CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ NHẰM TĂNG HIỆU QUẢ TÁCH NƯỚC RA KHỎI DẦU TẠI GIÀN CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM SỐ 2
3.5. Đề xuất lựa chọn bộ trao đổi nhiệt
Về bộ trao đổi nhiệt tôi xin đề xuất bộ trao đổi nhiệt Shell và Tube. Bộ trao đổi nhiệt Shell và Tube được ứng dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp dầu khí.Bản chất của bộ trao đổi nhiệt là : Cho hai chất lỏng có nhiệt độ khác nhau cùng chảy trong một không gian trong đó một dòng chất lỏng có nhiệt độ thấp chảy qua các ống lắp đặt trong lòng một ống hình trụ lớn chứa chất lỏng có nhiệt độ cao chảy qua.Quá trình trao đổi nhiệt sẽ diễn ra trong lòng ống hình trụ lớn,chất lỏng có nhiệt độ thấp sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu nhờ vào những tính toán cụ thể chi tiết.. Để truyền nhiệt hiệu quả, một lượng lớn nhiệt chuyển phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc được sử dụng, dẫn đến việc sử dụng nhiều ống để dẫn chất lỏng có nhiệt độ thấp. Đây là một cách hiệu quả để bảo tồn năng lượng.Chất lỏng có nhiệt độ cao có thể chảy song song cùng chiều hoặc ngược chiều với dòng chất lỏng nhiệt độ thấp tùy thuộc vào thiết kế của bộ trao đổi nhiệt.
3.5.1 Bộ trao đổi nhiệt Shell và tube hình chữ U
Sơ đồ cấu trúc của bộ trao đổi nhiệt Shell và tube (ống) hình chữ U được diễn tả như hình 3.9.[7]
Hình3.8. Bộ trao đổi nhiệt với ống dẫn dầu hình chữ U
Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt Shell và Tube hình chữ U này là diện tích tiếp xúc của chất lỏng chạy trong ống nhỏ với chất lỏng mang nhiệt độ cao trong ống lớn là nhiều dẫn đến khả năng được gia nhiệt của chất lỏng chạy trong ống hình chữ U tăng lên.
Nhược điểm của bộ bộ trao đổi nhiệt Shell và Tube hình chữ U là lượng chất lỏng chảy qua ống chữ U ít đi đồng thời rất khó vệ sinh bảo dưỡng sửa chữa những đoạn ống hình chữ U,đặc biệt tắc nghẽn xảy ra khi các tạp chất lưu lại trên bề mặt bộ trao đổi nhiệt. Sự lắng đọng của các tạp chất có thể làm giảm hiệu quả truyền nhiệt đáng kể theo thời gian và được gây ra bởi:
- Ứng suất cắt bức chắn thấp - Vận tốc chất lỏng thấp - Vận tốc chất lỏng cao
- Phản ứng sản phẩm kết tủa rắn
- Kết tủa tạp chất hòa tan do nhiệt độ cao
3.5.2 Bộ trao đổi nhiệt Shell và Straight-tube (ống thẳng)
Hình3.9. Bộ trao đổi nhiệt ống thẳng
Sản phẩm cần được gia nhiệt sẽ chạy song song nhưng ngược chiều với chất lỏng (Hot Oil) mang nhiệt độ cao.Do đó chạy ngược chiều nên hai dòng chất lỏng sẽ trao đổi nhiệt tối đa trên toàn bộ diện tích tiếp xúc qua bề mặt
ống.Với bộ trao đổi nhiệt ống thẳng thì lưu lượng chất lỏng cần được gia nhiệt sẽ lớn hơn lưu lượng cùng loại chất lỏng chảy qua bộ trao đổi nhiệt với ống bằng chữ U.Nhưng do quãng đường và diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng ít hơn nên khả năng gia nhiệt của bộ trao đổi nhiệt ống thẳng kém hơn chữ U.Một ưu thế khác của bộ trao nhiệt Shell và Straight-tube (ống thẳng) đó là có thể dễ dàng vệ sinh bảo dưỡng những ống thẳng khi cần sửa chữ bảo dưỡng hoặc khi gặp sự cố có thể dễ dàng thay thế các ống thẳng này.Đây là một trong những yếu tố ưu việt của bộ trao đổi nhiệt Shell và Straight-tube (ống thẳng) để tác giả lựa chọn. Bộ trao đổi nhiệt ống thẳng này sẽ được thiết kế lắp đặt trên giàn CTP-2. Dầu thô sau khi được gia nhiệt sẽ đưa vào hệ thống xử lý ngay khi đó nhiệt độ của dầu được gia nhiệt lên 63-67oC sẽ không bị mất nhiệt .Nếu thiết kế lặp đặt bộ trao đổi nhiệt bên giàn PPD -40000 thì dầu thô sau khi được gia nhiệt trong quãng đường chuyển về sẽ mất nhiệt.
