Tìm hiểu và tính toán thiết kế bồn chứa LPG

Tìm hiểu và tính toán thiết kế bồn chứa LPG

Lời mở đầu

Đã từ lâu, ở các quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên và khí dầu mỏ đáng

kể, việc khai thác và đưa vào sử dụng khí đã đem lại một nguồn lợi íchkinh tế rất lớn

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp hoá học trong vài thập kỉgần đây, kèm theo đó là sự phát triển của ngành dầu khí và công nghệ cácsản phẩm hoá dầu, nguồn nguyên liệu từ khí thiên nhiên, khí đồng hành vàdầu mỏ đã chuyển ngành tổng hợp hoá học sang tổng hợp hoá dầu

Hiện nay ở Việt Nam, qua nhiều năm thăm dò và tìm kiếm đã tìm rađược rất nhiều mỏ dầu khí, trong đó tiêu biểu phải kể đến các mỏ như mỏBạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Lan Tây, Lan Đỏ… và rất nhiều mỏ dầu khíkhác Trong những năm qua việc khai thác tài nguyên từ các mỏ này đãđem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam Dầu thô được khaithác ở quy mô công nghiệp từ năm 1986 nhưng một lượng lớn khí đồnghành vẫn bị đốt bỏ ngay tại mỏ cho đến năm 1997 Hình ảnh những ngọnlửa rực sáng trên các giàn khoan trong đêm đã một thời là hình ảnh nổitiếng và có phần tự hào về nền công nghiệp dầu khí non trẻ của Việt Nam.Việc xử lý khí đồng hành với khối lượng lớn cần lượng máy móc đồ sộ màđiều kiện khai thác trên biển không cho phép thực hiện Đến nay, ngànhcông nghiệp chế biến khí đã phát triển mạnh mẽ do nhu cầu của con người

là sử dụng nguồn nguyên liệu sạch và kinh tế khai thác từ các mỏ khí tựnhiên và khí đồng hành Do đó cần phải có một hệ thống tàng trữ và phânphối sản phẩm khí nói chung và khí hoá lỏng ( LPG ) nói riêng một cáchhoàn chỉnh và đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ Đây cũng là vấn đềrất cần được quan tâm khi thiết kế, xây dựng các nhà máy lọc – hoá dầunhất là trong thời gian tới đây dự án xây dựng khu liên hợp lọc – hoá dầuNghi Sơn sẽ được tiến hành Sau khi tìm hiểu, thu thập tài liệu và được sựđồng ý của bộ môn Lọc Hoá Dầu khoa Dầu Khí trường đại học Mỏ - Địa

chất em đã lựa chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “ Tìm hiểu và

tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích 420 m 3” Nội dung của đồ ánbao gồm các vấn đề chính là:

- Tổng quan về công nghiệp dầu khí ở Việt Nam

- Giới thiệu chung về LPG và bồn chứa

- Tính toán thiết kế một bể chứa propan dung tích 420 m3

- An toàn phòng chống cháy nổ đối với khu bồn bể chứa LPG và trongcác nhà máy lọc hóa dầu

Trong quá trình làm đồ án, do thời gian có hạn và nhũng hiểu biết của

em còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mongnhận được sư giúp đỡ của quý thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn cùnglớp để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Thông qua đồ án này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy côgiáo trường đại học Mỏ - Địa chất, các thầy cô giáo trong bộ môn Lọc HóaDầu khoa Dầu khí, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn– TS Nguyễn Thị Bình đã tận tình giúp đỡ em tiến hành thực hiện và thuthập số liệu cần thiết để em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Lê Trọng Hùng

Chương I : Tổng quan về công nghiệp dầu khí ở Việt

H2S, CO2, khí trơ, mercaptan và hơi nước

Trong nghĩa hẹp, khí tự nhiên được hiểu là khí trong các mỏ ở đó gầnnhư chỉ có khí mà không có dầu Metan chiếm từ 70 – 98 % thể tích khí tựnhiên

Theo nghĩa rộng, khí tự nhiên được gồm cả khí đồng hành, đó là khíhòa tan trong dầu mỏ hay lượng khí trong các mỏ khí ở trên cùng các mỏdầu Metan chiếm từ 48 – 80 % thể tích khí đồng hành

Khí tự nhiên có thể chia thành các loại sau :

* Khí không đồng hành : là khí nằm trong các mỏ khí riêng biệt,không nằm trong mỏ dầu

* Khí đồng hành : là các khí nằm trong các mỏ dầu và được tách ratrong quá trình khai thác dầu

Cũng như dầu mỏ, khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu, nhiên liệu vôcùng quí giá, gần như không tái sinh, đóng vai trò cực kì quan trọng, nếukhông nói là quyết định trong hoạt động kinh tế, sản xuất và trong đời sốngcủa con người trong thời đại văn minh hiện nay

1.2 Nguồn gốc của dầu và khí

Hiện nay người ta chưa biết chính xác nguồn gốc dầu mỏ và khí tựnhiên mà chỉ có thể giải thích bằng các thuyết khác nhau Trong các thuyết

đó, thuyết nguồn gốc hữu cơ là được nhiều người chấp nhận nhất

Theo thuyết này, có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu là các loạitảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá

trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hang triệu năm về trước đã biến thànhdầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên Có thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo

ba giai đoạn : biến đối sinh học bởi vi khuẩn, biến đổi hóa học dưới tácdụng của các điều kiện địa hóa thích hợp và sự di chuyển tích tụ các sảnphẩm trong vỏ trái đất

