A. Cụm các thiết bị tách nước
3.3.1 Thiết bị SlugCatcher (SC-01/02)
Hình 3-3: Thiết bị Slug Catcher
Cấu tạo: Slug Catcher gồm 2 hệ, mỗi hệ 12 ống có dung tích 1400m3, thuộc dạng ống, đường kính mỗi ống 42", nằm nghiêng góc từ 10 ÷ 150 và dài 140m nhằm tăng khả năng tách lỏng trong quá trình di chuyển của hổn hợp lỏng-khí.
Vận hành: Áp suất : 109 bar. Nhiệt độ : 23 ÷ 280C.
Nguyên tắc hoạt động: Hỗn hợp khí và Condensate từ ngoài khơi vào, đầu tiên được đưa đến Slug Catcher (SC-01/02) để phân tách Condensate, Khí và nước tự do, dưới áp suất vận hành 109 bar và nhiệt độ 280C. Dòng khí vào đường ống luôn luôn chuyển động va đập vào nhau và va đập vào thành ống, bên cạnh đó do sự thay đổi đột ngột về đường kính ống (từ 16" vào 42") nên làm giảm tốc độ dòng khí và như vậy làm giảm động năng dòng khí, dưới tác dụng của lực trọng trường thì những cấu tử nặng hơn nhờ độ nghiêng của ống sẽ chảy về cổ góp ngưng tụ thành lỏng gồm Condensate và nước tự do. Nước tự do nặng hơn Condensate nên được tách riêng ra khỏi Condensate và góp lại tại đầu góp nước, Condensate sẽ được đưa qua bình tách V-03. Còn những cấu tử nhẹ hơn nằm phía trên tiếp tục tồn tại ở dạng khí và được góp lại ở đầu góp 30" sau đó phần lớn được đưa tới hệ thống máy nén đầu vào K-1011A/B/C/D và một phần nhỏ được Bypass qua bình tách V-101.
Hình 3-4: Hệ thống điều khiển của Slug Catcher
Hệ thống điều khiển:
Condensate được tách ra ở SC-01/02 và được thu nhận tại đầu thu lỏng 36”. Sau đó điều khiển mức LIC-0131A hoặc B điều chỉnh lượng condensate chuyển đến bình tách nhanh V-03. LIC này nhận tín hiệu mức từ 2 bộ level transmitter (LT-0111A&B cho SC-01; LT-0121A&B cho SC-02 được lắp đặt riêng cho mức thấp và mức cao). Sử dụng HS-0111 cho SC-01 (HS-0121 cho SC-02) chuyển tín hiệu từ mức thấp hoặc cao tới LIC-0131A hoặc B để điều khiển chất lỏng vào V-03.
Trong điều kiện bình thường mức chất lỏng của Slug catcher duy trì ở mức thấp và được giám sát qua transmitter mức thấp. Khi lượng chất lỏng vào ổn định, LIC- 0131A hoặc B để ở chế độ auto để ổn định mức chất lỏng. Khi mức chất lỏng biến đổi bất thường, chuyển LIC-0131A hoặc B sang manual và duy trì độ mở ổn định các van LV-0131A/B giữ ổn định lưu lượng đi vào V-03 cũng như dòng chất lỏng đi ra từ V- 03. Sau khi ổn định cần chuyển các van này về chế độ auto. Mức chất lỏng trong V-03 phải được duy trì ở giá trị 50-60% để tránh hiện tượng dòng 2 pha đi theo dòng lỏng từ V-03 sang C-01 làm mất ổn định hoạt động của tháp này.
