d) Bộ phận dẫn động của máy nén khí
4.2.2 Các bước tính toán
Bước 1: Xác định các thông số cơ bản của khí ẩm vào tháp.
• Khối lượng phân tử trung bình MTB = (4.5)
• Nhiệt độ giả tới hạn của hỗn hợp khí Tgh = (4.6)
• Áp suất giả tới hạn của hỗn hợp khí Pgth = (4.7)
• Nhiệt độ giả rút gọn.
• Áp suất giả rút gọn
Pgh = P/Pgth (4.9)
• Xác định hệ số nén z=φ (Tgr,Pgr) (phụ lục D)
• Khối lượng riêng ρ = p.MTB/zRT (4.10)
Bảng 4.2 Trình bày kết quả tính MTB ,Tgth,Pgth.
Cấu tử Yi Các thông số tới hạn Mj Mj.Yj Pcj (MPa ) Pcj. Yj Tcj (0K) Tcj.Yj CH4 0.7159 4.61 3.30 190.6 136.5 16.04 11.48 C2H6 0.1252 4.88 0.61 305.4 38.2 30.07 3.76 C3H8 0.0861 4.25 0.37 369.8 31.8 44.10 3.80 i-C4H10 0.0175 3.65 0.06 507.3 9.3 86.18 1.59 n- C4H10 0.0296 3.80 0.11 425.2 12.6 58.12 1.72 C+5 0.0184 3.01 0.06 507.3 9.3 86.18 1.59 CO2 0.0072 7.38 0.05 304.2 2.2 44.01 0.32 Chú thích (*) chấp nhận giá trị của C6H14 Vậy MTB = 23.69 Tgh = Tgth = 237.7 Pgh =
Với Tgh = 1.34 và Pgr =2.74 tra cứu theo biểu đồ ở phụ lục D ta tìm được z = 0.67
• Xác định khối lượng riêng của khí nguyên liệu :
P = 12500 Kpa MTB =23.69 T = 45+273 = 318 0K ρ = = 167.17 kg/m3
Bước 2 . Tính nhiệt độ và áp suất làm việc của tháp .
Như chúng ta đã biết quá trình hấp thụ luôn tỏa nhiệt ,do đó nhiệt độ dòng lỏng và khí đi trong tháp biến thiên theo chiều cao của tháp . Tuy nhiên ,kinh nghiệm cho thấy sự biến thiên lớn nhất không quá 20C ,do đó có thể xem gần đúng tháp làm việc theo chế độ đẳng nhiệt với nhiệt độ làm việc bằng nhiệt độ khí vào :
Tlv = Tkhí vào = 450C.
Để xác định nồng độ tối thiểu của dung dịch TEG tái sinh ta dựa vào biểu đồ ở phụ lục E về sự phụ thuộc nồng độ TEG vào điểm sương đòi hỏi phải đạt được.Tuy nhiên trong tháp hấp thụ tách ẩm để đạt điểm sương cân bằng là không thể thực hiện được trong qui mô công nghiệp vì :
- Một là : thời gian tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng chưa đủ để thiết lập cân bằng hấp thụ.
- Hai là : khi dòng TEG chảy từ mâm trên cùng xuống các mâm dưới thì nồng độ TEG giảm dần (do hấp thụ thêm nước ) do đó khả năng hấp thụ cũng giảm dần.
Do vậy để đảm bảo chắc chắn điểm sương yêu cầu là 100C ,theo kinh nghiệm nhiệt độ điểm sương dùng để tra cứu phải thấp hơn từ 5 đến 110C,vậy ta tra cứu nhiệt độ 100C-100C =00C.
Theo phụ lục E ,ở 00C ta có .
Bước 4. Xác định lưu lượng dòng TEG tái sinh vào tháp.
Lưu lượng dòng TEG vào tháp tính theo công thức. L1 =V(W1-W2)L
Trong đó V-lưu lượng khí ẩm vài tháp. V=
W1-hàm lượng ẩm của tháp dựa theo phụ lục A với Theo phụ lục A ta có W1 =965kg/106Nm.
(Nội suy từ 2 giá trị áp suất 10Mpa và 450C có W= 1050 Kg/106Nm3 và ở áp suất 15Mpa và 450C có W=880kg/106Nm3 ).
