Nhiệt độ vào nhà máy đƣợc thiết kế là 300C, nhƣng trong quá trình vận hành nhiệt độ thay đổi trong khoảng 250C đến 300
C tùy thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng xung quanh. Nhiệt độ khí đồng hành vào nhà máy là một trong những nguyên nhân ảnh hƣởng đến khả năng thu hồi lỏng LPG. Khi nhiệt độ vào thay đổi sẽ ảnh hƣởng đến lƣợng lỏng thu đƣợc tại các thiết bị V-03, Slug Catcher. Mặt khác ảnh hƣởng đến các quá trình khác làm thay đổi khả năng thu hồi lỏng tại tháp C-05. Nƣớc nhiễm dầu thu đƣợc tại Slug Catcher và các bình tách sẽ xử lý qua hệ thống API, bao gồm hệ thống mƣơng máng thu gom nƣớc nhiễm dầu, các bể tách bằng trọng lực, các thiết bị lọc, bể phá nhũ, các bơm nƣớc, và bơm cặn dầu.
Khi nhiệt độ vào nhà máy tăng lên đồng nghĩa với sự tăng nhiệt độ của dòng khí và dòng lỏng tại Slug Catcher làm giảm sự ngƣng tụ của các cấu tử nặng, làm giảm lƣợng lỏng thu đƣợc tại thiết bị này. Khi nhiệt độ tăng, do công suất của thiết bị sau máy nén đầu vào E -1011 không đổi nên nhiệt độ của dòng khí ra khỏi thiết bị này sẽ tăng lên và làm tăng nhiệt độ của dòng khí ra khỏi thiết bị V-06A/B. Dòng khí này đƣợc tách thành hai phần để thực hiện quá trình làm lạnh: Một dòng qua E -14 và một dòng qua CC01-Exp. E-14 là thiết bị trao đổi nhiệt giữa dòng khí lạnh ra từ đỉnh C-05 và dòng khí nóng là một phần của dòng khí ra khỏi V-06A/B. Do đó nếu nhƣ nhiệt độ và lƣu lƣợng dòng khí lạnh không đổi thì nhiệt độ đầu ra của dòng khí nóng sẽ tăng lên.
Hình 3.22. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đồng hành đến lưu lượng dòng sản phẩm
Khi nhiệt độ khí đồng hành vào nhà máy giảm thì sản lƣợng LPG tăng, nhƣng không nhiều. Khi nhiệt độ vào nhà máy là 300C thì sản lƣợng LPG là nhỏ nhất 815,2 tấn/ngày và khi nhiệt độ giảm xuống 200C thì sản lƣợng LPG là cao nhất 825,6 tấn/ngày .
Hiện nay nhiệt độ môi trƣờng xung quanh nhà máy khoảng 250C-300C. Nếu nhà máy đầu tƣ hệ thống bảo ôn cho đƣờng ống cấp khí vào Slug Catcher để giữ nhiệt độ khí đầu vào nhà máy là 250C thì lƣợng LPG thu đƣợc 820,2 tấn/ ngày, nhiều hơn lƣu lƣợng thu đƣợc thực tế tại 28,4 0C. Nhƣng xét về mặt hiệu quả kinh tế thì cần xem xét lại chi phí cho xây dựng hệ thống cách nhiệt và lợi nhuận thu đƣợc từ lƣu lƣợng LPG tăng lên.
Bảng 3.11. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm lưu lượng các dòng sản phẩm chính
STT Lƣu lƣợng Số liệu mô phỏng Số liệu thực nghiệm
1 Khí đồng hành 3,855 .106 m3/ngày 3,855.106 m3/ngày
2 Sale gas 3,357.106 m3/ngày 3,343.106 m3/ngày
3 Condensate 139 tấn/ngày 156,59 tấn/ngày
4 LPG 815,2 tấn/ngày 792,04 tấn/ngày
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 68 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
phẩm và cũng có thể thay đổi doanh thu của nhà máy. Đơn giá của Condensate và LPG tính theo USD/tấn, đơn giá của Sale gas tính theo nhiệt trị USD/triệu BTU. Do giá sản phẩm bán ra thị trƣờng khác nhau nên khi thay chế độ công nghệ sẽ làm khả năng thu hồi các sản phẩm trên thay đổi, vậy trong mô phỏng sẽ tìm một chế độ tối ƣu cho tổng doanh thu ba dòng sản phẩm trên.
