Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí thiết kế hệ thống bảo vệ thiết bị và hệ thống gom khí xả (flare) cho giàn ST PIP

Cómột phần khí được điều chỉnh nhiệt độ điểm sương bằng các phương pháp như chodòng khí qua van JT, qua thiết bị giãn nở, hay thiết bị làm lạnh để tách lỏng, tránhhiện tượng xuất hiện lỏ

KHOA HÓA KỸ THUẬT NGÀNH: Công Nghệ Chế Biến Dầu & Khí

ĐỀ TÀI Thiết kế hệ thống bảo vệ thiết bị và hệ thống gom khí xả (Flare)

cho giàn ST-PIP

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Thanh Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Bá Hùng Lớp: 10H5

Lời Cảm Ơn

-  Được cầm trên tay tập báo cáo đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay, niềm mơ ước từcách đây rất lâu rồi, những cảm xúc thật khó tả, sự vui sướng và niềm biết ơn vôcùng Bởi lẻ không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ và giúp

 -đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp

Em xin chân thành gởi lời biết ơn sâu sắc nhất tới các thầy cô trong bộ môn Côngnghệ chế biến Dầu & Khí trường đại học BKĐN, các thầy cô, bằng tấm lòng củamình đã truyền thụ cho em những kiến thức quý báu về các môn học, và hơn thếnữa, đó là những kiến thức về cuộc sống để chúng em vững bước trên đường đời

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đến ban lãnh đạo công ty Technip VietNam đã cho em cơ hội được làm đồ án tốt nghiệp tại công ty Trong quá trình làmviệc tại đây đã hỗ trợ em rất nhiều, tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành đề tài này.Chân thành cảm ơn anh TS Lê Bá Hùng – Kĩ sư công nghệ, công ty Technip VietNam, là người trực tiếp hướng dẫn em trong đề tài này Tuy trong thời gian này, dùbận rộn công việc rất nhiều nhưng lúc nào anh cũng nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn vàtruyền đạt nhiều kinh nghiệm quý giá của mình cho em

Cảm ơn anh Ngọc, anh Trực, chị Phượng là những cựu sinh viên khóa trước đanglàm việc tại công ty, cùng các anh chị trong phòng kĩ thuật của công ty đã giải đáptận tình những lúc em gặp khó khăn Các anh chị cũng đã giúp em hòa nhập vàomôi trường làm việc công ty khi những ngày đầu còn bỡ ngỡ

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn là điểm tựa, nguồn động viên giúp em vượt quanhiều khó khăn trong thời gian qua

Cuối cùng, em xin chúc quý thầy cô, ban lãnh đạo công ty Technip Viet Nam, cácanh chị trong phòng kĩ thuật của công ty luôn dồi dào sức khỏe và có nhiều thànhcông trong công việc, niềm hạnh phúc trong cuộc sống

Chân thành cảm ơn!

Nguyễn Văn Thanh

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

LỜI MỞ ĐẦU

TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 Công ty technip viet nam 1

1.2 Tổng quan về các quá trình trong offshore 2

1.3 Giàn khoan 3

1.4 Dự án su tu trang full field development - phase 1 4

1.5 Hệ thống flare trên giàn ST-PIP 4

1.5.1 Các mức cảnh báo sự cố trên giàn 4

1.5.2 Hệ thống flare và vai trò của nó 5

CHƯƠNG 2 MÔ PHỎNG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 7

2.1 Cơ sở dữ liệu 7

2.1.1 Thông số về mỏ STT 7

2.1.2 Thành phần của dòng từ miệng giếng 8

2.1.3 Mô hình nhiệt động 9

2.2 Sơ đồ công nghệ 9

2.3 Mô phỏng công nghệ giàn ST-PIP bằng hysys 10

2.3.1 Tạo dòng nguyên liệu khai thác từ mỏ 10

2.3.2 Bình tách (Production separator) 12

2.3.3 Fuel gas system 12

2.3.4 Hệ thống máy nén hai cấp 13

2.3.5 Tính toán lưu lượng dòng ‘real feed’ 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG FLARE CHO GIÀN ST-PIP 16

3.1 PSVs 16

3.1.1 Giới thiệu PSVs 16

3.1.2 Tính toán PSVs 17

3.1.2.1 Blocked discharge 20

3.1.2.2 Fire case 41

3.1.2.3 Control valve failure 49

3.1.2.4 Tube rupture 54

3.1.3 Kết quả tính toán cho các psv 60

3.2 Blowdown 62

3.2.1 Giới thiệu BDV 62

3.2.2 Tính toán BDV 62

3.2.3 Kết quả tính toán cho các BDV 78

3.3 Header và subheader 80

3.3.1 Nguyên tắc thiết kế 80

3.3.2 Tính toán 81

3.3.3 Kết quả tính toán cho các header và subheader 83

3.4 Flare KO Drum 84

3.4.1 Nguyên tắc thiết kế 84

3.4.2 Tính toán 84

3.5 Flare Tip 90

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TRÊN FLARENET.92 4.1 Giới thiệu phần mềm Flarenet 92

4.2 Thiết lập sơ đồ mô phỏng 93

4.2.1 Thiết lập các mô hình tính toán và chọn cấu tử 93

4.2.2 Thiết lập sơ đồ mô phỏng 94

4.3 Phân tích – Đánh giá kết quả 98 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 103

Danh Mục Các Bảng Biểu

Bảng 2.1: Thông số về điều kiện tự nhiên của mỏ Sư Tử Trắng 7

Bảng 2.2: Thành phần của mỏ Sử Tử Trắng 8

Bảng 2.3: Kết quả mô phỏng cụm máy nén 15

Bảng 3.1: Các thiết bị PSV được bố trí trong PFD 19

Bảng 3.2: Giá trị tính toán cho ω 24

Bảng 3.3: Bảng chọn kích thước lỗ orifice cho PSV 27

Bảng 3.4: Đường ống vào của PSV-2956-1 29

Bảng 3.5: Tính toán ống ra cho PSV-2956-1 ND = 8 inch 31

Bảng 3.6: Kết quả tính toán cho ống ra PSV-2956-1 ND = 12 inch 32

Bảng 3.7: Các giá trị tính toán cho PSV-2606A-1/3 35

Bảng 3.8: Kết quả tính toán đường ống vào của PSV-2606A-1/3 39

Bảng 3.9: Kết quả tính toán cho ống ra PSV-2606A-1/3ND = 12 inch 40

Bảng 3.10: Sơ đồ mô phỏng tính Latent heat (L) 43

Bảng 3.11: Các giá trị tính toán Latent heat (L) và lưu lượng xả 43

Bảng 3.12: Kết quả tính toán cho PSV-2606-4/5 45

Bảng 3.13: Schedule của class L13N 46

Bảng 3.14: Kết quả tính toán đường ống vào của PSV-2606A-4/5 47

Bảng 3.15: Kết quả tính toán cho ống ra PSV-2606-4/5 ND = 2 inch 48

Bảng 3.16: Kết quả tính toán cho PCV 51

Bảng 3.17: Các giá trị tính toán cho PSV-5726-1/2 52

Bảng 3.18: Tính toán đường kính ống vào cho PSV-5726-1/2 52

Bảng 3.19: Tính toán đường kính ống ra cho PSV-5726-1/2 53

Bảng 3.20: Thông số làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt khi bị vỡ ống 57

