Nghiên cứu khả năng thay thế nguồn nguyên liệu cho nhà máy xử lý khí dinh cố từ nguồn khí đồng hành mỏ bạch hổ sang nguồn khí tự nhiên

Nhà máy Dinh Cố là nhà máy xử lý và chế biến các sản phẩm từ khí đầu tiên của Việt Nam, với công nghệ làm lạnh trong nhờ sử dụng các van giảm áp Throttle và Turpo-Expander Ứng dụng hiệu

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Phan Minh Tân

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn Thạc sĩ này được bảo vệ tại Hội Đồng Bảo Vệ Luận Văn Thạc Sĩ, Trường Đại học Bách khoa, ngày … tháng… năm 2007

Trường Đại Học Bách Khoa CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Phòng Đào Tạo SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-oOo - -oOo -

Tp HCM, ngày….…tháng …… năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Bùi Phú Ân Phái : nam

Ngày, tháng, năm sinh : 06/05/1981 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : Công Nghệ Hóa Học MSHV : 00505090

I TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu khả năng thay thế nguồn nguyên liệu cho nhà máy xử lý khí Dinh Cố từ nguồn khí đồng hành mỏ Bạch Hổ sang nguồn khí tự nhiên

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

- Tìm hiểu các qui trình công nghệ sản xuất tại nhà máy xử lý khí Dinh Cố

- Tìm hiểu các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng của các loại sản phẩm: khí khô thương phẩm (Salegas), LPG và Condensate

- Khảo sát khả năng thay thế, tính toán hiệu quả kinh tế, tối ưu hóa trên mô hình

- Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2007

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/10/2007

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN MINH TÂN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN

QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS.Phan Minh Tân TS.Nguyễn Ngọc Hạnh

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày…….tháng…… năm 2008

Lời cảm ơn

Sau một thời gian tham gia học tập tại khoa Công Nghệ Hóa Học, đến nay tác giả đã hoàn thành luận văn này Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong bộ môn, những người đã truyền thụ cho chúng tôi nhiều kiến thức quý báu và đặc biệt tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Minh Tân,

người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến ThS Lê Tất Thắng

cùng ban giám đốc nhà máy xử lý khí Dinh Cố đã hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi thu thập đầy đủ các số liệu cần thiết

Cuối cùng tác giả xin tỏ lòng biết ơn đến ba mẹ, người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong

Lời Nói Đầu

Công nghiệp dầu khí của nước ta tuy còn khá non trẻ nhưng đây là một trong những ngành công nghiệp có tầm quan trọng hàng đầu, mang ý nghĩa chiến lược, doanh thu hàng năm từ ngành công nghiệp này chiếm một phần rất lớn trong tổng thu nhập quốc dân của nước ta hiện nay

Trước đây chúng ta đã phải đốt bỏ một lượng lớn khí đồng hành thu được cùng với quá trình khai thác dầu từ mỏ Bạch Hổ và một số các mỏ khác, điều này không những lãng phí mà còn gây ô nhiễm môi trường Để tận thu nguồn khí này đồng thời để đáp ứng các nhu cầu về các sản phẩm khí trong nước ngày càng tăng, từ năm 1995 tổng công ty dầu khí Việt Nam bắt đầu xây dựng hệ thống thu gom khí từ các mỏ ngoài khơi và nhà máy xử lý, chế biến các sản phẩm khí Dinh Cố

Nhà máy Dinh Cố là nhà máy xử lý và chế biến các sản phẩm từ khí đầu tiên của Việt Nam, với công nghệ làm lạnh trong nhờ sử dụng các van giảm áp (Throttle) và Turpo-Expander (Ứng dụng hiệu ứng Joule-Thomson), có làm lạnh ngoài để tận dụng nhiệt lạnh được xem là công nghệ hiện đại nhất trên thế giới hiện nay Sản phẩm chính của nhà máy là: Salegas (khí thương phẩm), LPG và Condensate Nhà máy được thiết kế với thời gian hoạt động là 30 năm, nguồn nguyên liệu hiện tại là khí đồng hành mỏ Bạch Hổ Tuy nhiên, trong tương lai không xa nguồn khí Bạch Hổ sẽ cạn kiệt (Theo dự đoán là khoảng từ 5 đến 7 năm nữa), do đó chúng ta cần phải nhanh chóng khảo sát để tìm nguồn nguyên liệu mới nhằm duy trì sự hoạt động của nhà máy

Từ những thực tế như vậy tác giả đã chọn đề tài:``Nghiên cứu khả năng thay thế nguồn nguyên liệu cho nhà máy xử lý khí Dinh Cố từ nguồn khí đồng hành mỏ Bạch Hổ bằng nguồn khí tự nhiên” cho luận văn tốt nghiệp Trong

phạm vi của luận văn này tác giả chỉ tập trung khảo sát về khả năng thay thế của nguồn nguyên liệu khí tự nhiên Nam Côn Sơn cho Nhà máy xử lý khí Dinh cố, những yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy khi sử dụng nguồn nguyên liệu này, đồng thời kết hợp nghiên cứu tối ưu hóa sản xuất nhằm thu được hiệu quả kinh tế cao nhất

Do còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô, các anh chị, các bạn cùng ngành giúp đỡ và góp ý để tác giả có thể bổ sung cho những kiến thức còn hạn chế của mình đồng thời để luận văn được hoàn thiện hơn

The first gas processing plant in VietNam, GPP Dinh Co was built in 1999

It is designed to process the Bach Ho associated gas and it has three modes

of operation: AMF, MF and GPP

The Dinh Co Project is designed for about 30 years operation; but The Bach Ho field will be exhausted in the near future (The estimated remaining time is about only 5 to 7 years), therefore we must find the new feed to replace for the current one

In this thesis, we only survey to use the Nam Con Son natural gas for GPP Dinh Co:

• The first, we survey to find the operating parameters, which is in

the designed limitation of all current equipments

• Then, we find the the optimum mode with the objective funtion is

getting the maximum mass flow of liquid product

• The last, we improve the flowsheet and find the optimum

parameters to get the most profit

Mục Lục

Chương I: Giới Thiệu Nhà Máy Xử Lý Khí Dinh Cố ……… ………… 7

1.1 Nguyên Liệu Hiện Tại Của Nhà Máy……… …….… 8

1.2 Giới Thiệu Các Sản Phẩm: Khí Khô Thương Phẩm, LPG và Condensate … 9

1.3 Các Chế Độ Vận Hành Của Nhà Máy……… ………… 13

1.4 Tối Ưu Hóa Trong Các Nhà Máy Xử Lý Khí 22

Chương II: Tình Hình Nguyên Liệu Khí Của Việt Nam……… …….27

2.1 Mỏ Lan Tây –Lan Đỏ……… 28

2.2 Mỏ Rạng Đông……… ……… 29

2.3 Mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng……… ……… 29

2.4 Mỏ khí Tiền Hải và vùng trũng Hà Nội……… ……….………30

Chương III: Phần Mềm Mô Phỏng Và Tối Ưu Hóa Hệ Thống Công Nghệ Hóa Học…….………….……… 31

3.1 Giới Thiệu Chung.…….………….……… 32

3.2 Đặc Điểm Của Các Chương Trình Mô Phỏng……… ……… 33

3.3 Các Phần Mềm Mô Phỏng Công Nghệ Chế Biến Dầu & Khí…….….…… 33

3.4 Phần Mềm Hysys……… …… 34

3.5 Tối ưu hoá quy trình công nghệ sử dụng công cụ tối ưu hoá (Optimizer)… 49

Chương IV: Khảo Sát Khả Năng Thay Thế Nguồn Nguyên Liệu Cho Nhà Máy Dinh Cố……… ……… 52

4.1 Tính Thực Tiễn Của Đề Tài……….………53

4.2 Định Hướng Nghiên Cứu……… ……… 55

4.3 Các Thông Số Giới Hạn Theo Thiết Kế Của Thiết Bị 56

4.4 Xây Dựng Mô Hình……… ……….57

4.5 Aùp Dụng Mô Hình Với Nguyên Liệu Là Khí Tự Nhiên Nam Côn Sơn … 64

4.6 Khảo Sát, Tối Ưu Các Thông Số (Sơ đồ công nghệ không thay đổi)…….….69

4.7 Tối Ưu Hóa Bài Toán Kinh Tế……….83

Kết Luận ……… ……….95

Phụ lục 1: Sơ Đồ Công Nghệ Các Chế Độ Vận Hành Khác Nhau……… 96

Phụ lục 2: Danh Mục Các Bảng Biểu Và Hình Vẽ……… … 101

Phụ lục 3: Số Liệu Tính Toán Phần Mềm Của Phương Aùn 2……….104

Tài liệu tham khảo……… ……….……142

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ

Nhà máy xử lý khí Dinh Cố được đưa vào vận hành từ tháng 10 năm 1997, với công suất thiết kế là 1,5 tỉ m3 khí/năm, do công ty NKK Corporation thiết kế cơ sở, nhà thầu SAMSUNG thiết kế chi tiết và xây dựng Nhà máy được xây dựng

tại xã An Ngãi, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu, cách tỉnh lộ 44 khoảng

1 km, cách huyện Long Hải khoảng 6km về hướng Bắc Nhà máy có tổng diện tích 89600 m2, dài 329 m, rộng 280 m Nhà máy được thiết kế trên cơ sở vận hành 24h/ngày, 350 ngày/năm, ưu tiên hàng đầu việc thu nhận toàn bộ khí từ biển vào Tổng công ty dầu khí Việt Nam đã nghiên cứu và xây dựng nhà máy xử lý khí Dinh Cố bao gồm các mục đích chính sau:

• Xử lý, chế biến khí đồng hành thu gom được trong quá trình khai thác dầu thô từ mỏ Bạch Hổ và các mỏ lân cận (Trước đây các khí này bị đốt bỏ rất lãng phí và gây ô nhiễm môi trường)

• Cung cấp khí thương phẩm làm nhiên liệu cho các nhà máy điện Bà Rịa, nhà máy điện Phú Mỹ và làm nguyên nhiên liệu cho các ngành công nghiệp khác

• Thu hồi các sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao là LPG và Condensate Việc xây dựng và đưa vào hoạt động nhà máy xử lý khí Dinh Cố mang một ý nghĩa chiến lược to lớn về mặt kinh tế, tận dụng được một lượng lớn khí đồng hành trước đây bị đốt bỏ, mang lại doanh thu từ việc bán các sản phẩm hóa lỏng và Condensate Ngoài ra còn tiết kiệm được một lượng ngoại tệ đáng kể chi phí cho việc nhập khẩu các sản phẩm này từ nước ngoài Nói chung dự án này đã góp một phần rất lớn thúc đẩy đất nước hội nhập kinh tế, đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa và đã tạo được một bước nhảy đối với nền kinh tế

1.1 Nguyên Liệu Hiện Tại Của Nhà Máy

Khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ được dẫn về nhà máy Dinh Cố theo đường ống ngầm đường kính 16 inch để xử lý nhằm thu hồi LPG, Condensate và khí khô Các sản phẩm lỏng sau khi ra khỏi nhà máy được dẫn về kho cảng Thị Vải theo

ba đường ống đường kính 6 inch, khí khô được đưa về các nhà máy điện thông qua hệ thống đường ống 16 inch để dùng làm nhiên liệu Nhà máy chế biến khí được xây dựng theo thiết kế bước đầu sử dụng nguyên liệu với lưu lượng là 4,3 triệu m3/ngày đêm Hiện nay, mỏ Rạng Đông đã đi vào khai thác dầu và Tổng Công Ty Dầu Khí Việt Nam đã đầu tư xây dựng đường ống dẫn khí từ mỏ Rạng Đông về mỏ Bạch Hổ Do đó, toàn bộ lượng khí của mỏ Rạng Đông và mỏ Bạch Hổ được nén và dẫn chung vào bờ, tổng lưu lượng khí hiện tại cung cấp cho nhà máy khí Dinh Cố là khoảng 5,8 triẹâu m3/ngày

