Đường ống dẫn dầu, khí trong Ngành Dầu khí là đường ống chuyên dụng. Loại đường ống này trong khai thác thường chịu áp suất cao, môi trường ăn mòn khắc nghiệt (cả bên trong và bên ngoài đường ống). Đặc biệt, đối với loại dầu khai khác ở các mỏ phía Nam thềm lục địa Việt Nam có nhiều Parafi nnên thường đông đặc ở nhiệt độ khá cao. Chính vì vậy đối với các đường ống dẫn dầu giữa các mỏ và từ các mỏ khai thác tới các giàn trung tâm hoặc tới các kho nổi chứa dầu phải bọc cách nhiệt (bảo ôn) cho đường ống nhằm đảm bảo giữ được nhiệt độ cho phép của dòng dầu khi vận chuyển qua đường ống không bị đông đặc. Nội dung của báo cáo khoa học này sẽ giới thiệu tóm lược tổng quan tình hình bọc ống cách nhiệt các dự án đường ống dẫn dầu tại Việt Nam và giới thiệu dây chuyền công nghệ bọc ống cách nhiệt cho đường ống dẫn dầu bằng vật liệu PU Foam tại Nhà máy bọc ống của Công ty cổ phần Đầu tư và Xây lắp khí (PVID) lần đầu tiên ứng dụng cho các dự án đường ống ngầm dẫn dầu tại thềm lục địa Việt Nam và khu vực, quốc tế trong tương lai.
PETROVIETNAM PVID‱ứng‱dụng‱cơng‱nghệ‱mới‱bọc‱cách‱nhiệt‱PU‱ FOAM‱cho‱các‱dự‱án‱₫ường‱ống‱dẫn‱dầu‱ trên‱thềm‱lục‱₫ịa‱Việt‱Nam TS Chu Chất Chính, KS Trần Đức Minh, ThS Ngũ Văn Dũng Công ty cổ phần Đầu tư Xây lắp khí Tóm tắt Đường ống dẫn dầu, khí Ngành Dầu khí đường ống chuyên dụng Loại đường ống khai thác thường chịu áp suất cao, mơi trường ăn mòn khắc nghiệt (cả bên bên đường ống) Đặc biệt, loại dầu khai khác mỏ phía Nam thềm lục địa Việt Nam có nhiều parafin nên thường đơng đặc nhiệt độ cao Chính đường ống dẫn dầu mỏ từ mỏ khai thác tới giàn trung tâm tới kho chứa dầu phải bọc cách nhiệt (bảo ôn) cho đường ống nhằm đảm bảo giữ nhiệt độ cho phép dòng dầu vận chuyển qua đường ống không bị đông đặc Nội dung báo cáo khoa học giới thiệu tóm lược tổng quan tình hình bọc ống cách nhiệt dự án đường ống dẫn dầu Việt Nam giới thiệu dây chuyền công nghệ bọc ống cách nhiệt cho đường ống dẫn dầu vật liệu PU Foam Nhà máy bọc ống Công ty cổ phần Đầu tư Xây lắp khí (PVID) lần ứng dụng cho dự án đường ống ngầm dẫn dầu thềm lục địa Việt Nam khu vực, quốc tế tương lai I Tổng quan tình hình bọc ống cách nhiệt dự án đường ống dẫn dầu Việt Nam Các dự án đường ống dẫn dầu thi công bọc cách nhiệt năm qua Việt Nam hầu hết dự án thuộc Liên doanh Việt - Nga (VSP) Dự án VSP bọc cách nhiệt Polyurethane (PU Foam) cho tuyến ống ngầm dẫn dầu D18 inch lần Việt Nam tuyến ống ngầm BK4-RCTK3 năm 2000 Viện Dầu khí Việt Nam thi cơng Thiết kế dự án Viện Nghiên cứu Khoa học Thiết kế (NIPI) thuộc VSP Theo thiết kế Viện NIPI, ống sau làm sạch, sơn chống ăn mòn bọc lớp PU Foam với tỷ trọng 60kg/m3 Phía ngồi lớp PU Foam ống thép (vừa làm lớp áo phục vụ phun PU Foam, vừa vật liệu gia tải cho tuyến ống) Công nghệ gọi công nghệ ống lồng ống (pipe in pipe) Công nghệ công nghệ nhiều nước giới sử dụng bọc cách nhiệt cho đường ống ngầm dẫn dầu cho vùng biển nước nơng Do có hạn chế công nghệ này, đặc biệt mức độ đảm bảo an tồn thi cơng rải ống biển khơng cao chưa phải giải pháp lựa chọn phổ biến cho dự án bọc cách nhiệt