Tran Thi Ngoc Anh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CỤM XỬ LÝ KHÍ GIÀN THÁI

BÌNH (INSTRUMENT/FUEL GAS SKID)

Trình độ đào tạo : Đại học chính quy

Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành : Hóa dầu

Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông

ThS. Nguyễn Quốc Hải

KS. Nguyễn Văn Vinh

Sinh viên thực hiện : Trần Thị Ngọc Anh

MSSV: 1052010012 Lớp: DH10H1

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014

Đồ án tốt nghiệp đại học (2010 – 2014) Trƣờng ĐH Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa Hóa học & CNTP Chuyên ngành hóa dầu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban

hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng

Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Trần Thị Ngọc Anh Ngày sinh: 02/02/1991

MSSV : 1052010012 Lớp: DH10H1

Địa chỉ : 947A Bình Giã, Phƣờng 10, Tp Vũng Tàu, Tỉnh BR – VT

E-mail : [email protected]

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo : Chính quy

Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành : Hóa Dầu

1. Tên đề tài: “Thiết kế quy trình cụm xử lý khí – hệ thống khí nhiên liệu cho giàn

Thái Bình (Fuel Gas Skid)”

2. Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Thông – ThS. Nguyễn Quốc Hải

– KS. Nguyễn Văn Vinh

3.Ngày giao đề tài: 11/06/2014

4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 07/07/2014

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 11 tháng 06 năm 2014

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

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

Trần Thị Ngọc Anh

TRƢỞNG BỘ MÔN TRƢỞNG KHOA

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


Khoa Hóa học & CNTP i Chuyên ngành hóa dầu

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là một công trình nghiên cứu khoa học đƣợc xây dựng

dựa trên quá trình học tập nghiên cứu tại trƣờng kết hợp với những ứng dụng

thực tế giúp sinh viên nắm vững và vận dựng kiến thức đã học vào một

trƣờng hợp cụ thể. Trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án

tốt nghiệp đại học tại Trung tâm thiết kế và triển khai dự án PVC – MSep, tôi

luôn nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể cán bộ kỹ sƣ tại đơn

vị thực tập và các thầy/cô giảng viên trong Khoa Hóa học & Công nghệ thực

phẩm Trƣờng Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu. Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm

ơn sâu sắc đến:

BGH Trƣờng Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu, PGS.TS. Nguyễn Văn Thông –

trƣởng khoa Hóa học & Công nghệ Thực phẩm, ThS. Nguyễn Quốc Hải cùng

toàn thể đội ngũ cán bộ giảng viên khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã

tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học này.

Tập thể cán bộ kỹ sƣ của TT Thiết kế & Triển khai dự án PVC – MSep đã

tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực tập tại đơn vị, đặc biệt là KS. Nguyễn Văn

Vinh – là ngƣời hƣớng dẫn trực tiếp cho tôi. Tuy bận rộn với công việc,

nhƣng kỹ sƣ vẫn luôn dành cho sự quan tâm, chỉ bảo và hƣớng dẫn tôi tận

tình suốt thời gian thực hiện hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn!

Vũng Tàu, tháng 07 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Ngọc Anh


Khoa Hóa học & CNTP i Chuyên ngành hóa dầu

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...................................................................... iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... iv

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT......................................... v

LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ............................................... 3

1.1. Tiềm năng và trữ lƣợng bể trũng Sông Hồng ........................................ 3

1.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................... 3

1.1.2. Tình hình khai thác và sử dụng ....................................................... 5

1.2. Quá trình khai thác và đặc điểm mỏ khí Tiền Hải ................................. 6

1.3. Dự án cụm xử lý khí giàn Thái Bình ..................................................... 7

1.4. Công nghệ xử lý khí – hệ thống xử lý khí nhiên liệu ............................ 9

1.4.1. Công nghệ xử lý khí ........................................................................ 9

1.4.2. Hệ thống xử lý khí nhiên liệu (fuel gas) ....................................... 11

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN CỤM XỬ LÝ KHÍ THÁI BÌNH ..................... 13

2.1. Nguồn nguyên liệu và sản phẩm của cụm xử lý khí Thái Bình ........... 13

2.1.1. Nguồn nguyên liệu của quá trình sử lý khí ................................... 13

2.1.2. Nguồn sản phẩm sau quá trình xử lý khí ...................................... 15

2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cụm xử lý khí Thái Bình ................... 16

2.2.1. Sơ đồ hoạt động dòng lƣu chất vào/ra thiết bị tách khí ................ 18

2.2.2. Sơ đồ dòng lƣu chất vào/ra thiết bị lọc khí ................................... 20

2.3. Hệ thống thiết bị chính cho cụm xử lý khí nhiên liệu .......................... 22


Khoa Hóa học & CNTP ii Chuyên ngành hóa dầu

2.3.1. Thiết bị tách khí ............................................................................ 22

2.3.2. Thiết bị lọc Filter Coalescer (FC) ................................................. 27

2.4. Hệ thống điều khiển mức, thiết bị phụ trợ của cụm xử lý khí ............. 30

2.4.1. Shutdown Valve (SDV) ................................................................ 30

2.4.2. Pressure Control Valve (PCV) ...................................................... 31

2.4.3. Pressure Safety Valve (PSV) và Pressure Relief Valve (PRV) .... 31

2.4.4. Blowdown Valve (BDV) .............................................................. 32

2.4.5. Các loại van khác .......................................................................... 32

CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .......................... 33

3.1. Giới thiệu phần mềm PV – Elite .......................................................... 33

3.2. Thành phần nguyên liệu đầu vào của quy trình thiết kế ...................... 34

3.3. Tính toán thiết kế cho thiết bị tách Scrubber ....................................... 43

3.4. Tính toán thiết bị lọc khí FC ................................................................ 52

3.5. Biện pháp chống ăn mòn và bố trí sàn lắp đặt các thiết bị cho cụm xử

lý khí giàn Thái Bình ................................................................................... 59