Bảng 1.1: Một số đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu Bạch Hổ

74.278 12.084 7.005 1.612 2.362 0.671 0.728 0.914

- 0.018 0.327

1.2 Giới Thiệu Các Sản Phẩm: Khí Khô Thương Phẩm, LPG và Condensate

Các hydrocarbon khí và lỏng là những nguyên liệu rất quan trọng đối với

nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống, đây là nguồn năng lượng không thể thay thế

trong một tương lai gần Đặc biệt là các hydrocarbon khí, chúng có năng suất tỏa

nhiệt cao, khi cháy cho ít khói và cháy hoàn toàn do đó ít gây ô nhiễm môi

trường Ngày nay nó được sử dụng làm nhiên liệu cho rất nhiều ngành công

nghiệp, làm chất đốt dân dụng, dần thay thế cho các loại xăng dầu chạy xe máy,

ôtô…Khí hydrocarbon còn là nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm trung gian

cho công nghiệp hóa dầu như trong sản xuất: phân đạm, phân hữu cơ, polyme và

các nguyên liệu tổng hợp khác

1.2.1 Khí Khô Thương Phẩm (Salegas)

Khí khô thương phẩm là khí đã qua chế biến, đáp ứng được các yêu cầu tiêu

chuẩn để vận chuyển bằng đường ống và thỏa mãn yêu cầu của khách hàng về

các chỉ tiêu áp suất hơi bão hòa, khả năng bay hơi, nhiệt trị

Khí khô có thành phần chủ yếu là CH4 (≥ 90%) và C2H6, tuy nhiên tùy theo điều kiện xử lý mà thành phần khí có thay đổi

Chỉ tiêu chất lượng: khí khô có thể bị lẫn các hydrocarbon nặng hơn và một

vài tạp chất khác như: H2S, CO2,N2 và hơi nước, do đó để đáp ứng nhu cầu về nhiên liệu khí khô phải đạt những chỉ tiêu chất lượng sau:

Bảng 1.2: Chỉ tiêu chất lượng đối với khí khô thương phẩm

tính

Chất lượng đăng ký

Phương pháp phân tích

Nhiệt độ điểm sương của

nước ở 45 bar

Nhiệt độ điểm sương của

hydrocarbon ở 45 bar

thành phần khí Hàm lượng tạp chất có

≤ 30 Phương pháp trọng

lượng

Hàm lượng lưu huỳnh tổng ppm ≤ 36 ASTM D2385-81

nhà máy điện Thành phần khí

1.2.2 LPG

LPG là cụm từ viết tắt của Liquefied Petrolium Gas, tức là khí dầu mỏ hóa lỏng, thu được từ các quá trình chế biến dầu mỏ hay quá trình xử lý khí tự nhiên và khí đồng hành, chúng bao gồm hỗn hợp của các hydrocarbon khác nhau với thành phần chủ yếu là Propan và Butan

a Thành phần của LPG

Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là các hydrocarbon mạch parafin, có công thức chung là CnH2n+2 như: Propan (C3H8), Butan (C4H10) Ngoài ra chúng có thể có Etan (C2H6), Pentan (C5H12) và Butadiene-1,3 (C4H6) nhưng với hàm lượng

rất nhỏ Trong LPG còn chứa chất tạo mùi Mercaptan (R-SH) với tỷ lệ pha trộn

nhất định (Nhà máy GPP hiện đang áp dụng là 25ppm) để khi có rò rỉ thì chúng

ta có thể nhận biết được bằng khứu giác

Đối với LPG đóng chai để sử dụng như nhiên liệu thì cần bay hơi ở điều kiện

môi trường nên thành phần chủ yếu là Propanvà Butan với tỷ lệ của chúng cần

thích hợp với điều kiện thời tiết và điều kiện chai LPG được nạp đầy đủ

Đối với nhu cầu công nghiệp, khí thường được hóa lỏng nhờ thiết bị làm lạnh

bên ngoài hỗ trợ, thành phần chủ yếu vẫn là Propan hoặc Butan Nếu sản phẩm

là Propan thì thành phần C4+ chiếm tối đa là 2%, nếu sản phẩm là Butan thì thành

phần C5+ chiếm tối đa là 2% Thành phần LPG phải đảm bảo khả năng có thể bay

hơi 95% thể tích lỏng ở điều kiện nhiệt độ quy định

b Chỉ tiêu chất lượng của LPG

Bảng 1.3: Chỉ tiêu chất lượng đối với khí hoá lỏng LPG

Hàm lượng nước tự do % khối lượng 0 ASTM D95

Độ ăn mòn tấm đồng

LPG từ nhà máy Dinh Cố được vận chuyển bằng đường ống về kho cảng Thị

Vải LPG được tồn trữ, bảo quản trong các bồn chứa chuyên dụng ở áp suất trung

bình và nhiệt độ môi trường, sau đó LPG được vận chuyển bằng xe bồn hoặc tàu

thủy chuyên dụng đến các trạm chiết nạp

LPG là sản phẩm rất dễ cháy nổ do đó trong quá trình bảo quản và vận

chuyển đòi hỏi phải đảm bảo các tiêu chuẩn rất khắc khe và tiêu chuẩn hiện

đang được áp dụng là tiêu chuẩn TCVN-6223-96

1.2.3 Condensate

Condensate là hỗn hợp các hydrocarbon lỏng dễ bay hơi, các hydrocarbon này

có phân tử lượng cao hơn Propan và Butan, được gọi chung là C5+

Condensate thường được tách ra từ khí đồng hành hoặc khí thiên nhiên Trong

điều kiện nhiệt độ và áp suất dưới mỏ, Condensate tồn tại ở dạng khí, sau khi

khai thác, ở điều kiện thường nó ngưng tụ thành dạng lỏng Do vậy Condensate

còn được gọi là khí ngưng tụ

a Thành phần và các đặc tính hóa lý của Condensate

Thành phần cơ bản của Condensate là các hydrocarbon no từ C5 - C11 Tùy

thuộc vào nguồn gốc, ngoài các hydrocarbon no, Condensate còn chứa các

hydrocarbon mạch vòng, các nhân thơm, một số tạp chất như: H2S, mercaptan,

các muối vô cơ, các kim loại nặng…, các tạp chất này có ảnh hưởng rất lớn tới

giá trị sử dụng do liên quan đến công nghệ ở các giai đoạn chế biến tiếp theo

Để bảo đảm các đặc tính kinh tế, kỹ thuật trong vận chuyển, tàng trữ và chế

biến, Condensate phải được ổn định theo các tiêu chuẩn thương mại, trong đó

quan trọng nhất là tiêu chuẩn về áp suất hơi bão hòa

b Chỉ tiêu chất lượng của Condensate

Bảng 1.4: Chỉ tiêu chất lượng đối với Condensate thương phẩm

lượng đăng ký

Phương pháp phân tích

Áp suất hơi bão hòa

ở 37,80C Psi, max bar Max=0.76 Max=11.2 ASTM D323-94

Hàm lượng lưu

huỳnh % khối lượng, max Max= 0.25 ASTM D1552-95

Hàm lượng nước %thể tích Max= 0.1 ASTM D95-90

Hàm lượng cặn lắng %khối lượng Max= 0.01 ASTM D473-95

Ăn mòn tấm đồng

Hàm lượng tro %khối

lượng, max Max= 0.005 ASTM D482-95

Hàm lượng mercaptan Ppm, max Max= 40 ASTM D3227-96

Chỉ số octan (RON) Min 45 ASTM D2699-95

ASTM D86-96

Tiêu chuẩn bảo quản và vận chuyển Condensate hiện đang được áp dụng là các tiêu chuẩn TCVN-3254-98 và TCVN-3255-86

1.3 Các Chế Độ Vận Hành Của Nhà Máy

Nhà máy có ba chế độ vận hành là AMF, MF và GPP Sở dĩ cả ba chế độ này đều được áp dụng là do thời gian xây dựng và đưa vào sử dụng quá ngắn trong khi một số thiết bị chưa kịp sản xuất và vận chuyển đến kịp thời mà yêu cầu nhà máy cần nhanh chóng tiếp nhận dòng khí từ ngoài khơi vào do vậy nhà máy được vận hành lần lượt theo các chế độ trên với số thiết bị hoạt động tăng dần Mặt khác để nhà máy hoạt động linh hoạt hơn trong trường hợp cần bảo dưỡng hay sửa chữa một thiết bị nào đó, chúng ta có thể chuyển đổi sang các chế độ vận hành khác nhau

1.3.1 Chế độ vận hành AMF (Absortluted Minimum Facility)

Đây là chế độ hoạt động của nhà máy ở trạng thái cụm thiết bị hoạt động là tối thiểu tuyệt đối Giai đoạn này hoạt động với mục đích cung cấp khí thương phẩm gia dụng, cho các nhà máy điện, đồng thời cũng thu một lượng Condensate với sản lượng 340 tấn/ngày Chế độ AMF là chế độ dự phòng cho chế độ MF trong trường hợp chế độ MF và GPP không thể hoạt động được như: xảy ra sự cố, sửa chữa, bảo dưỡng…

Sơ đồ chế độ vận hành AMF được trình bày trong phụ lục 1

a Mô tả các thiết bị trong chế độ AMF

• Slug-Catcher (SC-01/02): là cụm thu gom chất lỏng, tại đây xảy ra quá

trình tách thô lỏng - khí từ hỗn hợp hai pha của dòng khí từ ngoài khơi vào SC-01/02 được đặt tại đầu vào của nhà máy với áp suất thiết kế là 190 bar, nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường

• Slug Catcher liquid flash Drum(V-03): là thiết bị thu nhận lỏng từ

SC-01/02, áp suất giảm còn 75 bar, nhiệt độ 200C, tại đây tiếp tục quá trình tách các hydrocarbon nhẹ

• Deethanizer(C-01): đây là một tháp đĩa dạng van, gồm 32 đĩa, vận hành

ở áp suất 20 bar, nhiệt độ đáy 1940C, nguyên liệu nạp vào đĩa thứ 14 (ở chế độ AMF), vào đĩa thứ 20 (ở chế độ MF và GPP) Tháp tách Etan có nhiệm vụ loại các hydrocarbon nhẹ C1, C2 ra khỏi sản phẩm lỏng, cung cấp khí khô cho các nhà máy điện và bước đầu ổn định Condensate

• Jet Compressor (bơm hòa dòng EJ-01A/B/C): cụm thiết bị dùng để giảm

áp suất của khí ra từ SC-01/02 có áp suất 109 bar xuống còn 47 bar trước khi đưa vào tháp tinh cất C-05

• Rectifier (Tháp tinh cất C-05): thiết bị tinh cất này là một tháp gồm 12

đĩa, vận hành ở áp suất 45 bar, nhiệt độ 210C, tại đây xảy ra quá trình tách tinh khí bằng phương pháp ngưng tụ

b Mô tả chế độ AMF

Dòng khí nguyên liệu từ ngoài khơi được vận chuyển theo đường ống đường kính 16 inch vào nhà máy với áp suất 109 bar, nhiệt độ 260C qua thiết bị Slug-Catcher, dòng khí và dòng lỏng được tách ra theo các đường riêng biệt, phần lớn nước lẫn trong hydrocarbon được tách và thải ra từ thiết bị này

