TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VẬN CHUYỂN, TỒN TRỮ LPG LẠNH TẠI KHO CẢNG THỊ VẢI

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VẬN CHUYỂN, TỒN TRỮ LPG LẠNH TẠI KHO CẢNG THỊ VẢI

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN ĐĂNG DUY

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VẬN CHUYỂN, TỒN TRỮ LPG

LẠNH TẠI KHO CẢNG THỊ VẢI

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

-o0o -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đăng Duy

Ngày, tháng, năm sinh: 29/01/1990

Ngành: Công nghệ kĩ thuật Hóa Học

MSSV: 0852010034

Nơi sinh: Bình Thuận

I TÊN ĐỀ TÀI: Tìm hiểu công nghệ vận chuyển, tồn trữ LPG lạnh tại kho cảng

Thị Vải

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về các tính chất của LPG và ảnh hưởng của chúng đến điều kiện tồn chứa và vận chuyển

- Đưa ra ưu điểm của công nghệ tồn chứa LPG lạnh so với công nghệ tồn chứa LPG định áp

- Đánh giá và lựa chọn các loại bể chứa LPG lạnh

- Tìm hiểu và nắm bắt đầy đủ các quá trình công nghệ vận chuyển, tồn trữ LPG lạnh tại Kho cảng Thị Vải

- Tìm hiểu và đưa ra các yêu cầu vật liệu đối với đường ống và bể chứa LPG lạnh

- Tìm hiểu các thông số về thiết kế và công nghệ trong Kho cảng Thị Vải

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 06/04/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2012

V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Lê Tất Thắng

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày tháng năm 2012

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Hiện nay trên thị trường cung LPG nội địa bị giới hạn trong khả năng sản xuất trong nước khoảng 550.000 tấn/năm, trong khi nhu cầu LPG ở Việt Nam khoảng 1.200.000 tấn/năm Phần nhu cầu thiếu hụt được đáp ứng dựa vào nguồn nhập khẩu và được thực hiện từng chuyến với khối lượng nhỏ

Hiện tại, các doanh nghiệp đang chế biến, sản xuất và kinh doanh khí có những kho chứa định áp nhỏ Vì công suất tàng trữ nhỏ xấp xỉ 10.000 tấn nên các doanh nghiệp phải nhập khẩu LPG bằng các tàu nhỏ với giá cao và không ổn định Ngoài ra,

do thiếu kho chứa LPG, các nhà nhập khẩu LPG phải quay vòng nhanh chóng từ 2÷3 lần/tháng Do vậy, các doanh nghiệp hầu như không thể lưu trữ LPG nên đang bị phụ thuộc vào biến động của thị trường Việc thiếu kho chứa LPG đã trực tiếp tác động đến

cả doanh nghiệp và người tiêu dùng

Vì vậy, việc nhập khẩu LPG để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, không chỉ làm nhiên liệu mà còn là nguồn cung đầu vào cho các nhà máy hóa dầu và phục vụ cho nhu cầu tàng trữ LPG một cách hiệu quả

Việt Nam hiện là nước nhập khẩu LPG nhưng khả năng nhập khẩu bị hạn chế bởi sức chứa của các kho hiện tại ở Việt Nam nhỏ và chỉ có thể phù hợp với những tàu nhỏ Do đó, việc nâng cao công suất kho chứa LPG bằng các sử dụng công nghệ lạnh

là điều cần thiết Kho chứa LPG lạnh được xây dựng để phục vụ cho nhu cầu tàng trữ LPG là việc phát triển cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc tàng trữ và kinh doanh LPG với khối lượng lớn

Qua dự án kho lạnh, sẽ có điều kiện làm quen với công nghệ tàng trữ LPG hiện đại để nâng cao trình độ quản lý và vận hành kho chứa LPG lạnh của Việt Nam, làm tiền đề để phát triển các dự án tương tự trong tương lai Với dân số đông và tốc độ tăng trưởng GDP, Việt Nam có tiềm năng phát triển nhanh Với sự phát triển kinh tế xã hội nhanh, mức tiêu thụ nhiên liệu của Việt Nam sẽ giữ đà tăng trưởng nhanh Trong khi than, củi và than củi vẫn là một trong số các nguồn nhiên liệu chính cho các hộ tiêu dùng Việt Nam, LPG là nguồn năng lượng sạch và có nhiệt trị cao sẽ góp phần nâng cao mức sống và giảm nạn chặt phá rừng

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

là kho chứa LPG lạnh lớn nhất Việt Nam hiện nay

Sau khi tìm hiểu, thu thập tài liệu và được sự đồng ý của khoa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu em đã lựa chọn đề tài cho đồ án

của mình là “Tìm hiểu công nghệ vận chuyển, tồn trữ LPG lạnh tại kho cảng Thị

Vải” nhằm mục đích nắm bắt công nghệ vận chuyển, tồn chứa LPG lạnh trong công

nghệ chế biến, vận chuyển tồn chứa LPG nói chung hiện nay

Trong quá trình làm đồ án, do thời gian có hạn và những hiểu biết của em còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong nhận được sự giúp đỡ của quý thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Thông qua đồ án này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trường đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, các thầy cô giáo trong bộ môn Lọc Hóa Dầu - Khoa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn – Th.S Lê Tất Thắng đã tận tình giúp đỡ em tiến hành tìm hiểu và thu thập tài liệu

để em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đăng Duy

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MUC BẢNG

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Chương I GIỚI THIỆU VỀ LPG 1

