3.2.1. Vai trũ hệ thống khớ nộn
Trong cụng nghiệp chế biến dầu khớ, khớ nộn cú ý nghĩa đặc biệt quan trọng do những đặc trƣng riờng của ngành cụng nghiệp này: rủi ro chỏy nổ cao, nhiều chất độc hại, quỏ trỡnh cụng nghệ phức tạp đũi hỏi phải điều khiển tự động quỏ trỡnh, yờu cầu an tồn vận hành cao... Chớnh vỡ vậy, phần lớn quỏ trỡnh đều đƣợc điều khiển tự động. Trong điều khiển hoạt động nhà mỏy, việc điều khiển hoạt động cỏc van chiếm một vị trớ quan trọng. Điều khiển tự động cỏc van trong cụng nghiệp chế biến dầu khớ cú thể dựng mụ tơ điện hay bằng khớ nộn. Tuy nhiờn, van đƣợc điều khiển bằng khớ nộn cú một số ƣu điểm, thậm chớ một số van ngừng khẩn cấp bắt buộc phải dựng khớ nộn vỡ lý do an tồn. Chất lƣợng của khớ nộn và độ tin cậy của hệ thống này đúng một vai trũ quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động bỡnh thƣờng và an tồn vận hành nhà mỏy. Ngồi chức năng cung cấp khớ nộn cho quỏ trỡnh điều khiển tự động, khớ nộn
trong cỏc nhà mỏy chế biến dầu khớ cũng phục vụ một số quỏ trỡnh cụng nghệ, làm động lực cho một số dụng cụ sửa chữa nhỏ và trong giai đoạn khởi động, bảo dƣỡng nhà mỏy.
Ngồi hệ thống khớ nộn trung tõm cung cấp khớ nộn cho nhu cầu chung, trong nhà mỏy lọc húa dầu cũng cú cỏc hệ thống sản xuất khớ nộn cục bộ phục vụ cho cỏc nhu cầu riờng biệt.
3.2.2. Hệ thống khớ nộn trung tõm
Khớ nộn trong nhà mỏy lọc húa dầu gồm hệ thống khớ nộn trung tõm và cỏc hệ thống khớ nộn cục bộ. Khớ nộn trung tõm phục vụ cho nhu cầu khớ điều khiển cỏc van và khớ nộn cụng nghệ. Trong mục này tập trung vào mụ tả hệ thống khớ nộn trung tõm. Hệ thống khớ nộn trung tõm trong Nhà mỏy lọc húa dầu đƣợc chia thành hai bộ phận: bộ phận sản xuất khớ nộn và hệ thống phõn phối khớ nộn tới cỏc hộ tiờu thụ trong nhà mỏy. Nguyờn lý hoạt động và cỏc bộ phận của hệ thống sẽ đƣợc trỡnh bày trong cỏc mục dƣới đõy.
3.2.2.1. Bộ phận sản xuất khớ nộn
Khớ nộn phục vụ trong nhà mỏy là khụng khớ trong khớ quyển đƣợc nộn tới ỏp suất thớch hợp và tỏch một số tạp cơ học, hơi nƣớc cho mục đớch sử dụng (thụng thƣờng khớ nộn cú ỏp suất từ 7-11 Kg/cm2). Ngồi yờu cầu về ỏp suất, khụng khớ nộn phục vụ cho mục đớch điều khiển cần phải đỏp ứng đƣợc cỏc yờu cầu về chất lƣợng mà chủ yếu là yờu cầu về độ ẩm trong khớ nộn. Sơ đồ nguyờn lý cấu tạo và hoạt động của hệ thống khớ nộn trung tõm trong Nhà mỏy lọc húa dầu đƣợc trỡnh bày trong hỡnh H - 13. Theo sơ đồ này, bộ phận sản xuất khớ nộn bao gồm cỏc thiết bị chớnh:
- Mỏy trộn khớ;
- Bỡnh chứa khớ ƣớt; - Bỡnh sấy khớ;
- Bỡnh chứa khớ khụ.
