Chức năng của tháp là ổn định dòng Condensate và tách metan và etan ra khỏi hỗn hợp. Nguyên liệu đƣa vào tháp là dòng lỏng sản phẩm đáy của tháp C-05 đƣợc giảm áp từ 33,4 bar xuống 28 bar. Hai dòng còn lại cũng đƣa vào tháp là V03- Vapor và V03-Liq, bản chất của hai dòng này là một phần pha hơi và lỏng lấy từ bình tách V-03. Trƣớc khi đƣa vào tháp C-01 cũng đƣợc giảm áp bằng van PV-1305 và FV-1701 xuống áp suất 28 bar. Tổ hợp hai tháp C-01 và C-05 cho với nguyên liệu là khí đồng hành cho ra hai dòng sản phẩm Sale gas và C3+. Hai tháp trên hoạt động tốt nhờ vào sự hỗ trợ của các bình tách, thiết bị trao đổi nhiệt cũng nhƣ các van điều áp của các dòng trƣớc khi vào tháp.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 56 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
Tháp C-01 có 32 đĩa và là loại tháp có thiết bị đun sôi đáy tháp để hồi lƣu một phần sản phẩm đáy và cấp nhiệt cho quá trình sôi trong tháp. Với ba dòng nhập liệu đƣa vào tháp C-01 tại các vị trí đĩa số 1,3,20. Các dòng nhập liệu đều là hỗn hợp lỏng hơi nhƣng với thành phần cấu tử và thành phần pha hơi khác nhau, các vị trí nạp liệu với khoảng cách đủ lớn đƣợc bố trí trên tháp sẽ cho thời gian lƣu hợp lý để quá trình truyền khối là tối ƣu. Dòng có thành phần pha hơi lớn sẽ nạp liệu ở vị trí thấp hơn các dòng còn lại. Sản phẩm đáy tháp C-01 thành phần chính là C3+ đƣợc đƣa qua tháp C-02 để tiến hành tách Condensate ra khỏi butan và propan. Sản phẩm đỉnh tháp thành phần chính gồm khí metan và etan đƣợc tuần hoàn đƣa qua quá trình tách nƣớc ở tháp V-06 A/B.
Bảng 3.8. Thành phần dòng sản phẩm đáy và đỉnh tháp C-01
Để tháp C-01 hoạt động hiệu quả thì dòng metan và etan đƣợc tách từ đỉnh tháp để đƣa lên tháp C-05 phải đạt đƣợc nồng độ nhất định, để tháp C-01 làm làm việc hiệu quả thì nồng độ etan ở đỉnh tháp C-02 không vƣợt quá 0,033 phần mol. Mô phỏng tháp C-01 dùng công cụ Adjust để điều chỉnh nồng độ của etan trong tháp C- 01. Reboiler của tháp C-01 duy trì dòng hồi lƣu đáy tháp và cấp nhiệt cho quá trình chƣng cất xảy ra liên tục, nhiệt độ hoạt động ở 94,330C và áp suất 27,7 bar.
Hình 3.12. Giao diện mô phỏng ADJ-02
Tháp C-01 có đƣờng kính thiết kế 2,6 m, khoảng cách không gian trên đĩa 0,6 m, thể tích truyền khối trên mỗi đĩa 3,239 m3. Hiệu quả phân tách trên đĩa 75%. Năng lƣợng cung cấp cho tháp C-01 hoạt động là nhiệt đƣợc cung cấp từ dòng dầu nóng trao đổi nhiệt gián tiếp trong Reboiler. Để tháp C-01 đủ điều kiện thì nồng độ etan trong pha lỏng tại Reboiler không vƣợt quá 0,03 phần mol, khi nồng độ etan tại Reboiler thấp thì khả năng phân tách tốt và dòng sản phẩm đáy tháp chủ yếu là các cấu tử nặng với thành phần chính là propan, i-butan, n-butan…Đây là dòng nguyên liệu cho tháp chƣng cất C-02, trƣớc khi dòng sản phẩm đáy tháp C-01 vào tháp C- 02 thì đƣợc giảm áp bởi van FV-1301 đến áp suất làm việc 12 bar.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 58 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
nhƣ tuyến tính theo độ cao của tháp, tại các đĩa nạp liệu số 1,3,20 cũng không ảnh hƣởng nhiều đến sự thay đổi áp suất trong tháp. Trong thực tế vận hành thì áp suất trên các đĩa của tháp hầu nhƣ không đổi và giữ ở 27,7 bar. Do hỗn hợp lỏng hơi đi trong tháp có độ nhớt thấp và đặc điểm cấu tạo của tháp đĩa thì trở lực rất nhỏ. Qua sự thay đổi áp suất trong tháp chƣng cất cho ta thấy trở lực qua các đĩa theo chiều cao của tháp hầu nhƣ không đổi, áp suất giảm qua mỗi đĩa trên tháp khoảng 0,01 bar. Với trở lực trên các đĩa trong tháp nhỏ không ảnh hƣởng nhiều đến quá trình làm việc trong tháp, thì làm cho quá trình bay hơi và ngƣng tụ xảy ra thuận lợi cũng nhƣ dễ dàng điều khiển quá trình hoạt động của tháp ổn định đƣợc theo thời gian.