bảo ôn cho dự án đường ống ngầm dẫn dầu thềm lục địa Việt Nam VSP chủ đầu tư khác Petrovietnam Trên thực tế ngồi cơng nghệ bọc ống cách nhiệt PU Foam phương pháp ống lồng ống cho tuyến ống ngầm BK4-RCTK3 năm 2000, VSP có đề xuất, ứng dụng sáng tạo thiết kế bọc cách nhiệt đường ống ngầm dẫn dầu cho dự án cụ thể VSP (khi chưa có nhà máy bọc ống PVID), cơng nghệ bọc cách nhiệt cho đường ống dẫn dầu vật liệu composite cao su với tỷ trọng từ 700 - 1250kg/m3 II Giới thiệu công nghệ bọc ống cách nhiệt cho dự án đường ống ngầm dẫn dầu lần thực Việt Nam Các giải pháp công nghệ bọc cách nhiệt giới Chọn giải pháp công nghệ bọc cách nhiệt PU Foam cho nhà máy bọc ống PVID Trên sở phương pháp loại vật liệu dùng để bọc cách nhiệt, công nghệ bọc cách nhiệt giới chia thành nhóm sau: 1.1 Cơng nghệ bọc Syntactic PU Solid PU (cơng nghệ bọc SPU) [2] Quy trình cơng nghệ giải pháp thực theo bước sau: Các ống trần sấy khô, DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 59 CƠNG‱NGHỆ‱-‱CƠNG‱TRÌNH‱DẦU‱KHÍ làm trải qua khâu kiểm tra bề mặt sau bọc chống ăn mòn gia nhiệt trước đưa vào khuôn để bơm vào lớp PU Foam Sau lớp PU Foam đơng cứng khn tháo tiến hành xử lý, cắt bỏ phần PU Foam bị thừa Từ đó, sản phẩm bọc bê tông gia trọng trực tiếp lên lớp PU Foam cách nhiệt bọc Với công nghệ bọc SPU sản phẩm ống sau bọc đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Bảng [3, 5] Cấu trúc sản phẩm thực theo công nghệ bọc SPU thể Hình 1 Lớp bọc chống ăn mòn (Fusion Bonded Epoxy) Lớp bọc cách nhiệt (Syntactic Polyurethane) Hình Sản phẩm bọc SPU (~140oC), lớp bọc cách nhiệt chịu áp suất độ sâu gần 3000m, nhiên giá thành cao Với cơng nghệ bọc đa lớp MLPP sản phẩm ống sau bọc đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Bảng [3] 1.2 Công nghệ bọc đa lớp Polypropylene (MLPP) Đây công nghệ bọc cách nhiệt tiên tiến giới Với công nghệ tuyến ống ngầm đạt yêu cầu khắt khe nhiệt độ khai thác Bảng Các tiêu chuẩn kỹ thuật sản phẩm ống sau bọc công nghệ bọc SPU Bảng Các tiêu chuẩn kỹ thuật sản phẩm ống sau bọc công nghệ bọc đa lớp MLPP 60 DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 PETROVIETNAM Cấu trúc sản phẩm thực theo công nghệ bọc MLPP thể Hình phương pháp bọc ống lồng ống (pipe-in-pipe) phương pháp bọc ống kiểu khuôn + áo (HDPE) - Phương pháp bọc ống riêng lẻ (single pipe) Lớp bọc chống ăn mòn (Fusion Bonded Epoxy) Lớp keo kết dính lớp bọc chống ăn mòn lớp bọc cách nhiệt (Adhesive) Solid PP Lớp bọc cách nhiệt (Foam PP) Lớp bảo vệ bên ngồi (Outer Shield) Hình Sản phẩm bọc MLPP 1.3 Bọc Polyurethan Foam [4] Polyurethan Foam sử dụng cho bọc cách nhiệt đường ống dẫn dầu có tỷ trọng thấp hình thành phản ứng hai hợp chất nhóm hydroxyl (OH-) loại cồn (polyol) với hợp chất isocyanate Do có tính chất ưu việt cách nhiệt, học (Bảng 3) mà loại vật liệu lựa chọn cho mục đích bọc cách nhiệt đường ống ngầm dẫn dầu Bảng Đặc tính vật liệu Polyurethan Các ống riêng lẻ nối lại với đặt lên giá đỡ có tác dụng làm cho ống chuyển động xoáy ốc vào khu vực bọc Foam Lớp Foam từ súng phun phun trực tiếp vào ống cách liên tục Tiếp