Khi có “Slug” vào, mức chất lỏng Slug catcher tăng cao, tín hiệu báo động mức cao (LIA-0111A hoặc B) thông báo cho người vận hành. Cần chuyển van LV-0131A/B về manual và đặt độ mở thích hợp. Đồng thời theo dõi mức chất lỏng Slug catcher qua level trend. Duy trì điều khiển độ mở van bằng manual ngay cả khi biến động mức đã trở lại ổn định và mức chất lỏng tăng lên từ từ. Sau đó có thể lựa chọn một trong 2 cách để giảm mức chất lỏng của Slug catcher
Tiếp tục cài đặt ở auto và đặt set point giảm dần. Trường hợp này các tháp không nhận được dòng nguyên liệu ổn định từ V-03.
Theo dõi trend mức chất lỏng và điều chỉnh (bằng manual) độ mở van LV- 0131A hoặc B. Trường hợp này dòng nguyên liệu từ V-03 vào các tháp ổn định cho đến khi thay đổi độ mở van.
Sau khi mức chất lỏng tại SC đã ổn định trở lại, chuyển LV-0131 về auto với mức chất lỏng hiện tại là giá trị set point.
3.3.2 Bình tách ba pha (V-03)
Cấu tạo: Là 1 bình tách ba pha, nằm ngang, có hệ thống gia nhiệt.
Vận hành: Áp suất : 75 bar. Nhiệt độ : 180C
Mục đích : Dùng để tách Condensate, nước và khí hydrocacbon.
Hình 3-5: Bình tách ba pha V-03
Condensate từ Slug Catcher trước khi vào V-03 sẽ qua van giảm áp và được giảm từ áp suất 109 bar xuống đến 75 bar, đồng thời với việc giảm áp suất thì nhiệt độ sẽ giảm thấp hơn nhiệt độ tạo hydrate (trong điều kiện này là 200C), vì vậy phải đặt hai van đo mức (LV-0131A/B) một van dự phòng đặt lối vào V-03. Trong trường hợp xuất hiện hydrate ở một trong hai van thì Methanol có thể được phun vào hoặc chuyển dòng sang van dự phòng.
Dây chuyền nhà máy được thiết kế ở điều kiện nhập liệu bão hoà hơi nước nhưng thực tế việc xử lý Glycol ở ngoài khơi đã hạ nhiệt độ điểm sương của dòng nguyên liệu, vì vậy việc ngăn chặn hình thành hydrate chỉ là đề phòng.
Trong bồn V-03, được trang bị một ống xoắn ruột gà nhằm mục đích gia nhiệt cho Condensate để nâng nhiệt độ Condensate lớn hơn 200C bằng dầu nóng để tránh hình thành hyđrate trong bồn. Lưu lượng dòng dầu nóng được điều khiển bằng TICA-0303.
Condensate trong V-03 được chuyển qua thiết bị đo lưu lượng FIC/A-0302 nối tiếp với thiết bị đo mức LIC/A-0302.
Nước tập trung ở đáy bồn được chuyển đến V-52.
Việc điều chỉnh áp suất của bình tách V-03 ở 75 bar trong chế độ GPP thiết kế khác với trong hai chế độ AMF, MF và cả trong chế độ GPP chuyển đổi.
Trong chế độ AMF: Áp suất của bình V-03 được duy trì theo lưu lượng của dòng khí thu được từ bình này sang C-05 và van xả an toàn ra hệ thống Flare.
Trong chế độ MF: Áp suất của bình V-03 được duy trì theo lưu lượng của dòng khí thu được từ bình này sang C-01 và van xả an toàn ra hệ thống Flare.
Trong chế độ GPP: Áp suất của bình V-03 không được điều khiển tự động, tuy nhiên áp suất của bình vẫn được duy trì ở 75 bar, nhờ vào van một chiều trên đường Kick-back ở đường ống ra của K-03 quay lại đường ống hút. Khi áp suất đầu hút thấp hơn 75 bar nhờ chênh áp giữa hai đầu van một chiều tăng lên làm mở van, dòng khí có áp suất cao trong ống ra sẽ tăng áp trong đường ống hút. Trong trường hợp áp suất tăng quá 75 bar van an toàn áp suất trên đỉnh bình tách này sẽ mở ra và xả khí ra hệ thống Flare để đốt nhằm làm hạ áp suất của bình tách.