Dòng hydrocarbon từ Slug-Catcher được giảm áp và đưa vào bình tách V-03 hoạt động ở áp suất 75 bar, nhiệt độ 200C để tách thêm phần nước còn sót lẫn lại trong hydocarbon lỏng Khi giảm áp suất từ 109 bar xuống 75 bar một phần hydrocarbon nhẹ hấp phụ trong lỏng được tách ra nhưng do hiệu ứng Joule-Thomson đồng thời vơí việc giảm áp suất, nhiệt độ sẽ giảm xuống thấp hơn nhiệt độ tạo thành hydrat, để tránh hiện tượng này bình được gia nhiệt đến 200C bằng dầu nóng ra từ thiết bị E-07 Dòng hydrocarbon lỏng ra khỏi V-03 được gia nhiệt tại thiết bị trao đổi nhiệt E-04A/B trước khi đưa vào tháp C-01

Dòng khí thoát ra từ Slug-Catcher được dẫn vào bình tách lọc V-08 để tách triệt để các hạt lỏng nhỏ bị cuốn theo dòng khí khí thoát ra từ V-08 được dùng để hút khí từ C-01 thông qua các bơm hòa dòng EJ Đầu ra của các bơm hòa dòng EJ-01A/B/C là dòng hai pha có áp suất 47 bar và nhiệt độ 210C, dòng hai pha này được nạp vào tháp C-05 cùng với dòng khí nhẹ từ tháp V-03 (Áp suất 47 bar cũng chính là áp suất làm việc của tháp C-05)

Tháp C-05 có nhiệm vụ tách phần lỏng ngưng tụ do hệ thống bơm hòa dòng đưa vào, dòng khí ra khỏi đỉnh tháp là khí thương phẩm dùng để cung cấp cho các nhà máy điện, hydrocarbon lỏng từ đáy C-05 được đưa sang tháp tách Etan C-01 Như vậy trong chế độ AMF tháp C-01 có hai dòng nguyên liệu đi vào, dòng thứ nhất là hydrocarbon lỏng từ bình tách V-03 được đưa vào đĩa thứ 14, dòng thứ hai là dòng hydrocarbon lỏng từ đáy tháp C-05 được đưa vào đĩa trên cùng của

tháp C-01, tại đây hầu hết các thành phần C1, C2 được tách khỏi hỗn hợp nạp vào Hỗn hợp lỏng từ đáy của C-01 được tận dụng để gia nhiệt cho hỗn hợp đầu vào của chính nó đến từ tháp V-03 thông qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04, sau đó được làm lạnh tại E-09 trước khi được đưa ra đường ống hoặc vào bồn chứa Condensate TK-21

1.3.2 Chế độ vận hành MF (Minimum Facility)

Đây là chế độ vận hành của nhà máy ở trạng thái cụm thiết bị hoạt động tối thiểu Chế độ MF được phát triển từ chế độ AMF nhằm mục đích thu hồi sản phẩm LPG với sản lượng 630 (tấn/ngày) và Condensate với sản lượng 380 (tấn/ngày), đây là chế độ dự phòng trong trường hợp không thể vận hành nhà máy theo chế độ GPP

Sơ đồ chế độ vận hành MF được trình bày trong phụ lục 1

a Mô tả các thiết bị trong chế độ MF

Ngoài các thiết bị trong giai đoạn AMF, trong giai đoạn MF có thêm các thiết

bị chính sau:

• Tháp ổn định Condensate (Stabilizer C-02): là tháp đĩa dạng van gồm

32 đĩa vận hành ở áp suất 11 bar, nhiệt độ ở đỉnh là 600C, nhiệt độ đáy là

1540C, tại đây xảy ra quá trình tách riêng Condensate và Bupro dựa vào khả năng bay hơi khác nhau của các cấu tử

• Tháp tách nước (Dehydration and Regeneration V-06A/B): là các tháp

hấp phụ sử dụng chất hấp phụ rắn, được vận hành ở áp suất 109 bar, tại đây xảy ra quá trình tách nước trong khí ẩm bằng phương pháp hấp phụ nhằm giảm nhiệt độ điểm sương của khí xuống dưới -750C

• Các thiết bị trao đổi nhiệt (Exchanger E-14, E-20): khí đi ra từ V-06A/B

được phân làm hai dòng với tỉ lệ 40:60 đưa vào E-14 và E-20 để trao đổi nhiệt với khí và lỏng ra ở đỉnh và đáy tháp C-05 nhằm giảm nhiệt độ khí đầu vào tháp C-05 (không dùng bơm hòa dòng)

• OVHD Compressor (K-01): là thiết bị nén dùng để tăng áp suất khí từ

đỉnh C-01 lên 45 bar để đưa vào dòng khí thương phẩm

• Máy nén K-04A/B: dùng để nén khí tái sinh cho tháp V-06A/B

b Mô tả chế độ MF

Dòng khí ra từ Slug-Catcher được đưa đến bình tách lọc V-08 để tách nước, hydrocarbon lỏng, dầu nhờn và các hạt rắn, tác dụng của V-08 là bảo vệ lớp chất hấp phụ trong V-06 khỏi bị hỏng và tăng tuổi thọ của chúng Dòng khí khô ra khỏi V-06A/B được đưa đồng thời đến hai thiết bị trao đổi nhiệt E-14 và E-20 với

mục đích làm lạnh sâu để hóa lỏng khí Dòng khí sau khi ra khỏi E-14 và E-20 là

dòng hai pha lỏng - khí được đưa vào tháp C-05 để tách lỏng

Khí ra từ đỉnh tháp C-05 có nhiệt độ -18.50C được đưa đến thiết bị trao đổi

nhiệt nhằm hai mục đích:

• Làm tác nhân làm lạnh bậc một cho dòng nguyên liệu tại thiết bị trao đổi

nhiệt E-14 (Nhiệt độ giảm từ 260C xuống -170C) trước khi được làm lạnh

bậc hai tại van giãn nỡ FV-1001

• Tăng nhiệt độ cho chính dòng khí ra từ đỉnh tháp C-05 lên đến nhiệt độ

yêu cầu cần cung cấp cho các nhà máy điện

Lỏng ra từ đáy tháp C-05 có nhiệt độ -26.80C vào thiết bị trao đổi nhiệt E-20

để làm lạnh dòng nguyên liệu của tháp C-05 từ nhiệt độ 260C xuống còn 190C,

đồng thời cũng gia nhiệt cho chính dòng lỏng từ C-05 trước khi được nạp vào đĩa

trên cùng của tháp C-01

Hai tháp hấp phụ V-06A/B được sử dụng luân phiên, khi tháp này làm việc thì

tháp kia tái sinh Quá trình tái sinh được thưc hiện nhờ sự cấp nhiệt của dòng khí

thương phẩm sau khi được gia nhiệt đến 2200C bằng dòng dầu nóng tại E-18,

dòng khí này sau khi ra khỏi V-06A/B được tái làm nguội tại E-14 và tách lỏng ở

V-07 trước khi ra đường khí thương phẩm

Sơ đồ dòng lỏng trong chế độ MF tương tự như AMF chỉ khác ở chỗ: khí ra ở

V-03 được đưa đến tháp C-01 thay vì đưa vào tháp C-05 như trong chế độ AMF

Ngoài ra trong chế độ MF, tháp C-02 được thêm vào để thu hồi Bupro, đồng thời

tách một phần C1, C2 còn sót lại Kết quả, chúng ta thu được nhiều LPG hơn và

sản phẩm lỏng có chất lượng tốt hơn

Trong chế độ MF tháp C-01 có ba dòng nguyên liệu được đưa vào:

• Dòng lỏng đến từ V-03 được gia nhiệt từ 200C lên 800C tại thiết bị trao đổi

nhiệt E-04A/B nhờ dòng lỏng nóng ra từ tháp ổn định C-02

• Dòng lỏng đến từ đáy tháp C-05 được đưa vào đĩa trên cùng

• Dòng khí từ đỉnh V-03 được đưa vào đĩa thứ 2 và thứ 3

Tại C-01 các hydrocarbon nhẹ C1, C2 được tách ra và đi lên đỉnh tháp, sau đó

được nén từ áp suất 25 bar lên 75 bar nhờ máy nén K-01 trước khi đưa vào đường

khí thương phẩm Phần lỏng ra từ C-01 được đưa vào đĩa thứ 11 của tháp C-02

Tháp C-02 làm việc ở áp suất 11 bar, nhiệt độ đỉnh 600C, nhiệt độ đáy 1540C,

tại đây C5+ được tách ra và đi ra ở đáy tháp, sau đó chúng được dẫn qua bộ trao

đổi nhiệt E-04 để gia nhiệt cho hỗn hợp đầu vào của tháp Sau khi ra khỏi E-04

lượng lỏng này được đưa đến thiết bị làm lạnh bằng không khí E-09 đề làm nguội trước khi đưa ra đường ống hoặc bồn chứa Condensate thương phẩm TK21

Hơi ra khỏi đỉnh tháp C-02 là Bupro, hơi Bupro được ngưng tụ tại thiết bị làm mát bằng không khí E-02, một phần được hồi lưu lại tháp C-02, phần còn lại được đưa đến bồn chứa V-21A/B hoặc đưa vào đường ống vận chuyển LPG đến kho cảng Thị Vải

1.3.3 Chế Độ Vận Hành GPP (Gas Processing Plant)

Đây là chế độ hoàn thiện của nhà máy Dinh Cố, lúc này nhà máy bao gồm các thiết bị hoàn chỉnh bược hoàn thiện từ cụm thiết bị MF với mục đích thu hồi triệt để Condensate, Propan và Butan Khi hoạt động ở chế độ GPP, hiệu suất thu hồi các sản phẩm lỏng cao hơn so với các chế độ AMF và MF Sản lượng của nhà máy trong chế độ GPP như sau:

• Khí thương phẩm: 3.3 triệu m3/ngày

• Propan : 540 tấn/ngày

• Butan : 415 tấn/ngày

• Condensate : 400 tấn/ngày

Sơ đồ chế độ vận hành GPP được trình bày trong phụ lục 1

a Mô tả các thiết bị chính

Ngoài các thiết bị chính có trong chế độ vận hành MF, ở chế độ GPP được bổ sung thêm một số thiết bị sau:

• Turbo Expander/Compressor (CC-01): là thiết bị giãn nở khí vận hành nhằm giảm nhiệt độ khí đầâu vào C-05 nhờ sự giãn nở từ 109 bar xuống 33.5 bar, đồng thời tăng áp suất dòng khí ra ở đỉnh C-05 từ 33.5 bar lên 47 bar tại đầu nén trước khi đưa dòng khí này vào đường khí thương phẩm

• Splitter (Tháp tách riêng Propan và Butan, C-03): đây là tháp đĩa dạng van gồm 30 đĩa, đĩa tiếp liệu là đĩa thứ 14 vận hành ở áp suất 16 bar, nhiệt độ

970C Tại đây xảy ra quá trình tách riêng Propan và Butan

• Máy nén K-02, K-03: là các máy nén pittông một giai đoạn, được dùng để tăng áp suất khí từ đỉnh C-01 lên 109 bar trước khi vào lại V-06A/B

• Tháp Stripper C-04 (Thiết bị cất khí nhẹ): là tháp đĩa dạng van gồm 6 đĩa vận hành ở áp suất 47 bar, nhiệt độ 400C Tại đây lỏng từ C-03 được đưa vào tách nước bởi tác nhân khí nóng

b Mô tả chế độ vận hành GPP

Khí đồng hành từ ngoài khơi vào có áp suất 109 bar, nhiệt độ 260C được tiếp nhận tại Slug-Catcher, tại đây hai pha lỏng - khí được tách riêng ra, sau đó:

• Dòng lỏng được loại một phần nước và đưa vào thiết bị tách ba pha V-03 để xử lý tiếp Bình này hoạt động ở áp suất 75 bar và nhiệt độ 180C

• Dòng khí được đưa qua các thiết bị tách thứ cấp hai pha Lỏng - Hơi V-08 để tách phần lỏng còn lại, phần lỏng tách ra ở V-08 được đưa sang thiết bị tách ba pha V-03 để xử lí tiếp, còn dòng khí tách ra tại V-08 được đưa vào tháp tách V-06A/B dùng chất hấp phụ rắn để tách hydrate

Dòng khí khô ra khỏi tháp V-06A/B sau khi được lọc bụi ở thiết bị lọc 01A/B được chia làm hai phần:

F-• Phần thứ nhất khoảng 2/3 lượng khí được đưa vào đầu Expander của thiết

bị Turbo-Expander CC-01, tại đây khí giãn nở từ áp suất 109 bar xuống còn 33.5 bar, đồng thời do hiệu ứng Joule-Thomson nhiệt độ cũng giảm xuống còn -180C, dòng khí này sẽ được đưa vào đáy tháp tinh cất C-05 để tách sơ bộ các hợp phần nhẹ

• Phần thứ hai khoảng 1/3 lượng khí ra khỏi V-06A/B được đưa sang thiết bị trao đổi nhiệt E-14 để làm lạnh từ 260C xuống -33.50C nhờ dòng khí lạnh từ đỉnh tháp C-05 có nhiệt độ -42.50C, sau đó nhờ van giảm áp FV-1001 khí được giãn nở đoạn nhiệt từ 109 bar xuống 47.5 bar đồng thời nhiệt độ cũng giảm từ -350C xuống -620C sau đó được đưa vào đỉnh tháp C-05 Tháp tinh cất C-05 làm việc ở áp suất 33.5 bar, nhiệt độ ở đỉnh -42.50C, nhiệt độ đáy -200C Khí ra ở đỉnh C-05 được sử dụng để làm lạnh khí đầu vào thông qua thiết bị trao đổi nhiệt E-14, sau đó được nén tại đầu nén của thiết bị CC-01 và được đưa ra đường khí thương phẩm Lỏng ra khỏi đáy tháp C-05 được nạp vào đĩa thứ nhất của tháp C-01 để xử lý tiếp

Khí thoát ra ở đỉnh C-01 được máy nén K-01 nén từ 29 bar lên 47 bar sau đó được làm lạnh tại thiết bị trao đổi nhiệt E-08 với tác nhân lạnh là dòng lỏng đến từ V-03 có nhiệt độ 200C, sau đó được đưa vào tháp tách khí nhẹ C-04 để tách nước và hydrocarbon nhẹ lẫn trong dòng lỏng đến từ V-03

Tháp C-04 làm việc ở áp suất 47.5 bar, nhiệt độ đỉnh 400C, nhiệt độ đáy 440C, khí ra ở đỉnh C-04 được máy nén K-02 nén đến áp suất 75 bar sau đó được làm lạnh bởi thiết bị làm lạnh bằng không khí E-19 Dòng khí thoát ra từ E-19 được trộn với lượng khí tách ra từ bình tách V-03 và được máy nén K-03 nén đến áp suất 109 bar, tiếp tục được làm lạnh tại E-13 và nhập vào dòng khí nguyên liệu

Tháp C-01 làm việc ở áp suất 29 bar, nhiệt độ đỉnh 290C, nhiệt độ đáy 1090C Lỏng ra ở đáy của C-01 chủ yếu là C3+ được đưa đến tháp ổn định C-02 để xử lý tiếp

Tháp C-02 làm việc ở áp suất 29 bar, nhiệt độ đỉnh bằng 550C, nhiệt độ đáy bằng 1340C có nhiệm vụ tách riêng Condensate và Bupro Hỗn hợp khí ra ở đỉnh của C-02 là hỗn hợp Bupro được ngưng tụ toàn bộ ở nhiệt độ 430C tại thiết bị ngưng tụ bằng không khí E-02 sau đó được đưa vào bình hồi lưu V-02, một phần Bupro được hồi lưu lại tháp C-02 nhờ bơm P-01A/B (Mục đích của bơm P-01A/B là bù đắp sự chênh lệch áp suất giữa tháp C-01 là 11 bar và tháp C-02 là 16 bar) Phần lớn Bupro được gia nhiệt ở thiết bị gia nhiệt E-17 với tác nhân gia nhiệt được lấy từ chính đáy tháp C-03 sau đó được nạp lại vào tháp C-03 Sản phẩm đáy của C-02 là Condensate thương phẩm được đưa ra bồn chứa hoặc đường ống dẫn Condensate về kho cảng Thị Vải

Tháp C-03 có nhiệm vụ tách riêng C3 và Cø4 ra khỏi Bupro Khí ở đỉnh C-03 là hơi của Propan, được ngưng tụ toàn bộ ở nhiệt độ 460C tại thiết bị làm mát bằng không khí E-11 sau đó được đưa vào thiết bị chứa hồi lưu V-05, một phần được hồi lưu lại tháp C-03, phần lớn Propan lỏng còn lại là Propan thương phẩm được đưa ra ống dẫn Propan hoặc bồn chứa Butan ra ở đáy tháp C-03 được thiết bị gia nhiệt dùng dầu nóng (ở 970C) E-10 đun sôi để làm tác nhân cấp nhiệt cho E-17 sau khi cấp nhiệt dòng này lại được làm mát tại E-12, nhiệt độ hạ xuống còn

450C, cuối cùng được đưa vào ống dẫn Butan

1.3.4 Chế Độ Vận Hành GPP Chuyển Đổi (Hiện tại)

Chế độ GPP chuyển đổi được phát triển dựa trên chế độ GPP thiết kế nhằm mục đích tăng lưu lượng khí đầu vào nhà máy từ 4.8 (triệu m3 khí ẩm/ngày) lên 5.8 triệu (m3/ngày), do từ cuối năm 2002 nhà máy tiếp nhận thêm khoảng 1 triệu (m3/ngày) từ mỏ Rạng Đông

Sơ đồ chế độ vận hành GPP chuyển đổi được trình bày trong phụ lục 1

Trong chế độ GPP chuyển đổi ngoài các thiết bị trong chế độ GPP ban đầu, có bổ sung thêm các thiết bị sau:

Hỗn hợp lỏng ra khỏi Slug-catcher được đưa vào thiết bị tách ba pha V-03,

làm việc ở nhiệt độ 200C, áp suất 47 bar (thấp hơn so với áp suất ở chế độ GPP

thiết kế là 75 bar) nhằm mục đích xử lý thêm lượng lỏng đến từ bình tách V-101

của dòng Bypass

Hỗn hợp khí ra khỏi Slug-catcher được chia làm hai dòng:

• Dòng thứ nhất khoảng 0,8 triệu (m3 khí ẩm/ngày) được đưa qua van giảm

áp PV-106 để giảm áp suất từ 60-70 bar đến áp suất 54 bar và đi vào thiết

bị tách lỏng 101 để tách riêng lỏng và khí Lỏng đi ra ở đáy bình tách

V-101 được đưa vào thiết bị tách ba pha 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 inch

• Dòng khí thứ hai là dòng khí chính với lưu lượng khoảng 4.9 triệu m3 (khí ẩm/ngày) được đưa vào hệ thống 4 máy nén khí K-1011A/B/C/D để

nén từ áp suất 60-70 bar lên áp suất theo thiết kế là109 bar với nhiệt độ

400C, dòng khí này được đưa vào thiết bị lọc V-08 để tách tinh lượng lỏng

còn lại trong khí và lọc bụi bẩn Dòng khí ra khỏi V-08 được đưa vào thiết

bị V-06A/B để tách loại nước trong không khí với mục đích tránh tạo

hydrate trong quá trình làm lạnh khí, sau đó được đưa qua thiết bị lọc

F-01A/B để tách lọc bụi bẩn có trong khí Phần lỏng ra khỏi thiết bị V-08

được đưa vào bình tách ba pha V-03 để xử lý tiếp

Dòng khí sau khi được tách nước ở V-06A/B và lọc bụi ở F-01A/B là khí khô,

dòng này được chia làm hai phần:

• Phần thứ nhất khoảng 1/3 lượng khí khô ở trên được đưa vào thiết bị trao

đổi nhiệt (E-14) để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với dòng khí có nhiệt

độ -450C đi ra từ đỉnh tháp tinh cất (C-05), qua đây nhiệt độ của dòng khí

giảm đến -350C Sau khi thực hiện quá trình làm lạnh nhờ trao đổi nhiệt,

dòng khí được đưa qua van tiết lưu FV-1001 để giảm áp xuống tới 37 bar

Đồng thời với quá trình giảm áp suất thì nhiệt độ của dòng khí cũng giảm

xuống tới -650C Lúc này dòng khí chứa khoảng 56% mol lỏng và được đưa

vào đĩa trên cùng của thiết bị tinh cất C-05 như một dòng hồi lưu ngoài

• Phần thứ hai khoảng 2/3 dòng khí còn lại được đưa vào đầu giãn của thiết

bị CC-01 để thực hiện việc giảm áp suất từ 109 bar xuống 37 bar và nhiệt

độ giảm xuống -120C Dòng khí lạnh này sau đó được đưa vào đáy của

tháp tinh cất C-05

Như vậy, khí khô ra khỏi thiết bị lọc F01A/B được tách ra và đưa sang các

thiết bị E-14 và CC-01 để làm lạnh sau đó đưa vào tháp tinh cất C-05, hoạt động

ở áp suất 37 bar, nhiệt độ của đỉnh tháp và đáy tháp tương ứng là -45 và -150C,

tại đây khí (chủ yếu là Metan và Etan) được tách ra ở đỉnh tháp Thành phần pha lỏng (chủ yếu là Propan và các cấu tử nặng hơn) được tách ra ởø đáy tháp

Hỗn hợp khí đi ra từ đỉnh tháp C-05 có thành phần chủ yếu là Metan và Etan có nhiệt độ -450C được sử dụng làm tác nhân làm lạnh cho thiết bị trao đổi nhiệt E-14 và sau đó được nén tới áp suất 54 bar tại đầu nén của thiết bị CC-01 Hỗn hợp khí ra từ thiết bị này được đưa vào hệ thống đường ống 16 inch để cung cấp cho các nhà máy điện như là khí thương phẩm

Hỗn hợp lỏng đi ra từ đáy tháp tinh cất C-05 có thành phần là C3+ được đưa vào đỉnh tháp C-01 như dòng hồi lưu ngoài

Trong chế độ GPP chuyển đổi tháp C-01 có ba dòng nguyên liệu đi vào là dòng lỏng từ đáy tháp C-05 đi vào đĩa trên cùng, dòng lỏng từ đáy bình tách V-03 sau khi được gia nhiệt tại E-04 được đưa vào đĩa thứ 20 và dòng khí từ đỉnh V-03 vào đĩa thứ 2 Tháp C-01 có nhiệm vụ tách các Hydrocarbon nhẹ như Metan và Etan ra khỏi Condensate khi hoạt động, tháp có áp suất 27.5 bar, nhiệt độ đỉnh