Công thức tính doanh thu sản phẩm khí khô:
DT = 𝑆𝐿∗𝑁𝑇∗947,8171∗Đ𝐺
106
Trong đó:
- DT: Doanh thu, USD - SL: Sản lƣợng, m3 - NT: Nhiệt trị (MJ/m3)
- ĐG: Đơn giá, USD/triệu BTU, 1MJ = 947,8171 BTU
Trong chế độ vận hành hiện tại của nhà máy tỷ lệ chia trong bộ chia TEE-100 với lƣu lƣợng dòng qua To E-14 rồi qua tháp tách C-05 là 37%. Thì tỉ lệ thu hồi LPG khoảng 207,78 tấn/ triệu m3 khí ẩm từ giàn khoan về. Lƣu lƣợng, doanh thu từng sản phẩm LPG, Condensate, Sale gas và tổng doanh thu của nhà máy đƣợc thể hiện tại bảng 3.12.
Bảng 3.12. Tổng doanh thu sản phẩm của nhà máy
STT Tên dòng sản phẩm
Lƣu lƣợng Đơn giá Doanh thu
(USD/ngày)
1 Condensate 139 tấn/ngày 350 USD/tấn 0,4865.105
2 Bupro (LPG) 815,2 tấn/ngày 650 USD/tấn 5,2988.105
3 Sale gas 3,357.106 m3/ngày 5,39 USD/ triệu
BTU
0,5722.105
Khi thay đổi tỷ lệ của bộ chia dòng TEE-100 và sử dụng công cụ Case study để tìm doanh thu theo tỷ lệ của bộ chia TEE-100. Nhƣ kết quả đã khảo sát sự ảnh hƣởng của tỷ lệ chia dòng đến khả năng phân tách của tháp C-05, khi lƣu lƣợng sản phẩm đáy của tháp C-05 giảm thì ảnh hƣởng đến khả năng thu hồi các sản phẩm tại tháp C-01 cũng nhƣ làm thay đổi lƣu lƣợng các dòng sản phẩm chính Condensate, Bupro, Sale gas. Vì giá thành các sản phẩm cũng khác nhau nên sẽ làm thay đổi tổng doanh thu sản phẩm.
Hình 3.23. Doanh thu nhà máy phụ thuộc vào tỷ lệ chia dòng
Qua đồ thị hình 3.23 khi tỷ lệ chia dòng gần tới 38% qua thiết bị trao đổi nhiệt E- 14 thì doanh thu của dòng LPG tăng lên, trong khi đó doanh thu của dòng Sale gas và Condensate thay đổi nhƣng không nhiều. Theo kết quả khảo sát thì dòng khí sau khi qua bộ tách nƣớc V-06 A/B với 38% dòng qua thiết bị trao đổi nhiệt E-14 sẽ cho doanh thu là lớn nhất. Giá trị vận hành thực tế của nhà máy là 37% cũng gần với giá trị trong mô phỏng. Do công suất thiết kế của nhà máy đáp ứng đƣợc dòng khí đồng hành vào nhà máy với lƣu lƣợng lên tới 5,7 - 6,1 triệu m3
/ngày. Với lƣu lƣợng khí đồng hành trong tƣơng lai đƣa vào nhà máy có thể lên tới 5,5 triệu m3/ngày do đƣợc cấp bù từ các mỏ thuộc bể Nam Côn Sơn thì tối ƣu hóa tổng doanh thu sản phẩm có thể đem lại khoản lợi nhuận lớn cho nhà máy.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 70 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
3.2.3. Đề xuất các phƣơng án nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà máy 3.2.3.1. Đề xuất chu trình làm lạnh ngoài bằng propan 3.2.3.1. Đề xuất chu trình làm lạnh ngoài bằng propan
Theo kết quả khảo sát nhiệt độ dòng To Mix-100 khi nhiệt độ dòng ra thấp thì tăng khả năng thu hồi LPG cho nhà máy. Trong khi đó những dòng khí có nhiệt độ thấp trong nhà máy đã đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt. Do quá trình làm mát bằng không khí của thiết bị trao đổi nhiệt E-1011 không thể giảm nhiệt độ xuống thấp hơn nên khảo sát thêm phƣơng án làm lạnh bằng chu trình kín bên ngoài với tác nhân lạnh là propan.