Hình 3.14. Sự thay đổi nhiệt độ trong tháp C-01
Hình 3.14 cho thấy sự thay đổi nhiệt độ trong tháp C-01, nhiệt độ từ đỉnh tháp xuống đáy tháp tăng từ 10,2 0C đến 79,6 0C, nhƣng tại các vị trí đĩa nạp liệu 1,3,20 thì nhiệt độ có sự thay đổi nhiều do quá trình bay hơi và ngƣng tụ trên các đĩa trên xảy ra mạnh hơn các đĩa khác trong tháp, gần về phía đỉnh tháp thành phần các cấu tử nhẹ tăng lên và các cấu tử nặng giảm xuống. Nhiệt độ tại Reboiler đạt 94,330C để đảm bảo đun sôi một phần lỏng bốc hơi trở lại tháp, nhiệt độ của dầu nóng cấp cho Reboiler khoảng 2550C, quá trình trao đổi nhiệt giữ hai lƣu chất trong thiết bị là trao đổi nhiệt gián tiếp và dầu nguội sẽ đƣợc trở lại heater để đốt nóng trở lại.
Hình 3.15. Sự thay đổi thành phần các cấu tử trong tháp C-01
Hình 3.15 cho thấy các cấu tử chính trong tháp C-01 thay đổi không đồng đều, do thành phần propan lớn nên từ vị trí đĩa nạp liệu số 20 xuống đáy tháp thành phần propan tăng nhanh và ảnh hƣởng đến quá trình ngƣng tự propan trên các đĩa số 20 tới đáy tháp. Thành phần butan và pentan từ đỉnh tháp tới đáy tháp có tăng nhƣng không nhiều do thành phần chiếm với tỉ lệ thấp trong tháp. Qua đồ thị ta nhận thấy trong dòng nhập liệu đƣa đến từ bình tách V-03 có hàm lƣợng propan cao nên thành phần propan tăng nhanh trên các đĩa trong khoảng phía đĩa nạp liệu. Còn các tử pentan và butan không thay đổi nhiều trong toàn bộ tháp. Áp suất vận hành của tháp C-01 thƣờng phụ thuộc vào lƣu lƣợng khí đồng hành vào nhà máy, sự hoạt động của tổ hợp máy nén và giảm áp CC-01, sự thay đổi áp suất cũng làm nhiệt độ thay đổi theo.
Bảng 3.9. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của tháp C-01
STT Thông số Số liệu mô phỏng Số liệu thực nghiệm
1 Nhiệt độ đỉnh tháp 10,19 0C 10 0C
2 Nhiệt độ đáy tháp 84,9 0C 95 0C
3 Áp suất đỉnh tháp 27,51 bar 27 bar
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 60 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
nguyên liệu của tháp ổn định C-02 là dòng sản phẩm đáy của tháp C-01 đƣợc giảm áp qua van FV-1301 từ 27,7 bar xuống 12 bar. Do tách các cấu tử có nhiệt độ sôi gần nhau nên tháp C-02 có tới 30 đĩa, sản phẩm đỉnh tháp thành phần chính là hỗn hợp butan và propan đƣợc ngƣng ở điều kiện 11,15 bar, đây là dạng khí hóa lỏng cung cấp cho hộ gia đình hoặc nhu cầu khác trong công nghiêp.
Hình 3.16. Giao diện mô phỏng tháp C-02
Tháp ổn định C-02 cũng có thiết bị đun sôi đáy tháp hoạt động ở áp suất 11,35 bar và nhiệt độ 1570C. Điều kiện cho tháp C-02 hội tụ trong điều kiện công nghệ của nhà máy tỷ lệ hồi lƣu theo khối lƣợng của dòng sản phẩm đỉnh là 70%, nồng độ n-pentan trong pha lỏng của Condenser đạt 1,5% mol. Tháp C-02 nhằm mục đích thu hồi LPG cho quá trình tách khí của nhà mày, sản phẩm LPG phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ áp suất Sale gas, khi áp suất Sale gas càng thấp thì LPG thu đƣợc càng nhiều nhƣng nếu áp suất Sale gas thấp quá sẽ ảnh hƣởng đến quá trình vận chuyển khí thƣơng phẩm tới nơi tiêu thụ. Để tăng lƣợng LPG cần giảm nhiệt độ sau máy nén đầu vào xuống nhiệt độ thấp nhất có thể, điều chỉnh tỉ lệ E-14/CC-01, vận hành tháp C-01 sao cho C2- tiệm cận giá trị max cho phép, vận hành tháp C-02 sao cho C5+ trong LPG tiệm cận max cho phép.
