3.2.1 Nguyên liệu đầu vào nhà máy
Hiện nay nguyên liệu mà nhà máy chế biến khí Dinh Cố sử dụng là khí đồng hành khai thác từ mỏ Bạch Hổ và mỏ Rạng Đông nên theo thời gian thì các thông số vật lý, thành phần cấu tử cũng như lưu lượng sẽ có sự thay đổi. Vì vậy ở đây ta chỉ xét đến nguồn nguyên liệu hiện tại.
Áp suất : 75 bar.
Nhiệt độ : 270C.
Lưu lượng : 5,9 triệu m3 khí/ngày.
Hàm lượng nước : bão hòa tại điều kiện nhập liệu. Hàm lượng nước được tách sơ bộ tại giàn, sử dụng tách loại nước bằng Glycol( DEG).
Bảng 3.1- Thành phần nguyên liệu đi vào nhà máy hiện tại Cấu tử Phần mol (%) N2 0,20998 CO2 0,05999 C1 70,85 C2 13,41 C3 7,5 i-C4 1,65 n-C4 2,37 i-C5 0,62994 n-C5 0,72993 C6 0,50995 C7 0,25997 C8 0,17998 C9 0,07999 C10 0,029997 Cyclo C5 0,049995 Mcyclo C5 0,049995 Cyclo C6 0,039996 Mcyclo C6 0,049995 Benzene 0,039996 Water 0,13 Total 100,00
Ta nhận thấy khí nguyên liệu cung cấp cho nhà máy thuộc loại khí ngọt ẩm, hàm lượng CO2 nhỏ và hầu như không chứa khí H2S, hàm lượng C2+ >10%mol. Từ những số liệu này làm cơ sở cho việc thiết kế công nghệ nhà máy sau này.
3.2.2 Mô tả các chế độ hoạt động của nhà máy
Nhà máy được thiết kế với công suất đầu vào 1,5 tỷ m3 khí/năm và có 3 giai đoạn vận hành theo các chế độ tương ứng nhằm đáp ứng tiến độ cung cấp sản phẩm:
Chế độ AMF (Absolute Minimum Facility): sản xuất Condensate ổn định với công suất 342 tấn/ngày và 3,8 triệu Sm3khí/ngày, bắt đầu đưa vào hoạt động từ tháng 10/1998.
Chế độ MF (Minimum Facility): sản xuất Condensate ổn định với công suất 380 tấn/ngày, hổn hợp Butane - Propane (LPG) với công suất 629 tấn/ngày và 3,5 triệu Sm3khí khô/ngày, bắt đầu hoạt động vào tháng 12/1998.
Chế độ GPP (Gas Procesing Plant): sản xuất Condensate ổn định, khí khô, hỗn hợp Butane và Propane được tách độc lập. Giai đoạn này công suất khí đầu vào là 1,5 tỷ Sm3khí/năm, thu hồi Propane: 575 tấn/ngày; Butane 417 tấn/ngày; Condensate: 402 tấn/ngày và khí khô: 3,34 triệu Sm3/ngày. Giai đoạn này sử dụng công nghệ Turbo – Expander với hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng cao.
Hiện nay nhà máy đang vận hành ở chế độ GPP chuyển đổi, không tách riêng Butane và Propane.
3.2.2.1 Chế độ AMF
a. Các thiết bị chính:
Slug catcher SC-01/02.
Thiết bị lọc tách nước sơ bộ V-08. Hai tháp chưng cất C-01, C-05. Hai thiết bị trao đổi nhiệt E-01, E-04. Thiết bị làm nguội bằng không khí E-09. Hai bình tách V-03, V-15.
Máy nén Jet Compressor EJ-A/B/C.
c. Mục đích
Chế độ AMF có khả năng đưa nhà máy sớm đi vào hoạt động. Đây là chế độ hoạt động của nhà máy ở trạng thái cụm thiết bị hoạt động là tối thiểu, với mục đích nhằm cung cấp khí thương phẩm với lưu lượng 3,7 triệu m3 khí/ ngày cho các nhà máy điện và thu hồi Condensate với sản lượng 340 tấn/ngày. Đây đồng thời cũng là chế độ dự phòng cho chế độ MF, GPP khi các thiết bị trong chế độ MF, GPP xảy ra sự cố hoặc cần sửa chữa, bảo dưỡng mà không có thiết bị dự phòng.
d. Mô tả chế độ vận hành
Khí đồng hành từ giàn nén trung tâm ngoài khơi theo đường ống 16″ ngầm dưới biển đến Slug Catcher (SC-01) ở áp suất 109 Bar, nhiệt độ 25,60C. Tại đây Condensate, nước và khí được tách ra theo các đường riêng biệt để tiếp tục xử lý.
