CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ 1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp khí Việt Nam Nền tảng cơ bản để phát triển nền công nghiệp khí của nước ta hiện nay đó là nguồn dự trữ khí. Với trữ lượng khí dự trữ được đánh giá là rất lớn và chủ yếu tập trung ở bốn vùng trũng chính: Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Cửu Long và Mã Lai - Thổ Chu [10, tr 17].1 Các vùng mỏ khí chính ở Việt Nam. Ngoài các vùng mỏ chính kể trên, còn có nhiều mỏ có triển vọng về dầu và khí đồng hành lớn. Bể Cửu Long có triển vọng lớn về dầu nhưng đồng thời cũng có một lượng lớn khí đồng hành.
Nhưng với sự sụt giảm đáng kể sản lượng của các nguồn cung cấp khí: Bạch Hổ; Rạng Đông[21,tr 5] thì việc bổ sung các nguồn cung cấp mới( Sư Tử Trắng; Hải Sư Tử Trắng) là điều hết sức cần thiết.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2 Dự án đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2 là dự án trọng điểm quốc gia, bao gồm các hạng mục chính như đường ống ngoài biển (có chiều dài khoảng 325 km, đường kính ống 26 inches, xuất phát từ Hải Thạch-Mộc Tinh đi qua Thiên Ưng- Mãng Cầu, Bạch Hổ và tiếp bờ tại Long Hải) và phần trên bờ (bao gồm khoảng 9 2 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân km tuyến ống 26 inches từ điểm tiếp bờ đến Nhà máy GPP2, Nhà máy GPP2, các trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ. Khu vực bể Nam Côn Sơn được đánh giá là có tiềm năng lớn về khí thiên nhiên. Để thu gom khí khai thác từ các mỏ Hải Thạch - Mộc Tinh, Thiên Ưng - Mãng Cầu, các mỏ khí khác của bể Nam Côn Sơn và bể Cửu Long và vận chuyển về bờ để cung cấp các sản phẩm cho các hộ tiêu thụ ở khu vực Nam Bộ và có tính đến việc vận chuyển khí nhập khẩu trong tương lai. Nhà máy GPP2, các trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm thuộc Hợp đồng EPC Nhà máy xử lý khí GPP2 là những hạng mục quan trọng của dự án Đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2.
Nhà máy sẽ được xây dựng tại xã An Ngãi - huyện Long Điền - tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, được thiết kế có khả năng xử lí 10 triệu m3 khí/ngày đêm cho 1 dây chuyền với chế độ phân tách LPG và có xem xét/nghiên cứu xây dựng, lắp đặt hệ thống thu hồi etan cùng hệ thống tách riêng propan trong tương lai.Từ Nhà máy xử lý khí GPP2, khí khô được vận chuyển qua tuyến ống đến Trung tâm phân phối Khí Phú Mỹ (GDC) để tiếp nhận và phân phối khí cho các hộ tiêu thụ (tuyến ống này đi song song và nằm trong hành lang tuyến ống cùng với các hệ thống đường ống hiện hữu Bạch Hổ và Nam Côn Sơn 1) và tuyến ống dẫn sản phẩm lỏng (LPG và Condensat): - Đường ống dẫn khí từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ GDC: dài khoảng 30 km, đường kính ống 30 inches; - Đường ống dẫn Condensate từ GPP2 đến Thị Vải: dài khoảng 25km, đường kính ống 6 inches; - Đường ống dẫn LPG từ GPP2 đến Thị Vải: dài khoảng 25km, đường kính ống 10 inches. Mỏ Sư Tử Trắng được phát hiện vào ngày 19/11/2003, nằm ở góc Đông Nam lô 15- 1 thềm lục địa Việt Nam, ở độ sâu 56m nước, cách đất liền khoảng 62km và cách Vũng Tàu khoảng 135km về phía đông. Theo khảo sát, trữ lượng của mỏ STT do Cửu Long JOC điều hành đạt khoảng 300 triệu thùng dầu thô và 3-4 tỷ m3 khí đốt. 3 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân Ngày 14/5/2012, tại công trường chế tạo Cảng Hạ lưu PTSC, Công ty Cổ phần Dịch vụ Cơ khí Hàng hải PTSC tổ chức lễ hạ thủy, vận chuyển và lắp đặt khối thượng tầng giàn khai thác Sư Tử Trắng do Công ty Cửu Long JOC là chủ đầu tư.
