Nghiên cứu tận dụng nhiệt ở hệ thống thu hồi và xử lý nước ngưng - Unit 32 tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGÔ ĐỨC KHÁNH NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT Ở HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƯỚC NGƯNG – UNIT 32 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 8520301 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm Phản biện 1: TS Lê Thị Như Ý Phản biện 2: TS Đặng Quang Vinh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật hóa học họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 31 tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, ĐHĐN Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Theo số liệu nghiên cứu nhiên liệu năm 2016, chi phí lượng Nhà máy lọc dầu Dung Quất chiếm 53% tổng chi phí vận hành với quy mơ lượng 64.162 GJ/giờ Tiềm cải việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu lớn Ở HTNN Nhà máy, nước ngưng điều kiện nhiệt độ áp suất cao cần giải phóng nhiệt để trở trạng thái có nhiệt độ áp suất thấp trước đưa vào hệ thống xử lý nhựa trao đổi ion Lượng nhiệt cần thu hồi cách hiệu Theo thiết kế, hệ thống sử dụng thiết bị làm mát khơng khí E-3201 Kết tính tốn sơ dựa thông số vận hành thực tế cho thấy khoảng 3,4 MW nhiệt giải phóng mơi trường bên ngoài, kèm theo điện sử dụng để chạy quạt gió khoảng 57 kW Ngồi thiết bị E-3201, hệ thống cịn có thiết bị trao đổi nhiệt làm mát khơng khí E-3204 E-3205 Tổng lượng nhiệt giải phóng mơi trường thiết bị trao đổi nhiệt khơng khí lớn, cần nghiên cứu tận dụng Trong hội tận dụng nhiệt Nhà máy nhiều, cách tiếp cận vấn đề cịn mang tính chất kinh nghiệm, thiếu sở khoa học vững Để góp phần thúc đẩy thực Chương trình Quốc gia tiết kiệm lượng nói chung thực tốt cơng tác sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Nhà máy nói riêng cần phải có nghiên cứu đầy đủ để làm tài liệu tham khảo triển khai giải pháp lượng khác Từ phân tích trên, chúng tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tận dụng nhiệt Hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng – Unit 32 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tận dụng 50% nhiệt thất mơi trường HTNN nhằm giảm thiểu nhiên liệu sử dụng, giảm phát thải nhiệt khí nhà kính CO2 mơi trường bên ngồi, giúp cải thiện hiệu sản xuất kinh doanh bảo vệ môi trường Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1) Đối tượng nghiên cứu:  Nghiên cứu thông số nhiệt độ, áp suất, enthalpy dịng cơng nghệ để tính tốn khả tiết kiệm lựa chọn phương án thu hồi;  Nghiên cứu sơ đồ công nghệ để xếp, bố trí thiết bị hợp lý;  Nghiên cứu mặt để xác định vị trí đặt thiết bị, đề xuất phương án đấu nối thiết bị với hệ thống có 2) Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực dựa tài liệu thiết kế số liệu vận hành vòng năm, từ 1/2018-12/2018 HTNN Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp thống kê, thu thập liệu;  Phương pháp mô phỏng: chạy mô phần mềm PetroSim;  Phương pháp tính tốn: ứng dụng kỹ thuật Pinch, cơng thức tính tốn để phân tích, đánh giá kết luận;  Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: nghiên cứu xem xét lại thành thực tiễn khứ để rút kết luận Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết đề tài sở khoa học để xác định cần thiết, tính khả thi mặt kỹ thuật hiệu kinh tế việc đầu tư dự án Tận dụng nhiệt HTNN làm sở xem