đổi nhiệt bằng hơi nước nóng. 3.3.3- Khi dầu từ MSP đưa sang có hàm lượng nước > 20% thì phải hướng dòng chảy về bể công nghệ để tách bớt nước bằng phương pháp lắng đọng do trọng lực kết hợp với hoá phẩm phá nhũ, giảm hàm lượng nước đến mức cho phép mới được đưa vào bộ xử lý nhiệt - điện, tránh gây ra hiện tượng ngắn mạch do hàm lượng nước cao. 3.3.4- Khi phát hiện đã qua xử lý nhưng chưa đạt tiêu chuẩn hoặc có báo cáo từ các MSP rằng lượng hoá phẩm bơm vào dầu giảm hoặc vì lý do nào đó, thì phải đưa dầu về bể công nghệ xử lý hoá phẩm. Tuy nhiên do điều kiện xáo trộn không tốt khoảng cách cũng như thời gian xáo trộn giảm nên hiệu quả của hoá phẩm không cao. Do vậy phải kết hợp điều chỉnh điện áp ở ngăn xử lý diện hợp lý với việc làm chậm dòng chảy của dầu vào bể chứa chưa xử lý để tăng thời gian trộn lẫn. Song song với các biện pháp trên ta có thể trộn lẫn lượng dầu đạt chất lượng tốt với lượng dầu chất lượng kém sao cho vẫn đạt tiêu chuẩn về hàm lượng nước và cặn cơ học cho phép. Trường hợp các quy trình nêu trên không mang lại kết quả thì phải tiến hành xử lý từng phần dầu ướt trong bể bằng cách sử dụng bơm vận chuyển để tuần hoàn dầu từ bể này qua bể khác kết hợp với bơm hoá phẩm vào các thời điểm thích hợp như bơm vào cửa hút của bơm. Tất cả các công việc này nhằm đạt được mức xáo trộn hoá phẩm tốt nhất, sau đó đưa về bể lắng để thực hiện quá trình lắng đọng do trọng lực. CHƯƠNG IV Lựa chọn kiểu thiết bị trao đổi nhiệt và tính toán các thông số xử lý trong bộ xử lý nhiệt - điện. I. Lựa chọn kiểu thiết bị trao đổi nhiệt. 1.1. Giới thiệu: Trong thực tế sản xuất có rất nhiều kiểu trao đổi nhiệt. Về bản chất thì chỉ có 2 kiểu, đó là: Trao đổi trực tiếp và trao đổi gián tiếp (trao đổi nhiệt qua môi trường trung gian). Trao đổi nhiệt trực tiếp thường áp dụng cho các môi trường chất lỏng đồng chất, đồng tính nhưng có nhiệt độ khác nhau. Quá trình trao đổi nhiệt kiểu này thực ra là sự pha trộn hai dòng chất lỏng cùng loại theo một tỷ lệ nào đó để đạt được thông số nhiệt độ cần thiết. Trao đổi nhiệt gián tiếp qua môi trường trung gian được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế. Môi trường trung gian thường thường là vật liệu kim loại có độ dẫn nhiệt tốt. Các chất trao đổi nhiệt cho nhau là chất lỏng, có thể là cùng loại và có thể là khác loại. - Căn cứ theo môi trường trung gian ta có các kiểu như sau: + Trao đổi nhiệt bằng một tổ hợp ống (hình 31): thường được sử dụng để làm mát hệ thống dẫn bôi trơn hoặc làm mát Freon của hệ thống máy lạnh công suất lớn hoặc làm mát hệ nước làm mát của các ổ đỡ, bạc đỡ. Riêng trường hợp này thì người ta hay dùng nước ngọt để làm mát trực tiếp cho các ổ đỡ và dùng nước biển để làm nước ngọt (áp dụng nhiều cho các công trình trên biển với mục đích tiết kiệm nước ngọt). Hình 28 - Tổ hợp ống trao đổi nhiệt + Trao đổi nhiệt qua lớp vỏ của thiết bị: Chất lỏng nhiệt độ cao chảy trong lòng một thiết bị kín, nhiệt độ sẽ truyền cho lớp vỏ của thiết bị này. Làm mát vỏ thiết bị bằng phun nước