 Giai đoạn biến đổi sinh học : xác động thực vật bị phân hủy bởi các vikhuẩn ưa khí, sau đó bởi các vi khuẩn kị khí trong quá trình trầm lắng dầntrong nước biển Các albumin bị phân hủy nhanh nhất, các hydrat cacbon bịphân hủy chậm hơn Các khí tạo ra như H2S, NH3, N2, CO, CH4… hòa tantrong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngàycàng sâu trong lớp đất đá trầm tích Không gian ở đó xảy ra quá trình phânhủy sinh học trên gọi là vùng vi khuẩn

 Giai đoạn biển đổi hóa học : ở giai đoạn hóa học tiếp theo, vật liệu hữu

cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humictham gia các phản ứng hóa học dưới tác dụng xúc tác của các chất vô cơtrong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìnatmotphe, ở một vài trăm độ bách phân Các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt

là các aluminosilicat, có thể đóng vai trò chất xúc tác Quá trình biến đổihóa học xảy ra vô cùng chậm Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biếnđổi đó càng xảy ra sâu xa

Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hóa học là phản ứng cracking,trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy dần Kết quả làcác chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các hydrocacbon, sinh ra ngàycàng nhiều

Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân hủy đó là quátrình ngưng tụ, kết hợp một số chất hữu cơ tương đối đơn giản vừa tạothành để tạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn : các chất nhựa, asphalten.Các chất nhựa, asphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa

lắng, phần ít còn lại lơ lửng, phân tán trong khối chất lỏng hydrocacbonsinh ra bởi quá trình cracking.

Tập hợp các phản ứng địa hóa đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thànhdầu mỏ và khí tự nhiên Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm củaquá trình phân hủy hóa học của dầu mỏ, do đó mỏ khí tự nhiên thường ởsâu hơn mỏ dầu, tuổi của khí tự nhiên thường cao hơn tuổi của dầu mỏ.Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càng chứa nhiều chất ít phức tạp, càngbiến nhiều thành khí

 Giai đoạn di chuyển tích tụ tạo thành mỏ : dầu mỏ đang được tạo thành

ở dạng hỗn hợp lỏng có thể bị di cư từ chỗ này sang chỗ khác dưới tácdụng vận động của vỏ trái đất Chúng thẩm thấu, chui qua các lớp đất đáxốp, chúng chảy theo các khe nứt và có thể bị tập trung, bị giữ trong nhữngtầng đá đặc khít, tạo ra các túi dầu mà ta thường gọi là các mỏ dầu Trongcác mỏ dầu các quá trình hóa học vẫn tiếp tục xảy ra, dầu vẫn liên tục biếnthành khí, tạo ra các mỏ khí

Quá trình hình thành dầu và khí xảy ra rất chậm, kéo dài hàng chục,thậm chí hàng trăm triệu năm rồi và vẫn đang xảy ra, do đó tuổi của dầu

mỏ, của khí tự nhiên là rất lớn

1.3 Thành phần của khí tự nhiên

Người ta phân thành phần của khí thiên nhiên và khí đồng hành ra làmhai nhóm : nhóm các hợp chất hydrocacbon và nhóm các hợp chất phihydrocacbon

1.3.1 Các hợp chất hydrocacbon

Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí metan và đồng đẳng của nónhư : C2H6, C3H8, C4H10, iC4H10, ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợpchất C5, C6 Hàm lượng các cấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là metan còn các cấu tửnặng hơn như C3, C4 là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kì vịtrí nào đều như nhau, nó không phụ thuộc vào vị trí khai thác

Đối với khí đồng hành thì hàm lượng các cấu tử C3 , C4 cao hơn vàthành phần của nó phụ thuộc vào vị trí khai thác và thời gian khai thác.

1.3.2 Các hợp chất phi hydrocacbon

Ngoài các thành phần chính là hydrocacbon, trong khí thiên nhiên vàkhí đồng hành còn chứa các hợp chất phi hydrocacbon như : CO2, N2, H2S,

He, Ar, Ne Trong đó cấu tử thường chiếm nhiều nhất là N2 Đặc biệt, cónhững mỏ khí chứa hàm lượng He khá cao, như các mỏ khí thiên nhiên ởMỹ Ví dụ mỏ Kandas chứa 1,28 % He, mỏ Texas chứa 0,9 % He

1.4 Phân loại khí tự nhiên

1.4.1 Phân loại theo nguồn gốc hình thành : người ta chia thành ba

loại:

* Khí thiên nhiên : là các khí chứa trong các mỏ riêng biệt mà thànhphần chủ yếu là metan ( 80 – 95 %, có mỏ lên đến 99 %), còn lại là các khíkhác như etan, propan, butan

* Khí đồng hành : là khí nằm trong dầu Khi khai thác dầu, có sựgiảm áp ta sẽ thu được khí này Thành phần chủ yếu vẫn là metan nhưnghàm lượng cấu tử nặng hơn ( C2+) tăng lên đáng kể

* Khí ngưng tụ : thực chất là dạng trung gian giữa dầu và khí, baogồm các hydrocacbon như propan, butan

1.4.2 Phân loại theo hàm lượng khí axit

Theo cách phân loại này ta có hai loại khí như sau :