xét, định chủ trương đầu tư xây dựng NMLD Dung Quất Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm có chương chính: Chương - Tổng quan: nêu tổng quan Nhà máy lọc dầu Dung Quất, HTNN thực tế vận hành HTNN nay, đồng thời mơ hình hóa cụm giải nhiệt HTNN xác định tiềm tối ưu nhiệt khu vực Chuơng - Các phương pháp nghiên cứu: Giới thiệu phương pháp nghiên cứu sử dụng trình nghiên cứu thống kê, mơ cơng nghệ, ứng dụng kỹ thuật Pinch, đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt, tính tốn hiệu kinh tế, đồng thời lựa chọn thông số đầu vào phục vụ trình thực hiên phương pháp nghiên cứu Chương - Kết bàn luận: Tóm tắt kết nghiên cứu, đề xuất phương án tận dụng nhiệt đánh giá tác động việc áp dụng phương án đến vận hành công nghệ Chương - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VÀ HỆ THỐNG NƯỚC NGƯNG Tổng quan Nhà máy lọc dầu Dung Quất 1.1 1.1.1 Thông tin chung Nhà máy Nhà máy lọc dầu Dung Quất cơng trình trọng điểm quốc gia có tổng vốn đầu tư tỷ USD, cơng suất chế biến 6,5 triệu dầu thô/năm Đơn vị chủ quản Cơng ty Cổ phần Lọc - Hóa Dầu Bình Sơn (BSR) thành lập vào tháng 4/2017 1.1.2 Khu vực công nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất gồm 14 cụm phân xưởng công nghệ, thiết kế để thực trình lọc tách chuyển hóa dầu thơ thành sản phẩm thương mại 1.1.3 Khu vực phụ trợ ngoại vi Ngoài phân xưởng cơng nghệ, Nhà máy cịn có phân xưởng/hệ thống phụ trợ cơng trình ngoại vi đảm bảo cung cấp đầy đủ nhu cầu lượng điện, khí, nước, nước, hóa chất cho phân xưởng điều kiện làm việc khác nhu cầu lưu chứa, vận chuyển dầu thô, sản phẩm trung gian sản phẩm cuối HTNN phân xưởng/hệ thống phụ trợ Tổng quan hệ thống thu gom xử lý nước ngưng 1.2 1.2.1 Vai trò hệ thống thu gom xử lý nươc ngưng HTNN thiết kế để thu gom, xử lý nước ngưng, cấp nước cho lò công nghệ cấp nước xử lý sang thiết bị khử khí trạm điện 1.2.2 Các thiết bị hệ thống Hệ thống gồm có thiết bị cơng nghệ chính: bình tách (D-3201, D3202, D3203, D3204), bể chứa, thiết bị làm mát khơng khí (E-3201, E3204, E3205), thiết bị trao đổi nhiệt (E-3202, E3206), cụm thiết bị xử lý ion, cụm phun hóa chất bơm vận chuyển nước 1.2.3 Mơ tả sơ đồ dịng cơng nghệ Các dịng nước ngưng cơng nghệ trung cao áp đưa thiết bị tách D-3202, tách đưa lên mạng thấp áp nước ngưng đưa sang bình tách D-3201 với dịng nước ngưng thấp áp Tại D-3201, sinh làm nguội/ngưng tụ E-3201 quay trở lại D-3201 Nước ngưng thấp áp từ bình tách D-3203, D-3204 D3201 bơm qua thiết bị E-3202, trao đổi nhiệt với dòng nước ngưng qua xử lý qua thiết bị E-3204 để ổn định nhiệt xuống 50oC trước đưa vào bể chứa nước ngưng TK-3201 Sau xử lý bơm qua E-3202 để nhận nhiệt vào thiết bị tách khí Các thiết bị tách khí hoạt động điều kiện nhiệt độ 111,4oC, áp suất 0,5 kg/cm2g sử dụng thấp áp làm tách để gia nhiệt nâng nhiệt độ nước ngưng đầu vào lên điều kiện vận hành Nước sau xử lý dùng làm nước cấp lò cấp cao áp thấp áp lạnh Nước lò lại giải nhiệt khơng khí E-3205 1.3 Thực tế vận hành hệ thống nước ngưng Thực tế vận hành HTNN cho thấy theo thiết kế, đáp ứng yêu cầu công nghệ Tuy nhiên số vấn đề ghi nhận: 1.3.1 Tắt quạt làm mát thiết bị E-3204 1.3.2 Khả chuyển đổi công thiết bị E-3206 Do nhiệt độ vận hành dịng nóng 35oC, thấp 15oC so với thiết kế nên E-3206 xem hoạt động hiệu quả, cải hốn để sử dụng vào mục đích khác 1.3.3 Khả sử dụng nước khử khống làm mơi