3.5.2. Biện pháp chống ăn mòn ............................................................... 59

3.5.3. Bố trí lắp đặt các thiết bị cho cụm xử lý giàn Thái Bình .............. 61

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 63


Khoa Hóa học & CNTP iii Chuyên ngành hóa dầu

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Bản đồ phân bố các bể trầm tích ....................................................... 4

Hình 1.2. Sơ đồ phát triển dự án thu gom khí giàn Thái Bình .......................... 7

Hình 1.3. Giàn khí Thái Bình Lô 102 & 106 .................................................... 9

Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống khí nhiên liệu (Fuel Gas System) .......................... 11

Hình 2.1. Sơ đồ bình tách hai pha trụ đứng .................................................... 24

Hình 2.2. Tách cơ bản kiểu cửa vào hƣớng tâm. ............................................ 25

Hình 2.3. Bình tách 2 pha bộ phận tách cơ bản kiểu ly tâm ........................... 26

Hình 2.4. Thiết bị lọc Filter Coalescer ............................................................ 29


Khoa Hóa học & CNTP iv Chuyên ngành hóa dầu

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Nguồn nguyên liệu của cụm xử lý khí ............................................ 14

Bảng 2.2. Sản phẩm sau quá trình xử lý khí ................................................... 15

Bảng 3.1. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Jan 2014 ....................... 35

Bảng 3.2. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Jan 2026 ....................... 37

Bảng 3.3. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Oct 2027 ....................... 39

Bảng 3.4. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Dec 2013 ...................... 41

Bảng 3.5. Kích thƣớc sơ bộ thiết bị tách Scrubber ......................................... 45

Bảng 3.6. Thông số đầu vào cho thiết bị tách Scrubber ................................. 46

Bảng 3.7. Thông số thiết kế tiêu chuẩn cho thiết bị tách ................................ 47

Bảng 3.8. Vật liệu chế tạo thiết bị tách Scrubber ............................................ 49

Bảng 3.9. Tiêu chuẩn kích thƣớc cho các chi tiết của thiết bị tách ................ 50

Bảng 3.10. Các giá trị khối lƣợng thiết kế của thiết bị tách............................ 51

Bảng 3.11. Kích thƣớc sơ bộ của thiết bị lọc FC ............................................ 54

Bảng 3.12. Thông số đầu vào cho thiết bị (FC). ............................................. 55

Bảng 3.13. Thông số tiêu chuẩn thiết kế cho thiết bị FC ................................ 56

Bảng 3.14. Vật liệu chế tạo thiết bị FC ........................................................... 57


Khoa Hóa học & CNTP v Chuyên ngành hóa dầu

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BDV Blowdown Valve

FC Filter Coalescer

LC Level control

LCV Level control Valve

MMscfd Million Standard cubic per day

PCV Pressure Control Vale

PRV Pressure Relief Valve

PSV Pressure Safety Valve

SAD Automatic Drainers

SDV Shutdown Vale

TBDP – A Dự án cụm xử lý khí Thái Bình

VB Ball Valve

VC Check Valve

VGL Globe Valve

DEG Dietylen glycol

TEG Trietylen glycol


Khoa Hóa học & CNTP 1 Chuyên ngành hóa dầu

LỜI MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh hội nhập hiện nay, khi Việt Nam đã trở thành thành viên

chính thức của Tổ chức thƣơng mại thế giới (WTO) thì nền công nghiệp đã có

nhiều cơ hội phát triển hơn, trong đó ngành công nghiệp dầu khí là một trong

những ngành công nghiệp đƣợc ƣu tiên phát triển hàng đầu. Đây là một trong

những ngành công nghiệp mũi nhọn nhằm phát triển kinh tế đất nƣớc, phù

hợp với tiềm năng dầu mỏ hiện có của nƣớc ta. Nền kinh tế dầu khí nƣớc ta

ngày càng phát triển với nhiều hƣớng đi mới cùng các dự án, công trình dầu

khí mở rộng đã và đang đƣợc triển khai. Sự phát triển ngày càng cao của khoa

học công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe hơn về nguồn nhiên liệu, đòi hỏi ngành

công nghiệp dầu khí phải luôn luôn vận động hết mình, không ngừng nghiên

cứu và áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cải tiến công nghệ để nguồn

nhiên liệu sản xuất ra đáp ứng đƣợc những yêu cầu đó. Các dự án dầu khí khi

triển khai cần phải có khâu chuẩn bị và thiết kế các thiết bị phù hợp với yêu

cầu công nghệ và mục đích phát triển của dự án. Các thiết bị trong công

nghiệp khai thác chế biến dầu khí luôn luôn đƣợc thiết kế tối ƣu nhất để đảm

bảo phù hợp với mục đích sử dụng của thiết bị và đạt giá trị sử dụng lâu dài,

hiệu quả cao về mặt kinh tế.

Cùng với các dự án dầu khí đã và đang đƣợc triển khai xây dựng ở miền

Nam nƣớc ta nhƣ cụm mỏ Bạch Hổ, cụm Lan Tây – Lan Đỏ, mỏ Diamond,

mỏ Tê Giác Trắng,…hiện nay thì dự án cụm xử lý khí Thái Bình

(Instrument/Fuel Gas Skid) tại thuộc lô 102 & 106 của mỏ khí Tiền Hải biển

Thái Bình mở ra hƣớng phát triển cho thị trƣờng khí khu vực Đồng bằng Bắc

Bộ thuộc miền Bắc nƣớc ta với tiềm năng cung cấp khí cho khu vực này và

dùng làm nguyên liệu sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 đang đƣợc

ngành dầu khí Việt Nam quan tâm đầu tƣ và đánh giá cao về giá trị kinh tế. Vì



vậy, việc nghiên cứu thiết kế xây dựng cho cụm xử lý khí giàn Thái Bình là

cần thiết đối với nhu cầu phát triển kinh tế của ngành công nghiệp dầu khí nói

riêng và là bƣớc tiến mới trong công cuộc thực hiện Chiến lƣợc Phát triển

Năng lƣợng Quốc gia Việt Nam đến năm 2020 nói chung.