trực tiếp, nước làm mát không tuần hoàn. + Trao đổi nhiệt bằng tổ hợp các tấm kim loại định hình ghép lại như bộ trao đổi nhiệt của UBN “Chí Linh” đã trình bày ở phần trước. - Căn cứ vào các chất trao đổi nhiệt ta có các kiểu sau: + Trao đổi nhiệt của cùng loại chất lỏng như: nước - nước, dầu - dầu... + Trao đổi nhiệt của chất lỏng khác nhau như: nước - dầu, nước - glycoi: Trên UBN “Chí Linh” đang áp dụng phương pháp trao đổi nhiệt bằng tổ hợp các tấm kim loại định hình ghép lại cho chất lỏng cùng loại là dầu với dầu. Việc thiết kế một bộ trao đổi nhiệt kiểu này đòi hỏi phải có rất nhiều kinh nghiệm, bởi vì cũng là để trao đổi nhiệt giữa dầu với dầu qua môi trường trung gian là các tấm kim loại mỏng nhưng các thông số kỹ thuật như: Lưu lượng, nhiệt riêng của dầu khác nhau sẽ dẫn đến thông số thiết kế khác nhau. Chính vì vậy hãng ALFALAVAL là một trong những hãng đi đầu trong lĩnh vực thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt đã thiết kế sẵn một số kiểu đặc trưng hay được sử dụng trong các ngành công nghiệp. Khách hàng có nhu cầu về thiết bị trao đổi nhiệt sẽ dựa vào tài liệu hướng dẫn của hãng, kết hợp với các thông số kỹ thuật theo yêu cầu của đơn vị mình để tính toán lựa chọn một kiểu thiết bị phù hợp. Còn việc thiết kế như thế nào, hệ thống công thức cũng như lý thuyết cơ sở sử dụng cho công việc thiết ra sao, hoàn toàn thuộc về bí mật của hãng và cũng nằm ngoài khả năng nghiên cứu của tác giả. Sau đây dựa trên tài liệu hướng dẫn phương pháp tính toán để lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt của hãng ALFALAVAL [6] tác giả sẽ áp dụng để chọn kiểu trao đổi nhiệt cho UBN “ Chí Linh”. 1.2. Phương pháp tính toán. 1.2.1. Cơ sở lý thuyết Để giải quyết một vấn đề về nhiệt trước hết ta phải biết được các thông số có liên quan và một số cơ sở lý thuyết về nhiệt. Sau đây là 6 thông số quan trọng nhất: (1) Nhiệt lượng trao đổi (P): Chính là lượng nhiệt được cung cấp bởi dòng dầu nóng đã qua bộ xử lý nhiệt - điện và đi vào một mặt của các tấm trao đổi nhiệt. Lượng nhiệt này tương dương với lượng nhiệt thu được mở mặt kia bá qua lượng nhiệt mất mát cho khí quyển vì nó không đáng kể. Nhiệt lượng trao đổi nhiệt được tính theo công thức: P = m. Co. dt: (kw hoặc Keal/h) (45) Ở đây: m - Lưu lượng dòng dầu, (kg/s). Co - Nhiệt dung riêng của dầu ở nhiệt độ cần tính toán, (J/kg 0C). dt - Chênh lệch nhiệt độ ở mặt đầu nóng vào và ra, (0C). (2). Nhiệt độ dầu vào và ra ở mặt thứ nhất của các tấm trao đổi nhiệt T1,T2. (3). Nhiệt độ dầu vào và ra ở mặt thứ hai của các tấm trao đổi nhiệt T3, T4. (4). Độ giảm áp lớn nhất cho phép ở hai mặt của các tấm trao đổi nhiệt. (5). Nhiệt độ làm việc lớn nhất. (6). Áp suất làm việc lớn nhất. Các thông số khác có liên quan đến quá trình tính toán: - Độ chênh lệnh giữa đầu vào của dòng dầu nóng và đầu ra của dòng dầu lạnh (DT1): DT1 = T1 - T4 (46) - Độ chênh nhiệt giữa đầu vào của dòng dầu nóng và đầu ra của dòng dầu lạnh (DT2): DT2 = T2 - T3 (47) - Độ chênh nhiệt giữa đầu vào và đầu ra