1. TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là CH4 metane (chiếm 85% 95%) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu (khí đồng hành) hoặc khí nhà máy (thu được trong quá trình sản xuất của các nhà máy lọc dầu), qua xử lý và nén ở áp suất cao (200 đến 250 bar) để tồn trữ vào bồn chuyên dụng và vận chuyển tới các hộ tiêu thụ là các nhà máy có sử dụng nhiệt năng, các khu chung cư… CNG có tính năng tương tự khí thiên nhiên, sạch, chỉ chiếm khoảng 1200 thể tích so với khí thiên nhiên ở trạng thái bình thường, dễ chuyên chở đi xa và có chỉ số Octane cao nên được sử dụng rộng rãi trên thế giới làm nhiên liệu động cơ thay thế xăng, dầu vì không giải phóng nhiều khí độc như NO, CO, SO2 khi cháy và hầu như không phát sinh bụi. Các động cơ sử dụng CNG có thể làm giảm đến 93% lượng CO2, 33% lượng NO và đến 50% lượng hydrocarbon thải ra khi so sánh với động cơ xăng. Giá thành CNG rẻ hơn xăng khoảng 10% đến 30% và có tính ổn định trong thời gian dài so với giá các sản phẩm dầu mỏ. Do khí cháy hoàn toàn, không gây đóng cặn trong thiết bị đốt và tại bộ chế hòa khí của các phương tiện nên CNG giúp nâng cao hiệu suất, kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng và tuổi thọ máy móc thiết bị.. Vì vậy, sử dụng CNG thay thế các nhiên liệu truyền thống như than, dầu diesel sẽ bảo vệ môi trường và giảm chi phí. Ngoài ra, CNG còn được cung cấp làm nhiên liệu đốt cho các hộ công nghiệp, cho phương tiện vận tải ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ khí CNG, Công ty cổ phần CNG Việt Nam giao cho Tổng công ty tư vấn đầu tư 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: Nhà máy sản xuất CNG với công suất là 50 triệu Sm3năm Hệ thống công nghệ cho cả hai giai đoạn bao gồm: Quy mô nhà máy sản xuất khí CNG tại khu công nghiệp Nhơn Trạch Đồng Nai với cơ sở hạ tầng, thiết bị điện, đo đếm, ống công nghệ, PCCC cho công suất 120 triệu m3năm. Hệ thống máy nén với công suất 50 triệu m3năm • Giai đoạn 2: Nâng công suất sản xuất của nhà máy lên đạt 120 triệu Sm3năm. Bổ sung Hệ thống máy nén nâng công suất thêm 70 triệu Sm3năm.. Phương tiện vận chuyển và thiết bị. Do hạn chế về kinh nghiệm cũng như thời gian trong khi tìm hiểu đề tài nên việc trình bày chỉ xem xét ở giai đoạn 1 của nhà máy với công suất 50 triệu Sm3năm. 1.2 Tiêu chuẩn áp dụng Các tiêu chuẩn áp dụng cho hệ thống công nghệ CNG: ASME B31.8: Hệ thống ống phân phối và vận chuyển khí ASME B31.3: Các vấn đề về đường ống công nghệ API 520: Tính toán kích thước, lựa chọn và lắp đặt thiết bị giảm áp lực trong công nghệ lọc dầu. Phần I 1990 Định kích thước và chọn lựa Phần II 1988 Lắp đặt API RP 521: Hướng dẫn về hệ thống giảm áp cũng như xả quá áp trong công nghệ dầu khí NFPA 52: Khí nén tự nhiên cung cấp nhiên liệu cho hệ thống xe tải TCVN 32551986: An toàn cháy nổ yêu cầu cơ bản TCVN 57601993: Hệ thống chữa cháy – yêu cầu cơ bản khi thiết kế TCVN 53072002: Cảng xuất nhập Dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ NFPA 142000: Tiêu chuẩn lắp đặt cho ống tiêu chuẩn, hệ thống ống mềm và vấn đề phòng ngừa tạo hydrate 1.3 Các ký hiệu và viết tắt CNG Khí tự nhiên nén PFD Bản vẽ sơ đồ nguyên lý dòng công nghệ PVGASD Công ty cổ phần phân phối khí thấp áp PSV Van xả an toàn SDV Van đóng ngắt khẩn cấp TI Cảm biến đo nhiệt độ PG Cảm biến đo áp suất PCV Van điều chỉnh áp suất 2. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 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. Thành phần khí đưa vào tính toán được lấy theo bảng dưới đây: Thành phần khí (% mol) Nguồn khí Phú MỹHồ Chí Minh N2 0.3254 CO2 2.9280 Methane 87.600 Ethane 4.9130 Propane 2.4340 iButane 0.6940 nButane 0.5800 iPentane 0.1960 nPentane 0.1280 C6+ 0.1796 H2O 0.0220 Tổng 100.00 Thành phần cấu tử giả C6+ có thông số giả định như sau: Khối lượng phân tử (MW): 100.2 Nhiệt độ điểm sôi (NBP): 371.6 oK
Trang 1BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
Đề tài: TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
CNG TẠI NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH-ĐỒNG NAI
Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 12 tháng 07 năm 2013
Trang 2M C L C Ụ Ụ
1. TỔNG QUAN………3
1.1 Giới thiệu .3
1.2 Tiêu chuẩn áp dụng .4
1.3 Các ký hiệu và viết tắt .5
2. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ………5
2.1 Các thông số đầu vào thiết kế công nghệ .6
2.2 Các thông số môi trường .6
2.3 Các thông số giả định đưa vào mô phỏng .6
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG……… 7
4. MÔ TẢ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ……… 7
5. KẾT LUẬN………9
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO………9
7. PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM……… 10
1. TỔNG QUAN……… ………4
1.1 Giới thiệu……… ………4
1.2 Tiêu chuẩn áp dụng……… ………5
1.3 Các ký hiệu và viết tắt……… …… 6
2. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ……….…6
2.1 Các thông số đầu vào thiết kế công nghệ……….7
2.2 Các thông số môi trường……… 7
2.3 Các thông số giả định đưa vào mô phỏng………7
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG……… ………… 8
4. MÔ TẢ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ……… ………… 8
5. KẾT LUẬN……….………… 10
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO……….…… 11
7 PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM……….………… 11
Trang 31 TỔNG QUAN
CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là
CH4 - metane (chiếm 85%- 95%) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu (khí đồng hành) hoặc khí nhà máy (thu được trong quá trình sản xuất của các nhà máy lọc dầu), qua xử lý và nén ở áp suất cao (200 đến 250 bar) để tồn trữ vào bồn chuyên dụng
và vận chuyển tới các hộ tiêu thụ là các nhà máy có sử dụng nhiệt năng, các khu chung cư… CNG có tính năng tương tự khí thiên nhiên, sạch, chỉ chiếm khoảng 1/200 thể tích so với khí thiên nhiên ở trạng thái bình thường, dễ chuyên chở đi xa và có chỉ số Octane cao nên được sử dụng rộng rãi trên thế giới làm nhiên liệu động cơ thay thế xăng, dầu vì không giải phóng nhiều khí độc như NO, CO, SO2 khi cháy và hầu như không phát sinh bụi Các động cơ sử dụng CNG có thể làm giảm đến 93% lượng CO2, 33% lượng NO và đến 50% lượng hydrocarbon thải ra khi so sánh với động cơ xăng Giá thành CNG rẻ hơn xăng khoảng 10% đến 30% và có tính ổn định trong thời gian dài so với giá các sản phẩm dầu mỏ Do khí cháy hoàn toàn, không gây đóng cặn trong thiết bị đốt và tại bộ chế hòa khí của các phương tiện nên CNG giúp nâng cao hiệu suất, kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng và tuổi thọ máy móc thiết bị Vì vậy, sử dụng CNG thay thế các nhiên liệu truyền thống như than, dầu diesel sẽ bảo vệ môi trường