W2-Hàm lượng khí đầu ra xác định tại giá trị áp suất 12.5 Mpa và điểm sương 00C bằng cách nội suy từ 2 giá trị :
• Tại 10Mpa và 00C có W=84kg/106Nm3.
• Tại 15Mpa và 00C có W=70kg/106Nm3. Vậy W2 = = 77kg/106Nm3 Thay các trị số V,W1,W2,L vào phương trình trên ta có : L1 = 166666.7 (965-77).25.10-6. L1 = 3700Kg dung dịch TEG/h.
Bước 5. Xác định lưu lượng dòng TEG bão hòa nước.Lưu lượng dòng TEG bão hòa ra ở đáy tháp dược xác định theo công thức
L2 = L1+ (W1 – W2).V
L2 = 3700 + (965-77).10-6.166666,7 L2 = 3700+ 148 = 3848Kg/h.
Bước 6. Xác định nồng độ dung dịch TEG bão hòa .
Nồng độ dung dịch TEG ở đáy tháp xác định theo công thức : Với
Ta chọn
Thay L1 và L2 đã tính ở trên vào ta có :
Vậy nồng độ dung dịch TEG ra khỏi đáy tháp là 45.2% KL.
Bước 7. Xác định số đĩa lý thuyết trong tháp hấp thụ.
Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp hấp thụ có thể dùng phương pháp đồ thị dựa theo biểu đồ Kremser (xem phụ lục F) hoặc dùng biểu thức gần đúng sau ( vì nồng độ nước trong TEG tái sinh X0 = 1%).
φ = Để xác định n,trước hết ta tính A và φ. Xác định yếu tố hấp phụ A
A =
Trong đó : L’ : lưu lượng dung dịch TEG tái sinh ( kmol/h). K : hằng số cân bằng lỏng – hơi đối với nước . V’: lưu lượng khí cần làm khô (kmol/h). Để tính A, ta phải xác định K
K = W2 [(1-α1).MTEG + 18α1] / [ (748.44MTEG (1 – α)]. W2 = 77kg H2O / 106 Nm3 Type equation here.
⃡
W 2 = 0.077g H2O / 106 Nm3 → α1 = 0.99
M (TEG + ) = 148.68 đây là khối lượng phân tử trung bình của dung dịch TEG vào tháp .
Vậy L’ = 3700/148,68 = 24,89 (kmol/h)
• Xác định V’.
Vì điều kiện tiêu chuẩn được hiểu là 150C và áp suất 100kPa,do đó có thể xem khí là lý tưởng (z=1).
Vậy V’ = = = 6960,0 kmol/h
Thay các giá trị số K,L’ và V’ vào để tính A. A = = 2,7.
Xác định hệ số tách ẩm φ. Hệ số tách ẩm thực tế :
φ thực = (W1 –W2 )/ W1 = (965-77)/965 φ thực = 0,920
Hệ số tách ẩm lý thuyết ( có tính đến nồng độ nước trong dung dịch TEG tái sinh)
φ lý thuyết = φ lt = φ thực . Y’n+1 / (Y’n+1 –KX0)
Trong đó X0 – nồng độ phần mol của nước trong dung dịch TEG tái sinh. Y’n+1 – số mol ẩm trong khí nguyên liệu.
Y’n+1 = W1’ tính từ W1 = 965 kg H2O /106m3 W’ = 0.965 gH2O/ m3 Y’n+1 = = 1.20088. X0 = X0 = X0 = 0.078 Thay K = 0.001325 ; Y’n+1 = 1.20088 ; X0 = 0.078 Vào để tính hệ số tách ẩm lý thuyết : φ lt = φ lt = = 0.920 Vậy hệ số tách ẩm lý thuyết φ lt = 0,92 Thay A = 2,7 ; φ lt = 0,92 vậy : 0,92 = → n = 2,12
Bước 8 : Xác định số đĩa thực tế trong tháp hấp thụ
Số đĩa thực tế xác định dựa trên cơ sở số đĩa lý thuyết và hiệu suất làm việc của đĩa :
Trong đó n là số mâm lý thuyết , là hiệu suất làm việc của mâm.Kinh nghiệm cho thấy ,đối với quá trình hấp thụ ,hiệu suất làm việc của mâm nằm trong khoảng 0.25- 0.4. Ta chọn = 0.25
Vậy nthực = = 8.48 ta làm tròn → nthực = 9 mâm.