của dòng dầu nóng (dt): dt = T1 - T2 (48) - Logarit độ chênh nhiệt trung bình LMTD (Logarith mic mean temperature difference): Là mức độ truyền nhiệt có hiệu quả trong bé trao đổi nhiệt: LMTD = (49) - Độ gia nhiệt 0: là mối quan hệ giữa dt và LMTD 0 = (50) - Độ cản nhiệt cho phép (R1): Được biểu diễn như phần trăm diễn tích trao đổi nhiệt được cộng thêm hoặc như một hệ số cản nhiệt được biểu diễn theo các dơn vị m2 0C/W hoặch m2.h.0C/Kcal. Bé trao đổi nhiệt gồm các tấm ghép lại có hệ số cản nhiệt cho phép luôn thấp hơn so với trao đổi nhiệt bằng tổ hợp ổng và trao đổi nhiệt qua lớp vỏ. Hệ số này thường là 0.000025m2 0C/W (0.00003 m2h 0C/Kcal) hoặc là bằng 15% nếu tính theo số dư diện tích của bộ trao đổi nhiệt. - Hệ số truyền nhiệt (K): Là đơn vị do sức đề kháng đối với dòng nhiệt. Sức đề kháng này được tạo bởi vật liẹu chế tạo tấm trao đổi nhiệt, hệ số cản nhiệt, tính chất của chất lỏng và kiểu trao đổi nhiệt được áp dụng. Hệ số truyền nhiệt được xác định bằng biểu thức: (51) Đơn vị tính là w/m2 0C hoặc Kcal/h.m20C. ở đây: a2: hệ số truyền nhiệt giữa môi trường Êm và bề mặt trao đổi nhiệt (W/m2 0C). a2: Hệ số truyền nhiệt giữa bề mặt trao đổi với môi trường lạnh (W/m2 0C). d: Độ dày của tấm trao đổi nhiệt (m) Rf: Hệ số cản nhiệt (W/m2 0C). l: Độ dẫn nhiệt của kim loại được dùng để chế tạo tầm trao đổi nhiệt (W/m2 0C). Mỗi thông số trong phương trình trên đều có thể ảnh hưởng tới việc chọn thiết bị trao đổi nhiệt. Việc chọn vật liệu kim loại để chế tạo tầm trao đổi nhiệt không ảnh hưởng nhiều lắm đến khả năng trao đổi nhiệt của nó mà chỉ ảnh hưởng đến độ bền và tính chịu ăn món của chi tiết. Trao đổi nhiệt bằng các tầm kim loại mỏng ghép lại có lợi điểm là mức độ chênh lệch độ giữa 2 mặt của tấm là rất nhỏ vì độ dày của tấm chỉ từ 0,5 l 0,6mm, tiếp diện tiếp xúc loại lớn do vậy hệ số cản nhiệt Rf rất nhở. Đồng thời thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm rất phù hợp với chất lỏng là dàu nhiều paralin, khả năng trao đổi nhiệt. Công việc này không thể thực hiện được ở các kiểu thiết bị trao đổi nhiệt khác. Theo [6]: Hệ số K của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm nghép đạt tới 8000w/m2 0C, trong khi đó kiểu tổ hợp ống chỉ đạt dưới 2500w/m2 0C. 1.2.2. áp dụng vào tính toán để chọn kiểu thiết bị trao đổi nhiệt cho UBN “Chí Linh”. - Lập chương trình nhiệt độ theo yêu cầu kỹ thuật: T1 = 650C T3 = 350C T2 = 400C T4 = 520C - Tính độ chênh nhiệt giữa đầu vào của dòng dầu nóng và đầu ra của dòng đầu lạnh DT1: DT1 = T1 - T4 = 65 - 52 = 130C - Trình độ chênh nhiệt giữa đầu ra của dòng đầu nóng và đầu vào của dòng đầu lạnh DT2: DT2 = T2 - T3 = 40 - 35 = 50C - Tính độ chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra của dòng đầu nóng: dt = T1 - T2 = 65 - 40 = 250C - Tính nhiệt lượng trao đổi P theo công thức (45): P = m. Co. dt. + Tính m theo đơn vị kh/s: Ta biết rằng công suất của UBN “Chí linh” là 10.000 l/ngđ. Như vậy mỗi bộ trao đổi nhiệt chỉ chịu ẵ giá trị này là 5000 1/ngđ. Quy đổi đơn vị từ 