Thiết bị dầu khí - Thiết bị tách pha

Tham khảo tài liệu 'thiết bị dầu khí - thiết bị tách pha', kỹ thuật - công nghệ, hoá học - dầu khí phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết bị dầu khí - Thiết bị tách pha THIẾT BỊ TÁCH PHA (BALLON) I. Nguyên lí cơ bản: Thông thường một ballon phải đảm bảo hai chức năng: + Quá trình tách giữa các pha được đảm bảo. + Bảo đảm thời gian lưu của các pha lỏng. 1.1. Quá trình tách các pha: Ballon cho phép tách những giọt lỏng ra khỏi pha liên tục có thể là hơi hoặc lỏng. a) Pha liên tục là pha hơi: Vận tốc pha hơi phải đảm bảo chủ yếu để tránh hiện tượng cuốn theo những giọt lỏng không mong muốn. Trừ những trường hợp đặc biệt, quá trình thiết kế ballon dựa vào những giả thiết sau: + Những giọt lỏng được xem như hình cầu và cứng. + Đường kính của giọt lỏng này là 80µm. + Có thể áp dụng định luật Newton khi: 1000 < Re < 200000. Người ta định nghĩa, đối với pha hơi, vận tốc tới hạn Vc để lôi cuốn những giọt lỏng chính bằng vận tốc tối đa của giọt lỏng tách khỏi pha hơi. ρl Vc = 0.048 −1 ρv Vận tốc lớn nhất của pha hơi Va là một hàm của Vc và hệ số k. Hệ số k này phụ thuộc vào từng loại ballon và đệm lọc để loại bỏ lỏng. Va ≤ kVc. Giá trị k được chấp nhận như sau: + Ballon đứng không thiết bị đệm lọc: k = 0,8 ; + Ballon đứng có thiết bị đêm lọc: Áp suất bé: k = 1,7; Áp suất chân không: k = 1,2; + Ballon nằm: k = 1,7. b) Pha liên tục là pha lỏng: Thông thường đây là hỗn hợp hydrocacbon và nước, và có thể là: + Hidrocacbon phân tán trong nước, trường hợp này nước là pha liên tục. + Nước phân tán trong hydrocac bon, trường hợp này hydrocacbon là pha liên tục. Ngoại trừ những trường hợp đặc biệt, khi tính toán thiết kế ballon người ta chấp nhận giả thiết sau: + Những giọt lỏng là những hạt hình cầu cứng; + Đường kính bình thường của những hạt hình cầu này là 100µm; Trong trường hợp tách khó khăn do độ nhớt của hai pha liên tục cao hoặc khối lượng riêng của hai pha tương đương nhau, ngưòi ta chấp nhận hiệu suất gạn thấp để tránh trường hợp ballon quá dài. Cơ sở tính toán: + Trên cơ sở đường kính giọt lỏng là 100µm. + Có khả năng đường kính giọt lỏng tăng lên đến 500µm để đạt đến chiều dài tối đa của ballon là 10m. + Trong trường hợp sự gạn quá khó khăn hoặc lưu lượng quá lớn nguời ta chấp nhận ballon dài quá 10m. 1.2. Thời gian lưu: Thời gian lưu phần lớn được cố định bởi những yêu cầu về điều khiển và quá trình thiết kế ballon. Ngoài các trường hợp đặc biệt thời gian lưu bé nhất được xem xét giữa hai mức HLL và LLL như sau: + Ballon tiếp liệu của một phân xưởng: 30 phút; + Ballon hồi lưu: 5 phút; + Sản phẩm về bồn chứa: 2 phút; + Ballon tiếp liệu cho cột chưng cất : - Dưới quá trình điều khiển lưu lượng:15 phút; - Dưới quá trình điều khiển nối tiếp lưu lượng và mức: 8 phút; + Lắng nước trong botte: 2 phút. Nếu một ballon có nhiều ứng dụng thì chỉ một thời gian lưu đuợc xem xét, đó là thời gian lưu lớn nhất. 1.3. Lựa chọn loại ballon: Trong một ballon nằm ngang khoảng không dành cho pha hơi đi qua được bao gồm phần diện tích phía trên của mức cao nhất dự kiến của ballon, đối với ballon đứng tiết diện đi qua của pha hơi chính là tiết diện nằm ngang của ballon. Tùy theo từng trường hợp mà có nhiều cách chọn ballon khác nhau. Nếu nguyên liệu vào chứa một lượng hơi lớn và một lưu lượng lỏng bé thì chọn ballon đứng là tốt nhất vì tiết diện ngang của ballon chính là tiết diện hơi đi qua. Ví dụ: trong trường hợp ballon trên đường hút của máy nén có mục đích là không chứa một lượng lỏng nào vào máy nén, nếu không sẽ làm cho máy nén rung và dẫn đến hư hỏng máy nén. Ballon nằm thường sử dụng khi chứa nguyên liệu và các sản phẩm của thiết bị phản ứng hoặc để lắng nước. 1.4. Đường kính và tỷ số L/D: a) Đường kính bé nhất: Do những ràng buộc khi lắp đặt các thiết bị điều khiển dẫn đến những yêu cầu về đường kính tối thiểu của ballon. Trừ những trường hợp đặc biệt, thông thường đường kính của ballon phải thoả mãn những yêu cầu sau: + Ballon nằm một phòng (có hoặc không có botte): D ≥ 800mm; + Ballon nằm có hai phòng: D ≥ 1000mm; + Ballon đứng: D ≥ 600mm. b) Đường kính lớn nhất: Trừ những trường hợp ngoại lệ hoặc yêu cầu của khách hàng thì thông thường đường kính tối đa của ballon: d < 3500mm. c) Tỷ lệ L/D: Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính (L/D) của ballon phụ thuộc vào áp suất làm việc. Trừ những trường hợp đặc biệt, tỷ lệ H/D phải tuân theo quy tắc sau: Áp suất (bar tương đối) L/D P < 20 3 20 < p < 80 3÷4 80 < p < 150 4 ...