BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGHÀNH ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h Tên cơ quan thực tập : Tổng công ty tư vấn thiết kế dầu khí Thời gian thực tập : 1/7/2013 - 14/7/2013 Người hướng dẫn : Nguyễn Phong Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế HSSV thực tập : Mr.S Mã số sinh viên : 105201244 Lớp : DH10 TP Hồ Chí Minh, Ngày 14 tháng 07 Năm 2013 CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h MỤC LỤC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 1 MỤC LỤC 2 1.TỔNG QUAN 3 2.HỆ THỐNG KÝ HIỆU, ĐO LƯỜNG 4 3.CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 5 4.NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ 6 5.KẾT LUẬN 8 6.TÀI LIỆU THAM KHẢO 8 7.PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 8 1. TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Khí nén thiên nhiên CNG (Compressed Natural Gas) không chỉ là một loại nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường mà còn là nguồn giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm cước phí vận chuyển. Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 2 CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h Thành phần chủ yếu của CNG là metane (CH 4 ) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, khí đồng hành qua xử lý và nén ở áp suất cao (khoảng 250 barg ) để tồn trữ. Do thành phần chủ yếu là hydrocacbon nhẹ, không có benzene và hydrocarbon thơm nên khi đốt sẽ cháy triệt để, không giải phóng nhiều khí độc và không phát sinh bụi. CNG còn có thêm những ưu điểm khác như giá thành rẻ hơn so với giá của các loại nhiên liệu khác từ 10 - 30%. Nếu so với dầu FO, DO và LPG thì dùng CNG trong sản xuất có giá rẻ hơn 10 - 15%, dùng trong vận tải có giá rẻ hơn 30 - 40% .Vì thế, sử dụng loại nhiên liệu này sẽ góp phần giảm được tối đa chi phí nhiên liệu. Ngoài ra, loại nhiên liệu này còn có một ưu thế nữa là có thể sử dụng được cho máy chạy động cơ xăng và động cơ công suất lớn như loại động cơ diesel. Khí CNG cháy hoàn toàn, không gây đóng cặn trong buồng đốt và tại bộ chế hòa khí của các phương tiện nên giúp nâng cao hiệu suất, kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng và kéo dài tuổi thọ máy móc thiết bị. 1.2 Giới thiệu đề tài Trạm phân phối CNG được xây dựng để cung cấp khí đốt cho nhà máy Bia Heineken với công suất thiết kế 1800 Sm 3 /h. Nguồn khí CNG được lấy từ xe bồn chuyên chở từ nhà máy sản xuất CNG Nhơn Trạch- Đồng Nai, qua trạm điều chỉnh áp suất, trạm đo và phân phối khí để làm nhiên liệu đốt. Nhà Máy Bia Heineken Việt Nam được xây dựng và khánh thành năm 1993. Với diện tích hơn 12 héc ta đặt tại Phường Thới An, Quận 12, Tp.HCM. Nhà máy được trang bị và lắp đặt nhiều thiết bị tiên tiến, dây chuyền chiết lon tốc độ 90.000 lon/ giờ, những bồn ủ bia HORAP khổng lồ đã nâng công suất hiện nay của nhà máy lên 420 triệu lít bia/ năm, đủ khả năng cung cấp cho toàn miền Nam. Trước đây nhà máy chủ yếu sử dụng nguồn nhiên liệu là dầu FO. Nhưng do dầu FO khi đốt tạo nhiều cặn, khí thải gây ô nhiễm và giá cả tăng cao nên nhà máy đã chuyển sang sử dụng CNG làm nhiên liệu thay thế. Nhà máy đã kí hợp đồng mua CNG từ nhà máy Sản xuất CNG Nhơn Trạch – Đồng Nai với công suất là 1800 