Từ những phân tích nhận định trên đây, tôi quyết định chọn đề tài : “ Thiết

kế quy trình công nghệ cho cụm xử lý khí – hệ thống khí nhiên liệu cho giàn

Thái Bình (Instrument/Fuel Gas Skid)” làm đề tài đồ án tốt nghiệp đại học

của mình. Với đề tài này mục tiêu tôi muốn hƣớng đến là xây dựng một quy

trình xử lý khí phù hợp với nguồn nguyên liệu mỏ khí Thái Bình cung cấp với

những thiết bị tối ƣu nhất về mặt kinh tế và giá trị sử dụng trong thời gian dài

để dạt hiệu quả cao nhất. Để thực hiện đề tài này tôi ứng dụng những kiến

thức có đƣợc trong quá trình học hỏi tại trƣờng học, tìm hiểu thực tế trong quá

trình thực tập kết hợp với việc sử dụng các phần mềm thiết kế, tính toán

thông dụng nhất nhƣ Auto CAD, PV – ELITE, PDMS,... để tính toán thiết kế

cho các thiết bị chính đƣợc lắp đặt và sử dụng trong cụm xử lý khí.

Đề tài đồ án tốt nghiệp này đƣợc trình bày theo bố cục sau:

Chƣơng 1: Tổng quan về lý thuyết

Chƣơng 2: Tổng quan cụm xử lý khí Thái Bình

Chƣơng 3: Tính toán, thiết kế thiết bị chính

Kết luận



CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1. Tiềm năng và trữ lƣợng bể trũng Sông Hồng

1.1.1. Vị trí địa lý

Về địa lý, bể Sông Hồng có một phần nhỏ diện tích nằm trên đất liền thuộc

đồng bằng Sông Hồng, còn phần lớn diện tích thuộc vùng biển Vịnh Bắc Bộ

và biển miền Trung thuộc các tỉnh từ Quảng Ninh , đến Bình Định. Đây là

một bể có lớp phủ trầm tích Đệ Tam dày hơn 14 km, có dạng hình thoi kéo

dài từ miền võng Hà Nội ra vịnh Bắc Bộ và biển miền Trung. Dọc rìa phía

Tây bể trồi lộ các đá móng Paleozoi – Mesozoi. Phía Đông Bắc tiếp giáp bể

Tây Lôi Châu, phía Đông lộ móng Paleozoi – Mesozoi đảo Hải Nam, Đông

Nam là bể Đông Nam Hải Nam và bể Hoàng Sa, phía Nam giáp bể trầm tích

Phú Khánh. Tổng số diện tích của cả bể khoảng 220.000 km2, bể Sông Hồng

về phía Việt Nam chiếm khoảng 126.000km2 trong đó phần đất liền miền

võng Hà Nội (MVHN) và vùng biển nông ven bờ chiếm khoảng hơn 4000

km2.

Bể Sông Hồng rộng lớn có cấu trúc địa chất phức tạp thay đổi từ đất liền ra

biển theo hƣớng Tây Bắc – Đông Nam và Nam, bao gồm các vùng địa chất

khác nhau. Có thể phân thành 3 vùng địa chất:

Vùng Tây Bắc: bao gồm miền võng Hà Nội (MVHN) và một số lô phía

Tây Bắc của vịnh Bắc Bộ (lô 102, 103, 106, 107). Đặc điểm cấu trúc nổi bật

của vùng này là cấu trúc uốn nếp phức tạp kèm nghịch đảo trong Miocen.

Vùng Trung tâm: bao gồm từ lô 107 – 108 đến lô 114 – 115 với mực

nƣớc biển dao động từ 20 – 90m. Vùng này có cấu trúc đa dạng, phức tạp,

nhất là tại phụ bể Huế-Đà nẵng, nhƣng nhìn chung có móng nghiêng thoải

dần vào trung tâm với độ dày trầm tích hơn 14000 m. Các cấu tạo nói chung



có cấu trúc khép kín kế thừa trên móng ở phía Tây, đến các cấu trúc diapir nổi

bật ở giữa trung tâm.

Vùng phía Nam từ lô 115 đến lô 121, với mực nƣớc thay đổi từ 30 –

800 m, có cấu trúc khác hẳn so với hai vùng trên vì có móng nhô cao trên địa

lũy Tri Tôn tạo thềm cacbonat và ám tiêu san hô, bên cạnh phía Tây là địa hào

Quảng Ngãi và phía Đông là các bán địa hào Lý Sơn có tuổi Oligocen.

Hình 1.1. Bản đồ phân bố các bể trầm tích



1.1.2. Tình hình khai thác và sử dụng

Năm 1996, trong chƣơng trình hợp tác với BP, PetroVietnam đã thực hiện

đề án đánh giá khí tổng thể (Vietnam Gas Master Plan) ở bể Sông Hồng với 4

đối tƣợng chính là móng trƣớc Đệ Tam, cát kết vùng ven, cát kết turbidit và

khối xây cacbonat. Kết quả đánh giá từ 4 đối tƣợng trên cho thấy tiềm năng

có thể thu hồi vào khoảng 420 tỷ m3 khí thiên nhiên, 250 triệu thùng (40 triệu

m3) condensat, 150 triệu thùng (24 triệu m

3) dầu và 5 tỷ m

3 khí đồng hành.

