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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 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 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Ngơ Đức Khánh TĨM TẮT NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT Ở HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƯỚC NGƯNG – UNIT 32 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Học viên: Ngô Đức Khánh Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 Khóa: K35 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng Nhà máy lọc dầu Dung Quất hệ thống phụ trợ quan trọng giúp thu gom nước ngưng từ hộ tiêu thụ, xử lý cung cấp nước trở lại chu trình Qua số liệu thiết kế vận hành, nhận định tận dụng nhiệt cách cho dịng nóng trao đổi nhiệt với dịng lạnh thay làm mát khơng khí Chúng tơi sử dụng phương pháp mơ để kiểm tra lại tính chất dịng cơng nghệ theo điều kiện thiết kế trích xuất số liệu, sử dụng kỹ thuật pinch để khảo sát sơ đồ cơng nghệ có Kết cho thấy có làm mát vùng phía điểm pinch làm tăng nhu cầu nhiệt 10,64 MW Với số liệu vận hành thực tế, nhu cầu nhiệt tăng 4,49 MW tận dụng Kết hợp kỹ thuật phân tích mạng thiết bị trao đổi nhiệt đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt, đưa giải pháp kỹ thuật nhằm tận dụng nhiệt Giải pháp khả thi mặt kinh tế giúp tiết kiệm 720.000 USD/năm thời gian hoàn vốn năm Giải pháp đưa tính đến phương án lựa chọn tiến bị, bố trí mặt đấu nối với hệ thống có Từ khóa – nước ngưng; tận dụng nhiệt; pinch; thu hồi nước ngưng; tách; chuyển pha WASTE HEAT RECOVERY FROM CONDENSATE RECOVERING AND TREATING SYSTEM – UNIT 32 IN DUNG QUAT REFINERY Abstract – Condensate recovering and treating system in Dung Quat refinery is one of the important utility units, helping recovery of steam condensate, treat and return it to the steam cycle Visitting the design and operating data, we initiated the ability of waste heat recovery by coolling down the hot streams by existing cool streams instead of air From this, we applied the simulation method to review properties of the process streams based the design data, then collected the reasonable data and applied pinch technology to survey the current configuration The calculation showed that there is a heating in the area abow pinch point, resulting in an increase of heating energy demand by 10.64 MW In consideration of the actual opeating data, the damand increased by 4.49 MW and recoverable Together with HEN technology and apprising the adjustment ability of heat exchangers, we proposed a technical solution to recover waste heat The solution is supposed to be economically feasible with merit of 720.000 USD/year and below year return on investment The solution also took into account the equipment selection, plot plan and connecting to the existing system Key words – water condensate; waste heat recovery; pinch; condensate recovery; flashed steam; phase transition MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn Chương - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VÀ HỆ THỐNG NƯỚC NGƯNG 1.1 Tổng quan Nhà máy lọc dầu Dung Quất 1.1.1 Thông tin chung Nhà máy 1.1.2 Khu vực công nghệ 1.1.3 Khu vực phụ trợ ngoại vi 1.2 Tổng quan hệ thống thu gom xử lý nước ngưng .6 1.2.1 Vai trò hệ thống thu gom xử lý nươc ngưng .6 1.2.2 Các thiết bị hệ thống 1.2.3 Mô tả sơ đồ dịng cơng nghệ 1.3 Thực tế vận hành hệ thống nước ngưng 1.3.1 Tắt quạt làm mát thiết bị E-3204 1.3.2 Khả chuyển đổi công thiết bị E-3206 10 1.3.3 Khả sử dụng nước khử khống làm mơi chất lạnh 11 1.3.4 Vấn đề mài mòn đường ống nước ngưng .11 1.3.5 Tổn thất nhiệt qua thiết bị làm mát khơng khí 11 Chương - CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1 Thống kê số liệu khảo sát sơ sơ đồ công nghệ .13 2.2 Mô công nghệ 13 2.2.1 Giới thiệu phần mềm mô 13 2.2.2 Mơ hình nhiệt động hệ đơn vị 14 2.2.3 Lựa chọn thông số đầu vào mô hình mơ 15 2.3 Ứng dụng kỹ thuật Pinch 17 2.3.1 Tổng quan kỹ thuật Pinch 17 2.3.2 Nguyên tắc pinch 18 2.3.3 Lựa chọn thông số đầu vào ứng dụng Pinch .19 2.4 Đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt .19 2.5 Tính tốn hiệu kinh tế 19 Chương - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 21 3.1 Kết thống kê khảo sát sơ sơ đồ công nghệ .21 3.1.1 Vai trò thiết bị trao đổi nhiệt E-3206 21 3.1.2 Công suất thiết bị trao đổi nhiệt E-3202 22 3.1.3 Vai trò thiết bị trao đổi nhiệt E-3204 22 3.1.4 Dòng tuần hoàn bơm P-3205A/B 22 3.1.5 Tính chất dịng nước ngưng thấp áp 23 3.1.6 Chất lượng nhiệt dịng nóng, dịng lạnh .24 3.1.7 Cân mạng thấp áp 25 3.2 Kết mô hệ thống nước ngưng 26 3.3 Kết ứng dụng kỹ thuật Pinch 27 3.3.1 Khảo sát sơ đồ công nghệ có 27 3.3.2 Xác định tiềm tận dụng nhiệt 31 3.3.3 Cải tiến sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt 32 3.4 Kết đánh giá khả điều chỉnh thiết bị trao đổi nhiệt 35 3.4.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3202 35 3.4.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng E-3206 35 3.4.3 Thiết bị làm mát khơng khí E-3201 37 3.4.4 Thiết bị làm mát khơng khí E-3204 42 3.4.5 Thiết bị làm mát khơng khí E-3205 42 3.5 Nghiên cứu phương án tận dụng nhiệt 42 3.6 Xây dựng giải pháp tận dụng nhiệt 44 3.6.1 Mô tả công nghệ sau cải tiến 44 3.6.2 Lựa chọn thiết bị để thực giải pháp 46 3.6.3 Lựa chọn bố trí thiết bị điện, điều khiển 47 3.6.4 Phương án bố trí mặt 47 3.6.5 Phương án đấu nối thiết bị với hệ thống có 48 3.7 Hiệu kinh tế phương án .48 3.7.1 Lợi ích mang lại từ việc tận dụng nhiệt 48 3.7.2 Chi phí đầu tư ban đầu 49 3.7.3 Thời gian hoàn vốn 50 3.8 Tác động việc áp dụng phương án đến vận hành công nghệ 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BSR: CDU: C BFW: Công ty Lọc hóa dầu Bình Sơn Phân xưởng chưng cất dầu thơ (Crude Disstilation Unit) Nước cấp lò lạnh (Cold Boiler Feed Water) Tmin: Chênh lệch nhiệt độ nhỏ hai đường tổ hợp nóng lạnh HC: Nước ngưng cao áp (High Pressure Condensate) HHP BFW: Nước cấp lò siêu cao áp (High High Pressure Boiler Feed Water) HP BFW: Nước cấp lò cao áp (High Pressure Boiler Feed Water) HTNN: KBC: Hệ thống thu hồi xử lý nước ngưng – Unit 32 