a. Quỏ trỡnh hoạt động
Khụng khớ đƣợc cỏc mỏy nộn nộn tới ỏp suất thớch hợp (thụng thƣờng từ 7-11 Kg/cm2), sau đú đƣợc làm mỏt bằng thiết bị trao đổi nhiệt rồi đƣa tới bỡnh chứa khớ nộn ƣớt. Thiết bị trao đổi nhiệt để làm mỏt khớ nộn đƣợc sử dụng cú thể là kiểu làm mỏt bằng khụng khớ (gắn kốm theo mỏy trộn) hoặc kiểu làm mỏt bằng nƣớc (tựy theo chủng loại mỏy trộn và nhà chế tạo).Tại thiết bị làm mỏt, một phần hơi nƣớc trong khớ nộn đƣợc ngƣng tụ và tỏch ra, tuy nhiờn, lƣợng hơi nƣớc trong khụng khớ nộn theo yờu cầu rất thấp, vỡ vậy, lƣợng ẩm trong khụng khớ nộn cần phải tiếp tục đƣợc tỏch ra cho tới khi đạt yờu cầu. Khụng khớ
sau khi ra khỏi thiết bị ngƣng tụ đƣợc đƣa tới bỡnh sấy khụ. Tại đõy, lƣợng hơi nƣớc đƣợc tỏch tiếp tới giới hạn yờu cầu. Giới hạn cuối để tỏch ẩm ra khỏi khụng khớ nộn tựy thuộc vào điều kiện khớ hậu tại khu vực xừy dựng nhà mỏy và
yờu cầu an tồn ỏp dụng cho nhà mỏy. Thiết bị sấy khụ đồng thời cũngg đƣợc
thiết kế để tỏch cỏc hạt rắn lẫn trong khụng khớ. Khụng khớ sau khi sấy khụ đƣợc đƣa tới bỡnh chứa khớ nộn. Bỡnh chứa khớ nộn cú chức năng bỡnh ổn ỏp suất cung cấp trong tồn bộ mạng lƣới phõn phối và là nguồn dự trữ khớ nộn trong trƣờng hợp cỏc mỏy nộn gặp sự cố hoặc hệ thống phải ngừng hoạt động hồn tồn do sự cố điện năng.
b. Cấu hỡnh cụng nghệ hệ thống Mỏy nộn khớ
Để việc cung cấp khớ nộn đƣợc liờn tục với độ tin cậy cao, trong thực tế số mỏy nộn thƣờng đƣợc bố trớ là ba (3) với cụng suất mỗi mỏy đỏp ứng 100% cụng suất khớ nộn theo thiết kế, cỏc mỏy nộn hoạt động theo nguyờn tắc: một mỏy hoạt động, một mỏy dự phũng và một mỏy đang trong giai đoạn bảo dƣỡng. Theo nguyờn tắc hoạt động này, khả năng ngừng hoạt động hồn tồn của hệ thống khớ nộn do sự cố mỏy nộn là rất thấp. Nếu mỏy nộn đang hoạt động gặp sự cố, mỏy dự phũng ngay lập tức đƣợc đƣa vào hoạt động, đồng thời mỏy đang ở trạng thỏi bảo dƣỡng đƣợc đƣa vào tỡnh trạng dự phũng. Trong thực tế, ngƣời ta cú thể vận hành theo nguyờn tắc chỉ để một mỏy dự phũng hai mỏy cũng lại hoạt động ở mức 60% cụng suất.
Mỏy nộn lựa chọn cú thể là mỏy nộn kiểu trục vớt hoặc mỏy nộn ly tõm. Thụng thƣờng, nếu cụng suất mỏy nộn nằm trong dải cụng suất thụng dụng của cỏc nhà chế tạo thỡ mỏy trộn trục vớt sẽ đƣợc ƣu tiờn lựa chọn do mỏy nộn trục vớt cú nhiều ƣu điểm nhƣ độ ổn định cao, hoạt động ờm dịu,... Trong trƣờng hợp cụng suất mỏy nộn lớn khụng nằm trong dải cụng suất thụng dụng của cỏc nhà chế tạo thỡ mỏy trộn lý tõm thƣờng đƣợc xem xột lựa chọn. Dƣới đõy trỡnh bày đặc điểm hoạt động và sơ lƣợc cấu tạo của một số dạng mỏy nộn hay đƣợc sử dụng cho hệ thống khớ nờn.