140C, nhiệt độ đáy tháp là 1090C được duy trì nhờ thiết bị gia nhiệt E-01A/B Khí nhẹ ra khỏi đỉnh tháp C-01 được đưa vào bình tách V-12 để tách lỏng có trong khí, sau đó được máy nén K-01 nén từ áp suất 27.5 bar đến áp suất 47.5 bar rồi đưa vào bình tách V-13 để tách các hạt lỏng tạo ra trong quá trình nén Dòng khí

ra khỏi V-13 được nén tiếp đến áp suất 75 bar nhờ máy nén K-02, được làm mát nhờ thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí E-19 Dòng khí ra khỏi E-19 lại được máy nén K-03 nén đến áp suất thiết kế là 109 bar, làm mát tại thiết bị trao đổi nhiệt E-13 và cuối cùng quay trở lại bình tách V-08 như là nguyên liệu đầu vào Hỗn hợp lỏng ra ở đáy C-01 có thành phần chủ yếu là C3+ được đưa vào bình ổn định V-15 sau đó được đưa vào đĩa thứ 11 của tháp C-02

Tháp ổn định C-02 là một tháp đĩa dạng van bao gồm 30 đĩa, áp suất làm việc

11 bar, nhiệt độ đỉnh 550C, nhiệt độ đáy 1340C (Được duy trì nhờ Reboiler E-03) Tháp C-02 có nhiệm vụ tách riêng hỗn hợp Bupro (gồm Propan và Butan) ra khỏi Condensate Hỗn hợp Bupro ra khỏi đỉnh C-01 có nhiệt độ 550C được làm mát đến 430C nhờ thiết bị làm mát bằng quạt E-02 sau đó được đưa sang bình ổn định V-02, một phần nhỏ Bupro được hồi lưu lại đỉnh tháp C-02 còn phần lớn được làm nguội lần nữa tại E-12, sau đó được đưa vào bồn chứa để xuất ra xe bồn hoặc đưa về kho cảng Thị Vải

Condensate ra khỏi đáy tháp C-02 có nhiệt độ cao được tận dụng để gia nhiệt cho dòng lỏng ra ởø đáy V-03 thông qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04, đồng thời nhiệt độ của dòng Condensate cũng giảm xuống còn 600C, sau đó được làm mát tiếp đến 450C (là nhiệt độ an toàn để tàn trữ) tại thiết bị làm lạnh bằng quạt E-

09, cuối cùng được đưa vào bồn chứa hoặc dẫn về kho cảng Thị Vải

1.4 Tối Ưu Hóa Trong Các Nhà Máy Xử Lý Khí

Trong quá trình vận hành các nhà máy nói chung và nhà máy chế biến khí nói riêng, chúng ta cần phải lập kế hoạch sản xuất và tìm phương án tối ưu hóa nhằm thu được hiệu quả kinh tế là cao nhất

1.4.1 Lập kế hoạch sản xuất

Lập kế hoạch sản xuất là một công tác rất quan trọng đối với các nhà máy sản xuất nói chung và đối với các nhà máy chế biến khí nói riêng nhằm đem lại lợi ích kinh tế cao nhất Nhiệm vụ là phải chỉ ra được suất lượng của từng loại sản phẩm cần sản xuất trong một đơn vị thời gian, căn cứ trên các yếu tố ảnh hưởng như nhu cầu tiêu thụ, biến động của thị trường dầu khí, tình hình nguyên liệu, tình trạng vận hành của thiết bị Ở đây, yêu cầu đặt ra là phải có một kế hoạch tối ưu thỏa mãn các điều kiện sau:

• Các sản phẩm đưa ra tiêu thụ ngoài thị trường phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và các yêu cầu về chất lượng theo các tiêu chuẩn hiện hành, cũng như các tiêu chuẩn cam kết với nhà tiêu thụ

• Phải phù hợp khả năng cung cấp về nguyên liệu, công xuất của máy móc, thiết bị và nhiều điều kiện nội tại khác của nhà máy

• Đạt được lợi ích lớn nhất về mặt kinh tế như: tiết kiệm nguyên liệu nhất, giá thành thấp nhất, chi phí năng lượng ít nhất, cơ cấu sản phẩm hợp lý nhất v.v

Việc tìm kiếm một phương án như vậy không khó nhưng không phải lúc nào cũng thực hiện được, bởi vì trong sản xuất có rất nhiều yếu tố chi phối đến quá trình mà chúng ta chưa dự đoán trước được, hoặc những giới hạn mà chúng ta phải tuân theo Trong lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, những giới hạn ràng buộc đó được gọi là những điều kiện biên, hoặc điều kiện ràng buộc

Bài toán quy hoạch sẽ cho nhiều nghiệm số, trong các nghiệm số đó chúng ta phải chọn lấy một Nghiệm này phải thỏa mãn các điều kiện giới hạn và phải làm cực đại hoặc cực tiểu một chỉ tiêu kinh tế nào đó Để giải quyết vấn đề này, chúng ta cần sử dụng các phương pháp quy hoạch toán học hay còn gọi là công cụ tối ưu hóa Khó khăn lớn nhất chúng ta phải khắc phục khi sử dụng phương pháp này là đồng thời phải giải hệ nhiều phương trình và nghiệm của bài toán quy hoạch không phải lúc nào cũng ổn định

Việc lựa chọn phương án tối ưu trong tập hợp những phương án chấp nhận được là một quá trình tính toán khá phức tạp, để thực hiện được quá trình tính toán đó ta phải sử dụng những phương pháp tính riêng (có thể sử dụng phần mềm hỗ trợ) Giải bài toán để tìm một phương án tối ưu cho sản xuất thuộc loại bài

toán tìm cực trị có điều kiện, nghĩa là chúng ta phải đi tìm giá trị lớn nhất hoặc bé nhất của hàm nhiều biến đồng thời phải thoả mãn các điều kiện ràng buộc của các biến đó

Trong tất cả các loại sản phẩm thị trường cần thì nhà máy nên tập trung sản xuất loại sản phẩm có lợi nhất về mặt kinh tế Đây là nhiệm vụ của người lập kế hoạch sản xuất và giải pháp đúng nhất trong trường hợp này là phương án tối ưu Trong khi lập kế hoạch sản xuất, vấn đề có ý nghĩa quan trọng nhất là phải xác định được các tiêu chuẩn cần tối ưu Ứng với một tiêu chuẩn tối ưu, có các giới hạn tương ứng Đối với một dạng bài toán tối ưu, khi chọn tiêu chuẩn tối ưu khác nhau thì nghiệm của bài toán cũng hoàn toàn khác nhau Tiêu chuẩn tối ưu là một đại lượng, một chỉ số nào đó mà ta cần phải cực đại hoá hoặc cực tiểu hóa Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà tiêu chuẩn tối ưu có thể là tiêu chuẩn công nghệ hoặc tiêu chuẩn kinh tế hoặc kết hợp cả hai tiêu chuẩn này

Trong công nghiệp chế biến dầu khí, để đạt được hiệu quả kinh tế tốt nhất tức là mức lợi nhuận cao nhất, chúng ta cần đặt ra các tiêu chuẩn tối ưu và các tiêu chuẩn tối ưu đó thường là các đại lượng sau:

+ Cơ cấu sản phẩm hợp lý nhất

+ Giá thành công xưởng thấp nhất

+ Nguyên liệu tiêu tốn ít nhất

+ Năng suất vận hành thiết bị cao nhất

+ Nhân lực tham gia sản xuất ít nhất

+ Chi phí vận tải thấp nhất

+ Dự trữ nguyên liệu và lưu kho sản phẩm hợp lý nhất

+ Tiêu hao năng lượng ít nhất

+ Chất lượng sản phẩm hợp lý nhất

+ Hao phí nguyên liệu ít nhất

+ Thời gian dừng máy do sự cố ít nhất

+ Hao mòn thiết bị ít nhất v.v

Hiện nay, phần lớn các sản phẩm dầu khí sử dụng trong nước đều nhập từ nước ngoài Riêng các sản phẩm khí, sản xuất trong nước cũng mới chỉ đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu thụ nội địa Hiện nay trên cả nước, chúng ta chỉ có hai nhà máy chế biến khí là nhà máy Dinh Cố và nhà máy khí Nam Côn Sơn (BP Sta Oil) đều ở huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu

Lập kế hoạch sản xuất là một trong những khâu quan trọng nhất trong công tác quản lý Kế hoạch sản xuất của một nhà máy, một công ty là động lực thúc đẩy sản xuất của nhà máy, công ty đó phát triển Một kế hoạch tối ưu bao giờ cũng chỉ cho chúng ta một phương án cụ thể để sử dụng nhân lực, vốn đầu tư, quỹ thời gian, quỹ thiết bị, quỹ nguyên liệu…để sản xuất các loại sản phẩm theo một chiều hướng có lợi nhất

1.4.2 Tối ưu hoá quá trình sản xuất

Tối ưu hoá quá trình bất kỳ là để tìm điểm thích hợp nhất (tối ưu) của hàm số được nghiên cứu hoặc để tìm các điều kiện tối ưu tương ứng để tiến hành quá trình đã cho Để đánh giá điểm tối ưu, trước hết cần phải chọn các tiêu chuẩn tối

ưu hoá Tiêu chuẩn tối ưu hóa có thể là một trong những tiêu chuẩn được liệt kê

ở phần trên

Trên cơ sở của tiêu chuẩn đã được chọn chúng ta lập hàm mục tiêu (objective Funtion), biểu diễn sự phụ thuộc giữa tiêu chuẩn tối ưu hóa và các thông số ảnh hưởng đến giá trị của tiêu chuẩn tối ưu hóa này Bài toán tối ưu hóa dẫn tới việc tìm cực trị (cực đại hoặc cực tiểu) của hàm mục tiêu Cần chú ý rằng bài toán tối

ưu đặt ra khi cần tìm một giải pháp ưu việt nhất để dung hòa ảnh hưởng của tất cả các yếu tố tác dụng ngược nhau đến kết quả của quá trình, về các yếu tố đó có thể lấy ví dụ như năng suất và hiệu suất, số lượng và chất lượng

Quá trình tối ưu hoá có thể được thực hiện ở nhiều mức độ khác nhau trong hệ thống công nghệ hóa học Từ tổ hợp liên hiệp các nhà máy với nhau cùng với mạng lưới phân phối cho đến các nhà máy riêng lẻ Từ tổ hợp các thiết bị, dây chuyền công nghệ cho đến từng thiết bị riêng lẻ thậm chí các cấu trúc nhỏ hơn bên trong từng thiết bị

Việc giải các bài toán tối ưu sử dụng nhiều công cụ toán học khác nhau Để thành lập một bài toán tối ưu đòi hỏi phải sử dụng các biểu thức toán học, điều quan trọng là các biểu thức toán học phải mô tả được mục tiêu cần tối ưu hoá trong quá trình lập kế hoạch sản xuất Một bài toán tối ưu thường bao gồm ba phần cơ bản sau:

• Hàm mục tiêu

• Các phương trình ràng buộc

• Các bất phương trình ràng buộc

Không thể có một thuật toán hay một phương pháp đơn thuần nào có thể giải được mọi bài toán tối ưu Việc lực chọn phương pháp tính toán cho từng bài toán tối ưu chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hàm mục tiêu, các ràng buộc và số lượng các biến độc lập và phụ thuộc

Các bước cơ bản để phân tích và giải một bài toán tối ưu:

Bước một: xây dựng mô hình định tính cho vấn đề thực tế, tức là xác định các

yếu tố có ý nghĩa quan trọng nhất và xác lập các quy luật mà chúng tuân theo Ở đây cần phải xác định mục tiêu cần đạt được, và mục tiêu đó bị chí phối bởi những yếu tố nào (chúng ta cần quan tâm đến những yếu tố có thể thay đổi hoặc điều chỉnh được, được gọi là các yếu tố khả kháng)