Sm3/h. Nhà máy Sản xuất CNG Nhơn Trạch – Đồng Nai đặt tại khu công nghiệp Nhơn Trạch 3, huyện Nhơn Trạch - Đồng Nai, cách nhà máy Bia Heineken khoảng 60 km. Nhà máy CNG được đưa vào hoạt động năm 2012 với công suất thiết kế là 120 triệu m 3 / năm. Nhà máy sẽ lấy nguồn khí từ đường ống 22” Phú Mỹ - Hồ Chí Minh. CNG qua xử lý sẽ có áp suất khoảng 250 barg, nhiệt độ khoảng 45 o C. CNG cung cấp cho nhà máy Bia Heineken sẽ được vận chuyển bằng xe bồn chuyên dụng loại 20 ft hoặc 40 ft. Yêu cầu khí cấp cho nhà máy Bia là 5 barg. Do đó cần lắp đặt cụm giảm áp trước khi cấp khí. Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 3 CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h 2. HỆ THỐNG KÝ HIỆU, ĐO LƯỜNG 2.1 Kí hiệu và chú giải Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 4 CNG Khí tự nhiên nén SDV Van đóng khẩn cấp PCV Van điều chỉnh áp suất PSV Van xả quá áp TM Thiết bị đo lưu lượng loại Tuabin MMSCMD Triệu mét khối khí trên ngày CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h 2.2 Đơn vị đo lường 3. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 3.1 Xe chở CNG: - Loại 20 ft và 40 ft tương đương với 17 m 3 và 34 m 3 thực. - Nhiệt độ hoạt động / thiết kế : 25 / 75 o C. - Áp suất hoạt động / thiết kế : 250 / 275 barg 3.2 Thiết bị gia nhiệt bằng nước - Tiêu chuẩn thiết kế: ASME mục VIII, Div.1 - Loại: Dùng nước nóng để gia nhiệt - Số lượng: 04 (02 hoạt động và 02 dự phòng) - Áp suất đầu vào tương ứng với các cấp: 250 / 49.5 barg - Công suất thiết kế: 1800 Sm 3 /h /Thiết bị - Công suất tiêu thụ tương ứng các cấp: 53.89 / 23.5 kW /Thiết bị 3.3 Thiết bị đo đếm - Loại: tuabin - Số lượng: 02 (01 hoạt động và 01 dự phòng) - Áp suất thiết kế: 19 barg - Nhiệt độ thiết kế: 60 0 C - Công suất thiết kế: 1800 Sm 3 /h /Thiết bị Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 5 Áp suất bara, barg Nhiệt độ o C, o K Khối lượng kg, tấn Lưu lượng kg/h, tấn/h Lưu lượng khí MMscmd Khối lượng riêng Kg/m 3 Độ nhớt cP Nhiệt lượng kJ Công suất kW CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h 3.4 Điều kiện môi trường - Nhiệt độ: 25 o C - Áp suất: 1 atm 3.5 Các lò đốt Thông số (1) Lò đốt 1 Lò đốt 2 Lò đốt 3 Nhiệt độ ( o C ) 10.23 10.23 10.23 Áp suất (barg ) 5 5 5 Lưu lượng (Sm 3 /h ) 900 540 360 (1): Kết quả lấy từ tài liệu Hysys mô phỏng công nghệ TL - 001 4. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CNG cấp cho nhà máy bia Heineken sẽ được vận chuyển bằng xe bồn chuyên dụng loại 40ft (34 m 3 ) và loại 20 ft (17 m 3 ) từ nhà máy CNG Nhơn Trạch - Đồng Nai. CNG tại đây sẽ được nén tới áp suất 250 barg, ở 25 o C. Tại điều kiện trên, với lưu lượng thiết kế 1800 Sm 3 thể tích thực CNG giảm đáng kể chỉ còn 5,89 m 3 . Như vậy trung bình mỗi ngày xe bồn sẽ vận chuyển khoảng 141,36 m 3 khí CNG ở điều kiện hoạt động 250 barg. Yêu cầu của CNG cung cấp đến các nguồn tiêu thụ (lò đốt) sau khi xử lý là 5 barg. Công nghệ cấp CNG tại nhà máy bia sẽ bao gồm các cụm như sau: Theo thiết kế trạm tiếp nhận khí CNG bao gồm 3 nhánh ống mềm nối với xe bồn (1 nhánh hoạt động, 1 nhánh dự phòng và 1 nhánh đầu chờ). CNG qua mỗi nhánh ống mềm được dẫn qua hệ thống van cô lập bao gồm 1 van một chiều, 1van bi. Van một chiều có tác dụng chỉ cho dòng khí đi qua