3.3.7 Thiết bị trao đổi nhiệt (E-14)
Hỗn hợp khí sau khi ra khỏi thiết bị lọc F-01A/B sẽ được chia làm 2 dòng:
Dòng đầu tiên khoảng 1/3 được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-05. Trước khi vào tháp C-05, dòng khí được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt E-14 để trao đổi nhiệt với chính dòng lạnh ra từ chính đỉnh tháp này sau đó đưa qua van giảm áp đến 37 bar, đồng thời nhiệt độ cũng giảm đến -620C trước khi vào tháp C-05.
Thiết bị trao đổi nhiệt này có cấu tạo dạng tấm, bên trong có nhiều khoang trao đổi nhiệt, các khoang này được lắp đặt song song nhau. Mỗi khoang có nhiều tấm mỏng với bề mặt gợn sóng đặt chồng lên nhau. Hai dòng lưu thể chuyển động theo những khe hở giữa các tấm một cách xen kẽ nhau.
Quá trình làm lạnh trong thiết bị là quá trình đẳng áp. Nhờ có cấu tạo đặc biệt mà hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị khá lớn. Thiết bị có những ưu điểm vượt trội sau:
Vùng nhiệt độ làm việc lớn. Diện tích trao đổi nhiệt lớn.
Kích thước nhỏ hơn so với loại ống chùm.
Hệ số truyền nhiệt lớn hơn loại võ ống hai đến ba lần.
Dòng khí từ đỉnh tháp C-05 sau khi qua E-14 được đưa đến hệ thống nén của Turpo-Expander để nâng áp lên 54 bar hòa vào dòng khí thương phẩm (Sales Gas).
3.3.8 Thiết bị Turbo-Expander (CC-01)
Trong chế độ GPP, thiết bị Turbo-Expander được thêm vào với mục đích giãn nỡ hỗn hợp khí xuống áp suất thấp hơn trong chế độ MF nên có khả năng làm lạnh sâu hơn hỗn hợp khí để làm tăng khả năng thu hồi lỏng. Tuy nhiên, giá thành của thiết bị này lại rất cao.
Thiết bị bao gồm 2 phần chính: Hệ thống giản nở (Expander) và máy nén (Compressor).
Bảng 3-17:Các thông số kỹ thuật của CC-01:
Các thông số Đơn vị Expander Compressor Áp suất thiết kế Áp suất làm việc Hút Xã Nhiệt độ thiết kế Nhiệt độ làm việc Hút Xã Công suất Bar Bar Bar oC oC oC kW 139 108,2 33,5 -25 30,5 -17,2 2243 60 32,9 48 80 27,28 61 2280 Phần giản nở (Expander)
Hai phần ba lượng khí khô sau khi tách nước ở V-06 đi đến phần giãn nở của Turbo-Expander CC-01 để giảm áp từ 109 Bar xuống còn 33,5 Bar đồng thời nhiệt độ cũng giảm từ 25,60C ÷ -180C. Ở nhiệt độ này phần lớn hydrocacbon nặng (C3+) được hóa lỏng và làm dòng nạp liệu cho tháp C-05.
Phần máy nén (Compressor)
Quá trình giản nở giảm áp tại Expander xảy ra thì dòng khí sẽ sinh ra một công làm quay quạt gió trong Expander. Công quay này được dẫn truyền động dùng để chạy phần máy nén, nén dòng khí ra từ 33,5 bar lên đến áp suất vận chuyển 47 bar. Nhờ vào việc tận dụng công của quá trình giản nở sẽ tiết kiệm năng lượng cho nhà máy.
3.3.9 Tháp Rectifier (C-05)
Cấu tạo: Tháp C-05 được thiết kế khá đặc biệt, với hai chức năng cho các chế độ vận hành. Nó cấu tạo gồm 2 phần: Phần trên đỉnh tháp có cấu tạo như bình tách, phần đáy có cấu tạo như một tháp chưng nhưng chỉ có phần cất. Tháp có 12 đĩa kiểu van, chiều cao 21 m, đường kính 2,1 m và bề dày thiết kế 53 mm. Tháp không có thiết bị đun sôi lại.