và giảm chi phí Ngoài ra, CNG còn được cung cấp làm nhiên liệu đốt cho các hộ công nghiệp,cho phương tiện vận tải ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày
Nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ khí CNG, Công ty cổ phần CNG Việt Nam giao cho Tổng công ty tư vấn đầu tư 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
Trang 4Dự án đầu tư theo hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Nhà máy sản xuất CNG với công suất là 50 triệu Sm3/năm
Trạch - Đồng Nai với cơ sở hạ tầng, thiết bị điện, đo đếm, ống công nghệ, PCCC cho công suất 120 triệu m3/năm
Giai đoạn 2: Nâng công suất sản xuất của nhà máy lên đạt 120 triệu
Sm3/năm
Do hạn chế về kinh nghiệm cũng như thời gian trong khi tìm hiểu đề tài nên việc trình bày chỉ xem xét ở giai đoạn 1 của nhà máy với công suất 50 triệu Sm3/năm
Các tiêu chuẩn áp dụng cho hệ thống công nghệ CNG:
ASME B31.8: Hệ thống ống phân phối và vận chuyển khí
ASME B31.3: Các vấn đề về đường ống công nghệ
API 520: Tính toán kích thước, lựa chọn và lắp đặt thiết bị giảm áp lực trong công nghệ lọc dầu
Phần I 1990 - Định kích thước và chọn lựa
Phần II 1988 - Lắp đặt
API RP 521: Hướng dẫn về hệ thống giảm áp cũng như xả quá áp trong công nghệ dầu khí
NFPA 52: Khí nén tự nhiên cung cấp nhiên liệu cho hệ thống xe tải
Trang 5 NFPA 14-2000: Tiêu chuẩn lắp đặt cho ống tiêu chuẩn, hệ thống ống mềm
và vấn đề phòng ngừa tạo hydrate
1.3 1.3 Các ký hiệu và viết tắt
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
Thành phần khí đưa vào tính toán được lấy theo bảng dưới đây:
Thành phần khí (% mol)
Nguồn khí Phú Mỹ-Hồ Chí Minh
Trang 6i-Butane 0.6940
Thành phần cấu tử giả C6+ có thông số giả định như sau:
Khối lượng phân tử (MW): 100.2
Nhiệt độ điểm sôi (NBP): 371.6 oK
Khối lượng riêng phần lỏng: 686.8 kg/m3
Áp suất / Nhiệt độ tới hạn (Pc/Tc): 26.36 barg/540oK
Thể tích tơi hạn: 0.4259 m3/kgmol
Lưu lượng lớn nhất: 21429 Sm3/h (120 triệu Sm3/năm)
Áp suất hoạt động khí đầu vào: 40 – 71 barg
Nhiệt độ khí đầu vào: 35 °C
Áp suất khí đầu vào máy nén: 40 barg
Áp suất yêu cầu đầu ra của máy nén: 250 barg
Nhiệt độ khí tối đa sau khi ra khỏi máy nén: 45 °C
Công suất: 50 triệu Sm3/năm
Lưu lượng thiết kế: 2500 Sm3/h/máy nén
Nhiệt độ khí: 45 °C
Trang 7 Áp suất khí: 250 barg
Nhiệt độ môi trường không khí: từ 18-38 oC
Nhiệt độ của đất: trung bình 21oC
Độ ẩm trung bình: 85%
Nhiệt độ khí đầu vào nhà máy: 35 °C
Các ống sử dụng trong mô phỏng loại ống thép Cacbon thương mại (Carbon steel) Độ nhám của ống được lấy = 0,05 mm
Chiều dài ống tính từ hàng rào nhà máy tới cụm đo đếm khí: 72 m
Áp suất/Nhiệt độ khí ra khỏi máy nén: 250 barg /45 °C
Hiệu suất làm việc của máy nén = 75%
