2. Kiến thức chuyên môn
3.1.3.Hệ thống thiết bị tách
3.1.3.1.Slug Catcher
a. Cấu tạo
Slug Catcher là loại thiết bị tách ba pha dạng ống, gồm có 2 nhánh, mỗi nhánh có 12 ống đặt song song với nhau có tổng dung tích là 1400m3, đường kính mỗi ống là 42”, được bố trí nằm nghiêng góc từ 150 so với mặt phẳng nằm ngang và dài 159m nhằm tăng khả năng tách khí/lỏng trong quá trình di chuyển của hỗn hợp lỏng-khí.
b. Nguyên lý làm việc
Thông số vận hành hiện tại của thiết bị như sau:
Trang 24 Nhiệt độ : 25 – 320C.
Dòng hai pha từ đường ống 16” đi vào trong ống đánh chặn, nằm vuông góc với hướng của dòng khí tại đầu Slug Catcher. Nhờ vào sự thay đổi động năng đột ngột, những hạt lỏng có đường kính lớn sẽ rơi xuống ống Slug Catcher nhờ trọng lực và chảy về cổ góp ở đáy thiết bị nhờ độ nghiêng của ống. Phần khí sau khi được tách lỏng theo đường ống tiếp tục được thu gom trong đường ống 30” và đi vào khu vực công nghệ để tiếp tục xử lý. Lượng lỏng tại đáy Slug Catcher sẽ được tách ra thành 2 pha là hydrocacbon lỏng và và nước nhờ sự khác nhau về khối lượng riêng của chúng. Theo thiết kế thời gian lưu tối thiểu để nước và condensate tách ra thành 2 pha là 15 phút.
Lượng condensat tách ra được góp ở đầu góp 36” và sẽ được đưa đi dưới sự điều khiển mức (LIC-0111A & B), mức điều khiển được chia làm hai mức A (cao), B (thấp) bởi thiết bị điều khiển bằng tay HS-0111, 0112. Trong trường hợp lượng lỏng lớn ở mức cao thì van vào sẽ đóng, còn ở mức thấp thì dòng lỏng sẽ đóng để tránh hiện tượng sục khí vào thiết bị V-03.
So với những thiết bị tách lỏng khác như thiết bị tách lỏng dạng nằm ngang, thẳng đứng hay dạng hình cầu, Slug Catcher có những ưu và nhược điểm cụ thể như sau:
Ưu điểm: Do Slug Catcher có thể tích lớn nên phù hợp với nguồn khí đầu vào lớn như Nhà máy xử lý khí Dinh Cố, trong khi dạng thẳng đứng và dạng cầu chỉ phù hợp với những nơi có diện tích lắp đặt và lưu lượng khí nhỏ.
Nhược điểm: Chiếm nhiều diện tích khi lắp đặt và chi phí lớn, khả năng tách kém nhất so với những dạng tách lỏng còn lại.
Tuy nhiên, vì thiết bị Slug Catcher chỉ đóng vai trò tách lỏng sơ bộ nên không yêu cầu khả năng tách triệt để như những thiết bị khác. Vì vậy, Slug Catcher là sự lựa chọn hợp lý nhất cho nhà máy vì ngoài chức năng tách lỏng,
Trang 25
nó còn có khả năng chứa lỏng nhờ thể tích lớn tại đáy khi lưu lượng lỏng từ đường ống vào bờ lớn.
Trong tương lai, SC-01/02 vẫn đủ khả năng để tiếp nhận và xử lý dòng khí ẩm đầu vào với lưu lượng khoảng 6 triệu m3/ngày. Tuy nhiên khả năng lỏng bị cuốn theo sẽ tăng lên do đó cần đặc biệt lưu ý đến hệ thống scrubbers của máy nén đầu vào.
