Tài liệu Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí Sử dụng phần mềm Hysys để mô phỏng nhà máy chế biến khí Dinh Cố hoạt động ở chế độ GPPM

Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 LỜI NÓI ĐẦU. Đối với một sinh viên chuyên ngành công nghệ Hóa học - Dầu và Khí, việc nắm vững các kiến thức về công nghệ là thực sự cần thiết. Việc lĩnh hội các kiến thức này sẽ giúp cho các kỹ sư trong tương lai không những có thể thiết kế, vận hành tốt một quá trình sản xuất và chế biến, mà còn biết cách tối ưu hóa các quá trình và chi phí thiết kế, có ý tưởng cải tiến thiết bị, nâng cao năng suất. Do vậy, với yêu cầu trên, Đồ án tốt nghiệp thực sự mang đến cho em và tất cả sinh viên cơ hội để hình dung lại kiến thức đã học và liên hệ thực tiễn sản xuất, chế biến. Sinh viên cần phải nắm vững tổng quát các kiến thức về các quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, chuyển hóa hóa học cũng như thiết bị hoạt động trong lĩnh vực dầu khí. Trong công nghệ Lọc hóa dầu, các quá trình chế biến khí là một trong những lĩnh vực quan trọng mang đến năng lượng cho sự phát triển đất nước, tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Nhà máy chế biến khí Dinh Cố là nhà máy chế biến khí ra đời với mục đích thực tiễn đó. Trong đồ án này, em sẽ mô phỏng chế độ hoạt động GPPM, là chế độ hoạt động hiện nay của nhà máy. Đồ án có thể chia thành các phần cơ bản sau:  Tổng quát về nhà máy chế biến khí Dinh Cố.  Tổng quan về phần mềm Hysys.  Mô phỏng chế độ hoạt động GPPM của nhà máy.  Tính toán thiết bị và mô phỏng động tháp chưng cất. Trong quá trình thực hiện đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của Giảng viên Ts.Trương Hữu Trì và các thầy cô trong khoa và bạn bè. Tuy nhiên, vì hạn chế về thời gian và kiến thức, chắc chắn trong đồ án còn tồn tại nhiều sai sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và bạn bè để có được nhiều kinh nghiệm và kiến thức cho bản thân. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 1 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ DINH CỐ 1.1. Tổng quan về nhà máy chế biến khí Dinh Cố Hình 1-1: Nhà máy chế biến khí Dinh Cố. 1.1.1 Sơ lược về nhà máy Nhà máy chế biến khí Dinh Cố được khởi công xây dựng ngày 4/10/1997, đây là nhà máy khí hóa lỏng đầu tiên của Việt Nam. Nhà thầu là Tổ hợp Samsung Enginerring Company Ltđ (Hàn Quốc), cùng công ty NKK (Nhật Bản). Tổng số vốn đầu tư là 79 triệu USD, 100% vốn đầu tư của Tổng Công Ty Dầu Khí Việt Nam, nhà máy được xây dựng tại xã An Ngãi, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu với diện tích 89600 m2 (dài 320m, rộng 280m), cách Long Hải 6 km về phía Bắc, cách điểm tiếp bờ của đường ống dẫn khí từ Bạch Hổ khoảng 10 km. Khí đồng hành được thu gom từ mỏ Bạch Hổ và mỏ Rạng Đông và các mỏ khí khác, được dẫn vào bờ theo đường ống 16" và được xử lý tại nhà máy xử lý khí Dinh Cố nhằm thu hồi khí khô, LPG và các sản phẩm nặng hơn. Phần khí khô được làm nhiên liệu cho nhà máy điện Bà Rịa, nhà máy điện đạm Phú Mỹ. Năng suất nhà máy từ 5,8 đến 6,2 triệu m 3/ngày. Các thiết bị được thiết kế vận hành liên tục 24h trong ngày (hoạt động 350 ngày/năm), sản phẩm hóa lỏng sau khi ra khỏi nhà máy được dẫn theo 3 đường ống 6" đến kho cảng Thị Vải. Sự ưu tiên hàng đầu của nhà máy là duy trì dòng khí khô cung cấp cho nhà máy điện, việc thu hồi các sản phẩm lỏng từ khí thì ít được ưu tiên hơn. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 2 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 -4 Ưu tiên đối với việc cung cấp khí khô cho nhà máy điện: Trong trường hợp nhu cầu khí của nhà máy điện cao thì việc thu hồi các thành phần lỏng sẽ được giảm tối thiểu nhằm bù đắp cho thành phần khí. -4 Ưu tiên cho sản xuất các sản phẩm lỏng: Trong trường hợp nhu cầu khí của nhà máy điện thấp thì việc thu hồi các thành phần lỏng sẽ được ưu tiên. Thực tế trong quá trình vận hành nhà máy, nhà máy đã tìm cách thu hồi sản phẩm lỏng càng nhiều càng tốt vì sản phẩm lỏng có giá trị cao hơn so với khí. 1.1.2 Mục đích xây dựng nhà máy: Trong hơn mười năm khai thác dầu (từ năm 1983 đến năm 1995), khí đồng hành được đốt bỏ, điều này không chỉ làm lãng phí một lượng lớn nguồn tài nguyên thiên nhiên của đất nước mà còn gây ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó cùng với sự phát triển hàng loạt các mỏ khí thiên nhiên ở thềm lục địa phía Nam, đã thôi thúc chúng ta phải tìm những giải