Bước hai: xây dựng mô hình toán học cho vấn đề đang xét Từ những tư liệu

này và ý tưởng đã được xác định ở bước một, diễn tả lại chúng dưới dạng ngôn ngữ toán học Chúng ta cần phải xây dựng sao cho việc phân tích cho phép hiểu được bản chất của hiện tượng Mô hình toán thiết lập các mối quan hệ giữa các biến số và các tham số điều khiển hiện tượng Việc làm quan trọng ở bước này là xác định hàm mục tiêu, tức là một đặc trưng bằng số mà giá trị càng lớn (hoặc càng nhỏ) của nó tương ứng với hiệu quả giải quyết vấn đề càng tốt Tiếp theo, phải diễn tả bằng các phương trình hoặc bất phương trình các điều kiện kinh tế kỹ thuật Đó là các ràng buộc toán học mà các biến số phải tuân theo

Bước ba: sử dụng các công cụ toán học để khảo sát và giải quyết bài toán đã

thiết lập ở bước hai Căn cứ trên bài toán đã được xây dựng cần phải chọn hoặc xây dựng phương pháp giải cho phù hợp Tiếp theo đó phải cụ thể hoá phương pháp giải bằng các thuật toán tối ưu Nếu bài toán có kích thước lớn không giải được bằng tay thì phải sử dụng máy vi tính (sử dụng các phần mềm hỗ trợ) Trong trường hợp này cần phải chương trình hóa thuật toán bằng ngôn ngữ lập trình thích hợp, sau đó đưa lên máy tính để chạy và in kết quả

Bước bốn: phân tích và kiểm tra lại kết quả tính toán thu được ở bước ba

Trong bước này cần xác lập mức độ phù hợp của mô hình lý thuyết với vấn đề thực tế mà nó mô tả Để thực hiện bước này, có thể làm thực nghiệm hoặc áp dụng các phương pháp phân tích chuyên biệt

Sau khi thực hiện bước bốn, có hai khả năng xảy ra:

− Khả năng thứ nhất là kết quả tính toán phù hợp với thực tế Khi đó có thể áp dụng nó vào việc giải quyết vấn đề từ thực tế đặt ra Nếu bài toán đặt ra có quy mô lớn và có khả năng ứng dụng nhiều lần thì nên lập một bảng tổng kết ghi rõ cách đặt vấn đề, mô hình toán học, thuật toán tối ưu để tiến tới xây dựng phần mềm bảo đảm giao diện thuận tiện giữa người sử dụng và máy tính

− Khả năng thứ hai là các kết quả tính toán không phù hợp với thực tế, trong trường hợp này cần phải kiểm tra:

• Thuật toán và phương thức tính toán ở bước ba có đủ độ tin cậy hay không Nếu kiểm tra thấy chắc chắn là nghiệm bài toán thu được tương ứng với quy hoạch đã được xây dựng thì “trục trặc” sẽ nằm ở hai bước đầu tiên

• Kiểm tra lại xem ở bước hai, với các thông tin thu được ở bước một, việc xây dựng dạng mô hình đã hợp lý chưa, đã phản ánh đúng quy luật của hiện tượng chưa

• Kiểm tra lại bước một xem có bỏ sót yếu tố nào không Các yếu tố đưa vào mô hình đã đặc trưng chưa Nếu thấy có nghi ngờ thì rà soát lại một lần nữa và thực hiện lại các bước đã nêu trên Việc kiểm tra, điều chỉnh và sửa đổi lại mô hình có thể phải lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi thu được kết quả tính toán phù hợp với thực tế để có thể áp dụng vào việc giải quyết các vấn đề do thực tế sản xuất đặt ra

CHÖÔNG II

TÌNH HÌNH NGUYEÂN LIEÄU KHÍ CUÛA VIEÄT

NAM

Hiện nay, tuy chúng ta chưa thể xác định chính xác được trữ lượng thực về dầu khí của Việt Nam, nhưng riêng về khí thì theo những số liệu thu thập được từ các quá trình thăm dò thì Việt Nam có các bể trầm tích với trữ lượng khí khá lớn như: Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, thềm Tây Nam, Vũng

Mây – Tư Chính, Malay - Thổ Chu, Hoàng Sa (Paracel), Trường Sa (Spartly)

Hình 2.1: Vị trí các bể trầm tích chứa dầu khí trên lãnh thổ Việt Nam

Hiện nay tại khu vực các bể Cửu Long và Nam Côn Sơn có nhiều mỏ đang được khai thác thương mại với suất lượng khá lớn

2.1 Mỏ Lan Tây –Lan Đỏ

Mỏ Lan Tây - Lan Đỏ nằm ở lô (06.1) thuộc bể trầm tích Nam Côn Sơn, được phát hiện vào tháng 12/1992 (Lan Đỏ) và tháng 3/1993 (Lan Tây) Hai mỏ này cách xa nhau 25km và cách bờ 370 km về phía Đông - Nam thành phố Vũng Tàu,

ở mực nước sâu từ 125 đến 180m, trữ lượng ước tính (Theo tài liệu công bố của

BP StaOil):

Lan Tây: khoảng 45 tỷ m3

Lan Đỏ : khoảng 13 tỷ m3.

Khí của hai mỏ này đều nằm trong lớp đất đá cacbonate có độ rỗng, độ thấm và độ liên tục cao, đồng đều Đây là những điều kiện lý tưởng để khai thác khí với lưu lượng cao trong thời gian dài Theo các số liệu thăm dò thì tiềm năng của

bể Nam Côn Sơn còn có các mỏ khí khác đang bước đầu được khai thác như: Hải

Thạch (Lô 05.2), Mộc Tinh (Lô 05.3), Cá Chò (Lô 11.1) và Rồng Đôi (Lô 11.2),

các mỏ này có thời gian khai thác từ 30-50 năm với sản lượng khoảng 2-3 tỷ

2.2 Mỏ Rạng Đông

Mỏ Rạng Đông nằm ở lô (15.2) thuộc bồn trũng Cửu Long được đưa vào khai

thác từ giữa năm 1998 với sản lượng dầu ban đầu khoảng 30000 (thùng/ngày),

giai đoạn cuối sẽ nâng lên 95000 (thùng/ngày) Hiện nay, khí đồng hành từ mỏ

này được vận chuyển đến mỏ Bạch Hổ và đưa vào bờ cùng với khí của mỏ Bạch

Hổ bằng đường ống đường kính 16 inch

Bảng 2.2: Sản lượng khí mỏ Rạng Đông đã khai thác và theo dự kiến

(Tiû m3/năm ) Năm 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

2.3 Mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng

Mỏ Bạch Hổ nằm ở lô (09.1) thuộc bồn trũng Cửu Long, cách bờ biển 120 km

và nằm ở độ sâu 50m so với mực nước biển Mỏ Rồng đang trong giai đoạn phát

triển mỏ (Trữ lượng ước tính của mỏ Rồng và mỏ Bạch Hổ vào khoảng 25 tỉ m3),

lượng khí dẫn vào bờ theo dự kiến ban đầu khoảng 1.5 tỉ m3/năm, từ cuối năm

2002 do có sự kết hợp vận chuyển khí từ mỏ khí Rạng Đông nên hàng năm lượng

khí dẫn vào bờ tăng thêm khoảng 350 triệu m3

Bảng 2.3: Sản lượng khí đồng hành mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng (Tỉ m3/năm) Năm

Sản lượng

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Khí thương phẩm 1.25 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

2.4 Mỏ khí Tiền Hải và vùng trũng Hà Nội

Mỏ khí Tiền Hải ở Thái Bình với trữ lượng ban đầu được xác định khoảng 1.3

tỉ m3,hàng năm khai thác khoảng 40 triệu m3, sử dụng chủ yếu cho dân dụng và công nghiệp ở địa phương

Tích tụ khí D14 với trữ lượng khoảng 15 tỷ m3 nằm gần mỏ Tiền Hải và cách Hải Phòng 55km, đây là tích tụ khí có tiềm năng khai thác lớn trong những năm tới, chủ yếu là cung cấp khí nguyên liệu cho nhà máy điện Tiền Hải và các nhà máy khu vực Hà Nội, Hải Phòng

Hình 2.2: Bảng đồ phân lô các mỏ khí thuộc hai bể Cửu Long và Nam Côn Sơn

Hình 2.2: Bảng đồ phân lô các mỏ khí thuộc hai bể Cửu Long và Nam Côn Sơn Nhận xét:

• Nguồn tài nguyên khí của nước ta còn khá dồi dào, tuy nhiên công nghiệp chế biến khí chỉ đang ở giai đoạn bắt đầu Hiện nay, trên cả nước mới chỉ có hai nhà máy chế biến khí với sản lượng chỉ cung ứng được khoảng hơn 30% nhu cầu trong nước, phần còn lại chúng ta phải nhập từ nước ngoài

• Chúng ta cần có kế hoạch đầu tư nhiều cho ngành công nghiệp này nhằm định hướng khai thác và chế biến hợp lý các nguồn khí tự nhiên và đồng hành để thu được hiệu quả kinh tế dầu khí là cao nhất

CHƯƠNG III

PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƯU HÓA HỆ

THỐNG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

3.1 Giới Thiệu Chung

Quá trình mô phỏng hệ thống công nghệ hóa học là thiết lập mô hình toán học cho mô hình đó Hệ thống công nghệ hóa học là tập hợp những thiết bị liên hệ với nhau bởi các dòng công nghệ và hoạt động như một thể thống nhất Việc mô phỏng hệ thống công nghệ hóa học dưới dạng mô hình toán học nhằm mục đích dễ dàng thu nhận thông tin và kết quả cho hệ thống công nghệ cụ thể nào đó Mô hình toán học hệ thống công nghệ hóa học là tập hợp của hệ thống các phương trình toán bao gồm cả sự mô tả toán học các quá trình, thiết bị qua các biến số dòng và các phương trình liên kết giữa tập hợp các thiết bị trong sơ đồ Ngân hàng dữ liệu về tính chất hoá lý cũng như nhiệt động của các cấu tử ở dạng tinh khiết và hỗn hợp là yếu tố quan trọng đóng vai trò then chốt trong mô hình toán học của hệ thống công nghệ hóa học

Do tính chất phức tạp của hệ thống công nghệ hóa học mà việc mô hình hóa toán học gặp một số khó khăn về mặt phương pháp luận và tính toán Nguyên nhân chủ yếu do tính đa phương của hệ thống theo thành phần và theo thông số hoạt động cũng như mức độ ảnh hưởng qua lại lẫn nhau ở mức độ cao của các thông số thành phần và chế độ công nghệ

Các tổ hợp phương trình tính toán dựa trên nguyên lý module là phổ biến nhất, theo đó mô hình toán học sẽ được phân chia thành những nguyên tố riêng biệt cùng với những công cụ bảo đảm cho việc phối hợp giữa chúng với nhau, theo phương pháp này mỗi thiết bị hay cụm hệ thống công nghệ hóa học được biễu diễn dưới dạng mô hình hóa độc lập riêng biệt gọi là các module công nghệ Các module liên hệ với nhau bởi tổ hợp dòng vật chất và năng lượng Điều khiển hệ thống module là chương trình điều khiển trung tâm có chức năng kiểm tra sự dịch chuyển các dòng thông tin giữa các module và phối hợp công việc toàn bộ chương trình tính toán Ưu điểm của phương pháp module là tiết kiệm đáng kể trong việc xây dựng sự bảo đảm chương trình của toàn bộ hệ thống bảo đảm khả năng phục hồi và mở rộng hệ thống; tính kế tục và tính giai đoạn của việc xây dựng quá trình Bên cạnh đó, khó khăn lớn nhất chính là sự phức tạp của hệ thống khi có sự xuất hiện dòng vật chất và năng lượng tuần hoàn qua hệ thống các thiết bị nhằm tăng hiệu quả sản xuất của hệ thống công nghệ