Áp suất của V-03 được điều khiển ở 75 Bar bởi các van điều khiển áp suất đặt trên đường ống dẫn khí trước khi vào tháp C-05, qua van điều khiển áp suất, nhiệt độ của dòng ra khỏi van nhỏ hơn nhiệt độ tạo hydrat. Hydrat được hình thành ở sau van điều khiển áp suất. Tuy nhiên chúng sẽ tan ra khi vào tháp Rectifier bởi vì nhiệt độ làm việc của thiết bị này cao (200C).
Dòng condensate từ V-03 được đưa tới tháp C-01 sau khi được gia nhiệt từ 200C lên 1010C tại thiết bị E-04A/B với dòng nóng có nhiệt độ 1940C đến từ đáy C-01. Mục đích chính của việc trao đổi nhiệt này là bên cạnh sự thu hồi nhiệt thì còn tránh sự tạo thành hydrat ở đầu ra của van FV-1701. Qua van này, áp suất giảm từ 75 Bar xuống còn 20 Bar, nhiệt độ vận hành được duy trì ở 720C cao hơn nhiệt độ hình thành hydrat trong điều kiện này là 11,60C.
Dòng khí từ Slug Catcher được đưa vào EJ-01A/B/C. Mục đích của EJ-01A/B/C là nén khí đi ra ở đỉnh C-01 từ 20 bar đến 45 bar và giữ cho áp suất của C-01 ổn định ở 20 Bar. Jet Compressor bao gồm 3 Ejector năng suất của chúng là 50%, 30%, 20% của tổng dòng. Đặc điểm quan trọng của Ejector là phạm vi hoạt động nhỏ vì thế nên mới kết hợp ba Ejector vào hoạt động. Điều khiển áp suất hoạt động của tháp tách Ethane ở 20 Bar bởi dòng bypass. Khi áp quá cao mà Ejecter hoạt động hết công suất vẫn không thể giảm áp suất của C-01 xuống 20 Bar thì sẽ xả khí ra đuốc.
Dòng ra khỏi EJ-01A/B/C sẽ cùng với dòng khí từ V-03 (đã giảm áp) được đưa vào đỉnh tháp C-05 để tách lỏng từ khí ở nhiệt độ 20,70C, áp suất 45 Bar. Phần đỉnh của tháp hoạt động như một thiết bị tách khí-lỏng.
Dòng khí ra từ đỉnh tháp C-05 được đưa đến đường dẫn khí Sales Gas cung cấp cho các nhà máy điện. Van điều chỉnh áp suất PV-1114A đặt trên đường ống để điều khiển áp đầu ra ở nhà máy là 54 bar.
Dòng lỏng từ đáy C-05 là dòng nguyên liệu nhập liệu tại đỉnh tháp C-01. Áp suất hơi của Condensate được giảm và được điều chỉnh trong tháp C-01 dưới áp suất khí quyển nhằm phù hợp cho việc tồn chứa tại TK-21. Với ý nghĩa đó, trong chế độ AMF, C-01 có chức năng là tháp ổn định Condensate. Trong đó phần lớn hydrocacbon nhẹ hơn Butane được tách khỏi Condensate nhờ được gia nhiệt đến 1940C bởi thiết bị đun sôi lại E-01A/B. Khí ra ở đỉnh tháp C-01 có nhiệt độ 640C được trộn với khí thương phẩm bằng EJ-01A/B/C. Dòng Condensate ở đáy tháp được trao đổi nhiệt tại E-04A/B và được làm lạnh bằng không khí ở E-09 để giảm nhiệt độ xuống 450C trước khi ra
- Thông số vận hành:
Bảng 3.2- Các thông số về áp suất
Mô tả Áp suất (bar)
Đầu vào nhà máy 109
EJ-01 A/B/C Jet Compressor Inlet Suction Discharge 109 19 4,4 PV-1114A Inlet (Từ đỉnh C-05) Outlet 44,4