pháp thích hợp cho việc khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này. Tháng 5/1995 hệ thống thu gom khí đồng hành ở mỏ Bạch Hổ đã hoàn thành, điều này đánh dấu một bước phát triển quan trọng cho ngành chế biến khí ở Việt Nam. Chỉ tính riêng việc đưa khí vào sử dụng cho các nhà máy điện Bà Rịa với công suất 1 triệu m3 khí/ngày đã tiết kiệm cho đất nước hơn 1 tỷ đồng mỗi ngày, chưa kể đến những lợi ích khác kèm theo như ổn định sản xuất, giải quyết vấn đề việc làm, tránh lảng phí và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường,... Tuy nhiên trong khi chỉ sử dụng khí làm nhiên liệu cho các nhà máy điện ta lại phải nhập LPG làm nhiên liệu và Condensate để pha chế xăng, điều này cũng làm thất thu một lượng ngoại tệ đáng kể của đất nước. Thêm vào đó để từng bước khép kín quy trình sản xuất từ việc khai thác, vận chuyển, xử lý, chế biến dầu khí, tận dụng triệt để nguồn năng lượng góp phần công nghiệp hoá-hiện đại hoá đất nước, vào tháng 5/1999 PetroViệt Nam Gas đã vận hành nhà máy xử lý khí đầu tiên với năng suất mỗi năm khoảng 250 nghìn tấn LPG và 100 nghìn tấn Condensate. Nhà máy xử lý khí Dinh Cố ra đời với mục đích sau: -4 Xử lý, chế biến khí đồng hành thu gom được trong quá trình khai thác dầu tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác ở ngoài khơi Việt Nam. -5 Cung cấp khí thương phẩm làm nhiên liệu cho các nhà máy điện Bà Rịa, nhà máy điện đạm Phú Mỹ và làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 3 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 -6 Thu hồi sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao hơn so với khí đồng hành ban đầu như: LPG, Condensate. -7 Khi đã đáp ứng nhu cầu trong nước, các sản phẩm LPG và Condensate sẽ xuất khẩu mang lại cho đất nước một nguồn ngoại tệ đáng kể. 1.1.3 Cơ cấu tổ chức nhà máy Hình 1- 2: Cơ cấu tổ chức nhà máy 1.1.4 Giới thiệu sơ lược về các chế độ vận hành của nhà máy: Nhà máy được thiết kế với công suất đầu vào 1,5 tỷ m 3 khí/năm và có 3 giai đoạn vận hành theo các chế độ tương ứng nhằm đáp ứng tiến độ cung cấp sản phẩm: Giai đoạn AMF (Absolute Minimum Facility): Sản xuất Condensate ổn định với công suất 342 tấn/ngày và 3,8 triệu m3 khí/ngày, bắt đầu đưa vào hoạt động từ tháng 10/1998. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 4 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Giai đoạn MF (Minimum Facility): Sản xuất Condensate ổn định với công suất 380 tấn/ngày, hổn hợp Butane - Propane (LPG) với công suất 629 tấn/ngày và 3,5 triệu m3 khí khô/ngày, bắt đầu hoạt động vào tháng 12/1998. Giai đoạn GPP (Gas Procesing Plant): Sản xuất Condensate ổn định, khí khô, hỗn hợp Butane và Propane được tách độc lập. Giai đoạn này công suất khí đầu vào là 1,5 tỷ m3 khí/năm, thu hồi Propane: 575 tấn/ngày; Butane 417 tấn/ngày; Condensate: 402 tấn/ngày và khí khô: 3,34 triệu m3/ngày. Giai đoạn này sử dụng công nghệ Turbo – Expander với hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng cao. Hiện nay nhà máy đang vận hành ở chế độ GPPM, không tách riêng Butane và Propane. 1.2. Các thiết bị chính trong nhà máy 1.2.1 Slug Catcher (SC-01/02): Hình1- 3: Thiết bị Slug Catcher Cấu tạo: Slug Catcher gồm 2 hệ, mỗi hệ 12 ống có dung tích 1400m 3, thuộc dạng ống, đường kính mỗi ống 42", nằm nghiêng góc từ 10 ÷ 15 0 và dài 140m nhằm tăng khả năng tách lỏng trong quá trình di chuyển của hổn hợp lỏng-khí. Vận hành: Áp suất : 75 bar. Nhiệt độ : 23 ÷ 280C. Nguyên tắc hoạt động: Hỗn hợp khí và Condensate từ ngoài khơi vào, đầu tiên được đưa đến Slug Catcher (SC-01/02) để phân tách Condensate, Khí và nước tự do, dưới áp suất vận hành 75 bar và nhiệt độ 25,6 0C. Dòng khí vào đường ống luôn luôn chuyển động va đập vào nhau và va đập vào thành ống, bên cạnh đó do sự thay đổi đột ngột về đường kính ống (từ 16" vào 42") nên làm giảm tốc độ dòng khí và như vậy Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 5 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 làm giảm động năng dòng khí, dưới tác dụng của lực trọng trường thì những cấu tử nặng hơn nhờ độ nghiêng của ống sẽ chảy về cổ góp ngưng tụ thành lỏng gồm Condensate và nước tự do. Nước tự do nặng hơn Condensate nên được tách riêng ra khỏi Condensate và góp lại tại đầu góp nước, Condensate sẽ được đưa qua bình tách V-03. Còn những cấu tử nhẹ hơn nằm phía trên tiếp tục tồn tại ở dạng khí và được góp lại ở đầu góp 30" sau đó phần lớn