1.1 Khái niệm và thành phần của LPG 1

1.2 Một số tính chất hóa lý đặc trưng của LP 1

1.2.1 Hệ số giãn nở 3

1.2.2 Nhu cầu không khí khi đốt cháy 3

1.2.3 Ẩn nhiệt bay hơi 3

1.2.4 Tỷ trọng 3

1.2.5 Áp suất hơi bão hòa 4

1.2.6 Giới hạn cháy nổ 4

1.2.7 Nhiệt độ cháy 5

1.2.8 Nhiệt độ tự bắt cháy 5

1.3 Ảnh hưởng của các tính chất đến việc tàng trữ và vận chuyển LPG 6

1.4 Công nghệ sản xuất LP 6

1.4.1 Nguyên liệu sản xuất LPG 6

1.4.2 Công nghệ sản xuất LPG 7

1.5 Các ứng dụng chủ yếu của LPG 9

1.5.1 Lợi ích của việc sử dụng LPG 10

1.5.2 Các ứng dụng của LPG trong các ngành công nghiệp khác nhau 10

1.6.Khai thác và sử dụng LPG ở Việt Nam 12

1.6.1 Nguồn cung LPG nội địa 12

1.6.2 Nhập khẩu LPG 14

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

2.1.1.Vận chuyển LPG 17

2.1.2 Bảo quản và tồn chứa .17

2.2 Giản đồ pha hệ đa cấu tử ứng dụng trong tồn trữ LPG lạnh 18

2.3 Các loại bể chứa 20

2.3.1 Khái niệm 20

2.3.2 Phân loại bể chứa 20

2.3.2.1 Bể chứa áp lực thấp 20

2.3.2.1.1.Bể chứa trụ đứng mái tĩnh 20

2.3.2.1.2.Bể chứa trụ đứng mái phao 21

2.3.2.1.3.Bể chứa trụ ngang 22

2.3.2.2.Bể chứa áp lực cao 23

2.3.2.2.1.Bể trụ đứng mái cầu 23

2.3.2.2.2.Bể cầu 24

2.3.2.2.3.Bể trụ nằm ngang 24

2.3.3 Cấu tạo của bồn chứa 25

Chương III CÔNG NGHỆ TỒN CHỨA LPG LẠNH 27

3.1 Mô tả dự án 27

3.2 Chữ viết tắt, kí tự và danh sách thiết bị 27

3.3 Sơ đồ công nghệ nhập, tồn chứa và xuất Propan 30

3.3.1 Quá trình nhập Propan từ tàu vào bồn Propan lạnh 30

3.3.2 Sơ đồ công nghệ thu hồi BOG 32

3.3.3 Sơ đồ công nghệ chuyển Propan lạnh thành Propan định áp 33

3.3.4 Sơ đồ công nghệ xuất Propan định áp tới tàu 34

3.3.5 Sơ đồ tổng quan công nghệ vận chuyển, tồn trữ Propan lạnh của kho LPG lạnh 35

3.4 Sơ đồ tổng quan công nghệ nhập, tồn chứa và xuất Butan 37

3.4.1 Quá trình nhập Butan từ tàu vào bồn Butan lạnh 37

3.4.2 Sơ đồ công nghệ thu hồi BOG 38

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

3.4.4 Sơ đồ công nghệ xuất Butan định áp tới tàu 41

3.4.5 Sơ đồ tổng quan công nghệ vận chuyển, tồn trữ Butan lạnh của kho LPG lạnh42 3.5 Quá trình phối trộn sản phẩm Bupro 44

3.5.1 Phối trộn sản phẩm Bupro tại các bồn định áp TK-1501 và TK-1601 44

3.5.2 Phối trộn sản phẩm Bupro từ bồn lạnh tới tàu 45

3.6 Yêu cầu của hệ thống cầu cảng nhập LPG lạnh 46

3.6.1.Yêu cầu của hệ thống công nghệ nhập LPG lạnh 46

3.6.2.Hệ thống cầu cảng xuất nhập sau khi có kho LPG lạnh 47

3.7 Hệ thống kho chứa LPG lạnh 47

3.7.1 Single Containment Tank 47

3.7.2 Double Containment Tank 48

3.7.3 Full Containment Tank 48

3.8 Hệ thống làm lạnh 54

3.9 Hệ thống bồn định áp 56

3.9.1.Thiết kế của hai bồn định áp chứa Propan và Butan 56

3.9.2.Điều khiển vận hành bồn định áp Propan/Butan 57

3.10 Hệ thống gia nhiệt 58

3.11 Hệ thống bơm 58

3.11.1 Trạm bơm cho LPG lạnh 58

3.11.2 Trạm bơm cho sản phẩm LPG ở nhiệt độ môi trường 58

3.12 Máy nén hơi LPG 58

3.13 Hệ thống “closed drain” 59

3.14 Hệ thống xả khí và giảm áp 59

3.15 Hệ thống tạo mùi 60

3.16 Hệ thống phụ trợ 61

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

3.16.3.1 Hệ thống phun Hypoclorit 63

3.16.3.2 Bộ phun Hypoclorit cho nước làm mát 64

3.16.4 Hệ thống định lượng hóa chất 64

KẾT LUẬN .65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Trang

Bảng 1.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hóa lỏng 1

Bảng 1.2 : Giới hạn cháy nổ 4

Bảng 1.3 Nhiệt cháy và nhiệt trị của LPG 5

Bảng 1.4 : Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển 5

Bảng 1.5 : Sản lượng sản xuất LPG giai đoạn 1999-2007 12

Bảng 3.1: Chữ viết tắt và kí tự 27

Bảng 3.2: Danh sách thiết bị 28

Bảng 3.3: Hệ thống cầu cảng xuất nhập sau khi có kho LPG lạnh 47

Bảng 3.4: So sánh ưu nhược điểm của các loại bồn chứa 48

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Trang

Hình 1.1: Cung LPG nội địa của Việt Nam giai đoạn 2008-2025 14

Hình 2.1: Giản đồ pha của hệ đa cấu tử 18

Hình 2.2: Bể chứa trụ đứng mái tĩnh 21

Hình 2.3: Bể chứa trụ đứng mái phao 22

Hình 2.4: Bể chứa trụ ngang 23

Hình 2.5: Bể trụ đứng mái cầu 24

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Sơ đồ 3.1: Quá trình nhập Propan từ tàu vào bồn Propan lạnh 30

Sơ đồ 3.2: Công nghệ thu hồi BOG của Propan 32

Sơ đồ 3.3 : Công nghệ chuyển từ Propan lạnh thành Propan định áp 33

Sơ đồ 3.4: Công nghệ xuất Propan định áp tới tàu .34

Sơ đồ 3.5: Tổng quan công nghệ vận chuyển, tồn trữ Propan lạnh của Kho LPG lạnh35 Sơ đồ 3.6: Quá trình nhập Butan từ tàu vào bồn Butan lạnh 37

Sơ đồ 3.7: Công nghệ thu hồi BOG của Butan 38

Sơ đồ 3.8: Công nghệ chuyển từ Butan lạnh thành Butan định áp 40

Sơ đồ 3.9: Công nghệ xuất Butan định áp tới tàu 41

Sơ đồ 3.10: Tổng quan công nghệ vận chuyển, tồn trữ Butan lạnh của nhà máy 42

Sơ đồ 3.11: Quá trình phối trộn Bupro tại các bồn định áp TK-1501 và TK-1601 44

Sơ đồ 3.12: Quá trình Phối trộn sản phẩm Bupro từ bồn lạnh tới tàu 45

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

LPG : Liquefied Petroleum Gas

GDP : Gross Domestic Product

PV : Petro Vietnam

VN : Việt Nam

TCVN : Tiêu Chuẩn Việt Nam

ASTM : American Society for Testing and Materials

ISO : International Organization for Standardization

DO : Diesel Oil

MTBE : Metyl Ter Butyl Ete

GPP : Gas Processing Plant

BOG : Boil Off Gas

CS : Carbon Steel

ESD : Emergency Shutdown

VRA : Vapor Return Arm

LDA : Loading Arm

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

HV : Hand Valve

API : American Petroleum Institute

EEMUA : Engineering Equipment and Materials Users Association

UCP : Unit Control Panel

LCP : Local Control Panel

LOP : Local Operation Panel

MCR : Main Control Room

ASME : American Society of Mechanical Engineers

PST : Pressurized Storage Tank

RST : Refrigerated Storage Tank

PRV : Pressure Relief Valve

PSV : Pressure Safety Valve

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU VỀ LPG

1.1 KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN CỦA LPG

LPG là cụm từ viết tắt của Liquefied Petroleum 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 Thành phần hóa học của LPG là Propan và Butan Ngoài ra còn có chứa các thành phần phụ là Propylen và Butylen Ngoài ra còn có chất tạo mùi etyl mecaptan ( R – SH ) với tỷ lệ pha trộn nhất định để khi khí rò rỉ có thể nhận biết được bằng khứu giác

LPG tồn chứa trong các loại bình áp lực khác nhau và được tồn chứa ở trạng thái bão hoà tức là tồn tại ở dạng hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài Chất lỏng nằm dưới phần đáy và hơi nằm trên cùng của bình chứa, nghĩa là khoảng trên mức chất lỏng Thông thường các loại bình chứa chỉ chứa khí lỏng tối đa khoảng 80 ÷ 95 % thể tích bình, thể tích còn lại dành cho phần hơi có thể giãn nở khi nhiệt độ tăng