* Khí chua : là khí có hàm lượng H2S > 1% thể tích, và hàm lượng CO2 >

2 % thể tích

* Khí ngọt : là khí có hàm lượng các khí axit ít : H2S < 1% thể tích, vàhàm lượng CO2 < 2 % thể tích

1.4.3 Phân loại theo hàm lượng C 3 +

Theo cách phân loại này thì có hai loại khí : khí béo và khí gầy

 Khí béo : là khí có hàm lượng C3+ > 150 g/ cm3 , có thể sản xuất ra khí

tự nhiên hóa lỏng LNG ( liquefied natural gas), khí dầu mỏ hóa lỏng(liquefied petroleum gas) và sản xuất một số hydrocacbon riêng biệt chocông nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu

 Khí gầy : là khí có hàm lượng C3+ < 50 g/ cm3 , dùng làm nhiên liệu chocông nghiệp và sưởi ấm

1.4.4 Phân loại theo hàm lượng C 2 + : có hai loại

* Khí khô : là khí có hàm lượng C2+ < 10% thể tích

* Khí ẩm : là khí có hàm lượng C2+ > 10% thể tích

1.5 Sơ lược các ứng dụng của sản phẩm khí

Khí dầu mỏ có ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và trong đờisống : dùng cho sản xuất điện, cho các hộ công nghiệp, cho sản xuất phânurê, cho hóa chất, cho tiêu thụ trong gia đình, cho giao thông vận tải

1.5.1 Sử dụng làm nhiên liệu

Ở nhiều nước đã dùng khí để phát điện ( chiếm 70 – 80 % sản lượngkhí) bằng các nhà máy điện chạy bằng tuabin khí, tuabin khí chu trình hỗnhợp

Trong các ngành công nghiệp khác có thể sử dụng trong các lò đốttrực tiếp trong các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, luyện cán thép, sảnxuất đồ gốm, thủy tinh cao cấp, sản xuất hơi cho các mục đích sấy, tẩyrửa và yêu cầu công nghệ khác của các nhà máy chế biến thực phẩm, dệt,sợi

Trong giao thông vận tải LPG / CNG ( khí tự nhiên nén) có thể thaythế các loại nhiên liệu được sử dụng trước đây là xăng, diesel cho các loại

xe ô tô Nó là loại nhiên liệu sạch, ít gây ô nhiễm môi trường

Ngoài ra khí còn làm chất đốt lý tưởng dùng cho đun nấu trong giađình và các dịch vụ ( khách sạn, nhà hàng) khí còn dùng cho các hệ thốngsưởi ấm hoặc điều hòa nhiệt độ ở những trung tâm lớn.

1.5.2 Sử dụng khí làm nguyên liệu

* Sản xuất phân đạm urê cho nông nghiệp, chất nổ cho khai khoáng

và quốc phòng

* Sản xuất metanol bán sản phẩm, từ đó có thể điều chế ra MTBE( là một loại phụ gia tăng chỉ số octan cho xăng thì chì, giảm độc hại môitrường ), sợi tổng hợp; metanol là nguyên liệu chính để sản xuất nhiều sảnphẩm công nghiệp quan trọng như fomalin, axeton, metyl metacylat(MMA),dymetyltelephtalat( DMT), olefin

* Sản xuất sắt xốp theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp thay chophương pháp cốc hóa than truyền thống

* Đặc biệt có thể sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa dầu, để từ

đó sản xuất các loại chất dẻo PVC, PE, sợi tổng hợp PA, PES, sơn tổnghợp, chất tẩy rửa tổng hợp

1.6 Tổng quan về thị trường khí Việt Nam

1.6.1 Tiềm năng khí Việt Nam

Trữ lượng khí tại Việt Nam được đánh giá là rất lớn, lượng khí tiềmnăng dự đoán vào khoảng 3 – 4,5 tỉ m3 quy dầu, các mỏ khí phân bố rộngrãi từ Bắc đến Nam trong đó chủ yếu tập trung tại hai vùng trũng Nam CônSơn và Sông Hồng

 Bể Sông Hồng : trữ lượng tiềm năng thu hồi khoảng 550 – 700 triệu tấnquy dầu trong đó chủ yếu là khí, chiếm 14 % tổng tiềm năng của Việt Nam.Đến nay đã phát hiện 250 tỉ m3 khí, chủ yếu là CO2, do đó tiềm năng kinh

tế thấp

 Bể Phú Khánh : tiềm năng 300 – 700 triệu tấn quy dầu, chiếm 10% trữlượng tiềm năng của Việt Nam

 Bể Cửu Long : được đánh giá có trữ lượng tiềm năng lớn nhất 700 –

800 triệu m 3 quy dầu, chiếm 20% Trong đó bao gồm 270 triệu tấn dầu, 56

tỉ m3 khí đồng hành Hiện đang khai thác mỏ Bạch Hổ ( 1986 ), mỏ Rồng( 1994), mỏ Rạng Đông ( 1998 ) và mỏ Ruby ( 1998 ) Tính đến tháng 12/

2004 từ bể Cửu Long khai thác được hơn 100 triệu tấn dầu và khoảng 11 tỉ

m3 khí

 Bể Nam Côn Sơn : có trữ lượng 650 – 750 triệu tấn quy dầu, chiếm 17

% tổng tiềm năng trong đó lượng khí chiếm 35 – 38 % trữ lượng Theođánh giá trữ lượng của bể bao gồm 74 triệu tấn dầu, 15 tỉ m3 khí đồng hành,