được đưa tới hệ thống máy nén đầu vào K1011A/B/C/D và một phần nhỏ được Bypass qua bình tách V-101. Hình 1-4: Sơ đồ PID cụm thiết bị Slug Catcher Hệ thống điều khiển: Lượng Condensat tách ra được góp lại ở đầu góp 36" và sẽ được đưa đi đến V-03 dưới sự điều khiển mức (LIC-0111A & B, LT-0121 A&B). Mức điều khiển được chia làm 2 mức A (cao), B (thấp) bởi thiết bị điều khiển bằng tay HS-0111, 0121. Trong trường hợp lượng lỏng lớn ở mức cao HH (LAHH-0111, 0121) thì van vào sẽ đóng, còn ở mức thấp LL (LAHH-0111, 0121) thì dòng lỏng sẽ đóng để tránh hiện tượng sục khí vào thiết bị V-03. Nước từ Slug Catcher ở thiết bị ILIC-0112 & 0122 thông qua bình tách nước và sản phẩm V-52 (nước được giảm áp đến áp suất khí quyển và Hydrocacbon hấp phụ sẽ được giải phóng qua hệ thống thông gió, nước sẽ được đưa đến Burn Pit (ME 52) để đốt, với việc điều khiển mức thấp thì đường dẫn nước sẽ được đóng để tránh các Hydrocacbon sục vào thiết bị tách nước V-52). Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 6 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 1.2.2 Bình tách ba pha (V-03) Cấu tạo: Là 1 bình tách ba pha, nằm ngang, có hệ thống gia nhiệt. Vận hành: Áp suất : 48 bar, Nhiệt độ : 200C. Mục đích: tách Condensate, nước và khí hydrocacbon. Hình 1-5: Cấu tạo của bình tách ba pha V-03 Condensate từ Slug Catcher trước khi vào V-03 sẽ qua van giảm áp và được giảm từ áp suất 75 bar xuống đến 48 bar, đồng thời với việc giảm áp suất thì nhiệt độ sẽ giảm thấp hơn nhiệt độ tạo hydrate (trong điều kiện này là 20 0C), vì vậy phải đặt hai van đo mức (LV-0131A/B) một van dự phòng đặt lối vào V-03. Trong trường hợp xuất hiện hydrate ở một trong hai van thì Methanol có thể được phun vào hoặc chuyển dòng sang van dự phòng. Dây chuyền nhà máy được thiết kế ở điều kiện nhập liệu bão hoà hơi nước nhưng thực tế việc xử lý Glycol ở ngoài khơi đã hạ nhiệt độ điểm sương của dòng nguyên liệu, vì vậy việc ngăn chặn hình thành hydrate chỉ là đề phòng. Trong bồn V-03, được trang bị một ống xoắn ruột gà nhằm mục đích gia nhiệt cho Condensate để nâng nhiệt độ Condensate lớn hơn 20 0C bằng dầu nóng để tránh hình thành hyđrate trong bồn. Lưu lượng dòng dầu nóng được điều khiển bằng TICA0303. Condensate trong V-03 được chuyển qua thiết bị đo lưu lượng FICA0302 nối tiếp với thiết bị đo mức LICA0302. Nước tập trung ở đáy bồn được chuyển đến V-52. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 7 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Việc điều chỉnh áp suất của bình tách V-03 ở 75 bar trong chế độ GPP thiết kế khác với trong hai chế độ AMF, MF và cả trong chế độ GPPM. -4 Trong chế độ AMF: Áp suất của bình V-03 được duy trì theo lưu lượng của dòng khí thu được từ bình này sang C-05 và van xả an toàn ra hệ thống Flare. -4 Trong chế độ MF: Áp suất của bình V-03 được duy trì theo lưu lượng của dòng khí thu được từ bình này sang C-01 và van xả an toàn ra hệ thống Flare. -5 Trong chế độ GPP: Áp suất của bình V-03 không được điều khiển tự động, tuy nhiên áp suất của bình vẫn được duy trì ở 75 bar, nhờ vào van một chiều trên đường đường ống ra của K-03 quay lại đường ống hút. Khi áp suất đầu hút thấp hơn 75 bar nhờ chênh áp giữa hai đầu van một chiều tăng lên làm mở van, dòng khí có áp suất cao trong ống ra sẽ tăng áp trong đường ống hút. Trong trường hợp áp suất tăng quá 75 bar van an toàn áp suất trên đỉnh bình tách này sẽ mở ra và xả khí ra hệ thống Flare để đốt nhằm làm hạ áp suất của bình tách. Nguyên tắc hoạt động: Hình 1- 6: Cấu tạo của bình tách V-03 Dòng nguyên liệu (1) khi vào bình tách V-03 đầu tiên gặp tấm chắn (2) sẽ làm giảm động năng và làm cho quá trình phân chia pha xảy ra nhanh. Do có sự giảm áp qua van trước khi vào bình tách V-03 nên hydrocacbon nhẹ thoát ra, các hydrocacbon này di chuyển lên, đồng thời kéo theo các phân tử chất lỏng, những phân tử lỏng này gặp tấm chắn sương (6) sẽ rơi xuống dưới. Khí sẽ được đi ra ngoài theo đường (3). Lỏng dưới đáy bao gồm Condensate và nước. Do sự chênh lệch về khối lượng riêng Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 8 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 mà nước và Condensate sẽ phân pha, nước được thu tại đường (5) và được lấy ra ngoài, Condensate sẽ được lấy ra theo đường (4) và được gia nhiệt trước khi vào tháp C-01. 