1.2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA LPG

Nhìn chung, sản phẩm LPG thương mại tại Việt Nam phải tuân theo các tiêu chuẩn về chất lượng và kỹ thuật do Tổng cực tiêu chuẩn đo lường chất lượng VN quy định (TCVN 6548 – 1999)

Bảng 1.1:Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hóa lỏng

thương mại

Butane thương mại

Hỗn hợp propane và butane thương mại

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Áp suất hơi ở

37,8oC, kPa, max

ASTM D-1267 hoặc ASTM D-

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

1.2.1 Hệ số giãn nở

Hệ số giãn nở khối của LPG là lượng thể tích tăng lên khi nhiệt độ của vật chất tăng lên 10C Sự giãn nở nhiệt của LPG rất lớn ( gấp 15 ÷ 20 lần so với nước và lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác) Do đó các bồn chứa, bình chứa LPG chỉ được chứa đến 80÷ 85 % dung tích toàn phần để có không gian cho LPG lỏng giãn

nở khi nhiệt độ tăng lên

Do hệ số giãn nở của LPG lớn nên đòi hỏi:

* Phải giữ khoảng trống phù hợp trong các bồn chứa, bình chứa; lắp đặt các van

an toàn cho bồn chứa, các ống dẫn

* Đo một cách chính xác nhiệt độ sản phẩm trong kho chứa chứa để khi vận chuyển thì điều khiển được mức dự trữ, hao hụt như quy định

1.2.2 Nhu cầu không khí khi đốt cháy

Khi đốt cháy hoàn toàn một thể tích LPG đòi hỏi không khí lớn gấp 23 lần đối với Propan và gấp 33 lần đối với Butan Đồng thời phản ứng sinh ra lượng CO2 gấp từ

3 – 4 lần thể tích khí đốt Điều này rất quan trọng vì để lường trước được khả năng thiếu oxy bão hoà CO2 đột ngột trước khi đốt LPG trong không gian khí

1.2.3 Ẩn nhiệt bay hơi

Ẩn nhiệt của chất lỏng là lượng nhiệt cần hấp thụ để bay hơi hoàn toàn một đơn

vị khối lượng chất lỏng đó Điều này đúng với cả khí hoá lỏng và đúng với cả nước, nếu không có nhiệt cung cấp bên ngoài thì chất lỏng không bay hơi được Khi chất lỏng lạnh dần xuống thì sự bay hơi có thể chậm lại hay dừng hẳn Như vậy LPG lỏng đựng trong bình kín có một lượng khí thoát ra từ bình chứa tương ứng với lượng hơi được tạo ra do sự cung cấp nhiệt ở điều kiện áp suất khí quyển

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Như vậy khi LPG rò rỉ, khí thoát ra nặng hơn so với không khí sẽ lan truyền dưới mặt đất ở nơi trũng như rãnh nước, hố gas Để đảm bảo an toàn khi có rò rỉ cần tạo điều kiện thông thoáng phần dưới không gian sử dụng hoặc chứa LPG

1.2.5 Áp suất hơi bão hòa

LPG có áp suất hơi bão hoà cao hơn áp suất khí quyển, nên ở điều kiện bình thường ( nhiệt độ và áp suất khí quyển ) LPG tồn tại ở dạng hơi Trong điều kiện nhất định về nhiệt độ và áp suất, LPG sẽ chuyển sang dạng lỏng và có thể tích nhỏ hơn rất nhiều lần so với dạng hơi, điều này thuận lợi cho việc vận chuyển và tàng trữ

LPG chứa trong bình kín có thể làm tăng áp suất của bình do tính chất dễ bay hơi của nó Nhiệt độ môi trường quá thấp có thể làm giảm áp suất hơi dưới mức áp suất khí quyển

Áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của thiết bị và

tỷ lệ thành phần Butan/ Propan

LPG với thành phần 70% Butan và 30% Propan có áp suất hơi bão hòa là 6 kg/cm2 Cùng điều kiện nhiệt độ, khi thay đổi thành phần hỗn hợp , áp suất hơi bão hòa cũng thay đổi

1.2.6 Giới hạn cháy nổ

Hỗn hợp hơi nhiên liệu với không khí có thể cháy nổ khi gặp lửa Hỗn hợp chỉ cháy nổ khi nó nằm trong một giới hạn nào đó về nhiệt độ, áp suất và thành phần Vùng cháy nổ có giới hạn trên và giới hạn dưới về nồng độ Giới hạn dưới ứng với nồng độ nhiên liệu tối thiểu trong hỗn hợp mà ở đó hỗn hợp cháy khi gặp lửa Giới hạn trên ứng với nồng độ cực đại của nhiên liệu để nhiên liệu cháy khi gặp lửa Nếu quá giới hạn trên hỗn hợp không cháy nổ vì thiếu oxy, còn thấp hơn giới hạn dưới hỗn hợp quá nghèo nhiên liệu phản ứng cháy không xảy ra được Giới hạn cháy nổ được thể hiện ở bảng sau :

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Nhiệt độ cháy lớn nhất của LPG/

Bảng 1.4 : Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển

Nhiệt độ cháy tối thiểu ( 0C )

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Propan và Butan đều có nhiệt độ điểm sôi thấp (đối với Butan là 00C còn đối với Propan là -450C) Nhiệt độ này đặc biệt quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu chế tạo bồn chứa và trong việc thiết lập đập chống lan chất lỏng khi xảy ra sự cố

Khi tồn tại ở trạng thái lỏng thì tỉ trọng của LPG chỉ bằng 1/2 so với tỉ trọng của nước Khi LPG thoát ra ngoài môi trường ở dạng hơi thì chúng nặng hơn không khí, vì vậy chúng không bay hơi lên cao mà ở rất thấp gần mặt đất và khả năng khuyết tán chậm hơn các khí nhẹ hơn Tính chất này đặc biệt quan trọng trong phòng chống cháy

nổ, kiểm soát sự rò rỉ khí ra ngoài

LPG tinh khiết không gây ăn mòn đối với thép và các hợp kim của đồng Tuy nhiên khi có hợp chất bẩn khác trong thành phần sẽ gây ăn mòn lớn

LPG không màu, không mùi nên để kiểm tra phát hiện rò rỉ ra môi trường ngoài phải thêm chất tạo mùi cho LPG

1.4 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LPG

1.4.1 Nguyên liệu sản xuất LPG

LPG được sản xuất từ 2 nguồn nguyên liệu :

 Từ khí tự nhiên và khí đồng hành Trong trường hợp này, các cấu tử chính trong LPG chủ yếu là các hydrocacbon no : propan, n-butan và isobutan Trên thế giới

tổng sản lượng LPG thu được từ khí đồng hành chiếm 62%

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

 LPG nhận được từ các quá trình chế biến dầu thô Thành phần của LPG bao gồm cả những hợp chất no (propan, n-butan, isobutan) và cả những hợp chất không no

như propen và buten

1.4.2 Công nghệ sản xuất LPG

Nhìn chung quá trình chế biến khí gồm có các công đoạn sau:

H2S Khí nguyên liệu

H2O

H2O

Khí khô LPG Condensate (C5+)

 Quá trình tách lỏng khí :

Quá trình khai thác khí đồng hành thường kèm theo một lượng condensate có giá trị kinh tế cao Nên condensate được vận chuyển vào bờ để chế biến thành condensate thương phẩm