3.1.3.2.Thiết bị tách V-03
a. Chức năng
V-03 là thiết bị tách 3 pha có nhiệm vụ tách hydrocacbon nhẹ hòa tan trong dòng lỏng từ đáy SC nhờ quá trình giảm áp qua van LV-0131A/B.
b. Cấu tạo
1. Thiết bị chắn đầu vào. 2. Tấm chắn sương. 3. Dòng khí ra. 4. Dòng lỏng ra. 5. Boot tách nước.
6. Dòng nguyên liệu đầu vào
Hình 3.2. Cấu tạo thiết bị tách V-03
Thiết bị tách V-03 là dạng thiết bị phân tách ba pha nằm ngang, dung tích 9m3. Các thành phần chính của thiết bị bao gồm: Van tiết lưu giảm áp đầu vào, tấm chắn đầu vào và tấm chắn sương. Thiết bị được lắp đặt thêm tấm chắn sương (hay còn gọi là bộ chiết sương) ở trước dòng khí ra để tách những hạt lỏng cuốn theo dòng khí ra ngoài vì những giọt lỏng có kích thước nhỏ hơn
Trang 26
150 – 300𝜇m không thể lắng được nhờ trọng lực. Nếu tăng kích thước vỏ bình tách hoặc giảm vận tốc dòng khí trong bình để thu hồi những giọt lỏng này thì không hiệu quả kinh kế. Do đó, bộ chiết sương được sử dụng để tăng cường sự tách hiệu quả hơn và tuỳ vào từng cấu trúc thiết kế mà chúng ta có thể giữ lại các giọt lỏng có kích thước 20 – 30μm và lắng đọng xuống, theo đường tháo khô chảy trực tiếp xuống phần lưu giữ chất lỏng. Ngoài ra, để hạn chế quá trình tạo thành hydrat người ta còn lắp đặt bên trong thiết bị một bộ gia nhiệt ống xoắn nằm ngang (hot oil) để đảm bảo nhiệt độ vận hành thiết bị không thấp hơn nhiệt độ điểm sương theo tính toán. Công suất gia nhiệt của E-07 được điều chỉnh bằng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ.
c. Nguyên lý làm việc
Lượng khí với thành phần chủ yếu là methane và ethane hòa tan trong dòng lỏng đáy Slug Catcher sẽ được tách ra khỏi pha lỏng nhờ vào sự giảm áp suất qua van LV-0131A/B. Lỏng dưới đáy bao gồm condensate và nước sẽ được tách riêng biệt nhờ vào sự khác nhau về tỷ trọng của chúng. Nước được góp lại ở đáy bồn và được điều khiển ở thiết bị điều khiển mức thông qua thiết bị bốc hơi V-52 như trong trường hợp của thiết bị Slug Catcher.
d. Thông số vận hành
Áp suất thiết kế: 8250 kPa. Áp suất vận hành hiện tại của V-03 là 45 bar, được điều chỉnh bằng van điều áp lắp đặt trên đường ống dẫn khí từ bình tách V-03 hoặc bằng máy nén K-03.
Nhiệt độ thiết kế là 800C. Nhiệt độ vận hành thực tế là 21 – 250C. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết bị V-03 có bề mặt phân chia pha lớn (diện tích mặt thoáng lớn) nên sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho pha khí giải phóng ra khỏi pha lỏng dễ dàng. Bên cạnh đó, thời gian lưu của chất lỏng trong thiết bị lâu hơn do thể tích chứa lỏng tương đối lớn, vì vậy điều này cho phép tách khí hoà tan trong lỏng hoàn toàn hơn và nhanh hơn. Tuy bình tách V-03 có nhược điểm là khả năng tách các bụi dầu ra khỏi dòng khí không triệt để nhưng nó phù hợp cho dòng lỏng vào có
Trang 27
lưu lượng lớn và giá thành rẻ hơn so với bình tách đứng, mặt khác dễ vận chuyển và lắp ráp nên được nhà máy chọn lựa sử dụng.