Vận hành: Áp suất : 37 bar,
Nhiệt độ : - 430C ở đỉnh và -200C ở đáy.
Mục đích: tách C1 và C2 ra khỏi phần lỏng.
Dòng thứ hai khoảng 2/3 được đưa vào đáy tháp C-05. Trước khi vào tháp C-05 thì dòng khí được đưa qua hệ thống giãn nở của Turpo-Expander (CC-01) để giảm đến áp suất 37 bar, đồng thời nhiệt độ cũng giảm xuống -120C. Sau đó được đưa vào đáy tháp C-05.
Khí từ đỉnh tháp ở -430C được dùng làm tác nhân làm lạnh cho thiết bị trao đổi nhiệt khí/khí E-14 và sau đó được nén bởi máy nén gắn đồng trục với Turbo Expander CC-01. Một ống dẫn nhánh cùng với van kiểm tra trên nó được lắp đặt gần máy nén. Trước khi khởi động máy nén khí chạy theo đường ống dẫn nhánh, sau đó tự động chuyển cho máy nén khi nó bắt đầu quay vì áp suất xã của máy nén cao hơn nên đóng van kiểm tra lại. Khi máy nén ngắt khí lại tự động chuyển sang ống dẫn nhánh. Tiếp đó khí được đưa đến ống dẫn khí thương phẩm, được đo lưu lượng tại ME-13 sau đó qua
van điều áp PV-1114A được lắp đặt trên đường ống kiểm soát áp suất đầu ra của nhà máy ở 54 bar cung cấp cho nhà máy điện.
Lỏng từ đáy tháp C-05 cùng với lượng hơi ra từ V-03 sẽ được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-01.
3.3.10 Tháp Deethanizer (C-01)
Cấu tạo: Tháp tách C-01 được thiết kế 32 đĩa van. Phần trên của tháp có 13 đĩa và đường kính 2,6 m. Phần dưới của tháp có 19 đĩa và đường kính 3,05 m.
Vận hành:
Chế độ Áp suất vận hành (Bar) Nhiệt độ đỉnh(0C) Nhiệt độ đáy(0C)
AMF 20 64 194
MF 29 60 120
GPP 29 14 104
Mục đích : Tách C1, C2 ra khỏi Condensate.
Trong chế độ AMF thì không có dòng hồi lưu của lưu thể lạnh. Sở dĩ áp suất hoạt động trong MF, GPP cao hơn mà nhiệt độ hoạt động lại thấp hơn trong AMF vì trong chế độ AMF người ta không thu hồi LPG còn trong MF, GPP người ta thu LPG nên cần hoạt động ở áp suất cao hơn và nhiệt độ thấp hơn để giữ cho LPG không thoát ra ở trên đỉnh.
Tháp này có hai nguồn nhập liệu, nguồn thứ nhất là dòng lỏng từ bình tách ba pha (V-03) sau khi làm nóng từ 400C lên 860C trong bộ trao đổi nhiệt E-04 đi vào đĩa thứ 14 trong AMF và đĩa thứ 20 trong chế độ MF, GPP. Sự khác nhau ở vị trí đĩa cũng do việc thu hồi LPG như đã nói ở trên. Nguồn thứ hai là dòng lỏng từ đáy C-05 có nhiệt độ -230C vào đĩa trên cùng của tháp, chứa 95% mol lỏng đóng vai trò như dòng hồi lưu ngoài.