5

2

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Do đường ống vận chuyển nguyên liệu từ mỏ vào bờ thay đổi độ cao liên tục theo địa hình và lưu lượng dòng nguyên liệu thay đổi từng thời điểm nên đường ống

có hiện tượng tích tụ lỏng khi lưu lượng nhỏ Vì vậy khí vào nhà máy là dòng khí hai pha do đó cần phải có công đoạn tách lỏng – khí trước khi đưa vào chế biến sâu

 Quá trình loại các tạp chất cơ học :

Sự có mặt các hợp chất cơ học trong khí gây ảnh hưởng xấu tới quá trình hoạt động của các thiết bị, phức tạp trong quá trình vận chuyển, không an toàn trong sử dụng và ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Do vậy, nguyên liệu vào phải được tách các hợp chất cơ học ra khỏi khí Quá trình làm sạch khí tự nhiên khỏi các tạp chất

cơ học được thực hiện chủ yếu nhờ các thiết bị cơ học và thường được phân thành hai phương pháp: Phương pháp làm sạch khô và phương pháp sạch ướt

Tùy theo tính chất của khí, việc đầu tư, công nghệ mà người ta sử dụng phương pháp làm sạch khô hay phương pháp làm sạch ướt

 Quá trình làm ngọt khí

Khí dầu mỏ và khí thiên nhiên ngoài các thành phần chính hydrocacbon còn có khí chua như CO2, H2S, và các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ COS, CS2, mercaptan (RSH), thiophen và các hợp chất khác Sự có mặt của CO2, H2S, RSH tạo điều kiện ăn mòn kim loại, gây ô nhiễm môi trường, làm ngộ độc xúc tác, chúng có mùi khó chịu làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người Làm ngọt khí tức làm giảm hàm lượng khí chua (khí axit) đến mức thấp nhất có thể chấp nhận được, hàm lượng các tạp chất lưu huỳnh và CO2 trong khí ở mỗi quốc gia khác nhau là không như nhau

Khi chọn các phương pháp làm sạch khí cần phải chú ý đánh giá thành phần của nguyên liệu gồm cả những tạp chất mà trong khí thành phẩm yêu cầu phải loại bỏ

Để loại bỏ khí axit khỏi khí tự nhiên và khí đồng hành có thể sử dụng các phương pháp:

 Phương pháp hấp thụ

 Phương pháp hấp phụ

 Phương pháp thẩm thấu

 Quá trình tách loại nước

Khí đồng hành hay khí tự nhiên khi khai thác từ giàn vào thường có lẫn một lượng nước Lượng nước này trong quá trình vận chuyển chế biến khí ở nhiệt độ thấp

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

nó có thể tạo thành hydrate Quá trình tạo thành hydrate gây ảnh hưởng rất lớn: Hydrate có thể bám vào các thiết bị làm hỏng thiết bị, làm cho đường kính nhỏ dần và

có thể bịt kín trong khi đó đường ống khí lại làm việc ở áp suất cao nên rất nguy hiểm

dễ xẩy ra hiện tượng vỡ đường ống, van Mặt khác, trong khí có nước và H2S thì trong điều kiện thuận lợi sẽ đẩy mạnh quá trình ăn mòn Tách nước ra khỏi dòng khí nhằm làm cho dòng khí có nhiệt độ điểm sương thấp hơn nhiệt độ tối thiểu mà ở đó dòng khí được vận chuyển và xử lý

Quá trình hình thành hydrat xảy ra khi áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp khí lớn hơn áp suất hơi bão hoà của hydrat Như vậy, để làm giảm khả năng tạo thành hyđrat thì phải thêm vào chất ức chế hoặc làm giảm hàm lượng nước trong khí, khi đó áp suất riêng phần của hơi nước trong khí sẽ giảm xuống thấp hơn áp suất của hydrat, nên sẽ làm ngưng quá trình tạo thành hydrat Quá trình dehyđrat hóa gồm

có bốn phương pháp như sau:

 Phương pháp làm lạnh với sự có mặt của chất ức chế

 Phương pháp hấp thụ

 Phương pháp hấp phụ

 Phương pháp thẩm thấu

 Quá trình tách phân đoạn và xử lý các sản phẩm

Việc tách phân đoạn khí, nhằm mục đích thu hồi các sản phẩm khác nhau Trong công nghệ chế biến khí, quá trình tách phân đoạn khí được thực hiên bằng các phân đoạn sau:

 Phương pháp hấp thụ

 Phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp

 Phương pháp làm lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ thấp

1.5 CÁC ỨNG DỤNG CHỦ YẾU CỦA LPG

Trên toàn thế giới hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường trở thành nỗi lo của toàn nhân loại Nó đòi hỏi phải giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường vô cùng nghiêm trọng Nguồn gây ô nhiễm chính là các nhà máy công nghiệp hóa học, luyện kim, chế tạo dầu mỏ, cơ khí chế tạo máy … Hàng trăm các nhà máy này thải vào mọi trường hàng trăm tấn chất độc như Cl2, SO2, CO2, NOx, các hợp chất thủy ngân, chì … các

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

phương tiện vận tải chạy bằng động cơ đốt trong, các vụ tràn dầu do tai nạn, hiệu ứng nhà kính… đã gây nguy hiểm trực tiếp đến cuộc sống loài người

Chính vì vậy, vấn đề bảo vệ môi trường ngày càng yêu cầu nghiêm ngặt Để đáp ứng phần nào đó hạn chế chất thải sinh ra từ các quá trình khác nhau, trong các phương tiện giao thông người ta đã sử dụng nguồn năng lượng sạch, nguyên liệu sạch

và đã sử dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật để xây dựng các công nghệ không có hay rất ít thải ra các chất độc hại

Trong những đòi hỏi đó thì LPG đã đáp ứng được một phần rất lớn các yêu cầu

đề ra LPG là nguyên liệu có độ sạch cao, không lẫn các tạp chất ăn mòn, là nhiên liệu không gây ô nhiễm môi trường

1.5.1 Lợi ích của việc sử dụng LPG

LPG được xem như một loại nhiên liệu công nghiệp nhưng đồng thời nó cũng

là nhiên liệu dùng trong gia đình Khả năng vận chuyển dễ dàng và có nhiệt lượng cao nên LPG có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và trong thương mại

Ở nước ta LPG được sử dụng rất nhiều trong các ngành của nền kinh tế quốc dân, nó đã mang lại lợi ích to lớn :

- Cung cấp cho người tiêu dùng loại năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường

- Sử dụng LPG tạo cho các cơ sở công nghiệp không những sử dụng nhiên liệu sạch mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm phá hoại rừng, góp phần tích cực vào bảo vệ môi trường sinh thái

- Tạo điều kiện cho việc phát triển công nghiệp LPG ở Việt Nam trong thời gian tới, tạo công ăn việc làm cho người lao động trong các ngành công nghiệp có liên quan

1.5.2 Các ứng dụng của LPG trong các ngành công nghiệp khác nhau

Thành phần chủ yếu của LPG là Propan và Butan, được sản xuất bằng cách nén khí đồng hành hoặc khí từ các quá trình chế biến dầu mỏ ở các nhà máy lọc dầu Việc

ứng dụng LPG thương phẩm thường phân chia thành loại chính :

- Propan thương phẩm : làm nhiên liệu cho động cơ hoạt động ở những điều kiện khắc nghiệt của môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp )

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Butan thương phẩm : Sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình

- Propan chuyên dùng : Là sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các động

cơ đốt trong, đòi hỏi nhiên liệu có khả năng chống kích nổ cao

- Hỗn hợp Propan – Butan : sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình

LPG có nhiệt cháy cao mặc dù tỷ trọng Butan lớn hơn tỷ trọng Propan nhưng nhiệt trị tương tự nhau và nằm trong khoảng 11300 ÷ 12000 Kcal/ kg ; tương đương nhiệt trị của 1,5 – 2 kg than củi ; 1,3 lít dầu mazut ; 1,35 lít xăng

Với những đặc tính trên, LPG được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống Một cách tương đối có thể phân chia các ứng dụng của LPG như sau :

Sử dụng LPG trong dân dụng: Sử dụng trong nấu nướng, thay thế điện trong

các bình nước nóng, ứng dụng trong các hệ thống sưởi ấm nhà, chiếu sáng, giặt là

Sử dụng LPG trong thương mại: Sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò

nướng, đun nước nóng trong các nhà hàng, trong công nghiệp chế biến thực phẩm

Sử dụng LPG trong công nghiệp: Sử dụng trong công nghiệp gia công kim

loại, hàn cắt thép, nấu và gia công thủy tinh, lò nung sản phẩm silicat, khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy màng sơn

Sử dụng LPG trong nông nghiệp: Sử dụng để sản xuất thức ăn gia súc, chế

biến, sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá, sấy chè, cà phê, lò ấp trứng, đốt cỏ…

Sử dụng LPG trong giao thông: Là nhiên liệu lý tưởng thay thế cho động cơ

đốt trong vì trị số octan cao, giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm môi trường, đơn giản hóa cấu tạo động cơ Nó làm giảm đáng kể sự thoát khí ở xe tải, làm nhiên liệu đốt trong thay xăng cho các xe du lịch, xe taxi Một số nước tiên tiến dùng LPG hoá lỏng thay xăng pha chế vừa hạn chế độc hại trong sử dụng đối với con người, vừa kinh tế

Sử dụng LPG trong công nghiệp hoá dầu : LPG được sử dụng trong tinh chế

và công nghiệp hoá dầu Trong tinh chế, Butan dùng để sản xuất dầu nhờn, n- butan thêm vào để tăng tính bay hơi và chỉ số octan của nhiên liệu Một trong những ứng dụng quan trọng khác của LPG là sử dụng làm nguyên liệu hoá học để tạo ra những polyme trung gian như : polyetylen, polyvinyl clorua, polypropylen và một số chất khác Đặc biệt để sản xuất MTBE( metyl ter butyl ete) là chất làm tăng trị số octan thay thế cho hợp chất pha chì trong xăng đã phát triển trong một vài năm gần đây

Sử dụng cho nhà má phát điện : Dùng LPG chạy các tuabin để sản xuất ra

điện phục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao và vốn đầu

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

tư xây dựng ban đầu đối với công nghệ này là thấp hơn so với công nghiệp thuỷ điện

và nhiệt điện

1.6 KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG LPG Ở VIỆT NAM

1.6.1 Nguồn cung LPG nội địa

Giai đoạn từ 1998-2007:

Trong giai đoạn 1998-2007, chỉ có duy nhất một nguồn sản xuất LPG, đó là nhà máy Xử lý khí Dinh Cố Nhà máy chính thức đi vào hoạt vào cuối năm 1998, sử dụng nguồn khí đồng hành khai thác từ bồn Cửu Long và có khả năng cung cấp cho thị trường khoảng 350 ngàn tấn LPG mỗi năm

Tuy nhiên, kể từ khi chính thức đi vào hoạt động đến nay, sản lượng LPG hàng năm của nhà máy chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu của thị trường với mức tối đa là 50-60% tổng nhu cầu cả nước vào năm 2003-2004 Khi đó sản xuất của nhà máy vào khoảng 360.000 tấn/năm và đây cũng là giai đoạn nhà máy hoạt động với công suất cao nhất Từ năm 2005 đến nay, sản lượng LPG bắt đầu giảm dần theo xu hướng suy giảm của nguồn khí đồng hành

Bảng 1.5 : Sản lượng sản xuất LPG giai đoạn 1999-2007

Năm Sản xuất

(tấn)

Tỷ lệ đáp ứng nhu cầu

Năm Sản xuất

(tấn)

Tỷ lệ đáp ứng nhu cầu

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

2010-2025 và sử dụng một phần thông tin của Báo cáo Tiền khả thi Dự án Mở rộng kho Cảng Thị Vải

a) Nguồn LPG từ khí thiên nhiên

 Nhà máy Xử lý khí Dinh Cố (GPP)

Dự báo về sản lượng LPG sản xuất hàng năm của nhà máy trong giai đoạn tới dựa vào số liệu dự báo sản lượng khai thác khí và thời điểm đưa vào khai thác các mỏ thuộc bồn Cửu Long theo số liệu dự báo của Tập đoàn tại công văn số 2889/DKVN-

KTDK ngày 23/4/08

 Dự án Khí thiên nhiên hóa lỏng Đông Nam Bộ

Dự án hiện đang ở trong giai đoạn nghiên cứu, có công suất tối đa 7 tỷ m3 mỗi năm Dự kiến dự án sẽ sử dụng khí từ bồn Nam Côn Sơn và khí khô sau khi xử lý của

hệ thống Cửu Long Sản lượng LPG hàng năm được dự kiến khoảng 400.000 tấn hàng năm bắt đầu từ năm 2012 Tuy nhiên, trong bối cảnh cân đối cung cầu khí thiên nhiên đang rất thiếu hụt và chính phủ đang có chính sách ưu tiên dành khí cho năng sản xuất điện, dự án này khó có thể trở thành hiện thực và vì vậy không được tính đến trong cân đối cung – cầu của nghiên cứu này

 Dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau

Một dự án khác đang được nghiên cứu là dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau từ nguồn khí Tây Nam Bộ Nếu dự án được phê duyệt, nguồn cung này sẽ cung cấp cho thị trường khoảng 350.000 tấn mỗi năm Việc phát triển dự án này sẽ phải phụ thuộc vào một số điều kiện khách quan mà tại thời điểm này chưa thể xác nhận Vì vậy dự án này cũng không được đưa vào tính toán của chương này

b) Nguồn LPG từ các nhà máy lọc dầu:

 Nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy được xây dựng tại Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi và là nguồn cung cấp LPG thứ hai cho thị trường VN sau nhà máy GPP Dinh Cố Nhà máy dự kiến chính thức đi vào hoạt động vào cuối năm 2008 và sẽ là nhà máy thứ hai có sản xuất LPG tại

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Nhà máy được xây dựng tại khu công nghiệp Nghi Sơn - Thanh Hóa Theo kế hoạch của Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, dự kiến vào năm 2014 nhà máy sẽ đi vào hoạt động với công suất thiết kế trong giai đoạn đầu khoảng 8,5 - 10 triệu tấn dầu thô/năm, khi đó nhà máy sẽ cung cấp cho thị trường khoảng 500.000 tấn LPG mỗi năm trong giai đoạn đầu

 Nhà máy lọc dầu Long Sơn:

Hiện đang trong giai đoạn chuẩn bị, nhà máy lọc dầu số 3 và Tổ hợp hóa dầu Long Sơn nằm ở khu vực phía Nam, thuộc xã Long Sơn, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu Nhà máy sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2013 hoặc 2014 Dự báo khi đi vào vận hành, nhà máy lọc dầu số 3 sẽ có sản lượng khoảng 370.000 tấn LPG/năm