chất lạnh Nước khử khống có nhiệt độ 30oC đề xuất làm môi chất lạnh để tận dụng nhiệt phân xưởng CDU chưa thể thực chi phí đầu tư thời gian hồn vốn cao Dịng nước sử dụng làm mơi chất lạnh nghiên cứu cải hốn 1.3.4 Vấn đề mài mịn đường ống nước ngưng Nước ngưng qua đoạn ống thu gom nước ngưng cao áp trung áp nằm gần thiết bị tách D-3202 có áp suất làm việc thấp, 3,6-4 kg/cm2g có giảm áp, chuyển pha, tăng thể tích gây mài mịn học, cần lưu ý nghiên cứu cải hoán 1.3.5 Tổn thất nhiệt qua thiết bị làm mát khơng khí Thực tế vận hành cho thấy có lượng lớn nhiệt xả môi trường thiết bị làm mát khơng khí E-3201 E-3205 Chúng tơi nhận thấy có khả cải tiến hệ thống thiết bị để tận dụng nhiệt nghiên cứu tập trung sâu vào vấn đề Tóm lại, sau nghiên cứu tổng quan NMLD Dung quất HTNN, nhận thấy việc nghiên cứu tận dụng nhiệt thải HTNN nhằm tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải nhiệt khí nhà kính CO2, cải thiện hiệu sản xuất kinh doanh hoàn tồn có khả hướng nghiên cứu ứng dụng đầy tiềm Chương - CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nội dung chương giới thiệu các phương pháp sử dụng trình nghiên cứu, đồng thời lựa chọn thơng số đầu vào phục vụ q trình thực phương pháp nghiên cứu Thống kê số liệu khảo sát sơ sơ đồ công nghệ 2.1 Phương pháp thống kê số liệu sử dụng để nhận định, đưa nhận xét sơ sơ đồ công nghệ thiết bị để cung cấp thông tin thực phương pháp nghiên cứu khác Việc thống kê số liệu thực tài liệu thiết kế, tài liệu vận hành, vẽ PFD P&ID, sổ ghi chép vận hành hệ thống lưu trữ liệu vận hành Nhà máy Đối với số liệu vận hành, tiến hành sàng lọc, lấy số liệu đáng tin cậy, đồng thời xem xét trường hợp vận hành phổ biến trường hợp vận hành cận biên để có phân tích, đánh giá, nhận xét hợp lý Mơ cơng nghệ 2.2 Mục đích việc sử dụng phương pháp mô công nghệ nghiên cứu để xác định tính chất dịng cơng nghệ nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, enthalpy trạng thái dòng vật chất tham gia vào hệ thống trao đổi nhiệt HTNN phục vụ cho trình phân tích tối ưu hóa hệ thống 2.2.1 Giới thiệu phần mềm mô Trong khuôn khổ đề tài này, việc mô công nghệ thực phần mềm PetroSim sử dụng Nhà máy lọc dầu Dung Quất Đây phần mềm mơ cơng nghệ hàng đầu KBC, có tảng tối ưu hóa thúc đẩy vượt trội hiệu suất thiết bị công nghệ suất tổ chức Cốt lõi PetroSim mơ hình mô công nghệ nghiêm ngặt, tạo kết đáng tin cậy môi trường thông minh thân thiện với người dùng Phần mềm ứng dụng để mô công nghệ dầu khí thượng nguồn, trung nguồn hạ nguồn 2.2.2 Mơ hình nhiệt động hệ đơn vị Mơ hình nhiệt động ASME Steam, hệ đơn vị RefineryMetric có điều chỉnh đơn vị áp suất từ bar_g sang kg/cm2g đơn vị dòng nhiệt từ Gcal/h sang MW 2.2.3 Thơng số đầu vào mơ hình mơ Thơng số đầu vào thiết bị dịng cơng nghệ xác định gồm chênh áp suất qua thiết bị trao đổi nhiệt, áp suất làm việc bình tách thiết bị tách khí, số liệu nhiệt độ, áp suất, nhiệt độ, lưu lượng thành phần dịng cơng nghệ có liên quan Ứng dụng kỹ thuật Pinch 2.3 2.3.1 Tổng quan kỹ thuật Pinch Kỹ thuật pinch nghiên cứu đưa Linhhoff năm 1978 Đây phương pháp phân tích mang tính hệ thống, dựa nguyên lý nhiệt động học, tính tốn mục tiêu lượng có tính khả thi mặt nhiệt động (thường tiêu thụ lượng tối thiểu) đạt chúng cách tối ưu hóa hệ thống thu hồi nhiệt, phương pháp cung cấp lượng điều kiện vận hành Phương pháp nhằm mục đích tiết kiệm