1/ngđ sang kh/s ta được: m = 57,87 kg/s. + Tính nhiệt dung của đầu ở 350C theo công thức (15): Co = 31,56 (1687.5 + 3.391) lr20 (1 - P1) + P1. CP] Biết rằng: CP = 2710J/kh0C r20 = 860 kg/m3 t = 350C dt = 250C P1 được xác định theo kết quả thực nghiệm của Viện NIPI với khoảng nhiệt độ: 280C < T £ 430C, khi đó: P1 = Vậy: C0 = Thay giá trị của các thông số vào công thức (34) ta tính được: P = 57.87 x 0.066 x 25 = 95.4855 KJ/s = 343747.8 KJ/h = 82197 Kcal/h (vì 4.182 KJ = 1 kcal). Hay P = 95,6 KW (vì 860 Kcal/h = 1KW). - Tính LMTD: LMTD = Tính q: q = Tính f: f = - Tiến hành chọn kiểu thiết bị trao đổi nhiệt theo biểu đồ hình 32: Các bước tiến hành như sau: Bước 1: Lấy giá trị của LMTD: có thể lấy giá trị này theo tính toán ở trên hoặch có thể kẻ nối giá trị DT1 với DT2 để lấy giá trị của LMTD trên biểu đồ. ở đây ta lấy giá trị LMTD = 8.33. Bước 2: Từ điểm LMTD = 8.33 gióng sang ngang gặp đường dt = 25 tại điểm A. Bước 3: Từ A dòng thẳng xuống gặp 0 = 3 chứng tỏ phần tính toán đã chính xác. Đến đây có 2 cách giải quyết: Cách 1: gọi là cách lựa chọn nhanh. Sử dụng giá trị f đã tìm được để chọn kiểu thiết bị qua bảng 3 bằng cách lấy cận trên của f, sau đó giòng xuống hàng dưới ta sẽ được kiểu thiết bị trao đổi nhiệt cần chọn. kiểu thiết bị này có kích thước nhỏ nhất cho phép vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế. Ở đây ta có f= 11,5, cận trên của giá trị này trong bảng 3 là fmax = 16, giòng xuống hàng dưới có kiểu thiết bị tương ứng là CB 26 và M3. Thể nhưng trên biển đồ, kiểu CB 26 và kiểu m3 lại không nằm trên đường giòng từ A xuống. Điều này có nghĩa là hai kiểu này không đáp ứng được lưu lượng dầu theo yêu càu 9m> 50 kg/s). Do đó phải giải quyết theo cách thứ hai. Cách 2: Như phần trên đã tính lưu lượng thiết kế của một bộ trao đổi nhiệt là m = 57.87 kg/s. Chọn trên cột lưu lượng lấy giá trị m = 40¸ 100 giòng sang ngang gặp đường thẳng giòng từ A xuống tại ô có mã số M15. Đây chính là mã số của kiểu thiết bị cần chọn. Các thông số của bộ trao đổi nhiệt có mã số M15. Bảng 35 - Đặc tính kỹ thuật bộ trao đổi nhiệt M15. Lưu lượng cựu đại, m3/h 300 Diện tích bề mặt cực đại, m2 300 áp suất hoạt động cực đại, MPa 25 Nhiệt độ hoạt động cực đại, 0C 140 II - Tính toán các thông số trong bộ xử lý nhiệt điện: [7] ¸ [30] 2.1 - Tính toán tốc độ lắng của các giọt nước pha phân tán khi đã biết đường kính của chúng. Trong trọng trường, một giọt nước đang lắng xuống phải chịu sự tác động của: Trong trọng lực và lực nâng Ac - xi - mét. DF = (52) Ở đây: Dp: Hiện số khối lượng riêng của pha phân tán và môi trường phân tán (kg/m3) d: Đường kính của giọt phân tán,(m) - Lực cản của môi trường phân tán: Fe = x0. ; (53) Ở đây: x: Hệ số cản thủy lực của môi trường phân tán chống lại sự chuyển động của giọt phân tán. w0: Tốc độ lắng tự do của giọt phân tán, (m/s). rc: Khối lượng riêng của môi trường phân tán, (kg/m3) - Lực của các dòng đối lưu trong môi trường phân tán. Giá định rằng nhiệt độ ở mọi điểm của bộ xử lý là bằng nhay thì không có