Dự báo cung LPG tại Việt Nam giai đoạn 2008-2025 minh họa tại hình I.1 dưới đây:

Hình 1.1: Cung LPG nội địa của Việt Nam giai đoạn 2008-2025

1.6.2 Nhập khẩu LPG

Do nguồn LPG sản xuất trong nước chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu nên hàng năm, ngoài nguồn LPG sản xuất trong nước, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu thêm

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

LPG từ các quốc gia lân cận như Thái Lan, Malaysia, Singapore, Đài Loan, Trung Quốc…

Trước đây hơn 80% nguồn LPG nhập khẩu từ Thái Lan Tỷ lệ này giảm đột ngột xuống 17% vào năm 2007 và thậm chí có thể còn giảm hơn vào sau năm 2010 nếu Thái Lan xây nhà máy hóa dầu để tiêu thụ lượng LPG dư thừa trong nước Singapore và Malaysia có thể thay thế để cung cấp cho lượng LPG thiếu hụt của Việt Nam Khoảng cách từ các trung tâm cung cấp này đến Việt Nam không khác nhiều so với Thái Lan và và do vậy dự kiến sẽ không có nhiều biến động về giá

Có thể nhận thấy rằng các nguồn cung LPG từ những nước láng giềng là không

ổn định do bị ảnh hưởng của dao động về giá cũng như chính sách xuất khẩu của các nước trong khu vực Do đó, giá LPG nhập khẩu vào Việt Nam biến động thường xuyên Với thực tế nhu cầu nhập khẩu LPG của Việt Nam sẽ tăng không ngừng, việc tìm kiếm một nguồn nhập khẩu ổn định là rất cần thiết cho các nhà nhập khẩu Việt Nam

PetroVietnam đang tìm kiếm nhiều nguồn LPG nhập khẩu với số lượng lớn từ Trung Quốc, Trung Đông, v.v… Đã có một vài những biểu hiện tích cực từ những nguồn này nhưng vẫn chưa đạt được những thoả thuận dài hạn

Một trong những khó khăn là thiếu cơ sở hạ tầng tàng trữ đủ lớn để cho phép tiếp nhận những chuyến tàu vận chuyển cỡ lớn Do vậy, việc xây dựng một kho chứa LPG lạnh là có trữ lượng đủ lớn cho phép tiếp nhận những tàu vận chuyển lớn là điều cần thiết

1.7 VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG BỒN CHỨA LPG LẠNH TẠI KHO CẢNG THỊ VẢI

Ở VN, số liệu từ Hiệp hội Gas cho thấy, nhu cầu tiêu thụ LPG tăng trưởng một cách nhanh chóng:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

khoảng 40% nhu cầu của cả nước Như vậy lượng LPG nhập khẩu năm 2010 khoảng 60% tổng nhu cầu cả nước

Dự báo năm 2015 nhu cầu sử dụng LPG cả nước khoảng 1,5 triệu tấn và năm

2020 là 2 triệu tấn Lượng LPG sản xuất trong nước nếu tính thêm Nhà máy Lọc dầu

Số 2 Nghi Sơn và Nhà máy Lọc dầu Số 3 Long Sơn trong tương lai thì sản lượng LPG sản xuất trong nước chiếm 40%, còn lượng nhập khẩu chiếm 60%, tức khoảng 1,2 triệu tấn LPG nhập khẩu vào năm 2020 Chưa kể khi các cụm công nghiệp hóa dầu của VN đi vào hoạt động thì lượng nhập khẩu LPG sẽ còn cao hơn

Những số liệu trên cho thấy nhu cầu và tiềm năng của thị trường LPG tại VN là rất lớn, thế nhưng hệ thống kho chứa LPG ở VN hiện nay có sức chứa rất nhỏ Toàn quốc có 31 kho với sức chứa chỉ từ 500 tấn/kho đến 4.000 tấn/kho; trong đó chỉ mới

có 4 kho có sức chứa trên 3.000 tấn Điều này khiến cho các doanh nghiệp kinh doanh LPG ở VN không có khả năng nhập khẩu trực tiếp với khối lượng LPG lớn từ các nguồn như Trung Đông; Úc… mà chỉ có thể đi mua lại LPG của các nước trong khu vực như Trung Quốc, Singapore Đó cũng chính là điểm yếu lớn nhất của thị trường LPG ở VN

Có thể nói, do lượng LPG tồn trữ thấp, chi phí vận chuyển cao nên mỗi khi thị trường có biến động, hoặc các nhà máy trong nước bảo dưỡng thì sẽ gây ra tình trạng khan hiếm hàng, khiến cho thị trường biến động, an ninh năng lượng quốc gia bị ảnh hưởng

Do vậy việc thiết kế và xây dựng các bồn chứa LPG tại kho cảng Thị Vải là rất cần thiết,vừa góp phần làm tăng sức chứa LPG, giảm chi phí vận chuyển, giảm giá bán đến người tiêu dùng, vừa góp phần bình ổn giá, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.Ngoài ra còn có thể đóng góp cho ngân sách hàng tỷ đồng mỗi năm

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

CHƯƠNG II

TỒN CHỨA VÀ VẬN CHUYỂN LPG

2.1 BẢO QUẢN, VẬN CHUYỂN VÀ TỒN CHỨA LPG

LPG trên thế giới hiện nay được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành và là loại không thể thiếu ở một số quốc gia, đặc biệt với những quốc gia có nền cộng nghiệp phát triển Do vậy, việc bảo quản, vận chuyển và tồn chứa LPG được đặc biệt quan tâm

2.1.1 Vận chuyển LPG

Để thuận tiện cho việc tồn chứa và vận chuyển LPG phục vụ cho quá trình sử dụng, người ta thường hóa lỏng khí vì khí Butan và Propan dễ hóa lỏng ở điều kiện áp suất không cao Khí hóa lỏng ở nhiệt độ thấp, khi ở nhiệt độ thường thì hóa hơi

Tùy theo vị trị của nhà máy sản xuất, các thị trường tiêu thụ, nói chung LPG được vận chuyển bằng đường ống Việc vận chuyển LPG từ vùng này sang vùng khác, hoặc từ nơi sản xuất tới nơi tiêu thụ, người ta có thể vận chuyển bằng đường biển, đường sắt hoặc đường bộ Trên các phương tiện vận chuyển người ta phải dùng bình chứa chịu áp lực cao và có hệ thống bơm chuyển theo quy định Đối với các hộ dân tiêu thụ trong gia đình người ta có thể sử dụng hệ thống ống dẫn phù hợp hoặc bình chứa có cấu tạo bằng thép đặc biệt

2.1.2 Bảo quản và tồn chứa

Người ta có thể bảo quản và tồn chứa LPG trên mặt đất hoặc trong lòng đất tùy theo mức độ tồn chứa, khả năng tiêu thụ và điều kiện ở mỗi vùng khác nhau

- Tồn chứa trên mặt đất

Các thiết bị chứa LPG là các thiết bị chịu áp lực được thiết kế và chế tạo theo

hình trụ nằm ngang, hai đầu là các hình bán cầu, hoặc có thể tồn chứa LPG ở những bồn hình cầu vì nó có khả năng chịu áp lực cao Trên các bồn chứa đều được lắp đặt các thiết bị bảo vệ an toàn trong quá trình tồn chứa dù trong thời gian ngắn hay dài Tùy theo nhu cầu của thị trường hoặc mục đích yêu cầu chứa LPG mà người ta sử dụng các bồn chứa to nhỏ tùy theo các mức dung tích khác nhau