Nguyên tắc hoạt động:
Hình 3-6: Cấu tạo của bình tách V-03
Dòng nguyên liệu (1) khi vào bình tách V-03 đầu tiên gặp tấm chắn (2) sẽ làm giảm động năng và làm cho quá trình phân chia pha xảy ra nhanh. Do có sự giảm áp qua van trước khi vào bình tách V-03 nên hydrocacbon nhẹ thoát ra, các hydrocacbon này di chuyển lên, đồng thời kéo theo các phân tử chất lỏng, những phân tử lỏng này gặp tấm chắn sương (6) sẽ rơi xuống dưới. Khí sẽ được đi ra ngoài theo đường (3). Lỏng dưới đáy bao gồm Condensate và nước. Do sự chênh lệch về khối lượng riêng mà nước và Condensate sẽ phân pha, nước được thu tại Boot (5) và được lấy ra ngoài, Condensate sẽ được lấy ra theo đường (4) và được gia nhiệt trước khi vào tháp C-01.
Hình 3-7: Hệ thống điều khiển của V-03 (GPP)
Mục đích của hệ thống này là duy trì áp suất của V-03 ở 75 bar và mức chất lỏng trong giới hạn cho phép. PIC-2002 nhận tín hiệu áp suất của hệ thống.
Khi áp suất trong hệ thống tăng ( > 75bar) thì nó điều khiển tăng công suất máy nén K-03 để hạ áp, khi máy nén K-03 hoạt động hết công suất mà áp suất vẫn cao thì nó tác động mở van PV-2002B xả bớt khí ra hệ thống đuốc.
Khi áp suất trong hệ thống giảm ( < 75bar) thì nó điều khiển giảm công suất máy nén K-03 để tăng áp, khi máy nén K-03 hoạt động ở mức tối thiểu mà áp suất vẫn thấp thì nó tác động mở van PV-2002A, một lượng khí sau E-13 có áp suất 109bar sẽ được hồi lưu lại hệ thông giúp tăng áp.
LIC-0131 có nhiệm vụ điều khiển mức lỏng trong SC. Mức chất lỏng trong V-03 được điều khiển bởi LICA-0302 thong qua FIC-1302
Còn trong chế độ MF áp suất áp suất V-03 được điều khiển bởi PIC-1305A/B và van điều khiển áp suất PV-1305A/B, trong chế độ AMF áp suất V-03 được điều khiển bởi PIC-1209 và van điều khiển áp suất PV-1209. Cơ chế điều khiển tương tự chế độ GPP
3.3.3 Bình tách (V-101) & (V-07) *Bình tách (V-101)
Cấu tạo: là bình tách khí - lỏng trong hỗn hợp ra khỏi nhau.
Vận hành: Áp suất : 54 bar. Nhiệt độ : 170C.
Khí từ Slug Catcher được chia làm 2 dòng:
Dòng Bypass: Khoảng 0,7 triệu Sm3/ngày, trước khi vào V-101 sẽ qua van PV- 101 để giảm áp từ 70 ÷ 80 bar xuống còn 54 bar. Lỏng tách ra từ V-101 sẽ được đưa đến V-03 để tách sâu hơn, còn khí ra ở đỉnh bình tách V-101 được sử dụng như khí thương phẩm cung cấp cho các nhà máy điện bằng hệ thống ống dẫn có đường kính 16".
Dòng chính: Khoảng 5,2 triệu Sm3/ngày sẽ được đưa qua bình tách trước khi vào máy nén K-1011A/B/C/D.
Hình 3-8: Cấu tạo của bình tách V-101
* Bình tách (V-07)
Cấu tạo: là bình tách khí - lỏng trong hỗn hợp ra khỏi nhau.
Vận hành: Áp suất : 60 bar. Nhiệt độ : 2300C.