Theo quy trình mô phỏng dòng nhiệt làm lạnh bằng Chiller đƣợc đƣợc kết nối với chu trình lạnh thiết lập ở dạng template.
Ƣu điểm khi sử dụng template:
• Liên kết một vài case với nhau
• Có thể sử dụng các hệ nhiệt động khác với hệ nhiệt động trong case chính
• Thuận tiện khi mô phỏng một nhà máy lớn, việc chuyển thành các case nhỏ sẽ dễ dàng thực hiện.
• Có thể làm một lần và sử dụng nhiều lần cho các case khác nữa.
Với những ƣu điểm việc thiết lập chu trình làm lạnh ở dạng template có thể thay đổi nhiệt độ dòng khí ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt E-103 thì giá trị Chiller Q cũng thay đổi theo, nhƣng với một chu trình lạnh chạy đƣợc tất cả case khác nhau. Bởi vì giá công suất làm lạnh là biến đầu vào cho quá trình, khi công suất làm lạnh đặt ra theo yêu cầu thực tế thay đổi thì các quá trình bay hơi, ngƣng tụ, làm mát… trong chu trình cũng bị thay đổi theo.
STT Tên dòng sản phẩm
Doanh thu trƣớc tối ƣu (USD/ngày)
Doanh thu sau tối ƣu (USD/ngày)
1 Condensate 0,4865.105 0,48721.105
2 Bupro (LPG) 5,2988.105 5,30576.105
3 Sale gas 0,5722.105 0,56690.105
Hình 3.24. Chu trình làm lạnh bằng propan dạng template
Hình 3.24 mô tả chu trình làm lạnh bằng propan, công suất làm lạnh theo yêu cầu của nhà máy, giá trị công suất đƣa vào Chiller Q thay đổi thì công suất của máy nén Comp HP và lƣu lƣợng dòng nhiệt trao đổi tại Condenser Cond-Q cũng thay đổi. Tác nhân làm lạnh propan là dạng nguyên liệu có nhiều trên thị trƣờng cũng nhƣ tại nhà máy xử lý khí Dinh Cố có thể tách propan từ hỗn hợp LPG, tác nhân lạnh tuần hoàn theo hệ thống kín, quá trình xảy ra tại Chiller là quá trình propan lỏng qua van tiết lƣu J-T bị giảm áp đột ngột và tự động bay hơi, quá trình bay hơi là quá trình thu nhiệt vậy dòng nhiệt từ bên ngoài Chiller Q sẽ cấp năng lƣợng cho propan bay hơi. Sau khi ra khỏi Chiller propan ở dạng hơi hoàn toàn, nếu một phần propan có thể ở dạng lỏng do quá trình tiết lƣu chƣa chuyển pha hết thì trƣớc máy nén Compress đặt bình tách tể tách lỏng tránh hiện tƣợng pha lỏng đi vào máy nén làm hỏng cánh phía trong. Máy nén có nhiệm vụ chuyển propan dạng hơi ở áp suất thấp thành dạng lỏng ở áp suất cao. Quá trình chuyển pha hơi thành lỏng là quá trình ngƣng tụ kèm theo tỏa nhiệt, dòng lỏng propan nhiệt độ cao đƣợc làm nguội tại Condenser bằng một tác nhân làm lạnh gián tiếp, nếu công suất lớn thì tác nhân làm lạnh thƣờng bằng nƣớc hoặc dung môi phù hợp, công suất Condenser thấp thì quá trình làm nguội có thể dùng không khí đối lƣu tự nhiên hoặc cƣỡng bức. Vậy sau chu trình kín thì dòng propan lỏng lại quay về van tiết lƣu J-T để thực hiện quá trình bay hơi. Theo nguyên lý của chu trình lạnh thì nhiệt đƣợc lấy ở khu vực nhiệt độ cao Chiller Q và nhả nhiệt tại khu vực nhiệt độ thấp Cond-Q. Quá trình này trái với quy luật tự nhiệt là nhiệt chỉ truyền từ khu vực nhiệt độ cao sang khu vực nhiệt
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 72 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
nhiệt tại Condenser. Theo dự kiến chi phí năng lƣợng tiêu tốn cho máy nén thấp hơn lợi nhuận do lƣu lƣợng LPG tăng lên nên phƣơng án lắp đặt thêm hệ thống làm lạnh ngoài đang đƣợc nhà máy tính đến.