theo lớp vỏ bọc thêm bên lớp Foam Lớp vỏ tạo cách lớp màng chất dẻo đùn từ máy đùn sau quấn vào ống chuyển động xoáy ốc Với phương pháp đường ống có khả ngăn ngừa tượng hydrate hình thành nên wax trình vận chuyển dầu Bởi nhiệt độ hoạt động hệ thống đường ống đảm bảo tới 110oC Các ống bọc cách nhiệt phương pháp tiết kiệm thời gian lúc thi cơng, lắp đặt khơi Thời gian khai thác hệ thống đường ống sử dụng phương pháp bọc cách nhiệt lên tới 30 năm Tuy nhiên, giá thành chưa phải tối ưu - Phương pháp bọc ống lồng ống (pipe-in-pipe) Trước bọc Foam, ống dẫn dầu đặt ống khốc ngồi với phận đệm hai lớp ống Ống cố định theo vị trí góc nghiêng hợp lý Hợp chất Polyurethan (Polyol isocyanate) đưa vào khoảng khơng gian trống lớp vỏ ngồi ống dẫn dầu Hỗn hợp pha trộn (PU Foam) đổ đầy không gian ống lớp khuôn vỏ bọc Với phương pháp bọc này, sản phẩm sau bọc thỏa mãn tiêu chuẩn nghiêm ngặt tính cách nhiệt U-Value thấp (0,3 - 1,5W/m2K, nhiệt độ hoạt động lên tới 150oC thời gian khai thác tuyến ống có tuổi thọ cao) Hiện giới sử dụng công nghệ bọc ống vật liệu Polyurethan Foam (PU Foam) ba phương pháp: phương pháp bọc ống đơn lẻ (single pipe), Với phương pháp bọc ống lồng ống sản phẩm ống sau bọc đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Bảng [3] Bảng Các tiêu chuẩn kỹ thuật sản phẩm ống sau bọc phương pháp bọc ống lồng ống DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 61 CƠNG‱NGHỆ‱-‱CƠNG‱TRÌNH‱DẦU‱KHÍ Tuy nhiên phương pháp bọc ống sử dụng ống đơn vị chiều dài ống phí cao - Phương pháp bọc ống kiểu khuôn + áo (HDPE) + Quy trình thi cơng phương pháp thực sau: Ống sau làm sạch, phủ lớp chống ăn mòn (Corrosion Resistant Coating) bọc lớp cách nhiệt PU Foam (quy trình cơng nghệ trình bày cụ thể nội dung mục II viết này) Sau bọc xong lớp PU Foam ống bọc lớp vỏ bảo vệ bên (Outer Jacket - Protective Topcoat) Phương pháp có nhiều ưu điểm thi cơng: thi cơng nhanh, chất lượng đảm bảo (dễ dàng kiểm soát chất lượng PU Foam giai đoạn thi công) giá thành hợp lý Chính PVID hợp tác với hãng LOGSTOR (Đan Mạch) triển khai thực công nghệ bọc ống cách nhiệt theo phương pháp HDPE Nhà máy bọc ống PVID (Phú Mỹ, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu) Sản phẩm sau bọc Polyurethan xong thường có cấu trúc lớp bọc Hình Đây cơng nghệ chuyên dụng để bọc cách nhiệt cho đường ống dẫn dầu, khí vật liệu PU Foam Cơng nghệ bọc ống triển khai từ đầu năm 2010 nhà máy bọc ống PVID cho dự án Tê Giác Trắng (chủ đầu tư Hoàng Long JOC, tổng thầu: PTSC-MC) Theo Dự án Tê Giác Trắng, việc bọc lớp bê tông gia tải, PVID thực bọc bảo ơn cách nhiệt vật liệu PU Foam với tỷ trọng 250kg/m3, U-value 2,5 - 2,7W/m2k cho 7,7km loại 10 inch, 8km loại 16 inch Tiếp theo Dự án Tê Giác Trắng PVID thực cho dự án VSP 2.2 Các bước quy trình cơng nghệ tiến hành thực sau: Bước 1: Ống trần sau bọc chống ăn mòn FBE đặt khn có thiết kế đặc biệt (hai nửa) Bước 2: Nắp khuôn đóng lại để sẵn sằng đổ lớp Foam vào Bước 3: Foam đổ đầy vào khoảng trống khuôn ống Bước 4: Sau lớp Foam đông cứng khn tháo ra, tiến hành kiểm tra bề mặt cần sửa chữa vị