Mục đích : khí sau khi làm nhiệm vụ tái sinh thì có lẫn một hàm lượng nước, mục đích của V-07 là tách bỏ nước trong khí tái sinh trước khi cho nhập vào dòng Salegas
3.3.4 Hệ thống máy nén khí đầu vào K-1011A/B/C/D
Mục đích của việc lắp đặt
Nhà máy xử lý khí Dinh cố được thiết kế ban đầu với lưu lượng 4,3 triệu m3
khí/ngày sử dụng khí đồng hành tại mỏ Bạch Hổ với áp suất đầu vào theo thiết kế là 109 bar, nhưng sau khi mỏ Rạng Đông đi vào khai thác thì để tận dụng khí đồng hành từ mỏ này PetroViệt Nam đã cho xây đường ống dẫn khí từ mỏ Rạng Đông sang mỏ Bạch Hổ sau đó cùng đưa vào nhà máy với lưu lượng lên đến khoảng 5,9 triệu m3
khí/ngày và áp suất đầu vào giảm chỉ còn 70 ÷ 80 bar điều này dẫn đến làm sai lệch áp suất đầu vào so với thiết kế.
Chênh áp Delta P tại đầu vào và đầu ra là yếu tố quyết định đến khả năng thu hồi lỏng của nhà máy (vì nó quyết định đến hiệu suất làm lạnh của thiết bị Turbo- Expander) mà áp suất đầu ra là cố định, không thể hạ thấp do yêu cầu của nhà máy
điện. Vì vậy để tăng lưu lượng vào và tăng khả năng thu hồi lỏng cũng như để cho chế độ hoạt động nhà máy gần với thiết kế người ta lắp đặt hệ thống máy nén đầu vào để tăng áp suất đầu vào sau Slug Cather.
Thông số thiết kế của hệ thống máy nén khí đầu vào
Hệ thống gồm 4 máy nén, mỗi máy nén có công suất là 1,67 triệu m3 khí/ngày trong 4 máy nén này thì chỉ có 3 máy hoạt động còn một máy dự phòng. Dòng khí trước khi vào hệ thống này có áp suất dao động từ 70 ÷ 80 bar và yêu cầu nâng áp suất đầu ra của hệ thống lên đến 109 bar.
Bảng 3-16: Thông số thiết kế của hệ thống máy nén đầu vào K1011A/B/C/D
Thông số K1011A K1011B K1011C K1011D
Compressor power 1984,27/4 1984,27/4 1984,27/4 1984,27/4 Ratio of Compressor 1,857 1,857 1,857 1,857
Out pressure (Bar) 109 109 109 109
Compressor speed (Rpm) 842 866 743 708
Hỗn hợp khí ra từ máy nén K-1011A/B/C/D sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ 450C tại thiết bị làm lạnh bằng không khí E-1015A/B/C/D, sau đó được đưa vào thiết bị tách V-08.
3.3.5 Thiết bị tách nước sơ bộ (V-08) Cấu tạo: 1 5 V-08 2 3 4
Hình 3-9: Cấu tạo thiết bị tách nước sơ bộ V-08.
1. Dòng khí vào. 2. Bộ phận đỡ đường ống và hướng dòng. 3. Lưới lọc. 4. Dòng khí ra. 5. Lỏng ra. Nguyên tắc hoạt động:
Đây là thiết bị tách nước và Condensate bị kéo theo bởi dòng khí. Dòng khí vào (1) nhờ bộ phận hướng dòng (2) mà ít bị thay đổi vận tốc, động năng của dòng ít bị thay đổi, nhờ đó sự va đập giữa dòng khí và lớp lưới lọc tốt. Do đó quá trình tách xảy ra nhanh. Nếu không có thiết bị hướng dòng thì vận tốc của dòng sẽ giảm do sự thay đổi đột ngột về đường kính (ống dẫn khí so với đường kính V-08) sẽ giảm động năng và làm giảm sự va đập. Dòng lỏng sẽ được lấy ra ở đáy và đưa sang thiết bị V-03 để tách triệt để, người ta lắp đặt nhiều đường lấy lỏng ra để đảm bảo hoạt động liên tục của thiết bị. Dòng khí sau khi được tách các hạt lỏng kéo theo sẽ đi lên phía trên và tiếp tục qua thiết bị tách tinh V06A/B.