159 tỉ m3 khí không đồng hành và 23 triệu tấn condensat Đặc điểm ưu việt

là lượng CO2 chiếm không đáng kể Hiện đang khai thác mỏ Lan Tây, LanĐỏ

 Bể Malay – Thổ Chu : tiềm năng của bể chiếm khoảng 5% ( 150 – 230triệu tấn quy dầu), trong đó có 12 triệu tấn dầu, 3 tỉ m3 khí đồng hành, 13 tỉ

m3 khí không đồng hành và 2 triệu tấn condensat Tuy nhiên lượng khí tại

Ngoài ra còn có ba mỏ khí phát hiện tại Đà Nẵng, trong đó có 2 mỏ lớn

có trữ lượng khai thác dự báo khoảng 700 tỉ m3 , tuy nhiên lượng CO2 trong

bể cũng khá cao do đó tiềm năng kinh tế cũng thấp

Bảng 1.1 Trữ lượng khí tiềm năng ( nguồn Petro Việt Nam )

1.6.2 Tình hình khai thác và sử dụng khí ở Việt Nam

Phải tới ngày 30/4/1995, dòng khí đốt đầu tiên mới được đưa vào sửdụng Đây là sự kiện có ý nghĩa đánh dấu bước khởi đầu cho một ngànhcông nghiệp mới – công nghiệp khí đốt Việt Nam Hiện tại Tập đoàn Dầukhí Việt Nam đang thực hiện một số công trình khai thác cũng như chếbiến các sản phẩm dầu và khí, bên cạnh đó một số dự án có quy mô lớnđang được tiến hành, ngoài ra hiện tại cũng còn một số dự án đang chờchính phủ phê duyệt Chúng ta có thể điểm qua một số công trình và dự ántrọng điểm sau :

 Mỏ Bạch Hổ : từ năm 1993 – 1995, hệ thống đường ống dẫn khí ngoàikhơi được hoàn thành, dẫn khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ vào bờ với côngsuất 1 triệu m3 khí/ ngày, vận chuyển vào nhà máy điện Bà Rịa thay thế cho

180 nghìn tấn dầu DO/ năm và đã được mở rộng vào năm 1997 nâng côngsuất lên 3 triệu m3 / ngày cung cấp đồng thời cho nhà máy điện Phú Mỹ 2.Hiện nay, sản lượng khí từ hệ thống này đã trên 5 triệu m3/ngày Bên cạnh

đó, dự án nhà máy GPP Dinh Cố hoàn thành vào tháng 11/ 1998 đã khởiđộng cho lĩnh vực chế biến khí ở Việt Nam, tận dụng nguồn khí hóa lỏngđáp ứng cho nhu cầu nhiên liệu dân dụng

 Khí thiên nhiên Nam Côn Sơn đã đưa được vào bờ với năng suất ổnđịnh 2,7 tỉ m3 khí / năm cho thị trường công nghiệp và trong tương lai đảmbảo cung cấp 7 – 8 tỉ m3 khí/ năm

 Chương trình khí Tây Nam : sản lượng khí từ năm 2003 vào khoảng 2,5

tỉ m3 khí/ năm, khai thác ổn định 15 – 17 năm với trữ lượng xác minh 45 tỉ

m3 ( tiềm năng 60 tỉ m3 ) với mục tiêu phát triển đồng bằng sông Cửu Long,đến 2010 vùng này sản xuất được 1200 – 1300 MW, xây dựng hệ thốngống dẫn khí dài 500 km và các nhà máy điện môn ( 60 MW ), Sóc Trăng( 475 MW), và xây dựng một tổ hợp điện đạm ở Cà Mau, hoàn tất vào năm

2008 – 2010

Hiện nay, bên cạnh các dự án khai thác khí, Petro Việt Nam đang triểnkhai dự án đường ống Phú Mỹ – TP Hồ Chí Minh với công suất 2 tỉ m3 khí/năm, vốn đầu tư khoảng 70 triệu USD sẽ vận chuyển một phần khí từ bểCửu Long và Nam Côn Sơn bề cung cấp cho các nhà máy điện HiệpPhước, Thủ Đức và các khu công nghiệp dọc tuyến ống Tuyến ống đượcthiết kế ba đoạn : Phú Mỹ – Nhơn Trạch ( dài 35,6 km), Nhơn Trạch – HiệpPhước ( 11,09 km) xuất phát từ nhà máy phân phối khí Phú Mỹ

1.6.3 Nhu cầu sử dụng khí ở Việt Nam

Ở Việt Nam khí được sử dụng chủ yếu vào các ngành : sản xuấtđiện, công nghiệp, nhiên liệu dân dụng, sản xuất phân bón hóa học

1.6.3.1 Nhu cầu khí cho ngành điện

Nhu cầu về điện năng tiêu thụ là rất lớn, cứ bình quân khi thu nhậpđầu người tăng 1 % thì cần tăng 2 – 3 % năng lượng Từ cuối thập niên 80nhu cầu về điện tăng khoảng 12 – 15 % /năm và khi đường dây 500 KVBắc Nam hình thành, nhu cầu tăng vọt lên 20%/ năm, do đó hiện tại ngànhđiện phía Nam vẫn còn nhiều khó khăn đảm bảo đáp ứng đủ nhu cầu ngàycàng tăng theo tốc độ phát triển kinh tế Việc xây dựng mới các nhà máythủy điện còn nhiều hạn chế trong khi việc sử dụng khí thiên nhiên làmnguồn nhiên liệu lại thể hiện nhiều ưu việt so với các nguồn nhiên liệukhác:

 Thứ nhất : sử dụng khí cho phát điện có các thuận lợi về mặt công nghệ

và vận hành Về công nghệ, có thể đáp ứng được cho các tổ máy có công

suất cao, và về vận hành cho phép khởi động máy nhanh, vận hành đơngiản và có độ tin cậy cao.