Mỏy trộn kiểu trục vớt: Mỏy trộn trục vớt là dạng mỏy trộn thể tớch cú cấu trỳc lý tƣởng để hoạt động trong điều kiện khớ nộn cú lẫn bụi bẩn hoặc lỏng cuốn theo. Mỏy nộn trục vớt cho phộp đƣa cỏc chất làm mỏt, chất rửa sạch vào dũng khớ nộn do vận tốc dũng thấp. Tuổi thọ của mỏy trộn trục vớt cú thể đạt tới 20 năm với 3 năm đầu hoạt động liờn tục khụng sự cố. Mỏy nộn trục vớt cú thể là dạng mỏy nộn một cấp hoặc nhiều cấp tựy vào ỏp suất yờu cầu. Bộ phận dẫn động cú thể là mụ tơ điện hoặc tuabin hơi. Mỏy nộn kiểu trục vớt cú nhiều ƣu
điểm so với một số kiểu mỏy nộn khỏc trong dải cụng suất và ỏp suất làm việc của nỳ. Hỡnh dạng mỏy trục vớt nhƣ trong hỡnh H-14. Mỏy trộn trục vớt cú một số ƣu điểm so với cỏc dạng mỏy nộn khỏc:
Ưu điểm của mỏy nộn kiểu trục vớt so với mỏy nộn kiểu pớt - tụng:
- Khụng cú bộ phận chịu tỏc dụng của ứng suất mỏi do phải hoạt động
liờn tục (xộc măng, pớt-tụng, van), do vậy, ớt phải bảo dƣỡng.
- Khụng cú bộ phận dao động lệch tõm, vỡ vậy, mỏy ớt rung động hơn nhờ đú chi phớ cho nền múng cũngg ớt hơn.
- Khả năng phục vụ cao, đạt tới 99%.
HèNH H – 13. Sơ đồ hệ thống sản xuất khớ nộn
Ưu điểm của mỏy nộn kiểu trục vớt so với mỏy trộn kiểu ly tõm:
- Khớ đầu vào cú thể chứa bụi (cho phộp tới 300 mg/m3) hoặc giọt lỏng
(điều mà mỏy nộn khỏc dƣờng nhƣ khụng cho phộp);
- Vận tốc đầu ra thấp, vỡ vậy, cho phộp đƣa chất lỏng vào dũng với mục
đớch làm mỏt hoặc rửa sạch;
- Lƣu lƣợng thể tớch cửa hỳt mỏy dƣờng nhƣ khụng đổi khi tỷ số nộn thay đổi, do vậy, khụng gõy ra hiện tƣợng xung;
- Cú đỏp ứng rất tốt giữa mức tải và năng suất tiờu thụ: 50% lƣu lƣợng
tƣơng ứng 50% vận tốc và tiờu thụ năng lƣợng bằng 50%;
- Hoạt động ở dƣới vận tốc độ cụng hƣởng thứ nhất của trục quay, vỡ vậy, khụng gừy ra hiện tƣợng rung động nguy hiểm khi mỏy vƣợt qua vận tốc cộng hƣởng này.
Hỡnh H-14 Hỡnh dạng ngồi và cấu tạo mỏy trộn trục vớt
Bỡnh chứa khớ nộn ƣớt
Bỡnh chứa khớ ƣớt cú chức năng chứa khớ nộn đú đƣợc làm mỏt từ mỏy
nộn khớ đƣa tới. Thụng thƣờng, hai bỡnh chứa khớ nộn ƣớt mỗi bỡnh cú sức chứa bằng 100% cụng suất của hệ thống. Hai bỡnh chứa này hoạt động theo nguyờn tắc một bỡnh hoạt động, một bỡnh ở trạng thỏi dự phũng. Thiết kế theo
nguyờn tắc này đảm bảo thƣờng xuyờn bảo dƣỡng/sửa chữa đƣợc bỡnh chứa
cũngg nhƣ đảm bảo cụng tỏc thanh tra định kỳ bắt buộc mà khụng ảnh hƣởng đến hoạt động liờn tục của hệ thống. Cỏc bỡnh chứa khớ ƣớt là cỏc bỡnh trụ chế tạo bằng thộp cacbon.
Bỡnh sấy
Quỏ trỡnh sấy khớ nộn để tỏch hơi nƣớc hoạt động theo nguyờn lý sấy lạnh. Khụng khớ nộn sẽ đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ nhất định (tựy thuộc vào yờu cầu tỏch ẩm ra khỏi khớ nộn). Mục đớch tỏch hơi nƣớc ra khỏi khớ nộn là trỏnh hiện tƣợng ngƣng tụ hơi nƣớc trờn đƣờng ống gõy ăn mũn. Nếu trong khớ nộn cú chứa hơi nƣớc, trong quỏ trỡnh hoạt động khi nhiệt độ mụi trƣờng xuống thấp, cộng với tổn thất ỏp suất cục bộ, nhiệt độ khớ nộn giảm đột ngột dẫn đến hiện tƣợng ngƣng tụ nƣớc trong lũng ống. Nƣớc ngƣng tụ trong đƣờng ống khụng chỉ làm ăn mũn thiết bị mà cũng ảnh hƣởng đến độ chớnh xỏc hoạt động của cỏc thiết bị điều khiển bằng khớ nộn. Vỡ vậy, một trong những chỉ tiờu quan trọng của khớ nộn điều khiển là nhiệt độ điểm sƣơng (Dew point), nhiệt độ này tựy thuộc vào điều kiện khớ hậu nơi đặt nhà mỏy. Với cỏc vựng ụn đới nhiệt độ điểm sƣơng của khớ nộn yờu cầu tới - 400C, với vựng cú nhiệt độ trung bỡnh và nhiệt độ thấp nhất trong năm cao (nhƣ vựng xớch đạo và nhiệt đới) thỡ nhiệt độ điểm sƣơng cú thể đƣợc quy định cao hơn (từ - 150C đến +50C). Về nguyờn tắc, nhiệt độ điểm sƣơng của khớ nộn càng thấp thỡ càng tốt, tuy nhiờn, chi phớ đầu
tƣ cho thiết bị sấy và chớ phớ vận hành càng cao, vỡ vậy, cần hài hũa giữa chất lƣợng và hiệu quả kinh tế.