3.3.6 Thiết bị khử Hydrat bằng hấp phụ (V-06A/B)
Cấu tạo
Hình 3-10: Cấu trúc bên trong của thiết bị hấp phụ V-06A/B
Mục đích V06AB: tách triệt để nước trong khí nguyên liệu nhằm hạ dewpoint xuống khoảng -730C tránh tạo hydrate khi đi vào tháp hấp thụ C-05
Nhôm oxyt được sử dụng vì: Giá thành thấp.
Công suất tách nước lớn. Ít bị ảnh hưởng.
Bảo vệ rây phân tử tốt. Tái sinh dễ dàng.
Các tầng hấp phụ được đỡ trên lớp sứ hình cầu.
Thời gian và sơ đồ hoạt động của V-06A/B
Hình 3-11: Chu kỳ hoạt động của thiết bị V-06A/B
Sơ đồ tách nước bằng phương pháp hấp phụ của nhà máy xử lý khí Dinh Cố:
Hai tháp này hoạt động luân phiên nhau. Khi thiết bị này làm nhiệm vụ hấp phụ thì tháp kia giải hấp. Ở đây ta đang xét trường hợp cụ thể khi tháp 1 làm nhiệm vụ giải hấp còn tháp 2 là hấp phụ.
Hình 3-12: Sơ đồ hoạt động của cụm thiết bị V-06A/B
Chú thích: dòng màu trắng là dòng khí nguyên liệu ẩm, dòng màu đen là dòng khí tái sinh
Khí nguyên liệu từ V-08 đi vào tháp hấp thụ thực hiện quá trình hấp phụ nước, sau đó qua thiết bị lọc bụi rồi tiếp tục qua các công đoạn xử lý khác.
Tháp còn lại đi vào quá trình giải hấp phụ, một dòng khí khô (dòng này lấy từ đỉnh C-05, không lấy dòng Salegas vì trong GPPM salegas có một lượng nước nhất định do co một phần đi tắt qua V-101 và đi thẳng vào khí thương phẩm không qua xử lí nước) được máy nén K-04 nén lên 109 bar và gia nhiệt lên khoảng 2300C sau đó đi vào tháp và thưc hiện quá trình giải hấp. Dòng khí đi ra từ tháp tái sinh được làm nguội sau đó ngưng tụ tách nước và cho nhập chung vào dòng Salegas.
Quá trình hấp phụ
Trong chế độ MF và GPP (và AMF sau khi hoàn thành GPP). Khí từ Slug Cather đầu tiên được đưa qua thiết bị tách lọc nước V-08, được thiết kế để tách 99% Hydrocacbon lỏng, nước tự do, dầu bôi trơn, chất rắn trong khí, rồi khí tiếp tục đi đến thiết bị khử nước tinh V-06A/B. Ở đây dầu có tác dụng xấu đến hiệu năng và thời gian sống của chất hấp phụ rây phân tử. Nên cần có thiết bị tách thô để tách chúng đi nhằm bảo vệ rây phân tử.
Dòng khí ở 260C và áp suất 109 bar được nạp vào một trong hai thiết bị hấp phụ làm việc song song (V-06A/B), một thiết bị làm chức năng hấp phụ thì thiết bị kia làm chức năng giải hấp phụ. Dòng khí vào được phân phối, sau đó đi vào các tầng hấp phụ. Tầng hấp phụ đầu tiên là nhôm oxit hoạt tính để tách phần lớn nước, tầng thứ hai làm bằng rây phân tử để tách triệt để nước và giảm nhiệt độ điểm sương xuống đạt yêu cầu