Bảng 3.21: Kết quả tính lưu lượng xả qua vết nứt trong TBTĐN HX-HBA-2606 .58 Bảng 3.22: Kết quả tính cho diện tích lỗ xả của PSV-2606-1/2 58

Bảng 3.23: Kết quả tính đường ống vào của PSV-2606-1/2 59

Bảng 3.24: Kết quả tính đường ống ra của PSV-2606-1/2 60

Bảng 3.25: Kết quả tính toán cho các PSV trên giàn ST-PIP 61

Bảng 3.26: Cấu tạo của hệ thống BDV và RO 62

Bảng 3.27: Các thông số cho tính toán các trường hợp blowdown 64

Bảng 3.28: Danh sách các BDV trên giàn ST-PIP 64

Bảng 3.29: Thống kê ống liên kết với BDV-2902-3 65

Bảng 3.30: Tính inventory cho bình tách 69

Bảng 3.31: Kết quả tính inventory cho BDV-2902-3: 69

Bảng 3.32: Các thông số cho tính toán cho BDV-2902-3 70

Bảng 3.33: Kết quả tính toán đường ống vào cho BDV-2902-3 77

Bảng 3.34: Kết quả tính toán đường ống vào cho BDV-2902-3 78

Bảng 3.35: Kết quả tính toán cho BDV-2902-3 78

Bảng 3.36: Kết quả tính toán cho các BDV trên giàn ST-PIP 78

Bảng 3.37: Thống kê các PSV, PV, BDV nối vào header 1 81

Bảng 3.38: Kết quả tính toán cho header 1 83

Bảng 3.39: Tính Toán Cho Các Header Và Subheader 83

Bảng 3.40: Các thông số tính toán cho KO drum 85

Bảng 3.41: Trường hợp thiết kế cho KO drum 86

Bảng 3.42: Kết quả tính toán đường kính và chiều dài bình tách 88

Bảng 3.43: Kết quả tính toán mức chất lỏng cho KO drum 89

Bảng 4.1: Kết quả kiểm tra back pressure và điều kiện làm việc của ống đuôi 98

Danh Mục Các Hình Ảnh

Hình 1.1: Tổng quan các quá trình trong offshore 2

Hình 1.2: Các loại giàn khoan trong khai thác dầu khí 3

Hình 1.3: Hệ thống flare 5

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của giàn 9

Hình 2.2: Các biến tính WGR và CGR trong spread sheet 11

Hình 2.3: Sơ đồ mô phỏng dòng ‘real feed’ 12

Hình 2.4: Đường đặt tuyến của máy nén ly tâm 14

Hình 2.5: Nhập đường đặt tuyến cho máy nén 14

Hình 2.6: Sơ đồ mô phỏng cụm nén khí 15

Hình 3.1: Van an toàn (PSV) 16

Hình 3.2: Sự thay đổi của áp suất theo thời gian khi PSV hoạt động 18

Hình 3.3: PSV-2956-1 20

Hình 3.4: Tấm “Orifice” 21

Hình 3.5: Các mức áp suất khi thiết kế PSV 22

Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng lấy số liệu tính toán PSV blocked discharge 23

Hình 3.7: Đồ thị tra ηc theo ω 24

Hình 3.8: Đồ thị D.2 [4], tra Kb theo Pa/Ps 26

Hình 3.9: Schedule của class E12N 28

Hình 3.10: Schedule của class A1N 30

Hình 3.11: Sơ đồ mô phỏng tính toán cho PSV blocked discharge pha khí 33

Hình 3.12: Đồ thị tra hệ số C 35

Hình 3.13: Đồ thị xác định F2 36

Hình 3.14: Kích thước lỗ xả tiêu chuẩn cho PSV 37

Hình 3.15: Schedule của class L13N 38

Hình 3.16: Vết nứt trên ống của TBTDN 54

Hình 3.17: Dòng chảy qua lỗ 55

Hình 3.18: Đồ thị tra Y theo △ PP 1 và β 56

Hình 3.19: Đồ thị tra hệ số C 56

Hình 3.20: Công cụ Pipe segment trong hysys 66

Hình 3.21: Kết quả sau khi nhập ‘pipe segment’ 67

Hình 3.22: Thông số làm việc của bình tách MBD-2902 68

Hình 3.23: Công thức tính thể tích cho bình nằm ngang 68

Hình 3.24: Mở ứng dụng Depressuring-Dynamics 71

Hình 3.25: Giao diện của ứng dụng depressuring-dynamics 72

Hình 3.26: Xem kết quả diện tích bề mặt ướt 73

Hình 3.27: Chọn mô hình cháy cho mô phỏng fire blowdown 73

Hình 3.28: Cài đặt cho tab ‘operating conditions’ 74

Hình 3.29: sơ đồ mô phỏng cho cold temperature blowdown 76

Hình 3.30: Cân bằng lực lên hạt lỏng trong dòng khí 86

Hình 3.31: Đồ thị tra C’ 87

Hình 3.32: Flare Tip 90

Hình 3.33: Đồ thị △P tại flare tip theo lưu lượng qua flare tip 91

Hình 4.1: Giao diện làm việc của Aspen Flarenet 92

Hình 4.2: Lựa chọn cấu tử trong flarenet 94

Hình 4.3: Các thiết bị trong hệ thống flare 94

Hình 4.4: PSV trong flarenet 95

Hình 4.5: BDV trong flarenet 95

Hình 4.6: Nhập đường cong tổn thất áp suất trong flarenet 96

Hình 4.7: Sơ đồ mô phỏng Flare system trên Flarenet 97

Hình 4.8: Áp suất sau lỗ Orifice BDV-5726-2 khi Total Blowdown 99

Hình 4.9: Mach number từ BDV-5726-2 đến flare tip khi Total Blowdown 100

Hình 4.10: Nhiệt độ dòng lưu chất từ BDV-5726-2 đến flare tip khi Total

Blowdown 100Hình 4.11: Sự thay đổi áp suất khi xả PSV-2902-1/2 101Hình 5.1: Đồ thị tra HLd theo Dukler 108

Lời Mở Đầu

Khai thác và sử dụng các sản phẩm dầu khí là một bước tiến vĩ đại trong lịch sửphát triển của loài người, là một cuộc cách mạng về năng lượng Nó thực sự đượcbắt đầu là từ năm 1859 khi giếng dầu đầu tiên ‘Drake Well’ được khoan thành công,

và cuối thế kỉ thứ 19, việc sử dụng các sản phẩm dầu mỏ đã dần thay thế các nguồnnăng lượng khác trong nền công nghiệp thế giới Nhu cầu về năng lượng này mỗingày một tăng và trở thành một trong những lĩnh vực được ưu tiên hàng đầu củamỗi quốc gia