các dòng đối lưu. Khi tốc độ chuyển động của các giọt phân tán trong môi trường phân tán là không đổi thị: DF = FC ; (54) Từ đây, có tính đến (41), (42), suy ra: x0. Re = ; (55) Ở đây: Re0: Tiêu chuẩn Reynol. Ar: Tiêu chuẩn Ac - Xi - Mét. Lắng dọng ở vùng chế độ chảy tường được đặc thụ bởi những giá trị sau đây của hệ số Reynol: 10-4 < Re £ 2; (56) Tương ứng, hệ só cản thủy lực của môi trường phân tán đối với sự chuyển động của giọt phân tán ở chế độ này là: x 0 = ; (57) Từ (44) có tính đến (46) ta có: Re = ; (58) Sự dụng các giá trị giời hạn của tiêu chuẩn Reynol (45) đến (47) có thể để dàng tính ra các giá trị giới hạn của tiêu chuẩn Ac - xi - mét trong vùng chế độ chảy rầng lắng đọng của các giọt là: 18.10-4 < Ar £ 36; (59) Trong vùng chế độ lắng đọng chuyển tiếp: 2 < Re £ 500 ; (60) Còn hệ số phản kháng thủy lực của môi trường phân tán đối với sự lắng đọng của giọt phân tán được xác định theo công thức của ALLENE: x0 = ; (61) Từ (44) có tính Õn (50) đối với hệ số Raynol ta có: Re = ; (62) Tương tự như khi kết luận (48), tư (51) có tính đến các giá trị giới hạn Re (49) suy ra rằng: Các giá trị giới hạn tương ứng của tiêu chuẩn Rc - xi - mét trong vùng chế độ lắng đọng chuyển tiếp của các giọt phân tán là: 36 < Ar £ 83,3.103; (63) Vì rằng hệ số Raynol: Re = ; (64) m - Độ nhớt động lực của môi trường phân tán. Nếu khi biết đường kính của giọt phân tán và tgiá trị Re (53), suy ra: w0 = ; (65) Như vậy trong vùng chế độ chảy tầng, tốc dộ lắng đọng của giọt phân tán bằng: w0 = ; (66) Trong vùng chế độ lắng đọng chuyển tiếp: w = ; (67) Vậy thì, để tính tốc độ lắng tự đo của các giọt phân tán khi biết đường kính của chúng, trước hết người ta tính toán tiêu chuẩn Ac - xi - mét: Ar = ; (68) rB - Khối lượng riêng của nước pha phân tán và nếu giá trị của nó đáp ứng được bất đẳng thức (48) thì tốc độ tính toán theo (54). Còn nếu giá trị của nó đáp ứng bất đẳng thức (52) thì tốc độ lắng được tính theo (56). 2.2. Tính toán thiết bị lắng: Ngoài tác dụng xử lý nhiệt - điện cho hệ nhũ tương, thiết bị xử lý nhiệt - điện còn có tác dụng như một bể lắng ở trạng thái dòng chảy vào ra liên tục. Tính toán công nghệ cho thiết bị lắng kiểu này nghĩa là xác định khả năng cho chất lỏng đi qua (lưu thông chất lỏng0 của thiết bị hoặc xác định kích thước của nó. Nếu tốc độ hợp lưu của các giọt nước pha phân tán với gối nước - tức một lớp nước đệm trong thiệt bị - nhỏ hơn tốc độ tích tự các giót trên mặt phân cách dầu - nước, thì giữa dầu và gối nước sẽ tạo thành một lớp chuyển tiếp, mà độ dày của nó sẽ giảm dần về phía dầu ra khỏi thiết bị. Độ ngậm nước của dầu tại đầu ra của thiết bị được xác định theo hạm lượng các giọt nước nhỏ, mà thời gian lắng của chúng lớn hơn thời gian xê dịch dọc trục của nhũ tương bị phân tán trong thiết bị. Tốc độ chuyển động của nhũ tương dọc theo thiết bị (bể lắng) từ đầu vào đến đầu ra không ngừng giảm xuống từ giá trị ở đầu vào. wBX = ; (69) Đến giá trị ở đầu ra. wBGX = ; (70) Ở đây: Q : Lượng chất lỏng (nhũ tương) không ngững