 Thứ hai : giảm chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo dưỡng Trong khiđầu tư cho nhà máy điện nguyên tử là 3000 USD/ KW thì công suất đầu tưcho nhà máy nhiệt điện tuabin khí chu trình hỗn hợp thấp hơn nhiều, chỉkhoảng 500 USD/ KW

 Thứ ba : thời gian xây dựng cho nhà máy điện chạy khí ngắn hơn vàkhông chiếm nhiều diện tích

 Thứ tư : hiệu suất nhiệt của nhiệt điện khí cao, đạt trên 60% trong khihiệu suất nhiệt điện than và nhiệt điện nguyên tử chỉ đạt khoảng 40%

 Thứ năm : sử dụng khí cho phát điện giảm thiểu các chất thải gây ônhiễm cho môi trường, một vấn đề đang rất được quan tâm trong giai đoạnhiện nay

Bảng 1.2 Nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên ( đơn vị : triệu m 3 )

Những tính ưu việt của sử dụng khí thiên nhiên làm giảm giá thành sản

xuất điện sử dụng khí, tăng tính cạnh tranh của sử dụng khí so với các loạinhiên liệu khác Do đó việc xây dựng các nhà máy điện tuabin chạy bằngkhí là phương án khả thi cao hiện nay cho vấn đề đáp ứng nhu cầu về điện Ngành công nghiệp chiếm hơn 50% nhu cầu về điện hiện nay và có khảnăng tăng mạnh trong tương lai, trong khi đó ở các ngành khác nhu cầu vẫntăng đều và nhu cầu điện cho dân dụng vẫn chưa đáp ứng hết Vì vậy nhucầu sử dụng điện trong tương lai là rất lớn và chính là một đảm bảo lâu dàicho thị trường khí

1.6.3.2 Nhu cầu khí cho công nghiệp và nông nghiệp

Ngoài nhu cầu về điện năng sử dụng cho các ngành công nghiệp

và các khu công nghiệp tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai,Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu Bên cạnh đó các dự án khí điện đạm tại

Cà Mau đang triển khai cùng với nhà máy đạm Phú Mỹ triển khai vàotháng 2/2001 và hoàn thành vào tháng 6/2004 cũng tiêu thụ lượng khí rấtlớn là 500 triệu m3 / năm

1.6.3.3 Nhu cầu khí cho nhiên liệu

Trong giai đoạn hiện nay, xu hướng chuyển đổi việc sử dụng khíthiên nhiên thay thế cho xăng, dầu trong phương tiện giao thông và các lòđốt sử dụng nhiên liệu nặng như FO hoặc than củi với mục tiêu giảm thiểu

ô nhiễm môi trường do nhiên liệu đang được nghiên cứu thực hiện rất khảthi dự báo cho nhu cầu sử dụng khí rất lớn

Bảng 1.3 Nhu cầu khí cho các lĩnh vực ( tỉ m 3 )

Hoá lỏng khí dầu mỏ là quá trình tách đơn giản, vốn đầu tư ít hơn sovới các quá trình tách triệt để Thông thường người ta chỉ tách riêng metanthuần độ cao làm nguyên liệu sản xuất methanol, còn metan lẫn etan làmkhí đốt công nghiệp, gia dụng, phát điện hoặc cho xuất khẩu theo đườngống dẫn khí, hoặc tách metan, etan cho sản xuất ammoniac, urê, còn phầnhoá lỏng là LPG.

Hiện nay trên thế giới LPG được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành :giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp, chế biến thực phẩm và trởthành loại nhiên liệu không thể thiếu được đối với mỗi quốc gia, đặc biệtvới các nước có nền công nghiệp phát triển LPG được sản xuất mạnh ởnhững nước có tiềm lực lớn về dầu mỏ như : Mỹ, Nga, Canada, Mexico,Venezuela, Indonexia, Angieri, Ả rập xê út, Nauy, Iran

LPG tồn chứa trong các loại bình áp lực khác nhau và được tồn chứa ởtrạng thái bão hoà tức là tồn tại ở dạng hơi nên với thành phần không đổi,

áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong

mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài Chất lỏng nằm dưới phầnđáy và hơi nước nằm trên cùng của bình chứa, nghĩa là khoảng trên mứcchất lỏng Thông thường các loại bình chứa chỉ chứa khí lỏng tối đa khoảng

80 ÷ 95 % thể tích bình, thể tích còn lại dành cho phần hơi có thể giãn nởkhi nhiệt độ tăng

2.2 Thành phần của LPG

Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là các hydrocacbon dạngparafin có công thức chung là CnH2n+2 LPG là hỗn hợp nhất định của cáchydrocacbon như: Propan (C3H8), Propylen (C3H6), Butan (C4H10),Butylen(C4H8) Tuy nhiên vẫn có khả năng xuất hiện vết của etan,etylenhoặc pentan trong LPG thương mại Butadien 1,3 có thể xuất hiện nhưngkhông đạt tới tỷ lệ đo được Ngoài ra còn có chất tạo mùi Etyl mecaptan( R – SH ) với tỷ lệ pha trộn nhất định để khi khí rò rỉ có thể nhận biết đượcbằng khứu giác

Sản phẩm LPG cũng có thể có hydrocacbon dạng olefin haykhông có olefin phụ thuộc vào phương pháp chế biến.