1.2.3 Bình tách V-101 Cấu tạo: Là 1 bình tách khí-lỏng trong hổn hợp ra khỏi nhau. Vận hành: Áp suất : 54 bar. Nhiệt độ : 15,60C. Mục đích: mục đích chính là tách Khí ra khỏi Condensate và các hạt bụi, dầu mỡ bị kéo theo… Nguyên tắc hoạt động: Khí từ Slug Catcher được chia làm 2 dòng: Dòng Bypass: Khoảng 0,7 triệu m3/ngày, trước khi vào V-101 sẽ qua van PV-106 để giảm áp từ 70 ÷ 80 bar xuống còn 54 bar. Lỏng tách ra từ V-101 sẽ được đưa đến V03 để tách sâu hơn, còn khí ra ở đỉnh bình tách V-101 được sử dụng như khí thương phẩm cung cấp cho các nhà máy điện bằng hệ thống ống dẫn có đường kính 16". Dòng chính: Khoảng 5,2 triệu m3/ngày sẽ được đưa qua bình tách trước khi vào máy nén K-1011A/B/C/D. Hình 1-7: Cấu tạo của bình tách V-101 1.2.4 Hệ thống máy nén khí đầu vào K-1011A/B/C/D: Mục đích của việc lắp đặt Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 9 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Nhà máy xử lý khí Dinh Cố được thiết kế ban đầu với lưu lượng 4,3 triệu m 3 khí/ngày sử dụng khí đồng hành tại mỏ Bạch Hổ với áp suất đầu vào theo thiết kế là 109 bar, nhưng sau khi mỏ Rạng Đông đi vào khai thác thì để tận dụng khí đồng hành từ mỏ khí, PetroVietnam đã cho xây đường ống dẫn khí từ mỏ Rạng Đông sang mỏ Bạch Hổ sau đó cùng đưa vào nhà máy với lưu lượng lên đến khoảng 5,9 triệu m 3 khí/ngày và áp suất đầu vào giảm chỉ còn 70 ÷ 80 bar điều này dẫn đến làm sai lệch áp suất đầu vào so với thiết kế. Chênh lệch áp suất tại đầu vào và đầu ra là yếu tố quyết định đến khả năng thu hồi lỏng của nhà máy (vì nó quyết định đến hiệu suất làm lạnh của thiết bị Turbo-Expander) mà áp suất đầu ra là cố định, không thể hạ thấp do yêu cầu của nhà máy điện. Vì vậy để tăng lưu lượng vào và tăng khả năng thu hồi lỏng cũng như để cho chế độ hoạt động nhà máy gần với thiết kế người ta lắp đặt hệ thống máy nén đầu vào để tăng áp suất đầu vào sau Slug Cather. Thông số thiết kế của hệ thống máy nén khí đầu vào: Hệ thống gồm 4 máy nén, mỗi máy nén có công suất là 1,67 triệu m 3 khí/ngày trong 4 máy nén này thì chỉ có 3 máy hoạt động còn một máy dự phòng. Dòng khí trước khi vào hệ thống này có áp suất dao động từ 70 ÷ 80 bar và yêu cầu nâng áp suất đầu ra của hệ thống lên đến 109 bar. Hỗn hợp khí ra từ máy nén K-1011A/B/C/D sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ 450C tại thiết bị làm lạnh bằng không khí E-1015A/B/C/D, sau đó được đưa vào thiết bị tách V-08. 1.2.5 Thiết bị tách nước sơ bộ (V-08): Cấu tạo: Hình 1-8: Cấu tạo thiết bị tách nước sơ 1 V-08 4 bộ V-08. 1. Dòng khí vào. 2 3 2. Bộ phận đỡ đường ống và hướng dòng. 5 3. Lưới lọc. 4. Dòng khí ra. 5. Lỏng ra. Nguyên tắc hoạt động: Đây là thiết bị tách nước và Condensate bị kéo theo bởi dòng khí. Dòng khí vào (1) nhờ bộ phận hướng dòng (2) mà ít bị thay đổi vận tốc, động năng của dòng ít bị Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 10 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 thay đổi, nhờ đó sự va đập giữa dòng khí và lớp lưới lọc tốt và quá trình tách xảy ra nhanh. Nếu không có thiết bị hướng dòng thì vận tốc của dòng sẽ giảm do sự thay đổi đột ngột về đường kính (ống dẫn khí so với đường kính V-08) sẽ giảm động năng và làm giảm sự va đập. Dòng lỏng sẽ được lấy ra ở đáy và đưa sang thiết bị V-03 để tách triệt để, người ta lắp đặt nhiều đường lấy lỏng ra để đảm bảo hoạt động liên tục của thiết bị. Dòng khí sau khi được tách các hạt lỏng kéo theo sẽ đi lên phía trên và qua thiết bị tách tinh V06A/B. 1.2.6 Thiết bị khử Hydrat bằng hấp phụ (V-06A/B): Cấu tạo: Khí đi vào tháp hấp phụ qua 3 lớp: Lớp trên cùng là nhôm hoạt tính để loại bỏ nước, lớp thứ hai là màng phân tử loại bỏ triệt để nước đạt nhiệt độ điểm sương của nước trong khí HC là -750C tại 34.5 bar, lớp cuối cùng là lớp đệm caremic. Khí sau khi qua tháp hấp phụ được đưa qua thiết bị lọc để loại bỏ bụi bẩn chất hấp phụ. Chất hấp phụ bảo hòa hơi nước sau thời gian làm việc 8 giờ. Nhôm oxyt được sử dụng vì: -4 Giá thành thấp. -5 Công suất tách nước lớn. -6 Ít bị ảnh hưởng. -7 Bảo vệ rây phân tử tốt. -8 Tái sinh dễ dàng. Các tầng hấp phụ được đỡ trên lớp sứ hình cầu. Nguyên tắc hoạt động Hai tháp này hoạt động luân phiên nhau, khi thiết bị này làm nhiệm vụ hấp phụ thì tháp kia giải hấp. Ở đây ta đang xét trường hợp cụ thể khi tháp 1 làm nhiệm vụ giải hấp còn tháp 2 là hấp phụ Hấp phụ và tái sinh sẽ được thực hiện theo thời gian biểu sau: Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 11 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Hình1- 