được dẫn vào thiết bị đẻ phân tách trong một đơn vị thời gian. SH: Tiết diện ngang được chiếm bởi lớp dẫn (nhũ tương) tại đầu vào thiết bị. Q*H: Lượng nhũ tương còn chứa nước dư liên tục chảy ra khỏi thiết bị trong 1 đơn vị thời gian. Trong khoảng thời gian nhũ trương đi từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị, mật độ của pha phân tấn trong hệ nhũ có thay đổi. Ở phần trên của thiết bị, nó giảm đi so với mật độ ban đầu. Thành thử độ nhớt của nhũ tương theo chiều cao trong thiết bị là khác nhau, trong đó ở phần trên của thiết bị độ nhớt giảm đi dọc theo trục ngan từ đầu vào đến đầu ra. Theo chiều thẳng dừng ở mỗi mặt cắt của thiết bị, độ nhớt của nhũ tương tăng lên từ cực tiểu ở đường sinh trên cùng của thiết bị đến cức đại ở mặt tiếp giáp với gối nước. Đặc tính phức tạp như vậy của sự thay đổi độ nhớt nhũ tương được xác định bởi động lực học của sự phân pha đo trọng lực. Cho nên, thành phần nằm ngang của tốc độ nhũ tương trong thiết bị là cực đại ở lớp trên cùng và cực tiểu ở lớp dưới cùng của hệ nhũ. Nếu ta coi thời gian lắng của các giọt nước lớn nhất do dòng dẫn cuối đi bằng thời gian chuyển động của nhũ tương dọc theo vùng lắng, ta sẽ có điều kiện tính toán khả năng lưu thông chất lỏng của thiết bị. ; (71) Ở đây: R : Bán kính của thiết bị. h : Chiều cao lớp nước đệm trong thiết bị. wOAI : Tốc độ lắng của các giọt nước có đường kính di trong hệ nhũ l : Phần chiều dài của thiết bị tính từ mặt cắt mà ở đó bắt đầu có sự phân cách nhũ tương bởi trọng lực (đầu vào) đến mặt cắt, mà ở đó sự phân tách chấm dứt (đầu ra) Từ (60) suy ra : ; (72) Khả năng lưu thông chất lỏng của thiết bị từ (58) được xác định như : QOK = wBX SH ; Vì tốc độ chuyển động trung bình của nhũ tương trong thiết bị có thể được coi như là tốc độ trung bình cộng của đầu vào và đầu ra, nên. wOP = 0,5 (wBX + wBGX); Từ đó: wOP = 2 wBX + wBG ; Hoặc tính đến (59): wBX = 2 wCP ; Như vậy khả năng lưu thông chất lỏng của thiết bị sẽ là: Q = 2 wCP Q*H - SH ; (73) Từ sự cân bằng vật chất của thiết bị, bỏ qua lượng dầu bị thất thoát theo phần nước tách, có thể suy ra rằng. Q*H = Q ; (74) Cho nên, từ (62) có tính đến (63) sau một vài biến đổi ta có: Q = wCP SH . ; (75) Đặt 961) vào 9640 ta được: Q = w0 ; (76) Vì tốc độ lắng của các giọt nước pha phân tán trong điều kiện dòng chảy khó khăn bằng: Còn tốc độ lắng tự do khi Re < 2 bằng: wm = . g Nếu khả năng lưu thông chất lỏng của thiết bị là: Q = ; (77) Trong đó:(78) F (b,Bmax) - Hàm số độ ngậm nước ở đầu vào và đầu ra của thiết bị: rB rH : Khối lượng riêng của nước và đầu trong thiết bị (kh/m3). l : Độ dài vùng lắng, (m) SH : Tiến diện ngang của thiết bị được choán bởi nhũ tương tại đầu vào của vùng lắng, (m2). R : Bán kính thiết bị (m). h : Độ cao lớn nhất của gối nước trong vùng lắng của thiết bị, (m). mH : Độ nhớt của dầu trong thiết bị, (Pa.S). di : Đường kính lớn nhất của các giọt nước pha phân tán có thiết bị cuốn ra khỏi thiết bị bởi dòng dầu,(m). B,BBGx : Kích thước lớn nhất của giọt nước pha phân tán