Thiết bị tách dầu API là một thiết bị dùng để tách tổng lượng dầu và chất rắn lơ lửng khỏi nước thải. Áp dụng cho các nhà máy lọc dầu, hóa dầu, hóa chất, chế biến khí tự nhiên, chế biến thực phẩm tại các nhà hàng, khách sạn. Tên gọi này được bắt nguồn từ thực tế rằng các thiết bị này được thiết kế theo tiêu chuẩn của Viện Dầu Khí Hoa Kỳ API.
Bộ phân tách API thường được sử dụng trong bước đầu tiên của xử lý nước thải và được cho là khâu quan trọng nhất đối với xử lý nước thải tại các nhà máy lọc dầu. Bộ tách API đã được phát triển hơn 70 năm trước trong nỗ lực chung của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API). Thiết bị tách API đầu tiên được cung cấp vào năm 1933 cho nhà máy lọc dầu Philadelphia của Atlantic Refining, và kể từ đó, hàng trăm nhà máy lọc dầu trên khắp thế giới đã lắp đặt thiết bị tách API trong các nhà máy xử lý nước thải của họ.
Nguyên lý vận hành của thiết bị tách dầu API
Thiết bị tách dầu API hoạt động theo nguyên tắc của Luật Stokes, xác định vận tốc tăng của hạt dầu dựa trên mật độ và kích thước của nó. Thông thường, sự khác biệt giữa trọng lượng riêng của dầu cần tách và nước gần hơn nhiều so với trọng lượng riêng của chất rắn lơ lửng và nước. Do đó, thiết kế của thiết bị tách API dựa trên sự khác biệt về trọng lượng riêng của dầu cần tách và nước thải. Nếu tuân theo tiêu chí thiết kế này , phần lớn chất rắn lơ lửng sẽ lắng đọng trong thiết bị. Khi dầu và chất rắn lơ lửng được loại bỏ khỏi nước thải trong bộ tách API, pha giữa, nước, sau đó sẽ được đưa đi xử lý tiếp trong hầu hết các nhà máy xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu.
Tiêu chuẩn thiết kế
Thông qua nghiên cứu ban đầu do Viện Dầu khí Hoa Kỳ thực hiện vào những năm 1930, và nhiều cải tiến sau đó, các tiêu chuẩn thiết kế cho bộ phân tách API đã được ghi chép đầy đủ và có thể được tìm thấy trong phiên bản hiện tại của Đặc điểm kỹ thuật API 421.
Một số tiêu chí thiết kế quan trọng nhất được phát triển cho bộ phân tách API bao gồm:
- Tỷ lệ chiều dài và chiều rộng: Tỷ lệ chiều dài và chiều rộng tối thiểu là 5: 1 được khuyến nghị cho tất cả các thiết kế bộ phân tách API để giữ các điều kiện hoạt động gần với dòng phích cắm nhất có thể, giảm thiểu khả năng xảy ra đoản mạch.
- Tỷ lệ chiều sâu và chiều rộng: Tỷ lệ chiều sâu và chiều rộng tối thiểu là 0,3 đến 0,5 được khuyến nghị để các đơn vị phân tách không quá sâu, giảm thiểu thời gian để các hạt dầu trồi lên bề mặt.
- Chiều rộng và chiều sâu kênh tối đa: Chiều rộng kênh phân tách API tối đa là 20 ft (khoảng 6 mét); độ sâu tối đa là 8 ft (khoảng 2 mét)
- Vận tốc ngang: Việc duy trì vận tốc ngang không quá 3,0 ft/giây đã được chứng minh là có thể giảm thiểu sự hỗn loạn và ảnh hưởng của nó trong việc cản trở quá trình tách dầu khỏi nước thải.
- Phân phối đầu vào: Để giảm thiểu ảnh hưởng của vận tốc đầu vào nước thải cao vào bộ tách API và khả năng xảy ra hiện tượng đoản mạch liên quan đến các vận tốc cao này, nên sử dụng các vách ngăn phản lực để khuếch tán dòng chảy qua chiều rộng và chiều sâu của bộ tách API.
- Kích thước hạt dầu. Phần lớn các hạt dầu trong nước thải của nhà máy lọc dầu có kích thước từ 150 micron trở lên. Do đó, các tiêu chuẩn thiết kế cho bộ tách API đã được phát triển để loại bỏ các hạt dầu có kích thước này. Các hạt nhỏ hơn 150 micron thông thường sẽ thoát ra khỏi bộ tách API và sẽ cần được loại bỏ bằng các quy trình xử lý hạ lưu, trừ khi các quy định cho phép được thực hiện trong định cỡ của bộ tách API để loại bỏ các hạt nhỏ hơn này.
Đặc điểm thiết kế
Ngoài các Tiêu chuẩn thiết kế đã đề cập trước đó, có một số tính năng nhất định cần được xem xét trong bất kỳ thiết kế bộ tách API nào để đảm bảo việc xử lý hiệu quả và tuân thủ yêu cầu bảo vệ môi trường.