3.1.3.3.Thiết bị tách Filter - Separator V-08
a. Chức năng
Thiết bị tách V-08 có chức năng tách lỏng và cặn bẩn từ dòng khí đầu ra Slug Catcher (chế độ thiết kế ban đầu) hoặc đầu ra máy nén K-1011 trước khi đưa khí vào khu công nghệ.
b. Cấu tạo
Thiết bị tách V-08 là thiết bị tách nằm ngang có kích thước 2921x711x273 (mm) và cấu tạo gồm 2 phần chính như sau:
Phần thứ nhất (Filter element) làm nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất rắn có kích thước nhỏ hơn 10 µm.
Phần thứ hai (mist extractor ) là tấm chắn sương dạng cánh lưới đan, làm nhiệm vụ tách các hạt lỏng khỏi dòng khí lần cuối. Tấm chắn sương có cấu tạo đơn giản, nhưng giúp cho thiết bị tách có hiệu quả cao và giá thành của hợp lý. Pha lỏng tách được sau đó sẽ được đưa vào một buồng chứa phía bên dưới.
c. Nguyên lý làm việc
Thiết bị V-08 vận hành ở áp suất thực tế là 109 bar, nhiệt độ 420C. Việc thực hiện tách các tạp chất cơ học có kích thước từ 10 µm trở lên trong thiết bị V-08 được thực hiện nhờ hệ thống lọc filter có kích thước lỗ dưới 10 µm. Các hạt chất lỏng bị cuốn theo trong dòng khí có kích thước nhỏ sẽ được kết dính thành những hạt có kích thước to nhờ hệ thống tấm chắn sương phía trước dòng khí ra của thiết bị.
3.1.4. Hệ thống tháp chưng cất 3.1.4.1. Tháp tách Ethane C-01 3.1.4.1. Tháp tách Ethane C-01
Trang 28
Tháp C-01 đóng vai trò rất quan trọng trong nhà máy, có chức năng thực hiện quá trình phân tách giữa ethane và propane. Tại đây nguồn condensate nặng sẽ được xử lý để tách các thành phần nhẹ có nhiệt độ sôi dưới 4000C và các thành phần nặng có nhiệt độ sôi trên 2100C. Hydrocacbon nhẹ hơn ethane và một phần nhỏ propane sẽ ra khỏi đỉnh tháp ở pha khí, phần lớn hydrocacbon nặng (C3+) và một phần nhỏ ethane ra khỏi đáy C-01 ở dạng lỏng sẽ được đưa tới tháp C-02 để phân tách tiếp để sản xuất ra LPG và condensate. Tháp được thiết kế để chế biến condensate ổn định với đặc tính phù hợp để có thể trộn với reformate tạo ra xăng có chỉ số RON-83 theo TCVN5690-98.
b. Cấu tạo
Tháp tách ethane C-01 gồm có 32 đĩa van, 13 đĩa ở phần luyện của tháp có đường kính 2,6m. Phần chưng của tháp có 19 đĩa có đường kính 3,05m. Bộ kiểm soát chênh áp qua tháp PDIA-1321 có nhiệm vụ kiểm soát chênh áp qua tháp nhằm kịp thời phát hiện các hiện tượng bất thường như ngập tháp, tạo bọt. Hai thiết bị gia nhiệt dạng Kettle Reboiler được lắp tại đáy của tháp, với công suất hoạt động của mỗi thiết bị là 50% để cung cấp nhiệt cho đáy tháp.
c. Nguyên lý làm việc
Nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa đáy và đỉnh tháp nên các cấu tử nhẹ C1, C2 sẽ bốc hơi lên đỉnh tháp, các cấu tử nặng C3+ sẽ được giữ lại ở đáy tháp để đưa về tháp C-02 chưng cất thành LPG và condensate. Sau khi trao đổi nhiệt, condensat chảy xuống nhờ trọng lực đến bình chứa V-15 với thời gian lưu là 3 phút để ổn định mực chất lỏng. Dòng lỏng có nhiệt độ thấp từ tháp C-05 chứa 95% mol chất lỏng sẽ đóng vai trò dùng phun tưới, làm dòng hồi lưu lạnh cho đỉnh tháp. Nhiệt độ của đáy tháp được duy trì nhờ 2 reboiler gia nhiệt đáy tháp E-01A/B.