tại đầu vào vùng lắng, (m). Từ công thức: (79) Suy ra rằng: Trong đó: dB - Đường kính lớn nhất của các giọt nước phân tán bị cuốn ra khỏi thiết bị bởi dòng dầu. Mối liên quan giữa di và đường kính lớn nhất của giọt nước phân tán bị cuốn ra khỏi thiết bị bởi dòng dầu có thể được xác lập theo cách sau: Trước khi dầu ra khỏi thiết bị, tại vùng lắng giọt nước có di cuối cùng sẽ đi vào hệ thống thoát nước, mà giọt đó là lớn nhất so với tất cả các giọt còn lưu lại, do đó độ ngậm nước của lớp nhũ tương với các giọt có đường kính dB, tương tự như với (68), Có thể được trình bày dưới dạng: (80) Như vậy hệ phương trình (68) và (69) có chứa 3 Èn sè: di, dB, và Bi nên có thể giải được. Ta hãy trình bày (66) dưới dạng. Q = ; (81) Trong đó: F (B,BBGX) = . 1 - ; (82) Cấn lưu ý rằng phần nước trong dòng dầu tại đầu ra khỏi thiết bị là hàm của độ cao gối nước, của khẳ năng lưu thông chất lỏng của thiết bị và của các thông số kết cấu của nó. Do vậy, tính toán khả năng lưu thông chất lỏng của thiết bị theo (70) là gần đúng. Kết luận Hiện nay xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã áp dụng biện pháp bơm Ðp nước để nâng cao hệ số thu hồi dầu của vỉa. Lượng nước nhũ trong dầu mỏ Bạch Hổ khai thác được ngày một tăng lên. Do có sử dụng một số hoá phẩm xử lý vỉa và làm tăng hệ số ra dầu, đã xuất hiện hiện tượng tạo cặn, hàm lượng tạp chất cơ học tăng cao dẫn đến tạo nhũ đa thành phần có độ bền cao, rất khó phá. Trong quá trình khai thác, tính chất dầu mỏ Bạch Hổ cũng thay đổi theo thời gian. Đồng thời lượng dầu thô mỏ Rồng khai thác ngày càng tăng lên, tỷ lệ dầu thô mỏ Rồng trong dầu thô xuất khẩu tăng cao làm cho tính chất dầu hỗn hợp cũng thay đổi. Do đó hệ nhũ Bạch Hổ - Rồng, đặc biệt là hệ nhũ đa thành phần (có lẫn nhiều tạp chất cơ học) cần tiếp tục nghiên cứu để tìm ra giải pháp hoàn thiện cho việc thiết lập chế độ công nghệ tách nhũ W/O trong quá trình xử lý dầu thô để đạt tiêu chuẩn quy ước. Đồ án với đề tài: “Nghiên cứu những phương pháp phá nhũ để nâng cao hiệu quả xử lý nhũ tương nghịch và sơ đồ công nghệ xử lý dầu trên trạm rót dầu không bến Chí Linh” đã được tác giả hoàn thành trong thời gian 4 tháng với sự cố gắng của bản thân kết hợp với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo trong bộ môn khoan - khai thác Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội, đặc biệt là PGS. PTS. Hoàng Dung và các cán bộ phòng vận chuyển của viện NIPI xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro. Đồ án mang ý nghĩa kết hợp lý thuyết được trang bị trên giảng đường với thực tiễn sản xuất ngoài mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng. Đồ án còn đúc kết được nhiều vấn đề xử lý nhũ tương W/O thông qua tài liệu của các nhà chuyên môn về dầu khí. Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, các đồng nghiệp. Một lần nữa tác giả xin chân thành cám ơn các thầy giáo hướng dẫn, các thầy trong bộ môn khoan - khai thác dầu khí, các cán bộ xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý báu.