Năm 1997 PetroVietnam thực hiện đánh giá tổng thể tài nguyên dầu khí

thềm lục địa Việt Nam (VITRA - Vietnam Total Resource Assessment, đề án

hợp tác giữa PetroVietNam và NaUy) trong đó có bể Sông Hồng. Theo đề án

này tổng tiềm năng thu hồi của bể Sông Hồng đƣợc tính cho 8 đối tƣợng gồm:

móng trƣớc Đệ Tam, cát kết châu thổ – sông ngòi Oligocen, cát kết châu thổ –

sông ngòi – đầm hồ Oligocen, cát kết châu thổ – sông ngòi – biển nông

Oligocen và Miocen dƣới, bẫy thạch học Oligocen – Miocen, vùng nghịch

đảo kiến tạo Miocen, khối xây cacbonat và turbidit, vào khoảng 570 – 880

triệu m3 quy dầu trong đó đã phát hiện khoảng 250 triệu m

3 quy dầu. Trên cơ

sở kết quả của đề án VITRA, trữ lƣợng và tiềm năng dầu khí bể Sông Hồng

có thể đạt khoảng 1.100 triệu m3 quy dầu, chủ yếu là khí .

Đến nay tại bể Sông Hồng mới chỉ có 9 phát hiện khí và dầu với tổng trữ

lƣợng và tiềm năng khoảng 225 triệu m3 quy dầu, trong đó đã khai thác 0,55

tỷ m3 khí. Các phát hiện có trữ lƣợng lớn đều nằm tại khu vực vịnh Bắc Bộ và

phía Nam bể Sông Hồng, nhƣ vậy tiềm năng khí ở ngoài biển hơn hẳn trong

đất liền, tuy nhiên do hàm lƣợng CO2 cao nên hiện tại chƣa thể khai thác

thƣơng mại đƣợc. Tiềm năng chƣa phát hiện dự báo vào khoảng 845 triệu m3

quy dầu, chủ yếu là khí và tập trung ở ngoài biển.



1.2. Quá trình khai thác và đặc điểm mỏ khí Tiền Hải

30 năm đã trôi qua kể từ ngày dòng khí công nghiệp đầu tiên đƣợc đƣa vào

khai thác tại Tiền Hải – Thái Bình, Ngành Dầu khí Việt Nam đã tiến những

bƣớc dài vững chắc trên tất cả các lĩnh vực, trở thành Tập đoàn Anh hùng giữ

vị trí đầu tàu trong nền kinh tế đất nƣớc với hoạt động thăm dò khai thác dầu

khí – lĩnh vực hoạt động cốt lõi – đƣợc mở rộng đầu tƣ ở trong nƣớc và quốc

tế. Sự kiện này luôn là mốc lịch sử đầy vẻ vang và tự hào của cán bộ nhân

viên Ngành Dầu khí, có ý nghĩa đặt nền móng cho sự phát triển của công

nghiệp dầu khí Việt Nam, từ đây các thế hệ lãnh đạo, cán bộ kỹ thuật, công

nhân lao động của Ngành đã rèn luyện và trƣởng thành, tiếp tục lên đƣờng tới

những công trình, dự án dầu khí để cống hiến trí tuệ, kinh nghiệm, sức lao

động cần cù, sáng tạo cho sự nghiệp xây dựng và phát triển Ngành Dầu khí

Việt Nam, góp phần quan trọng đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa

đất nƣớc và hội nhập kinh tế quốc tế.

Ngày 01/2/1975, giếng khoan số 61 đƣợc khởi công trên địa phận xã Đông

Cơ, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình. Đây là giếng khoan thăm dò đầu tiên

thuộc cơ cấu bể Sông Hồng đã cho phát hiện khí tự nhiên tại cấu tạo Tiền Hải

C, trong trầm tích Mioxen, hệ tầng Tiên Hƣng, ở chiều sâu 1146 – 1156 m với

lƣu lƣợng trên 100 nghìn m3/ngày đêm. Sau thời gian triển khai công tác thẩm

lƣợng và phát triển khai thác, ngày 19/4/1981, dòng khí công nghiệp đầu tiên

đã đƣợc đƣa vào buồng đốt turbin nhiệt điện công suất 10 MW tại Tiền Hải để

thử nghiệm phát điện. Từ năm 1981, những ngƣời thợ khai thác mỏ khí Tiền

Hải – C tại địa bàn huyện Tiền Hải tỉnh Thái Bình luôn khơi thông dòng khí.

Hàng tỷ m3 khí đƣợc khai thác tại 9 giếng khoan với lƣu lƣợng gần 60.000

m3/ngày đêm. Tất cả nhằm duy trì nguồn năng lƣợng khí đốt cho công nghiệp

địa phƣơng. Sau giếng khoan 61, một loạt giếng khoan đã đƣợc thực hiện

trong những năm tiếp theo và những năm gần đây nhằm tiếp tục tìm kiếm



thăm dò và khai thác dầu khí trong trầm tích Mioxen, đã phát hiện tổng cộng

13 vỉa khí với tổng trữ lƣợng tại chỗ khoảng 1,3 tỷ m3. Tổng sản lƣợng khí

khai thác và cung cấp của mỏ khí Tiền Hải C từ năm 1981 đến nay đạt

khoảng 850 triệu m3 khí, trong đó giai đoạn 1981 – 1991 chủ yếu phục vụ sản

xuất điện, những năm tiếp theo đáp ứng cho hoạt động của hàng chục doanh

nghiệp tại khu công nghiệp Tiền Hải, sử dụng nhiên liệu khí để sản xuất ra

hàng triệu sản phẩm chất lƣợng cao nhƣ: thủy tinh, pha lê, xi măng trắng, gốm

sứ, gạch ceramic, granit… với doanh thu hàng năm đạt trên 650 tỷ đồng, thu

hút hơn 10.000 lao động, đóng góp quan trọng vào việc chuyển dịch cơ cấu,

phát triển kinh tế, xã hội tỉnh Thái Bình nói riêng và khu vực phía Bắc nƣớc ta

nói chung.