Tại Việt Nam, từ khi mỏ Bạch Hổ chính thức cho dòng sản phẩm đầu tiên vào ngày26/6/1986, ngành khai thác dầu khí của chúng ta đã phát triển không ngừng từ việctăng cường sản lượng khai thác và tìm kiếm khai thác thêm nhiều mỏ mới, bên cạnh

đó công tác nghiên cứu, chuyển giao công nghệ cũng được chú trọng phát triển Vớichủ trương hiện nay, khuyến khích các công ty nước ngoài tham gia đầu tư cũngnhưng tăng cường năng lực cạnh tranh của các công ty dầu khí trong nước, ngànhdầu khí của chúng ta đang có một tương lai phát triển đầy hứa hẹn

Với bản thân tôi, thật may mắn khi được có cơ hội học tập và thực hiện đồ án tốtnghiệp tại Công ty Technip Việt Nam – là công ty hàng đầu về tư vấn và thiết kế

dầu khí với đề tài: “Thiết kế hệ thống bảo vệ thiết bị và hệ thống gom khí xả (Flare)

cho giàn ST-PIP” Đây là một đề tài thiết thực, liên quan trực tiếp đến vấn đề khai

thác dầu khí và có những ứng dụng rộng rãi, có thể được áp dụng vào cho các giànkhai thác trên biển cũng như các nhà máy liên quan đến việc sử dụng dầu mỏ và khítrên bờ

Trong quá trình làm việc, với sự hỗ trợ hết sức nhiệt tình từ các anh chị trong công

ty và sự nổ lực phấn đấu của bản thân, tuy nhiên vì là một đề tài mới nên bài báocáo sẽ không tránh khỏi thiếu sót Kính mong quý thầy cô, anh chị và các bạn đónggóp ý kiến để đề tài này được hoàn thiện hơn

Chân thành cảm ơn!

Từ Viết Tắt:

ANSI: American National Standard Institude

API: American Petroleum Institude

BDV: Blowdown Valve

CLJOC: Cưu Long JOC (Joint Operating Company)

DN: Diameter Nominal

EPCI: Engineering Procurement Construction Installation

FEED: Front End Engineering Design

FPSO: Floating Production Storage and Offloading

FWS: Full well stream

GOR: Gas/Oil Ratio

HC: Hydrocarbon

HP - LP: Hight Pressure – Low Pressure

ID: Inside Diameter

JT: Joule Thomson

MMSCFD: Milion Standard Cubic Feet per Day

MPFM: Multi-Phase Flow Meter

OD: Outside Diameter

PCV: Pressure Control Valve

PFD: Process Flow Diagram

PSV: Pressure Safety Valve

P&ID: Piping and Instrument Diagram

Các Đơn Vị Sử Dụng Trong Bài Báo Cáo

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Công ty technip viet nam

Technip là một trong những công ty lớn nhất, chuyên cung cấp các dịch vụ thiết kếcông nghệ và xây dựng liên qua đến dầu khí, hóa dầu và các ngành công nghiệpkhác Với đội ngũ nhân lực khoảng 23000 người trên toàn thế giới, lợi nhuận hằngnăm vào khoảng 6 tỷ EUR và trải rộng trên khắp năm châu lục Technip dẫn đầu tạiChâu Âu và nằm trong top 5 trên thế giới trong lĩnh vực này

Technip có mặt tại Việt Nam từ năm 1994 khi ký hợp đồng giám sát về kỹ thuật,mua sắm và xây dựng (EPC) của nhà máy xi-măng Bút Sơn cho Tổng công ty tưvấn xây dựng Việt Nam (VNCC) sử dụng công nghệ độc quyền của Technip

Sau đó, Technip mở hai văn phòng đại diện, một ở Hà Nội, một ở thành phố Hồ ChíMinh nhằm hỗ trợ sự phát triển kinh doanh của mình tại Việt Nam

Năm 2002, Technip Italy - một chi nhánh của tập toàn Technip đã ký hợp đồng trọngói EPC cho việc xây dựng khu phức hợp nhà máy đạm tại Phú Mỹ

Năm 2005, Technip lại giành được hợp đồng uy tín trọn gói EPC để xây dựng nhàmáy lọc dầu cho Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, nhà máy lọc dầu Dung Quất Hợpđồng này vào khoảng 2 tỷ USD là hợp đồng EPC lớn nhất từ trước tới giờ tại ViệtNam

Tháng 1/2010, Technip đã đăng ký thành lập công ty tại Việt Nam nhằm cung cấpcác dịch vụ kỹ thuật cho công nghiệp dầu và khí, cả trên đất liền và ngoài khơi cũngnhư các nghành công nghiệp khác nói chung

Hiện nay văn phòng công ty nằm tại: 72-74 Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 3, Tp HồChí Minh

Các bộ phận trong công ty Technip Việt Nam

- Kế toán (Accounting)

- Nhân sự (Admin & HR)

- Phát triển kinh doanh (Business Development)

- Xây dựng/Dân dụng (Construction/Civil)

- Điện (Electrical)

- Môi trường, an toàn, sức khỏe (HSE)

- Điều khiển tự động (Instrument)

- Công nghệ thông tin (IT)

1.2 Tổng quan về các quá trình trong offshore

Hình 1.1: Tổng quan các quá trình trong offshoreThuyết minh quá trình: dầu và khí được khai thác từ các giếng trong lòng đất dướiđáy biển theo các ống dẫn lên trên các đầu giếng (Wellheads), sau đó chúng đượcdẫn vào hệ thống ống Manifold (Production/Test manifold) để đưa về giàn xử lý Ởđây, hỗn hợp dầu và khí được tách sơ bộ bằng các thiết bị tách dạng bình(Separator) cho giàn chính hay dạng đường ống (Slug Catcher) cho giàn phụ (giànthu gom) Khí tách ra được đưa qua các quá trình xử lý khí như: tách khí axit (H2S),loại bỏ thủy ngân, tách nước bằng dung môi (TEG) hay bằng chất làm khô tùythuộc vào thành phần của các cấu tử này cũng như yêu cầu của từng công nghệ Cómột phần khí được điều chỉnh nhiệt độ điểm sương bằng các phương pháp như chodòng khí qua van JT, qua thiết bị giãn nở, hay thiết bị làm lạnh để tách lỏng, tránhhiện tượng xuất hiện lỏng trong quá trình nén khí Tiếp đó, khí được nén đến áp suất

cần thiết rồi đi vào đường ống dẫn khí Dầu được tách ra từ thiết bị tách được đưaqua tháp ổn định để tách triệt để thêm các phần nhẹ có trong dầu Dòng dầu đượcđưa đến đường ống dẫn để bán hoặc được xử lý thành các sản phẩm khác nhau tạicác nhà máy trong bờ Nước được đưa đến quá trình xử lý nước như: tách dầu cótrong nước bằng thiết bị tách dầu dạng tấm gợn sóng (Corrugated Plate Interception