Một thiết bị chuyển đổi vi phân áp suất (PDIA-1321) được cài đặt để tránh sự chênh áp quá cao gây nên bởi quá trình tạo bọt, bốn thiết bị hiển thị nhiệt độ trên các đĩa 2, 3,14,20 sẽ cho biết trạng thái của tháp, hai thiết bị đun sôi lại kiểu Kettle được cài đặt tại đáy của nó (Deethanizer Reboiler E-0A/B) mỗi thiết bị chạy 50% công suất một thiết bị hoạt động còn một thiết bị dự phòng. Sau khi trao đổi nhiệt Condensate chảy xuống nhờ lực trọng trường đến V-15 trong thời gian lưu là 3 phút để ổn định mực chất lỏng. Condensate được tách ra nhờ thiết bị điều khiển dòng FICA-1301 với thiết bị điều khiển mức chất lỏng LICA-1302 thông qua tháp ổn định C-02.
Hình 3-13: Hệ thống điều khiển áp suất đỉnh của C-01 MF/GPP
Cơ chế điều khiển: khi áp suất trong tháp vượt quá thiết kế thì PIC-1303A điều khiển tăng công suất máy nén, khi máy nén hoạt động hết công suất mà áp suất vẫn cao thì PIC-1303B điều khiển mở van PV-1403B xả khí ra hệ thống Flare. Khi áp suất tụt xuống dưới thiết kế thì PIC-1303A điều khiển giảm công suất máy nén để tăng áp, khi máy nén K-01 hoạt động ở mức tối thiểu mà áp suất vẫn thấp thì PIC-1303A điều khiển mở van PV-1403A hồi lưu một phần dòng Sale gas giúp tăng áp cho C-01.
Trong chế độ GPP chuyển đổi, áp suất hoạt động của C-01 được điều khiển bởi 2 bộ điều khiển áp suất PIC-1303A và PIC-1303B. PIC-1303B điều khiển lượng khí ra đuốc tránh quá áp cho C-01. PIC-1303A (cài đặt áp suất đỉnh C-01 ở 2700 kPaA) điều chỉnh độ mở van hồi dòng PV-1403B (kick-back line valve) để điều khiển áp suất đầu hút của K-01.
Máy nén K-01 có 3 cấp tải: 0% tải, 50% tải và 100% tải. Các cấp tải này có thể được điều chỉnh bằng tay trên tủ điều khiển gần máy nén. Nếu tổng tải máy nén nhỏ hơn 50% tải thì chọn chế độ 50% tải để tiết kiệm khí nhiên liệu.
Công suất K-01 được điều chỉnh bằng bộ step-wise unloader (0-50-100%) lựa chọn bằng tay trên panel điều khiển tại chỗ tương ứng với lưu lượng khí đi vào K-01. ( Sơ đồ tương tự chế độ GPP)
Hình 3-14: Hệ thống điều khiển áp suất đỉnh của C-01 trong chế độ AMF
Trong chế độ AMF áp suất vận hành của tháp C-01 là 20 bar được điều khiển bởi máy nén EJ-01A/B/C qua bộ điều khiển PIC-1303B qua van PV-1303B và van PV- 0805 đặt trên đương bypass.EJ có 3 vòi phun 50%, 30%, 20% của tổng dòng. Đặc điểm quan trọng của EJ là phạm vi hoạt động nhỏ vì thế nên có thể kết hợp ba Ejector vào hoạt động. Khi áp qua cao mà EJ hoạt động hết công suất vẩn không thể giảm áp suất của C-01 xuống 20 Bar thì sẻ xả khí ra đuốc.
Cơ chế điều khiển: Dựa trên định luật Becnuli: trong một ống nằm ngang, tổng áp suất tĩnh và áp suất động tại một điểm bất kỳ là một hằng số:
P +
2 1
ρν2 = constant
Khi áp suất trong C-01 vượt quá thiết kế (20bar) PIC-0805 điều khiển đóng bớt van bypass để tăng dòng khí đi qua EJ tăng sự lôi cuốn đòng khí đi ra từ đỉnh C-01 làm giảm áp suất tháp. Khi Ejector hoạt động hết công suất mà áp suất C-01 vẫn cao thì PIC-1303 điều khiển mở van xả khí ra hệ thống Flare. Ngược lại, khi áp suất C-01 nhỏ hơn thiết kế thì PIC-0805 điều khiển mở van bypass để giảm dòng khí đi qua EJ giảm sự lôi cuốn đòng khí đi ra từ đỉnh C-01 làm tăng áp suất tháp
Hình 3-15: Hệ thống điều khiển mức lỏng của C-01
Chất lỏng tích lũy trong bồn này là nguyên liệu cho tháp Stablizer (C-02). Dòng chất lỏng từ V-15 tới C-02 được điều khiển bởi controller FIC-1301. FIC-1301 nhận setpoint qua tín hiệu cascade từ điều khiển mức LIC-1302 của V-15. Cơ cấu điều khiển này duy trì ổn định dòng nguyên liệu cho C-02.
