THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH

Nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ khí CNG, Công ty CP CNG Việt Nam giao cho Công ty CP tư vấn đầu tư và thiết kế dầu khí (PVE), là đơn vị Tư vấn lập Dự án đầu tư xây dựng công trình “Nhà máy CNG Nhơn Trạch – Đồng Nai”. Công suất của nhà máy là 120 triệu m3 khínăm nhằm cung cấp khí CNG cho các hộ tiêu thụ tại các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu và TP Hồ Chí Minh. Dự án đầu tư theo hai giai đoạn:  Giai đoạn 1: công suất của nhà máy là 50 triệu m3năm  Quy mô Nhà máy sản xuất khí nén CNG tại khu công nghiệp Nhơn Trạch Đồng Nai với cơ sở hạ tầng, thiết bị đo đếm khí và đường ống công nghệ dẫn khí tới đầu vào cụm máy nén cho công suất 120 triệu m3năm.  Hệ thống máy nén và trụ nạp với công suất 50 triệu Sm3năm.  Phương tiện vận chuyển và thiết bị với công suất vận chuyển 50 triệu Sm3năm.  Giai đoạn 2: công suất của nhà máy đạt 120 triệu m3năm  Bổ sung hệ thống máy nén và trụ nạp nâng công suất thêm 70 triệu m3năm..  Bổ sung phương tiện vận chuyển và thiết bị với công suất vận chuyển 70 triệu Sm3năm. 2. TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tiêu chuẩn áp dụng cho hệ thống CNG: ASME B 31.8 Gas Transmissions and Distribution Piping Systems ASME B31.3 Process Piping ASME Sec.VIII, Division 2: Rules for construction of pressure vessels API 618 Reciprocating Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas industry Services API 5L Specification for Line Pipe API 6D Specification for Pipeline Valves API 602 Compact Steel Gate Valves Flanged, Threaded, Welding, and Extended Body Ends. API 520 Sizing, Selection and installation of pressure relieving device in Refinery. API RP 521 Guide for Pressure relieving and Depressuring Systems. NFPA 52 Compressed Natural Gas (CNG) Vehicular Fuel Systems Code, 2002 edition Gas Conditioning and Processing Vol. 1, Vol. 2 Engineering Data Book Norsok Standard 3. CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Dự án nhà máy CNG Nhơn Trạch được sử dụng các từ viết tắt như sau: CNG: Khí tự nhiên nén PFD: Bản vẽ sơ đồ nguyên lý dòng công nghệ PID: Bản vẽ sơ đồ đường ống và đo lường GDC: Trung tâm phân phối khí GDS: Trạm phân phối khí CNG VN: Công ty cổ phần CNG Việt Nam PVGASD: Công ty cổ phần phân phối khí thấp áp PVGASS: Công ty cổ phần kinh doanh khí hóa lỏng miền nam PSV: Van xả an toàn SDV: Van đóng ngắt khẩn cấp 4. THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ 4.1 Mô tả hệ thống công nghệ Khí tự nhiên (cao áp) từ hệ thống đường ống 22” Phú Mỹ Hồ Chí Minh sẽ được dẫn đến trạm phân phối khí thấp áp (GDS) Nhơn Trạch (do PVGASD) quản lý và phân phối. Tại đây, khí có áp suất khoảng 40 – 71 barg được dẫn theo đường ống đến Nhà máy CNG Nhơn Trạch (Tỉnh Đồng Nai). Tại Nhà máy CNG Nhơn Trạch, khí được đo đếm thương mại thông qua cụm đo đếm khí đầu vào. Các thông số công nghệ như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ của khí được đo đếm và kiểm soát tại phòng điều khiển trung tâm của Nhà máy CNG Nhơn Trạch và

CÔNG TY CP CNG VIỆT NAM

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG

NGHỆ

2 05/2011 Ban hành để phê duyệt N.T.T N.V.P N.K.T

1 10/2010 Ban hành để xem xét N.T.T N.V.P N.K.T

302020-01-RP-001

Số trang: 24

(bao gồm cả trang bìa)