Hình 3.25. Lưu trình mô phỏng có sử dụng chu trình lạnh propan
Hình 3.25 mô tả sự kết nối thêm chu trình lạnh hỗ trợ quá trình làm lạnh dòng khí sau khi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí E-1011, sau quá trình làm lạnh bên ngoài thì dòng khí công nghệ sẽ đƣợc quay trở lại thiết bị tách nƣớc V-06 A/B cùng với dòng khí tuần hoàn về từ đỉnh tháp C-01. Do công suất của E-1011 bị hạn chế bởi nhiệt độ của không khí nên không làm lạnh dòng khí To E-1011 xuống nhiệt độ thấp vì vậy quá trình làm lạnh bằng chu trình lạnh bên ngoài là cần thiết để tăng khả năng thu hồi LPG.
Nhận thấy theo yêu cầu về công nghệ thì nhiệt độ dòng khí ra khỏi máy giãn Expander CC01-Exp nhỏ nhất là -170C, nên không thể hạ thấp nhiệt độ này hơn giá trị cho phép về công nghệ. Do cấu tạo của vật liệu của tháp C-05 chỉ chịu đƣợc nhiệt độ giới hạn cho phép. Nhƣ kết quả khảo sát khi hạ thấp nhiệt độ dòng ra khỏi thiết bị E-1011 thì lƣợng LPG thu đƣợc tăng lên. Ngƣợc lại nhiệt độ dòng ra khỏi thiết bị làm mát bằng không khí E-1011 hạ thấp thì nhiệt độ dòng ra của Expander cũng giảm theo. Cũng theo thiết kế cho tháp C-05 thì nhiệt độ dòng To C05(1) vào tháp C-05 từ đỉnh tháp không nhỏ hơn -700C. Khảo sát qua đồ thị thì khi nhiệt độ dòng To Mix-100 thay đổi trong khoảng 150C đến 600C thì nhiệt độ dòng To C05(1) luôn lớn hơn -700C. Trong qui trình công nghệ không đƣợc phép vận hành các thiết bị ngoài giá trị thiết kế. Vậy quá trình khảo sát nhiệt độ để làm lạnh dòng khí ra khỏi E-1011 là rất quan trọng vì quá trình làm lạnh xuống nhiệt độ thấp quá sẽ không đảm bảo cho chế độ hoạt động của tháp C-05 theo thiết kế ban đầu.
Hình 3.26. Sự thay đổi nhiệt độ dòng To Mix-100
Nhiệt độ của dòng To-C05(2) đi vào đáy tháp C-05 tỷ lệ thuận với nhiệt độ dòng ra khỏi E-103. Vậy để tối ƣu hóa về lợi nhuận và đảm bảo chế độ công nghệ thì bố trí thêm chu trình làm lạnh ngoài bằng propan làm lạnh dòng To Mix-100 xuống nhiệt độ thấp nhất để nhiệt độ dòng To C05(2) đạt -170C. Sử dụng công cụ Adjust ADJ-3 để tìm giá trị nhiệt độ của dòng To Mix-100 là 36,150C. Vậy chu trình lạnh ngoài bằng propan sẽ làm lạnh nhiệt độ dòng Out E-1011 từ 420C hiện hành xuống 36,150C. Sau khi kết nối chu trình lạnh dạng template với dòng nhiệt Chiller của thiết bị trao đổi nhiệt E-103 đƣợc kết quả nhƣ hình 3.27.