lượng tiêu thụ 10 - Dòng lạnh 2: dòng nước ngưng xử lý vào thiết bị khử khí trạm điện - Dịng lạnh 3: dịng nước khử khoáng bổ sung đưa trực tiếp vào thiết bị khử khí Việc lựa chọn dịng khơng tính đến dịng cơng nghệ q trình xử lý ion dịng phức tạp chênh lệch enthalpy không nhiều 2.4 Đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt Thực chất việc đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt đánh giá sơ đồ cơng nghệ nhằm nhận diện tính chất, đặc trưng hạn chế để tìm kiếm đề xuất phương án phù hợp bố trí thiết bị trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng Hệ thống thu gom xử lý nước ngưng gồm có thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3202, E-3206 thiết bị làm mát khơng khí E-3201, E-3204, E-3205 2.5 Tính tốn hiệu kinh tế Hiệu kinh tế phương án đề xuất thực theo phương pháp hoàn vốn giản đơn sở lợi ích mang lại việc cải tiến quy đổi thành tiền, chi phí vận hành bảo dưỡng chi phí đầu tư ban đầu Chi phí đầu tư ban đầu gồm có chi phí thiết kế, mua sắm, lắp đặt chạy thử thiết bị Để xác định chi phí mua sắm thiết bị, cần bóc tách, lựa chọn vật tư lấy báo giá nhà cung cấp tham khảo mạng máy tính Các chi phí khác ước lượng theo phương pháp chuyên gia dựa khối lượng vật tư, quy mơ cải hốn Theo thông lệ, mức độ nghiên cứu khả thi, chi phí phát sinh dự kiến tính 30% chi phí theo tính tốn ban đầu 11 Chương - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết phân tích pinch sở số liệu thiết kế cho thấy nhiệt độ pinch hệ thống thu gom xử lý nước ngưng 54oC thiết bị trao đổi nhiệt mát khơng khí E-3201, E-3204, E3205 làm việc nhiệt độ đầu vào/đầu ra 100/100oC, 98/50oC 114/60oC Theo đó, hệ thống thiết kế chưa hợp lý, gây lãng phí lượng làm mát vùng phía điểm Pinch, không đáp ứng nguyên tắc thiết kế hệ thống trao đổi nhiệt Từ số liệu vận hành thực tế năm 2018, ta tính lượng nhiệt thu hồi lên đến 4,49 MW Để thu hồi hết lượng nhiệt đáp ứng yêu cầu công nghệ với chi phí đầu tư thấp nhất, cần nghiên cứu lựa chọn phương án tận dụng nhiệt phù hợp Kết thống kê khảo sát sơ sơ đồ công nghệ 3.1 Bằng phương pháp thông kê, chuẩn bị số liệu cần thiết, sàng lọc lựa chọn thông số hợp lý làm thơng số đầu vào cho q trình hiệu đính nghiên cứu đánh giá, thực phương pháp nghiên cứu khác Trong trình thống kê số liệu, đồng thời kết hợp sử dụng phương pháp chuyên gia để đưa số nhận xét sơ vai trò thiết bị trao đổi nhiệt E3204, E-3206, công suất thiết bị trao đổi nhiệt E-3202, dịng tuần hồn bơm P-3205A/B, tính chất dịng nước ngưng thấp áp, chất lượng nhiệt dịng nóng lạnh làm cân mạng thấp áp phục vụ cho nghiên cứu 3.1.1 Vai trò thiết bị trao đổi nhiệt E-3206 Công suất vận hành thực tế E-3206 đạt 0,146 MW, thấp nhiều so với số liệu thiết kế 1,696 MW Bên cạnh đó, dịng 12 lạnh dịng nóng sau trao đổi nhiệt đưa vào thiết bị khử khí cần gia nhiệt thêm thấp áp Vì vậy, có mặt thiết bị không cần thiết 3.1.2 Công suất thiết bị trao đổi nhiệt E-3202 Theo kết thống kê, thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3202 có khả hoạt động công suất thiết kế, vậy, nghiên cứu cải tiến, thiết bị có cơng suất 12,542 MW có khả mở rộng thêm 20% cách bổ sung thêm trao đổi nhiệt 3.1.3 Vai trò thiết bị trao đổi nhiệt E-3204 Vận hành thực tế không sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt E-3204 điều kiện công nghệ không cần đến 3.1.4 Dịng tuần hồn bơm P-3205A/B