- CPI) hay loại bỏ các chất rắn có trong nước bằng các thiết bị tách rắn trong lỏng(Hydrocyclones) Nước có thể đổ ra biển (khi đạt tiêu chuẩn môi trường) hoặc bơmvào lại các giếng dầu đã bỏ

1.3 Giàn khoan

Là một cấu trúc được dùng để khoan các giếng để khai thác và xử lý dầu, khí thiênnhiên, và chứa dầu tạm trong khi chờ chuyên chờ đến nơi chế biến hoặc bán ra thịtrường hoặc kết nối với các hệ thống ống dẫn sản phẩm vào bờ Trong nhiều trườnghợp, giàn khoan còn các phân khu chức năng khác như nhà ở cho đội ngũ nhânviên

Tùy theo hoàn cảnh, giàn khoan có thể được cố định với đáy biển hoặc có thể ở chế

độ trôi nổi

Hình 1.2: Các loại giàn khoan trong khai thác dầu khí

1, 2) Giàn khoan cố định truyền thống:

1.4 Dự án su tu trang full field development - phase 1

Dự án phát triển toàn mỏ STT giai đoạn 1 là dự án nằm trong kế hoạch phát triển

mỏ Sư Tử Trắng do Cửu Long JOC làm chủ đầu tư, PTSC M&C là nhà thầu muasắm vật tư, thi công, chế tạo Mỏ STT được phát triển từ năm 2012 với giàn WHP-

C, toàn bộ sản phẩm (gồm condensate: 6000 BBD, khí đồng hành: 50 MMSCFD)được dẫn về xử lý tại CPP của mỏ STV thông qua đường ống hai pha 12’’

Mục đích của dự án này là tăng cường sản lượng khai thác của condensate mà vẫngiữ nguyên sản lượng khí trong khi áp suất mỏ mỗi ngày một giảm, đây cũng làthách thức của dự án Bởi vì, trong quá trình khai thác, áp suất của mỏ sẽ bị giảm,làm dầu không thể tự phun lên được Để giải quyết vấn đề này, ta phải nén lại mộtphần của dòng khí khai thác được trở lại mỏ

Trong dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 01, PTSC M&C sẽ thực hiệntổng thầu EPCI cho các hạng mục: Giàn nén ST PIP gồm 01 Chân đế 4 chân, nặngkhoảng 2500 MT; 01 khối thượng tầng nặng khoảng 4100 MT, hệ thống cọc khoảng

1600 MT, hệ thống ống tách nước 300 MT; giàn nhà ở ST-LQ với chân đế khoảng950MT và khối thượng tầng khoảng 1250 MT; 02 cầu dẫn từ giàn nén ST PIP nốitới giàn nhà ở ST-LQ và từ giàn nén ST PIP nối tới giàn STT LTPTP (đã có sẵn),mỗi cầu dẫn dài khoảng 100m, nặng 120 MT

Sau khi hoàn thành, dự án sẽ đáp ứng sản lượng khai thác của condensate: 25000BBD, khí đồng hành: 50 MMSCFD (khai thác lên 150 MMSCFD và tiến hành néntrở lại bể 100 MMSCFD)

1.5 Hệ thống flare trên giàn ST-PIP

1.5.1 Các mức cảnh báo sự cố trên giàn

Trong quá trình hoạt động của giàn, ta không thể biết được sự cố sẽ xuất hiện lúcnào và mức độ ra sao? Để đảm bảo an toàn, các giả định được đặt ra và các thao tác

xử lý tương ứng luôn là điều rất quan trọng cho quá trình vận hành an toàn Vì vậy,trong quá trình thiết kế, việc phân tích các sự cố để có những hệ thống an toàn đượcvận hành nhằm xử lý sự cố đó cũng vô cùng cần thiết

Trong quá trình xử lý sự cố, tiến hành cách ly và tạm dừng hệ thống là cách làmnhanh và an toàn nhất, tuy nhiên việc khởi động lại hệ thống cũng là rất tốn kém vàphức tạp, ảnh hưởng đến lợi nhuận của công ty Bởi lẻ đó, những hệ thống an toàntrên giàn được sắp xếp theo những cấp độ khác nhau Lấy một ví dụ: Khi có mộtđám cháy nhỏ xảy ra gần bình tách, khi tín hiệu chưa được người vận hành tiếp

nhận và xử lý thì rủi ro vỡ bình tách do áp suất trong bình tăng đột ngột Vì vậy, quátrình thiết kế ta phải tính toán lắp đặt PSV cho bình tách, khi đó, dù người vận hànhchưa can thiệp gì thì PSV cũng đã tự động bảo vệ bình tách cho người vận hành cóthời gian xử lý tiếp theo tùy vào mức độ của sự cố

Trên giàn ST-PIP, các mức sự cố được chia ra thành những cấp, mức độ như sau:

 Mức ESD 4: Tạm dừng cụm thiết bị

 Mức ESD 3: Dừng toàn bộ hệ thống công nghệ theo đúng trình tự vận hành,đóng tất cả các SDV, XV (van chặn), dừng tất cả các bơm, máy nén Các quátrình công nghệ dừng hoàn toàn nhưng chưa tiến hành Blowdown

 Mức ESD 2: Dừng khẩn cấp hệ thống công nghệ và mở hệ thống Blowdowntoàn giàn

 Mức ESD 1A/B: Dừng toàn bộ hệ thống đang làm việc trên giàn, xả khí khẩncấp

 Mức PAF: Chuẩn bị rời bỏ giàn, bảo đảm tính mạng của con người

Chú ý: Các mức cảnh báo nguy hiểm hơn được chuẩn bị trong tư thế sẵn sàng

nhưng sẽ tiến hành các mức thấp hơn trước để đảm bảo trong tình huống xấu nhất

1.5.2 Hệ thống flare và vai trò của nó

Là hệ thống các PSVs, BDVs, các đường ống dẫn, bình tách KO drum, flare tip được kết nối với nhau thành một hệ thống liên tục, không bị nghẽn

Hình 1.3: Hệ thống flare

Nhiệm vụ chính của hệ thống flare là thu gom các nguồn HC xả ra từ hệ thống côngnghệ trong quá trình vận bình thường hoặc trong quá trình xử lý sự cố sau đó dẫn vềbình tách (KO drum) thu hồi dòng HC lỏng bị kéo theo, rồi sau đó đốt gần như toàn

bộ lượng khí HC để đáp ứng yêu cầu về chất lượng khí thải, tránh thải trực tiếp ramôi trường tự nhiên

Trên giàn ST-PIP, hai hệ thống flare là HP Flare và LP flare đảm bảo nhiệm vụ bảo

vệ thiết bị và an toàn cho giàn Thu gom và đốt lượng khí xả để đảm bảo các tiêuchuẩn môi tường trước khi thải ra

