3.1.1. Giới thiệu chung
Cũngg nhƣ bất cứ một nhà mỏy sản xuất nào, điện là một nhu cầu tất yếu đối với nhà mỏy lọc húa dầu. Tuy nhiờn, việc cung cấp điện đối với nhà mỏy lọc
húa dầu cú những yờu cầu riờng biệt. Sự cố phải dừng nhà mỏy lọc húa dầu
khụng cú kế hoạch là rất cần hạn chế trong vận hành, vỡ khi dừng nhà mỏy bất thƣờng sẽ gõy thiệt hại lớn về kinh tế: việc khởi động lại hoạt động nhà mỏy là cụng việc rất khú khăn phức tạp, rất nhiều sản phẩm khụng đạt chất lƣợng sản sinh ra trong giai đoạn này cần phải chế biến lại. Mặt khỏc, khi dừng nhà mỏy bất thƣờng xuất hiện nhiều nguy cơ gõy mất an toàn nhà mỏy và gõy ụ nhiễm
mụi trƣờng. Trong cỏc nguyờn nhõn phải dừng nhà mỏy thỡ nguyờn nhõn do sự cố điện chiếm tỷ lệ tƣơng đối lớn, đặc biệt là cỏc nƣớc kộm phỏt triển. Vỡ vậy, nguồn điện ổn định là yờu cầu hàng đầu để giảm thiểu thiệt hại vỡ lý do nguồn cung cấp năng lƣợng. Trong thực tế, tựy thuộc vào tiờu chuẩn thiết kế nhà mỏy, tiờu chuẩn an toàn mà hệ thống cấp điện đƣợc thiết kế khỏc nhau (theo từng quốc gia), đối với đa số cỏc nhà mỏy, thụng thƣờng cú ba hệ thống cung cấp điện cho nhà mỏy: nguồn điện do nhà mỏy tự sản xuất, nguồn điện lấy từ ngoài hàng rào nhà mỏy và nguồn điện dự phũng trong trƣờng hợp khẩn cấp (chỉ cấp cho một số hộ tiờu thụ nhất định). Phõn xƣởng phỏt điện trong nhà mỏy đƣợc thiết kế để đảm bảo đỏp ứng nhu cầu tiờu thụ điện nội tại và cấp một phần hơi bổ sung cho hệ thống cung cấp hơi.
Ngoài nhu cầu về điện năng, trong cỏc nhà mỏy lọc húa dầu cú nhu cầu lớn về hơi nƣớc ở cỏc mức ỏp suất khỏc nhau. Hơi nƣớc đƣợc sử dụng cho cỏc mục đớch chớnh là: phỏt điện, làm động lực cho một số động cơ tuốc bin, gia nhiệt, phục vụ bảo dƣỡng,… Hơi nƣớc đƣợc sản xuất từ nồi hơi của phõn xƣởng phỏt điện, cỏc nồi hơi tận dụng nhiệt trong nhà mỏy. Nhu cầu hơi trong nhà mỏy lọc húa dầu (ở cỏc mức ỏp suất khỏc nhau) là rất lớn cho cỏc nhu cầu gia nhiệt, chạy cỏc động cơ (sử dụng động cơ tuốc bin hơi) dẫn động thiết bị cú cụng suất lớn, tải khụng ổn định. Hơi trong nhà mỏy đƣợc sản xuất ở nhiều cấp khỏc nhau (đƣợc phõn chia dựa theo ỏp suất và nhiệt độ) để đỏp ứng cỏc yờu cầu sử dụng đa dạng của cỏc hộ tiờu thụ:
- Hơi cú ỏp suất rất cao: Hơi ở mức ỏp suất rất cao (trờn 100 at) đƣợc sử dụng cho mục đớch chạy cỏc tuốc-bin hơi của mỏy phỏt điện.
- Hơi cao ỏp: Hơi ỏp suất cao (ỏp suất khoảng trờn 40 at) dựng để dẫn
động cỏc tuốc bin của một số mỏy nộn, mỏy bơm cú cụng suất lớn và tải khụng ổn định, ngoài ra hơi cao ỏp cũngg đƣợc sử dụng để gia nhiệt trong một số phõn xƣởng cụng nghệ.