9: Chu kỳ hoạt động của thiết bị V-06A/B Sơ đồ tách nước bằng phương pháp hấp phụ của nhà máy xử lý khí Dinh Cố: 1. Thiết bị hấp phụ. 2. Thiết bị giải hấp. 3. Hệ thống máy nén. 4. Thiết bị gia nhiệt.. Hình1- 10: Sơ đồ PFD của cụm thiết bị V-06A/B Quá trình hấp phụ: Trong chế độ MF và GPP, khí từ Slug Cacher đầu tiên được đưa qua thiết bị tách lọc nước V-08, được thiết kế để tách 99% hydrocacbon lỏng, nước tự do, dầu bôi trơn, Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 12 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 chất rắn trong khí, rồi khí tiếp tục đi đến thiết bị khử nước tinh V-06A/B. Ở đây dầu có tác dụng xấu đến hiệu năng và thời gian sống của chất hấp phụ phân tử. Nên cần có thiết bị tách thô để tách chúng đi nhằm bảo vệ rây phân tử. Dòng khí ở 260C và áp suất 109 bar được nạp vào một trong hai thiết bị hấp phụ làm việc song song (V-06A/B), một thiết bị làm chức năng hấp phụ thì thiết bị kia làm chức năng giải hấp phụ. Dòng khí vào được phân phối, sau đó đi vào các tầng hấp phụ. Tầng hấp phụ đầu tiên là nhôm oxit hoạt tính để tách phần lớn nước, tầng thứ hai làm bằng rây phân tử để tách triệt để nước và giảm nhiệt độ điểm sương xuống đạt yêu cầu là -750C ở áp suất 34,5 bar. Khí khô ra khỏi thiết bị hấp phụ được góp lại và đưa đến thiết bị lọc F-01A/B (một thiết bị hoạt động và một thiết bị được dự phòng) để tách bụi của chất hấp phụ bị kéo theo. Sự chênh lệch áp suất được điều khiển bởi thiết bị DPA-0503A/B, áp suất cài đặt ở đây là 0,1 bar. Quá trình tái sinh: Chất hấp phụ sau một thời gian làm việc sẽ bị bão hòa nước, hoạt tính của chất hấp phụ giảm đi, lúc này chất hấp phụ cần được tái sinh. Quá trình tái sinh chất hấp phụ bao gồm các giai đoạn sau: a. Chuyển bộ lọc ( Adsorber switch- over ): Thiết bị đã được tái sinh, đang ở chế độ dự phòng sẵn sàng đưa vào hoạt động song song với thiết bị đang hoạt động. Trong thời gian ngắn thì cả hai thiết bị hoạt động song song để: -4 Tối thiểu sự thay đổi thành phần. -5 Tối thiểu sự lôi cuốn của các giọt hydrocacbon lỏng tập hợp trên đường ống làm việc đầu vào trong thời gian điều áp. -6 Tránh ngắt dòng khí. Tháp hấp phụ được tái sinh cô lập. b. Giảm áp ( Depressurization ): Thiết bị hấp phụ được giảm áp sau khi cô lập cả dòng khí vào và dòng khí ra, khí từ áp suất 109 bar giảm xuống áp suất 35 bar cho chế độ GPP và 48 bar cho chế độ MF mới qua thiết bị tái sinh. Sự giảm áp là cho dòng đi trực tiếp đến đường ống dẫn khí tái sinh. Tốc độ giảm áp được được giới hạn bởi một lỗ tiết lưu và có thể điều khiển bằng van điều khiển bằng tay với thời gian tối đa cho quá trình giảm áp là 30 phút. Quá Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 13 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 trình này được kiểm tra nhờ việc tính toán kích thước lỗ, bằng cách dùng thiết bị đo áp suất đặt trước và sau lỗ. Trong quá trình giảm áp thì kèm theo quá trình giảm nhiệt độ (nhiệt độ tối thiểu -80C) và xảy ra sự ngưng tụ khí, kết quả của quá trình này làm ngưng tụ thêm 20% khối lượng Hydrocacbon lỏng. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ Hydrocacbon ngưng tụ trong quá trình hấp phụ (nhỏ hơn 1% khối lượng). Để ngăn chặn quá trình tích tụ các Hydrocacbon lỏng trong thiết bị tái sinh thì có một dòng khí tái sinh bypass sẽ được hình thành trước khi quá trình giảm áp. c. Làm nóng: Nước được tách khỏi chất hấp phụ nhờ đun nóng bởi dòng khí khô tái sinh sau khi đã được gia nhiệt tại E-18. Khí tái sinh (Lưu lượng là 12500 kg/h, áp suất 47 bar đối với chế độ MF và 11500 kg/h, áp suất 34 bar đối với chế độ GPP) được tuần hoàn bởi máy nén khí K-04A/B, khí được tái sinh 100%, công suất của động cơ điện 75KW và được làm nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt E-18 bằng Hot oil lên đến 230 0C. Dòng khí tái sinh đi ngược chiều với dòng khí hấp phụ. Quá trình làm nóng được hiển thị bởi ba thiết bị hiển thị nhiệt độ trên tầng hấp phụ (TI-0551A/B, 0552A/B, 0553A/B) và nhiệt độ đầu ra khí tái sinh được điều khiển bởi TI-0512 để đảm bảo lưu lượng và nhiệt độ nhỏ nhất, đèn báo động nhiệt độ, lưu lượng thấp nhất được cài đặt. Dòng khí tái sinh nóng có chứa nước được làm lạnh bởi thiết bị làm lạnh bằng không khí E-15. Nước ngưng tụ được tách ra trong bình tách nước V-07 và khí đi tới dòng Sales Gas. d . Làm lạnh ( Coolling ): Tầng chất hấp phụ được làm lạnh bằng chính dòng khí tái sinh cũng như đối với việc làm