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Là công ty tư vấn dựa công nghệ ngành công nghiệp LC: LGO: LMTD: lượng hóa học, thuộc tập đồn Yokogawa, KBC viết tắt tên nhà sáng lập Krikor Krikorian, John Brice Peter Close Nước ngưng thấp áp (Low Pressure Condensate) Light Gas Oil Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (Logarithmic Mean Temperature LP BFW: LS, LPS: Difference) Nước cấp lò thấp áp (Low Pressure Boiler Feed Water) Hơi thấp áp (Low Pressure Steam)pvn MC: MNLD: PC: MOC: Nước ngưng trung áp (Medium Pressure Condensate) Nhà máy lọc dầu Nước ngưng công nghệ (Process Condensate) Quy trình quản lý thay đổi BSR (Management Of Change) P&ID: PFD: SGS: VC: Sơ đồ đường ống thiết bị (Pipping and Instrument Diagram) Sơ đồ công nghệ (Process Flow Diagram) Công ty Shell Global Solutions Nước ngưng chân không (Vacuum Condensate) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1: Cơ cấu sản phẩm Nhà máy 1.2: Lưu lượng nước ngưng ứng với kịch vận hành Nhà máy 1.3: 1.4: Chênh lệch nhiệt độ nước khỏi E-3202 bể chứa TK-3201 Điều kiện thiết kế vận hành dịng cơng nghệ qua E3206 10 10 2.1: Số liệu đầu vào dịng cơng nghệ sử dụng xây dựng mơ hình 15 2.2: Số liệu vận hành thực tế 16 3.1: Số liệu thiết kế dòng nước ngưng thấp áp kịch chạy máy 23 3.2: So sánh nhiệt độ vận hành với nhiệt độ thiết kế số dịng cơng nghệ 24 3.3: Tính chất dịng nước ngưng cơng nghệ thấp áp 27 3.4: Công suất thiết bị trao đổi nhiệt 27 3.5: 3.6: Tính chất dịng nóng dòng lạnh hệ thống nước ngưng Thay đổi enthalpy dịng nóng lạnh khoảng nhiệt độ 28 28 3.7: Dòng nhiệt thực dòng nhiệt dương 29 3.8: Giá trị tích lũy chênh lệch enthalpy dịng nóng dịng lạnh 29 3.9: Tính chất dòng theo thực tế vận hành 31 3.10: Dòng nhiệt thực theo thực tế vận hành 32 3.11: So sánh phương án kỹ thuật 40 3.12: Bảng kê thiết bị giá dự kiến 49 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình 1.1: Sơ đồ công nghệ NMLD Dung Quất với nhà quyền phân xưởng cơng nghệ Trang 1.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom xử lý nước ngưng 2.1: Biểu đồ phân tích Pinch 18 3.1: 3.2: Số ngày theo khoảng mở van tuần hoàn bơm P-3205A/B năm 2018 Tiềm tận dụng nhiệt tiềm tận dụng nhiệt hiệu 23 26 3.3: Sơ đồ mô hệ thống nước ngưng NMLD Dung Quất 26 3.4: Đường cong tổ hợp dịng nóng dịng lạnh 30 3.5: Gia tăng nhu cầu nhiệt truyền nhiệt qua pinch 31 3.6: Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt có 34 3.7: Sơ đồ cải tiến hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt 35 3.8: Mối quan hệ LMTD công suất thiết bị E-3206 37 3.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động E-3201 37 3.10: 3.11: Sơ đồ biễu diễn mối quan hệ bình tách thiết bị tách khí Sơ đồ cơng nghệ hệ thống thu gom xử lý nước ngưng sau cải hoán 38 45 3.12: Sơ đồ đường ống thiết bị bổ sung thực cải hoán 46 3.13: Vị trí bố trí mặt thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung HX1 48 Vertical Ports Distance (mm) Number of Plates Comments 692.4 Plate Pitch (mm) 3.039 18 Thermal Conductivity [W/(m.