1.3. Dự án cụm xử lý khí giàn Thái Bình

Hình 1.2. Sơ đồ phát triển dự án thu gom khí giàn Thái Bình

Kể từ khi Việt Nam có Luật Đầu nƣớc ngoài (29-12-1987) và Luật Dầu

khí (06-7-1993) đã có hàng chục công ty, tập đoàn dầu khí lớn trên thế giới

đầu tƣ vào tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí trên toàn thềm lục địa Việt



Nam, thông qua các hợp đồng dầu khí. Đến nay, công tác tìm kiếm thăm dò

dầu khí đã đƣợc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam triển khai mạnh mẽ trên toàn

thềm lục địa Việt Nam với mục tiêu phát hiện nhiều mỏ dầu khí mới nhằm

đáp ứng nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu. Các phát hiện dầu khí mới tại vùng

Tây Bắc bể Sông Hồng nhƣ Hắc Long, Địa Long, Hồng Long, Bạch Long tại

Lô 103 & 107; Hàm Rồng, Thái Bình tại Lô 102 & 106 là những cơ hội đầy

triển vọng để phát triển khai thác với mục tiêu đáp ứng nguồn nhiên liệu phục

vụ phát triển công nghiệp sản xuất nói chung và công nghiệp dầu khí nói

riêng ở khu vực Đồng bằng Bắc Bộ trong thời gian tới.

Hiện Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN) đã giao cho Tổng Công

ty Khí (PV Gas) lập phƣơng án triển khai dự án thăm dò khai thác mỏ Hàm

Rồng, Thái Bình từ lô 102 & 106 từ năm 2011 – 2014. Đặc biệt, trong giai

đoạn này, PVN cũng ƣu tiên xây dựng tuyến đƣờng ống dẫn khí từ mỏ Hàm

Rồng, Thái Bình vào bờ, tạo xƣơng sống cho ngành công nghiệp khai thác sản

xuất khí tại Trung tâm khí Thái Bình và các vùng phụ cận Hà Nội, Hải Phòng,

đáp ứng nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên của nền kinh tế. Dự án cụm xử lý

khí Thái Bình “Fuel Gas Skid” (giàn TBDP – A) do PETRONAS Carigali

Overeas Sdn Bhd (PCOSB) đang tiến hành xây dựng với sự hỗ trợ thiết kế kỹ

thuật và lắp đặt của Trung tâm thiết kế và triển khai dự án PVC – MSep thuộc

Công ty cổ phần kết cấu kim loại và xây lắp Dầu khí Việt Nam PVC – MS

đảm nhận. Dự án đƣợc xây dựng với vị trí đƣờng dẫn liệu cách khoảng 20 km

ngoài khơi phía Đông Nam từ cảng Hải Phòng thuộc các khu vực lô 102 &

106 với độ sâu 25 – 30m. Khí cho dự án Thái Bình thu từ giàn khoan đầu

giếng khoan TBDP – A, khí sau đó đƣợc sơ tán từ giàn về cụm xử lý khí bằng

đƣờng ống dẫn khí dày 16 inch đƣợc thiết kế và lắp đặt. Dự án cụm xử lý khí

Thái Bình dự kiến xử lý khí với công suất tối đa là 26 MMscfd. TBDP – A là

một giàn khoan có bốn khe dẫn với một vòi nƣớc phòng ngừa hỏa hoạn chính



đƣợc quy định sử dụng trong quá trình khoan. TBDP – A là một giàn khoan

trung tâm cho tƣơng lai phát triển khí phía Bắc nƣớc ta.

Hình 1.3. Giàn khí Thái Bình Lô 102 & 106

1.4. Công nghệ xử lý khí – hệ thống xử lý khí nhiên liệu

1.4.1. Công nghệ xử lý khí

Công nghệ khai thác và xử lý khí gas – condensate đƣợc nghiên cứu, phát

triển và ứng dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới từ những năm 90 của thế kỷ

trƣớc. Tuy nhiên ở Việt Nam, lĩnh vực kỹ thuật này chƣa đƣợc quan tâm

nhiều do nhu cầu thực tế sản suất. Trong thời gian gần đây, việc phát hiện và

đƣa vào khai thác một số mỏ khí và gas – condensate trong nƣớc nhƣ cụm

Lan Tây – Lan Đỏ, Rồng Đôi Tây và Hải Thạch – Mộc Tinh, Thiên Ƣng... đòi

hỏi sự đầu tƣ nghiên cứu công nghệ và đào tạo nhân lực một cách nghiêm túc

với các đơn vị trực tiếp tham gia điều hành các dự án nói riêng và Tập đoàn

dầu khí Việt Nam nói chung. Các hệ thống thiết bị công nghệ chính trên giàn

khai thác khí gas –condensate gồm: cụm thiết bị đầu giếng (wellhead

facilities), cụm phân dòng đầu vào (inlet manifiold), cụm tách khí –



condensate – nƣớc (3 – phase separator), hệ thống xử lý làm khô khí (gas

dehydration system), hệ thống xử lý condensate (condensate dehydration

system), hệ thống đo khí (gas metering system), hệ thống đo condensate

(condensate metering system), hệ thống phóng thoi làm sạch đƣờng ống vận

chuyển (pig launcher), hệ thống xử lý nƣớc đồng hành (water treatment

system). Ngoài ra, có thể thiết kế thêm các hệ thống phụ trợ nhƣ: hệ thống

thiết bị xử lý H2S, CO2, Hg và chất rắn,... nếu trong thành phần hợp chất khai

thác chứa nhiều tạp chất trên vƣợt quá mức quy định cho phép. Công nghệ xử

lý khí trên các giàn khai thác ngoài khơi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần

hỗn hợp lƣu chất hydrocacbon của mỏ. Do đó, các thông số công nghệ hỗn

hợp lƣu chất là cơ sở cho phép tính toán, lựa chọn và thiết kế các hệ thống

thiết bị công nghệ của giàn khai thác một cách hợp lý và tối ƣu nhất.