Áp suất đường ống Salesgas LV- 0131A/B Inlet (Từ SC-01/02) Outlet 109 75 PV-1209 Inlet (Từ V-03) Outlet 75 44 FV-1701 Inlet (Từ E-04) Outlet (Đến C-01) 75 19 LV-1702 Inlet (Từ E-09) Outlet (Đến đ.ống) Outlet (Vào TK-21) 17,8 8 Áp suất đỉnh TK-21 FV-1201 Inlet (Từ đáy C-05) Outlet (Đến C-01) 44 19 ILV- 0112/0122 Inlet (Từ SC-01/02) Outlet (Đến V-52) 109 0,3 ILV-0301 Inlet (Từ V-03) Outlet (Đến V-52) 109 0,3
Bảng 3.3- Các thông số nhiệt độ
Mô tả Nhiệt độ (0C)
Đầu vào nhà máy 25,6 EJ-01 A/B/C Jet
Compressor Inlet Suction Discharge 25,6 64 21 PV-1114A Inlet(Từ C-05) Outlet 21
Tùy thuộc vào độ giảm áp của PV- 1114A
LV-0131A/B Inlet (Từ SC-01/02) Outlet
25,6 18
V-03 Outlet 20 (Được gia nhiệt bởi E-07)
PV-1209 Inlet (Từ V-03) Outlet 20 2,7 E-04 Outlet (Đến C-01) Outlet (Đến E-09) 101 56 FV-1701 Inlet (Từ E-04) Outlet (Đến C-01) 101 72 E-01A/B Outlet (ĐếnV-15) 194 FV-1201 Inlet (Từ đáy C-05) Outlet (Đến C-01) 21 10 FV-0302 Inlet (Từ V-03) Outlet (Đến E-51) 20
-3,3(Trường hợp Liquid rundown) LV-1201 Inlet (Từ đáy C-05)
Outlet (Đến E-51)
21
-12,6(Trường hợp Liquid rundown)
3.2.2.2 Chế độ MF
a. Các thiết bị chính
Tương tự như trong AMF, ngoài ra còn có thêm:
Thiết bị khử hydrat bằng phương pháp hấp phụ V-06A/B. Thiết bị trao đổi nhiệt khí/khí dạng tấm E-14.
Thiết bị trao đổi nhiệt khí/lỏng E-20. Máy nén K-01.
Tháp ổn định Stabilizer (C-02). Thiết bị đun sôi lại E-03...
b. Sơ đồ công nghệ nhà máy vận hành theo chế độ MF c. Mục đích
d. Mô tả chế độ vận hành
Dòng khí từ Slug Catcher được đưa đến bình tách lọc V-08, đây là thiết bị được thiết kế tách nước trong khí, hydrocacbon lỏng, dầu và lọc các hạt rắn. Mục đích của V- 08 là bảo vệ lớp chất hấp phụ trong V-06A/B. Sau khi được loại nước tại V-06A/B dòng khí lại đưa sang thiết bị lọc F-01A/B. Ra khỏi F-01A/B dòng khí chia làm hai nhánh đến hai thiết bị trao đổi nhiệt E-14 và E-20.
Một nữa dòng khí khô (1,65 triệu Sm3/ngày) tới E-14 để làm lạnh từ 260C xuống đến -170C bằng dòng khí lạnh -18,50C đi ra từ đỉnh tháp C-05. Nhiệt độ đầu ra này là (- 170C) một thông số khá quan trọng của quá trình, nếu nó cao hơn giá trị này, thu hồi lỏng sẽ ít đi, còn nếu thấp hơn thì hyđrat có thể tạo thành. Do đó nó được khống chế bằng cách bypass dòng lạnh qua E-14 (được điều khiển bởi TIC-1006). Bộ điều khiển TICA-1009 trên đường ra của dòng lạnh nhằm để tránh nhiệt độ thấp hơn khoảng nhiệt độ -100C nhờ sự giới hạn dòng bypass bởi TY-1006. Áp suất của dòng giảm từ 109 Bar đến 47,5 Bar qua van FV-1001, với sự giãn nở đoạn nhiệt này nhiệt độ cũng giảm xuống -350C.