Hình 3.27. Chu trình làm lạnh bằng propan
Lƣu lƣợng LPG thu đƣợc tăng hơn so với thiết kế ban đầu nhƣng cần năng lƣợng để chạy máy nén cho chu trình lạnh.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 74 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
phẩm (USD/ngày)
1 Condensate 138,8 tấn/ngày 350 USD/tấn 0,4858.105
2 Bupro (LPG) 825,1 tấn/ngày 650 USD/tấn 5,363.105
3 Sale gas 3,352.106 m3/ngày 5,39 USD/
triệu BTU
0,5668.105
Doanh thu 6,4156.105
Lợi nhuận tăng so với thiết kế ban đầu: 6,4156.105- 6,3575.105 = 0,0581.105 USD/ ngày.
Giá điện công nghiệp năm 2015 là 1325 đ/kw.h, tƣơng đƣơng với 1,673.10-5
USD/kJ
Năng lƣợng tiêu tốn cho máy nén: 614,9 Hp = 614,9.0,76.3600.24 = 40376793 kJ/ngày
Chi phí năng lƣợng trong 1 ngày của máy nén: 40376793. 1,673.10-5
= 675,5038 USD/ngày
Quá trình làm mát ở Condenser từ nhiệt độ 72,6oC xuống 50 oC thì chủ yếu dùng nƣớc nên giá năng lƣợng chỉ bằng 50% năng lƣợng điện.
Năng lƣợng tiêu tốn cho Condenser: 1663. 0,76.3600.24 = 109199232 kJ/ngày Chi phí năng lƣợng trong 1 ngày của thiết bị Condenser: 118654848. 1,673.10-5
.0,5 =913,4516 USD/ngày.
Lợi nhuận tăng thêm sau khi trừ chi phí năng lƣợng của chu trình làm lạnh ngoài: 0,0581.105 – (675,5038 + 913,4516 ) = 4,221.103 USD/ ngày.
Những phần chi phí năng lƣợng khác trong các thiết bị trao đổi nhiệt coi nhƣ không khác nhau nhiều giữa hai chế độ làm lạnh sâu dòng khí ra khỏi E-1011 và không làm lạnh. Vậy chi phí năng lƣợng chủ yếu cho chu trình lạnh là điện năng cung cấp cho máy nén và tác nhân làm mát cho Condenser. Tổng chi phí năng lƣợng cho hai thiết bị trên thấp hơn nhiều lợi nhuận phần tăng lên của nhà máy, qua tính toán trên thấy rằng nếu bố trí thêm chu trình làm lạnh bằng propan sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn ban đầu.
3.2.3.2. Đề xuất phân xƣởng làm ngọt khí
Quá trình xử lý khí ở nhà máy khí Dinh cố hiện tại không có phân xƣởng làm ngọt khí do thành phần khí từ bể Cửu Long có tổng hàm lƣợng CO2 và H2S rất thấp. Nhƣng dự định vào cuối năm 2015 hoặc các năm tiếp theo do khí đồng hành cấp từ các mỏ hiện tại không đảm bảo công suất của nhà máy, vì vậy nhu cầu nguồn khí từ các mỏ khác nhƣ mỏ Thiên Ƣng, Sử Tử Trắng và các mỏ khí từ bể Nam Côn Sơn thì hàm lƣợng H2S và CO2 sẽ tăng lên. Tổng hàm lƣợng hai khí này trong khoảng 3%-5% với tổng lƣu lƣợng đƣa về nhà máy khoảng 5,5 triệu m3/ngày. Do đó nhu cầu làm ngọt khí là cần thiết để có dòng Sale gas cung cấp cho nhà máy đạm đảm bảo chất lƣợng để tổng hợp Urê. Do nếu dùng Sale gas cho quá trình reforming hơi nƣớc để sản xuất khí tổng hợp cho quá trình sản xuất đạm Urê thì CO2, H2S sẽ làm ngộ độc xúc tác, vậy nếu có phƣơng pháp làm ngọt khí để tách CO2 và H2S hiệu