MỤC LỤC

1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN 3

2 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

3 CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 4

4 THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ 4

4.1 Mô tả hệ thống công nghệ 4

4.2 Tính toán lựa chọn thiết bị công nghệ 5

5 PHẦN PHỤ LỤC 13

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN

Nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ khí CNG, Công ty CP CNG Việt Nam giao cho Công ty CP tư vấn đầu tư và thiết kế dầu khí (PVE), là đơn vị Tư vấn lập Dự

án đầu tư xây dựng công trình “Nhà máy CNG Nhơn Trạch – Đồng Nai” Công suất của nhà máy là 120 triệu m3 khí/năm nhằm cung cấp khí CNG cho các hộ tiêu thụ tại các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu và TP Hồ Chí Minh

Dự án đầu tư theo hai giai đoạn:

 Giai đoạn 1: công suất của nhà máy là 50 triệu m 3 /năm

 Quy mô Nhà máy sản xuất khí nén CNG tại khu công nghiệp Nhơn Trạch

- Đồng Nai với cơ sở hạ tầng, thiết bị đo đếm khí và đường ống công nghệ dẫn khí tới đầu vào cụm máy nén cho công suất 120 triệu m3/năm

 Hệ thống máy nén và trụ nạp với công suất 50 triệu Sm3/năm

 Phương tiện vận chuyển và thiết bị với công suất vận chuyển 50 triệu

Sm3/năm

 Giai đoạn 2: công suất của nhà máy đạt 120 triệu m3/năm

 Bổ sung hệ thống máy nén và trụ nạp nâng công suất thêm 70 triệu

m3/năm

 Bổ sung phương tiện vận chuyển và thiết bị với công suất vận chuyển 70

triệu Sm3/năm

2 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

Các tiêu chuẩn áp dụng cho hệ thống CNG:

ASME B 31.8 Gas Transmissions and Distribution Piping Systems

ASME B31.3 Process Piping

ASME Sec.VIII, Division 2: Rules for construction of pressure vessels API 618 Reciprocating Compressors for Petroleum, Chemical, and

Gas industry Services API 5L Specification for Line Pipe

API 6D Specification for Pipeline Valves

API 602 Compact Steel Gate Valves - Flanged, Threaded,

Welding, and Extended - Body Ends

Tài liệu số: 302020-01-RP-001 Trang 5

API 520 Sizing, Selection and installation of pressure relieving

device in Refinery

API RP 521 Guide for Pressure relieving and De-pressuring Systems NFPA 52 Compressed Natural Gas (CNG) Vehicular Fuel Systems

Code, 2002 edition Gas Conditioning and Processing Vol 1, Vol 2

Engineering Data Book

Norsok Standard

3 CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Dự án nhà máy CNG Nhơn Trạch được sử dụng các từ viết tắt như sau:

CNG: Khí tự nhiên nén

PFD: Bản vẽ sơ đồ nguyên lý dòng công nghệ

P&ID: Bản vẽ sơ đồ đường ống và đo lường

GDC: Trung tâm phân phối khí

GDS: Trạm phân phối khí

CNG VN: Công ty cổ phần CNG Việt Nam

PVGAS-D: Công ty cổ phần phân phối khí thấp áp

PVGAS-S: Công ty cổ phần kinh doanh khí hóa lỏng miền nam

PSV: Van xả an toàn

SDV: Van đóng ngắt khẩn cấp

4 THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

4.1 Mô tả hệ thống công nghệ

Khí tự nhiên (cao áp) từ hệ thống đường ống 22” Phú Mỹ - Hồ Chí Minh sẽ được dẫn đến trạm phân phối khí thấp áp (GDS) Nhơn Trạch (do PVGAS-D) quản lý và phân phối Tại đây, khí có áp suất khoảng 40 – 71 barg được dẫn theo đường ống đến Nhà máy CNG Nhơn Trạch (Tỉnh Đồng Nai) Tại Nhà máy CNG Nhơn Trạch, khí được đo đếm thương mại thông qua cụm đo đếm khí đầu vào Các thông số công nghệ như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ của khí được đo đếm và kiểm soát tại phòng điều khiển trung tâm của Nhà máy CNG Nhơn Trạch và