Dòng kia (2,05 triệu Sm3/ngày) cũng được làm lạnh đến 190C ở E-20 bằng dòng Condensate lạnh -26,80C từ đáy của tháp C-05, rồi được giảm áp suất từ 109 Bar đến 47,5 Bar qua van FV-0501C. Hai dòng này được nhập lại và đưa vào đỉnh tháp C-05. Trong tháp này, dòng khí mà chủ yếu là Methane được tách ra khỏi Condensate chứa các cấu tử nặng hơn như Ethane, Propane, Butane,...dưới nhiệt độ vận hành -18,50C và áp suất 47,5 Bar (điều khiển bởi PIC-1114 trên đường Sales Gas). Phần đỉnh của tháp C-05 có chức năng giống như một bộ tách khí- lỏng.
Khí đi ra khỏi đỉnh C-05 với nhiệt độ -18,50C dùng để làm lạnh cho dòng nhập liệu ở E-14, rồi nó được đưa đến đường ống dẫn khí Sales Gas. Một phần khí được trích cho qua máy nén K-04A/B và thiết bị gia nhiêt E-18 để làm khí tái sinh cho thiết bị V-06. Khí sau khi ra khỏi V-06 sẽ được đi qua thiết bị làm nguội bằng không khí E- 15, rồi vào bình tách lỏng V-07 để tách những hạt lỏng cuốn theo, sau đó về lại ống dẫn khí Sales gas. Áp suất dòng Sales gas khoảng 47 bar được điều khiển bởi van PV- 1114A. Dòng lỏng đáy C-05 với nhiệt độ -26,80C được đưa qua E-20 để làm lạnh dòng khí nhập liệu, áp suất của nó sẽ được giảm xuống 47,5 Bar khi qua van FV-0501C, rồi nhập liệu vào đỉnh của tháp C-01, dòng này chứa khoảng 75% mol lỏng.
Sơ đồ dòng lỏng trong chế độ MF giống như trong chế độ AMF, ngoại trừ việc đưa khí từ V-03 đến C-01 thay vì đến C-05 như chế độ AMF. Do khí này chứa nước, nếu được đưa đến C-05 thì khí tái sinh ẩm sẽ là nguyên nhân của việc tái sinh không hoàn toàn, đó là điều cần tránh.
Khí từ V-03 được nạp liệu cho tháp C-01 tại đĩa thứ 2 và 3. Condensate từ đáy bình tách sau khi được gia nhiệt từ 200C đến 800C trong E-04A/B với dòng lỏng nóng 1550C đến từ đáy tháp C-02, nó được đưa vào đĩa 20 của tháp C-01. Mục đích của việc trao đổi nhiệt là ngoài thu hồi nhiệt, còn tránh sự tạo thành hydrat ở đầu ra của van FV- 1701, vì qua van này áp suất giảm từ 75 Bar xuống 29 Bar, nên nhiệt độ vận hành được duy trì ở 610C cao hơn nhiệt độ tạo thành hydrat là 140C ở cùng điều kiện. Áp suất của V-03 là 75 Bar được điều khiển bởi van PV-1305A/B (một van để dự phòng) đặt trên đường dẫn khí vào tháp C-01. Tại đầu ra của van có nhiệt độ là -7,90C thấp hơn nhiệt độ tạo thành hydrat là 13,40C, do đó khi hydrat tạo thành thì có thể chuyển dòng đến van dự phòng hoặc có thể phun Methanol vào.
Trong tháp C-01, các hydrocacbon nhẹ như Methane, Ethane được tách ra khỏi lỏng đi lên đỉnh ở nhiệt độ 1200C bởi sự cấp nhiệt của thiết bị đun sôi lại E-01A/B. Hydrocacbon nhẹ được nén từ 29 Bar đến 47 Bar bằng máy nén K-01 và được hoà trộn với khí thương phẩm. Thiết bị lọc khí đầu vào Inlet Scrubber (V-12) đặt trước K-01 để loại bỏ các hạt lỏng trong dòng khí. Lỏng ở đáy C-01 được đưa qua tháp ổn định C-02, một phần hồi lưu lại đáy C-01. Áp suất vận hành của C-01 được giữ ở 29 Bar nhờ bộ điều khiển PICA-1303 điều khiển tốc độ quay của K-01 và van PV-1403B đặt trên đường kickback tạm thời đến từ đường khí thương phẩm. Sau khi nhà máy hoàn thành, dòng kickback tạm thời này sẽ không sử dụng nữa. Khi K-01 có sự cố, khí từ C-01 sẽ tự động xả ra đuốc đốt qua van PV-1303B để giữ áp suất không đổi.