Van điều khiển dịng tuần hồn bơm P-3205A/B bình tách D3201 mở khoảng 15% Chúng tơi đề xuất đóng van để 13.000 kWh/năm, tương đương 20 triệu VNĐ Tuy vậy, thao tác thực đơn giản, lợi nhuận không nhiều nên vấn đề không đưa vào khuôn khổ đề tài nghiên cứu 3.1.5 Nhiệt độ vận hành dòng nước ngưng thấp áp Theo tài liệu thiết kế, nhiệt độ vận hành dịng nước ngưng thấp áp khơng hợp lý, chúng tơi xác định lại tính chất dịng dựa phương pháp mô sử dụng kết mô dòng nước ngưng thấp áp đánh giá thiết kế cải tiến 3.1.6 Chất lượng nhiệt dịng nóng, dịng lạnh Chất lượng nhiệt dịng nóng, dịng lạnh, nhìn chung 13 thấp Tuy nhiên, chênh lệch nhiệt độ dịng nóng dịng lạnh khoảng 50oC đáng kể, cần kiểm tra kỹ thuật Pinch 3.1.7 Cân mạng thấp áp Trong trình vận hành, mạng thấp áp thường khơng đạt cân bằng, thừa thiếu Lúc thừa xả vent lúc thiếu giảm ôn/giảm áp trung áp xuống để sử dụng Hình 3.2: Tiềm tận dụng nhiệt tiềm tận dụng nhiệt hiệu Việc tận dụng nhiệt HTNN góp phần làm giảm tiêu thụ LS thiết bị tách khí nên hiệu cân thiếu Khi lượng thiếu nhiều lượng nhiệt tận dụng, tiềm tận dụng nhiệt tiềm tận dụng nhiệt hiệu quả, cịn lượng thiếu thấp tiềm tận dụng nhiệt hiệu thấp sau tận dụng hết nhiệt, có lượng dư phải xả vent Kết tính tốn tiềm tận dụng nhiệt theo số liệu vận hành năm 2018 thể Hình 3.1 14 Kết mơ hệ thống nước ngưng 3.2 Mơ hình mơ HTNN NMLD Dung Quất xây dựng theo hướng rút gọn sơ đồ công nghệ Kết mô cho thấy tính chất dịng cơng nghệ hầu hết gần giống với thiết kế Riêng dòng nước ngưng thấp áp đề cập phần 3.1.5 tính toán lại, khắc phục bất cập số liệu thiết kế: nhiệt độ tính 102,6oC thay 143oC, lưu lượng hơi/lỏng 4796/57664 kg/h thay 6/62454 kg/h Kết mô cho thấy việc sử dụng thấp áp gia nhiệt thiết bị tách khí, tấn/giờ thấp áp gia nhiệt khoảng 0,64 MW cho dịng nước có nhiệt độ thấp Tiêu thụ DA-3201A/B 22,7 tấn/giờ tương đương 14,6 MW DA4031/31 59,2 tấn/giờ tương đương 38,4 MW Kết ứng dụng kỹ thuật Pinch 3.3 3.3.1 Khảo sát sơ đồ công nghệ có Từ số liệu thu thập tài liệu thiết kế, vẽ PFD PID, thiết lập sơ đồ mô hồi nhiệt HTNN phần mềm PetroSim Từ kết mô phỏng, liệu hệ thống thu hồi nhiệt nhiệt độ, lưu lượng, dòng nhiệt, nhiệt lượng trích xuất đánh giá Số liệu đường cong tổ hợp nóng lạnh hệ thống xử lý nước ngưng sử dụng để xác định nhu cầu lượng cần thiết cho gia nhiệt làm lạnh thay đổi giá trị Tmin Kết nghiên cứu xác định dịng nóng dịng lạnh có tính chất Bảng 3.1 15 Bảng 3.5: Tính chất dịng nóng dòng lạnh STT Ký hiệu dòng Nhiệt độ vào, oC Nhiệt độ ra, oC Lưu lượng, t/h Năng lượng, MW Nóng 148,3 50 102,8 11,85 Nóng 102,6 50 62,46 6,84 Nóng 81 50 35,6 1,28 Nóng 111,4 60 8,72 0,44 Lạnh 50 111,4 326,2 -22,59 Lạnh 48 111,4 305,6 -18,98 Lạnh 30 111,4 112,6 -10,45 Ở ta thấy xuất khoảng nhiệt độ (148,3-111,4), (111,4-102,6), (102,6-81), (81-60), (60-50), (50-48) (48-30) [oC] Kỹ thuật pinch giúp xác định hệ dịng nhiệt cần đun nóng mà khơng cần làm lạnh xây dựng đường cong tổng hợp dịng nóng dịng lạnh Hình Hình 3.4: Đường cong tổng hợp dịng nóng dịng lạnh 16 Nhiệt độ đầu vào/đầu thiết bị làm mát khơng khí E-3201, E-3204 E-3205 102,6/102,6oC, 75,0/50,0oC 111,4/60,0oC cao nhiệt độ pinch 54,0oC Điều cho thấy có làm lạnh vùng phía điểm pinch, vi phạm nguyên tắc pinch làm tăng chi phí sử dụng lượng 3.3.2 Xác định tiềm tận dụng nhiệt Tiềm tận dụng nhiệt xác định dựa số liệu vận hành thực tế, giống