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Trạm phân phối khí thấp áp (GDS) của PVGAS-D Khí sau khi được đo đếm sẽ nén tăng áp đến áp suất 250 barg thông qua hệ thống máy nén CNG, tồn trữ trong các xe (trailer) Từ đây CNG được vận chuyển đến các khách hàng tiêu thụ

Cấu hình công nghệ Nhà máy CNG Nhơn Trạch gồm những cụm thiết bị sau đây:

- Cụm đo đếm khí đầu vào

- Cụm máy nén khí CNG

- Cụm chiết nạp khí CNG

4.2 Tính toán lựa chọn thiết bị công nghệ

4.2.1 Các thông số đầu vào

 Công suất nhà máy

- Giai đoạn 1: 50 triệu m3 khí/năm

- Giai đoạn 2: 120 triệu m3 khí/năm

 Các thông số công nghệ yêu cầu:

- Áp suất đầu vào: 40– 71 barg

- Nhiệt độ khí đầu vào: 35 °C

- Áp suất đầu vào máy nén: 40 barg (được cài đặt sau PCV)

- Áp suất yêu cầu đầu ra của máy nén: 250 barg (max)

- Nhiệt độ khí sau khi được làm nguội: 45 °C

- Các tính chất hóa lý của khí được lấy từ tài liệu báo cáo mô phỏng số

302020-01-RP-002

- Thành phần khí:

.Thành phần khí đưa vào tính toán lấy theo bảng dưới đây (nguồn: PV GAS):

Thành phần khí (% mol)

Khí Nam Côn Sơn

Tài liệu số: 302020-01-RP-001 Trang 7

N2 0.3254

Nguồn khí cung cấp cho nhà máy CNG Nhơn Trạch được lấy từ nguồn khí của đường ống dẫn khí Phú Mỹ - Hồ Chí Minh

4.2.2 Các thông số môi trường

- Nhiệt độ môi trường không khí: từ 18 đến 380C

- Nhiệt độ của đất: trung bình 210C

- Độ ẩm: trung bình 85%

4.2.3 Tính toán lựa chọn kích thước đường ống

 Phương pháp áp dụng

Theo tiêu chuẩn Norsok và ASME B31.8 lựa chọn kích thước ống dựa vào các điều kiện sau đây:

- Vận tốc lớn nhất cho phép trong ống không vượt quá 100 ft/s (30,5 m/s)

- Tổn thất áp suất lớn nhất cho phép trên 100 m ống không vượt quá giới hạn cho

phép theo bảng sau ((*) P Áp suất vận hành):

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Áp suất vận hành (barg) Tổn thất áp suất (bar/100 m)

Công thức tính vận tốc dòng khí trong ống như sau:

2

4

d

Q V









Trong đó:

V -Vận tốc dòng khí trong ống, m/s

d - Đường kính trong của ống, m

Q - Lưu lượng khí, m3/s

Công thức tính tổn thất áp suất :

Theo công thức của Darcy (Engineering Data Book) thì tổn thất áp suất được

tính theo công thức:















2 100

100 62530

d

f W

P

 Với: f là hệ số ma sát

4 0833 0

5 1 2 1

12

1 Re

8 2

x

C C

f





































16

9 0 1

27 0 Re

7

1 ln

457 2











































































d

C



16 2

Re

37530















C





dxVx

 Re

Tài liệu số: 302020-01-RP-001 Trang 9

Trong đó:

W - Lưu lượng, kg/h

f - Hệ số ma sát

100

P

 - Tổn thất áp suất, kPa/100m

L - Chiều dài ống, m

Z - Tỷ số nén của khí

d - Đường kính trong của ống, mm

ρ - Khối lượng riêng của khí, kg/m3

ε - Độ nhám của vật liệu ống, mm

Re - Chuẩn số Reynold

 Kết quả tính toán kích thước đường ống

TT.