- Kết hợp một hệ thống hớt bọt trong bể để loại bỏ chất rắn lắng và dầu nổi nhằm duy trì công suất tối ưu trong thiết bị tách. Hệ thống này thường bao gồm bốn trục , dây chuyền và hệ thống thu gom các chất rắn lắng xuống một phễu chứa bùn ở đầu vào của thiết bị và dầu nổi đến thiết bị hớt bọt ở đầu ra của thiết bị.
- Cung cấp một số phương pháp để loại bỏ dầu tích tụ trên bề mặt của bộ tách API. Đây thường là một ống hớt dầu quay, nhưng cũng có thể bao gồm một ống hớt dầu cuộn. Việc giám sát mức dầu thủ công hoặc điện tử trong bồn chứa bộ tách API cũng có thể được đưa vào thiết kế.
- Các phương pháp để loại bỏ liên tục hoặc gián đoạn chất rắn tích tụ (bùn) khỏi thiết bị tách API, thường bao gồm một số loại hệ thống bơm bùn.
- Hệ thống phân phối / hệ thống phân tán nước thải đầu vào.
- Lắp đặt các nắp đậy kín khí để ngăn VOC / hơi, thường bao gồm một số loại hệ thống hút khí trơ để đảm bảo an toàn.
API sẽ luôn loại bỏ một tỷ lệ dầu và TSS nhất định trong nước thải; hoặc chúng phải luôn đạt được chất lượng nước thải nhất định , không phụ thuộc vào dầu đầu vào và nồng độ TSS. Một thiết bị tách API được thiết kế tốt phải đạt được nồng độ dầu thải và TSS từ 50 đến 200 mg/l, không phụ thuộc vào nồng độ đầu vào, để đảm bảo bảo vệ và vận hành tốt các quy trình xử lý hạ nguồn.
Lựa chọn thiết bị hỗ trợ thích hợp chính là chìa khóa cho hiệu quả xử lý
Thiết kế một bộ phân tách API để hoạt động đúng cách không chỉ là chạy một phép tính định cỡ. Bộ phân tách không chỉ phải có kích thước phù hợp mà thiết bị hỗ trợ hoạt động của bộ phân tách API phải được thiết kế phù hợp. Hãy nghĩ đến động cơ ô tô — động cơ tốt nhất trên thế giới sẽ hỏng nếu các bộ phận hỗ trợ hoạt động của nó không được thiết kế và lựa chọn đúng cách. Điều này cũng đúng đối với dấu phân tách API. Để hoạt động như thiết kế , tất cả các thiết bị hỗ trợ cần phải hoạt động tốt, bao gồm hệ thống bơm nước thải thô (nếu được sử dụng), hệ thống bơm / loại bỏ bùn, hệ thống thu gom bùn, hệ thống chứa VOC / hơi và hệ thống thu gom / loại bỏ dầu.
Bơm nước thải thô
Nhiều bộ phân tách API mới hiện được đặt trong các bồn thép cao cấp hơn, cho phép dễ dàng kiểm tra và bảo trì. Trong một số trường hợp, điều này có nghĩa là nước thải thô phải được bơm đến thiết bị tách; tuy nhiên, hoạt động bơm có thể cắt và tạo nhũ tương các giọt dầu, ảnh hưởng xấu đến hiệu quả loại bỏ dầu trong thiết bị tách và ảnh hưởng đến hiệu suất của các quá trình xử lý nước thải ở hạ nguồn. Do đó, hãy chọn một máy bơm có độ nhiễu loạn thấp để giảm thiểu hiện tượng tạo nhũ dầu.
Hệ thống bơm / loại bỏ bùn
Được cho là thiết bị hỗ trợ quan trọng nhất trong thiết kế bộ tách API, hệ thống bơm / loại bỏ bùn thải loại bỏ bùn nhờn tích tụ từ thiết bị tách. Nếu không được loại bỏ, các bộ phận của dây chuyền bên trong và bộ thu gom có thể sẽ bị hỏng do quá tải do khối lượng bùn. Trên thực tế, việc loại bỏ bùn không hiệu quả là lý do phổ biến nhất khiến máy tách API không hoạt động bình thường. Khi lựa chọn một hệ thống loại bỏ bùn, hãy xem xét những điều sau:
- Bùn của bộ tách API nặng, nhớt và dính, và có thể nhanh chóng kết cầu trong các phễu chứa bùn, làm tắc các điểm rút bùn. Làm sôi và tách bùn đã nén bằng cách sử dụng vòi phun và nước hoặc hơi nước trong các phễu chứa bùn.
- Sử dụng các kết nối xả sạch và xả trên đường ống rút bùn để giữ cho đường ống không bị tắc
- Đặt máy bơm bùn gần và ở cùng độ cao với phễu hút bùn để cung cấp khả năng hút ngập cho máy bơm và giảm thiểu đường ống hút bùn dễ bị tắc nghẽn.