Áp suất Set cho van xả quá áp (PSV): 110% áp suất hoạt động lớn nhất
Kết quả mô phỏng được thể hiện chi tiết trong tài liệu mô phỏng HYSYS (TL-001) đính kèm ở phụ lục 1
Khí tự nhiên từ đường ống dẫn khí 22” Phú Mỹ- Hồ Chí Minh có áp suất hoạt động từ 40-71 barg được trích ra theo đường ống 6” 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 đầu vào TM-01A/B 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 Trên đường ống chính 6” dẫn vào nhà máy CNG được lắp đặt một van bi 6” và một Shutdown valve (SDV101) để cô lập khi xảy ra sự cố lớn có thể ngắt toàn bộ nguồn khí tự nhiên vào nhà máy CNG, đảm bảo an toàn cho người và nhà máy
Đường ống dẫn khí sau đó sẽ được chia làm hai nhánh bao gồm một nhánh hoạt động và một nhánh dự phòng đi đến cụm đo đếm lưu lượng khí vào nhà máy, ở mỗi nhánh sẽ có một thiết bị lọc khí (F-01A/B) có tác dụng lọc các tạp chất cơ học và loại
Trang 8bỏ phần lỏng có thể tạo thành trên đường ống sẽ gây hại cho hệ thống đường ống cũng như cụm máy nén phía sau Mỗi khi cần kiểm tra tính chính xác của thiết bị đo lưu lượng dòng khí đưa vào nhà máy, người vận hành sẻ ra mở van bi trên dòng kết nối nhánh với nhau để dòng khí chảy qua hai thiết bị đo lưu lượng thông qua van một chiều Trên mỗi thiết bị lọc khí đều có gắn một van an toàn bảo vệ quá áp (PSV101/102) để giảm áp bảo vệ cụm thiết bị lọc - đo đếm khí mỗi khi xảy ra sự cố cháy hoặc rò rỉ khí gây quá áp hệ thống, các khớp nối hoặc các mối hàn nếu xảy ra sự
cố rò rỉ sẻ giải phóng ra một lượng khí ở áp suất cao dễ bắt cháy khi tiếp xúc với nguồn lửa hay với không khí tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn trong thời gian ngắn làm nguồn khí đang được giữ trong thiết bị lọc cũng như trong đường ống bị giãn nở gây tăng áp và nếu không có thiết bị giảm áp để xả khí kịp thời có thể gây ra nổ phá hủy hệ thống Khí xả qua thiết bị giảm áp được dẫn theo đường ống xả đến vị trí an toàn theo quy định
Khí sau khi qua cụm đo đếm lưu lượng TM-01A/B vào nhà máy được nhập chung làm một sau đó dẫn qua một loạt van gồm có van ngắt dòng (SDV102), van một chiều, van giảm áp lắp trên đường ống trước phân nhánh tới các cụm khí nén khí CNG K01/02/03/04/05 Các cảm biến đo nhiệt độ TI102, áp suất PG102 gắn trên đường ống giúp người vận hành kiểm tra áp suất và nhiệt độ dòng vào tổng trước khi đến các cụm nén CNG
Quá trình sử dụng khí thiên nhiên đưa vào cụm máy nén để sản xuất ra CNG chia làm 2 giai đoạn Giai đoạn đầu sẽ sản xuất khí CNG với công suất 50 triệu m3
khí/năm (lấy ở điều kiện tiêu chuẩn 15oC, 1atm), giai đoạn 2 là 70 triệu m3 khí/ năm Tổng lưu lượng thiết kế là 120 triệu m3 khí/ năm Khí đầu vào trước máy nén sau khi đi qua các van các điều áp có nhiệt độ và áp suất yêu cầu là 35oC, 40 barg Ở giai đoạn 1
sử dụng 5 máy nén trong đó có 1 máy nén dự phòng và 4 máy hoạt động Máy nén sử dụng là loại máy nén piston, 3 cấp do yêu cầu của nhà máy CNG nén với tỉ số nén cao
và áp suất đầu ra lớn (250 barg) nên sử dụng máy nén piston là phù hợp nhất
Từ đường ống phân phối khí 6”, khí được chia làm 5 dòng vào 5 máy nén CNG