CHƯƠNG 2 MÔ PHỎNG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 2.1 Cơ sở dữ liệu

2.1.1 Thông số về mỏ STT

Số liệu về mỏ được cung cấp từ phía nhà đầu tư (Cửu Long JOC)

Bảng 2.1: Thông số về điều kiện tự nhiên của mỏ Sư Tử Trắng

Trong quá trình mô phỏng có các chú ý như sau:

 Cho trường hợp tính toán an toàn hay trường hợp nhiệt độ thấp nhất ta lấynhiệt độ mỏ là 80oC

 Áp suất và nhiệt độ trong quá trình mô phỏng giàn tính tại ‘CHOCKDOWNSTREAM’ là 91 barg, 118/80 oC (Max/Min)

 Số liệu về CGR ở điều kiện (90 barg/118 oC ) tại bình tách thì được thốngnhất theo hợp đồng với CLJOC kí ngày 5/9/2014

 Số liệu tỉ số WGR lấy tại điều kiện của bình tách

2.1.2 Thành phần của dòng từ miệng giếng

Thành phần của HC được cho trong bảng sau:

Bảng 2.2: Thành phần của mỏ Sử Tử Trắng

 Hệ thống máy nén khí quay lại giếng dầu (máy nén 2 cấp)

 Cụm Fuel gas cung cấp khí đốt cho các máy nén cũng như nhu cầu nănglượng cho toàn giàn ST-PIP và ST-LQ

 Hệ thống phụ trợ (không tiến hành mô phỏng)

Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ của giànThuyết minh sơ đồ: Dòng FWS từ production manifold được dẫn về bình tách, tạiđây, khí-lỏng sẽ được tách ra dưới áp suất 91 barg, nhiệt độ khoảng 118oC Dònglỏng (condensate) được dẫn về export line để vận chuyển về CPP của giàn STV.Quá trình công nghệ trên giàn chủ yếu là xử lý dòng khí để cung cấp fuel gas chogiàn, cung cấp dòng khí nén lại mỏ Dòng khí được chia làm 3 dòng:

 Dòng khí sản phẩm: 50 MMSCFD được dẫn export line để vận chuyển cùngdòng condensate về CPP của mỏ STV.

 Dòng khí làm nguyên liệu cho cụm xử lý fuel gas Đầu tiên là làm lạnh dòngkhí sau đó dẫn qua van giảm áp để giảm áp suất của dòng xuống 38 bargtrước khi vào bình tách lỏng Phần lỏng sau đó được bơm đẩy về export line

để vận chuyển cùng dòng condensate Phần khí tiếp tục được dẫn qua filter

để loại bỏ sách các tạp chất mang theo trước khi được gia nhiệt Mục đíchcủa việc gia nhiệt nhằm nâng nhiệt độ của dòng khí lên trên nhiệt độ điểmsương trước khi cung cấp cho các nơi tiêu thụ như power generator turbin,gas compressor turbin thông qua ống phân phối Lưu ý rằng, fuel gas cũngcung cấp khí để purging đường ống header của HP/LP flare, ignitor sau khi

đã qua van giảm áp

 Dòng khí chủ yếu là dòng đến hệ thống máy nén để tăng áp rồi nén lại vàotrong mỏ Hệ thống máy nén gồm hai cấp nâng áp suất của dòng khí lên 525barg Các hệ thống intercooler và bình tách lỏng được lắp trước mỗi cấp nén

để bảo vệ máy nén Máy nén sử dụng động cơ turbin sử dụng fuel gas đểhoạt động

2.3 Mô phỏng công nghệ giàn ST-PIP bằng hysys

Để tiến hành mô phỏng, ta bám sát theo các dữ liệu đã được trình bày ở trên, mụcđích của sơ đồ mô phỏng này là để có các số liệu dòng phục vụ cho quá trình tínhtoán, thiết kế hệ thống HP Flare và LP Flare nên sẽ không đi sâu vào các chi tiếtkhông cần thiết

2.3.1 Tạo dòng nguyên liệu khai thác từ mỏ

Bước 1: Lựa chọn cấu tử và thiết lập thêm các cấu tử giả theo bảng thành phần đãtrình bày ở mục 2.1.2

 Trong phần thêm cấu tử, các cấu tử ‘traditional component’ có sẵn tronghysys ta chỉ việc lựa chọn và add vào

 Đối với các ‘hypocomponent’ ta vào mục Hypothetical và tạo ra mộthypogroup rồi tiếp tục tạo thêm các hypocomponent với các thông số Normalboiling point, Molecular weight, Liquid density

Bước 2: Chọn mô hình nhiệt động

Ở đây ta sử dụng 2 mô hình nhiệt động Peng Robinson theo mặt định của Hysys và

mô hình PengRobinson có hiệu chỉnh Tuning Factor bằng 1.2

Bước 3: Tạo dòng nguyên liệu

Với thành phần đã cho chỉ có phần khô (dry basic), ta phải bổ sung nước vào chotới đúng tỉ lệ Vì trong thực tế, luôn luôn có một phần nước còn lẫn trong dầu và tỉ

lệ này được cho là 10 bbl/MMSCF Để xử lý việc này ta sử dụng công cụ Adjust cụthể như sau

 Tạo dòng có tên ‘feed’ với thành phần đã cho trong bảng thành phần của HCtrong mỏ như mục 2.1.2 Điều kiện áp suất, nhiệt độ sẽ là 91 barg, 118oC Vìlưu lượng chưa được xác định nên ta nhập một con số bất kỳ (sẽ được hiệuchỉnh lại trong phần sau)

 Tạo một dòng nước ‘free water’ với áp suất cũng là 91 barg

 Trộn hai dòng trên lại với nhau bằng thiết bị mix ta có dòng ‘real feed’vớinhiệt độ cài đặt là 118 oC Nhiệm vụ đặt ra ở đây là điều chỉnh lượng nướcsao cho tỉ lệ WGR của dòng ‘real feed’ là 10 bbl/MMSCF

 Dùng spread sheet, khởi tạo các biến như sau

Hình 2.5: Các biến tính WGR và CGR trong spread sheet

Như vậy ta sẽ tính đơn giản cho WGR của dòng ‘real feed’ chính bằng B1/B3

và CGR = B2/B3

 Sử dụng công cụ Adjust để thay đổi lưu lượng dòng ‘free water’ sao cho tỉ sốWGR = 10 bbl/MMSCF Kiểm tra lại CGR = 169.1 bbl/MMSCF

Hình 2.6: Sơ đồ mô phỏng dòng ‘real feed’

Dòng ‘real feed’ bây giờ đã có đầy đủ các thống số về thành phần, nhiệt độ và ápsuất nhưng chú ý là lưu lượng vẫn chưa xác định được