Hình 3.17. Sự thay đổi nhiệt độ trong tháp C-02
Hình 3.17 cho thấy sự thay đổi nhiệt độ trong tháp C-02 cũng có sự khác nhau. Từ trên đỉnh tháp xuống đáy tháp thì nhiệt độ tăng dần, nhƣng từ đĩa đỉnh tháp đến đĩa giữa tháp nhiệt độ tăng nhanh hơn so vơi các đĩa còn lại của tháp. Vậy khu vực tháp gần đĩa nạp liệu số 8 có sự thay đổi nhiệt độ nhiều do tại các đĩa này quá trình truyền khối giữa pha lỏng và pha khí xảy ra mạnh hơn. Sản phẩm đáy thành phần chính là C4+, sản phẩm đƣa qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt cho quá trình tách ở tháp C-01 và tồn chứa ở dạng Condensate ở điều kiện áp suất và nhiệt độ môi trƣờng.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 62 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
phần tăng dần về phía đáy tháp. Quá trình thay đổi nồng độ tại các đĩa không đồng đều, tại các đĩa gần vị trí nạp liệu thì sự thay đổi thành phần nhiều hơn. Sản phẩm đáy tháp chủ yếu là các cấu tử C4+, còn sản phẩm đỉnh tháp thành phần chính là propan, butan và một số cấu tử metan, etan, C4+. Tháp C-02 là thiết bị phân tách không thể thiếu trong qui trình công nghệ của nhà máy để tách LPG với hàm lƣợng butan, propan phù hợp với nhu cầu của khách hàng. Trong quá trình vận hành thực tế phải đảm bảo LPG có nồng độ C2-, C5+ tiệm cận với hàm lƣợng lớn nhất mà TCVN, tiêu chuẩn thị trƣờng, tiêu chuẩn công ty cho phép.
Bảng 3.10. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của tháp C-02
STT Thông số Số liệu mô phỏng Số liệu thực nghiệm
1 Nhiệt độ đỉnh tháp 53,82 0C 55 0C
2 Nhiệt độ đáy tháp 142,8 0C 137 0C
3 Áp suất đỉnh tháp 11,25 bar 10,5 bar
4 Áp suất đáy tháp 11,25 bar 10,5 bar
3.2. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ TỐI ƢU HÓA NHÀ MÁY
3.2.1. Khảo sát khả năng thu hồi LPG
Nhà máy xử lý khí Dinh Cố vào hoạt động với các sản phẩm là Condensate, LPG, Sale gas. Trong thực tế nhu cầu LPG trong nƣớc rất lớn và giá thành cao hơn các sản phẩm khác, vậy quá trình tối ƣu hóa khả năng thu hồi LPG sẽ mang lại lợi nhuận cao cho nhà máy. Trong quá trình vận hành thì có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng thu hồi LPG, nhƣng trong đề tài này chỉ khảo sát các yếu tố có thể điều khiển đƣợc bằng cách thay đổi thông số vận hành nhƣ tỷ lệ chia dòng, nhiệt độ, áp suất … Khi các yếu tố đầu vào thay đổi làm cho quá trình phân tách tại các tháp C-05, C-01, C-02 cũng thay đổi theo, dẫn đến lƣu lƣợng các dòng sản phẩm LPG, Condensate và Sale gas có giá trị khác nhau, bản chất các dòng sản phẩm trên có giá bán trên thị trƣờng cũng khác nhau. Chính vì vậy tìm ra một quá trình công nghệ để tối ƣu doanh thu sản phẩm bằng cách tăng lƣu lƣợng các dòng có giá trị kinh tế cao và giảm lƣu lƣợng các dòng có giá trị kinh tế thấp là rất quan trọng cho nhà máy.