- Tồn chứa trong lòng đất

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Người ta có thể tồn chứa LPG trong lòng đất, trong các hang động muối hoặc

mỏ Cách tồn chứa này an toàn và hiệu quả, song chỉ thực hiện ở một số nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Canada

Nói chung, việc tồn chứa LPG hiện nay đa số được tồn chứa và bảo quản trong các bồn chứa khác nhau Các loại bồn chứa này có thể chịu áp suất từ vài MPa đến vài trăm MPa và chứa từ vài chục m3 đến vài trăm nghìn m3 LPG

2.2 GIẢN ĐỒ PHA HỆ ĐA CẤU TỬ ỨNG DỤNG TRONG TỒN TRỮ LPG LẠNH

Đối với hệ đa cấu tử vị trí của đường cong trên giản đồ pha phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp Với hệ một cấu tử, đường bao pha tạo thành miền là một mặt phẳng Đối với hệ đa cấu tử hỗn hợp các chất, đường bao pha tạo thành không phải là một mặt phẳng mà có chiều dày như hình cái lưỡi Thành phần là biến số phản ánh chiều dày của bao pha

Đối với khí đơn chất bao giờ cũng tồn tại điểm tới hạn và tương ứng với điểm

đó là nhiệt độ và áp suất tới hạn Khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn, chất sẽ tồn tại

ở trạng thái một pha, khi đó dù thay đổi bất kỳ một tổ hợp thông số nào cũng không

thể đưa chất đó về trạng thái hai pha được

Đối với khí là một hỗn hợp đa cấu tử, thì quá trình chuyển pha và vùng tới hạn của chúng khác với quá trình tương ứng của khí đơn chất Đối với hỗn hợp khí, đôi khi tăng áp suất khí (nhiệt độ không đổi) có thể tăng cường quá trình ngưng tụ hoặc giảm nhiệt độ ở (áp suất không đổi) lại làm giảm lượng lỏng Hai quá trình trên gọi là quá trình ngưng tụ ngược hay bay hơi ngược

C: Điểm tới hạn

PN: Áp suất ngưng tới hạn

TM: Nhiệt độ ngưng tới hạn

CNBM: Vùng ngưng tụ ngược

(Miền suy biến)

Hình 2.1: Giản đồ pha của hệ đa cấu tử

Đường ABDE biểu diễn quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt suy biến điển hình trong

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

bao pha Khi giảm áp suất tới điểm B, bắt đầu quá trình ngưng tụ Tiếp tục giảm áp suất lượng lỏng hình thành nhiều hơn, vì có sự đổi hướng của các đường tỉ lệ lỏng – hơi (quality lines – các đường nét đứt trên hình II.1) Miền suy biến (retrograde region) được tạo bởi các điểm thay đổi độ dốc của các đường này Trong miền suy biến, sự ngưng tụ lỏng xảy ra khi giảm áp suất hoặc tăng nhiệt độ (ngược với sự ngưng

tụ thông thường) Tiếp tục giảm áp suất, ra khỏi miền suy biến, đi từ D tới E, lượng lỏng giảm dần cho tới khi đạt điểm sương (điểm E) Phía dưới điểm E không còn trạng thái lỏng, chỉ còn trạng thái hơi

Điểm tới hạn C của hỗn hợp khí hydrocacbon luôn luôn ở phía bên trái của điểm N (cricondenbar – điểm ứng với áp suất cực đại sự hình thành pha lỏng và hơi)

Vị trí của điểm C là quan trọng nhất, điều đó liên quan đến sự thay đổi hướng của các đường lỏng hơi bên trong đường bao pha Điểm tới hạn C đôi khi có thể ở bên phải điểm N, khi đó sẽ có hai miền suy biến

 Điều kiện tồn chứa của LPG phụ thộc vào tính chất, nhiệt độ và áp suất của Propan và Butan :

- Đối với Propan, điều kiện chứa ngặt nghèo hơn về nhiệt độ và áp suất Trong cùng một điều kiện về nhiệt độ thì áp suất tồn chứa cùa Propan cao hơn Butan vì Propan có áp suất hơi cao hơn Butan

+ Nếu như Propan có nhiều hàm lượng Etan thì áp suất hơi sẽ tăng lên

+ Nếu như Butan có nhiều hàm lượng Etan thì áp suất hơi cũng sẽ tăng lên

+ Nếu như Butan có nhiều hàm lượng Pentan thì áp suất tồn chứa sẽ giảm

- Trong điều kiện nhiệt độ bình thường 30-350C, áp suất tồn chứa của Propan là 14- 15 barg, còn Butan là 4-5 barg

- Trong điều kiện lạnh nhiệt độ -400

C đối với Propan thì áp suất tồn chứa là 0,1 barg, nhiệt độ 00C đối với Buatn thì áp suất tồn chứa là 0,05-0,1 barg

0,05-Như vậy qua việc kết hợp giản đồ pha của hệ đa cấu tử và các quá trình tính toán thích hợp thì đối với tồn trữ lạnh cho Propan thì nhiệt độ là -40 0 C và áp suất là 0,05-0,1 barg; còn đối với Butan thì nhiệt độ là 0 0 C và áp suất là 0,05-0,1 barg

 Ưu điểm của việc tồn trữ LPG lạnh so với LPG định áp:

- Áp suất tồn chứa thấp

- Thể tích tồn chứa tăng nên có thể tàng trữ LPG với khối lượng lớn

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

- Giảm nguy cơ khả năng cháy nổ và an toàn cao hơn

2.3.2 Phân loại bể chứa

2.3.2.1 Bể chứa áp lực thấp (chứa xăng,dầu…)

Loại bể này chủ yếu hình trụ với nhiều kiểu mái khác nhau Bể chứa áp lực thấp thường được dùng để chứa các chất lỏng dễ bay hơi như: dầu, xăng…

Trong thực tế thường có bể áp lực thấp như sau:

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Trên thực tế, người ta hay dùng hai loại bể: Bể hở có mái phao và bể kín có mái phao Trường hợp bể hở có hệ số xuất nhập lớn và nằm trong vùng khí hậu không có tuyết thường dùng kiểu mái hở không có phao

Hình 2.3: Bể chứa trụ đứng mái phao

Các bộ phận chính của bể gồm:

+ Phao nổi thường được làm từ các hợp loại kim nhẹ, có gioăng liên kết với thành bể

+ Thân bể có mặt trong nhẵn để đảm bảo độ kín khít

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

+ Mái do có thêm phao nổi vì vậy mái chỉ đóng vai trò bao che chứ không đóng vai trò chịu lực

Hình 2.4: Bể chứa trụ ngang

2.3.2.2 Bề chứa áp lực cao (chứa LPG,… )

Đối với các bể chứa nhiên liệu lỏng do có khoảng trống dẫn tới việc bay hơi của nhiên liệu trong khoảng mặt thoáng và mái bể gây nên áp suất dư đồng thời gây hao nhiên liệu Để chịu được áp lực dư này và hạn chế sự bay hơi của nhiên liệu người

ta sử dụng nhiều loại bể chứa áp lực cao khác nhau

2.3.2.2.1 Bể trụ đứng mái cầu

Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu, xăng nhẹ dưới áp lực dư Pd = 0.01 - 0.07 MPa Mái gồm các tấm cong chỉ theo phương kinh tuyến với bán kính cong bằng đường kính thân bể Thân bể được tổ hợp hàn từ những tấm thép, bề dày thân bể có thể