2.3.2 Bình tách (Production separator)

Nhiệm vụ của bình tách là phân chia dòng ‘real feed’ thành hai dòng, dòng khí

‘prod vapour’ và dòng lỏng ‘prod liq’ Áp suất và nhiệt độ thiết kế là 91 barg,

118oC

Chọn bình tách loại ‘Two – phase separator’ và liên kết các dòng vào và dòng ra,dòng ‘prod vapour’ sẽ được chia làm 3 dòng để đi đến fuel gas system, reinjectiongas, và một dòng được dẫn về export line Cụ thể, dòng đến export line sẽ có lưulượng là 50 MMSCFD, dòng đến fuel gas được điều chỉnh để đảm bảo lưu lượngsau khi ra khỏi Fuel scruber là 5.5 MMSCFD, phần còn lại sẽ được dẫn qua hệthống máy nén

2.3.3 Fuel gas system

Nhiệm vụ của cụm này là xử lý dòng khí từ bình tách (tách HC nặng, lọc các tạpchất) trước khi phân phối đến các nơi tiêu thụ

Cụm gồm các thiết bị làm mát, bình tách lỏng, thiết bị lọc, sau đó là gia nhiệt Ở đây

ta không mô phỏng thiết bị lọc

Trên sơ đồ mô phỏng, thêm vào thiết bị làm lạnh cho dòng ‘Fuel gas’ và cài nhiệt

độ đầu ra là 65oC Nhiệt độ này vừa đủ để đảm bảo cho tính toán thiết bị cooler lànhỏ nhất đồng thời đảm bảo nhiệt độ của dòng khí sau khi ra khỏi super heater là

khoảng 83oC (trên 300C so với nhiệt độ điểm sương của dòng khí – yêu cầu kĩ thuậtcủa hệ thống fuel gas)

Van giảm áp sẽ được sử dụng thay cho PCVs trong quá trình mô phỏng để giảm ápsuất của dòng xuống 38 barg

Bình tách fuel separator sử dụng loại two – phase separator, với dòng vào là dòngsau van giảm áp Dòng khí được tiếp tục đưa qua thiết bị lọc nhưng ta không môphỏng thiết bị này, vậy nên dòng khí được dẫn tiếp qua thiết bị super heater Còndòng lỏng thì được đưa vào nhập với dòng export line sau khi được bơm lên áp suất47.5 barg Áp suất này được tính ngược từ áp suất yêu cầu của giàn STV nhờ sự hỗtrợ của phần mềm pipesim

Super heater được cài đặt để đảm bảo chênh lệch nhiệt độ là 30oC, ở đây ta sử dụngcông cụ ‘set’ để cài đặt sự chênh lệch này Dòng khí sau đó được dẫn đến tee đểphân phối đến các nơi có nhu cầu là Gas compressor turbin và power generatorturbin

Sử dụng công cụ ‘Adjust’ để đạt được lưu lượng khí sau khi ra khỏi bình tách là 5.5MMSCFD bằng cách thay đổi lưu lượng dòng ‘fuel gas’

2.3.4 Hệ thống máy nén hai cấp

Hệ thống máy nén hai cấp thực hiện nhiệm vụ nâng áp suất của dòng khí để có thểnén trở lại mỏ ở áp suất 520 barg Yêu cầu sau khi qua hai cấp nén dòng khí phảiđạt áp suất 525 barg (lớn hơn áp suất mỏ 5 barg để bù lại trở lực trên đường ống) Trước khi qua máy nén, dòng khí được dẫn qua thiết bị làm lạnh xuống nhiệt độ

50oC, nhằm đảm bảo nhiệt độ ra khỏi máy nén cấp 1 thấp hơn 145oC, nhiệt độ thiết

kế của hệ thống máy nén Lượng lỏng sinh ra sau thiết bị làm lạnh sẽ được tách ratại bình tách pha và được dẫn về gộp chung với các dòng lỏng khác để dẫn vềexport line Cụm làm lạnh và tách lỏng sau máy nén cấp 1 cũng được cài đặt tương

tự

Ở máy nén, ta chưa thể xác định được số vòng quay của nó cũng như áp suất đầu ra

ở mỗi cấp nén Vì vậy, quá trình mô phỏng cần xác định được các thông số này

Ở đây ta sử dụng máy nén kiểu ly tâm nên cần quan tâm tới đường đặt tuyến củamáy nén Ứng với mỗi số vòng quay nhất định, có những mối quan hệ giữa lưulượng, áp suất và hiệu suất của máy nén

Hình 2.7: Đường đặt tuyến của máy nén ly tâmChú ý: Vì thực tế ta sử dụng máy nén hai cấp đồng trục (1 turbin) mà khi mô phỏng

ta lại sử dụng 2 máy nén riêng biệt nên hai máy nén này phải có cùng số vòng quay.Khi mô phỏng để đạt được áp suất đầu ra sau hai cấp nén là 525 barg, ta phải dùngcông cụ Adjust, thay đổi số vòng quay của máy nén 1 đến khi đạt áp suất đầu ra, set

số vòng quay của hai máy nén bằng nhau Quá trình tính toán vòng lặp của hysyscho ta kết quả là số vòng quay của máy nén và áp suất đầu ra của mỗi cấp nén.Theo số liệu của vendor ta có đường đặt tuyến làm việc của máy nén và nhập vàocho từng máy nén Cụ thể như hình sau

Hình 2.8: Nhập đường đặt tuyến cho máy nén

Sau khi thiết lập sơ đồ, cài đặt các thông số cho mỗi thiết bị như trên và sử dụng cáccông cụ Adjust, Set, ta có sơ đồ mô phỏng đầy đủ cho cụm máy nén như sau

Hình 2.9: Sơ đồ mô phỏng cụm nén khí

Sau khi chạy hysys ta có kết quả cho cụm máy nén như bảng sau:

Bảng 2.3: Kết quả mô phỏng cụm máy nén

Nhiệt độ thiết kế của hệ thống máy nén là 145oC Theo kết quả tính toán ta thấy tất

cả các dòng sau máy nén đều thấp hơn 145oC, bên cạnh đó, hệ thống Injection cũng

có nhiệt độ thiết kế là 145oC, vì vậy ta không cần có thiết bị làm mát sau máy néncấp 2

2.3.5 Tính toán lưu lượng dòng ‘real feed’.

Như đã đặt vấn đề ở trên, dòng ‘real feed’ chưa có thông số chính xác về lưu lượng.Yêu cầu lưu lượng của dòng này là cung cấp khí cho cụm nén khí, lưu lượng đảmbảo năng suất 100 MMSCFD

Dựa vào tiêu chí này, trong quá trình mô phỏng, ta sử dụng công cụ Adjust, điềuchỉnh lưu lương dòng ‘feed’ sao cho lưu lượng dòng ‘Reinjection to oil well’ là 100MMSCFD

Sau khi chạy hysys ta có kết quả: Lưu lượng dòng ‘real feed’ là 318607.5 kg/h

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG FLARE CHO GIÀN ST-PIP 3.1 PSVs