3.3.11 Tháp ổn định Stabilizer (C-02)
Cấu tạo: Tháp C-02 gồm 30 đĩa van, đường kính 2,14 m, đĩa nạp liệu là đĩa số 10, tháp có một thiết bị ngưng tụ ở đỉnh, một thiết bị đun sôi lại ở đáy.
Vận hành: Áp suất : 11 bar.
Nhiệt độ : 1540C (tại thiết bị đun sôi lại).
Mục đích : Là tháp ổn định và tách Bupro ra khỏi Condensate.
Tháp C-02 được cài đặt ở chế độ ban đầu MF và GPP, nhưng nó cũng có thể chạy sau khi hoàn thành chế độ GPP. Ở chế độ đầu tiên AMF, tháp C-01 hoạt động như một tháp ổn định bằng cách bay hơi C4 và các hydrocacbon nhẹ hơn từ Condensate với nhiệt độ cao ở Reboiler (1940C) nên trong trường hợp này C-02 không hoạt động. Nếu việc thu hồi LPG là cần thiết trong chế độ AMF thì C-01 sẽ là tháp tách C2 và C-02 được vận hành.
Tháp C-02 vận hành ở áp suất 11bar, được điều khiển bằng cách sử dụng van bypass PV-1501A và E-02. Công suất thiết kế của dòng bypass chiếm 30% dòng tổng. Khi áp suất lớn hơn 11bar, khí sẽ được đưa đi đốt thông qua van PV-1501B.
Hơi LPG từ đỉnh tháp sẽ ngưng tụ ở 430C trong thiết bị làm nguội bằng không khí E-02 sau đó đến bình ngưng tụ lỏng V-02 nhờ lực trọng lực (V-02 là bình nằm ngang có đường kính D = 2,2m, dài l = 7m). Sau đó LPG được bơm P-01A/B bơm từ C-02 đến C-03 (trong chế độ GPP), tới các bồn chứa V-21A/B/C (trong chế độ MF) và một phần hồi lưu lại tháp C-02. Một dòng LPG lỏng có lưu lượng 80 m3/h sẽ được lấy ra
nhờ thiết bị điều chỉnh lưu lượng FICA-1601 qua thiết bị điều khiển mức LICA-1601. Lượng này sẽ được đun nóng đến 600C tại thiết bị trao đổi nhiệt E-17 nhờ dòng nóng 970C đến từ đáy C-03, sau đó đi đến tháp C-03 (ở chế độ GPP). Còn chế độ MF, nó được đưa đến một trong các bình chứa LPG V-21A/B/C còn 74 m3/h LPG thì được hồi lưu lại đỉnh tháp C-02.
Thiết bị đun sôi lại của tháp C-02 thuộc lại Kettle (E-03) được sử dụng để đun nóng nhờ tác nhân làm nóng là dầu nóng có nhiệt độ 1540C. Nhiệt độ được điều khiển bởi van TV-1523 lắp trên đường dầu nóng (van điều chỉnh lưu lượng).
Condensate từ đáy tháp C-02 sẽ qua trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu của tháp C- 01 tại E-04 để làm nguội xuống 600C và sau đó được làm nguội thêm đến 450C tại thiết bị làm nguội bằng không khí E-09. Ngoài ra còn có thiết bị điều khiển vi áp PDIA- 1521, để tránh sự chênh áp trong tháp quá cao, mục đích chống hiện tượng tạo bọt, ba thiết bị đo nhiệt độ tại các đĩa 9, 10, 30 để biết trạng thái của tháp.