Khu vực

Kích thước

Điều kiện thiết

kế

Điều kiện vận hành Áp

suất Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ (barg) o C (barg) o C

2 Đường ống trước máy nén 3" 71 -10/65 40 35

3 Đường ống sau máy nén 1" 262,5 -10/75 250 45

Chi tiết xem trong bảng tính toán lựa chọn đường ống và phân tích thủy lực đường ống, phụ lục A: Tính toán lựa chọn kích thước đường ống.

4.2.4 Thiết bị lọc khí đầu vào (Filter)

Công thức áp dụng:





*

*

2

*

* 4

D

Q V





Z T

P M

a

a w a

* ) 273 (

* 314 , 8 (

*







L D

A l * *

Trong đó:

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

W - Lưu lượng, kg/h

L - Chiều dài Thiết bị lọc, m

Z - Tỷ số nén của khí

d - Đường kính trong của ống, mm

ρa - Khối lượng riêng của khí, kg/m3 A1 - Tiết diện bề mặt lưới lọc, m2

D - Đường kính thiết bị lọc, m

Re - Hệ số Reynold

Tỉ số L/D được lựa chọn nằm trong khoảng từ 2:1 đến 4:1

Kết quả tính toán thiết bị lọc xem trong bảng tính toán thiết bị lọc khí – Phụ lục B: Tính toán lựa chon kích thước thiết bị lọc.

4.2.5 Tính toán lựa chọn cụm máy nén khí CNG

a Tính toán quá trình chiết nạp

Giai đoạn 1: Công suất 50 triệu Sm3/năm

 Số ngày hoạt động trong 1 năm của nhà máy là: 350 ngày

 Số giờ hoạt động trong 1 ngày của nhà máy là: 16 giờ

 Do đó, ta tính được công suất nhà máy trong 1 giờ là:

50.000.000

350*16

Q   Sm3/h

Do đó, số máy nén hoạt động đồng thời là:

8.928

2.900

Số máy nén lựa chọn giai đoạn 1 là 4 máy (3 làm việc, 1 dự phòng) Công suất máy nén chọn từ 2500 (normal) đến 2900 (max) sm3/h

Công suất nhà máy tối đa khi 3 máy hoạt động đồng thời là

Q1t =2.900*3 = 8.700 Sm3/h

Do mỗi máy cần 1 trụ nạp, thêm 02 cần dự phòng do vậy sẽ cần 06 trụ nạp

Thời gian nạp đầy 1 xe 20ft là:

Tài liệu số: 302020-01-RP-001 Trang 11

6 , 1 398 2

812 3





t giờ, tính cả thời gian chuẩn bị là 1,8 giờ

Tương tự, thời gian nạp đầy 1 xe 40ft, 34,2 m3 ở 250 bar là: 3,2 giờ, Tính cả thời gian chuẩn bị là 3,4 giờ

Như vậy, mỗi ngày làm việc 16h, mỗi máy nén sẽ nạp được 8,8 xe 20ft hoặc 4,7

xe 40ft

Giai đoạn 2: Tổng công suất 120 triệu Sm3/năm

- Số ngày hoạt động trong 1 năm của nhà máy là: 350 ngày (15 ngày bảo

dưỡng vận hành)

- Số giờ hoạt động trong 1 ngày của nhà máy là: 16 giờ

- Do đó, ta tính được công suất nhà máy trong 1 giờ là:

120.000.000

350*16

Q   Sm3/h Khi chọn máy nén loại 2.500 - 2.900 Sm3/h thì số máy nén cần thiết là

21.429

2.900

Lựa chọn 10 máy nén trong đó 8 máy làm việc và 2 máy dự phòng

Công suất nhà máy tối đa khi 10 máy hoạt động đồng thời là:

Q2t =2.900*10 = 29.000 Sm3/h

Số trụ nạp 15 trụ, giai đoạn 2 lắp đặt bổ sung thêm 9 trụ nạp

b Tính toán công suất nén thuỷ lực cho máy nén

Kết quả tính toán máy nén CNG được thể hiện như sau:

- Số lượng giai đoạn 1 đề xuất đầu tư 4 máy (3 làm việc, 1 dự phòng)