Nguyên lý làm việc: Van an toàn là loại van thường xuyên đóng, nó chỉ làm việc (tựđộng) và bắt buộc phải làm việc ở một áp suất tối thiểu nào đấy (áp suất cài đặt).Điều đó có nghĩa là khi áp trong hệ thống đạt đến giá trị cài đặt của van an toàn thìvan an toàn sẽ tự động mở để làm giảm áp suất trong hệ thống

Các trường hợp quá áp do các nguyên nhân như sau:

 Block discharge: Đầu ra của thiết bị hay hệ thống ống bị chặn, làm tăng ápsuất bên trong thiết bị hay hệ thống ống

 Fire case: Do những sự cố ngoài ý muốn, đám cháy xuất hiện sẽ cấp nhiệtcho các hydrocacbon có trong thiết bị hay hệ thống đường ống có thể làmgiản nỡ khí, làm bốc hơi phần lỏng Và áp suất vì đó sẽ tăng cao

 Control valve failure

Level control failure: Mức bị tụt, làm khí từ thiết bị áp suất cao có thểthổi qua thiết bị, hệ thống ở áp suất thấp thông qua đầu ra của phalỏng và làm tăng áp của chúng

Inlet control valve failure: Khi valve điều khiển dòng vào bị hỏng và

ở mức cao (100% open), lưu lượng đầu vào tăng cao trong khi đầu rađược điều khiển không đổi, do vậy sẽ làm tăng áp của thiết bị

 Ống trao đổi nhiệt bị vỡ: Điều này làm cho áp suất tăng lên ở bên áp thấp vàtiềm ẩn nhiều mối nguy hiểm

 Sự giãn nở vì nhiệt: khi hệ thống ống hay thiết bị chứa đầy lỏng và bị khóahai đầu, lỏng ban đầu được đưa vào ở nhiệt độ thấp Do những nguồn nhiệt

từ bên ngoài như đám lửa, bức xạ mặt trời,… sẽ làm chúng nóng lên và giãn

nở Hay những thiết bị trao đổi nhiệt, dòng nguội bị đóng lại trong khi dòngnóng vẫn còn cũng làm chúng giãn nở tăng thể tích dẫn đến tăng áp

3.1.2 Tính toán PSVs

Mục đích: dựa vào lưu lượng và tính chất của dòng qua lỗ xả, ta tính diện tích xảhơi hiệu quả (The effective discharge area) và lựa chọn loại lỗ tiết lưu (Orifice) choPSV theo tiêu chuẩn Sau đó, tiếp tục tính đường ống cho các PSV

Các khái niệm liên quan:

 Set Pressure là áp suất cài đặt mà tại đó van an toàn bắt đầu hoạt động tức

mở ra

 Accumulation là áp suất tăng trong thiết bị vượt quá áp suất cài đặt trong quátrình giảm áp Được tính bằng % áp suất cài đặt Trường hợp thông thườnglấy là 10%, còn trong trường hợp cháy lấy bằng 21%

 Relieving pressure là áp suất trong thiết bị tại thời điểm van toàn mở

 Backpressure là áp suất thoát ra ở đường ống phía sau của van an toàn

 Maximum Allowable Working Pressure (MAWP): là áp suất tối đa cho phéptại đỉnh của thiết bị ứng với nhiệt độ thiết kế.

Hình 3.11: Sự thay đổi của áp suất theo thời gian khi PSV hoạt động

Trong thiết kế hệ thống flare, theo phát biểu được trích dẫn từ mục 4.3.1 API std521: “Xác suất để hai sự cố không liên quan cùng xảy ra đồng thời là khó có khảnăng và thường không được xét đến” Như vậy trong quá trình tính toán cho PSVscủa giàn ST-PIP ta chỉ xét cho trường hợp nguy hiểm nhất có thể xảy ra Đầu tiên,giả định các tình huống xấu nhất có thể xảy ra trong quá trình làm việc của thiết bị,với mỗi tình huống ta sẽ tính toán được kích thước của PSV, lưu lượng xả lớn nhấtqua PSV Từ đó ta sẽ chọn được PSV phù hợp

Với một PSV, việc đầu tiên là xác định các thông số Set pressure, Over pressure,back pressure, relieving temperature, relieving pressure Các thông số về dòng trongthiết bị hay đường ống được bảo vệ như relieving flowrate, thành phần dòng, …

Phương pháp lấy số liệu: Trong mô phỏng Hysys chỉ mô phỏng các dòng công nghệ

chính, không mô phỏng các dòng phục vụ cho thiết kế các PSV, BDV, Flarenet Do

đó để có số liệu của các dòng dùng tính toán cho các PSV, BDV, Flarenet, trong môphỏng Hysys ta sẽ tạo các dòng này và define các thông số từ dòng công nghệ tượngứng đã được thống kê Sau đó cho qua một van (tương ứng là PSV) để giảm ápxuống áp suất như dự đoán (back pressure) Ta lập bảng Excel sẵn có chứa cácthông số cần có cho dòng Upstream và Downstream của PSV, rồi dùng phần mềmHSR (Hysys Stream Report) để lấy số liệu từ Hysys qua Excel

Các PSV có trong P & ID của giàn ST-PIP :

Bảng 3.4: Các thiết bị PSV được bố trí trong PFD

STT Tên PSV Thiết bị được bảo vệ Áp suất cài đặt

(barg) Trường hợp thiết kế

1 PSV-2956-1 (blocked discharge 2 pha)

2 PSV-2606A-1/3 (blocked discharge pha khí)

Ta sẽ tính toán cụ thể cho từng trường hợp

3.1.2.1.1 PSV-2956-1 (blocked discharge 2 pha)

PSV-2956-1 bảo vệ cho Test manifold và MPFM

Hình 3.12: PSV-2956-1

a Chọn loại PSV-2956-1 thích hợp

Chọn PSV tức là tính toán diện tích lỗ xả của PSV rồi lự chọn PSV theo tiêu chuẩn

để đảm bảo được khả năng bảo vệ thiết bị của PSV

Hình 3.13: Tấm “Orifice”

Xác định các thông số ban đầu cho việc tính toán PSV, các giá trị được lấy từ thiết

kế công nghệ đã có Trong đồ án này, chúng ta tham khảo từ bản mô phỏng hysys.Giá trị áp suất cài đặt (Set pressure) Ps cho PSV-2956-1 là 130 barg = 1885 psig,đây là mức áp suất cho phép cao nhất của thiết bị và số liệu đã được phân tích, lựachọn khi thiết kế thiết bị

Chọn giá trị Accumulation (over pressure) trong trường hợp blocked dischargethường được khuyến cáo là 10% Ps Tham khảo theo đồ thị 1 API 520 [4]