Shell và Tube được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ lớn khoảng 120- 260°C.Để có thể truyền nhiệt tốt, vật liệu tạo nên ống Tube cần có khả năng dẫn nhiệt tốt. Bởi nhiệt được truyền từ một dòng lưu chất nóng qua dòng lưu chất lạnh thông qua bề mặt ống, có một nhiệt độ khác biệt lớn thông qua diện tích tiếp xúc của ống. Bởi vì trong những xu hướng của vật liệu tạo nên ống có nhiệt giãn nở khác nhau ở những nhiệt độ khác nhau,tạo nên ứng suất nhiệt khác nhau xảy ra trong quá trình hoạt động.
Vật liệu làm Shell và Tube cũng phải phù hợp với cả những điều kiện (nhiệt độ, áp suất, pH, v.v.) để giảm thiểu tác hại như ăn mòn của chất lỏng bên trong dưới thời gian dài. Tất cả những yêu cầu trên đòi hỏi chọn lựa cẩn thận các yếu tố :nhiệt dẫn điện, chống ăn mòn, vật liệu có chất lượng cao, thông thường
các kim loại, bao gồm hợp kim đồng, thép không gỉ, thép carbon, kim loại màu hợp kim đồng, Inconel, niken, Hastelloy và titan. Fluoropolymers như Perfluoroalkoxy ankan (PFA) và Flo ethylene propylene (FEP) cũng được sử dụng để sản xuất các vật liệu ống khả năng chịu đựng tốt với nhiệt độ cao.
3.5.3 Những lợi ích thu được khi áp dụng giải pháp gia nhiệt cho dòng sản phẩm từ khí thải PPD-40000.
Giải pháp này giúp hoàn thiện công nghệ nhằm tăng hiệu quả tách nước ra khỏi dầu tại giàn CTP- 2 trong giai đoạn các giếng của mỏ Bạch Hổ có hàm lượng nước ngày càng tăng.
-Tiết kiệm được hóa phẩm xử lý dầu nước.
-Đảm bảo cho nhiệt độ của sản phẩm đầu thô chứa hàm lượng nước cao trên giàn CTP-2 luôn ổn định trong khoảng 63-67oC,hàm lượng nước vỉa xả xuống biển sau quá trình xử lý và tách lọc luôn đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường < 15 ppm.
-Khi đặt và đưa vào vận hành hệ thống gia nhiệt này trên giàn CTP -2, nhiệt độ của sản phẩm dầu bơm đến FSO sẽ ổn định và cao hơn, điều này sẽ giúp tiết kiệm được đáng kể nhiên liệu cung cấp cho hệ thống sấy nóng dầu trên FSO.
-Giải pháp này đáp ứng kịp thời yêu cầu công nghệ,phù hợp với không gian hạn hẹp trên giàn CTP-2 và tải trọng của hệ thống thiết bị được phân bố đều trên giàn PPD-40000, giàn CTP-2 và cầu nối giữa hai giàn nên phù hợp với kết cấu chân đế trên các giàn và cầu dẫn.(Hệ thống nồi hơi tiêu chuẩn đã lắp đặt trên giàn CTK-3 có trọng lượng hơn 300 tấn và kích thước của hệ thống thiết bị lớn không thể lắp đặt trên giàn CTP-2.
-Hiệu quả kinh tế dự kiến thu được trong năm đầu tiên khi áp dụng vào sản xuất : Vì hệ thống gia nhiệt này vận hành không cần nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường.Điều này mang lại hiệu quả kinh tế cụ thể trên cơ sở tính toán so với hệ thống lò hơi tiêu chuẩn (BOILER) trên giàn CTK-3 hiện nay đang vận hành : khối lượng chất lỏng xử lý 13500 m3 / ngày đêm,trong đó dầu được xử lý vào khoảng 10000 m3, nước viả được tách ra sau quá trình xử lý : 3500 m3,nhiệt độ của dòng sản phẩm về giàn CTK -3 là 40- 45 oC,nhiệt độ của dầu sau quá trình xử lý vào khoảng 65 oC, lượng khí nhiên liệu được dùng để gia nhiệt dòng sản phẩm : 15000 m3 / ngày đêm.Trên cơ sở đó ta có thể tính toán cụ thể hiệu quả kinh tế mà giải pháp này đem lại : 1 ngày đêm hệ thống tiết kiệm được 15000 m3 khí, nếu tính theo giá của PVGAS năm 2014 là 120 USD/1000 m3.Hiệu quả kinh tế sau một năm vận hành dự tính sẽ là 120 x 15x 365 = 657000 USD (mỗi năm tính làm việc 365 ngày ).Hiệu quả kinh tế dự kến khi áp dụng giải pháp này sẽ tính được trên cơ sở tổng chi phí đầu tư xây dựng hệ thống so với chi phí đầu tư xây dựng hệ thống nồi hơi (BOILER) tiêu chuẩn đã được lắp đặt trên giàn CTK-3
-Giải pháp này khi được thực hiện sẽ ứng dụng liên tục lâu dài trong suốt quá trình hoạt động khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ để nâng cao hiệu quả tách nước của giàn CTP-2.