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
3.2 Giải pháp hoàn thiện công nghệ nhằm tăng hiệu quả tách nước và phù hợp với tình trạng thực tế của giàn CTP-2 mỏ Bạch Hổ
Sau một thời gian khai thác, dầu khai thác trên mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ giảm,có hàm lượng nước tăng.Ngoài ra,việc áp dụng phương pháp khai thác bằng gaslift còn làm gia tăng độ phân tán của pha nước,tạo điều kiện hình thành nhũ tương có độ ổn định cao. Nếu khi khai thác dầu bằng phương pháp tự phun, cỏc hạt nước trong nhũ cú kớch thước khoảng từ 20 đến 100 àm và phần lớn vào khoảng 60 – 100 àm, thỡ khi khai thỏc bằng gaslift, số lượng hạt của nhũ đó gia tăng đỏng kể, cỏc hạt nước thường cú kớch thước từ 1 đến 20 àm mà phần lớn nằm trong khoảng 1-5 àm. Do độ bền cơ học của nhũ tương dầu – nước tỉ lệ nghịch với bình phương kích thước hạt nên khai thác bằng phương pháp gaslift làm cho độ bền cuả nhũ thay đổi rất lớn.Xử lí loại nhũ tương dầu nước này cần phải thực hiện ở nhiệt độ cao hơn, không dưới 65 oC và định lượng hóa phẩm tách nước cũng lớn hơn.Vì vậy việc gia nhiệt cho dầu thô để xử lý là vấn đề hết sức cấp thiết trong giai đoạn hiện nay.Hiện nay các giàn cố định không lắp đặt thiết bị tách nước nên dầu khai thác từ các giếng được dẫn đến tách khí theo 2 cấp : tách cấp 1 (cao áp) và tách cấp 2,sản phẩm dầu được bơm về giàn CTP-2 hoặc CTK -3 để xử lý hóa phẩm tách nước đồng hành ra khỏi dầu, nước vỉa sau khi xử lý phải đáp ứng yêu cầu về môi trường ( nhỏ hơn 40 ppm ).Giàn CTP -2 được lắp đầy đủ thiết bị công nghệ phục vụ công việc thu gom, xử lý, vận chuyển dầu khí và tách nước vỉa ra khỏi dầu với công suất 15000 tấn / ngđ.
Nhưng giàn CTP-2 hiện không có hệ thống gia nhiệt làm nóng dầu thô trước khi dẫn vào hệ thống xử lý hóa phẩm và tách nước vỉa (hệ thống các bình tách EG ), đây là một hạn chế lớn. Bởi dầu khai thác trên vùng mỏ Bạch Hổ chủ yếu là từ tầng móng ( gần 90 %) mà hiện nay lượng dầu khai thác từ tầng móng đang giảm mạnh, hàm lượng nước trong sản phẩm đang gia tăngdo mộtdo một số giếng bị
Hình3.1. Nhũ tương dầu nước khai thác bằng phương pháp tự phun và nhũ tương dầu nước khai thác bằng phương pháp gaslift
ngập nước và mỏ đang ở giai đọan cuối, dẫn đến nhiệt độ dầu từ các giàn cố định (MSP) và các BK đến giàn CTP-2 giảm mạnh.Theo kết quả phân tích thực tế cho thấy khi nhiệt độ giảm dưới 55 oC,thì quá trình tách nước diễn ra không triệt để tốn nhiều hóa phẩm phá nhũ xử lý mà không đảm bảo tiêu chuẩn môi trường (hiện nay nhiệt độ dầu đầu vào giàn CTP -2 dao động từ 30 – 47 oC).