Trong các chương trình mô phỏng khác nhau, việc mô hình hóa một hệ thống và thực hiện các quá trình tính toán liên quan đến các thông số công nghệ của hệ thống luôn được điều hành dựa trên đại lượng “bậc tự do” (degree of freedom – DOF) của từng thiết bị nói riêng và cả hệ thống nói chung Bậc tự do của một hệ thống là số biến số độc lập có thể thay đổi mà hệ thống vẫn có một đáp ứng đầu

ra xác định Nói cách khác, bậc tự do của hệ thống là hiệu số giữa số lượng biến

số công nghệ và số mối quan hệ ràng buộc giữa chúng với nhau Khi bậc tự do của hệ thống có giá trị lớn hơn không thì có ít nhất một thông số sẽ có giá trị tùy

ý mà không phụ thuộc vào các thông số khác Trường hợp giá trị bậc tự do nhỏ hơn không thì ngược lại, có ít nhất một thông số có giá trị cố định trước và thường là khác với thông số tính toán từ hệ thống Chương trình mô phỏng chỉ chạy tốt khi bậc tự do của hệ thống bằng không

3.2 Đặc Điểm Của Các Chương Trình Mô Phỏng

Các chương trình mô phỏng bao gồm các thành phần sau đây:

- Thư viện dữ liệu và các thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán các thông số hóa lý của các cấu tử nguyên chất và của hệ các cấu tử khác nhau (ví dụ như một loại dầu hay loại khí nào đó)

- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình có thể có trong công nghệ hóa học như: bơm, máy nén, thiết bị truyền nhiệt, tháp chưng… phần này có chứa các mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số công nghệ của quá trình được mô phỏng

- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình điều khiển trong một qui trình công nghệ hóa học Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô phỏng và ngân hàng dữ liệu

- Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất nhập, in dữ liệu và kết quả tính toán được từ quá trình mô phỏng

3.3 Các Phần Mềm Mô Phỏng Công Nghệ Chế Biến Dầu & Khí

Hiện nay, ở Việt Nam đã có một số phần mềm mô phỏng dùng cho tính toán công nghệ chế biến dầu khí, như:

• Phần nềm Design II (Hãng WINSIM - Mỹ): thường được sử dụng trong công nghiệp hóa học nói chung

• Phần mềm Pro II (SIMSCI): được sử dụng trong công nghiệp hóa học, công nghiệp lọc hóa dầu và xử lý khí

• Phần mềm PROSIM: được sử dụng trong công nghiệp hóa chất

• Phần mềm HYSYS (Hãng Hyprotech - Canada) là phiên bản nâng cấp từ phần mềm HYSIM trước đây

• Aspen Plus (Hãng Aspentech-Mỹ)

Nói chung, các phần mềm đều có khả năng tính toán các quá trình chế biến dầu & chế biến khí Tuy vậy, chúng thường có ưu điểm vượt trội cho tính toán một quá trình nào đó Đa số các phần mềm chạy trên môi trường DOS trong đó

Hysys và ProII chạy trên môi trường Windows Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng để tính toán công nghệ các quá trình chế biến khí và dầu mỏ ở nước ta hiện nay còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế về công nghệ chế biến cũng như kinh nghiệm chạy phần mềm còn quá ít nên kết quả đạt được khi chạy phần mềm chưa đạt độ tin cậy mong muốn Để sử dụng các phần mềm mô phỏng một cách có hiệu quả cần thiết phải có quá trình đào tạo Do vậy, thực tế hiện nay, việc thiết kế và tính toán các quy trình công nghệ cho các dự án vẫn do các công ty nước ngoài đảm nhận

3.4 Phần Mềm Hysys

3.4.1 Giới thiệu

Phần mềm Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech (Canada), chúng được nâng cấp từ phần mềm Hysim (chạy trên nền DOS), sau đó chúng được cải tiến rất nhiều lần và phiên bản hiện nay chúng ta đang sử dụng là phiên bản Hysys 3.2 chạy trên nền WINDOWS Do chạy trên nền Windows nên Hysys ưu việt và thông dụng hơn rất nhiều so với Hysim

Phần mềm Hysys là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung, đặc biệt khi có các quá trình chưng cất như trong các lĩnh vực chế biến khí, hóa dầu, lọc dầu, polyme, hóa dược phẩm….Trong lĩnh vực dầu khí Hysys là phần mềm mô phỏng chuyên dụng có độ chính xác cao, có khả năng thao tác và giải quyết nhiều công việc như: nghiên cứu, thiết kế, vận hành, tính toán các đặc trưng kỹ thuật.v.v

Phần mềm Hysys có thể được cài đặt dễ dàng trên các máy tính cá nhân với một thư viện lớn lưu trữ rất nhiều dữ liệu và thông tin, bao gồm: tập hợp các cấu tử hóa học, các hệ đơn vị, các hệ nhiệt động, các module tính toán, các chức năng vận hành…

Giao diện Hysys được thiết kế rõ ràng, dễ dàng sử dụng Thông qua các cửa sổ và biểu tượng mà người sử dụng có thể tiếp cận một cách nhanh chóng chương trình của phần mềm để sử dụng cho từng mục đích nghiên cứu khác nhau Ngoài

ra các khung cửa sổ và màu sắc hiển thị bao quanh nó cho người sử dụng biết cần phải nhập dữ liệu gì, nhập như thế nào là hợp lệ và đến khi nào là hoàn chỉnh Chương trình Hysys cố gắng mô phỏng phương pháp tính toán bằng tay của con người, tự động biên dịch thông tin đưa vào và thực hiện các tính toán khả dĩ từ các thông tin đó Chương trình Hysys dựa trên cấu trúc không tuần tự, tức là khi nhập thông tin cho chương trình người thực hiện không cần phải tuân theo thứ tự từ đầu vào đến đầu ra

Chương trình Hysys có một số đặc điểm sau:

• Khả năng tính từng phần: khi đã biết đầy đủ các thông số cần thiết của một dòng chảy thì chương trình sẽ tự động tính các thông số còn lại Đây là một điểm rất mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh được nhiều sai sót Tuy nhiên, điều nhất thiết là phải cung cấp vừa đủ thông số Nếu thông số đưa vào dư (tức độ tự do nhỏ hơn zero) thì máy sẽ báo lỗi và phần mềm không tự điều chỉnh được

• Khả năng tính hai chiều và khả năng sử dụng thông tin một phần: chương trình được chia thành nhiều module khác nhau, mỗi module là một thiết bị như: van, cột chưng cất, trao đổi nhiệt, bơm…mỗi module có khả năng tự xác định thông số nào đã biết và thông số nào có thể tính toán từ các dòng nối với module đó

• Khả năng truyền dữ liệu: khi được cung cấp thêm một thông tin mới, Hysys sẽ thực hiện những tính toán có thể rồi truyền các kết quả mới này đến các thiết bị có thể sử dụng chúng Quá trình này sẽ tiếp diễn cho đến khi tất cả các tính toán có thể nhờ thông tin mới này được hoàn tất

• Khả năng tự động tính toán lại: khi người thiết kế loại bỏ một thông số nào đó, chương trình sẽ loại bỏ tất cả các thông số được tính từ thông số trên và giả định chúng là chưa biết Các thông số không liên quan đến thông số

bị loại bỏ vẫn sẽ được giữ nguyên

3.4.2 Phạm vi ứng dụng

Phần mềm Hysys được sử dụng trong nhiều ngành công ngiệp khác nhau, bao gồm: công nghệ chế biến dầu khí, công nghệ các hợp chất cao phân tử, hóa thực phẩm, tư vấn công nghệ.v.v Trong các ngành công nghiệp này Hysys được sử dụng để thiết kế các quá trình mới, thay thế nguồn nguyên liệu, đánh giá các mô hình công nghệ, mô hình hóa và nâng cấp các nhà máy đang hoạt động, giải quyết các trục trặc, điều khiển các hoạt động cũng như tối ưu hóa năng suất và lợi nhuận của các nhà máy

Với quá trình chế biến khí, Hysys cung cấp các khả năng mô hình hóa vềù: chưng cất, làm ngọt, làm lạnh tầng, chuỗi các máy nén, tách etan, metan, các tổ hợp giãn khí, sấy khí, ức chế sự tạo thành hydrat, chưng cất…

Với quá trình lọc dầu Hysys cho phép thực hiện các mô phỏng như: gia nhiệt cho nguyên liệu, chưng cất áp suất khí quyển, chưng cất chân không, FCC, các tổ hợp khí, hệ thống ổn định xăng và naphtha, các thiết bị metan hóa, tách nước, alkyl hóa

Trong công nghệ hóa dầu Hysys được sử dụng trong các hệ thống như: cột tách etylen, cột tách C3-C4, cột tách các hợp chất thơm, các dây chuyền sản xuất MTBE, các thiết bị thu hồi naphtha, sản xuất olefin, các hợp chất oxy hoá

3.4.3 Các môi trường mô phỏng trong Hysys

Hysys cung cấp cho người sử dụng một số môi trường hoạt động có chức năng riêng biệt nhưng liên thông và tương hỗ với nhau, giúp dễ dàng kiểm soát được quá trình mô phỏng Các môi trường này cho phép người sử dụng tiếp cận và nhập thông tin vào một vùng hoạt động chắc chắn của quá trình mô phỏng trong khi các vùng khác của quá trình đang được tiến hành Các vùng khác sẽ không tiến hành quá trình tính toán ở trạng thái động cho đến khi ngưới sử dụng hoàn tất công việc ở các vùng còn lại

Môi trường hoạt động trong Hysys gồm hai loại chính:

• Basic Environment: môi trường hoạt động cơ sở

• Simulation Environment: môi trường mô phỏng

a Basic Environment

Trong môi trường này nó lại được chia thành hai môi trường khác:

a.1 Môi trường mô phỏng cơ sở:

Khi chúng ta bắt đầu một quá trình mô phỏng trong Hysys, chương chình sẽ khởi động một cách tự động trong môi trường mô phỏng cơ sở Tại đây người sử dụng có thể tạo lập, định nghĩa và bổ sung một Fluid Package mà nó sẽ được dùng bởi Flowsheet của quá trình mô phỏng Tổng quát, một Fluid Package phải chứa một Property Package, nó cũng giống như một thư viện hoặc một nhóm cấu tử có tính chất giả thiết Mặt khác, một Fluid Package cũng có thể chứa những thông tin như các phản ứng và các tham số tương hỗ

a.2 Môi trường dầu đặc trưng:

Môi trường dầu đặc trưng cho phép người sử dụng đặc trưng hóa tính chất của dầu mỏ bằng việc tạo lập và định nghĩa phần Assay và Blends Quá trình đặc trưng hóa tính chất dầu mỏ này tạo ra các cấu tử giả trong dầu mỏ, sẽ được sử dụng trong Fluid Package Do môi trường dầu là đơn nhất nên nó chỉ có thể được tiếp cận từ môi trường mô phỏng cơ sở

• Môi trường của các lưu đồ tháp hoạt động (Column Sub-Flowsheet Environment)

Lưu đồ chính ở đây được xem như là một Flowsheet gốc cho những Flowsheet mà nó chứa Một Sub- Flowsheet cũng có thể trở thành một Flowsheet gốc khác nếu nó có chứa một Sub-Flowsheet khác