Để tỏch nƣớc đƣợc hiệu quả, trƣớc mỗi bỡnh sấy ngƣời ta lắp đặt một bộ lọc tỏch dầu kộo theo nhằm trỏnh hiện tƣợng tạo nhũ tƣơng trong bộ phận bẫy nƣớc. Bỡnh sấy ngồi nhiệm vụ tỏch ẩm cũng cú nhiệm vụ tỏch cỏc hạt rắn trong khớ nộn. Nhằm thực hiện nhiệm vụ này, sau mỗi bỡnh sấy, một thiết bị lọc hạt rắn đƣợc lắp đặt để tỏch cỏc hạt rắn và cỏc cặn bẩn dạng rắn khỏc kộo theo dũng khớ nộn. Cỏc hạt rắn cú kớch thƣớc lớn hơn 3 ỡm sẽ bị loại ra khỏi khớ nộn. Tổng lƣợng cỏc chất rắn trong khớ nộn sau khi ra khỏi bỡnh sấy khụng đƣợc phộp vƣợt quỏ 0.1 g/m3. Thụng thƣờng, hệ thống sản xuất khớ nộn trong nhà mỏy lọc húa dầu cú hai bỡnh sấy, mỗi bỡnh đƣợc thiết kế 100% cụng suất. Cỏc bỡnh sấy này cũngg hoạt động theo nguyờn tắc một hoạt động và một ở chế độ dự phũng. Chất lƣợng khớ nộn đi ra khỏi bỡnh sấy đƣợc kiểm tra bằng đầu phõn tớch nhiệt độ điểm sƣơng nối với trung tõm điều khiển bằng hệ thống DCS.
Bỡnh chứa khớ nộn khụ
Khớ nộn sau khi đƣợc làm khụ và làm sạch đƣợc đƣa tới bỡnh chứa khớ
khụ. Bỡnh chứa khớ khụ cú nhiệm vụ bỡnh ổn ỏp suất cung cấp cho cỏc hộ tiờu
thụ và dự trữ khớ nộn điều khiển trong trƣờng hợp khẩn cấp (mất điện hoặc cỏc mỏy nộn gặp sự cố dừng hoạt động hồn tồn). Tựy theo quan điểm về đảm bảo an tồn hoạt động mà thể tớch bỡnh chứa khớ nộn đƣợc xỏc định với cụng suất chứa đảm bảo để duy trỡ hoạt động cỏc thiết bị cỏc thiết bị sử dụng khớ nộn trong vựng 10 tới 20 phỳt.
Thụng thƣờng, hệ thống khớ nộn cú hai bỡnh chứa, mỗi bỡnh chứa cú dung tớch đảm bảo 100% cụng suất ở điều kiện hoạt động bỡnh thƣờng. Nhờ vậy mà cú thể sửa chữa hay thanh tra định kỳ một bỡnh chứa mà hệ thống vẫn hoạt động bỡnh thƣờng.
3.2.2.2. Hệ thống phõn phối
Khớ nộn từ bỡnh chứa khớ nộn khụ sẽ đƣợc phõn phối tới cỏc hộ tiờu thụ qua mạng lƣới đƣờng ống. Khớ nộn đƣợc sử dụng vào cỏc mục đớch chớnh sau: sử dụng cho thiết bị điều khiển và cho cỏc nhu cầu khỏc trong cụng nghệ và bảo dƣỡng. Trong hai mục đớch sử dụng này, khớ nộn điều khiển sẽ đƣợc ƣu tiờn hơn so khớ nộn cụng nghệ cho cỏc mục đớch sử dụng khỏc. Trong trƣờng hợp tổng nhu cầu cỏc loại khớ nộn trong nhà mỏy tại một thời điểm nào đú vƣợt quỏ khả năng đỏp ứng của hệ thống khớ nộn thỡ hệ thống điều khiển tự động
của nhà mỏy sẽ đúng van giảm bớt lƣu lƣợng của mạng lƣới khớ nộn cụng nghệ hoặc dừng hẳn.