- Giai đoạn sau lắp đặt thêm 6 máy nén CNG, nâng tổng số máy nén hai

giai đoạn lên 10 (trong đó 8 máy làm việc, 2 máy dự phòng)

- Công suất: 2.500 – 2.900 m3/h

- Loại máy nén: pittong, 3 cấp

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

- Áp suất đầu vào: khoảng 40 barg

- Áp suất đầu ra: 250 barg (max)

- Công suất nén: 245 kW/máy (max., từ kết quả chạy mô phỏng Hysys 7.1)

- Làm mát: không khí/nước (sẽ được cập nhật trong giai đoạn sau)

Chi tiết máy nén khí CNG xem trong bảng mô phỏng máy nén khí CNG, tài liệu

số 302020-01-RP-002

4.2.6 Tính toán khối lượng khí trong xe bồn

Loại Tube CNG 20 ft (vật liệu Composite):

- Thể tích nước: 17 m³

- Khối lượng chứa khí (khối lượng riêng CNG ρ250=219 kg/m3):

219*17=3725 kg

- Áp suất hoạt động: 250 bar

Loại Tube CNG 40 ft (vật liệu Composite):

- Thể tích nước: 34 m³

- Khối lượng chứa khí (khối lượng riêng CNG ρ250=219 kg/m3):

34*219=7450 kg

- Áp suất hoạt động: 250 bar (max)

4.2.7 Tính toán van bảo vệ quá áp (Pressure Safety Valve)

Phương pháp áp dụng tính toán các van bảo vệ quá áp PSV được tính toán theo tiêu chuẩn API 250, API 251

Các thông số đầu vào được lấy từ tài liệu tính toán kích thước đường ống (line sizing), thiết bị (filter sizing), tài liệu báo cáo mô phỏng

Kết quả tính toán PSV như sau:

kg/h

Tài liệu số: 302020-01-RP-001 Trang 13

PSV

Chi tiết xem trong bảng tính toán lựa chọn van bảo vệ quá áp, phụ lục C:Tính toán lựa chọn van an toàn

4.2.8 Tính toán lựa chọn thiết bị đo lưu lượng

a Công thức áp dụng

Lưu lượng khí qua thiết bị đo lưu lượng được tính theo công thức sau:

Trong đó:

Qa - lưu lượng khí thực qua thiết bị, m3/h Qn’ - Lưu lượng khí tại điều kiên thông thường, Nm3/s

ρn - Tỷ trọng khí tại điều kiện thông thường, kg/m3

ρa - Tỷ trọng khí thực, kg/m3

Tỷ trọng khí được tính toán theo công thức sau:

Trong đó:

Mw - Khối lượng phân tử khí,

P - Áp suất khí, bar

R - Hằng số khí, 8,314

T - Nhiệt độ khí, oC

Z - Hệ số nén

b Kết quả tính toán lựa chọn

Lựa chọn kích thước thiết bị đo lưu lượng dựa trên lưu lượng khí thực tính toán qua thiết bị và theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

Lưu lượng tiêu chuẩn, Sm3/giờ

Lưu lượng thực, m3/giờ(min./max.) 66 965

a

n n a

Q Q





* '



*

* *

W

M P

R T Z

 

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Trên cơ sở tham khảo thông số của các hãng sản xuất, lựa chọn kích thước cho thiết bị đo lưu lượng 6”

Chi tiết xem trong bảng tính toán lựa chọn thiết bị đo lưu lượng, phụ lục D: Tính toán lựa chọn thiết bị đo lưu lượng loại turbine.

5 PHẦN PHỤ LỤC

Các bảng tính toán phần công nghệ:

Appendix A: LINE SIZING SPREADSHEET

Appendix B: FILTER SIZING SPREADSHEET

Appendix C: PSV SIZING SPREADSHEET

Appendix D: TURBINE FLOWMETER SIZING SPREADSHEET

Appendix E: INSTRUMENT AIR PACKAGE SIZING SPREADSHEET

Tài liệu số: 302020-01-RP-001 Trang 15