Sub-b.1 Môi trường Main Flowsheet:

Ở môi trường Main Flowsheet, người sử dụng thực hiện hầu như hết các công việc của mình như cài đặt và định nghĩa các dòng, các thao tác đơn vị, các cột làm việc và các Sub-Flowsheet Flowsheet này làm việc như một lưu đồ cơ sở hoặc lưu đồ chính cho cả qui trình mô phỏng Trong mỗi trường hợp mô phỏng, chỉ có một môi trường Main Flowsheet và mỗi cá thể Sub-Flowsheet được cài đặt riêng cho nó một môi trường Sub-Flowsheet phù hợp

Desktop của môi trường Sub-Flowsheet chứa một Menu Bar và Button Bar bao quát, được thiết kế cho việc xây dựng và chạy các quy trình mô phỏng Có hai Home View và một Workbook, một PFD riêng rẽ cho từng Flowsheet

Môi trường Sub-Flowsheet hầu như tương tự như môi trường Main Flowsheet,

ở đó người ta cũng có thể cài đặt các dòng, các thiết bị và các Sub-Flowsheet khác Có một điểm khác là mỗi Flowsheet được cài đặt trong quy trình mô phỏng sẽ có một môi trường phù hợp cho riêng nó trong khi chỉ có một môi trường Main Flowsheet Điểm khác biệt nữa là khi đang ở môi trường Sub-Flowsheet trong trạng thái tính toán tĩnh thì ở các khu vực khác của quy trình mô phỏng sẽ được giữ ở trạng thái Holding, nhằm tạo sự dễ dàng cho người sử dụng khi muốn quay về môi trường Main Flowsheet

b.2 Môi trường Column Sub-Flowsheet:

Tương tự như môi trường Sub-Flowsheet đã được mô tả ở trên, môi trường Column là nơi mà người sử dụng có thể tiến hành cài đặt, định nghĩa các dòng và thiết bị được chứa trong Column Sub-Flowsheeet

Các thiết bị sẵn có trong Column Sub-Flowsheeet bao gồm các mâm, thiết bị ngưng tụ (Condenser), nồi sôi lại (Reboiler), thiết bị Stripper, thiết bị trao đổi nhiệt và bơm Hysys có chứa một số mẫu Column được xây dựng sẵn, nó cho phép người sử dụng nhanh chóng cài đặt các tháp tiêu biểu

Column Sub-Flowsheeet cũng có Menu Bar, Button Bar và Home View như các Sub-Flowsheeet khác Nhưng Column Sub-Flowsheeet không hỗ trợ được các Sub-Flowsheeet khác

3.4.4 Quá trình mô phỏng bằng phần mềm Hysys

Trước khi tiến hành mô phỏng chúng ta phải diễn đạt các dữ liệu từ sơ đồ thực tế thành mô hình mô phỏng Quá trình này bao gồm các bước sau:

• Chuẩn bị số liệu: chuẩn bị sẵn sơ đồ công nghệ và các thông số đầu vào,

đầu ra cần thiết (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tên gọi…) của các dòng chảy cũng như các thông số vận hành của thiết bị (nhiệt độ, áp suất, kích thước, dòng vào, dòng ra…)

• Chọn hệ đơn vị sử dụng: Tool/Preferences/Variables Ta có thể sử dụng

những hệ đơn vị có sẵn hoặc tạo một hệ đơn vị mới theo ý mình (Clone) Nếu tạo hệ đơn vị mới, chúng ta có thể tùy ý thay đổi đơn vị khi cần

• Tạo một mô phỏng mới: chọn File/New Case Ta có thể vào File/Open

Case để mở một mô hình được thiết kế trước Bước này giúp ta có thể vào môi trường mô phỏng cơ bản Simulation Basic

• Tạo Fluid Package: Fluid Package là phần quản lý tất cả mọi thông tin

liên quan đến dòng vật chất trong một mô hình, bao gồm các cấu tử (Components), thành phần của các cấu tử (Compositions) và thuật toán dùng để tính toán các tính chất hóa lý khác nhau của dòng Có thể nhập một Fluid Package có sẵn từ trước, nhưng nhìn chung việc tạo một Fluid Package mới bắt đầu bằng việc nhập cấu tử và thành phần của chúng Ngoài các cấu tử hiện diện trong Fluid Package, Hysys còn cho phép người dùng nhập các hệ giả định (Hypotheticals) Hệ giả định không chứa các cấu tử riêng lẻ mà chứa các thông tin đến hệ như các thông số hoá lý, đường cong ASTM, TBP,… Bước tiếp theo là chọn thuật toán cho Fluid Package Đối với hệ khí thì phương trình Peng-Robinson là thích hợp nhất

• Thiết kế sơ đồ công nghệ (xây dựng PDF): nhìn chung có hai cách thiết

lập các dòng và thiết bị Ta có thể sử dụng Workbook hoặc PDF Việc sử dụng PDF được ưa chuộng hơn vì ta có thể điều chỉnh bản vẽ theo ý muốn Công việc này khá đơn giản vì các thiết bị và dòng đã có sẵn, chỉ việc đặt tên và gắn kết chúng theo qui trình công nghệ

• Nhập số liệu cho dòng và thiết bị: chúng ta có thể nhập số liệu theo kiểu

cuốn chiếu, tức là tạo được dòng và thiết bị nào thì nhập số liệu ngay và luôn ở trong trạng thái tự động tính toán (Solve Active) Phương pháp này được ưa chuộng trong những trường hợp phức tạp vì dễ kiểm soát Phương pháp thứ hai là chúng ta xây dựng xong sơ đồ công nghệ rồi mới nhập số liệu Việc nhập số liệu nhất thiết phải vừa đủ (độ tự do bằng zero)

Đối với các thiết bị vận hành, các specs được chia làm 3 loại:

+ Các thông số hoạt động (Active specs): là các thông số phải nhập để chương trình mô phỏng chạy được Khi một thiết bị được nhập đầy đủ các thông số hoạt động và thông tin của các dòng nhập liệu vào thiết bị đó đã đầy đủ thì nó sẽ tự động tính toán mọi thông số kỹ thuật còn lại Các specs vẫn giữ nguyên giá trị ban đầu khi chương trình hội tụ Việc nhập giá trị của một thông số hoạt động làm giảm bậc tự do của thiết bị một đơn vị

+ Các thông số ước lượng (Estimates): là các ước lượng ban đầu cho chương trình mô phỏng dễ hội tụ, không phải là điều kiện cần để chương trình chạy được Các thông số ước lượng có thể xem như là các thông số không hoạt động (Inactive specs) Giá trị của các thông số này có thể thay đổi khi chương trình hội tụ Việc nhập giá trị của một thông số ước lượng không làm thay đổi bậc tự do của thiết bị

+ Các thông số không hoạt động (Inactive specs): là các thông số được tính toán trong quá trình chương trình mô phỏng chạy

Tuỳ thuộc vào đặc tính của từng thiết bị cũng như tình trạng hoạt động của thiết bị đó trên thực tế mà ta lựa chọn các loại specs thích hợp Tuy nhiên việc lựa chọn phải luôn đảm bảo bậc tự do của thiết bị bằng không (điều kiện cần để chương trình mô phỏng chạy được)

• Chạy và điều chỉnh: đối với một số thiết bị đơn giản như Pump, Expander,

Compresser, Tee, Mixer…, chỉ cần cung cấp đủ thông số là chương trình tự động tính Còn đối với Column, việc cung cấp thông số phức tạp hơn, phải đảm bảo độ tự do của thiết bị bằng zero Với tháp chưng cất không có Reboiler và Condenser, ta không cần áp đặt tiêu chuẩn (specs) cho nó Với cột có Reboiler và Condenser ta phải áp đặt 2 tiêu chuẩn để độ tự do về zero Và với cột chỉ có họăc Reboiler hoặc Condenser thì chỉ cần một spec Sau khi đảm bảo độ tự do bằng zero, ta nhấn nút Run trên Toolbar để chạy chương trình Nếu số liệu đưa vào hợp lý thì chương trình sẽ hội tụ Nếu chương trình không hội tụ thì cần kiểm tra các điểm sau :

+ Dữ liệu nhập: kiểm tra đã nhập đủ dữ liệu chưa, kiểm tra giá trị của dữ liệu nhập có mâu thuẫn không

+ Các giá trị ước lượng ban đầu: cần kiểm tra các ước lượng về sản phẩm; nhiệt độ, áp suất ở đỉnh và đáy cột cũng như các dòng trích ngang, nhiệt lượng của các dòng năng lượng

+ Các tiêu chuẩn kỹ thuật (specs): kiểm tra xem các tiêu chuẩn kỹ thuật có mâu thuẫn với nhau không và có hợp lý không Thông số này rất quan trọng vì nó liên quan đến độ tự do của quá trình

Chương trình chạy tốt là chương trình hội tụ Tuy nhiên chương trình chạy tốt chỉ là quá trình mô phỏng đúng nhưng chưa chắc đã tối ưu Để có kết quả tối ưu phải điều chỉnh nhiều thông số Trong trường hợp mô phỏng một nhà máy có sẵn thì cần so sánh số liệu mô phỏng với số liệu thực tế

Kết thúc: xem kết quả bằng Workbook, tính chất các dòng và quá trình qua

Property View Có thể tổng hợp những dữ liệu cần quan tâm vào Databook để dễ quan sát

3.4.5 Các module chính trong Hysys

a Trao đổi nhiệt

Trong Hysys có hai dạng mô hình mô phỏng một thiết bị trao đổi nhiệt dùng công cụ Heat Exchanger, bao gồm: dạng thiết kế chi tiết (detail mode) và dạng

cơ bản (basic mode)

Đối với dạng thiết kế, chúng ta nhập các thông số chi tiết về kết cấu của trao đổi nhiệt (số ống, số vỏ, diện tích bề mặt, các hệ số truyền nhiệt…) và khi các thông tin về trạng thái của các dòng chảy tại đầu vào được xác định, chương trình mô phỏng sẽ chạy và tính toán trạng thái của các dòng chảy ở đầu ra và các thông số công nghệ của trao đổi nhiệt như hệ số cấp nhiệt (hi) của các dòng chảy

ở phía vỏ và ống, hệ số truyền nhiệt tổng quát, tổn thất áp suất ở phía vỏ và ống Dạng mô hình thiết kế thường được sử dụng trong chế độ mô phỏng động (Dynamics state mode)

Đối với dạng cơ bản số liệu cần nhập đơn giản hơn, chỉ nhập các specs của trao đổi nhiệt như: tổn thất áp suất của các dòng chảy ở phía vỏ và phía ống (Δpvỏ/ống), tích số giữa hệ số truyền nhiệt tổng quát và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (U.A) Khi các thông tin về trạng thái của các dòng chảy tại đầu vào được xác định, chương trình mô phỏng sẽ tự động chạy và tính toán trạng thái của các dòng chảy ở đầu ra Dạng mô hình cơ bản thường được sử dụng trong chế độ mô phỏng tĩnh (Steady state mode)

Mọi phép tính toán trong mô hình trao đổi nhiệt dạng cơ bản đều dựa trên phương trình cân bằng năng lượng giữa dòng lưu chất chảy trong thiết bị (dòng nóng và dòng lạnh):

Mnóng(Hvào – Hra )nóng – [Mlạnh(Hra – Hvào)lạnh + Qleak] = 0

Trong đó:

M = lưu lượng của các dòng lưu chất

H = enthalpy của các dòng lưu chất

Qleak = tổng tổn thất nhiệt lượng do rò rỉ