Mỏ gas – condensate thƣờng chứa khí thiên nhiên (fuel gas system) dạng

không đồng hành là một hỗn hợp hydrocarbon (HC) đặc biệt, mà trong đó

thành phần gồm có khí methane (C1) và các khí hydrocarbon có mạch carbon

ngắn khác nhƣ: C2H6, C3H8, C4H10, C5H12,… chiếm tỷ lệ lớn, cùng với các

hydrocarbon có giá trị khối lƣợng phân tử nặng hơn (mạch carbon dài hơn).

Ngoài ra khí thiên nhiên thô còn chứa hơi nƣớc, H2S, CO2, He, N2 và các hợp

chất khác. Quá trình xử lý khí thiên nhiên bao gồm việc tách tất cả các dạng

hydrocacbon và các lƣu chất ra khỏi khí thiên nhiên để tạo ra một sản phẩm

khí thiên nhiên khô đƣợc vận chuyển từ giàn vào bờ qua hệ thống đƣờng ống

dẫn khí. Khí thiên nhiên khi vận chuyển đi những nới khác phải đƣợc làm

sạch – tinh chế. Mặc dù yêu cầu phải tách C2H6, C3H8, C4H10 và C5H12 ra khỏi

khí thiên nhiên, nhƣng chúng đều không phải là chất thải mà đƣợc sử dụng

vào các mục đích khác nhau. Một quy trình xử lý khí trong quá trình khai thác

thƣờng trải qua các giai đoạn: tách dầu và khí – condensate, tách nƣớc, làm

khô Glycol thƣờng sử dụng DEG hoặc TEG, khử nƣớc bằng chất ngƣng tụ



dạng rắn, tách khí thiên nhiên lỏng, chiết xuất khí thiên nhiên lỏng (phƣơng

pháp hấp thụ và quá trình giãn nở nhờ làm lạnh ngƣng tụ), chƣng cất phân

đoạn, tách sunphua và khí cacbonic.

1.4.2. Hệ thống xử lý khí nhiên liệu (fuel gas)

Xử lý khí gas là một phần quan trọng trong dây truyền sản xuất đặc trƣng

của khí thiên nhiên trong đó có khí nhiên liệu. Nó đảm bảo độ sạch và tinh

khiết tới mức có thể của sản phẩm khí sẽ đƣợc đƣa vào sử dụng, biến khí

thiên nhiên/khí mỏ trở thành nguồn lựa chọn năng lƣợng đốt sạch với môi

trƣờng. Khí đã đƣợc xử lý hoàn toàn, chúng đƣợc vận chuyển khỏi khu vực

sản xuất và đƣa đến nơi tiêu thụ để phục vụ cho các nhu cầu sử dụng.

Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống khí nhiên liệu (Fuel Gas System)

Với hệ thống khí nhiên liệu (Fuel gas) của quá trình xử lý khí cung cấp khí

cho các hệ thống sau:

Cung cấp khí nhiên liệu cao áp cho đầu kéo turbine (turbine drive) và

máy phát turbine (turbine generator).



Cung cấp khí nhiên liệu cho cụm nhà máy nhiệt điện – đạm.

Khí mồi thấp áp cho đầu đốt cao áp/thấp áp.

Khí đẩy (purge gas) cho ống gom của đuốc cao áp/thấp áp.

Cung cấp khí hấp thụ (stripping gas) cho hệ thống tái sinh TEG.

Khí bảo vệ (blanket gas) cho bình bay hơi nhanh TEG (TEG flash

drum).

Khí khô đi ra từ tháp TEG, sau khi đƣợc gia nhiệt (heaters), một phần

đƣợc đƣa đến hệ thống khí nhiên liệu để cung cấp cho các cụm công nghệ.

Khí đƣợc dẫn vào các thiết bị gia nhiệt sơ bộ, gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn

nhiệt độ hình thành hydrate và thấp hơn 5 so với nhiệt độ môi trƣờng xung

quanh, sau đó đƣa vào bình tách Scruber khí nhiên liệu đƣợc tách các hạt lỏng

tạo thành do sự giảm áp. Tiếp đó, khí đƣợc đƣa đến phin lọc để tách triệt để

phần lỏng và các hạt rắn có kích thƣớc lớn hơn 5 m trƣớc khi đƣa đến thiết bị

gia nhiệt để làm nhiên liệu cho turbine khí.



CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN CỤM XỬ LÝ KHÍ THÁI BÌNH

2.1. Nguồn nguyên liệu và sản phẩm của cụm xử lý khí Thái Bình

2.1.1. Nguồn nguyên liệu của quá trình sử lý khí

Sau quá trình khai thác từ các giếng thuộc lô 102 & 106, nguồn khí thu

đƣợc có chứa khí cacbonic và lƣu huỳnh. Khí cacbonic là balat, còn lƣu

huỳnh là thành phần gây tác hại ăn mòn cao thƣờng tồn tại dạng đihidro

sunfua (H2S) nên nguồn khí phải đƣợc làm sạch các tạp chất này trƣớc khi

bơm vào các đƣờng ống dẫn khí và các cụm thiết bị của cụm xử lý khí Thái

Bình. Phƣơng pháp loại bỏ H2S, CO2 thƣờng là phƣơng pháp hấp thụ làm

ngọt khí sử dụng chất hấp thụ nƣớc etanolamin, fenoliat, tricaliphotphat,

ammoniac,… Công nghệ làm sạch sunfua và khí cacbonic phụ thuộc vào

thành phần khí yêu cầu xử lý sâu cũng nhƣ yêu cầu chế biến các sản phẩm cần

thiết. Sơ đồ công nghệ làm sạch H2S và CO2 gồm có thiết bị làm sạch sơ bộ

các chất rắn, bình tiếp xúc – chất hấp thụ, thiết bị tái sinh dung dịch bão hòa

cũng nhƣ bộ phận thu hồi lƣu huỳnh sơ cấp – thiết bị chế biến H2S thành S.

Quá trình cơ bản làm ngọt khí tự nhiên chua cũng gần giống quá trình làm

khô glycol, hấp thụ NGL. Tuy nhiên ở quá trình làm ngọt loại bỏ hợp chất lƣu

huỳnh này ngƣời ta thƣờng sử dụng dung dịch amin nên quá trình này còn

đƣợc gọi đơn giản là “quá trình amin”. Hai dung dịch amin chính thƣờng

đƣợc sử dụng là monoethanolamin (MEA) và đithanolamin (DEA) ở dạng

lỏng để hấp thụ lƣu huỳnh khi dòng khí tự nhiên đi qua nó. Đồng thời với quy

trình amin còn có các quy trình tái tạo dung dịch amin để sử dụng làm tăng

hiệu suất của quy trình làm ngọt khí cùng với chu trình Claus sử dụng các

phản ứng nhiệt và xúc tác để thu hồi S nguyên chất. Về mặt tổng thể, quá

trình Claus thƣờng cho phép thu hồi 97% lƣợng S đƣợc tách ra khỏi dòng khí

tự nhiên.



Bảng 2.1. Nguồn nguyên liệu của cụm xử lý khí

Thành phần cấu tử Tỉ lệ % mol

Carbon dioxide 0.0082

Nitrogen 0.0219

Methane 0.8985

Ethane 0.0334

Propane 0.0071

Iso-Butane 0.0033

N-Butane 0.0008

Iso-Pentane 0.0008

N-Pentane 0.0003

Hexanes 0.0021

Methyl-Cyclopentane 0.0001

Benzene 0.0000

Cyclohexane 0.0001

Heptanes 0.0013

Methyl- Cyclohexane 0.0004

Toluene 0.0001

Octanes 0.0016

Ethyl-Benzene 0.0000

Meta+Para-Xylene 0.0001

Nonanes 0.0007

Decanes 0.0004

Undecanes Plus 0.0006

Nguồn khí nguyện liệu này chủ yếu thu hồi từ các giếng khí, các giếng khí

– condensate có chứa rất ít lƣợng dầu thô nên chủ yếu là khí không đồng

hành. Các khí giếng tự sinh ra khí tự nhiên, còn giếng khí – condensate sinh

ra khí tự nhiên và các condensate hydrocacbon nửa lỏng (khí nhiên liệu – fuel

gas).

Nhìn chung khí của mỏ Tiền Hải là khí tự nhiên, khô, ngọt, sạch.

Hàm lƣợng Methane (CH4) cao chiếm > 80%



Hàm lƣợng nƣớc trong khí thấp.

Hàm lƣợng CO2 < 2%.

2.1.2. Nguồn sản phẩm sau quá trình xử lý khí

Bảng 2.2. Sản phẩm sau quá trình xử lý khí

Thành phần cấu tử Tỉ lệ % mol

Carbon dioxide 0.0083

Nitrogen 0.0222

Methane 0.9122

Ethane 0.0339

Propane 0.0071

Iso-Butane 0.0033

N-Butane 0.0010

Iso-Pentane 0.0007

N-Pentane 0.0003

Hexanes 0.0022

Methyl-Cyclopentane 0.0001

Benzene 0.0000

Cyclohexane 0.0001

Heptanes 0.0012

Methyl- Cyclohexane 0.0003

Toluene 0.0001

Octanes 0.0010

Ethyl-Benzene 0.0000

Meta+Para-Xylene 0.0002

Nonanes 0.0000

Decanes 0.0001

Undecanes Plus 0.0000

Sau quá trình xử lý tại các thiết bị chính nhƣ thiết bị tách khí Scrubber,

thiết bị lọc khí Filter Coalescer của cụm xử lý khí Thái Bình thành phần khí

thu đƣợc là khí khô đã đƣợc loại bỏ các tạp chất gây ăn mòn, các tạp chất cơ

học, đƣợc tách nƣớc vỉa và các condensate hydrocacbon nửa lỏng. Thành



phần khí có trong dòng sản phẩm sau quá trình xử lý chủ yếu gồm khí

methane CH4 chiếm khoảng trên 90% tỉ lệ mol và các hydrocacbon

condensate khác đƣợc cung cấp trực tiếp cho nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2

đang đƣợc tiến hành xây dựng. Nhà máy nhiệt điện 2 bao gồm hai tổ máy với

tổng công suất 1200 MW do Tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam giao cho

Tổng công ty Điện lực dầu khí làm chủ đầu tƣ.

Ngoài nguồn khí cung cấp cho nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2, còn có

các nguồn sản phẩm khác nhƣ CO2, S, N2,…đƣợc thu hồi trong quá trình xử

lý để làm nguyên liệu sử dụng cho các quy trình sản xuất khác để đạt hiệu quả

kinh tế.