Ta có giá trị Relieving pressure (P1) sẽ là tổng của Ps và over pressure, như vậy P1

sẽ tính như sau : P1 = 130 x 1,1 = 143 barg = 2073.5 psig

Chọn giá trị Back pressure (Pa): Pa = 3 barg = 43.5 psig Back pressure chỉ được giảđịnh trong tính toán ban đầu trong phạm vi có thể xảy ra, được lấy theo kinh nghiệmcủa người kỹ sư Giá trị này sẽ dùng cho thiết kế PSV và đường ống dẫn của PSV,chăc chắn sẽ phải kiểm tra lại khi chúng ta chạy lại trên Flarenet

Lưu lượng xả qua PSV-2956-1 : Là lưu lượng lớn nhất của một giếng dầu trong mỏ

Sư Tử Trắng được xử lý tại ST-PIP Số liệu được lấy cho trường hợp lưu lượng phakhí của dòng từ mỏ là 100 MMSCFD, ứng với nhiệt độ của mỏ là 80oC và áp suất là

91 barg Kết quả : W = 209643.92 kg/hr = 462181 lb/hr

Hình 3.14: Các mức áp suất khi thiết kế PSVTheo nguyên tắc thiết kế cho dự án này, trường hợp hai pha sẽ được tính theophương pháp Leung Omega theo tiêu chuẩn API STD 520 Part 1 Appendix D [4].Với các bước tính như sau :

Bước 1: Xây dựng file mô phỏng

Tạo dòng vào với các thông tin sau :

 Thành phần : tham chiếu tới dòng ‘real feed’ trong file mô phỏng sơ đồ côngnghệ tổng của giàn

 Nhập giá trị nhiệt độ và áp suất : T = 80oC, P = 91 barg

 Lưu lượng khối lượng : Adjust sao cho pha khí có lưu lượng 100 MMSCFD

Để có thể Adjust được lưu lượng dòng vào sao cho dòng khí là 100 MMSCFD tacần một bình tách, tách dòng thành 2 pha, dòng pha khí và dòng pha lỏng.

Dùng công cụ Adjust điều chỉnh lưu lượng của dòng vào để đạt được mục tiêu làdòng khí ra tử bình tách đạt 100 MMSCFD

Dùng các valve để đưa dòng vào lên trạng thái tại điều kiện ứng với áp suất setpressure, relieving pressure, và 90% relieving pressure Dùng công cụ Spread sheet

để lấy số liệu cần thiết cho tính toán

Hình 3.15: Sơ đồ mô phỏng lấy số liệu tính toán PSV blocked dischargeBước 2: Xác định ω theo phương pháp Leung Omega

Trong đó :

ν9 : thể tích riêng phần tại áp suất 90% P1 (ft3/lb)

νo : thể tích riêng phần tại áp suất P1 (ft3/lb)

Lấy kết quả từ file mô phỏng và thực hiện tính toán trên excel ta có bảng 3.2

ν = 1d

Bảng 3.5: Giá trị tính toán cho ω

d9 (lb/ft3) do (lb/ft3) ν9(ft3/lb) νo (ft3/lb) ω

Bước 3: Xác định dòng critical flow hay subcritical flow

Định nghĩa dòng tới hạn: Qua một lỗ xả hay vòi phun, sự giảm áp ở đầu ra làm tănglưu lượng khối lượng, do vận tốc của dòng tăng, tuy nhiên vận tốc của dòng sẽ đạtgiới hạn tại vận tốc âm thanh trong môi trường đó, do vậy, đến mức giới hạn này,

dù có giảm vận tốc cũng không làm tăng lưu lượng thêm được nữa Áp suất tại đógọi là áp suất dòng tới hạn (Pc)

Với ω = 0.9017, ta có ηc = 0.593 → Pc = 1238.5 psia

Pa = 58.2 psia < Pc =1238.5 → critical flow

Bước 4: Tính Mass flux: G (lb.s-1.ft-2)

Với dòng critical flow ta tính theo công thức D.5, dòng Subcritical flow thì áp dụngcông thức D.6 theo tiêu chuẩn API 520 [4]

PSV-2956-1 thuộc trường hợp critical flux nên ta áp dụng D.5 cho tính toán

W (lb/hr) : lưu lượng khối lượng qua lỗ xả

Kd: hệ số xả hiệu quả (discharge coefficient), được cung cấp bởinhà sản xuất, trong tính toán sơ bộ chọn Kd = 0,85

Kb: hệ số hiệu chỉnh của backpressure (the backpressurecorrection factor) và cũng được cung cấp bởi nhà sản xuất, trong

tính toán sơ bộ ta tra theo đồ thị D.2 [4] Ta có Pa/Ps = 2.3% nêngiá trị Kb = 1

Kc: hệ số hiệu chỉnh kết hợp (the combination correction factor)cho PSV có lắp thêm đĩa đệm hay không có đĩa đệm PSV-2956-

1 không có đĩa đệm nên Kc =1

Thay các giá trị vào công thức trên ta có diện tích lỗ xả: A = 3.038 inch2

Hình 3.17: Đồ thị D.2 [4], tra Kb theo Pa/Ps

Bước 6: Chọn loại PSV theo tiêu chuẩn và tính lưu lượng xả lớn nhất

Vì PSV được thiết kế chung gồm van và lỗ xả nên ta phải tiêu chuẩn hóa kích thước

lỗ xả theo từng loại van Dựa vào bảng chọn Orifice Size cho PSV lấy từ API 526,

ta chọn loại Orifice cho PSV-2956-1 là loại M (ta chọn giá trị A chuẩn lớn hơn vàgần sát với A ta tính được, tức A =3.6 inch2)

Như vậy PSV-2956-1 được chọn theo tính toán thiết kế sơ bộ là loại 4M6

Bảng 3.6: Bảng chọn kích thước lỗ orifice cho PSV.

Lưu lượng xả lớn nhất qua PSV-2956-1sau khi đã chọn lỗ xả loại 4M6 tính theocông thức sau: Wrated = A cal

A sel *W = 224485 (kg/h)

b PSVs system piping sizing

Khi tính toán kích thước cho các đường ống dẫn inlet và outlet cho các PSV hayBDV, ta phải sử dụng lưu lượng xả lớn nhất cho tính toán để đảm bảo an toàn vàcác tiêu chuẩn kĩ thuật của đường ống

Ta sử dụng phương pháp thử và sai, từ lưu lượng, thành phần, điều kiện làm việccủa lưu chất và từ kinh nghiệm thiết kế của bản thân ta sẽ phải giả định một giá trịđường kính có khả năng xảy ra nhất rồi tính tổn thất áp suất trên toàn bộ chiều dàiđoạn ống, so sánh kết quả với tiêu chuẩn thiết kế của dự án, nếu thỏa mãn thì chọn,nếu không thì tăng đường kính lên và tính lại cho đến khi chọn được đường kínhthỏa mãn

Theo nguyên tắc thiết kế của dự án, tổn thất áp suất trên đường ống được tính toántrong nhưng trường hợp hai pha hay một pha theo các phương trình khác nhau được

trình bày theo phụ lục I.