nóng ngoại trừ bộ làm nóng khí tái sinh khử nước E-18 được bỏ qua bằng cách Bypass. Tầng hấp phụ sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ 25 0C hoặc chênh lệch 50C so với nhiệt độ của khí nhập liệu. Giống như quá trình đốt nóng, quá trình làm lạnh cũng được hiển thị bởi 3 chỉ thị nhiệt độ đặt trên lớp chất hấp phụ và kiểm tra nhiệt độ của khí tái sinh bằng (TI-0512). e. Quá trình tăng áp ( Pressurization ): Thiết bị hấp phụ được tăng áp bởi dòng khí khô sản phẩm đến áp suất 109 bar. Hiệu suất của quá trình này được giới hạn nghiêm ngặt bằng một lỗ tiết lưu, bằng cách dùng thiết bị đo áp suất cục bộ của áp suất trước lỗ và sau lỗ và có thể được kiểm soát bằng van tay, thời gian tăng áp hoàn toàn là 30 phút. Giống như quá trình giảm áp, ở Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 14 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 quá trình này sẽ có sự ngưng tụ ngược. Hydrocacbon lỏng sẽ được góp lại trong đường ống vào của quá trình làm việc. Tốc độ nén trung bình hơi lớn hơn so với quá trình giảm áp. Điều này sẽ được kiểm tra bởi việc tính toán kích thước của lỗ. f. Dự phòng ( Standby ) : Kết thúc quá trình tăng áp, thiết bị hấp phụ sẽ được giữ ở áp suất khí xử lý 109 bar để sẵn sàng đưa vào hoạt động. Các máy nén khí tái sinh khử nước sẽ hoạt động trong suốt thời gian. Trong quá trình thực hiện các pha tăng và giảm áp của bộ hấp phụ thì khí tái sinh sẽ bỏ qua các bộ hấp phụ này bằng cách đi theo ống dẫn nhánh. Máy nén có thể được tắt đi nếu như dự đoán sẽ không cần thiết hơn 4 giờ đồng hồ và như vậy cần có sự tương thích giữa số lần khởi động máy nén và tiết kiệm năng lượng. Theo thiết kế quá trình khử nước sẽ hoạt động với dòng khí bão hoà hơi nước (0,06%), tuy nhiên việc xử lý bằng Glycol ở ngoài khơi đã giảm hàm lượng nước xuống 0,015%, vì vậy quá trình hấp phụ có thể được kéo dài gần 4 chu kỳ. Trong trường hợp này, máy nén khí tái sinh có thể ngừng hoạt động. 1.2.7 Thiết bị trao đổi nhiệt (E-14): Hỗn hợp khí sau khi ra khỏi thiết bị lọc F-01A/B sẽ được chia làm 2 dòng: -4 Dòng đầu tiên khoảng 2/3 được đưa vào đáy tháp C-05. Trước khi vào tháp C-05, dòng khí được đưa qua thiết bị giãn nở để giảm áp đến 37,5 bar. -5 Dòng thứ hai khoảng 1/3 được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-05. Trước khi vào tháp C-05, dòng khí được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt E-14 để trao đổi nhiệt với chính dòng lạnh ra từ chính đỉnh tháp này sau đó đưa qua van giảm áp đến 37 bar, đồng thời nhiệt độ cũng giảm đến -62oC trước khi vào tháp C-05. Thiết bị trao đổi nhiệt này có cấu tạo dạng tấm, bên trong có nhiều khoang trao đổi nhiệt, các khoang này được lắp đặt song song nhau. Mỗi khoang có nhiều tấm mỏng với bề mặt gợn sóng đặt chồng lên nhau. Hai dòng lưu thể chuyển động theo những khe hở giữa các tấm một cách xen kẽ nhau. Quá trình làm lạnh trong thiết bị là quá trình đẳng áp. Nhờ có cấu tạo đặc biệt mà hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị khá lớn. Thiết bị có những ưu điểm vượt trội sau: 1. Vùng nhiệt độ làm việc lớn. 2. Diện tích trao đổi nhiệt lớn. 3. Kích thước nhỏ hơn so với loại ống chùm. 4. Hệ số truyền nhiệt lớn hơn loại võ ống hai đến ba lần. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 15 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Dòng khí từ đỉnh tháp C-05 sau khi qua E-14 được đưa đến hệ thống nén của Turpo-Expander để nâng áp lên 54 bar hòa vào dòng khí thương phẩm (Sales Gas). 1.2.8 Thiết bị Turbo-Expander (CC-01): Trong chế độ GPPM, thiết bị Turbo-Expander được thêm vào với mục đích giãn nở hỗn hợp khí xuống áp suất thấp hơn trong chế độ MF nên có khả năng làm lạnh sâu hơn hỗn hợp khí để làm tăng khả năng thu hồi lỏng. Tuy nhiên, giá thành của thiết bị này lại rất cao. Thiết bị bao gồm 2 phần chính: Hệ thống giãn nở (Expander) và máy nén (Compressor). Bảng 1-1: Các thông sôố kỹỹ thuật của CC-01: Các thông số Đơn vị Expander Compressor Áp suất làm việc  Hút Bar 108,2 37  Xả Bar 37,5 54 o C -25 80 Nhiệt độ thiết kế Nhiệt độ làm việc  Hút o C 26 26  Xã o C -12 60 KW 2243 2280 Công suất -4 Phần giãn nở (Expander): Hai phần ba lượng khí khô sau khi tách nước ở V-06 đi đến phần giãn nở của Turbo-Expander CC-01 để giảm áp từ 109 Bar xuống còn 37,5 Bar đồng thời nhiệt độ cũng giảm từ 260C ÷ -120C. Ở nhiệt độ này phần lớn hydrocacbon nặng (C 3+) được hóa lỏng và làm dòng nạp liệu cho tháp C-05. -4 Phần máy nén (Compressor): Quá trình giãn nở giảm áp tại Expander xảy ra thì dòng khí sẽ sinh ra một công làm quay quạt gió trong Expander. Công quay này được dẫn truyền động dùng để chạy phần máy nén, nén dòng khí ra từ 37 bar lên đến áp suất vận chuyển 54 bar. Nhờ vào việc tận dụng công của quá trình giãn nở sẽ tiết kiệm năng lượng cho nhà máy. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 16 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 1.2.9 Tháp Rectifier (C-05): Cấu tạo: Tháp C-05 được thiết kế khá đặc biệt, với hai chức năng cho các chế độ vận hành. Nó cấu tạo gồm 2 phần. Phần trên đỉnh tháp có cấu tạo như bình tách, phần đáy có cấu tạo như một tháp chưng nhưng chỉ có phần cất. Tháp có 12 đĩa kiểu van, chiều cao 21m, đường kính 2,1m và bề dày thiết kế 53mm. Tháp không có thiết bị đun sôi lại. Vận hành: Áp suất : 37 bar. Nhiệt độ : - 450C ở đỉnh - 150C ở đáy. Mục đích: Mục đích của tháp C-05 là tách C1 và C2 ra khỏi phần lỏng. Nguyên tắc hoạt động: Một phần dòng Dry Gas khoảng 2/3 được đưa vào đáy tháp C-05. Trước khi vào tháp C-05 thì dòng khí được đưa qua hệ thống giản nở của Turpo-Expander (CC-01) để giảm đến áp suất 37 bar, đồng thời nhiệt độ cũng giảm xuống -12 0C. Sau đó được đưa vào đáy tháp C-05. Khí từ đỉnh tháp ở -450C được dùng làm tác nhân làm lạnh cho thiết bị trao đổi nhiệt khí/khí E-14 và sau đó được nén bởi máy nén gắn đồng trục với Turbo Expander CC-01. Một ống dẫn nhánh cùng với van kiểm tra trên nó được lắp đặt gần máy nén. Trước khi khởi động máy nén khí chạy theo đường ống dẫn nhánh, sau đó tự động chuyển cho máy nén khi nó bắt đầu quay vì áp suất xã của máy nén cao hơn nên đóng van kiểm tra lại. Khi máy nén ngắt khí lại tự động chuyển sang ống dẫn nhánh. Tiếp đó khí được đưa đến ống dẫn khí thương phẩm, được đo lưu lượng tại ME13 sau đó qua van điều áp PV-1114A được lắp đặt trên đường ống kiểm soát áp suất đầu ra của nhà máy ở 54 bar cung cấp cho nhà máy điện. Lỏng từ đáy tháp C-05 cùng với lượng hơi ra từ V-03 sẽ được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-01. 1.2.10 Tháp Deethanezer (C-01): Cấu tạo: Tháp tách C-01 được thiết kế 32 đĩa van. Phần trên của tháp có 13 đĩa và đường kính 2,6 m. Phần dưới của tháp có 19 đĩa và đường kính 3,05 m. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 17 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Vận hành: Chế độ Áp suất vận hành (Bar) Nhiệt độ đỉnh(0C) Nhiệt độ đáy(0C) AMF 20 64 194 MF 29 60 120 GPP 29 14 109 GPPM 27 15 109 Bảng 1-2: Các thông số kỹ thuật của C-01 trong các chế độ Mục đích : Tách C1, C2 ra khỏi Condensate. Trong chế độ AMF thì không có dòng hồi lưu của lưu thể lạnh. Sở dĩ áp suất hoạt động trong MF, GPP cao hơn mà nhiệt độ hoạt động lại thấp hơn trong AMF vì trong chế độ AMF người ta không thu hồi LPG còn trong MF, GPP người ta thu LPG nên cần hoạt động ở áp suất cao hơn và nhiệt độ thấp hơn để giữ cho LPG không thoát ra ở trên đỉnh. Tháp này có hai nguồn nhập liệu, nguồn thứ nhất là dòng lỏng từ bình tách ba pha (V-03) sau khi làm nóng từ 400C lên 860C trong bộ trao đổi nhiệt E-04 đi vào đĩa thứ 14 trong AMF và đĩa thứ 20 trong chế độ MF, GPP. Sự khác nhau ở vị trí đĩa cũng do việc thu hồi LPG như đã nói ở trên. Nguồn thứ hai là dòng lỏng từ đáy C-05 có nhiệt độ -230C vào đĩa trên cùng của tháp, chứa 95% mol lỏng đóng vai trò như dòng hồi lưu ngoài. Một thiết bị chuyển đổi vi phân áp suất (PDIA-1321) được cài đặt để tránh sự chênh áp quá cao gây nên bởi quá trình tạo bọt, bốn thiết bị hiển thị nhiệt độ trên các đĩa 2, 3,14,20 sẽ cho biết trạng thái của tháp, hai thiết bị đun sôi lại kiểu Kettle được cài đặt tại đáy của nó (Deethanizer Reboiler E-0A/B) mỗi thiết bị chạy 50% công suất, một thiết bị hoạt động còn một thiết bị dự phòng. Sau khi trao đổi nhiệt Condensate chảy xuống nhờ lực trọng trường đến V-15 trong thời gian lưu là 3 phút để ổn định mực chất lỏng. Condensate được tách ra nhờ thiết bị điều khiển dòng FICA-1301 với thiết bị điều khiển mức chất lỏng LICA-1302 thông qua tháp ổn định C-02. 1.2.11 Tháp ổn định Stabilizer (C-02): Cấu tạo: Tháp C-02 gồm 30 đĩa van, đường kính 2,14 m, đĩa nạp liệu là đĩa số 10, tháp có một thiết bị ngưng tụ ở đỉnh, một thiết bị đun sôi lại ở đáy. Vận hành: Áp suất đỉnh: 10 bar. Nhiệt độ: 1540C (tại thiết bị đun sôi lại). Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 18 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 Mục đích : Là tháp ổn định và tách LPG ra khỏi Condensate. Tháp C-02 được cài đặt ở chế độ ban đầu MF và GPP, nhưng nó cũng có thể chạy sau khi hoàn thành chế độ GPP. Ở chế độ đầu tiên AMF, tháp C-01 hoạt động như một tháp ổn định bằng cách bay hơi C 4 và các hydrocacbon nhẹ hơn từ Condensate với nhiệt độ cao ở Reboiler (1940C) nên trong trường hợp này C-02 không hoạt động. Nếu việc thu hồi LPG là cần thiết trong chế độ AMF thì C-01 sẽ là tháp tách C 2 và C-02 được vận hành. Tháp C-02 vận hành ở áp suất 11 bar, được điều khiển bằng cách sử dụng van bypass PV-1501A và E-02. Công suất thiết kế của dòng bypass chiếm 30% dòng tổng. Khi áp suất lớn hơn 11bar, khí sẽ được đưa đi đốt thông qua van PV-1501B. Hơi LPG từ đỉnh tháp sẽ ngưng tụ ở 430C trong thiết bị làm nguội bằng không khí E-02 sau đó đến bình ngưng tụ lỏng V-02 nhờ lực trọng lực (V-02 là bình nằm ngang có đường kính D = 2,2m, dài l = 7m). Sau đó LPG được bơm P-01A/B bơm từ C-02 đến C-03 (trong chế độ GPP), tới các bồn chứa V-21A/B/C (trong chế độ MF) và một phần hồi lưu lại tháp C-02. Một dòng LPG lỏng có lưu lượng 80 m 3/h sẽ được lấy ra nhờ thiết bị điều chỉnh lưu lượng FICA-1601 qua thiết bị điều khiển mức LICA-1601. Lượng này sẽ được đun nóng đến 60 0C tại thiết bị trao đổi nhiệt E-17 nhờ dòng nóng 970C đến từ đáy C-03, sau đó đi đến tháp C-03 (ở chế độ GPP). Còn chế độ MF, nó được đưa đến một trong các bình chứa LPG V-21A/B/C còn 74 m 3/h LPG thì được hồi lưu lại đỉnh tháp C-02. Thiết bị đun sôi lại của tháp C-02 thuộc lại Kettle (E-03) được sử dụng để đun nóng nhờ tác nhân làm nóng là dầu nóng có nhiệt độ 154 0C. Nhiệt độ được điều khiển bởi van TV-1523 lắp trên đường dầu nóng (van điều chỉnh lưu lượng). Condensate từ đáy tháp C-02 sẽ qua trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu của tháp C01 tại E-04 để làm nguội xuống 600C và sau đó được làm nguội thêm đến 450C tại thiết bị làm nguội bằng không khí E-09. Ngoài ra còn có thiết bị điều khiển vi áp PDIA1521, để tránh sự chênh áp trong tháp quá cao, mục đích chống hiện tượng tạo bọt, ba thiết bị đo nhiệt độ tại các đĩa 9, 10, 30 để biết trạng thái của tháp. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 19 Đồ án tốt nghiệp Ngày 11/05/2015 1.2.12 Tháp Splitter C3/C4 (C-03): Cấu tạo: Tháp tách C-03 được cấu tạo có 30 đĩa van, đường kính 1,75m, nguyên liệu được nạp vào tại đĩa 14. Tháp C-03 có một thiết bị ngưng tụ và một thiết bị đun sôi lại đáy tháp. Vận hành: ở chế độ GPP Áp suất : 16 bar. Nhiệt độ : ở Đỉnh tháp là 460C, và ở Đáy tháp là 970C. Mục đích : Tại tháp tách C- 03 thì Propan và Butan được tách ra khỏi nhau. Tháp C-03 được thiết kế để tách riêng Propan và Butan. Lúc đầu được cài đặt ở chế độ GPP nhưng sau khi hoàn thành chế độ GPP nó có thể được vận hành trong AMF và MF. Tương tự C-02, áp suất hoạt động của tháp C-03 là 16 bar, được điều khiển bằng van PV-2101A. Van bypass PV-2101A, có công suất thiết kế là 30% dòng tổng. Khi áp suất lớn hơn 16 bar, khí được đem đi đốt thông qua van PV-2101B. Hơi Propane đi từ đỉnh sẽ được ngưng tụ ở 46 0C bằng thiết bị làm lạnh ngưng tụ bằng không khí E-11 sau đó được đưa đến bình tách V-05 (thiết bị nằm ngang có đường kính D = 2,2m; l = 6m), Propane lỏng được bơm P-03A/B (công suất 175m 3/h; chiều cao đẩy 70,5m; công suất Motor 30Kw) bơm đến đường ống dẫn Propan hoặc bồn chứa Propan (V-21A) với lưu lượng 49 m 3/h thông qua thiết bị điều khiển mức LICA-2201. Lượng Propan 89 m3/h được hồi lưu lại tháp C-03. Thiết bị đun sôi lại kiểu Kettle (E-10) ở đáy C-03 được sử dụng để đun nóng nhờ dòng dầu nóng 970C. Nhiệt độ được điều khiển bởi van TV-2123 lắp trên đường dầu nóng này. Sản phẩm đáy Butan sau khi trao đổi nhiệt tại E-10, và làm lạnh bằng không khí tại E-12 đến nhiệt độ 450C, được đưa đến ống dẫn hoặc bồn chứa Butan V-21B thông qua thiết bị điều khiển mức LICA-2101. Một thiết bị điều khiển áp suất vi phân PDIA-2121 được lắp đặt để phát hiện sự biến đổi áp suất trong tháp chống sự tạo bọt. Ngoài ra còn có thiết bị đo nhiệt độ được lắp đặt ở các đĩa thứ 13, 14, 30 để biết trạng thái của tháp. 1.2.13 Tháp Gas Stripper (C-04): Cấu tạo: Tháp C-04 gồm 6 đĩa van , đường kính D = 2,6 m, một thiết bị đo chênh áp để tránh hiện tượng tạo bọt, thiết bị đo nhiệt độ được đặt đo ở đĩa thứ 6. Vận hành: Áp suất : 47 bar. Nhiệt độ : Đỉnh tháp là 440C, Đáy tháp là 400C. Trần Quốc Tiệp – Lớp: 10H5 Trang 20