2.3 Một số tính chất hóa lý đặc trưng của LPG

Bảng 2.1 Tính chất của LPG

0,62,512

0,572,386Ẩn nhiệt bay

0,82,757Nhiệt trị toàn

Nhiệt cháy với

Do hệ số dãn nở của LPG lớn nên đòi hỏi:

* Phải giữ khoảng trống phù hợp trong các bồn chứa, bình chứa; lắp đặtcác van an toàn cho bồn chứa, các ống dẫn

* Đo một cách chính xác nhiệt độ sản phẩm trong kho chứa chứa để khivận chuyển thì điều khiển được mức dự trữ, hư hao như quy định

2.3.2 Nhu cầu không khí khi đốt cháy

Khi đốt cháy hoàn toàn một thể tích LPG đòi hỏi không khí lớn gấp

23 lần đối với propan và gấp 33 lần đối với butan Đồng thời phản ứng sinh

ra lượng CO2 gấp từ 3 – 4 lần thể tích khí đốt Điều này rất quan trọng vì đểlường trước được khả năng thiếu oxy bão hoà CO2 đột ngột trước khi đốtLPG trong không gian khí

2.3.3 Ẩn nhiệt bay hơi

Ẩn nhiệt của chất lỏng là lượng nhiệt cần hấp thụ để bay hơi hoàntoàn một đơn vị khối lượng chất lỏng đó Điều này đúng với cả khí hoálỏng và đúng với cả nước, nếu không có nhiệt cung cấp bên ngoài thì chấtlỏng không bay hơi được Khi chất lỏng lạnh dần xuống thì sự bay hơi cóthể chậm lại hay dừng hẳn Như vậy LPG lỏng đựng trong bình kín có mộtlượng khí thoát ra từ bình chứa tương ứng với lượng hơi được tạo ra do sựcung cấp nhiệt ở điều kiện áp suất khí quyển.

3.3.4 Tỷ trọng

Tỷ trọng thể lỏng : ở điều kiện 15oC, 760mmHg ,tỷ trọng củapropan là 0,51 ; còn butan là 0,575 Propan và butan nhẹ hơn nước nên nónổi lên trên mặt nước

Tỷ trọng thể hơi : ở điều kiện 15oC, 760mmHg, tỷ trọng của propanhơi bằng 1,52 và butan hơi bằng 2,01 Như vậy ở thể hơi, tỷ trọng của LPGgấp gần 2 lần tỷ trọng của không khí

Như vậy khi LPG rò rỉ, khí thoát ra nặng hơn so với không khí sẽ lan truyền dưới mặt đất ở nơi trũng như rãnh nước, hố gas Để đảm bảo antoàn khi có rò rỉ cần tạo điều kiện thông thoáng phần dưới không gian sử dụng hoặc chứa LPG

2.3.5 Áp suất hơi bão hoà

LPG có áp suất hơi bão hoà cao hơn áp suất khí quyển, nên ở điềukiện bình thường ( nhiệt độ và áp suất khí quyển ) LPG tồn tại ở dạng hơi.Trong điều kiện nhất định về nhiệt độ và áp suất, LPG sẽ chuyển sang dạnglỏng và có thể tích nhỏ hơn rất nhiều lần so với dạng hơi, điều này thuận lợicho việc vận chuyển và tàng trữ

LPG chứa trong bình kín có thể làm tăng áp suất của bình do tínhchất dễ bay hơi của nó Nhiệt độ môi trường quá thấp có thể làm giảm ápsuất hơi dưới mức áp suất khí quyển

Áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài củathiết bị và tỷ lệ thành phần Butan/ propan

LPG với thành phần 70% butan và 30% propan có áp suất hơi bãohòa là 6 kg/ cm2 Ở cùng điều kiện nhiệt độ, khi thay đổi thành phần hỗnhợp , áp suất hơi bão hòa cũng thay đổi.`

3.3.6 Giới hạn cháy nổ

Hỗn hợp hơi nhiên liệu với không khí có thể cháy nổ khi gặp lửa.

Hỗn hợp chỉ cháy nổ khi nó nằm trong một giới hạn nào đó về nhiệt độ, ápsuất và thành phần Vùng cháy nổ có giới hạn trên và giới hạn dưới vềnồng độ Giới hạn dưới ứng với nồng độ nhiên liệu tối thiểu trong hỗn hợp

mà ở đó hỗn hợp cháy khi gặp lửa Giới hạn trên ứng với nồng độ cực đạicủa nhiên liệu để nhiên liệu cháy khi gặp lửa Nếu quá giới hạn trên hỗnhợp không cháy nổ vì thiếu oxy, còn thấp hơn giới hạn dưới hỗn hợp quánghèo nhiên liệu phản ứng cháy không xảy ra được Giới hạn cháy nổ đượcthể hiện ở bảng sau :