°K)] 15.857 Heat Exchanger Data Sheet Company Truong Dai hoc Bach khoa - Dai hoc Da Nang Plant Khao sat: Nha may Loc dau Dung Quat Designer Ngo Duc Khanh Item HX1 Rated for comparison with E-3206 Service He thong thu hoi va xu ly nuoc ngung Area (m2): 6.722 Performance of One Unit Fluid Name Mass Flowrate (kg/h) Temperatures (In/Out) (°C) Hot Side Cold Side Hot stream Cold stream 62200 106000 148 Density (kg/m3) 98.3 30 59.6 939.924 999.238 Heat Capacity [kJ/(kg.°K)] 4.25 4.187 Viscosity [cP] 0.224 1.137 Thermal Conductivity [W/(m.°K)] 0.684 0.59 3.8 0 21419.306 20401.293 0.905 1.45 Inlet Pressure (kg/cm2) Fouling Factors [(m2.°K)/W] Heat Transfer Coefficient [W/(m2.°K)] Velocity (m/s) Pressure Drop (Calculated/Allowed) (kg/cm2) 0.286 0.771 Heat Exchanged (kW) 4134.281 LMTD (°C) 77.913 Transfer Rate, Service [W/(m2.°K)] 7894.088 Clean [W/(m2.°K)] 7894.088 Construction of One Unit Design Pressure (kg/cm2) 10 Code Requirements ASME Section VIII Division Design Temperature (°C) 160 Connections Type Flanged Test Pressure (kg/cm2) 15 Gaskets Material EPDM Test Temperature (°C) 180 # passes (Hot/Cold) 1/1 Plate Specifications Plate Thickness (mm) 0.5 Plate Material SS AISI 304 Chevron Angle (deg) 45 Plate Pack Length (mm) 76.5 Ports Diameter (mm) 216 Corrugation Depth (mm) Plate Width (mm) 635 Corrugations Pitch (mm) 28.459 Vertical Ports Distance (mm) Number of Plates 1503 Plate Pitch (mm) 8.5 Thermal Conductivity [W/(m.°K)] 16.143 Comments Chọn nhiệt độ áp suất đầu vào dịng nóng thấp thực tế để chọn diện tích trao đổi nhiệt lớn hơn, ứng phó với tình vận hành với điều kiện nhiệt độ áp suất thấp điều kiện vận hành thông thường Heat Exchanger Data Sheet Company Truong Dai hoc Bach khoa - Dai hoc Da Nang Plant Khao sat: Nha may Loc dau Dung Quat Designer Ngo Duc Khanh Item E-3206 Rated for comparision Service He thong thu hoi va xu ly nuoc ngung Area (m2): 24.967 Performance of One Unit Fluid Name Mass Flowrate (kg/h) Temperatures (In/Out) (°C) Hot Side Cold Side Hot stream Cold stream 290620 111270 53 Density (kg/m3) 48 30 43.04 987.862 999.238 Heat Capacity [kJ/(kg.°K)] 4.181 4.187 Viscosity [cP] 0.542 1.137 Thermal Conductivity [W/(m.°K)] 0.644 0.59 2.3 0 20248.123 8488.708 1.237 0.435 Inlet Pressure (kg/cm2) Fouling Factors [(m2.°K)/W] Heat Transfer Coefficient [W/(m2.°K)] Velocity (m/s) Pressure Drop (Calculated/Allowed) (kg/cm2) 0.635 0.101 Heat Exchanged (kW) 1700.939 LMTD (°C) 13.586 Transfer Rate, Service [W/(m2.°K)] 5014.573 Clean [W/(m2.°K)] 5014.573 Construction of One Unit Design Pressure (kg/cm2) 10 Code Requirements ASME Section VIII Division Design Temperature (°C) 110 Connections Type Flanged Test Pressure (kg/cm2) 15 Gaskets Material EPDM Test Temperature (°C) 180 # passes (Hot/Cold) 1/1 Plate Specifications Plate Thickness (mm) 0.5 Plate Material SS AISI 304 Chevron Angle (deg) 45 Plate Pack Length (mm) 238 Ports Diameter (mm) 216 Corrugation Depth (mm) Plate Width (mm) 635 Corrugations Pitch (mm) 28.459 Vertical Ports Distance (mm) Number of Plates Comments 1503 Plate Pitch (mm) 8.5 28 Thermal Conductivity [W/(m.°K)] 15.514