d. Thông số vận hành
Áp suất tháp C-01 trong chế độ GPP chuyển đổi là 27 bar, được duy trì bằng cách điều chỉnh độ đóng mở của van PV-1403A/B và tốc độ quay
Trang 29
của máy nén K-01. Trong trường hợp áp suất vượt giới hạn thiết kế, van PV-1305B sẽ mở để xả khí ra đốt tại flare để tránh gây quá áp cho tháp. Nhiệt độ ở đỉnh và đáy tương ứng là 140C và 1090C, được duy trì nhờ
vào việc điều chỉnh lượng dầu nóng cung cấp vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp.
Nhiệt độ của tháp cần được điều chỉnh sao cho hàm lượng C2 trong LPG đạt giá trị mong muốn. Nếu muốn sản phẩm LPG có hàm lượng C2 cao thì tháp C-01 sẽ được tăng nhiệt độ và ngược lại giảm nhiệt độ khi C2 thấp. Hàm lượng C2- cần kiểm soát phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng của công ty và theo thỏa thuận với khách hàng. Hiện nay hàm lượng này là từ 2 – 2,5%.
Trong quá trình vận hành, nếu nhận thấy lưu lượng sản phẩm từ đỉnh tháp C-01 vượt quá giá trị bình thường thì máy nén K-01 sẽ được tăng tốc độ, đồng thời giảm nhiệt độ của tháp C-01 xuống nhằm giảm lưu lượng khí đi ra từ đỉnh tháp. Nếu mức lỏng ở đáy C-01 quá cao thì nên mở van FV-1301 lớn hơn nhằm tránh ngập đáy C-01, E-01A/B, V-15 làm giảm hiệu quả làm việc của tháp.
3.1.4.2. Tháp ổn định C-02
a. Chức năng
Tháp ổn định C-02 có chức năng phân tách các cấu tử C4 và C5 của dòng lỏng từ V-15 tới để tạo ra hai loại sản phẩm riêng biệt: LPG và condensate.
b. Cấu tạo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tháp C-02 có cấu tạo gồm 30 đĩa van, đường kính 2,14m. Đĩa nạp liệu cho tháp là đĩa số 10. Tháp được thiết kế một thiết bị ngưng tụ ở đỉnh và một thiết bị đun sôi lại ở đáy. Thiết bị reboiler của tháp thuộc loại Kettle (E-03) được sử dụng để cung cấp nhiệt cho đáy tháp. Nhiệt độ đáy tháp được khống chế nhờ việc điều chỉnh lượng dầu nóng cung cấp cho Reboiler qua van TV- 1523. Hơi LPG từ đỉnh tháp sẽ ngưng tụ ở 430C trong thiết bị ngưng tụ bằng không khí E-02 sau đó đến bình hồi lưu nằm ngang V-02 có đường kính 2,2m, dài 7m. LPG được qua bơm hồi lưu P-01A/B. Bơm có công suất là 180 m3/h,
Trang 30
công suất động cơ là 75 kW, chiều cao cột áp 133,7m. Ngoài ra, C-02 còn có thiết bị kiểm soát chênh áp qua tháp PDIA-1521 để tránh sự chênh áp trong cột quá cao nhằm kịp thời phát hiện các hiện tượng bất thường như ngập lỏng, tạo bọt.