Do vậy cần thiết phải sớm xây dựng hệ thống gia nhiệt cho dầu thô trên giàn CTP -2. Đảm bảo nhiệt độ của sản phẩm dầu đến CTP -2 trước khi xử lý và tách nước không thấp hơn 63oC với mục đích nâng cao chất lượng dầu sau khi xử lý và bơm đến tàu chứa, đảm bảo nước vỉa khi xả biến đạt chất lượng tốt.Đảm
bảo an toàn và bảo vệ môi trường đồng thời trong giai đoạn giá dầu thế giới giảm giá rất lớn.Giàn CTK-3 được lắp đặt đầy đủ và đồng bộ hệ thống thiết bị thu gom, xử lí dầu khí và hệ thống tách nước vỉa tiêu chuẩn với công suất 15000 tấn /ngày đêm.Đặc biệt trên giàn CTK-3 có lắp đặt hệ thống gia nhiệt làm nóng dầu bằng hơi nước nóng từ hệ thống nồi hơi tiêu chuẩn (hệ thống BOILER), nên nhiệt độ của sản phẩm dầu khí nước khi xử lý hóa phẩm phá nhũ tương và tách nước luôn ổn định trong khoảng 63-67 oC.Ở nhiệt độ này nước được tách ra khỏi dầu một cách triệt để, đạt chuẩn về môi trường khi xả xuống biển (nhỏ hơn 40 ppm )và không phụ thuộc vào nhiệt độ của dòng sản phẩm đưa về giàn để xử lý.
Bảng3.1. Các thông số làm việc của nồi hơi BOILER
Hình3.2.Vòng tuần hoàn kín của nồi hơi
Năm 2013 có những lúc giá dầu thô lên đến 130 USD/thùng,năm 2014 giá dầu rơi vào khoảng 90-110 USD/thùng nhưng sang năm 2015 do cung vượt cầu nên giá dầu có sự biến động lớn có thời điểm chỉ còn 40 USD/thùng.Yêu cầu cấp thiết về giảm chi phí và nâng cao hiệu quả tách dầu được đưa ra.Việc lắp đặt hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước chạy bằng Diezel cho giàn CTP-2 như đã thiết kế và lắp đặt tại giàn CTK - 3 là giải pháp không hợp lí vì hiện tại các Block tại giàn CTP 2 đã đầy các thiết bị. 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.Để lắp đặt hệ thống gia nhiệt bằng nồi hơi phải thiết kế thêm chân đế để đặt Block mới, đây là một phương án không hợp lí cho giàn CTP- 2. Hiện tại ở cụm công nghệ giàn CTP- 2 có giàn PPD-40.000 có một
nguồn nhiệt rất lớn thải ra môi trường chưa được sử dụng.Đó là nguồn nhiệt thải ra từ các tuốc bin khí phục vụ cho việc cấp điện cho toàn mỏ Bạch Hổ. Giàn PPD- 40000 được lắp đặt 07 động cơ tuốc bin, trong đó bốn động cơ tuốc bin hai trục để bơm ép vỉa và 03 động cơ tuốc bin một trục lai máy phát điện, nguồn nhiên liệu chính sử dụng là khí gas. Bốn tổ máy phát điện bảo đảm cung cấp năng lượng cho toàn bộ giàn CTP- 2 và cụm xử lý nước bơm ép vỉa, cũng như cung cấp năng lượng cho các giàn BK vệ tinh (BK3, BK4, BK6, BK8, BK10…) kết nối với giàn PPD- 30.000 qua đường cáp ngầm 6.3 kV, tạo thành một hệ thống điện ổn định. Các tổ máy phát điện dùng loại tuốc bin khí Taurus-60, kiểu T-7301 với công suất thiết kế cho mỗi máy 4056 kW, với tốc độ 14950 vòng/
phút, đây là lọai tuốc bin khí một trục và dẫn động đầu nguội.