trí chưa đạt yêu cầu Lớp bọc chống ăn mòn (Corrosion Resistant Coating) Lớp bọc cách nhiệt (Thermal Insulation Layer) Lớp vỏ bảo vệ bên (Outer Jacket Protective Topcoat) Bước 5: Lớp chống nước Waterstops (mastic) bọc hai đầu lớp Foam cách nhiệt vừa bọc Hình Sản phẩm bọc Polyurethan Giới thiệu công nghệ bọc ống cách nhiệt cho dự án đường ống dẫn dầu lần thực Việt Nam 2.1 Giới thiệu quy trình công nghệ bọc cách nhiệt phương pháp khuôn + áo (HDPE) 62 DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 Bước 6: Lớp vỏ HDPE bọc quanh lớp Foam PETROVIETNAM Bước 7: Sau hồn thành cơng đoạn bọc lớp matis xem hồn thành q trình bọc cách nhiệt ống bọc bê tơng gia trọng Sản phẩm sau bọc cách nhiệt bọc bê tơng gia trọng có kết cấu: Ảnh Sản phẩm ống trần sau bọc lớp PU Foam cách nhiệt 2.3 Ứng dụng công nghệ bọc ống cách nhiệt PU Foam cho dự án Tê Giác Trắng Với công nghệ bọc cách nhiệt phương pháp HDPE, PVID tiến hành bọc 1,3km ống đứng gần 16km đường ống cho dự án Tê Giác Trắng Với yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật sau bọc cách nhiệt PU Foam, hệ thống đường ống dẫn dầu phải có khả đảm bảo hoạt động với nhiệt độ lên tới 900C môi trường nước biển, chiều sâu tối đa đường ống ngầm 43,6m thời gian khai thác hệ thống đường ống ngầm 20 năm Hệ thống yêu cầu hệ số cách nhiệt phải đạt giá trị U-value khoảng từ 2,8 W/m2.K đến W/m2.K Các thông số áp dụng cho loại ống 10” Hệ thống phải đảm bảo tiêu chuẩn, chất lượng, bao gồm khâu kiểm nghiệm, thử nghiệm (uốn, nén, trượt, mài mòn, va đập, đóng gói vận chuyển, thử kẹp cố định…) Một số hình ảnh dây chuyền bọc PU Foam Nhà máy bọc ống PVID thể đây: Ảnh Khuôn phục vụ phun PU Foam Ảnh Các ống cách nhiệt sau gia cố thêm lớp vỏ HDPE chống thấm nước Ảnh Sau q trình bọc chống ăn mòn cách nhiệt, sản phẩm bọc bê tông gia trọng Ảnh Bãi ống sản phẩm hoàn thiện chuẩn bị giao cho khách hàng DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 63 CƠNG‱NGHỆ‱-‱CƠNG‱TRÌNH‱DẦU‱KHÍ - Độ sâu hoạt động lớn nhất: 300m - Nhiệt độ hoạt động lớn +1200C Một số kết sản phẩm đạt - Ngăn ngừa tượng hydrate wax formation - Nhiệt độ hoạt động đạt + 1200C (2480F) - Sản phẩm thỏa mãn theo yêu cầu thiết kế đặc biệt cho dự án - Lắp đặt nhanh - Hệ thống chứng minh đạt độ an toàn Ảnh Sản phẩm trải qua khâu thử nghiệm Mc Dermott, Indonesia cao - Theo tính tốn thời gian khai thác hệ thống đạt tới 30 năm So sánh khái quát giá thành thi công bọc ống Hiện có nhiều phương pháp bọc cách nhiệt, song so sánh yếu tố liên quan đến giá thành, khối lượng vật tư sử dụng cho mét bọc phương pháp ta thấy phương pháp bọc cách nhiệt áp dụng PVID có ưu bật để áp dụng vùng nước nông (Biểu đồ so sánh giá thành vật tư phương pháp bọc cách nhiệt) Ảnh Sản phẩm thử nghiệm kẹp ống trình rải ống Mc Dermott, Indonesia III Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm hiệu kinh tế kỹ thuật công nghệ bọc ống cách nhiệt PU Foam Một số thông số kỹ thuật đạt sau ứng dụng công nghệ bọc PU Foam cho sản phẩm thực nhà máy bọc ống PVID - Tỷ trọng lớp bọc PU Foam: 120 - 300kg/m3 - Ở hai đầu ống có vòng đệm