với tính toán dựa số liệu thiết kế mục 3.2 3.3.1 Điều có nghĩa phải chạy lại mơ hình mơ để hồn thiện số liệu tính tốn lại pinch theo số liệu thực tế để xác định lượng nhiệt thu hồi Kết mô cho thấy tổng công suất làm mát thiết bị E-3201 E-3205 4,49 MW tận dụng Thiết bị E-3204 ngừng hoạt động nên không xét đến Lượng nhiệt cần cung cấp thấp áp 32,77 MW 3.3.3 Cải tiến sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt Việc nghiên cứu cải tiến hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt thực sơ đồ HEN Đây sơ đồ biểu diễn mối quan hệ dịng cơng nghệ với thiết bị trao đổi nhiệt Các đường biểu diễn dòng phụ trợ tác nhân lạnh nóng sử dụng cho q trình; dịng cịn lại dịng cơng nghệ sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống nhằm mục đích thu hồi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt biểu diễn đường thẳng đứng liên kết đường nằm ngang Các dịng Nóng 1, Nóng 2, Nóng 3, Nóng 4, Lạnh 1, Lạnh 2, Lạnh ký hiệu H1, H2, H3, H4, C1, C2, C3 17 Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt có Hình 3.7: Sơ đồ cải tiến hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt Từ giả định dựa vào số liệu vận hành thực tế số liệu mô phỏng, xây dựng sơ đồ hệ thống thiết bị trao 18 đổi nhiệt có Hình 3.3 Nhìn sơ đồ Hình 3.3 thấy (1) dịng H1, H2 có nhiệt độ cao làm mát khơng khí, (2) dịng C2, C3 có nhiệt độ thấp gia nhiệt thấp áp (3) công suất thiết bị làm mát thấp nhiều so với công suất thiết bị gia nhiệt Sau phân tích đánh giá lại chất lượng nhiệt, khả trao đổi dịng, chúng tơi đề xuất thay thiết bị trao đổi nhiệt E-3201 E-3205 sử dụng dịng lạnh C3 Hình 3.4 Thiết bị E3204 ngừng hoạt động nên không đưa vào sơ đồ cải tiến Kết đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi 3.4 nhiệt Việc đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt thực thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3202, E-3206 thiết bị làm mát không khí E-3201, E-3204, E-3205 3.4.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3202 Thiết bị mở rộng công suất lên 120% Tuy nhiên với điều kiện vận hành chưa cần điều chỉnh thêm 3.4.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3206 Thiết bị hoạt động khơng hiệu quả, chuyển đổi mục đích sử dụng Cơng suất thiết bị mở rộng cách lắp thêm trao đổi nhiệt (lên đến 120%) và/hoặc sử dụng với dịng nóng dịng lạnh có LMTD cao 3.4.3 Thiết bị làm mát khơng khí E-3201 Nhiệt phát thải môi trường thiết bị làm mát E-3201 lên đến 3,65 MW Kết phân tích sơ đồ dịng cho thấy có phương án kỹ 19 thuật đưa để tận dụng nhiệt Chúng nghiên cứu đặc trưng phương án để lựa chọn 3.4.4 Thiết bị làm mát không khí E-3204 Thiết bị E-3204 ngừng hoạt động, nhiên nguyên tắc, lượng nhiệt trao đổi thiết bị mát thiết bị trao đổi nhiệt khơng khí lên đến 30% nhờ đối lưu khơng khí tự nhiên Theo đó, E4304 cịn lượng nhiệt thất mơi trường chúng tơi đề xuất nối tắt thiết bị để tiết kiệm lượng 3.4.5 Thiết bị làm mát khơng khí E-3205 Lượng nhiệt giải phóng mơi trường E-3205 khoảng 0,84 MW thu hồi cách lắp song song với E-3205 thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, sử dụng nước khử khống có nhiệt độ thấp (nằm gần E-3205) làm mơi chất lạnh Kích thước thiết bị bổ sung nhỏ gọn khối lượng nhẹ (khoảng 140 kg) cho phép bố trí thiết bị tầng giàn công nghệ, thiết bị E-3205 có Nghiên cứu phương án tận dụng nhiệt Từ sơ đồ cải tiến hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt mục 2.3.4 nội dung đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt mục 2.4, ta thấy để thu hồi 4,49 MW từ hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng cần tập trung chủ yếu vào điều chỉnh thiết bị E-3201, E-3204 E-3205 Đối với E-3201, kết phân tích lợi ích, mặt hạn chế phương án đưa cho thấy phương án hấp thụ bớt nhiệt dòng nước ngưng từ D-3202 ưu việt nhờ khả tận dụng nhiệt tối đa, không ảnh hưởng đến chế độ vận hành bình thường đến thiết bị/hệ thống có liên quan tận dụng lại thiết bị E-3206 Dòng vào D-3201 vào hấp thụ lượng nước khử khống, khơng cho bay D-3201, qua vơ hiệu q vai trị giải nhiệt 3.5 20 E-3201 Bằng cách này, ta tiết kiệm 3,65 MW, tương đương 5,7 tấn/giờ thấp áp 57,4 MW điện Đối với E-3204, tắt quạt nguyên tắc thiết bị trao đổi nhiệt khơng khí đạt 30% cơng suất thiết kế nhờ đối lưu khơng khí tự nhiên Để tận dụng nhiệt triệt để, đề xuất lắp van đường gần nối tắt thiết bị để tiết kiệm lượng Việc bố trí đường gần khơng giúp tận dụng thêm nhiệt đảm bảo cho trình tận dụng nhiệt thải triệt để, lúc dòng nước ngưng khỏi E-3202 có nhiệt độ cao Đối với E-3205, chúng tơi đề xuất thay thiết bị trao đổi nhiệt khơng khí có thiết bị trao đổi nhiệt dạng (kiểu gioăng) nhỏ gọn, sử dụng nước khử khống (đi vào hệ thống ngang qua E-3205) làm mơi chất lạnh Việc thay giúp tiết kiệm khoảng 17,7 MW điện 3.6 Xây dựng giải pháp tận dụng nhiệt 3.6.1 Mô tả công nghệ sau cải tiến 3.6.2 Lựa chọn thiết bị để thực giải pháp Các thiết bị để thực giải pháp gồm có thiết bị trao đổi nhiệt, van chính, van xả drain/vent, đường ống, đồng hồ đo nhiệt độ, bích nối, bố trí Hình Trong đó, thiết bị trao đổi nhiệt HX1 tận dụng từ E-3206 Đường ống bố trí hệ thống kết cấu, giá đỡ hữu, bố trí cho giảm thiểu chiều dài ống, phụ kiện tổn thất áp suất Vật liệu chọn phù hợp với đặc tính kỹ thuật đường ống cho cấp áp suất khác nhau, mức độ ăn mòn nằm giới hạn cho phép 21 Hình 3.12: Sơ đồ đường ống thiết bị bổ sung thực cải hoán 3.6.3 Lựa chọn bố trí thiết bị điện, điều khiển Vì thiết bị bổ sung đơn giản nên không yêu cầu bổ sung thiết bị điện, điều khiển Điện chiếu sáng dùng chung hệ thống có 3.6.4 Phương án bố trí mặt Sau xem xét tiêu công nghệ, thiết kế vận hành bảo dưỡng, đề xuất lắp đặt thiết HX1 bị vị trí gần E3202 lắp đặt thiết bị HX2 vị trí tầng giàn cơng nghệ, nằm thiết bị làm mát khơng khí E-3205 3.6.5 Phương án đấu nối thiết bị với hệ thống có 22 Việc đấu nối với hệ thống có tiến hành giai đoạn ngừng máy sửa chữa với nhân BSR thời gian hoạt động bình thường phương pháp “hot tapping” 3.7 Hiệu kinh tế phương án 3.7.1 Lợi ích mang lại từ việc tận dụng nhiệt Lợi ích việc tận dụng nhiệt hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng chủ yếu tác động làm giảm tiêu thụ thấp áp (LS) thiết bị tách khí mang lại Giá thấp áp 15 USD/tấn Theo tính tốn mơ phỏng, để đun nóng MW cho nước thiết bị tách khí, cần dùng đến 1,56 tấn/giờ LS Việc tận dụng 4,49 MW nhiệt tương đương năm tận dụng 61.320 LS, 45.700 LS tận dụng hiệu quả, giúp tiết kiệm 45.700 x 15 = 685.500 USD Ngồi cịn tiết kiệm thêm 45.500 USD tiền điện nhờ tắt quạt làm mát Tổng dòng tiền tiết kiệm 731.000 USD/năm Các cải tiến theo đề xuất đơn giản, chi phí vận hành bảo dưỡng hệ thống không đáng kể, chủ yếu tập trung công tác tu bảo dưỡng cho van thiết bị trao đổi nhiệt