Hình3.3. Tuốc bin khí Taurus-60 kiểu T-7301 dẫn động máy phát điện
Bảng3.2. Các thông số cơ bản của động cơ dẫn động máy phát
S tt
Chi tiết Đơn vị Thông số
1. Loại tuốc bin Taurus–60
2. Kiểu T-7301
3. Cấu tạo Dẫn động đầu “nguội”
4. Thiết bị dẫn động Máy phát điện
5. Công suất định mức ở 35 oC kW 4056
6. Số trục rô to tuốc bin 1
7. Tốc độ trục tuốc bin, v/ph 14.950
8. Số tầng cánh máy nén 12
9. Số tầng cánh tuốc bin 3
10. Tỷ số nén 12 : 1
11. Số vòi phun nhiên liệu 12
12. Số bạc đỡ của động cơ tuốc bin 3
13. Số bạc chặn 1
14. Tốc độ trục ra hộp giảm tốc, v/ph 1.500 15. Loại nhớt bôi trơn đang sử dụng Shell Turbo T-46 16. Số lượng nhớt bôi trơn trong hệ
thống,
lít 1.600
17. Nhiên liệu sử dụng Gas / lỏng
18. Hệ thống khởi động Điện, qua bộ biến tần
19. Hệ thống điều khiển PLC-5/40C và bộ LSM.
20.
2 1.
2
Tỷ lệ nhiệt kJ/ kWh 11430
21. Lưu lượng khí thải kg/h 72243
Với nhiệt thải ra rất cao 72243 kg/h từ các tuốc bin khí lắp đặt tại giàn PPD – 40000 thì phương án xây dựng hệ thống gia nhiệt dầu thô trên giàn CTP- 2 bằng phương pháp tận dụng nhiệt từ hệ thống khí xả của gas tuốc bin phát điện trên giàn bơm ép vỉa PPD -40000 là giải pháp hợp lí cho giàn CTP -2.Mục đích của giải pháp này là tận dụng nhiệt khí thải đê xây dựng hệ thống gia nhiệt cho sản phẩm dầu thô trên giàn CTP- 2 nhằm đảm bảo cho quá tách nước vỉa ra
khỏi dầu đạt hiệu quả cao, tiết kiệm hóa chất,đồng thời chất lượng nước vỉa sau khi tách ra cũng đáp ứng yêu cầu về môi trường.
Với nguồn nhiệt sẵn có tại giàn PPD- 40000 thì yếu tố nguồn nhiệt cấp để gia nhiệt hệ thống dầu thô đã được đáp ứng. Bản chất của giải pháp là thu hồi nhiệt xả ra từ ống của các gas tuốc bin để sấy nóng dầu trên giàn CTP-2 thông qua 3 bộ thu hồi nhiệt lắp trên các ống xả Gas tuôc bin phát điện trên ở giàn PPD – 40000 và 3 bộ trao đổi nhiệt cho dầu trước và sau các bình tách cao áp cấp 1 : C1-1, C 1-2, C 1-3.Trên cơ sở tính toán quá trình trao đổi nhiệt cho khối lượng dầu thô đưa về giàn CTP-2 từ 42 oC lên 65oC, có sự hiện hữu của 3 gas tuốc bin phát điện trên giàn bơm ép vỉa PPD -40000, không gian giới hạn trên giàn CTP- 2, đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống gia nhiệt và làm nóng dầu thô trên giàn CTP -2 bằng cách tận dụng nhiệt từ hệ thống xả của các gas tuốc bin từ máy phát điện trên giàn PPD – 40000 như sau :
Hệ thống thu hồi và gia nhiệt gồm tuyến ống tuần hoàn dầu truyền nhiệt (HOT OIL) và các thiết bị được phân bố đều trên 2 giàn PPD-40000,CTP-2 và cầu dẫn nối giữa 2 giàn,cụ thể :
Trên giàn PPD-40000 lắp đặt
+ Lắp đặt 03 thiết bị thu hồi nhiệt từ 3 ống xả của các Gas tuốc bin phát điện trong đó 2 bộ sẽ làm việc và một bộ dự phòng thay thế với công suất tiêu thụ khoảng 5 MWe /bộ.
+2 bơm tuần hoàn Hot Oil :1 bơm sẽ làm việc,1bơmđể dự phòng.
+ Một tủđiều khiển.
+ Một bộ giãn nở nhiệt.
+ 1 Bể chứa Hot Oil và một bể bổ sung Hot Oil cho hệ thống.