- Hơi trung ỏp: Hơi trung ỏp (ỏp suất khoảng 12-15 at) đƣợc sử dụng để
dẫn động một số tuốc bin hơi và cho mục đớch gia nhiệt.
- Hơi thấp ỏp: Hơi thấp ỏp trong nhà mỏy thƣờng là dạng hơi thấp ỏp quỏ nhiệt (ỏp suất trong khoảng 4 at) đƣợc sử dụng với mục đớch chớnh là gia nhiệt và bảo dƣỡng mỏy múc thiết bị..
Để nguồn hơi cung cấp đƣợc ổn định, cũngg nhƣ tăng cƣờng khả năng điều tiết khả năng cung cấp hơi ở cỏc mức ỏp suất khỏc nhau, hơi trong nhà mỏy đƣợc nối kết thành mạng lƣới phõn phối. Chi tiết hệ thống phỏt điện và hơi đƣợc trỡnh bày trong mục dƣới đõy.
3.1.2. Cấu hỡnh và sơ đồ hệ thống
Trong cỏc nhà mỏy lọc dầu, thụng thƣờng cú một phõn xƣởng phỏt điện để đỏp ứng nhu cầu điện năng nội tại của nhà mỏy (ngoại trừ cỏc quốc gia nhƣ vựng Trung đụng nguồn điện lƣới quốc gia ổn định và rất rẻ). Việc xõy dựng một phõn xƣởng phỏt điện bờn trong nhà mỏy lọc húa dầu khụng chỉ với mục đớch chủ động nguồn cung cấp điện năng, an toàn nguồn điện cung cấp mà cũn cú ý nghĩa nõng cao đƣợc hiệu quả kinh tế chung nhà mỏy do tận dụng đƣợc cỏc nguồn dầu thải, khớ thải chất lƣợng thấp để làm nhiờn liệu. Ngoài ra, phõn xƣởng điện cũn cú vai trũ bổ sung lƣợng hơi nƣớc cho cỏc hộ tiờu thụ trong nhà mỏy mà cỏc nồi hơi tận dụng nhiệt trong cỏc phõn xƣởng cụng nghệ khụng đủ cụng suất để đỏp ứng.
Trong thực tế, về nguyờn lý, cỏc tua bin dẫn động mỏy phỏt điện cú thể sử dụng loại tua bin khớ hoặc tua bin hơi. Tuy nhiờn, do đặc thự của nhà mỏy lọc dầu mà tuốc bin hơi và đi kốm theo là cỏc lũ hơi cao ỏp đƣợc sử dụng phổ biến trong cỏc phõn xƣởng điện của Nhà mỏy lọc húa dầu. Lý do của việc sử dụng cấu hỡnh này là:
- Nhu cầu hơi trong nhà mỏy lọc húa dầu là rất lớn, lƣợng hơi đƣợc sản
xuất từ cỏc phõn xƣởng cụng nghệ do tận dụng cỏc nguồn nhiệt thải và nguồn khớ nhiờn liệu dƣ thừa khụng đỏp ứng đƣợc nhu, vỡ vậy, cần phải cú nguồn cung cấp hơi bổ sung cho nhu cầu toàn nhà mỏy. Giải phỏp thớch hợp về mặt kỹ thuật và kinh tế là phối hợp giữa việc phỏt điện và cấp hơi cho bổ sung cho hệ thống hơi của nhà mỏy.
- Sử dụng tuốc bin khớ để phỏt điện cú thể đơn giản húa phõn xƣởng điện, tuy nhiờn, khụng phự hợp với nhà mỏy lọc húa dầu vỡ nếu dựng tuốc bin khớ thỡ nguồn dầu và khớ sử dụng phải sạch trong khi Nhà mỏy thƣờng tồn tại một lƣợng lớn dầu thải hoặc dầu cặn cú chất lƣợng thấp cần phải đƣợc tận dụng. Nếu sử dụng cỏc nguồn nhiờn liệu này cho tuốc bin khớ thỡ cần phải đầu tƣ thờm một khoản kinh phớ khụng nhỏ cho cỏc thiết bị xử lý để làm sạch nguồn nhiờn liệu này.