Bảng 2.2 : Giới hạn cháy nổ

2.3.7 Nhiệt độ cháy

Hỗn hợp LPG/ trên không khí cháy sinh ra một lượng nhiệt rất lớn

và tương đối sạch không để lại tạp chất

Bảng 2.3 Nhiệt cháy và nhiệt trị của LPG

Sản phẩm

Nhiệt độ cháy lớn nhất của LPG/ không khí ( o C)

Nhiệt trị LPG ( kcal/kg) Lớn nhất Nhỏ nhất

Bảng 2.4 Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí

Trong Oxy ( O 2 )

2.4 Các ứng dụng quan trọng của LPG

Thành phần chủ yếu của LPG là propan và butan, được sản xuất bằngcách nén khí đồng hành hoặc khí từ các quá trình chế biến dầu mỏ ở các

nhà máy lọc dầu Việc ứng dụng LPG thương phẩm thường phân chiathành loại chính :

- Propan thương phẩm : làm nhiên liệu cho động cơ hoạt động ở nhữngđiều kiện khắc nghiệt của môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp )

- Butan thương phẩm : Sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trungbình

- Propan chuyên dùng : Là sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong cácđộng cơ đốt trong, đòi hỏi nhiên liệu có khả năng chống kích nổ cao

- Hỗn hợp propan – butan : sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hỏitrung bình

Hỗn hợp propan – butan là thích hợp cho việc chế biến thành sảnphẩm khí đốt gia dụng vì chúng có áp suất hơi bão hoà và nhiệt độ bay hơithích hợp trong các điều kiện sinh hoạt cụ thể

LPG có nhiệt cháy cao mặc dù tỷ trọng butan lớn hơn tỷ trọng propannhưng nhiệt trị tương tự nhau và nằm trong khoảng 11300 ÷ 12000 Kcal/ kg ;tương đương nhiệt trị của 1,5 – 2 kg than củi ; 1,3 lít dầu mazut ; 1,35 lítxăng

Với những đặc tính trên, LPG được sử dụng rất rộng rãi trong mọilĩnh vực của đời sống Một cách tương đối có thể phân chia các ứng dụng củaLPG như sau :

- Sử dụng LPG trong dân dụng: Sử dụng trong nấu nướng, thay thế điện

trong các bình nước nóng, ứng dụng trong các hệ thống sưởi ấm nhà, chiếusáng, giặt là

- Sử dụng LPG trong thương mại: Sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò

nướng, đun nước nóng trong các nhà hàng, trong công nghiệp chế biến thựcphẩm

- Sử dụng LPG trong công nghiệp: Sử dụng trong công nghiệp gia công

kim loại, hàn cắt thép, nấu và gia công thủy tinh, lò nung sản phẩm silicat,khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy màng sơn

- Sử dụng LPG trong nông nghiệp: Sử dụng để sản xuất thức ăn gia súc,

chế biến, sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá, sấy chè, cà phê, lò ấp trứng, đốtcỏ…

- Sử dụng LPG trong giao thông: Là nhiên liệu lý tưởng thay thế cho

động cơ đốt trong vì trị số ốc tan cao, giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm môitrường, đơn giản hóa cấu tạo động cơ Nó làm giảm đáng kể sự thoát khí ở

xe tải, làm nhiên liệu đốt trong thay xăng cho các xe du lịch, xe taxi Ở một

số nước tiên tiến dùng LPG hoá lỏng thay xăng pha chế vừa hạn chế độchại trong sử dụng đối với con người, vừa kinh tế

- Sử dụng LPG trong công nghiệp hoá dầu : LPG được sử dụng trong

tinh chế và công nghiệp hoá dầu Trong tinh chế, butan dùng để sản xuấtdầu nhờn, n- butan thêm vào để tăng tính bay hơi và chỉ số octan của nhiênliệu Một trong những ứng dụng quan trọng khác của LPG là sử dụng làmnguyên liệu hoá học để tạo ra những polyme trung gian như : polyetylen,polyvinyl clorua, polypropylen và một số chất khác Đặc biệt để sản xuấtMTBE là chất làm tăng trị số octan thay thế cho hợp chất pha chì trongxăng đã phát triển trong một vài năm gần đây

- Sử dụng cho nhà máy phát điện : Dùng LPG chạy các tuabin để sản

xuất ra điện phục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh

tế cao và vốn đầu tư xây dựng ban đầu đối với công nghệ này là thấp hơn

so với công nghiệp thuỷ điện và nhiệt điện

2.5 Ảnh hưởng của các tính chất đến việc tàng chứa và vận chuyển LPG

LPG có áp suất hơi bão hòa lớn hơn 40 psia ( 2,7atm) tại 1000F,nhiệt

độ bình thường 250C, áp suất 1Bar thì LPG tồn tại ở dạng khí,chúng có thểhóa lỏng bằng cách làm lạnh dưới nhiệt độ điểm sôi ( áp suất thường ) haynén trên áp suất hơi bão hòa Nhưng các chất khí hóa lỏng này sẽ hóa hơingay sau khi thoát ra ngoài ở nhiệt độ thường Tính chất này cho phép ta

vận chuyển, tàng trữ LPG dưới dạng lỏng nhưng sử dụng chúng dưới dạngkhí.