ngăn nước tràn thấm vào lớp PU Foam - Vật liệu cách nhiệt - lớp vỏ + vòng đệm ngăn nước hình thành nên lớp bảo vệ ngăn cách 100% nước từ ngấm vào lớp cách nhiệt - Giá trị U Value từ 1,0 - 5,0W/m2K 64 DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 USD/m - Lớp vỏ bọc (áo) bên lớp PU Foam HDPE PP PETROVIETNAM IV Kết luận Tài liệu tham khảo Công nghệ bọc ống cách nhiệt PU Foam cho đường ống ngầm dẫn dầu khí phương pháp khn + áo (HDPE) Nhà máy bọc ống PVID công nghệ lần ứng dụng Việt Nam Đây cơng nghệ tiên tiến, đại, có nhiều tính ưu việt phù hợp với điều kiện Việt Nam Cơng nghệ nhiều nước có cơng nghiệp dầu khí phát triển giới lựa chọn để sử dụng, như: Mỹ, Anh, Đan Mạch, Thụy Điển… Marc Broekaert, 2003 Polyurea spray applied systems for concrete protection website.www.huntsman com Công nghệ bọc ống PU Foam “khuôn + áo (HDPE)” Nhà máy bọc ống PVID phát huy hiệu sau lắp đặt, thể qua kết bọc ống cho Dự án Tê Giác Trắng (năm 2010) sau dự án Vietsovpetro Sản phẩm hai dự án đảm bảo chất lượng tốt, tiến độ trước thời hạn, thi cơng an tồn, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật công nghệ chủ đầu tư, mang lại hiệu kinh tế cho PVID PVID tin tưởng, khẳng định khả bọc ống cách nhiệt PU Foam cho đường ống ngầm dẫn dầu khí phương pháp khn + áo (HDPE) cho dự án tương tự Dự án Tê Giác Trắng Dự án VSP, dự án nhà thầu ngồi nước với qui mơ lớn hơn, khó hơn, đặc biệt hơn, như: đường kính ống lớn hơn, đảm bảo độ cách nhiệt cao hơn, vùng nước sâu hơn… với tiến độ thi công nhanh, giá cạnh tranh Shiwei William Guan, 2003 100% solids rigid polyurethane coatings technology and its application on pipeline corrosion protection ASCE pipelines conference Wayne Hodgins and Robert Buchanan, 2006 High temperature pipeline coatings - field joint challenges in remote construction Technical paper of Canusa-CPS Canada M Batallas, H Yih and P Singh, 2006 Determining the performance of polyurethane foam pipe insulation for high temperature service Northern area Western conference Calgary Alberta Adam Jackson, Erik Johnsen, Adam Kopystynski, Eirik Simonsen and Allan Boye-Hansen, 2005 Design parameter for single pipe thermal insulation systems for offshore flow assurance Rio pipeline conference & exposition Allan Boye Hansen and Augustin Delesalle, 2000 Cost-effective thermal insulation systems for deepwater West Africa in combination with direct heating Offshore West Africa 2000 conference and exhibition DẦU KHÍ - SỐ 2/2012 65 ... phẩm ống trần sau bọc lớp PU Foam cách nhiệt 2.3 Ứng dụng công nghệ bọc ống cách nhiệt PU Foam cho dự án Tê Giác Trắng Với công nghệ bọc cách nhiệt phương pháp HDPE, PVID tiến hành bọc 1,3km ống. .. phẩm bọc Polyurethan Giới thiệu công nghệ bọc ống cách nhiệt cho dự án đường ống dẫn dầu lần thực Việt Nam 2.1 Giới thiệu quy trình cơng nghệ bọc cách nhiệt phương pháp khn + áo (HDPE) 62 DẦU... Hình Đây công nghệ chuyên dụng để bọc cách nhiệt cho đường ống dẫn dầu, khí vật liệu PU Foam Công nghệ bọc ống triển khai từ đầu năm 2010 nhà máy bọc ống PVID cho dự án Tê Giác Trắng (chủ đầu