Trong C-02, hỗn hợp Bupro được tách ra khỏi Condensate và đi lên đỉnh, còn Condensate được lấy ra ở đáy tháp. Dòng lỏng sau khi đun nóng ở E-03 sẽ cho qua E- 04 để gia nhiệt cho dòng nạp liệu của C-01, cuối cùng nó được làm nguội ở E-09 trước khi đưa đến bồn chứa TK-21 hoặc ống dẫn. Tháp C-02 làm việc ở áp suất 11 Bar, nhiệt độ đỉnh 600C và nhiệt độ đáy 1540C. Hơi Bupro được ngưng tụ tại E-02, một phần được cho hồi lưu trở lại tháp, phần còn lại theo đường ống dẫn sản phẩm Bupro. Tháp C-02 còn gọi là tháp ổn định Condensate.
- Thông số vận hành
Bảng 3.4 -Thông số áp suất
Thiết bị Áp suất (bar) K-1011 đầu vào(Từ SC-01/02) 60 ÷ 85
đầu ra(to V-06A/B) 109 FV-1001 đầu vào(Từ E-14)
đầu ra(Đến C-05)
106 46,5 FV-0501C đầu vào (Từ E-20)
đầu ra(Đến C-05)
106 46,5 PV-1114A đầu vào(Từ C-05)
đầu ra(Đến pipeline)
46
áp suất đường ống LV-0131A/B đầu vào(fTừ SC-01/02)
đầu ra(Đến V-03)
60 ÷ 85 45 PV-1305A/B đầu vào(Từ V-03)
đầu ra(Đến C-01)
45 27 FV-1701 đầu vào(Từ E-04)
đầu ra(to C-01) 44 27 K-01 đầu hút(Từ C-01 top) đầu xả( Đến K-02/03) 27 46 K-02 đầu hút(Từ discharge k-01) đầu xả( Đến K-03) 46 70 K-03 đầu hút(Từ discharge K-02) đầu xả(Đến V-08) 70 109 FV-1301 đầu vào(Từ V-15) đầu ra(to C-02) 27 10 FV-1601 đầu vào(Từ P-01A/B)
đầu ra(Đến pipeline transfer)
18 13 FV-1501 đầu vào(Từ P-01A/B)
đầu ra(Đến C-02)
18 10 LV-1702
đầu vào(Từ E-09)
đầu ra(Đến pipeline transfer) đầu ra(Đến tank storage)
9 8 0 FV-1201 đầu vào(Từ C-05 bottom)
đầu ra(Đến C-01) 46,5 27 ILV- 0112/0122 đầu vào(Từ SC-01/02) đầu ra(Đến V-52) 60 ÷ 85 0,3 ILV-0301 đầu vào(Từ V-03)
đầu ra(Đến V-520)
45 0,3 K-04A/B đầu vào
đầu ra
46 49
Bảng 3.5- Các thông số nhiệt độ
Dòng khí nhập liệu 25,6 E-14 đầu ra đến FV-1001 đầu ra đến PV-114A -18,5 20 E-20 đầu ra đến FV-501C đầu ra đến C-01 19 -12,8 FV-1001 đầu vào(from E-14)
đầu ra(to C-05) -18,5 -35 FV-0501C đầu vào(fromE-20) đầu ra(to C-05) 19 -5 PV-1114A đầu vàođầu ra(to pipeline) 27
tùy vào sụt áp qua van LV- 0131A/B đầu vào(from SC-01/02) đầu ra(to V-03) 25,6 18 V-03 20(heated by V-07) PV- 1305A/B
đầu vào (from V-03) đầu ra(to C-01)
20 -7,9 E-04 đầu ra(to C-01)
đầu ra(to E-09)
81 60 E-09 đầu ra(to LV-1702) 45 FV-1701 đầu vào(from E-04)
đầu ra(to C-01)
81 61 E-01A/B đầu ra(to V-15) 120 FV-1201
đầu vào(from C-05 bottom)
đầu ra(to E-20)
-19 -27 K-04 đầu và đầu ra 20 21
E-18 đầu vào
đầu ra
21 230
3.2.2.3 Chế độ GPPa. Các thiết bị chính a. Các thiết bị chính
Đây là chế độ hoàn thiện của nhà máy xử lý khí. Chế độ này bao gồm các thiết bị