Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận văn đồ án tốt nghiệp ngành hóa dầu với đề tài: Thiết kế quy trình xử lý mỏ khí – condensate sư tử trắng và tính toán thiết bị chính, cho các bạn làm luận văn tham khảo

2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC &CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
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 Trường Đại học BR-VT)
Họ và tên sinh viên: PHẠM NHẬT MINH Ngày sinh: 18/05/1994
MSSV : 12030226 Lớp: DH12HD
Địa chỉ : 951 – Bình Giã – Thành phố Vũng Tàu
E-mail : phamnhatminhoilg@gmail.com
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 XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE
SƯ TỬ TRẮNG VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.
2. Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn
3. Ngày giao đề tài: 9/3/2016
4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 13/06/2016
Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 13 tháng 06 năm 2016
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp của riêng tôi với sự hướng dẫn của
PGS. TS Nguyễn Văn Thông và ThS. Nguyễn Văn Toàn. Nội dung trình bày trong
đồ án này là hoàn toàn trung thực, chưa từng công bố ở bất cứ hình thức nào. Các
số liệu, bảng biểu, nội dung được trình bày trong đồ án này có trích dẫn nguồn tài
liệu tham khảo.
Nếu phát hiện bất cứ nội dung gian lận nào trong đồ án, tôi xin chịu trách
nhiệm hoàn toàn.

4. LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể giảng viên khoa Hóa học và
Công nghệ thực phẩm Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu đã hỗ trợ và tạo điều kiện
để tôi có thể hoàn thành đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Văn Thông, ThS. Nguyễn Văn Toàn
đã hướng dẫn, đóng góp ý kiến để hoàn thành đồ án này.
Cảm ơn Công Ty Tham Dò và Khai Thác Dầu Khí Cửu Long JOC đã tạo điều
kiện cho tôi có cơ hội được làm đồ án tại Công ty.
Tôi cũng bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến ThS. Phạm Nguyễn Khánh Duy
đã tận tình giúp đỡ và chỉ dẫn trong suốt thời gian làm đồ án.
Cảm ơn Chú Phạm Văn Hoanh – người đã tạo môi trường, điều kiện tốt nhất
để tôi thực hiện Đồ án này.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên và đóng góp những ý kiến để giúp
tôi hoàn thành đồ án này.
Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Phạm Nhật Minh

5. i
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TÊN TIẾNG ANH.....................................................iii
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH .....................................................................................................xiii
MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 1
Chương 1......................................................................................................................... 2
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.......................................................................................... 2
1.1 Sơ lược mỏ Sư Tử Trắng ....................................................................................... 2
1.1.1 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Trắng ..............................................................2
1.1.2 Đặc điểm thành phần dòng khí – condensate mỏ Sư Tử Trắng .......................3
1.2 Giới thiệu về dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1.......................... 7
1.3 Tìm hiểu các cụm quy trình xử lý chính trong Dự án ........................................... 8
1.3.1 Cụm đầu giếng và thiết bị thu gom ..................................................................8
1.3.2 Thiết bị đo sản lượng giếng..............................................................................9
1.3.3 Cụm thiết bị phân tách dầu – khí....................................................................10
1.3.4 Cụm thiết bị nén .............................................................................................10
1.3.5 Cụm bơm ép ...................................................................................................11
1.3.6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu.........................................................................11
1.3.7 Hệ thống nước làm mát ..................................................................................12
1.3.8 Hệ thống đốt, xả .............................................................................................13
1.3.9 Hệ thống thu gom lỏng...................................................................................13
1.3.10 Khu nhà ở ....................................................................................................14
1.4 Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử dụng trong dầu khí............................................. 14
1.4.1 Bình tách.........................................................................................................14
1.4.2 Van .................................................................................................................31

6. ii
1.4.3 Đường ống......................................................................................................42
1.4.4 Máy nén..........................................................................................................55
1.5 Giới thiệu về mô phỏng trong dầu khí................................................................. 77
1.5.1 Khái niệm về mô phỏng và ứng dụng ............................................................77
1.5.2 Các phần mềm mô phỏng hiện nay ................................................................78
1.5.3 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Hysys..........................................................78
1.5.4 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Pipesim.......................................................79
Chương 2....................................................................................................................... 80
THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE SƯ TỬ TRẮNG....... 80
2.1 Mục đích thiết kế ................................................................................................. 80
2.2 Thiết kế quy trình................................................................................................. 80
Chương 3....................................................................................................................... 84
TÍNH TOÁN QUY TRÌNH .......................................................................................... 84
3.1 Tính toán cân bằng thủy lực ................................................................................ 84
3.2 Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng............................................................. 85
3.3 Tính toán thiết bị.................................................................................................. 86
3.3.1 Tính toán bình tách.........................................................................................86
3.3.2 Tính toán van..................................................................................................90
3.3.3 Tính toán máy nén..........................................................................................92
3.3.4 Tính toán đường ống ......................................................................................94
3.3.5 Tính toán giá trị áp suất và nhiệt độ thiết kế và lựa chọn chênh áp qua
từng thiết bị trong quy trình xử lý ...........................................................................99
KẾT LUẬN.................................................................................................................100
PHỤ LỤC....................................................................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................103

7. iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TÊN TIẾNG ANH
Tên Viết
Tắt
Tên Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt
JOC Joint Operating Company Công ty Liên Doanh Điều Hành
CPP Central Process Platform Giàn xử lý trung tâm
WHP-C Well Head Platform-Su Tu Trang Giàn đầu giếng Sư Tử Trắng
MMSCFD Million Standard Cubic Per Day
Triệu feet khối tiêu chuẩn mỗi
ngày
C9+ Cấu tử từ Nonan trở lên
Ps-C* Pseudo-Hydrocarbon Cấu tử giả
STBPD Standard Barrel Per Day
Thùng dầu đo ở điều kiện tiêu
chuẩn
ST-1P, 2P, 3P, 4P, 5P, 6P Tên giếng tại mỏ Sư Tử Trắng
ST-PIP
Su Tu Trang Production and
Reinjection Platform
Giàn sản xuất và nén khí
ST-LQ Su Tu Trang Living Quarter Khu nhà ở
CGF Central Gas Facility Khu xử lý khí trung tâm
LTPTP Long Term Production Testing Phase
Giai đoạn thử nghiệm và sản
xuất
Choke Van tiết lưu đầu giếng
Manifold Cụm ống
Check Valve Van một chiều
Isolation Valve Van cô lập
STV Su Tu Vang Giàn Sư Tử Vàng
MPFM Multiphase Flow Meter Thiết bị đo lưu lượng nhiều pha
Test Separator Thiết bị đo sản lượng đầu giếng
Production Separator Thiết bị tách đầu giếng
Suction Scrubber Thiết bị tách đầu hút
Suction Cooler Thiết bị làm mát đầu hút

8. iv
Interstage Cooler Thiết bị làm mát trung gian
Interstage Scrubber Thiết bị tách trung gian
Fuel Gas System
Hệ thống cung cấp khí nhiên
liệu
Diesel System Hệ thống cung cấp dầu diezel
Back up Generator Hệ thống bổ sung
Transfer Pump Bơm tiếp vận
Workboat Tàu chứa nhiên liệu
Fuel Gas Pre-Cooler Thiết bị tiền làm mát
Fuel Gas Scrubber Thiết bị tách lỏng
Fuel Gas Filter Thiết bị lọc
Fuel Gas Superheater Thiết bị quá nhiệt
Condensate Pump Thiết bị bơm condensate
Gas Turbine Generator Máy phát điện
Fresh Water Nước làm mát
Cooling Water Expansion Vessel
Bình giãn nở sau khi nước làm
mát đã trao đổi nhiệt
Cooling Water System Chemical
Dosing Pump
Thiết bị bơm chất xử lý cho
nước làm mát
Cooling Water Circulation Pumps Thiết bị bơm tuần hoàn
Sea Water/Cooling Water Exchanger
Thiết bị trao đổi nhiệt với nước
biển
Flare Hệ thống đốt, xả
Amostpheric Ventilation Thiết bị thông khí ra môi trường
Blowdown Thiết bị xả khí
Topside Thiết bị trên bề mặt
Closed Drain Vessel Bình thu gom lỏng
Closed Drain System Hệ thống thu gom lỏng kín
Level Alarm High Báo động mực chất lỏng ở mức

9. v
cao
HP Flare High Pressure Flare Hệ thống xả cao áp
Closed Drain Header Cụm thu hồi lỏng
Open Drain System Hệ thống thu gom lỏng mở
Platform Giàn xử lý
Open Drain Tank Bình thu gom lỏng mở
Separator Bình tách
Gravity Settling Lắng trọng lực
Centrifugal Force Lực ly tâm
Coalescing Kết khối
Gravity Trọng lực
Drag Lực kéo
Particulates Vi hạt
Terminal Velocity Vận tốc tới hạn
GOR Gas Oil Ratio Tỉ số Khí/Dầu
Primary Separation Section Bộ phận tách thứ cấp
Inlet Diverter Thiết bị chuyển dòng chảy
Secondary Separation Section Bộ phận tách sơ cấp
Internal Bafflers Bộ chuyển hướng dòng chảy
Liquid Separation Section Bộ phận chứa chất lỏng
Vortex Breaker Bộ phận ngăn cản dòng xoáy
Mist Eliminator Section Bộ phận khử (chiết) sương
Mesh Mist Eliminator
Bộ phận khử (chiết) sương dạng
lưới
Vane Mish Eliminator
Bộ phận khử (chiết) sương dạng
cánh
Cyclonic Mist Eliminator
Bộ phận khử (chiết) sương dạng
cyclon
Pad Đệm

10. vi
Process Control Điều khiển quá trình
Relief Devices Thiết bị giảm áp
Pressure Protective Devices Hệ thống bảo vệ áp suất
ASME
American Society of Mechanical
Engineers
Hiệp hội kĩ sư cơ khí Hoa Kì
Relief Valve Van xả áp
High Pressure Separator Bình tách áp suất cao
Intermediate Pressure Separator Bình tách áp suất trung bình
Low Pressure Separator Bình tách áp suất thấp
Horizontal Separator Bình tách nằm ngang
Vertical Separator Bình tách trụ đứng
Spherical Separator Bình tách hình cầu
Allowable Horizontal Velocity Vận tốc cho phép pha hơi
Inlet Đầu vào
Outlet Đầu ra
HLL High Liquid Level Mực chất lỏng ở mức cao
NLL Normal Liquid Level Mực chất lỏng ở mức ổn định
LLL Low Liquid Level Mực chất lỏng ở mức thấp
Downstream Facilities Các thiết bị xử lý hạ lưu
Surge Time Thời gian Surge
Holdup Time Thời gian Holdup
Surge Volume Thể tích phần Surge
Holdup Volume Thể tích phần Holdup
DN Nominal Diameter Đường kính danh nghĩa
Gate Valve Van cổng
Globle Valve Van cầu
Plug Valve Van nút
Butterfly Valve Van bướm
Ball Valve Van bi

11. vii
Check Valve Van kiểm tra
Pressure Relief Valve Van an toàn
Control Valve Van điều khiển
Throttling Valve Van tiết lưu
Actuator Bộ phận dẫn động
Control Loop Vòng điều khiển
Sensing Element Bộ phận cảm biến
Controller Bộ phận điều khiển
Set Point Giá trị cài đặt
TT Temparature Transmitter
Bộ phận chuyển tín hiệu nhiệt
độ
PT Pressure Transmitter Bộ phận chuyển tín hiệu áp suất
FT Flow Transmitter
Bộ phận chuyển tín hiệu lưu
lượng
Body Valve Thân Van
Bonnet Assembly Nắp đậy Van
CV Flow Coefficient Hệ số dòng chảy
Valve Travel (Valve Lift) Hành trình Van
Equal Percentage Đặc tính tuyến tính
Linear Đặc tính cân bằng
Quick-Opening Đặc tính mở nhanh
Disk Đĩa
Valve Plug Chốt Van
Seat Đế Van
Piping Geometry Factor Hệ số hình dạng ống
Vena Contracta Vị trí hẹp nhất trong Van
IPS Iron Pipe Size Tiêu chuẩn của đường ống
XS Extra Strong
Phân loại khoảng áp suất của
đường ống