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

thay đổi được hoặc không thay đổi dọc theo chiều cao thành bể Đáy bể cũng được đặt trên nền gia cố với móng bằng bê tông cốt thép

Đối với loại bể này khi chế tạo phải chế tạo neo giữ vì khi trong bể còn ít chất lỏng, dưới tác dụng của áp lực dư lớn, phần xung quanh đáy có thể bị uốn cong nâng lên cùng bể

Bể cầu chế tạo phức tạp hơn nhiều so với bể trụ Bể được hàn tổ hợp từ các tấm cong hai chiều được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng (khi chiều dày lớn) Các tấm thường được hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu Cách chia tấm trên mặt cầu có nhiều dạng khác nhau: múi kinh tuyến với các mạch nối song song hoặc so le

Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh chống bằng thép ống hoặc thép chữ I Dùng thanh chống đảm bảo được biến dạng nhiệt tự do cho bể Các thanh chống nên tiếp xúc với mặt bể để giảm ứng suất cục bộ và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

2.3.2.2.3 Bể trụ nằm ngang

Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư Pd < 0.2 MPa và hơi hoá lỏng có Pd < 1.8 MPa Thể tích bể V < 100 m3 đối với các sản phẩm dầu khí và V < 500 đối với hơi hoá lỏng

Bể chứa trụ ngang có các ưu điểm chính sau: hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo tại nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng Nhược điểm là đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao và thể tích chứa nhỏ (gối đỡ thì bể nào cũng có)

Bể trụ ngang gồm ba bộ phận chính: thân, đáy và gối tựa Thân bể bằng thép tấm gồm nhiều khoang, các tấm trong cùng khoang và các khoang được hàn lại với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong bể có gia cường bằng các đai thép hình có hình dạng khác nhau: phẳng, nón, trụ, cầu elip Việc chọn dạng đáy phụ thuộc thể tích,

áp lực dư trong bể chứa được đặt trên nền móng bằng bê tông cốt thép

2.3.3 Cấu tạo của bồn chứa

Trong hệ thống bồn chứa gồm có các bồn chứa hình trụ chịu áp chứa sản phẩm, các bồn chứa này đều được thiết kế chung cho một tiêu chuẩn tàng chứa Propan

Bồn chứa là loại chịu áp lực cao hình trụ nằm ngang, bồn được đặt trên một nền

bê tông kiên cố Bồn được phủ cát để tránh sự hấp thụ nhiệt từ môi trường bên ngoài Trên mỗi bồn chứa được lắp đặt các thiết bị để đảm bảo an toàn cho bồn chứa

Mỗi bồn chứa được lắp hai van an toàn áp suất ( 1 làm việc và 1 dự phòng mỗi van được thiết kế theo tiêu chuẩn API 520 và API 521 Trong quá trình vận hành nếu

áp suất trong bồn chứa tăng vượt mức cài đặt thì van tự động xả ra đuốc đốt Các van này được nối ở mức kép để khi cần thiết tháo dỡ kiểm tra thì một van xả áp ra đuốc đốt khi có bất kì sự cố vượt áp nào Trường hợp các van an toàn áp suất được nối với đuốc đốt thì mỗi van an toàn cần lắp đặt thêm các van cách ly, bố trí ở phía xả các van an toàn cần được tháo gỡ để kiểm tra định kì

Trên mỗi bồn chứa có lắp đặt thiết bị báo mức trên mỗi bồn chứa được thiết kế dạng báo tín hiệu trực tiếp và chính xác đến người vận hành Trong suốt quá trình xuất hay nhập sản phẩm các thiết bị báo mức này theo dõi và đo mức chất lỏng trong bồn

để báo về phòng điều khiển ngừng quá trình xuất hay nạp sản phẩm

Tại đầu đường ống nạp của bồn còn lắp đặt các van SDV với mục đích an toàn,

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

bồn, tránh tình trạng xảy ra trường hợp quá đầy và tăng tính lưu động trong quá trình tàng trữ sản phẩm

Tại đường xuất của mỗi bồn chứa cũng lắp đặt các van SDV thứ 2, khi có tín hiệu báo mức thấp trong bồn thì van này sẽ đóng lại Mục đích của việc lắp đặt van này là bảo vệ bồn chứa không bị tình trạng hút chân không và làm hư các máy bơm của bồn Chức năng thứ 2 của van này là nhận tín hiệu cháy từ các thiết bị dò báo cháy, các van này đều có 2 chế độ điều khiển: điều khiển bằng tay và điều khiển tự động

Trên bồn chứa được lắp đặt các thiết bị đo nhiệt độ và áp suất

Chúng được thiết kế cho việc ghi lại nhiệt độ và áp suất một các thường xuyên để truyền về phòng điều khiển

Ký hiệu của các thiết bị trên bồn chứa như sau :

- SV : Van an toàn

- P : Áp kế - hiển thị các thông số áp suất trong bồn

- T : Nhiệt kế - Đo các giá trị về nhiệt độ trong bồn

- PT : Bộ chuyển áp – Đo các giá trị áp suất trong suốt quá trình xuất nạp sản phẩm, giá trị đó được chuyển về phòng điều khiển

-L1 : Bộ đo mức cao – trong quá trình nạp, chất lỏng trong bồn ở mức quá cao thì thiết bị báo mức sẽ báo tín hiệu và công tắc áp suất quá cao LSHH sẽ đóng van nạp của cụm bồn bể

- L2 : Thiết bị chuyển đổi mức – Trong khi xuất nạp sản phẩm thiết bị này sẽ tiền báo động về mức chất lỏng trong bồn chứa ở mức thấp hay cao tương ứng

- L3 : Thiết bị truyền mức hoạt động bằng từ - sau khoảng 10 – 15 phút kể từ khi tiền báo động về mức chất lỏng cao trong bồn thì thiết bị báo mức L3 phát tín hiệu

và kích hoạt động các van nạp sản phẩm ở đầu vào mỗi bồn chứa

- L4 : Bộ đo mức thấp – trong suốt quá trình xuất sản phẩm, khi mức lỏng trong bồn chứa ở mức thấp thì công tắc áp suất mức thấp LSL sẽ đóng bơm xuất sản phẩm

- VR : Van hồi lưu – có chức năng tiếp nhận hơi hồi lưu vào bồn chứa để bù thể tích khí đang xuất

- M : Cửa người – sử dụng cho người chui vào kiểm tra trong quá trình bảo dưỡng

- A : Van nạp sản phẩm

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

Kho chứa LPG lạnh bao gồm :

- Hai bồn LPG lạnh, một cho Propan và một cho Butan với dung tích 30.000 MT

- Hai bồn chứa cao áp LPG với dung tích 2000 MT

- Hệ thống phụ trợ, I&E, F&G, Fire Fighting System, … cho các bồn LPG lạnh

và cao áp

3.2 CHỮ VIẾT TẮT, KÍ TỰ VÀ DANH SÁCH THIẾT BỊ

Chữ viết tắt và kí tự sử dụng trong tài liệu này được trình bày bên dưới :

Bảng 3.1: Chữ viết tắt và kí tự

Kí tự Giải thích

BOG Boil-Off Gas

Butane Một hỗn hợp của hyrocacbon từ Propane đến Pentan chủ yếu là Butane

CS Carbon Steel

ESD Emergency Shutdown

ERC Emergency Release Coupling at Uloading Arm

F&G Fire and Gas

HCV Hand Control Valve