theo một chiều, ngăn không cho dòng khí trong đường ống chảy ngược vào trong xe bồn. Mô hình sơ đồ công nghệ thể hiện chi tiết trong tài liệu TL-002: Sơ đồ CÔNG NGHỆ CUNG CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN. Trạm xử lý chia làm 2 nhánh hoạt động và dự phòng gồm có cụm gia nhiệt ( H-01A/02A & H-01B/02B) và hệ thống van giảm áp 2 cấp từ cao áp - trung áp và trung áp – thấp áp (PCV101A/102A/103A & PCV 101B/102B/103B) đặt nối tiếp nhau. Mỗi nhánh bao gồm 2 thiết bị gia nhiệt bằng nước và các van điều áp, nhánh dự phòng sẽ hoạt động khi nhà máy có nhu cầu cần tăng công suất hoặc khi nhánh hoạt động gặp sự cố. Quá trình giảm áp tại trạm xử lý sẽ tiến hành 2 giai đoạn: Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 6 Cấp khí tới các lò đốt Hệ thống nhận khí CNG Hệ thống xử lý (gia nhiệt & giảm áp) Cụm đo đếm khí CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h o Giai đoạn 1: Gia nhiệt dòng CNG từ 25 o C lên 66 o C, đồng thời giảm áp từ 250 barg xuống 49.5 barg. o Giai đoạn 2: Gia nhiệt dòng khí từ 11,74 o C lên 35 o C, giảm áp từ 49 barg xuống 5 barg. Sau mỗi quá trình giảm áp sẽ kèm theo sự giảm nhiệt độ (theo định luật John Thompson ), vì vậy cần gia nhiệt trước để nâng nhiệt CNG lên để giảm sự tạo hydrat gây ăn mòn đường ống, thiết bị, tắc nghẽn van làm hư hại hệ thống. Việc giảm áp được thực hiện qua 2 giai đoạn vì mỗi loại van giảm áp đều có qui định một giới hạn điều chỉnh áp suất tương ứng, hơn nữa nếu chỉ dùng một cấp giảm áp với độ giảm áp lớn thường dẫn tới tốn kém chi phí cũng như khó hoạt động chính xác làm cho áp suất đầu ra không ổn định. Một lý do nữa là nếu sử dụng quá trình giảm áp một cấp với sự chênh áp lớn sẽ dẫn đến việc hình thành nhiều hydrat ở dòng ra gây ăn mòn, tắc nghẽn không mong muốn trong hệ thống cũng như ảnh hưởng đến lựa chọn vật liệu ống nhằm đáp ứng được nhiệt độ phù hợp. Dòng CNG trước khi đi đến thiết bị gia nhiệt sẽ đi qua van SDV 101A có tác dụng ngắt dòng cô lập hệ thống mỗi khi xảy ra sự cố. CNG sẽ đi qua thiết bị gia nhiệt H-01A để nâng nhiệt từ 25 o C lên 60 o C. Van bi lắp sau thiết bị gia nhiệt H-01A để cô lập hệ thống điều áp phía sau với thiết bị trao đổi nhiệt khi có sự cố xảy ra cũng như khi tiến hành bảo dưỡng thiết bị. Dòng CNG tiếp tục đi qua 2 van điều áp PCV 101A/102A đặt nối tiếp nhau với mức đặt áp suất tương ứng là 50 barg và 49.5 barg. Van PCV 102A thực hiện vai trò điều áp đưa áp về 49.5 barg trong khi van PCV 101A thực hiện vai trò giám sát. Khi van PCV 102A lỗi hoạt động, chức năng điều áp tự động chuyển qua van PCV 101A để đảm bảo quá trình hoạt động của trạm được liên tục. Hệ thống sẽ chỉ ngắt khi mà cả 2 van PCV đều báo lỗi. Sau 2 van điều áp PCV 101A/102A sẽ có 1 van xả quá áp. Van này được thiết kế để khi áp suất qua 2 van điều áp vượt quá mức cho phép nó sẽ xả khí để bảo vệ hệ thống. Sau khi qua van giảm áp nhiệt cũng sẽ giảm theo, nhiệt độ dòng khí lúc này khoảng 11 o C. Trước khi tiếp tục giảm áp, dòng khí sẽ được gia nhiệt lên 35 o C bằng thiết bị trao đổi nhiệt H-02A. Sau khi được gia nhiệt, dòng khí tiếp tục được giảm áp xuống còn 5 barg tại van PCV 103A giống như van PCV 102A trước đó. Ở cuối bộ phận xử lý sẽ có 1 van bi, có chức năng ngắt dòng để cô lập