Trên giàn CTP-2 :
+ Lắp đặt 3 bộ thiết bị trao đổi nhiệt cho dầu thô ngậm nước. [5]
Hình3.4. Sơ đồ hệ thống gia nhiệt cho dầu thô trên giàn CTP -2
Nguyên lý làm việc của hệ thống : Hot Oil được bơm đẩy vào hệ thống và được nung nóng lên trên 218 oC thông qua 3 bộ trao thu hồi nhiệt được lắp đặt tại
giàn PPD-40000,sau đó Hot Oil được dẫn sang giàn CTP-2 để gia nhiệt cho dầu trên giàn CTP- 2 qua 3 bộ trao đổi nhiệt được lắp ở đây. Sau khi trao đổi nhiệt Hot Oil sẽ được tuần hoàn về trở lại giàn PPD-40000 và tiếp tục nung nóng qua bộ thu hồi nhiệt, cứ vậy quá trình này sẽ diễn ra liên tục trong suốt quá trình hệ thống làm việc.
Việc đưa Hot Oil từ giàn PPD-40000 sang giàn CTP-2 nhờ tuyến ống dẫn, nhưng vấn đề nảy sinh ở đây làm sao để giữ nhiệt cho Hot Oil trong quá trình chuyển từ giàn PPD-40000 sang giàn CTP- 2, nếu thiết kế tuyến ống ngầm dưới biển thì tuyến ống sẽ tiếp xúc với nước biển làm giảm đáng kể nhiệt lượng của Hot Oil.Điều này không khả thi. Ta có thể thiết kế tuyến ống dẫn này dọc theo cầu dẫn nối giữa 2 giàn PPD-40000 và giàn CTP-2. Để vấn đề mất nhiệt do tỏa ra môi trường có thể bọc chất bảo ôn chống cháy và cách nhiệt cho tuyến ống.Tuyến ống dẫn có nhiệm vụ đưa dầu Hot Oil đến bộ trao đổi nhiệt trên giàn CTP- 2 và dẫn Hot Oil tuần hoàn về hệ thống thu hồi nhiệt trên giàn PPD -40000 nhờ hệ thống bơm tuần hoàn.
Ngoài ra hệ thống cần đặt thêm các thiết bị tự động hóa và các thiết bị phụ trợ khác theo yêu cầu công nghệ để đảm bảo tối ưu hóa trong quá trình thu hồi và gia nhiệt, đảm bảo an toàn cho hệ thống trong quá trình vận hành.
Cơ sở dữ liệu và tính toán sơ lược của giải pháp :Với số liệu được cung cấp thì chuyên gia hãng SOLLAR (hãng chế tạo Gas tuốc bin ) đã tư vấn và tính toán lượng nhiệt thu hồi từ khí xả của Gas tuốc bin cũng như đánh giá xem khi lắp bộ thu hồi nhiệt phía trên ống xả có ảnh hưởng gì đến chế độ vận hành của Gas tuôc bin hay không ? Kết quả của việc tính toán cho thấy việc lắp đặt 3 bộ thu hồi nhiệt không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của Gas tuốc bin và thực tế ở
Việt Nam cũng như trên thế giới cũng đã lắp đặt thiết bị này (Nhà máy xử lý khí Nam Côn Sơn ở Bà Rịa,Giàn BP, KNOC …)
Theo tính toán với tính chất và thành phần dầu của mỏ Bạch Hổ, với khối lượng dầu sẽ đưa về giàn CTP-2 để xử lý và tách nước theo sơ đồ công nghệ khai thác và xây dựng mỏ Bạch Hổ hiệu chỉnh năm 2008,để nâng nhiệt độ dầu thô từ 42 oC lên đến 65oC cần lượng nhiệt lớn nhất là vào năm 2014 là 9,5 MWe.
Trong khi với hai bộ thu hồi nhiệt được làm việc với hiệu suất 90% và nếu Gas tuốc bin chạy với công suất 2,5 MWe (từ quý 3 năm 2011 sau khi hệ thống cáp ngầm dẫn điện từ cụm giàn PPD-40000 đến giàn MSP-4,MSP-9 thì Gas tuôc bin phát điện trên giàn PPD -40000 sẽ chạy với chế độ tải ổn định là 2,5 MWe ) sẽ thu được lượng nhiệt là 9.81 MWe.Các số liệu tính toán này thể hiện trong bảng 3.3 và bảng 3.4.