Ngày 15/11/2012, Cửu Long JOC đã đón nhận dòng khí đầu tiên của mỏ Sư Tử Vàng. Hiện việc khai thác dầu tại mỏ này đang được tiến hành[18]. Dự kiến cuối năm 2016 dự án mỏ Sư Tử Trắng phát triển toàn mỏ vào giai đoạn 1 cho dòng sản phẩm khí đầu tiên. Tuy nhiên một phần khí được đem trở lại mỏ để chờ phát triển giai đoạn 2.
Dự kiến, trong giai đoạn 2 sẽ bổ sung giàn nén khí để đưa khí về đường ống dẫn NCS 2. Từ những thành quả ban đầu trên thì việc tiến hành thi công và đưa vào vận hành nhà máy GPP2 là rất cần thiết.3 Hoạt động của phân xưởng tách LPG a, LPG và nhu cầu sử dụng hiện nay Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) là một nhóm các loại khí Hydro-Carbon, chủ yếu bao gồm Propane và Butane (gồm cả Iso-Butane), phát sinh từ quá trình lọc dầu thô hoặc chế biến khí tự nhiên, khí đồng hành.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 [21] 4 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG 2.1 Thiết kế, mô phỏng sơ bộ nhà máy chế biến khí Thiết kế, tính toán cấu hình cơ bản dựa trên các bước: 1. Sử dụng phần mềm Hysys[3] mô phỏng thành phần của nguyên liệu, xây dựng quy trình nhà máy GPP để tính toán hoạt động của tháp chưng cất tách LPG. Sử dụng các số liệu từ quá trình mô phỏng kết hợp với tính toán để xác định các thông số cơ bản của tháp tách LPG và các cụm công nghệ phụ trợ.1 Thiết kế sơ đồ hoạt động * Nguyên liệu Được thiết kế để thu hồi các sản phẩm Sale Gas, Etan và LPG cũng như phần condensat.
Nhà máy (GPP) thiết kế được nhập liệu từ nguồn nguyên liệu của mỏ khí Sư Tử Trắng với các thông số cơ bản [6]: Lưu lượng nguyên liệu : 10 triệu Sm3/ ngày đêm Áp suất: 70 barg Nhiệt độ: 25 degC Được phối trộn từ hai dòng thành phần với tỉ lệ 50:50: Bảng 2.1 Thành phần các dòng nguyên liệu: Thành % % Thể tích Khối lượng Điểm sôi ºC phần DST#2 DST#3 lỏng CO2 0,0684 0,0584 N2 0,0836 0,149 C1 70,5633 71,185 C2 9,1198 9,1636 C3 5,3315 5,4549 i-C4 1,3234 1,3703 n-C4 2,1404 2,2378 i-C5 0,9085 0,957 n-C5 1,0058 1,0549 C6 1,3133 1,2126 C7 1,5469 1,4066 94 0,718 85 C8 1,829 1,5868 106 0,740 110 C9 1,1213 0,9757 121 0,759 137 C10 0,7064 0,6027 140 0,778 171 C11 0,5005 0,4286 154 0,789 193 5 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân Thành % % Thể tích Khối lượng Điểm sôi ºC phần DST#2 DST#3 lỏng C12 0,4172 0,3606 168 0,799 214 C13 0,3503 0,2994 182 0,807 233 C14 0,2623 0,2307 196 0,815 252 C15 0,2195 0,1878 210 0,822 269 C16 0,173 0,1504 224 0,829 285 C17 0,1488 0,1281 238 0,835 301 C18 0,1326 0,1146 252 0,840 316 C19 0,1118 0,0977 266 0,845 330 C20 0,0915 0,078 280 0,850 343 C21 0,0774 0,0688 294 0,855 355 C22 0,0656 0,0605 308 0,859 367 C23 0,0558 0,0539 322 0,864 379 C24 0,0475 0,0468 336 0,868 390 C25 0,0405 0,0413 350 0,871 400 C26 0,0346 0,0362 364 0,875 411 C27 0,0296 0,0323 378 0,879 420 C28 0,0253 0,027 392 0,882 430 C29 0,0217 0,023 406 0,885 438 C30 0,0186 0,0184 420 0,888 447 C31 0,0159 0,0148 434 0,891 455 C32 0,0137 0,0122 448 0,894 463 C33 0,0117 0,0097 462 0,897 471 C34 0,0101 0,0074 476 0,900 478 C35 0,0087 