c. Nguyên lý làm việc
Tháp C-02 hoạt động dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ sôi của cấu tử nhẹ C3, C4 và condensate. LPG ra khỏi đỉnh tháp được làm lạnh bằng không khí bởi giàn quạt E-02 để ngưng tụ thành lỏng tại V-02. Sau đó, một phần LPG sẽ được bơm P-01A/B hồi lưu lại tháp nhằm tăng độ tinh cất của tháp, một phần khác được bơm tới bình chứaV-21A/B, kho cảng Thị Vải hay tới tháp C-03 để tách riêng propane và butane. Condensate ở đáy tháp được dẫn tới E-03 để gia nhiệt nhằm bốc hơi một phần các cấu tử nhẹ quay trở lại đáy tháp. Phần lỏng ra khỏi đáy E-03 sẽ là condensate thành phẩm. Nhiệt độ tháp C-02 được điều khiển bởi van dầu nóng TV-1523 sao cho hàm lượng C5 trong LPG < 2% và áp suất hơi bão hòa của condensate không vượt quá 11,2 psia.
d. Thông số vận hành
Áp suất làm việc của tháp C-02 theo thiết kế là 12,5 bar và theo chế độ
MGPP là 10 bar, được điều chỉnh nhờ việc điều chỉnh công suất quạt làm mát và các van PV-1501A/B. Ta có thể khống chế hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt E-02 bằng cách mở hoặc đóng một dòng khí bypass nóng qua van TV-1501A, công suất thiết kế là 30% dòng khí tổng, khí sẽ được đốt qua van PV-1501B.
Nhiệt độ ở đỉnh và đáy tháp tương ứng là 400C và 1410C, được duy trì
ổn định nhờ vào việc điều chỉnh tỷ lệ hồi lưu lạnh đỉnh tháp và lượng nhiệt dầu nóng cung cấp vào Reboiler đáy tháp.
Mức độ phân tách của tháp C-02 phụ thuộc vào chỉ số hồi lưu của tháp. Nếu tỷ lệ giữa phần hồi lưu và phần sản phẩm đỉnh tháp càng cao thì chỉ số hồi lưu càng lớn, nhưng tổn thất năng lượng để gia nhiệt đáy tháp và làm lạnh đỉnh
Trang 31
tháp càng lớn hơn. Ngoài ra, mục đích của tháp C-02 là thu tối đa lượng LPG nên mức độ phân tách cao không cần thiết, vì vậy khi vận hành cần tính toán thiết bị sao cho chỉ số hồi lưu tối ưu nhất.
Trong quá trình vận hành tháp, nếu mức lỏng đáy E-03 tăng lên quá mức vận hành bình thường (50 – 60%) thì lượng lỏng đó sẽ chiếm toàn bộ phần shell side của E-03 và bắt đầu ngập lên trên tháp. Lúc này công suất của E-03 không đủ để gia nhiệt cho đáy C-02 dẫn đến nhiệt độ đáy C-02 giảm và làm condensate không đạt chất lượng. Ngoài ra, còn có thể xảy ra hiện tượng ngập tháp C-02 trong các trường hợp: Khi lượng lỏng từ C-01 vào C-02 tăng lên nhiều nhưng dòng condensate ra khỏi E-03 không kịp điều chỉnh hợp lý kịp thời; khi khởi động lại tháp C-02 sau khi bị shutdown đột ngột hay khi nhiệt độ tại đáy tháp C-02 quá thấp, dòng nạp liệu và hồi lưu lớn. Tùy vào từng sự cố vận hành trên mà các vận hành viên nhà máy sẽ có những biện pháp xử lý tùy theo các mức độ khác nhau.
3.1.4.3. Tháp tách C-03 (C3/C4, Splitter)
a. Chức năng
Tháp tách C-03 có chức năng phân tách sản phẩm lỏng là hỗn hợp C3, C4. Thiết bị C-03 được lắp đặt ở chế độ GPP nhưng cũng có thể hoạt động ở chế độ MF và AMF dự phòng .
b. Cấu tạo
Tháp tách C-03 được cấu tạo có 30 đĩa van với đường kính 1,7m. Nguyên