Hệ thống đƣờng ống phõn phối khớ nộn trong tồn nhà mỏy đƣợc thiết kế sao cho tổn thất ỏp suất ở vị trớ xa nhất của hệ thống khụng vƣợt quỏ giỏ trị cho phộp (thụng thƣờng giỏ trị tổn thất ỏp suất cho phộp khoảng 10% ỏp suất đầu đẩy của mỏy nộn).
3.2.2.3. Yờu cầu về chất lƣợng khớ nộn
Khớ nộn để đỏp ứng đƣợc yờu cầu của cỏc hộ tiờu thụ, đặc biệt là cỏc thiết bị điều khiển cần phải đạt đƣợc chỉ tiờu chất lƣợng về:
- Nhiệt độ điểm sƣơng (dew point); - Áp suất cấp;
- Nhiệt độ;
- Lƣợng chất rắn lơ lửng.
Yờu cầu về nhiệt độ điểm sƣơng của khớ nộn phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện khớ hậu tại vị trớ xõy dựng nhà mỏy (phụ thuộc vào nhiệt độ thấp nhất trong năm) và một phần phụ thuộc vào yờu cầu riờng của thiết bị điều khiển. Nhỡn chung với cỏc vựng cú nhiệt độ trung bỡnh trong mựa đụng thấp thỡ nhiệt độ điểm sƣơng của khớ nộn cú thể yờu cầu tới - 40 0C, với vựng cú nhiệt độ trung bỡnh mựa đụng cao hơn cú thể yờu cầu nhiệt độ điểm sƣơng cao hơn (30 - 40 0C so với vựng ụn đới) tựy vào điều kiện và tiờu chuẩn thiết kế cụ thể.
Áp suất hoạt động của khớ nộn trong cỏc nhà mỏy chế biến dầu khớ thụng thƣờng quy định trong khoảng 7 - 8 Kg/cm2. Nhiệt độ khớ nộn cho phộp dao động trong khoảng 10 - 45 0
C.
3.2.2.4. Yờu cầu về khả năng cung cấp liờn tục
Khớ nộn cú ý nghĩa quan trọng đối với hoạt động bỡnh thƣờng cũngg nhƣ trong trƣờng hợp ngừng khẩn cấp nhà mỏy lọc húa dầu, vỡ vậy, đảm bảo hoạt động liờn tục của hệ thống là một trong những yờu cầu hàng đầu. Trong hoạt động bỡnh thƣờng nếu hệ thống khớ nộn gặp sự cố khụng cung cấp đƣợc khớ nộn đảm bảo chất lƣợng thỡ khụng thể thực hiện đƣợc nhiều quỏ trỡnh điều khiển tự động dẫn đến những hậu quả nghiờm trọng khụng lƣờng hết đƣợc. Trong những tỡnh huống khẩn cấp phải dừng nhà mỏy, nếu khớ nộn khụng đủ cung cấp thỡ khụng thể thực hiện đƣợc cụng việc ngừng nhà mỏy theo đỳng yờu cầu an tồn phũng chống chỏy nổ và dễ dẫn đến thảm họa. Do khi thiết kế hệ thống khớ nộn, số lƣợng mỏy nộn khớ đú đƣợc tớnh túan ở mức độ khú cú thể xảy ra sự cố cựng một lỳc tất cả cỏc mỏy, vỡ vậy, nguy cơ ngừng hệ thống hồn tồn do mỏy nộn là khú xảy ra. Một trong những nguyờn nhõn tiềm tàng dẫn
đến ngừng hệ thống cấp khớ nộn là mất điện tồn bộ nhà mỏy trong cỏc trƣờng hợp bất khả khỏng, trong trƣờng hợp này ngƣời ta đƣa ra một số giải phỏp khắc phục nhƣ sau:
a. Nguồn điện dự phũng
Trong nhà mỏy chế biến dầu khớ, do đặc thự riờng, vỡ vậy, yờu cầu về an tồn vận hành và an tồn phũng chống chỏy nổ đƣợc đặt lờn hàng đầu. Một trong những biện phỏp nõng cao an tồn vận hành và phũng chống chỏy nổ là bố trớ thờm nguồn điện dự phũng và một nguồn điện cho trƣờng hợp khẩn cấp.