3.2.1.1. Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ của bộ chia TEE-100
Trong quá trình vận hành nhà máy vấn đề an toàn luôn đƣợc ƣu tiên trên hết, sau đó quan tâm đến vận hành của các thiết bị chính nhƣ máy nén, máy phát điện khí, CC-01, hệ thống điều khiển, hệ thống phụ trợ… Các ƣu tiên theo thứ tự: Nhận hết khí ngoài giàn, cấp khí cho nhà máy điện, tối ƣu sản phẩm lỏng trong nhà máy, trong việc tối ƣu sản phẩm lỏng thì chú ý đến hàm lƣợng C3 trong Sale gas, hàm lƣợng này càng nhỏ càng tốt vì chứng tỏ các thành phần C3+ đã đƣợc giữ lại tối đa trong nhà máy, không bị mất đi. Trong các yếu tổ ảnh hƣởng đến khả năng thu hồi LPG thì yếu tố tỷ lệ chia dòng E-14, CC-01-Exp là một trong những yếu tố công nghệ đƣợc quan tâm. Khi bộ chia TEE-100 có tỷ lệ dòng thay đổi thì làm thay đổi lƣu lƣợng các dòng vào máy giảm áp CC01-Exp và vào thiết bị trao đổi nhiệt E-14, các dòng này làm ảnh hƣởng đến hiệu quả phân tách của tháp C-05. Thành phần các cấu tử trong sản phẩm đỉnh và đáy tháp C-05 cũng ảnh hƣởng đến khả năng thu hồi Bupro tại tháp C-02, sự thay đổi lƣu lƣợng Bupro là do sự thay đổi thành phần propan và butan trong dòng Sale gas. Khi thành phần Bupro trong dòng Sale gas thấp thì khả năng thu hồi LPG cao, sử dụng công cụ Case study khảo sát sự thay đổi tỉ lệ phần trăm dòng qua thiết bị trao đổi nhiệt To E-14 với giá trị khảo sát từ 30% đến 70%. Sự thay đổi lƣu lƣợng khối lƣợng LPG (Bupro) theo tỷ lệ chia dòng đƣợc thể hiện qua đồ thị hình 3.19.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 64 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B
thì lƣu lƣợng LPG thu đƣợc là lớn nhất 816 tấn/ ngày. Trong thực tế tỷ lệ chia trong vận hành của nhà máy tại quí I năm 2015 là 37% dòng khí khô qua thiết bị trao đổi nhiệt E-14 và van giảm áp FV-1001 trƣớc khi vào tháp tách C-05, lƣu lƣợng LPG thu đƣợc khoảng 800 tấn/ngày. Vậy giá trị mô phỏng cũng sát với giá trị vận hành của nhà máy. Tỷ lệ chia dòng đã ảnh hƣởng đến sự hoạt động của các tháp tách, khi lƣu lƣợng khối lƣợng LPG giảm đồng nghĩa với một lƣợng lớn C3 đã bị lẫn trong dòng Sale gas.
Hình 3.20. Thành phần C3,4 trong dòng Sale gas thay đổi theo tỷ lệ chia TEE-100
Hình 3.20 cũng cho thấy sự thay đổi thành phần C3, C4 trong dòng khí thƣơng phẩm Sale gas theo sự thay đổi của tỷ lệ chia dòng của bộ chia TEE-100, khi lƣu lƣợng Bupro thu đƣợc tăng lên thì nồng độ C3, C4 trong dòng khí thƣơng phẩm cũng giảm xuống. Vì thành phần chính của dòng Bupro tại đỉnh tháp C-02 gồm hai cấu tử chính là propan và butan, khi lƣợng propan và butan trong khí thƣơng phẩm giảm xuống thì những cấu tử này sẽ thuộc về dòng Bupro. Với 38% dòng khí sau khi tách nƣớc tại tháp tách nƣớc V-06 A/B qua thiết bị trao đổi nhiệt E-14 trƣớc khi vào đỉnh tháp C-05 thì tổng thành phần propan và butan trong dòng Sale gas là nhỏ nhất. Qua số liệu ở trên cũng thấy đƣợc sự khác nhau của tỷ lệ chia dòng ở bộ chia TEE-100 làm thay đổi chế độ hoạt động của tháp tách C-05.
3.2.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ dòng To Mix-100
Do áp suất dòng khí vào tháp tách nƣớc V-06 A/B của nhà máy xử lý khí Dinh Cố khi thiết kế là 109 bar nhƣng hiện tại áp suất khí nén ở ngoài giàn khoan giảm do sản lƣợng khí thấp hơn thời gian trƣớc đây và áp suất vào bờ cũng giảm theo xuống còn khoảng 71,1 bar nên khi dòng khí qua Slug Catcher áp suất thấp hơn thiết kế nên phải có cụm nén khí K-100 và làm mát bổ sung bằng không khí E- 1011. Khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ sau khi qua tháp giải nhiệt bằng không khí đến khả năng thu hồi LPG thu đƣợc kết quả ở đồ thị hình 3.21.
Hình 3.21. Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng To Mix-100 đến lưu lượng sản phẩm
Khi nhiệt độ dòng khí ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí E-1011 thay đổi thì cũng ảnh hƣởng đến chế độ hoạt động của những thiết bị kế tiếp, qua đồ thì