có đường kính mỗi ống là 3” Do lưu lượng mỗi dòng được chia nhỏ từ dòng khí tổng nên kích thước đường ống lúc này giảm xuống còn 3” cho một nhánh Khí trước khi vào máy nén củng phải qua một cụm van gồm: Van bi, van điều chỉnh áp suất, van an toàn (SDV) để đảm bảo cho áp suất trước máy nén là 40 barg và sẽ ngắt cô lập dòng khí dẫn vào máy nén khi có sự cố tăng áp
Mô tả chi tiết quá trình nén khí cho cụm nén K-01, các cụm nén còn lại hoạt động diễn ra tương tự Dòng khí có áp suất là 40 barg và nhiệt độ là 35 oC được đưa vào
Trang 9máy nén, tại đây máy nén piston 3 cấp sẽ tiến hành nén khí theo 3 giai đoạn kết hợp với hệ thống làm mát khí đầu ra ở mỗi cấp với tỷ số nén ở mỗi cấp là như nhau và nhiệt độ đầu ra của khối khí sau mỗi cấp sau khi được làm lạnh được đặt ở 45 oC ( nhiệt độ yêu cầu của khí đầu ra) để nâng cao hiệu quả làm việc của máy nén Áp suất đầu ra sau mỗi cấp lần lượt là: 73,6 barg; 135,4 barg; 250 barg ứng với tỷ số nén là
1 84
Khí sau khi nén đến áp suất 250 barg và làm lạnh đến nhiệt độ 45oC sẽ trở thành khí CNG được dẫn qua hệ thống van gồm: van bi, van ngắt dòng, van một chiều và để kiểm soát áp suất đầu ra sau máy nén trước khi vào xe bồn chở CNG loại 20ft (tương đương 17m3) hoặc 40ft (tương đương 34m3) đến nơi tiêu thụ
Giai đoạn 2 sẽ được nâng công suất hệ thống máy nén lên 70 triệu m3 khí/ năm khi khách hàng có nhu cầu với công nghệ nén và kiểm soát dòng CNG diễn ra tương
tự giai đoạn 1
Kinh nghiệm rút ra được sau khi tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất CNG tại nhà máy CNG Nhơn Trạch:
Từ yêu cầu của khách hàng để thiết kế các điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống, xác định cấu hình nhà máy
Thực hiện quá trình mô phỏng nhà máy để đưa ra cách nhìn tổng quan về nhà máy sau khi vận hành, dựa vào số liệu mô phỏng để tính toán công suất vận hành của nhà máy, lựa chọn trang thiết bị phù hợp với nhà máy
Nghiên cứu để lựa chọn các trang thiết bị có giá thành thấp mà vẫn đáp ứng được các điều kiện vận hành tối ưu của nhà máy
Thiết kế ban đầu phải đảm bảo công suất vận hành của nhà máy ở mức tối đa
mà khách hàng yêu cầu sau khi hoàn tất dự án
Bên cạnh việc thiết kế để đảm bảo đúng công suất của nhà máy phải đi đôi với việc bảo đảm an toàn cho người vận hành cũng như độ an toàn của nhà máy
Việc thiết kế phải tuân theo các quy chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế hiện hành
Nắm được quy trình vận hành của nhà máy sản xuất khí CNG
Kinh nghiệm thực tập tại Tổng Công Ty Tư Vấn Thiết Kế Dầu khí:
Trang 10 Nắm rõ được quy trình làm việc của công ty, tiếp xúc học hỏi kinh nghiệm thực tế
Hiều được các bước thiết kế sơ bộ của một dự án
Thực hiện quá trình mô phỏng sơ đồ công nghệ, Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất CNG của nhà máy CNG Nhơn Trạch-Đồng Nai
1 Sổ tay hướng dẫn thiết kế Dầu Khí
2 Nguyễn Thị Minh Hiền Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành
7 PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM
Phụ lục 1: Quá trình mô phỏng công nghệ sản xuất CNG nhà máy CNG Nhơn Trạch Đồng Nai
Phụ lục 2: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất CNG nhà máy CNG Nhơn Trạch Đồng Nai