Biểu đồ nhiệt lượng cần thiết để nung nóng dầu từng năm trong giai đoạn 2011- 2025 ( Hình 3.5) cho thấy lượng nhiệt cần thiết để gia nhiệt cho dầu ngập nước sẽ đưa về giàn CTP-2 xử lý và tách nước trong giai đoạn 2011-2025. Nhìn vào biểu đồ này ta có thể thấy rằng giải pháp xây dựng hệ thống gia nhiệt cho dầu thô trên giàn CTP-2 bằng cách tận dụng nhiệt khí thải của các Gas tuôc bin phát điện trên giàn bơm ép vỉa là khả thi,đảm bảo an toàn và tiết kiệm vì không cần thiết bị đốt phụ liệu.Hệ thống này khi đi vào hoạt động sẽ gia nhiệt và nung nóng dầu thô trên giàn CTP-2 lên trên 60 oC để đảm bảo chất lượng dầu sau khi xử lý tách nước.
No
Lưu lượng chất lỏng về xử lý trên giàn CTP-2
giai đoạn 2011- 2025 Cp, J/kg oC Năm
Lượng nhiệt cần thiết
Dầu Nước Chất Lỏng MW
1 7229 5999 13228 2982 2011 9.1
2 6195 6602 12797 3119 2012 9.2
3 5450 7015 12465 3223 2013 9.3
4 4913 7439 12352 3310 2014 9.5
5 4360 7452 11812 3373 2015 9.2
6 3889 7615 11504 3441 2016 9.2
7 3634 7352 10986 3457 2017 8.8
8 3400 7055 10455 3470 2018 8.4
9 3146 7177 10323 3515 2019 8.4
10 2962 7055 10017 3535 2020 8.2
11 2587 5656 8243 3495 2021 6.7
12 2461 5750 8211 3526 2022 6.7
13 2329 5819 8148 3556 2023 6.7
14 2144 4228 6372 3445 2024 5.1
15 2014 4301 6315 3483 2025 5.1
3.3. Lượng nhiệt cần thiết để gia nhiệt dòng sản phẩm trong các năm 2011-2025
Nhiệt Độ chất lỏng trước khi gia nhiệt (dầu nước ),ͦC 42 Nhiệt Độ chất lỏng sau khi gia nhiệt (dầu nước ),ͦC 60
Nhiệt dung riêng của dầu J/kg ͦC 4187
Nhiệt dung riêng của nước J/kg ͦC 1982.5
Tỷ trọng của dầu kg/m3 845.2
Hiệu quả quá trình trao đổi nhiệt % 90%
Hiệu quả thu hồi nhiệt khí thải % 90%
Tải Gasturbine Lưu lượng khí thải kg/h
Nhiệt độ khí thải oC
Nhiêt lượng khí thải thu hồi được bởi
thiết bị thu hồi nhiệt MW(1 bộ)
Tổng (2 bộ)
2.5 72243 300-550 4.91 9.81
ng3.4. Các số liệu tính toán từ hệ thống thu hồi khí thải từ Gasturbine theohãng SOLLAR
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
MW 9,1 9,2 9,3 9,5 9,2 9,2 8,8 8,4 8,4 8,2 6,7 6,7 6,7 5,1 5,1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nhiệt Lượng cần thiết, MW
Biểu đồ nhiệt lượng cần thiết để nung nóng dầu từng năm trong giai đoạn 2011- 2025
Hình3.5. Biểu đồ nhiệt lượng cần thiết để nung nóng dầu từng năm trong giai đoạn 2011-2025
Nhưng làm sao để nguồn nhiệt tiếp xúc và trao đổi nhiệt với nguồn sản phẩm đưa về xử lý tại Giàn CTP-2 khi hệ thống công nghệ trên Giàn CTP -2 đã khép kín ? Sau đây tác giả xin nêu ra ý tưởng cải tiến hệ thống xử lý dầu trên giàn CTP-2 khi đưa thêm hệ thống gia nhiệt vào.