Sơ đồ hệ thống điều khiển tháp C-02:
Hình 3-16: Hệ thống điều khiển tháp C-02
Áp suất hoạt động của tháp được điều khiển thông qua sử dụng valve bypass PV-1501A và hiệu suất của Stabilizer system E-02. Dòng bypass được thiết kế 30% dòng tổng. Khi áp suất lớn hơn 11 Bar, PIC-1501 điều khiển đóng bớt van PV-1501A tăng lưu lượng dòng khí đi qua E-02 tăng ngưng tụ khí giúp giảm áp. Khi E-02 hoạt động hết công suất mà áp suất vẫn lớn khí sẻ được đưa tới đuốc đốt qua van PV-1501B
Chất lượng sản phẩm Bupro được giám sát liên tục nhờ bộ phân tích AI-1601 (03 phút/lần). Theo qui định hiện tại hàm lượng C2- năm trong khoảng 2-3%. Nếu hàm lượng C2- cao hơn 3% mol, phải tăng set point TIC-1307 A/B để tăng nhiệt độ đáy C-01 nhằm giảm hàm lượng C2- trong nguyên liệu vào C-02.
Hàm lượng C5+ trong Bupro và chỉ số hồi lưu của tháp C-02:
Hơi LPG từ đỉnh tháp C-02 được ngưng tụ hoàn toàn hệ thống quạt làm mát bằng không khí E-02 (condenser). Nhiệt độ đáy tháp được duy trì nhờ thiết bị gia nhiệt reboiler E-03. Có 2 cách điều chỉnh công nghệ để đạt được chất lượng sản phẩm là điều chỉnh tỷ lệ hồi lưu và nhiệt độ đáy tháp. Thành phần của Bupro được kiểm tra bởi AI- 1601. Nếu thành phần nặng (C5+) tăng quá giới hạn cho phép (>2%), phải tăng tỷ lệ hồi lưu của tháp C-02 (tăng set point FIC-1501). Tỷ số hồi lưu cao sẽ đảm bảo tính an toàn cho sản phẩm đạt chất lượng nhưng sẽ không đạt hiệu quả kinh tế cao do phải tiêu tốn nhiều năng lượng cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp.
Lỏng hồi lưu được khống chế bởi FIC-1501 qua van FV-1501, lưu lượng lỏng hồi lưu được giữ ở giá trị setpoint là 74m3/h. Lưu lượng sản phẩm đỉnh 80m3/h qua tháp C-03 được điều khiển qua FIC-1603 nối tiếp với LIC-1601 tác động lên độ mở của van FV-1601.
Áp suất hơi bão hòa của Condensat và nhiệt độ Reboiler của C-02 (E-03):
Áp suất hơi bảo hoà của Condensate được kiểm tra liên tục thông qua hệ thống phân tích AI-1701. Nếu áp suất này lớn hơn giá trị cho phép (12.1 psia) thì cần tăng nhiệt độ đáy tháp C-02 bằng cách tăng độ mở van hot oil TV-1523 để tăng lượng hot oil qua E-03.
C. Cụm các thiết bị khác
3.3.12 Tháp Splitter C3/C4 (C-03)
Cấu tạo: Tháp tách C-03 được cấu tạo có 30 đĩa van, đường kính 1,75m; nhiên liệu được nạp vào tại đĩa 14. Tháp C-03 có một thiết bị ngưng tụ và một thiết bị đun sôi lại đáy tháp.
Vận hành: ở chế độ GPP Áp suất : 16 bar.
Nhiệt độ : ở Đỉnh tháp là 460C, và ở Đáy tháp là 970C.
Mục đích : Tại tháp tách C- 03 thì Propan và Butan được tách ra khỏi nhau.