Việc vận hành không tiêu tốn thêm nguyên vật liệu, sử dụng nhân cơng sẵn có Chi phí vận hành bảo dưỡng dự kiến khoảng 11.000 USD/năm Tổng lợi ích mang lại từ phương án tận dụng nhiệt sau trừ chi phí vận hành bảo dưỡng 720.000 USD/năm 3.7.2 Chi phí đầu tư ban đầu Chi phí đầu tư ban đầu gồm có chi phí thiết kế, mua sắm, lắp đặt chạy thử thiết bị Trong khâu thiết kế, lắp đặt chạy thử thiết bị BSR tự thực theo quy trình MOC Trong trường hợp thuê đối tác bên ngoài, cần có đánh giá bổ sung để điều chỉnh chi phí đầu tư Trong nghiên cứu này, chúng tơi tính đến chi phí mua sắm thiết bị chi phí phát sinh dự kiến 30% Theo đó, tổng chi phí đầu tư ban đầu khoảng 30.000 USD, tập trung chi 23 phí mua sắm thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống thiết bị 3.7.3 Thời gian hoàn vốn Thời gian hoàn vốn 30.000/720.000*12= 0,5 tháng Tác động việc áp dụng phương án đến vận hành công nghệ Nhìn chung, phương án cải hốn thiết bị đơn giản, không ảnh hưởng xấu đến môi trường khơng làm thay đổi mức độ an tồn, cháy nổ qui mơ an tồn cơng nghệ HTNN Tuy vậy, phương án cải hốn có tác động trực tiếp lên cân mạng thấp áp giảm phát thải khí nhà kính Nếu tận dụng hết 4.49 MW, lượng CO2 giảm phát thải lên đến 263 kg/h hay 2.300 tấn/năm Trong trường hợp cân dư hơi, nhiệt tận dụng không hết xả ngồi mơi trường 3.8 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Việc nghiên cứu tận dụng nhiệt thải hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng luận văn cho phép chúng tơi thiết lập quy trình phân tích đánh giá hệ thống trao đổi nhiệt rút kết luận sau: 1) Hệ thống thu gom xử lý nước ngưng Nhà máy lọc dầu Dung Quất thiết kế có làm mát điểm pinch, chưa phù phợp với nguyên tắc pinch, làm tiêu tốn lượng nhiều so với nhu cầu 2) Điều kiện vận hành cho phép cải tiến hệ thống để tận dụng khoảng 4,49 MW nhiệt thải môi trường thiết bị làm mát khơng khí khu vực thu hồi xử lý nước ngưng 3) Phương án cải tiến hệ thống đề xuất mang tính khả thi cao với lợi ích thu lớn, khoảng 720.000 USD/năm thời 24 gian hoàn vốn ngắn, năm Bên cạnh đó, chúng tơi có số kiến nghị sau: 1) Sớm triển khai sớm giải pháp tận dụng nhiệt hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng để nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh giảm phát thải môi trường 2) Bản thuyết minh nghiên cứu trình bày từ lý thuyết đến thực tiễn, có tính tham khảo cao hồn tồn phát triển áp dụng cho q trình nghiên cứu cải tiến hiệu hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt 3) Bên cạnh mang lại hiệu thiết thực cho Nhà máy lọc dầu Dung Quất, kết nghiên cứu áp dụng cho lĩnh vực công nghiệp khác nhằm góp phần thực Chương trình Quốc gia tiết kiệm lượng ... nhiệt nhằm tận dụng nhiệt hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng Hệ thống thu gom xử lý nước ngưng gồm có thiết bị trao đổi nhiệt dạng E -3 20 2, E -3 20 6 thiết bị làm mát khơng khí E -3 20 1, E -3 20 4, E -3 20 5... hành công nghệ 4 Chương - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VÀ HỆ THỐNG NƯỚC NGƯNG Tổng quan Nhà máy lọc dầu Dung Quất 1.1 1.1.1 Thông tin chung Nhà máy Nhà máy lọc dầu Dung Quất cơng trình... 2: dòng nước ngưng thấp áp vào D -3 20 1, qua E -3 20 2, E -3 20 4 vào TK -3 20 1; - Dịng nóng 3: dịng nước ngưng từ bể chứa bơm vào dịng nóng để qua E -3 20 2, E -3 20 4 vào TK -3 20 1; - Dòng nóng 4: dịng nước lạnh