12. viii
XH Extra Heavy
Phân loại khoảng áp suất của
đường ống
NPS Nominal Pipe Size
Kích thước đường ống danh
nghĩa
SCH Schedule Phân loại bề dày đường ống
ISO
International Organization for
Standardization
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế
Metric Hệ đơn vị mét
Outside Diameter Đường kính ngoài
Kinematic Viscosity Độ nhớt động học
Dynamic Viscosity Độ nhớt tuyệt đối
Laminar Dòng chảy tầng
Turbulent Dòng chảy rối
Critical Dòng chảy quá độ
Friction Factor Hệ số ma sát
CS Carbon Steel Thép carbon
GPR Glassfiber Reinforced Polyester Polyester lõi thủy tinh
PVC Polyetylen
Equivalent Pipe Lengths Độ dài ống tương đương
Tee Cái T
Reducer Ống chuyển tiếp
Elbow Khuỷu ống, ống nối
API American Petroleum Institute Viện dầu mỏ Hoa Kì
GPSA Gas Processors Suppliers Association Tên sách
Suction Đầu hút máy nén (bơm)
Discharge Đầu đẩy máy nén (bơm)
Positive-Displacement Compressor Máy nén thể tích
Dynamic Compressor Máy nén động
Ejector Bơm phun tia

13. ix
Impeller Cánh quay
Reciprocating Compressor Máy nén piston
Centrifugal Compressor Máy nén ly tâm
Diffuser Bộ phận phân tán
rpm Revolutions per minute Số vòng quay trên phút
Single Stage Một bậc nén
Multistage Đa bậc nén
Single-acting Tác động đơn
Doube-acting Tác động kép
Driver Bộ phận dẫn động
Steam Piston Piston hơi nước
Steam Turbine Tuabin hơi nước
Gas Engines Động cơ khí
Diesel Engines Động cơ Diesel
Automatic start-stop control Điều khiển đóng-mở
Constant-speed control
Điều khiển tốc độ tại một giá trị
không đổi
Characteristic Curve Đường đặc tính
FIC Flow Indicator Controller
Bộ phận hiển thị và điều khiển
lưu lượng
Adiabatic (Isotropic) Quá trình đoạn nhiệt
Polytropic Quá trình đa biến
Isothermal Quá trình đẳng nhiệt
Inter Cooler Thiết bị làm mát trung gian
Overall Efficiency Hiệu suất toàn phần
Volumetric Efficiency Hiệu suất nạp
BPD Barrel Per Day Thùng mỗi ngày
BCPD Barrel Condensate Per Day Thùng condensate mỗi ngày
BWPD Barrel Water Per Day Thùng nước mỗi ngày

14. x
Watercut
Phần trăm nước có trong hỗn
hợp lỏng
OGR Oil Gas Ratio Tỉ số dầu/khí
GLR Gas Liquid Ratio Tỉ số khí/lỏng
LGR Liquid Gas Ratio Tỉ số lỏng/khí
WGR Water Gas Ratio Tỉ số nước/khí

15. xi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Các thông số dòng vào từ giếng ST-2P mỏ Sư Tử Trắng ...........................3
Bảng 1.2 Thành phần cấu tử mẫu khí sau khi qua thiết bị đo sản lượng giếng (Test
Separator) giếng ST-2P...............................................................................................3
Bảng 1.3 Thành phần các cấu tử mẫu condensate sau khi qua thiết bị kiểm tra đầu
giếng............................................................................................................................5
Bảng 1.4 Tên các loại bình tách................................................................................15
Bảng 1.5 Lựa chọn hệ số K thông qua kích thước đường ống..................................18
Bảng 1.6 Ưu và nhược điểm của bình tách đứng và bình tách nằm ngang ..............24
Bảng 1.7 Hệ số K phân loại theo áp suất vận hành của tháp ....................................25
Bảng 1.8 Hệ số K phân loại theo thiết bị chiết sương..............................................25
Bảng 1.9 Tỉ số L/D tham khảo dựa vào khoảng áp suất hoạt động ..........................30
Bảng 1.10 Các bộ phận trong Van điều khiển ..........................................................37
Bảng 1.11 Lựa chọn tính chất với đặc điểm của quy trình .......................................39
Bảng 1.12 Các giá trị N trong tính toán thiết kế Van chất lỏng................................40
Bảng 1.13 Các giá trị N trong tính toán thiết kế Van chất khí..................................41
Bảng 1.14 Phân loại đường ống theo khoảng áp suất danh nghĩa ............................45
Bảng 1.15 Giá trị độ nhám ứng với từng loại vật liệu ..............................................50
Bảng 1.16 Phân loại máy nén....................................................................................57
Bảng 1.17 Hệ số chuyển đổi năng lượng ứng với mỗi đơn vị ..................................72
Bảng 1.18 Hiệu suất của từng loại máy nén..............................................................72
Bảng 1.19 Đơn vị của năng suất nén ứng với hằng số khí........................................73
Bảng 1.20 So sánh giữa máy nén piston và ly tâm ...................................................76
Bảng 2.1 Thông số để thiết kế cho hệ thống.............................................................80
Bảng 2.2 Các thiết bị trong hệ thống xử lý ...............................................................81
Bảng 3.1 Tính chất dòng sản phẩm tại điều khiện chuẩn .........................................84
Bảng 3.2 Thông số vận hành tại giàn xử lý trung tâm STV .....................................84
Bảng 3.3 Thông số đường ống Pipeline từ giàn PIP về giàn xử lý trung tâm STV..85

16. xii
Bảng 3.4 Các thông số dòng vào bình tách cao áp ...................................................86
Bảng 3.5 Mối liên hệ giữa đường kính và chiều cao mực HLLL................................88
Bảng 3.6 Bảng chuyển đổi giữa diện tích bề mặt và chiều cao mực chất lỏng trong
hình trụ ......................................................................................................................89
Bảng 3.7 Các thông số tính toán cho Van cho chất lỏng ..........................................90
Bảng 3.8 Các thông số tính toán cho Van cho chất khí ............................................91
Bảng 3.9 Các thông số tính toán cho máy nén..........................................................92
Bảng 3.10 Thông số được tính toán cho bậc nén thứ hai..........................................94
Bảng 3.11 Các thông số để tính toán đường ống pha khí và pha lỏng .....................95
Bảng 3.12 Các thông số để tính toán đường ống hai pha .........................................97
Bảng 3.13 Kết quả tính toán cho bình tách cao áp..................................................101
Bảng 3.14 Kết quả tính toán cho máy nén ..............................................................101
Bảng 3.15 Kết quả tính toán cho Van .....................................................................101
Bảng 3.16 Kết quả tính toán cho đường ống...........................................................101

17. xiii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Bản đồ vị trí Lô 15.1 ....................................................................................2
Hình 1.2 Bình tách nằm ngang..................................................................................22
Hình 1.3 Bình tách trụ đứng......................................................................................23
Hình 1.4 Bình tách hình cầu......................................................................................23
Hình 1.5 Các mức chất lỏng chính có trong bình tách..............................................27
Hình 1.6 Các bộ phận chính của Van........................................................................32
Hình 1.7 Cấu tạo của Van cổng ................................................................................33
Hình 1.8 Mô hình một vòng điều khiển cơ bản ........................................................34
Hình 1.9 Liên kết giữa 2 bộ phận chính của Van điều khiển....................................35
Hình 1.10 Các bộ phận chi tiết trong Van điều khiển...............................................36
Hình 1.11 Các loại đặc tính của Van ........................................................................38
Hình 1.12 Mối liên hệ giữa hệ số ma sát, chuẩn số Reynolds và độ nhám...............49
Hình 1.13 Mối liên hệ giữa phần thể tích chất lỏng và hệ số tỷ số ma sát................55
Hình 1.14 Đặc trưng của các loại máy nén khác nhau..............................................58
Hình 1.15 Cấu tạo một máy nén piston tác động đơn 2 cấp nén ..............................60
Hình 1.16 Máy nén piston ba bậc nén tác động đơn.................................................60
Hình 1.17 Máy nén piston 2 bậc tác động kép..........................................................61
Hình 1.18 Chu kì làm việc của máy nén pistông ......................................................61
Hình 1.19 Các bước nén trong máy nén pistong.......................................................63
Hình 1.20 Khoảng lưu lượng ứng với hiệu suất nén trong máy nén ly tâm .............65
Hình 1.21 Áp suất và vận tốc khi đi qua máy nén ly tâm.........................................65
Hình 1.22 Mô hình máy nén ly tâm gồm 2 thiết bị làm mát trung gian ...................66
Hình 1.23 Mắt của bộ cánh quay trong máy nén ly tâm ...........................................67
Hình 1.24 Tính chất điển hình đường cong của máy nén ly tâm..............................68
Hình 1.25 So sánh đường đặc tính các loại máy nén................................................68
Hình 1.26 Điều khiển hiện tượng Surge trong máy nén ...........................................69
Hình 1.27 Điều khiển hiện tượng Choke trong máy nén ..........................................69
Hình 1.28 Đường cong thể hiển các quá trình nén ...................................................71
Hình 1.29 Mối liên hệ giữa hiệu suất nén đa biến và đoạn nhiệt..............................75

18. xiv
Hình 3.1 Sự thay đổi áp suất và nhiệt độ ứng với khoảng cách trong đường ống....85
Hình 3.2 Mối liên hệ giữa phần thể tích chất lỏng và tỷ số hệ số ma sát..................99

19. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 1 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
MỞ ĐẦU
Trong thời gian gần đây, với sự biến động đầy phức tạp của giá dầu thô trên
thế giới do nguồn cung ngày càng nhiều đến từ các quốc gia sản xuất dầu mỏ lớn
như Nga, Ả Rập Xê Út, Iran,…và đặc biệt là Mỹ – một quốc gia gần đây đã ứng
dụng thành công công nghệ khai thác dầu khí đá phiến, đã gây không ít ảnh hưởng
đến nguồn thu ngân sách của các quốc gia có nền kinh tế phụ thuộc vào dầu mỏ,
trong đó có Việt Nam. Nhưng không vì thế mà các dự án khai thác dầu khí đã được
triển khai từ trước phải dừng tiến độ thực hiện. Dự án phát triển mỏ Sư Tử Trắng
Giai Đoạn 1 là một trong những dự án đang được tiến hành trong tình cảnh giá dầu
thô đầy biến động này.
Việc bắt đầu khai thác vào tháng 9/2012 với kế hoạch thử nghiệm mỏ trong
giai đoạn dài, cũng như cung cấp các thông tin về vỉa để phát triển toàn mỏ trong
thời gian tới, do hiện nay chưa đánh giá được chính xác trữ lượng dầu – khí của mỏ,
trong khi đó vẫn đảm bảo lượng xuất khẩu dầu – khí về bờ là mục đích của dự án.
Trong quá trình thực tập và có điều kiện được tìm hiểu dự án này, đề tài tốt
nghiệp “THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE SƯ TỬ
TRẮNG VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH” được thực hiện nhằm đạt được các
mục đích sau đây:
1. Tìm hiểu về mỏ Sư Tử Trắng và Dự án phát triển toàn mỏ Giai đoạn 1.
2. Tìm hiểu các cụm xử lý và thiết bị chính trong dự án.
3. Sử dụng công cụ mô phỏng Hysys và phần mềm Pipesim để tính toán cân
vật chất, cân bằng năng lượng trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ.
4. Xây dựng quy trình công nghệ chính cho dự án.
5. Tính toán, thiết kế các thiết bị chính trong quy trình sản xuất.

20. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 2 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Chương 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1 Sơ lược mỏ Sư Tử Trắng
1.1.1 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Trắng
Việc đưa mỏ Sư Tử Trắng đi vào khai thác giai đoạn 1 là công trình xây dựng
dầu khí có quy mô lớn nhất của Cửu Long JOC kể từ sau công trình Sư Tử Vàng
năm 2008 [1]. Mỏ Sư Tử Trắng được phát hiện vào ngày 19/11/2003, phía Đông
Nam thuộc Lô 15.1 thềm lục địa Việt Nam, ở độ sâu 56 m nước, cách đất liền
khoảng 62 km, cách Vũng Tàu khoảng 135 km về phía Đông và cách hệ thống xử lý
trung tâm Sư Tử Vàng CPP 18.748 km, là mỏ nằm xa nhất so với hệ thống xử lý
trung tâm [2].
Hình 1.1 Bản đồ vị trí Lô 15.1
(Nguồn: Executice Summary, Cưu Long JOC)
Trữ lượng ước tính đến tháng 9/2023 của mỏ đạt khoảng 84 triệu thùng
condensate và 3-4 tỷ m3 khí đốt. Vị trí mỏ Sư Tử Trắng thuộc bể Cửu Long được
thể hiện trong Hình 1.1.

21. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 3 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Ngày 16/9/2012 đón nhận dòng khí đầu tiên của mỏ Sư Tử Trắng [8]. Hiện
nay mỏ Sư Tử Trắng đang được khai thác 2 giếng tại giàn WHP-C (Wellhead
Platform-C) với lưu lượng ước tính đạt 80 MMSCFD.
1.1.2 Đặc điểm thành phần dòng khí – condensate mỏ Sư Tử Trắng
Được đánh giá là mỏ khí-condensate có trữ lượng rất lớn và chỉ mới đưa vào
khai thác trong vòng ba năm trở lại đây, mỏ Sư Tử Trắng đang đóng góp một sản
lượng rất lớn vào tổng sản lượng khai thác của Cửu Long JOC, góp phần đạt được
các mục tiêu về gia tăng sản lượng của công ty. Các đặc điểm về thông số và thành
phần đang khai thác ngoài giàn của dòng khí-condensate của mỏ Sư Tử Trắng được
thể hiện ở Bảng 1.1, Bảng 1.2 và Bảng 1.3.
Bảng 1.1 Các thông số dòng vào từ giếng ST-2P mỏ Sư Tử Trắng
Thông số Giá trị
Nhiệt độ (ºC) 93.11
Áp suất (bar) 38.2
Lưu lượng (MMSCFD) 80
(Nguồn: Cuu Long JOC, Su Tu Trang Composition, [4].)
Bảng 1.2 Thành phần cấu tử mẫu khí sau khi qua thiết bị đo sản lượng giếng (Test
Separator) giếng ST-2P
Số
Thứ
Tự
Cấu tử
Kết quả
% Mol % Khối
lượng
Nhiệt độ
sôi (o
C)
1
Methane 80.1109 60.7134 -161.52
Ethane 10.0128 14.2231 -88.58
Propane 5.2973 11.0350 -42.07
iso-Butane 1.1260 3.0917 -11.81
n-Butane 1.6540 4.5415 -0.49

22. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 4 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Số
Thứ
Tự
Cấu tử
Kết quả
% Mol % Khối
lượng
Nhiệt độ
sôi (o
C)
neo-Pentane 0.0050 0.0171 27.84
iso-Pentane 0.4884 1.6646 27.84
n-Pentane 0.4713 1.6062 36.06
Hexanes 0.3642 1.2414 68.75
Heptanes 0.2178 1.0311 98.45
Octanes 0.0895 0.4830 125.69
C9+ 0.0199 0.1208 150.89
2
Carbon
Dioxide
0.0555 0.1153
3
Carbon
Monoxide
0.0000 0.0000
4 Nitrogen 0.0874 0.1158
5 Hydrogen <0.0001
6 Phân tử khối 21.2203
7 Tỷ trọng riêng 0.7327
(Nguồn: Gas Sample, Cuu Long JOC, Su Tu Trang Composition, [4].)
Các thông số về nhiệt độ, áp suất, thành phần và lưu lượng trình bày ở trên
được đo tại thiết bị đo sản lượng giếng (Test Separator) của một trong hai giếng
hiện đang khai thác tại mỏ Sư Tử Trắng. Hầu hết tại các đầu giếng khai thác đều có
một thiết bị đo sản lượng, có thể là một bình tách (Test Separator) hoặc thiết bị đo
lưu lượng đa pha (Multiphase Flow Meter). Sau khi dòng khai thác được đo đạc thì
hỗn hợp hai pha khí-lỏng sẽ được trộn và vận chuyển về hệ thống xử lý trung tâm

23. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 5 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Sư Tử Vàng CPP bằng đường ống ngầm dưới biển dài 18 km để tiếp tục xử lý các
quá trình tiếp theo.
Bảng 1.3 Thành phần các cấu tử mẫu condensate sau khi qua thiết bị kiểm tra đầu
giếng
STT
Cấu tử
%
Khối
lượng
% Mol
Phân
tử
khối
Nhiệt
độ sôi
(o
C)
Khối
lượng
riêng
(kg/m3
)
1 CH4 7.3586 38.1224 16.04 -161.52 260.00
2 C2H6 1.9194 5.3053 30.07 -88.58 339.90
3 C3H8 2.2945 4.3246 44.10 -42.07 500.50
4 i-C4H10 1.0012 1.4316 58.12 -11.81 557.20
5 n-C4H10 2.0683 2.9576 58.12 -0.49 578.80
6 i-C5H12 1.6635 1.9163 72.15 27.84 619.60
7 n-C5H12 2.1370 2.4617 72.15 36.06 626.20
8 Ps-C6* 4.6130 4.5643 84.09 63.50 684.80
9 Ps-C7* 7.4761 6.4725 96.20 91.46 721.85
10 Ps-C8* 11.0407 8.5759 107.37 116.53 745.06
11 Ps-C9* 7.3579 5.0540 121.32 142.02 764.20
12 Ps-C10* 5.9165 3.6697 134.94 165.52 778.20
13 Ps-C11* 4.0947 2.3151 147.40 187.02 789.20
14 Ps-C12* 5.7476 2.9671 161.53 208.14 800.31
15 Ps-C13* 4.2230 2.0056 175.50 227.44 811.15
16 Ps-C14* 2.3728 1.0379 190.52 246.33 822.10
17 Ps-C15* 1.8739 0.7560 206.39 266.23 832.00
18 Ps-C16* 1.5902 0.5953 222.89 283.34 839.20
19 Ps-C17* 1.6906 0.5929 237.56 300.04 847.20
20 Ps-C18* 2.1871 0.7242 251.64 313.43 852.23
21 Ps-C19* 3.0647 0.9685 263.68 325.24 857.60
22 Ps-C20+ 18.2798 3.1088 488.74 411.95 985.60
23 CO2 0.0119 0.0224
24 Nitrogen 0.0170 0.0503

24. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 6 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
STT
Cấu tử
%
Khối
lượng
% Mol
Phân
tử
khối
Nhiệt
độ sôi
(o
C)
Khối
lượng
riêng
(kg/m3
)
25 Argon
<0.000
1
<0.0001
26
Water content
(%V)
0.11
27 Methanol
<0.000
1
<0.0001
28 22-Methylpropane 0.011 0.015
28
Methylcyclopentan 0.939 1.593
Benzene 0.606 1.107
Cyclohexane 0.699 1.185
Methylcyclohexane 2.691 3.914
Toluene 1.904 2.951
E-Benzene 0.230 0.309
m-Xylene 0.443 0.596
o-Xylene 0.344 0.384
124-
TriMethylBenzene
0.391 0.465
(Nguồn : Cuu Long JOC, Condensate, Su Tu Trang Composition, [4]. )
Hiện tại mỏ Sử Tử Trắng đang khai thác hai giếng với lưu lượng khoảng 80
MMSCFD. Theo kinh nghiệm ước tính sản lượng thì cứ 1 MMSCFD khí thì có
khoảng 130 thùng dầu ở điều khiển chuẩn (STBPD).
Hiện tại, hệ thống xử lý trung tâm Sư Tử Vàng CPP đang hoạt động liên tục
24/24, các thiết bị như máy nén, đường ống, bơm,.. gần như đang vận hành hết công
suất thiết kế. Trong khi đó, lưu lượng từ mỏ Sư Tử Trắng đổ về Sư Tử Vàng CPP

25. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 7 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
ngày càng tăng do mỏ mới được đưa vào khai thác trong hai năm trở lại đây, và sắp
tới sẽ đưa vào khai thác nhiều giếng mới nên lưu lượng cũng sẽ tăng lên. Đáng kể
đến là lưu lượng khí sau khi đổ về Sư Tử Vàng sẽ làm cho máy nén hoạt động quá
công suất, dẫn đến những rủi ro cho toàn bộ hệ thống trong quá trình hoạt động.
1.2 Giới thiệu về dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1
Dự án “Giai đoạn thử nghiệm và sản xuất thời gian dài của mỏ Sư Tử Trắng”
(Long Term Production Testing Phase) được đi vào hoạt động năm 2012. Trong giai
đoạn đầu, dự án được thiết kế bao gồm một Wellhead Platform (WHC-C) riêng biệt,
không có người làm việc trên giàn này và được điều khiển bởi giàn xử lý trung tâm
Sư Tử Vàng CPP. Giàn WHP-C được thiết kế để có thể xử lý bốn giếng cao áp, bao
gồm ST-1P, ST-2P, ST-3P, ST-4P. Nhưng hiện tại chỉ khai thác hai giếng ST-1P và
ST-2P với lưu lượng sản phẩm khoảng 80 MMSCFD khí và 10,000 BPD
condensate và tất cả sản phẩm khai thác sẽ được vận chuyển về Sư Tử Vàng CPP
thông qua đường ống ngầm dưới đáy biển [5].
Như đã đề cập ở trên, giàn xử lý trung tâm Sư Tử Vàng CPP đã đang hoạt
động gần như hết công suất, đặc biệt đối với các máy nén. Và mục đích của dự án
“Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 1” nhằm gia tăng sản lượng condensate
nhưng vẫn giữ lưu lượng khí xuất khẩu là 50 MMSCFD khí về Sư Tử Vàng CPP.
Bên cạnh đó việc phát triển dự án giai đoạn 1 cũng cung cấp những thông tin về mỏ,
vỉa để hỗ trợ Dự án “ Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 2” trong tương lai
sẽ gia tăng đáng kể lưu lượng khí xuất khẩu.
Dự án “Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 1” bao gồm việc lắp đặt
một giàn nén khí xuống lại vỉa để tiếp tục khai thác (ST-Production and Reinjection
Platform, ST-PIP) được liên kết với với giàn WHP-C thông qua một cầu nối giữa
hai giàn. Việc khoan hai giếng mới ST-5P và ST-6P trên giàn ST- PIP với mục đích
là giếng sản xuất kết hợp với hai giếng bên giàn WHP-C là ST-1P và ST-2P đang là
giếng sản xuất sẽ chuyển thành hai giếng dùng để bơm khí nén xuống vỉa nhằm khai
thác hai giếng ST-3P và ST-4P. Sau khi hoàn thành dự án này thì toàn mỏ sẽ có bốn

26. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 8 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
giếng khai thác ST-3P, ST-4P, ST- 5P và ST-6P và hai giếng bơm ép xuống vỉa ST-
1P và ST-2P.
Ước tính sau khi hoàn thành dự án, sản lượng sản phẩm khí đạt 150
MMSCFD, nén xuống vỉa với lưu lượng 100 MMSCFD, xuất khẩu 50 MMSCFD
đến Bạch Hổ CPP. Lưu lượng condensate tăng lên khoảng 19,500 BPD.
Bên cạnh hệ thống xử lý để nén khí xuống lại vỉa, giàn ST-PIP cũng sẽ có một
khu nhà ở ST-LQ (Living Quarters) được thiết kế với sức chứa khoảng 20 người
trong giai đoạn 1 để phục vụ sinh hoạt và dự tính sẽ mở rộng lên 60 người trong giai
đoạn tiếp theo.
Trong tương lai, Giai đoạn 2 của dự án sẽ có thêm khu xử lý khí trung tâm
(CGF-Central Gas Facility) [5].
1.3 Tìm hiểu các cụm quy trình xử lý chính trong Dự án
Đối với một hệ thống xử lý trên Platform ngoài biển hay trong bờ thì bao giờ
cũng yêu cầu các cụm thiết bị, hệ thống để xử lý. Các cụm này có liên hệ mật thiết
với nhau, sản phẩm của cụm này là đầu vào của cụm kia. Dự án phát triển toàn mỏ
Sư Tử Trắng giai đoạn 1 cũng sẽ có một số cụm thiết bị quan trọng như: Cụm đầu
giếng và thiết bị thu gom, thiết bị đo sản lượng, bình tách, cụm nén và làm mát, cụm
cung cấp nhiên liệu, cụm bơm ép khí xuống vỉa khai thác, hệ thống xả đốt,….trong
phần này sẽ tìm hiểu một số cụm thiết bị như đã liệt kê ở trên.
1.3.1 Cụm đầu giếng và thiết bị thu gom
Cụm đầu giếng và thiết bị thu gom tên tiếng anh là Wellhead Production
Gathering Manifold, là một cụm các thiết bị gồm một số ống kết nối từ vỉa lên bề
mặt của giàn (Wellhead), một thiết bị phía trên bề mặt (Christmas Tree), van giảm
áp (Choke), và một số ống có kích thước lớn (Manifold) có nhiệm vụ thu gom hỗn
hợp dầu-khí-nước từ dưới vỉa lên. Các van một chiều (Check Valve) và van cô lập
(Isolation Valve) được đặt trên các đường ống của cụm để đảm bảo an toàn cho cả
đường ống. Van giảm áp (Choke) được lắp đặt để giảm áp suất lưu chất từ vỉa đi
lên, việc tính toán kích thước Choke sẽ phụ thuộc vào lưu lượng mà ta mong muốn
có được là bao nhiêu. Áp suất của dòng sau Choke được điều khiển bằng van điều

27. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 9 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
khiển áp suất trên thiết bị tách nhưng phải nằm trong giới hạn cho phép hoạt động
của bình tách để đảm bảo độ an toàn [6],[7].
Trong dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 gồm có ba cụm thu
gom:
- Cụm thu gom thứ nhất: Hiện tại cụm này đang được đặt trên WHP-C, có
nhiệm vụ thu gom sản phẩm từ hai giếng ST-3P và ST-4P và vận chuyển về STV
CPP.
- Cụm thu gom thứ hai: Cụm này sẽ được lắp đặt trên giàn WHP-C có nhiệm
vụ thu gom sản phẩm từ hai giếng ST-3P và ST-4P. Sau đó sẽ được chuyển đến
bình tách của giàn ST-PIP. Cụm này sẽ hoạt động với áp suất khoảng 90 barg.
- Cụm thu gom thứ ba: Cụm này sẽ được lắp đặt trên giàn ST –PIP, có nhiệm
vụ thu gom sản phẩm từ hai giếng ST-5P và ST-6P nằm trên giàn ST-PIP, sau đó sẽ
chuyển sang bình tách nằm trên giàn này. Cụm này được thiết kế có thể thu gom
được năm giếng với lưu lượng 200 MMSCFD, ba giếng trong tương lai sẽ được đưa
vào khai thác [9].
1.3.2 Thiết bị đo sản lượng giếng
Đối với bất kì một hệ thống thu gom lưu chất từ vỉa khai thác lên bề mặt đều
phải có thiết bị kiểm tra nhằm mục đích lấy dữ liệu các thông số như nhiệt độ, áp
suất, lưu lượng của mỗi giếng đang khai thác.
Tùy thuộc vào từng giàn khai thác mà thiết bị này có thể là một bình tách (Test
Separator) hay là một thiết bị đo lưu lượng nhiều pha (Multiphase Flow Meter,
MPFM).
Hiện nay trên giàn WHP-C có một bình tách, có nhiệm vụ đo đạc các thông
của từng pha lỏng-khí của rồi trộn chung thành một dòng trong đường ống chuyển
về STV CPP.
Trong dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 sẽ sử dụng một thiết
bị đo lưu lượng nhiều pha để đo lưu chất từ giếng ST-5P. Còn lưu lượng của giếng
ST-6P sẽ được tính toán bằng cách lấy tổng lưu lượng đo tại bình tách trừ đi lưu
lượng của giếng ST-5P [3].

28. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 10 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
1.3.3 Cụm thiết bị phân tách dầu – khí
Cụm thiết bị phân tách dầu khí (Production Separator) là thiết bị chính trong
hầu hết các quá trình xử lý dầu khí. Sau khi được thu gom tại cụm thu gom đầu
giếng, hỗn hợp dầu-khí-nước sẽ được phân tách tại đây. Tùy thuộc vào áp suất,
thành phần các hydrocarbon và nước có trong dòng lưu chất mà việc chọn lựa hình
dáng và số bậc tách cho thiết bị có thể khác nhau. Về thiết bị tách sẽ được nói rõ
trong phần Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử dụng trong dầu khí.
Đối với dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1, bình tách hai pha
sẽ được lắp đặt. Thiết bị tách này sẽ xử lý lưu chất từ cụm thu gom thứ hai nằm trên
giàn WHP-C và cụm thứ gom thứ ba nằm trên giàn ST-PIP . Khí sau khi được phân
tách sẽ chia thành hai dòng: một dòng được đưa đến cụm nén với lưu lượng 100
MMSCFD để cung cung khí nén cho vỉa, dòng còn lại với lưu lượng 50 MMSCFD
sẽ được trộn với dòng lỏng sau bình tách vận chuyển về STV CPP, việc phân chia
lưu lượng hai dòng sẽ được điều khiển bằng van điều khiển lưu lượng [10].
1.3.4 Cụm thiết bị nén
Nén là một quá trình phức tạp trong một hệ thống xử lý. Tùy thuộc vào áp suất
yêu cầu đầu ra và việc đáp ứng của máy nén mà có thể sử dụng nén một bậc hay
nhiều bậc. Quá trình nén thường kèm theo sự tăng nhiệt độ, nên thường có các thiết
bị làm mát sau mỗi bậc nén, kết hợp với quá trình điều khiển. Cũng giống như bình
tách, máy nén cũng sẽ được tìm hiểu kĩ trong phần Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử
dụng trong dầu khí.
Một cụm nén gồm hai bậc cũng được lắp đặt tại giàn WHP-C, khí được nén từ
89 barg lên 525 barg – đạt áp suất để nén xuống vỉa. Hệ thống nén này cũng bao
gồm các thiết bị như: Thiết bị làm mát đầu hút (Suction Cooler), thiết bị tách đầu
hút (Suction Scrubber), thiết bị làm mát trung gian (Interstage Cooler), thiết bị tách
trung gian (Interstage Scrubber).
Sau khi được nén đến áp suất mong muốn, dòng khí sẽ được chuyển tới giàn
WHP-C và tập trung tại cụm bơm ép và phân phối xuống giếng [11].

29. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 11 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
1.3.5 Cụm bơm ép
Đối với một số giàn khai thác thì khi áp suất vỉa không đủ lớn để đưa lưu chất
lên bề mặt thì cần cung cấp khí nén để nâng áp suất của lưu chất lên. Hệ thống bơm
ép khí trong dự án sẽ bao gồm hai cụm:
- Cụm thứ nhất sẽ được đặt trên giàn WHP-C và được thiết kế cho 2 giếng với
lưu lượng 100 MMSCFD với áp suất hoạt động từ 330 đến 530 barag.
- Cụm thứ hai sẽ được đặt trên giàn ST-PIP và được thiết kế cho 2 giếng
(trong tương lai khi Giai đoạn 2 được thực hiện) với lưu lượng 100 MMSCFD với
áp suất hoạt động từ 330 đến 525 barg. Mặt bích sẽ được sử dụng để kết nối thiết bị
[12].
1.3.6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu (Fuel Gas System) là một trong những hệ thống
nắm giữ nhiệm vụ quan trọng trong suốt quá trình vận hành của cả một quy trình xử
lý. Các thiết bị hoạt động ở áp suất thấp như là thiết bị gia nhiệt, lò hơi. Thiết bị
hoạt động ở áp suất cao như là tuabin khí. Tất cả nhiên liệu trong hệ thống phải
được loại bỏ chất rắn – những tạp chất có thể làm cho động cơ, vòi phun nhiên liệu
tắt, ngặt. Thêm vào đó, nhiệt độ dòng nhiên liệu cần duy trì trên nhiệt độ điểm
sương để chống tạo thành các giọt lỏng [13].
Nguồn cung cấp nhiên liệu cho hệ thống này có thể lấy từ dòng khí sau khi ra
khỏi bình tách cao áp và khí từ bình tách đầu hút (Suction Scrubber) trước khi vào
thiết bị tách lỏng để loại bỏ nước, tránh gây ăn mòn thiết bị và sẽ được gia nhiệt rồi
cung cấp cho các thiết bị cần sử dụng năng lượng.
Nhiên liệu cấp cho máy phát điện cũng có thể được cung cấp bởi hệ thống
cung cấp dầu diezel (Diesel System) như là một hệ thống bổ sung (Backup
Generator) đề phòng hệ thống cấp nhiên liệu bị sự cố. Hệ thống Diesel System bao
gồm một bình dự trữ, bể chứa sử dụng trong một ngày, bơm tiếp vận (Transfer
Pump) và bộ phận lọc được cung cấp bởi tàu chứa nhiên liệu (Workboat).

30. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 12 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Một hệ thống cung cấp nhiên liệu (Fuel Gas) sẽ gồm nhiều thiết bị khác nhau,
mỗi thiết bị sẽ đảm nhiệm một nhiệm vụ nhất định. Các thiết bị thường đi kèm với
hệ thống này là:
- Thiết bị tiền làm mát (Fuel Gas Pre-Cooler)
- Thiết bị tách lỏng (Fuel Gas Scrubber)
- Thiết bị lọc (Fuel Gas Filter)
- Thiết bị quá nhiệt (Fuel Gas Superheater)
- Thiết bị bơm Condensate (Condensate Pump)
- Máy phát điện (Gas Turbine Generator) [14].
1.3.7 Hệ thống nước làm mát
Quá trình làm mát lưu chất thường lắp đặt trước máy nén, vì quá trình nén sẽ
kéo theo nhiệt độ tăng. Làm mát để hạ nhiệt độ lưu chất trước khi vào máy nén,
giúp máy nén hoạt động ổn định hơn.
Hệ thống nước làm mát được lắp đặt và xử lý trên khu nhà ở (ST-Living
Quarter) để cung cấp nước mát (Fresh Water hay Cooling Water) cho thiết bị làm
mát đầu hút (Gas Reinjection Suction Cooler) và Thiết bị làm mát trung gian (Gas
Reinjection Interstage Cooler) với nhiệt độ tối đa là 35ºC. Nhiệt độ nước làm mát sẽ
tăng lên sau khi trao đổi nhiệt với dòng nhiệt độ cao, khi đó nó sẽ được chuyển đến
bình chứa và trao đổi nhiệt với nước biển và xử lý tiếp trước khi được dùng để làm
mát lưu chất. Nước làm mát cũng được bổ sung chất ức chế chống ăn mòn trong
quá trình xử lý.
Hệ thống nước làm mát thường gồm những thiết bị sau đây:
- Bình giãn nở sau khi nước mát đã trao đổi nhiệt (Cooling Water Expansion
Vessel).
- Máy bơm chất xử lý cho nước làm mát (Cooling Water System Chemical
Dosing Pump).
- Máy bơm tuần hoàn (Cooling Water Circulation Pumps).
- Thiết bị trao đổi nhiệt với nước biển (Sea Water/Cooling Water Exchanger)
[15].

31. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 13 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
1.3.8 Hệ thống đốt, xả
Hệ thống đốt, xả liên quan đến việc vận hành an toàn của toàn bộ hệ thống.
Mục đích của hệ thống này nhằm loại bỏ một cách an toàn chất khí và lỏng đến từ
các cụm khác. Một ví dụ được đưa ra như trong quá trình vận hành, vì một sự cố
nào đó, áp suất hoạt động của bình tách hoạt động quá ngưỡng cho phép, bắt buộc
van trên đường khí sẽ xả ra nhằm ổn định lại áp suất, thì những khí được xả ra này
sẽ được tập trung tại hệ thống này và được đốt tại Flare thay vì xả trực tiếp ra môi
trường để tránh gây ô nhiễm [16].
Trong dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 sẽ có một Flare để
thu gom tất cả các khí được xả từ thiết bị trên bề mặt của giàn khai thác (topside) tại
giàn ST-PIP cùng với các thiết bị trên giàn WHP-C .
Hệ thống xả Flare sẽ bao gồm hai hệ thống xả cao áp (HP Flare) và hệ thống
xả thấp áp kết hợp với bình thu gom condensate từ các bình tách lỏng (Closed Drain
Vessel) [17].
1.3.9 Hệ thống thu gom lỏng
Hệ thống thu gom lỏng kín (Closed Drain System) sẽ thu gom tất cả dầu,
condensate và nước từ các bình tách trong hệ thống và trong trường hợp hệ thống có
sự cố báo động mực chất lỏng ở mức cao (Level Alarm High hay Level Alarm High
High) sẽ được xử lý và thu hồi tại bình chứa thu hồi (Closed Drain Vessel) và vận
chuyển chung với dòng lỏng sau khi qua bình tách cao áp (Production Separator).
Hệ thống này thường được kế hợp với hệ thống xả cao áp (HP Flare) để thu hồi các
chất lỏng có trong đó, cũng như những hydrocarbon dễ bay hơi có trong dòng lỏng
sẽ được chuyển lên Flare để đốt. Hệ thống thu gom lỏng bao gồm các thiết bị sau:
- Bình chứa thu hồi lỏng (Closed Drain Vessel).
- Cụm thu hồi lỏng (Closed Drain Header).
Bên cạnh đó còn có hệ thống thu gom lỏng mở (Open Drain System) để thu
gom các chất lỏng ở những nơi trên Platform mà không nằm trong đường ống như
nước tràn, nước mưa,… rồi sẽ được chứa vào bình chứa (Open Drain Tank) xử lý
(có thể thu hồi hydrocacbon nếu có) [18].

32. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 14 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
1.3.10 Khu nhà ở
Đối với dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 sẽ được trang bị
một khu nhà ở (Living Quarter) với sức chứa 20 người, và sẽ được mở rộng lên 60
người trong giai đoạn 2. Tất cả các trang thiết bị sẽ được trang bị để đáp ứng điều
kiện sinh hoạt cho 60 người.
Khu nhà ở cũng được liên kết với giàn xử lý khí trung tâm (Central Gas
Facility Platform-CGF) trong tương lai.
1.4 Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử dụng trong dầu khí
Để đạt được hiệu quả về yêu cầu sản phẩm của một quá trình xử lý nào đó
trong ngành công nghệ kỹ thuật hóa học nói chung và kỹ thuật dầu khí nói riêng thì
bên cạnh các yếu tố như chất lượng nguyên vật liệu đầu vào, người kĩ sư vận hành,
thì cần phải kể đến các thiết bị như bình tách, bình phản ứng, bơm, van, đường
ống,... những thiết bị sẽ đảm nhiệm những nhiệm vụ nhất định nhằm đem lại hiệu
quả xử lý tốt nhất theo như yêu cầu đặt ra. Nắm bắt rõ được những đặc điểm của
thiết bị không những giúp người kĩ sư có thể dễ dàng thiết kế thiết bị đó cho một
quy trình mới mà còn giúp họ có thể vận hành nó được tốt, đảm bảo an toàn trong
suốt quá trình vận hành. Trong phần này, các thiết bị chính trong thiết kế hệ thống
xử lý mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 sẽ được giới thiệu. Những nội dung như chức
năng, nguyên lý hoạt động, phân loại, cấu tạo và các thông số thiết kế của từng loại
thiết bị cũng sẽ được đề cập.
1.4.1 Bình tách
Tách là một quá trình xử lý cực kì quan trọng trong công nghiệp dầu khí, đặc
biệt là quá trình xử lý tại các giếng khai thác. Lưu chất từ giếng thường là hỗn hợp
gồm hydrocarbon lỏng, khí, và một số tạp chất cơ học. Việc loại bỏ khí và phần lớn
các tạp chất cơ học từ hydrocarbon lỏng trước khi tồn trữ, vận chuyển và phân phối
sẽ quyết định được chất lượng các sản phẩm, có ảnh hưởng đến các quá trình xử lý
tiếp theo [21]. Một ví dụ được minh chứng, nếu quá trình tách nước ra khỏi hỗn hợp
dầu-khí-nước mà còn quá nhiều nước trong pha dầu thì dẫn đến gây ăn mòn trong
đường ống vận chuyển, tạo hệ nhũ tương giữa dầu và nước, gây tốn kém cho quá

33. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 15 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
trình xử lý tiếp theo.Vì vậy tìm hiểu về chức năng, nguyên lý, cấu tạo,…của bình
tách là việc quan trọng đối với người kĩ sư thiết kế và vận hành.
a) Định nghĩa
Bình tách (Separator) là thuật ngữ chung chỉ những thiết bị dùng để tách hỗn
hợp khí-lỏng, khí-lỏng-lỏng, khí-rắn, lỏng-rắn hoặc khí-lỏng-rắn thành những pha
riêng biệt. Bên cạnh đó, còn có một số thuật ngữ tiếng anh với tên gọi khác nhau
dùng để thể hiện chức năng của từng loại bình tách được sử dụng trong mỗi trường
hợp khác nhau cũng được thể hiện dưới Bảng 1.4.
Bảng 1.4 Tên các loại bình tách
Tên Tiếng Anh Mục đích sử dụng
Flash Drum
Dùng để tách lỏng, có thể tạo độ giảm áp hoặc
tăng nhiệt độ của dòng lỏng từ dòng khí hay dòng hai
pha lỏng-khí.
Knock out Drum
Dùng để tách hỗn hợp khí-lỏng cho cả trường hợp
tỉ số khí/lỏng thấp hoặc cao.
Scrubber Dùng để tách hỗn hợp có tỉ số khí/lỏng cao.
Test Separator
Dùng để đo các tính chất dòng khai thác, thường
được đặt gần đầu giếng của mỏ.
Slug Catcher
Một hệ thống gồm nhiều ống hoặc chỉ một bình
tách lớn để xử lý dòng đi vào với lưu lượng lỏng lớn,
thường gặp trong hệ thống xử lý khí.
Surge Drum
Được sử dụng để cung cấp một thời gian xử lý
thích hợp để điều khiển được lưu lượng đi vào và đi ra
được ổn định.
(Nguồn: Separator Equipment, Gas Processors Suppliers Association, The
Thirteenth Edition, Page 7.2, [22].)
b) Nguyên lý của quá trình tách
Có nhiều nguyên lý được sử dụng để tách một chất từ một hỗn hợp nào đó.
Những nguyên lý thường đạt được trong một quá trình tách vật lý gồm có: tách

34. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 16 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
moment, lắng trọng lực (Gravity sellting), lực ly tâm (Centrifugal force) và kết khối
(Coalescing). Bất cứ thiết bị tách nào đều áp dụng một trong số những nguyên lý
nêu trên. Một lưu chất muốn tách ra khỏi một hỗn hợp đòi hỏi lưu chất đó phải
không trộn lẫn được và có sự khác nhau về tỷ trọng với các lưu chất khác trong hỗn
hợp thì quá trình tách mới xảy ra.
Trong quá trình tách, các giọt lỏng bị phân tán trong pha khí sẽ lắng đọng
trong pha liên tục nếu trọng lực (Gravity) tác động trên nó lớn hơn tổng của lực kéo
(Drag) xung quanh cộng với lực đẩy Arsimet trong pha liên tục. Đường kính của
các hạt lỏng thường được tính bằng đơn vị micromet, 1µm = 10-6
mét [19]. Những
hạt có đường kính lớn hơn 10µm sẽ được tách. Những hạt có kích thước nhỏ hơn
thường được gọi là vi hạt (particulates), việc tách các hạt này bằng phương pháp va
đậm, lực ly tâm thường không mang lại hiệu quả mà phải dùng các thiết bị được chế
tạo hiện đại như bộ phận chiết sương,… [20].
Một thông số cũng rất quan trọng trong quá trình rớt và lắng đọng của các hạt
lỏng, đó là vận tốc tới hạn (Terminal Velocity), nó là một thông số rất quan trọng để
đạt được hiệu quả tách. Thuật ngữ vận tốc cuối hay vận tốc tới hạn được định nghĩa
như là vận tốc lớn nhất cần thiết để các hạt lỏng trong bình tách có thể rớt xuống và
lắng đọng trong pha liên tục. Miễn là vận tốc hơi trong pha khí nhỏ hơn vận tốc tới
hạn thì các giọt lỏng sẽ rớt xuống [23]. Nếu trường hợp ngược lại, vận tốc tới hạn
nhỏ hơn vận tốc hơi trong pha hơi thì các giọt lỏng sẽ bị cuốn theo khỏi dòng khí,
dẫn đến hiệu quá tách không đạt. Trong thực tế, những hạt lỏng có kích thước nhỏ
rất khó kết tụ nếu chỉ có tác động của trọng lực, chúng sẽ kết tụ với nhau tạo thành
các hạt có kích thước lớn hơn, sau đó mới lắng xuống [23]. Đối với một quá trình
lắng trọng lực thì có nhiều định luật với các phương trình khác nhau để tính vận tốc
tới hạn với sự khác nhau về tỷ trọng của hai lưu chất. Vận tốc tới hạn của giọt lỏng
bị kết tụ đó sẽ được tính toán dựa trên cân bằng lực của các lực đó. Phương trình 1.1
thể hiện cách tính vận tốc tới hạn của dòng hơi mà các giọt lỏng có thể kết tụ như
sau:

35. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 17 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
UT = √
2. g. Mp.(ρl − ρg)
ρg. ρc. Ap. CD
, (1.1)
Trong đó,
UT : Vận tốc tới hạn m/s.
Mp : Khối lượng của giọt lỏng rớt, kg.
ρl : Khối lượng riêng của pha lỏng, kg/m3
.
ρg : Khối lượng riêng của pha khí, kg/m3
.
CD : Hệ số kéo của hạt lỏng.
AP : Diện tích bề mặt chất lỏng, m2
.
ρc : Khối lượng riêng pha liên tục, kg/m3
.
g : Gia tốc trọng trường, m2
/s.
Hệ số CD trên phương trình 1.1 phụ thuộc vào hình dạng của từng loại hạt và
có mối liên hệ với chuẩn số Reynolds của dòng chảy lưu chất. Do đó vận tốc tới hạn
cũng là một hàm của chuẩn số Reynolds.
Bên cạnh đó, vận tốc tới hạn cũng được tính theo phương tình thực nghiệm
Sauders-Brown. Phương trình 1.2 thể hiện cách tính vận tốc tới hạn bằng thực
nghiệm:
UT = K√
ρl − ρg
ρg
, (1.2)
Việc lựa chọn hằng số K trong phương trình 1.2 phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tính chất của lưu chất.
- Loại bình tách thiết kế.
- Kích thước của giọt lỏng ngưng tụ.
- Vận tốc hơi của dòng khí.
- Số bậc tách được yêu cầu,…[24].
Bảng 1.5 đưa ra một số giá trị của hệ số K thường được sử dụng trong thiết kế
loại bình tách.

36. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 18 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Một thuật ngữ cũng thường được nhắc đến trong quá trình tách, đó là tỉ số
khí/dầu (GOR), được định nghĩa là thể tích của khí thoát ra trên thể tích của dầu
hoặc condensate tại áp suất khí quyển hay tại một điều kiện quy định nào đó, nó
thường được biểu diễn bằng Sm3
/m3
hoặc MMSCFD/BOP (Thùng dầu/ngày).
Trong hầu hết các quá trình tách, nước cũng đồng hành với hydrocarbon trong quá
trình tách, có thể nằm ở dạng hơi cùng với khí hoặc dạng lỏng đi cùng với dầu hoặc
condensate, đơn vị thể tích nước cũng được biễu diễn giống như đơn vị của tỉ số
khí/dầu [19].
Bảng 1.5 Lựa chọn hệ số K thông qua kích thước đường ống
Loại bình tách
Chiều cao
(chiều dài)
L (ft)
Hệ số K
Bình tách đứng
5
10
0.12 – 0.24
0.18 – 0.35
Bình tách trụ ngang
10
Kích thước khác
0.40 – 0.50
0.40 – 0.5.(L/10)0.56
Bình tách hình cầu Tất cả kích thước 0.2 – 0.35
(Nguồn: Specification for Oil and Gas Separators, API Specification 12 J,
Page 13 ,[25].)
c) Các bộ phận chính trong bình tách
Chức năng chính của bình tách là loại bỏ khí có trong dòng lỏng tại một áp
suất hay nhiệt độ nhất định nào đó. Để cho quá trình hoạt động được ổn định và đạt
hiệu quả trong một khoảng điều kiện rộng thì bình tách lỏng-khí thường gồm các bộ
phận chính sau:
i) Bộ phận tách thứ cấp (Primary Separation Section)
Bộ phận này dùng để loại bỏ phần lớn lượng lỏng có trong dòng vào với việc
sử dụng thiết bị chuyển dòng chảy (Inlet Diverter), lưu chất dòng vào sẽ va đập vào
thiết bị này làm thay đổi moment chuyển động, chuyển hướng dòng chảy rồi lắng
xuống theo nguyên lý lắng trọng lực.

37. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 19 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
ii) Bộ phận tách sơ cấp (Secondary Separation Section)
Nguyên lý tách chính của bộ phận này là lắng trọng lực của chất lỏng từ dòng
vào sau khi vận tốc của lưu chất đã giảm nhờ vào bộ phận chuyển dòng. Hiệu suất
lắng đọng của chất lỏng trong bộ phận này phụ thuộc vào tính chất của pha lỏng-
khí, kích thước hạt và mức độ hỗn loạn của dòng khí. Một số loại bình tách được
thiết kế kèm theo bộ chuyển hướng dòng chảy bên trong (Internal Bafflers) để giảm
sự hỗn loạn cũng như bọt khí xuất hiện trong bộ phận này.
iii) Bộ phận chứa chất lỏng (Liquid Separation Section)
Tất cả chất lỏng trong quá trình tách sẽ được tập trung tại bộ phận này. Vùng
này nên hạn chế sự xáo trộn hay làm hỗn loạn của các dòng khí. Dung tích của nó
phải đủ để chứa khi mực chất lỏng trong bình dâng lên cũng như cung cấp đủ thời
gian lưu cần thiết để tách được khí hòa tan trong pha lỏng và tách được lượng nước
tự do trong dầu nếu như sử dụng cho bình tách ba pha. Một bộ phận ngăn cản dòng
xoáy (Vortex Breaker) có thể được lắp đặt trên đường ra của dòng dầu để ổn định
dòng chảy ở đáy của bình tách.
iv) Bộ phận khử (chiết) sương (Mist Eliminator Section)
Bộ phận chiết sương có nhiệm vụ loại bỏ những hạt lỏng còn lại trong dòng
khí có đường kính khoảng 10 micro mét trước khi đi khỏi bình tách. Thông thường
sẽ có ít hơn 0.1 gallon trên 1 triệu feet khối khí (MMSCFD). Nó thường được sử
dụng đối với bình tách có kích thước nhỏ.
Để đạt được hiệu quả, bộ phận khử sương phải đảm nhiệm hai chức năng cơ
bản sau. Thứ nhất, nó phải giữ hoặc bẫy được chất lỏng. Thứ hai, phải cho chất lỏng
rơi xuống bộ phận chứa lỏng mà không được hòa tan với dòng khí bay lên đỉnh.
Có nhiều loại chiết sương với tên gọi khác nhau như dạng lưới (Mesh Mist
Eliminator), dạng cánh (Vane Mish Eliminator) và dạng cyclon (Cyclonic Mist
Eliminator).
Đối với bộ phận chiết sương bằng lưới (Mesh Mist Eliminator) hay còn gọi là
đệm (pads) thường được làm bằng kim loại hay nhựa với các sợi dây đan xen với
nhau từng lớp một cách rất cứng cáp. Loại này loại bỏ các hạt lỏng bằng sự va chạm

38. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 20 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
của giọt lỏng đó lên những tấm lưới, có thể tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn
cho đến khi rơi xuống bộ phận chứa.
Đối với bộ phận chiết sương dạng cánh (Vane Mish Eliminator) sử dụng các
tấm kim loại sắp xếp gần nhau với hình dạng trong giống đường cong hình sin hoặc
hình zíc zắc. Chính vì điều này đã làm cho dòng chảy của dòng lưu chất thay đổi
gây nên sự va đập của các giọt lỏng vào bề mặt của tấm kim loại làm cho chúng kết
tụ và rơi xuống bộ phận chứa.
Đối với bộ phận chiết sương dạng Cyclon (Cyclonic Mist Eliminator) thì sử
dụng lực ly tâm để tách các giọt lỏng và rắn ra khỏi dòng khí dựa trên sự khác nhau
về tỷ trọng. Lợi thế chính của việc dùng bộ phận chiết sương dạng cyclon là hiệu
suất loại bỏ các hạt lỏng rất cao khi hoạt động ở áp suất cao và lưu lượng khí lớn
[26],[27].
v) Hệ thống điều khiển (Process Control System)
Có hai thông số chính được điều khiển trong bình tách, đó là áp suất và mức
chất lỏng. Áp suất hoạt động của bình tách phụ thuộc vào áp suất dòng khí trên
đỉnh, áp suất dòng đi từ giếng khai thác và một giá trị áp suất mong muốn của người
thiết kế quy trình sao cho đảm bảo nhiều yếu tố khác. Trong khi áp suất bình tách
thường được điều khiển bởi dòng khí đi ra thì mức chất được điều khiển bởi dòng
lỏng đi ra. Thiết bị thực thi cho các lệnh điều khiển là van điều khiển (Control
Valve).
vi) Thiết bị giảm áp (Relief Devices)
Hầu hết các bình tách dù hoạt động ở áp suất nào hay kích thước ra sao thì
cũng có thiết bị bảo vệ áp suất (Pressure Protective Devices) và được lắp đặt phù
hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn ASME (American Society of Mechanical
Engineers). Những thiết bị giảm áp nhiều lớp như là Van xả áp (Relief Valve) được
kết nối với đĩa phá hủy (rupture disk). Van xả áp sẽ được tính toán và cài đặt áp suất
làm việc tối đa cho phép của bình tách, áp suất được cài đặt cho đĩa phá hủy lớn hơn
áp suất cài đặt của van xả áp [26].
Hình 1.2, Hình 1.3, Hình 1.4 thể hiện các bộ phận chính trong một bình tách.

39. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 21 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
d) Phân loại bình tách
Kích thước của bình tách phụ thuộc vào lưu lượng của dòng lưu chất đi vào.
Có nhiều cách để phân loại bình tách như phân loại theo hình dáng, chức năng, áp
suất,...
Dựa vào thành phần lưu chất của giếng nó có thể tách nhiều giai đoạn, một
bậc, hay hai bậc. Hầu hết các bình tách được thiết kế để tách hai pha khí-lỏng, và
cũng có thể thiết kế để tách khí-lỏng và nước tự do.
Đối với những dòng có áp suất cao thì thường sử dụng nhiều bậc tách như
bình tách áp suất cao (High Pressure Separator), bình tách áp suất trung bình
(Intermediate Pressure Separator) và bình tách áp suất thấp (Low Pressure
Separator). Thông thường áp suất dòng lưu chất cao thì sẽ có nhiều bậc tách hơn
[21].
Đối với việc phân loại theo hình dạng thì bình tách được chia thành ba loại.
- Bình tách nằm ngang (Horizontal Separator).
- Bình tách trụ đứng (Vertical Separator).
- Bình tách hình cầu (Spherical Separator).
Phụ thuộc vào số pha tách mà việc phân chia theo hình dạng có thể là bình
tách hai pha (khí-dầu), ba pha (khí-dầu-nước), bình tách có hoặc không có bộ phận
chiết sương (Mist Extractor/ Eliminator). Hình 1.2, Hình 1.3, Hình 1.4 thể hiện ba
dạng bình tách, kèm theo chú thích của mỗi bộ phận trên bình tách.
Cả bình tách hình trụ và dạng nằm ngang thường được sử dụng, mỗi loại cũng
có ưu và nhược điểm riêng, phụ thuộc vào tính chất của dòng lưu chất cần phân
tách. Bảng 1.6 liệt kê những ưu và nhược điểm của 2 loại này.

40. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 22 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Hình 1.2 Bình tách nằm ngang
Trong đó:
A: Đường khí
B: Bộ phận chiết sương
C: Thiết bị an toàn
D: Van xả áp
E: Đầu vào bình tách
F: Bộ phận tách sơ cấp
G: Thiết bị đo áp suất
H: Bộ phận tách thứ cấp
I: Bộ phận điều khiển mực chất lỏng
J: Bộ phận cung cấp khí nén
K: Bộ phận thu gom lỏng
L: Đường lỏng
N: Đường xả
L: Đường lỏng

41. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 23 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Hình 1.3 Bình tách trụ đứng
Hình 1.4 Bình tách hình cầu
(Hình 1.2, Hình 1.3, Hình 1.4, Nguồn: Separator Shapes, Specification for Oil
and Gas Separators, API Specidication 12 J, Eighth Edition, Octocber 2008, Page
8 – 10, [33]).

42. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 24 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Bảng 1.6 Ưu và nhược điểm của bình tách đứng và bình tách nằm ngang
Ưu điểm Nhược điểm
Bình tách
đứng
-Thích hợp với diện tích nhỏ.
- Dễ loại bỏ được chất rắn.
-Thể tích của bình tách thường
nhỏ.
- Không thích hợp cho dòng
có tỉ số lỏng/khí cao.
- Không phù hợp với tách ba
pha dầu-khí-nước.
Bình nằm
ngang
-Hiệu quả phân tách cao hơn bình
trụ đứng.
- Thích hợp khi thiết kế tách ba
pha
-Yêu cầu chân đỡ hơn so với
bình đứng.
- Yêu cầu diện tích lớn
(Nguồn: Roberto Bubblco, Introduction, Gas – Liquid Separator, [24]).
e) Các thông số chính của bình tách
Có nhiều thông số thường nhắc đến trong bình tách, đặc biệt trong quá trình
tính toán kích thước. Vì chính những thông số này quyết định toàn bộ đến quá trình
tách. Trong phần này sẽ giới thiệu một vài thông số chính trong bình tách nằm
ngang, những thông số cũng sẽ được dùng để tính toán kích thước thiết bị tách.
i) Vận tốc tới hạn
Như đã đề cập ở phần trên, vận tốc tới hạn là vận tốc lớn nhất mà các hạt lỏng
có trong dòng khí bị rớt xuống. Nó thường được tính toán dựa vào phương trình cân
bằng lực hoặc từ phương trình thực nghiệm như phương trình 1.3.
UT = K√
ρl − ρg
ρg
, (1.3)
Trong đó,
UT : Vận tốc tới hạn m/s.
K : Hằng số thực nghiệm.
Hằng số K có thể được tính toán dựa trên hệ số kéo CD cùng với đường kính
giọt lỏng bị rớt DP với chuẩn số Reynolds dòng chảy như phương trình 1.4.

43. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 25 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
K = √
4gDP
3CD
, (1.4)
Ngoài ra, hệ số K cũng được chọn dựa trên áp suất vận hành và phân loại
bình tách như thể hiện trong Bảng 1.7 và Bảng 1.8.
Bảng 1.7 Hệ số K phân loại theo áp suất vận hành của tháp
Áp suất vận hành, KPa
Hệ số K
(m/s)
Áp suất khí quyển 1.00
1034 0.90
2068 0.85
4137 0.80
7929 0.75
(Nguồn: Figure 7 – 36, De-rating Factor to K-Value For Pressure, Separation
Equipment, Gas Processors Suppliers Association, The Thirteenth Edition, Page
7.26, [28].)
Bảng 1.8 Hệ số K phân loại theo thiết bị chiết sương
Loại thiết bị Hệ số K (m/s)
Dạng lưới (Bình tách đứng) 0.11
Dạng lưới (Bình nằm ngang) 0.13
Dạng gờ, Vane (Bình tách đứng) 0.15
Dạng gờ, Vane (Bình nằm ngang) 0.20
(Nguồn Figure 7- 37, Typical Souder’s K Value for Mist Eliminator Devices,
Separation Equipment, Gas Processors Suppliers Association, The Thirteenth
Edition, Page 7.27, [29].)
Đối với bình tách nằm ngang thi giá trị K = 0.13 thường được sử dụng nhiều.
Giá trị này cũng được sử dụng để tính toán thiết kế bình tách trong đồ án này.

44. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 26 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Đối với bình tách nằm ngang, hầu hết các nguồn tài liệu công nhận rằng vận
tốc cho phép pha hơi (Allowable Horizontal Velocity) có thể lớn hơn vận tốc tới
hạn. Điều này có thể hiểu là thời gian để pha hơi đi từ đầu vào (Inlet) đến đầu ra
(Outlet) của bình tách (có thể hiểu là thời gian lưu của pha khí) phải lớn hơn thời
gian nhỏ giọt lỏng trong pha hơi đến bề mặt pha lỏng. Mô hình bên dưới thể hiện
hai vận tốc này [23].
Có thể biểu diễn được mối liên hệ của hai vận tốc trên bằng phương trình 1.5.
L
UAH
≥
HV
UT
, (1.5)
Phương trình 1.5 có thể được viết lại đối với vận tốc cho phép của pha hơi như
sau.
UAH ≤
L
HV
UT, (1.5)
Trong đó,
L : Chiều dài bình tách, m.
HV : Chiều cao phần thể tích hơi, m, sẽ được chọn bằng 0.2 lần đường
kính hoặc 2 feet nếu bình tách có bộ phận chiết sương.
UAH : Vận tốc cho phép của pha hơi trong bình tách nằm ngang, m/s.
UT : Vận tốc tới hạn, m/s.
ii) Thời gian lưu trong bình tách
Thể tích của chất lỏng trong bình tách phụ thuộc chính vào thời gian lưu của
nó trong bình. Quá trình tách sẽ diễn ra tốt nếu được cung cấp một thời gian lưu
thích hợp để tạo được điều kiện cân bằng giữa pha lỏng và pha khí tại nhiệt độ và áp
suất của bình tách [30].
Thời gian lưu được định nghĩa như là thời gian ổn định chất lỏng từ mức đấy
bình đến mức ổn định. Thời gian này cung cấp cho việc loại bỏ khí trong lỏng hay
Giọt
lỏng Vận tốc cho phép pha hơi
Vận tốc tới hạn

45. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 27 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
tách hai pha lỏng-lỏng. Thường thì thời gian lưu sẽ được chọn là 2 phút, đủ để loại
hầu hết các hydrocarbon nhẹ, nhưng cũng có thể là 15 phút để cần thiết cho những
chất lỏng tạo bọt hoặc chất lỏng có tính nhớt [31].
Một cách diễn đạt khác của thời gian lưu bao gồm thời gian tương ứng của
từng mức chất lỏng trong bình tách được thể hiện trong Hình 1.5.
Hình 1.5 Các mức chất lỏng chính có trong bình tách
(Nguồn: W.Y. Svrcek, W. D. Monnery (1999). Design Two Phase Separeator
Within the Right Limit, Chemical Engineering Process, [23].)
Hình 1.5 thể hiện các mức chất lỏng chính có trong một bình tách, bao gồm
HLL (Mực chất lỏng ở mức cao), NLL (Mực chất lỏng ở mức ổn định), LLL (Mực
chất lỏng ở mức thấp). Những mực chất lỏng này có ý nghĩa quan trọng đối với bình
tách ứng với một khoảng thời gian tương ứng. Có hai thuật ngữ chỉ thời gian trong
bình tách thường được nhắc đến, đó là:
- Thời gian Surge: Được định nghĩa như là khoảng thời gian để chất lỏng đi
từ mực NLL lên đến mực HLL trong khi vẫn đảm bảo chứa được lưu lượng
dòng đi vào mà không có bất cứ dòng ra nào. Nó có ý nghĩa đảm bảo việc
chứa chất lỏng trong quá trình dòng đi vào hay đi ra gặp sự cố.
- Thời gian Holdup: Được định nghĩa như là khoảng thời gian để chất lỏng đi
từ mực NLL xuống mực LLL trong khi vẫn đảo bảo được dòng đi ra mà

46. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 28 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
không cần sự cung cấp lưu lượng đi vào. Nó có ý nghĩa đảm bảo cho quá
trình điều khiển và hoạt động an toàn đối các thiết bị sau bình tách
(Downstream Facilities). Thường thì thời gian Surge sẽ bằng nửa thời gian
Holdup nếu không có một sự yêu cầu nào đặc biệt [23].
iii) Diện tích mặt cắt ngang
Diện tích mặt cắt ngang được định nghĩa như là phần diện tích mà lưu chất đi
xuyên qua. Đối với bình tách có hình trụ tròn thì tổng diện tích mặt cắt ngang được
tính theo công thức 1.6.
AT =
πD2
4
, (1.6)
Trong đó,
AT : Tổng diện tích bề mặt bình tách, m2
.
D : Đường kính bình tách, m.
Công thức 1.6 chỉ tính tổng diện tích mặt cắt ngang của phần hình trụ, còn để
tích diện tích mặt cắt hai đầu hình elip của bình tách thì sử dụng công thức 1.7. Với
D tính bằng inch và AE tính bằng ft2
.
AE = 1.084D2
, (1.7)
Trong đó,
AE : Diện tích 2 mặt cắt ngang hình elip, ft2
iv) Thể tích chất lỏng trong bình tách
Lưu lượng thể tích dòng khí và lỏng trong bình tách sẽ được tính dựa vào lưu
lượng khối lượng với phương trình 1.8 và 1.9.
Ql =
ml
3600. ρl
, (1.8)
Trong đó,
Ql : Lưu lượng thể tích pha lỏng, m3
/s.
ml : Lưu lượng khối lượng pha lỏng, kg/h.
ρl : Khối lượng riêng pha lỏng, kg/m3
.
Qg =
mg
3600. ρg
, (1.9)

47. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 29 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Trong đó,
Qg : Lưu lượng thể tích pha khí, m3
/s.
mg : Lưu lượng khối lượng pha khí, kg/h.
ρg : Khối lượng riêng pha khí, kg/m3
.
Ứng với hai khảng thời gian là Surge Time và Holdup Time thì có hai phần
thể tích lỏng tương ứng đó là thể tích phần Surge (Surge Volume) và thể tích phần
Holdup (Holdup Volume). Thể tích chất lỏng trong bình tách sẽ được tính toán bao
gồm tổng hai phần thể tích cộng với thể tích mức LLL xuống đáy của bình tách đó
như được trình bày ở phương trình 1.10.
VL = VH + VS + VLLL, (1.10)
Trong đó,
VL : Tổng thể tích chất lỏng trong bình tách, m3
.
VH : Thể tích chất lỏng từ mực NLL xuống mực LLL, m3
.
VS : Thể tích chất lỏng từ mực NLL lên mực HLL, m3
.
VLLL : Thể tích từ mực NLL xuống đáy của bình tách, m3
.
Một cách khác để tính tổng thể tích của bình tách dựa vào tính thể tích hình trụ
tròn và thể tích 2 đầu hình elip, được thể hiện ở phương trình (1.11).
V =
πD3
K
6
+
πD2
L
4
, (1.11)
Trong đó:
V : Tổng thể tích bình tách, m3
K = 0.5 đối với hình elip 2:1.
D : Đường kính bình tách, m
L : Chiều dài bình tách, m
v) Chiều dài (chiều cao) và đường kính
Thông thường giữa đường kính và chiều cao (đối với bình tách trụ đứng) hoặc
chiều dài (đối với bình tách nằm ngang) của bình tách có một tỉ số nào đó. Tỷ số
này thường được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm, thường sẽ được cài đặt một giá trị
ban đầu, sau đó sẽ tính toán hiệu chỉnh để đạt được yêu cầu nhưng phải nhỏ nhất về

48. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 30 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
khối lượng và phải phù hợp với thực tế để đạt được tất cả các tiêu chí. Tỷ số đường
kính trên chiều cao (L/D) được đề nghị bởi GPSA là 3 như là điểm bắt đầu trong
tính toán [32]. Bên cạnh đó tỷ số này cũng được đề nghị lựa chọn dựa vào khoảng
áp suất hoạt động của bình tách. Các giá trị này được thể hiện dưới Bảng 1.9.
Bảng 1.9 Tỉ số L/D tham khảo dựa vào khoảng áp suất hoạt động
Áp suất hoạt động
(psig)
Tỉ số L/D
0 < P < 250 1.5 – 3.0
250 < P ≤500 3.0 – 4.0
500 < P 4.0 – 6.0
(Nguồn: Table 5. L/D ratio Guilines, W.Y. Svrcek, W. D. Monnery (1999).
Design Two Phase Separeator Within the Right Limit, Chemical Engineering
Process [23]).
Khi đã lựa chọn được một tỉ số L/D thì đường kính của bình tách sẽ được tính
như phương trình 1.12.
D = (
4(VH + VS
π(0.6) (
L
D
)
)
1
3
, (1.12)
Trong đó,
D : Đường kính bình tách, m.
L : Chiều dài bình tách, m.
VH : Thể tích chất lỏng từ mực NLL xuống mực LLL, m3
.
VS : Thể tích chất lỏng từ mực NLL lên mực HLL, m3
.
Sau đó chiều dài sẽ được tính dựa trên tổng thể tích chia cho tổng diện tích bề
mặt chứa lỏng như phương trình 1.13.
L =
VH + VS
AT − AV − ALLL
, (1.13)
Trong đó,
L : Chiều dài bình tách, m.

49. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 31 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
VH : Thể tích chất lỏng từ mực NLL xuống mực LLL, m3
.
VS : Thể tích chất lỏng từ mực NLL lên mực HLL, m3
.
AT : Tổng diện tích bề mặt bình tách, m2
.
AV : Diện tích mặt thoáng của pha hơi, m2
.
ALLL : Diện tích bề mặt từ mực LLL xuống đáy bình tách [23].
1.4.2 Van
a) Khái niệm
Van được định nghĩa như là một thiết bị được thiết kế để khởi nguồn, điều
hướng, dừng hay điều chỉnh dòng chảy, áp suất, nhiệt độ của dòng lưu chất. Van
được ứng dụng trong việc điều khiển chất lỏng và chất khí.
Các đặc trưng trong việc thiết kế, ứng dụng của van khác nhau đối với từng
loại, kích cỡ, áp suất của van. Van trong công nghiệp có thể có khối lượng chỉ từ
0.45 kg đến 9070 kg và có thể có chiều dài hơn 6.1 m. Kích cỡ của van có thể sử
dụng trong đường ống từ 0.5 inch (với đường kính danh nghĩa DN=15) đến trên 48
inch (đường kính danh nghĩa DN =1200). Hầu hết trên 90% các loại van được sử
dụng hiện nay có kích thước 4 inch (DN=100). Khoảng áp suất hoạt động trong van
có thể từ chân không đến 13,000 psi (897 bar).
Các loại van được sử dụng ngày nay như là van cổng (Gate), van cầu (Globe),
van nút (Plug), van bi (Ball), van bướm (Butterfly), van kiểm tra (Check) và van an
toàn (Pressure-Relief) và được chế tạo từ các vật liệu khác nhau như thép, sắt, nhựa,
đồng…[34].
b) Cấu tạo
Bất cứ loại van nào cũng gồm ba bộ phân chính đó là: Thân van, cửa van và
cần van. Hình 1.6 thể hiện các bộ phận chính của van. Các bộ phận này được định
nghĩa như sau:
- Thân van: Là bộ phận được kết nối với đường ống bằng các mặt bích hay
bằng cách hàn. Các vòng làm kín được đặt vào giữa để tăng độ kín.
- Cửa van : Là bộ phận cho phép chất lỏng đi qua khi cửa van chuyển động lên
xuống hay qua lại.

50. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 32 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
- Cần van: Hay còn gọi là tay van, được kết nối với cửa van.
Hình 1.6 Các bộ phận chính của Van
c) Phân loại
Hệ thống phân loại van hiện nay chủ yếu theo chức năng của từng loại van sử
dụng. Đó là van chặn, van điều chỉnh và van xả áp.
Van chặn dùng để ngăn dòng chảy hoặc một phần của dòng chảy để đạt dòng
chảy mới sau van. Yêu cầu đối với loại van này phải có trở lực dòng chảy thấp nhất
khi van mở và phải đảm bảo độ kín khi đóng van. Hai loại van thường được sử dụng
trong van chặn là van cổng (Van cửa) hoặc van cầu. Hình 1.7 thể hiện cấu tạo của
van cổng [35].

51. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 33 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Hình 1.7 Cấu tạo của Van cổng
Van cổng khi hoạt động thường mở hoàn toàn, cho phép dòng chảy lưu thông
và năng lượng dòng chảy bị mất mát là nhỏ nhất .
Trong khi van chặn thực hiện chứa năng chặn hoặc mở hoàn toàn dòng chảy
thì van điều khiển (Control Valve), như tên gọi của nó dùng để điều chỉnh lưu
lượng lưu chất đi trong ống [35]. Loại van này đặc biệt quan trọng trong hệ thống
điều khiển, sẽ tìm hiểu kĩ trong phần van điều khiển.
d) Van điều khiển (Control Valve)
i) Khái niệm van điều khiển
Từ các cụm xử lý dầu thô ngoài khơi cho đến các nhà máy xử lý khí, lọc dầu,
sản xuất phân đạm,.. đều chứa hàng trăm, thậm chí hàng ngàn các vòng điều khiển,
tất cả được liên kết với nhau để sản xuất các sản phẩm như mong muốn. Mỗi vòng
điều khiển được thiết kế để nhằm đảm bảo các thông số của quá trình như áp suất,
lưu lượng, mức, nhiệt độ,…nằm trong khoảng hoạt động cho phép để đảm bảo chất
lượng của sản phẩm cuối cùng [36].
Van điều khiển được định nghĩa như là một van tiết lưu (Throttling Valve)
nhưng được trang bị một vài bộ phận dẫn động (Actuator) được thiết kế để làm việc
trong các vòng điều khiển (Control Loops). Được biết đến như là một bộ phận điều

52. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 34 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
khiển cuối cùng trong vòng điều khiển, van điều khiển là một phần của vòng điều
khiển, song hành với van điều khiển còn có bộ phận cảm biến (Sensing Element) và
bộ điều khiển (Controller). Bộ phận cảm biến sẽ đo các giá trị như áp suất, nhiệt độ,
mức,…của quy trình, sau đó sẽ chuyển tín hiệu với các thông tin về điều kiện của
quá trình vừa đo ở trên đến bộ phận điều khiển. Bộ phận điều khiển nhận thông tin
đầu vào từ bộ phận cảm biến và so sánh các giá trị đó với giá trị cài đặt sẵn (Set
Point) hay một giá trị mong muốn đạt được ở vị trí đó. Qua việc so sánh giá trị thực
tế và giá trị cài đặt, bộ phận điều khiển sẽ tạo những sự thay đổi cần thiết cho quá
trình và gửi tín hiệu đến bộ phận thực thi là van điều khiển. Và cuối cùng van điều
khiển sẽ tạo sự thay đổi theo như tín hiệu nhận được cho quá trình. Hình 1.8 mô tả
quá trình của một vòng điều khiển. Trong đó bộ phận điều khiển được kết nối với
bộ truyền tín hiệu nhiệt độ (TT), áp suất (PT), lưu lượng (FT) [37].
Hình 1.8 Mô hình một vòng điều khiển cơ bản
(Nguồn: Figure 1.8 Control Loop schematic showing the relationship among
flow (FT), pressure (PT) and transmitter (TT) and a control valve, Final
Conrol Element within A Control Loop, Philip L.Skousen (2004).Final Conrol
Element within A Control Loop, Valve Handbook, Page 7 – 8, [37].)
ii) Cấu tạo Van điều khiển
Cấu tạo của một van điều khiển gồm 2 bộ phận chính là thân van (Body valve)
và bộ phận truyền động (Actuator) được kết nối với nhau nhờ nắp đậy (Bonnet

53. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 35 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
assembly) hay gọi là mặt bích. Hình 1.9 thể hiện các bộ phận chính cấu thành van
điều khiển.
Thân van điều khiển có chức năng điều chỉnh dòng chảy mỗi khi có lực tác
động từ bộ phận truyền động, vì thế thân van phải chịu được áp lực truyền từ bộ
phận truyền động, bên cạnh đó thành phần cấu tạo thân van không được phản ứng
với lưu chất, ảnh hưởng của các tác động vật lý và đảm bảo sự liên kết tốt với
đường ống mà không có bất cứ sự rò rĩ bên trong nào. Hầu hết các thân van được
thiết kế là loại van cầu. Van bướm và van bi cũng được sử dụng trong một số
trường hợp.
Hình 1.9 Liên kết giữa 2 bộ phận chính của Van điều khiển
(Nguồn : FIG 4-26, Relationship of Major Components, Control Valve,
Instrumentation, Gas Processors Suppliers Association, The Thirteenth Edition,
Page 4.21 – 4.24, [38].)
Bộ phận truyền động là nơi hoạt động bằng các tín hiệu khí, điện,…bằng cách
nhận tín hiệu từ các thiết bị đo và có sự thay đổi hợp lý, từ tác động đến lò xo khiến
lực tác động đến thân van cũng thay đổi. Hình 1.10 thể hiện chi tiết các bộ phận có
trong van điều khiển với các thuật ngữ được định nghĩa trong Bảng 1.10 [38].

54. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 36 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Hình 1.10 Các bộ phận chi tiết trong Van điều khiển
(Nguồn: FIG 4-27, Push-Down -to –Close Valve Body Assembly, Control
Valve, Instrumentation, Gas Processors Suppliers Association, The Thirteenth
Edition Page 4.21, [38].)
e) Các thông số chính trong van điều khiển
i) Hệ số dòng chảy CV
Đại lượng đo phổ biến được áp dụng trong van là hệ số của van, CV (Valve
Coefficient), hay còn biết đến là hệ số dòng chảy (Flow Coefficient). Khi lựa chọn
van trong một quá trình cụ thể nào đó, hệ số dòng chảy CV thường được sử dụng để
tính toán kích thước của Van sao cho có thể cho phép dòng chảy đi qua và quá trình
điều khiển lưu chất được ổn định.
CV được định nghĩa như là giá trị của một gallon nước (tính bằng đơn vị của
Mỹ, 3.78 lít) tại 60ºF chảy qua van trong 1 phút khi áp suất giảm 1 psi. Phương
trình 1.14 thể công thức cơ bản để tính giá trị CV.
Cv = Q. √
γ
∆P
, (1.14)

55. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 37 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
Trong đó,
Q : Dung tích của chất lỏng tính bằng đơn vị gallon trên phút (GPM).
∆P : Chênh áp giữa đầu vào và đầu ra của Van, psi.
γ : Tỷ trọng riêng của chất lỏng, (đối với nước γ = 1 tại 60ºF).
Bảng 1.10 Các bộ phận trong Van điều khiển
Thuật ngữ Định nghĩa
Valve plug stem Thân xupap
Packing flange Bích đệm
Bannet Nắp đậy
Seat Ring Vòng đệm
Cage Buồng Van
Yoke Locknut Đai ốc gông
Việc tính toán giá trị Cv là quan trọng nhất trong quá trình lựa chọn van. Nếu
CV quá nhỏ thì kích thước van sẽ không đạt yêu cầu, không đủ lưu chất cho hệ
thống. Hơn nữa, giá trị CV nhỏ có thể tạo nên độ chênh áp cao khi đi qua van, gây ra
hiện tượng tạo bọt, khí hóa… Mặt khác, nếu giá trị CV được tính toán quá cao thì
kích thước của van sẽ quá cỡ. Và hiển nhiên là giá thành, kích cỡ, khối lượng của
van sẽ lớn, và đó là một bất lợi [39].
ii) Các tính chất dòng chảy của van (Flow Characteristics)
Đặc điểm dòng chảy của van điều khiển là mối liên hệ giữa dòng chảy đi qua
van và hành trình của van (Valve travel) khi van thay đổi độ mở từ 0 đến 100%.
Hay nói cách khác, khi van được mở, ứng với đặc điểm của dòng chảy nào đó thì sẽ
cho phép một khối lượng nhất định lưu chất đi qua van ứng với phần trăm độ mở
van tương ứng.
Khi lưu chất đi qua van điều khiển, nó không những bị ảnh hưởng, tác động
bởi tính chất của dòng chảy mà còn bởi độ giảm áp đi qua van. Có ba loại tính chất
của dòng chảy qua van, đó là phần trăm cân bằng (Equal Percentage), tuyến tính
(Linear) và mở nhanh (Quick-Opening). Các tính chất này được biết đến như là tính

56. Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông 38 SVTH: Phạm Nhật Minh
ThS. Nguyễn Văn Toàn
chất vốn có của dòng chảy khi qua van. Hình 1.11 mô tả các tính chất của dòng
chảy.
Dòng chảy “mở nhanh” cung cấp sự thay đổi lưu lượng lớn nhất ứng với độ
mở van nhỏ. Đối với van điều khiển, tính chất này được dùng chủ yếu cho quá trình
đóng-mở.
Dòng chảy “tuyến tính” cho thấy lưu lượng tỉ lệ thuận với hành trình của van
(độ mở van). Xét một ví dụ : Tại độ mở van 50%, lưu lượng tối đa là 50%, tại độ
mở 80%, tương ứng với 80% lưu lượng. Tính chất này thường sử dụng trong quá
trình điều khiển chất lỏng.
Hình 1.11 Các loại đặc tính của Van
(Nguồn: Philip L.Skousen (2004). Figue 2.4, Typical Inherent Flow
Characteristic, Equal-Percentage Flow Characteristic, Valve Handbook, Page 21,
[41].)
Dòng chảy “cân bằng” là một trong ba tính chất phổ biến hay được áp dụng
trong van điều khiển. Đối với tính chất này thì sự thay đổi lưu lượng luôn luôn tỉ lệ
với lưu lượng ngay trước khi có sự thay đổi vị trí của đĩa (disk) và chốt van (valve
plug). Khi chốt van gần với đế van (seat) thì lưu lượng lúc này sẽ nhỏ nên sự thay
đổi lưu lượng cũng nhỏ, với một lưu lượng lớn hơn thì sự thay đổi lưu lượng sẽ lớn