Propan và butan đều có nhiệt độ điểm sôi thấp (đối với butan là +320Fcòn đối với propan là -440F) Nhiệt độ này đặt biệt quan trọng trong việclựa chọn vật liệu chế tạo bồn chứa và trong việc thiết lập đập chống lanchất lỏng khi xảy ra sự cố

Khi tồn tại ở trạng thái lỏng thì tỉ trọng của LPG chỉ bằng ½ so với tỉtrọng của nước nước luôn luôn nằm phía đáy của bồn Tính chất này đượcứng dụng khi thiết kế đường ống xả nước cho bồn Khi LPG thoát ra ngoàimôi trường ở dạng hơi thì chúng đều nặng hơn không khí, vì vậy chúngkhông bay lên cao mà ở rất thấp gần mặt đất và khả năng khuyết tán chậmhơn các khí nhẹ hơn Tính chất này đặt biệt quan trọng trong phòng chốngchay nổ, kiểm soát sự rò rỉ khí ra ngoài

LPG tinh khiết không gây ăn mòn đối với thép và các hợp kim củađồng Tuy nhiên khi có hợp chất bẩn khác trong thành phần sẽ gây ăn mònlớn

LPG không màu, không mùi nên để kiểm tra phát hiện rò rỉ ra môitrường ngoài phải thêm chất tạo mùi cho khí

2.6 Công nghệ sản xuất LPG

Sau khi dầu thô được làm ổn định – phân ly thì trong quá trình vậnchuyển đến nhà máy tinh chế, những lượng nhỏ quan trọng của LPG vàthành phần nhẹ hơn (metan,etan)còn ở trong dầu được đưa đến nhà máytinh luyện Tại đây dầu thô được đưa đến tháp chưng cất phân đoạn Khíthuộc thành phần nhẹ được tạo ra là sản phẩm đầu từ cột cất phân đoạn baogồm LPG, etan, metan Những thành phần còn lại bao gồm các phần nặngnhư : dầu mỏ, phần cặn

LPG và những phần nhẹ hơn thu được từ thành phần trực tiếp của dầuthô và từ thành phần những sản phẩm của các quá trình biến đổi tinh chếkhác nhau như: cracking, cracking xúc tác, hydrocracking, ankyl hoá

Tuỳ thuộc vào từng trường hợp mà ta áp dụng các phương pháp sảnxuất thu hồi LPG ở trong các nhà máy chế biến khí hay nhà máy tinh chếnhư : phương pháp nén, phương pháp làm lạnh, phương pháp hấp thụ, hấpphụ….

Một quá trình sản xuất LPG gồm 3 công đoạn chính:

- Chuẩn bị nguyên liệu

- Chế biến khí

- Pha trộn thành phần LPG

Việc lựa chọn hướng chế biến khí được quyết định bởi tính chất hoá lícủa hỗn hợp khí, mức độ phát triển của công nghệ chế biến khí và nhữngnhu cầu của nền kinh tế đối với sản phẩm Công nghệ được lựa chọn đặcbiệt quan trọng và phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như : chất lượng nguyênliệu khí, các thông số công nghệ, các yếu tố ảnh hưởng, chu trình làmlạnh…

Sau khi thu được khí qua các công đoạn như thu gom, xử lí, tách cácthành phần khí bằng các cách khác nhau Cuối cùng là công đoạn pha trộnthành phần LPG để tạo ra sản phẩm LPG

Công đoạn pha trộn là công đoạn đơn giản nhất trong các công đoạn sảnxuất LPG Tuỳ theo nhu cầu thị trường về tiêu thụ sản phẩm LPG mà cácnhà sản xuất sau khi đã có thành phần khí C3 và C4 riêng biệt sẽ đem trộnlẫn chúng với nhau theo 1 tỉ lệ thích hợp làm sao đáp ứng tốt về nhiệt trịcũng như tính an toàn Trong quá trình pha trộn thành phần LPG thì chế độcông nghệ phụ thuộc vào tỉ lệ cấu tử chính là butan và propan cũng nhưnăng suất thiết bị Tuỳ theo mục đích sử dụng mà người ta dùng các loạimáy nén 1 cấp, 2 cấp, hay 3 cấp cùng với thiết bị chứa chuyên dụng để nạp,nén, tồn chứa LPG tại áp suất khác nhau

Chương III :Tổng quan về công trình bể chứa

3.2 Phân loại bể chứa

3.2.1 Bể chứa áp lực thấp :

Loại bể này chủ yếu hình trụ với nhiều kiểu mái khác nhau Bể

chứa áp lực thấp thường được dùng để chứa các chất lỏng dễ bay hơi như:dầu, xăng…

Trong thực tế thường có bể áp lực thấp như sau:

 Bể chứa trụ đứng mái tĩnh

 Bể chứa trụ ngang

3.2.1.1 Bể chứa trụ đứng mái tĩnh :

Bể chứa trụ đứng mái tĩnh có thể chứa từ 100 đến 20.000 m3 khithiết kế chứa xăng, hay khoảng 50.000 m3 khi chứa dầu mazut

Bể trụ đứng mái tĩnhCác bộ phận chính của bể gồm:

—Đáy bể: Được đặt trên nền cát đầm chặt hoặc nền được gia cố có lớpcách nước và được hàn từ các tấm thép

—Thân bể: Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại,

có thể thay đổi được hoặc không thay đổi chiều dày dọc theo thành bể

—Mái bể: Cũng đựơc tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chínhnhư sau: Mái nón, mái treo, mái trụ cầu, mái vòm (xem hình dưới)