hệ thống mỗi khi xảy ra sự cố. Dòng khí trước khi được dẫn qua cụm đo đếm khí sẽ đi qua 1 van SDV 102 để bảo vệ cụm này khi có sự cố. Cụm này có 2 thiết bị đo lưu lượng TM-01A/B bố trí song song nhau. Thiết bị đo TM-01B đóng vai trò dự phòng và chỉ hoạt động khi thiết bị đo TM-01A gặp sự cố hoặc bảo trì. Mỗi thiết bị đo đều có 2 van bi được đặt trước và sau để để kiểm soát dòng khí đi qua thiết bị đo, mỗi khi có sự cố thì sẽ được đóng lại. Khi muốn kiểm tra 2 thiết bị TM-01A/B có hoạt động chính xác hay không ta tiến hành như sau: Trước khi cho dòng khí đi qua van phải đóng van bi phía sau, mở van bi phía trước của thiết bị TM-01A, đóng van cầu trước, mở van cầu phía sau thiết bị TM-01B, đồng Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 7 CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI CÔNG SUẤT 1800 Sm 3 /h thời mở van cầu ở sau van kiểm tra. Khi dòng khí đi qua 2 thiết bị TM-01A/B mà giá trị đo được của 2 thiết bị khác nhau thì sẽ điều chỉnh hoặc thay thế thiết bị đo khác. Việc giảm áp suất của CNG sẽ làm tăng thể tích thực dòng khí, chính vì vậy cần tăng đường kính ống dẫn sao cho phù hợp với từng giai đoạn. Áp suất vận hành của ống cũng giảm theo. Tất cả đều phải được tính toán sao cho vẫn đảo bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế để đạt hiệu quả cao nhất. Ngoài ra, trên hệ thống còn được đặt các thiết bị đo áp suất và nhiệt độ để theo dõi kiểm tra dòng khí nhiên liệu. Van cầu được đặt ở dòng nhánh với 2 thiết bị sẽ được mở cho dòng khí đi qua khi cả 2 thiết bị đo gặp sự cố. Sau đó dòng khí sẽ được cấp tới các lò đốt để tiêu thụ. 5. KẾT LUẬN Sau đề tài tìm hiểu này, tôi đã hiểu rõ hơn về quy trình công nghệ để cấp CNG cho hộ tiêu thụ. Biết các công đoạn chính để xử lý CNG tại trạm phân phối, các yêu cầu kĩ thuật, cách tính toán các thông số kĩ thuật cho các thiết bị, lựa chọn thiết bị phù hợp và kinh tế nhất. 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO - ASME B31.8: Hệ thống ống phân phối và vận chuyển khí - ASME B31.3: Các vấn đề về đường ống công nghệ - ANSI B16.34: Mặt bích, ren và mối hàn - API 520:Tính toán kích thước, lựa chọn và lắp đặt thiết bị giảm áp lực trong công nghệ lọc dầu - API RP 521: Hướng dẫn về hệ thống giảm áp cũng như xả quá áp trong công nghệ dầu khí - NFPA 10-1990: Quy tắc phòng cháy chữa cháy - Sổ tay hướng dẫn Thiết Kế Dầu Khí - Yêu cầu thiết bị của nhà máy Heineken 7. PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM - Phụ lục 1: Quá trình mô phỏng công nghệ cung cấp khí CNG cho nhà máy Bia Heineken - Phụ lục 2: Sơ đồ dòng công nghệ cung cấp khí CNG cho nhà máy Bia Heineken. Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 8 . 1: Quá trình mô phỏng công nghệ cung cấp khi CNG cho nha máy Bia Heineken - Phụ lục 2: Sơ đồ dòng công nghệ cung cấp khi CNG cho nha máy Bia Heineken. Sinh viên thực tập: Huỳnh. khí cấp cho nhà máy Bia là 5 barg. Do đó cần lắp đặt cụm giảm áp trước khi cấp khí. Sinh viên thực tập: Huỳnh Nho Toàn Trang 3 CÔNG NGHỆ CẤP CNG CHO NHÀ MÁY BIA HEINEKEN TỪ NHÀ MÁY CNG NHƠN. phân phối CNG được xây dựng để cung cấp khí đốt cho nhà máy Bia Heineken với công suất thiết kế 1800 Sm 3 /h. Nguồn khí CNG được lấy từ xe bồn chuyên chở từ nha máy sản xuất CNG Nhơn