Bước 9 . Xác định đường kính hấp thụ.
Đường kính tháp được xác định bằng công thức : D = ( )1/2
Trong đó D – đường kính tháp (m).
- tốc độ dòng khí đi trong tháp ứng với điều kiện làm việc ( thường trong khoảng 0,3 -0,9 m/s)
Vlv – lưu lượng khí đi trong tháp ở điều kiện làm việc Điều kiện làm việc của tháp :
Tlv = 450C = 3180K Plv = 12450 Kpa Z = 0,67 V1 = 166666,7Nm3/h T1 = 150C =2880K P1 = 0,1 Mpa =100kPa Vậy Vlv Vlv = 990,35 m3/h Ta chọn tốc độ dòng khí = 0.45m/s ⃡ 1620 m/h Vậy D =)1/2 = 0.882m
Bước 10 . Xác định chiều cao tháp hấp thụ
Chiều cao tháp có thể xác định theo công thức . H = nthực .h + h’
H = 9.0,6 +1 =6,4 m (với h’ =1)
Bảng 4.3 Kết quả tính toán tháp hấp thụ hơi nước bằng TEG
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị đo Trị số 1 Nồng độ TEG nghèo αmin % KL 98.5 2 Hàm lượng ẩm của khí nguyên
liệu
W1 Kg/106Std m3 965 3 Hàm lượng ẩm của khí khô W2 Kg/106Std m3 77 4 Lưu lượng của dung môi TEG
nghèo
L1 Kg/h 3700 5 Nồng độ của dung dịch TEG giàu α2 % KL 0.952 6 Lưu lượng dòng dung môi TEG
giàu L2 Kg/h 3848 7 Hằng số cân bằng lỏng hơi α 2 - 0.952 8 Yếu tố hấp phụ A - 2.7 9 Hệ số tách thực tế φ thực - 0.92 10 Hệ số tách lý thuyết φ lt - 0.92 11 Số đĩa lý thuyết Nlt Đĩa 2.12 12 Số đĩa thực tế Ntt Đĩa 9 13 Chiều cao tháp hấp thụ H M 6.4 14 Đường kính tháp hấp thụ D M 0.882
Kết luận
Sau thời gian thực tập ,nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật liên quan đến khí tự nhiên và khí đồng hành,được sự hướng dẫn của Thầy Cô,em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp,đồ án tốt nghiệp bao gồm các vấn đề cơ bản sau :
1. Thu thập các tài liệu liên quan đến thành phần ,tính chất hóa lý của khí nói chung và khí đồng hành mỏ Bạch Hổ nói riêng,tích lũy được những hiểu biết cần thiết về công nghệ khí.
2. Khái quát công nghệ giàn nén khí trung tâm (CCP) qua các công đoạn xử lý cơ bản trước khi đưa vào bờ với công suất lớn nhằm đáp ứng nguồn nguyên liệu cho nhà máy cho nhà máy chế biến khí Dinh Cố,tạo ra những sản phẩm quí đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước trong nghành dầu khí Việt – Nam.
3. Tính toán các thông số cơ bản của tháp hấp thụ hơi nước làm khô khí bằng TEG,từ đó cũng cố vững chắc những kiến thức đã học,làm quen dần với công việc thiết kế những hệ thống công nghệ trong nghành dầu khí đang phát triển vững chắc ở nước ta.
Tài liệu tham khảo
1. Phan Tử Bằng, Hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên NXB Giao thông vận tải,Hà Nội 1999
2. Nguyễn Danh Nhi,Bài giảng công nghệ chế biến khí hydrocacbon ,Đại học Mỏ -Địa –Chất.
3. MA.Barlin,VG Gortrencôp,HP volcôp, Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí dầu mỏ,bản dịch của Hoàng Minh Nam Trường đại học Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh.
4. Gas conditioning and processin,volume 1,by John.M.Campbell,USA,1992 5. Gas conditioning and processin,volume 2,by John.M.Campbell,USA,1992 6. Final project Document in Bạch Hổ CCP Projects volume ІІІ,samsung
Heavy Industries 1996.
7. Start up,Operating and Maintenance Manuel in Bạch Hổ CCP project samsung Heavy Industries 1996.
Applied process Design for chemical and petrochemical plants,by Ernest E.Ludwig,gulf publishing company book division houston London;Paris;Tokyo