Chớnh vỡ những lý do trờn, trong nhà mỏy lọc húa dầu, ngƣời ta thƣờng phối hợp sản xuất điện với sản xuất hơi để nõng cao hiệu quả quỏ trỡnh tận dụng năng lƣợng nhằm tăng cao hiệu quả kinh tế và giảm đƣợc lƣợng khớ thải vào mụi trƣờng. Sơ đồ tổng quỏt quỏ trỡnh sản xuất điện, hơi và chu trỡnh tận dụng năng lƣợng đƣợc đƣa ra trong hỡnh H 11.
Hệ thống phối hợp sản xuất điện và hơi bao gồm một số nồi hơi thớch hợp để sản xuất hơi siờu cao ỏp để dẫn động tua bin hơi phỏt điện. Số nồi hơi đƣợc xỏc định trờn cơ sở đảm bảo cõn bằng hơi trong toàn nhà mỏy và đảm bảo độ dự phũng nhất định. Với mục đớch cõn bằng nhu cầu sử dụng hơi ở cỏc mức ỏp suất khỏc nhau trong, một hệ thống cỏc thiết bị giảm ỏp (Let down) đƣợc lắp đặt để điều tiết nguồn cung cấp hơi. Điện năng sản xuất từ phõn xƣởng điện đƣợc kết nối với hệ thống phõn phối điện của nhà mỏy. Hơi nƣớc đƣợc đƣa tới mạng lƣới phõn phối, thụng thƣờng trong Nhà mỏy lọc dầu cú quy mụ lớn cú bốn cấp hơi: hơi siờu cao ỏp, hơi cao ỏp, hơi trung ỏp và hơi thấp ỏp. Hơi siờu cao ỏp (HHP) chỉ đƣợc sử dụng để phỏt điện và một phần giảm ỏp cho cấp hơi cao ỏp trong trƣờng hợp lƣợng hơi cao ỏp thiếu hụt. Hơi cao ỏp (HP) và trung ỏp (MP) đƣợc sử dụng để chạy cỏc tuốc bin hơi dẫn động và gia nhiệt. Hơi thấp ỏp đƣợc sử dụng với mục đớch chớnh là gia nhiệt và cỏc hoạt động bảo dƣỡng mỏy múc thiết bị. Hơi đƣợc sản xuất từ cỏc phõn xƣởng cụng nghệ và phõn xƣởng điện đƣợc đƣa tới hệ thống phõn phối hơi. Hệ thống cung cấp hơi trong nhà mỏy đƣợc chia thành ba cấp cao, trung và thấp ỏp. Hơi đƣợc cấp tới cỏc hộ tiờu thụ bằng mạng lƣới đƣờng ống.
Giữa cỏc cấp hơi cú hệ thống điều tiết để đảm bảo cõn bằng nhu cầu hơi trong toàn nhà mỏy. Khi ỏp suất hệ thống hơi giảm ỏp (do nhu cầu tiờu thụ cao hơn) cỏc thiết bị sản xuất hơi ở cấp ỏp suất này khụng đảm bảo đỏp ứng nhu cầu thỡ lập tức hơi ở cấp cao hơn sẽ đƣợc giảm ỏp để bổ sung cho nhu cầu đột biến về hơi ở cấp ỏp suất thấp hơn.
Hơi nƣớc sau khi đi qua cỏc tuốc bin hơi, một phần hơi nƣớc sẽ ngƣng tụ, phần hơi khụng ngƣng sẽ đƣợc hũa vào hệ thống hơi thấp ỏp. Nƣớc ngƣng cao và trung ỏp cũngg đƣợc đƣa tới bể phõn tỏch để thu hồi hơi thấp ỏp và thu hồi nƣớc ngƣng đem xử lý, tỏi sử dụng. Hệ thống phõn phối hơi phải đƣợc thiết kế trờn cơ sở cõn bằng giữa cung cầu, tuy nhiờn, cụng suất cung cấp thƣờng phải lớn hơn 10-20% so nhu cầu bỡnh thƣờng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống trong trƣờng hợp cú những nhu cầu đột biến và tớnh đến mở rộng trong tƣơng lai. Một điểm cần lƣu ý trong quỏ trỡnh thiết kế, vận hành hệ thống sản xuất và phõn phối hơi là phải tớnh đến hết cỏc tỡnh huống khi một phõn xƣởng cụng nghệ cú thiết bị sản xuất hơi gặp sự cố thỡ vẫn phải đảm bảo cõn bằng cung cầu hơi trong mọi trƣờng hợp, trỏnh ảnh hƣởng tới hoạt động của cỏc phõn xƣởng khỏc do thiếu nguồn hơi.