Hệ thống thu gom bùn
Nếu dầu nổi và chất rắn lắng được phép thu thập và tích tụ trong thiết bị tách, thể tích hiệu dụng của nó sẽ giảm, ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ dầu và chất rắn, điều này sẽ được ghi nhận là nồng độ dầu và chất rắn lơ lửng tăng lên trong nước thải đầu ra từ thiết bị tách, có thể ảnh hưởng xấu đến các quá trình xử lý ở hạ nguồn.
Hệ thống kiểm soát hơi / VOC
Trong hầu hết các trường hợp, thiết bị phân tách API trong nhà máy lọc dầu hoặc nhà máy hóa dầu cần được cung cấp một trong hai loại nắp để ngăn chặn / kiểm soát VOC:
- Nắp nổi — nổi trên bề mặt của dải phân cách
- Nắp cố định — đặt phía trên bề mặt của dải phân cách
Cả hai hệ thống nắp cố định và nổi đã được sử dụng thường xuyên và thành công. Lưu ý rằng các nắp nổi có thể gây trở ngại cho các thiết bị hớt dầu nằm trên mặt nước ở đầu ra của thiết bị phân tách. Các nắp cố định phải được sử dụng trên các bộ phận này ngay cả khi phần còn lại của dải phân cách sử dụng nắp nổi. Nói chung , các nắp cố định được sử dụng phổ biến hơn trên các dải phân cách API mới và các nắp nổi thường được sử dụng khi các dải phân cách hiện tại phải được che để kiểm soát VOC.
Hệ thống thu gom / loại bỏ dầu
Việc thu gom dầu là chìa khóa để thiết kế bộ tách API. Loại bỏ dầu khỏi thiết bị phân tách sẽ ngăn chặn sự tích tụ và xâm nhập vào các quá trình xử lý ở hạ lưu, nhưng việc loại bỏ cũng cho phép thu thập, phục hồi và tái chế dầu.
Thông thường, ống hớt dầu được sử dụng để loại bỏ dầu. Những đường ống có rãnh này kéo dài một phần vào bộ tách API ở đầu ra. Bộ thu xích và bay tách dầu, đã tích tụ trên bề mặt của bộ phân tách, từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị. Ống hớt dầu được xoay để bắt đầu hớt dầu.
Nhiều thiết bị phân tách API cũng sử dụng máy tách dầu dạng cuộn ngoài đường ống skimmer. Máy tách dầu dạng cuộn là một thùng phuy kéo dài theo chiều rộng của thiết bị phân tách, thường có cấu tạo bằng kim loại và chìm một phần trong bề mặt nước thải. Máy tách dầu cuộn có chứa một bộ truyền động bên ngoài, làm quay trống. Khi trống quay, dầu tự do bám vào bề mặt được chuẩn bị đặc biệt của trống, và một lưỡi gạt gạt dầu tích tụ khỏi bề mặt của skimmer khi nó quay.
Dầu sau đó chảy vào máng thu gom và ra khỏi thiết bị. Dầu thu được bằng máy tách dầu cuộn thường là dầu nguyên chất 95% và có thể dễ dàng tái chế. Tuy nhiên, công suất của máy tách dầu cuộn còn hạn chế. Sự đảo lộn dẫn đến một lượng lớn dầu đi vào hệ thống cống có thể nhanh chóng làm quá tải thiết bị hớt váng dầu, đó là lý do tại sao ống hớt dầu luôn được sử dụng như một thiết bị loại bỏ dầu dự phòng.
Ngoài các hệ thống và thành phần bao gồm thiết kế của bộ tách API, có những vấn đề cần lưu ý liên quan đến hoạt động của quy trình trong các nhà máy lọc dầu và hóa dầu có thể ảnh hưởng đến hoạt động và hiệu quả của bộ tách API , bao gồm cả những thay đổi trong dầu thô, sự hiện diện của nhũ tương đã qua sử dụng được đưa đến thiết bị phân tách.
Các vấn đề vận hành có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của bộ phân tách
Nhiều bộ phân tách API đang được sử dụng ngày nay đã được thiết kế và lắp đặt từ 20 đến 40 năm trước. Vào thời điểm đó, nhiều nhà máy lọc dầu đã chế biến dầu thô nhẹ hơn nhiều so với hiện nay. Rõ ràng, dải phân cách đã được thiết kế phù hợp. Khi các phiến đá thô trở nên nặng hơn, dầu có trong nước thải đi vào thiết bị phân tách API cũng trở nên nặng hơn và gần với trọng lượng riêng của nước. Do đó, mất nhiều thời gian hơn để dầu tách bằng trọng lực khỏi nước thải và hiệu quả của bộ tách có thể đã giảm đáng kể.
Để bù đắp điều này, một số nhà máy lọc dầu ngày nay đã thực hiện các bước quan trọng để giảm lượng nước sử dụng tại các cơ sở của họ, điều này đã làm giảm tốc độ dòng nước thải, do đó cho phép nhiều thời gian hơn trong bộ tách API để các hạt dầu nặng hơn tách ra. Tuy nhiên, các thiết kế của các đơn vị đã lắp đặt từ nhiều năm trước cần được xem xét lại để đảm bảo bảo vệ đầy đủ các thiết bị xử lý hạ nguồn.