0,0066 490 0,903 486 C36+ 0,0543 0,0501 588 0,920 531 Nhà máy được thiết kế làm 5 cụm : Cụm làm lạnh nguyên liệu sau khi phân tách, cụm ổn định condesat để tận thu LPG, cụm thu hồi SaleGas, cụm thu hồi etan và tách LPG với sản phẩm đáy là Condesat (C5+). Căn cứ vào đặc điểm thành phần nguyên liệu, cũng như yêu cầu của các sản phẩm sau khi phân tách [5] ta có thể lập sơ đồ cơ bản của nhà máy như hình 2.1 [10,tr 113]: Tách lỏng Làm ngọt, Làm lạnh Chưng cất sơ bộ sấy khí khí Tách Etan, LPG Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí 6 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân 2.2 Chọn thiết bị tách lỏng đầu vào nhà máy Đường ống NCS 2 được thiết kế để làm vận chuyển hai pha lỏng – khí. Nguyên liệu đầu vào nhà máy là dòng nguyên liệu với nhiệt độ 250C, áp suất là 70 bar. Ta có thể thấy ở điều kiện như trên một phần dòng khí đã hóa lỏng, nên cần phải có một thiết bị tách lỏng phù hợp để phân tách dòng lỏng - khí trong nguyên liệu.2 là tính chất của dòng nguyên liêụ dựa trên kết quả của phần mềm mô phỏng Hysys: Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu Tên dòng Nguyên liệu Pha hơi Pha lỏng Tỷ lệ lỏng hơi 0.24 Nhiệt độ [C] 25 25 25 Áp suất [bar] 70 70 70 Lưu lượng mole [106 10,00 7,57 2,43 m3/d_(gas)] Lưu lượng khối lượng 579216,63 259820,91 319395,72 [kg/h] Lưu lượng thể tích [m3/d] 30805,31 18819,87 11985,43 Molar Enthalpy -105162,55 -80344,84 -182588,23 [kJ/kgmole] Molar Entropy 157,46 148,42 185,66 [kJ/kgmole-C] Nhiệt lượng dòng [kJ/h] -1854316779 -1072829444 -781487334,60 Lưu lượng dòng lỏng 9912230,54 7549591,75 11587,55 [m3/d] Có bốn loại bình tách cơ bản là bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách hình cầu và Slug Catcher.
Do hệ thống đường ống vận chuyển nguyên liệu từ mỏ vào bờ thay đổi cao độ theo địa hình đáy biển nên trong đường ống có hiện tượng tích tụ lỏng tại những điểm có cao độ thấp của đường ống khi lưu lượng và áp suất của khí trong đường ống nhỏ không đủ áp lực để đẩy lỏng về bờ. Khi lưu lượng khí đầu vào lớn và áp suất cao, lượng lỏng bị tích tụ cuốn theo dẫn đến lượng lỏng vào Nhà máy tăng đột ngột. Vì vậy ta phải lựa chọn thiết bị tách lỏng/khí có thể tích đủ lớn để chứa lượng lỏng này. Slug Catcher là thiết bị phù hợp nhất vì có khả năng chứa và 7 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân tách lỏng lớn do cấu tạo là hệ thống các dãy ống có kích thước lớn để chứa lỏng mặc dù hiệu quả tách lỏng thấp hơn so với các loại khác.3 Chọn hệ thống sấy khí Ta có nhiệt độ điểm sương đối với dòng khí đầu vào là 21,93 0C trong khi yêu cầu đối với sản phẩm là nhiệt độ điểm sương của nước ở áp suất 45 bar là 5 0C, do đó khí này được xếp vào khí có hàm ẩm cao cần phải tách nước để đảm bảo hiệu yêu cầu của sản phẩm khí sau phân tách[5].
Ngoài ra nước có mặt trong khí khi ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp sẽ tạo thành các tinh thể hydrate làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của các thiết bị trong quá trình chế biến khí (như bơm, quạt, máy nén, van .