Nhằm giảm chi phớ vận hành, nƣớc ngƣng từ cỏc hộ tiờu thụ sẽ đƣợc thu gom lại, xử lý rồi cấp cho cỏc thiết bị sản xuất hơi. Lƣợng nƣớc ngƣng hao hụt
sẽ đƣợc bổ sung bằng nƣớc đú khử khúang và nƣớc đú xử lý cho nồi hơi siờu cao ỏp.
Hỡnh H-12 A Tận dụng nhiệt từ cỏc vựng cụng nghệ trung gian cú nhiệt độ cao
Hỡnh H-12 B Tận dụng nhiệt từ cỏc nguồn khớ thải cú nhiệt độ cao
3.1.3. Nõng cao hiệu suất sử dụng năng lƣơng để bảo vệ mụi trƣờng
Một trong xu thế tận dụng năng lƣợng phố biến trong thiết kế, vận hành
dụng nguồn nhiệt thải để tỏi sử dụng trong nội bộ Nhà mỏy. Cú hai nguồn nhiệt thải chớnh là nguồn nhiệt của cỏc sản phẩm hoặc cỏc sản phẩm trung gian cú nhiệt độ cao và khớ thải cỏc lũ đốt (bao gồm cỏc lũ tỏi sinh xỳc tỏc).
Phƣơng thức tận dụng nhiệt đầu tiờn là sử dụng cỏc dũng cụng nghệ (sản phẩm/sản phẩm trung gian) cú nhiệt độ cao để gia nhiệt cỏc dũng nguyện liệu hoặc cỏc dũng trung gian khỏc (cần phải đƣợc nõng cao nhiệt độ). Nhằm thực hiện đƣợc ý tƣởng này, ngƣời ta lắp đặt cỏc thiết bị trao đổi nhiệt để cỏc dũng cụng nghệ này thực hiện quỏ trỡnh trao đổi nhiệt cho nhau. Hiện nay, cỏc phần mềm thiết kế ứng dụng (vớ dụ phần mềm PINCH) cho phộp dễ dàng tỡm đƣợc cỏc giải phỏp tối ƣu cho việc tận dụng nhiệt thải theo nguyờn tắc này. Một trong vớ dụ về phƣơng thức tận dụng nhiệt này đƣợc minh hoạ ở hỡnh vẽ H - 12 A.
Phƣơng thức tận dụng nhiệt thứ hai là tận dụng nguồn nhiệt thải cú nhiệt độ cao từ khớ thải cỏc lũ đốt và cỏc thiết bị tỏi sinh xỳc tỏc của phõn xƣởng cracking (FCC). Cỏc nguồn khớ này nhiều khi cũn chứa thành phần khớ nhiờn liệu nhƣng độc hại với mụi trƣờng (vớ dụ nhƣ khớ CO) cần phải đƣợc xử lý (đốt
để chuyển húa thành CO2). Giải phỏp cụng nghệ để tận dụng nguồn nhiệt này
là lắp đặt cỏc nồi hơi tận dụng nhiệt để sản xuất ra cỏc loại hơi cao, trung ỏp và thấp ỏp. Nguồn hơi này sẽ đƣợc hoà vào mạng cấp hơi của toàn Nhà mỏy để vận hành cỏc tuốc bin hơi hoặc gia nhiệt. Việc tận dụng nguồn nhiệt thải này cho phộp giảm bớt đƣợc tiờu hao năng lƣợng, nõng cao hiệu quả kinh tế và gúp phần bảo vệ mụi trƣờng. Một trong vớ dụ về phƣơng thức tận dụng nhiệt này đƣợc minh hoạ ở hỡnh vẽ H-12B.
3.2. HỆ THỐNG CẤP KHÍ NẫN 3.2.1. Vai trũ hệ thống khớ nộn 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 toàn 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 toàn. 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 toàn vận hành nhà mỏy. Ngoài 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.
Ngoài 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). Ngoài 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 toàn 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 toàn 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