2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cụm xử lý khí Thái Bình

Sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của cụm xử lý khí Thái Bình đƣợc mô tả

nhƣ bản vẽ 1.

Dòng nguyên liệu (lỏng/khí) từ giếng khai thác theo hệ thống đƣờng ống

thu gom đƣợc đƣa qua van SDV để kiểm soát hoạt động của dòng nguyên

liệu, nếu có sự cố xảy ra van SDV sẽ tự động ngắt. Sau khi đánh giá mức độ

an toàn tại van SDV, dòng nguyên liệu qua hệ thống van PCV hoạt động song

song ở hai mức setpoint 900 kPag và 850 kPag để điều chỉnh áp suất trƣớc

khi qua hệ thống van dẫn qua thiết bị TG kiểm soát nhiệt độ trƣớc khi dẫn

vào thiết bị tách khí Scrubber V – 5805.

Tại thiết bị tách khí V – 5805 diễn ra quá trình tách lỏng khí. Dòng khí

đƣợc tách ra ở phía trên đỉnh còn dòng lỏng đƣợc lấy ra ở đáy thiết bị tách.

Các hạt lỏng lôi cuốn theo dòng khí đƣợc tách ra tại màng sƣơng của thiết bị

tách, sau thời gian ngƣng tụ các hạt lỏng rơi xuống đáy thiết bị tách. Dòng

lỏng chứa Hydrocacbon sau quá trình tách đƣợc lấy ra ở đáy thiết bị tách qua

hệ thống định mức LC, van SDV và dẫn ra theo dòng Closed Drain System.



Sau quá trình tách, dòng khí tiếp tục đƣợc dẫn qua các đƣờng dẫn tới cụm

hai thiết bị lọc FC S – 5810 A/B lắp song song nhau với chế độ một thiết bị

hoạt động, một thiết bị dự phòng khi thiết bị còn lại tiến hành thay thế lõi lọc

Filter element. Tại đây bụi bẩn trong dòng khí đƣợc tách ra, giữ lại nhờ lõi lọc

filter element ở khoang thứ nhất và khí không ngƣng condensate đƣợc tách ra

nhờ các màng ngăn ở khoang thứ hai của thiết bị lọc FC. Khí đƣợc lấy ra ở

đỉnh thiết bị lọc qua các hệ thống van dẫn, van định mức lƣu lƣợng, áp suất

đƣa ra ngoài theo các dòng phân chia Vent System, Power Generator System

và Instrument Air System. Dòng lỏng sau quá trình lọc đƣợc lấy ra ở phía đáy

thiết bị lọc qua các cụm van và dẫn ra theo dòng Closed Drain System.

Nguồn sản phẩm thu đƣợc sau quá trình xử lý khí tại cụm xử lý khí Thái

Bình đƣợc thu hồi và dẫn qua các hệ thống ống dẫn tới những khu chứa và

làm nguồn nguyên liệu cho các quá trình sản xuất khác phù hợp để đạt đƣợc

giá trị kinh tế và hiệu quả cao.



2.2.1. Sơ đồ hoạt động dòng lƣu chất vào/ra thiết bị tách khí

Sơ đồ hoạt động của dòng lƣu chất vào/ra thiết bị tách khí trong cụm xử lý

khí Thái Bình đƣợc mô tả P&ID nhƣ bản vẽ 2.

Dòng sản phẩm đỉnh – chủ yếu là dòng khí dẫn ra ngoài đi qua thiết bị

hiển thị áp suất PIA – 5801 tại hai điểm setpoint là “maximum = 1000 kPag

và minimum = 500 kPag”, rồi qua thiết bị lọc Coalescer Filter.

Sản phẩm trung gian đi ra khỏi tháp tách V – 5805 đƣợc chia thành hai

dòng song song qua các cụm van và thiết bị phụ trợ để đƣa ra ngoài.

Một dòng đƣợc đo áp suất truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển qua

PG – 5806, dòng khí đi qua can van VB – 58027, VGL – 58002, khoảng cách

giữa hai van là 600mm với mục đích để ổn định áp suất trƣớc khi ra dòng (To

vent header).

Dòng còn lại đƣợc chia làm hai dòng song song đi qua hệ thống điều

khiển an toàn áp suất :

+ Dòng 1 đi qua van VB – 58023 tới van điều khiển áp suất PSV –

5802 ở mức (set = 1100kPag) và đi qua van VB – 58026 đi ra hệ thống.

+ Dòng 2 đi qua van VB-58019 tới van điều khiển áp suất PSV-5801

ở mức (set = 1100kPag) và đi qua van VB-58022 đi ra hệ thống.

Hệ thống có các van an toàn: VB – 58020, VB – 58021, VB – 58024, VB

– 58025.Khí đi ra từ hệ thống đƣợc lấy ra dòng (To vent header).

Tại đƣờng dẫn của cụm van PSV, dòng khí đƣợc chia nhỏ thành hai dòng

nữa gồm một dòng đi qua cụm van (VB – 58023 & PSV – 5802) và một dòng

đi qua cụm van (VB – 58019 & PSV – 5801) với mức áp suất tối đa cho phép

của hai cụm van này là set point = 1100 kPag. Sau khi quá trình xả khí ở hai

van PSV thì dòng khí xả ra đƣợc dẫn qua hai van (VB – 58022 & VB –



58026) để quay lại thiết bị tách để kiểm soát lại quá trình tách khí. Sau quá

trình tách, phần lỏng (condensate) đƣợc lấy ra ở đáy tháp tách đi qua van

SDV – 5802, tại đây có hệ thông điều khiển an toàn truyền tín hiệu về trung

tâm điều khiển với mục đích đóng van khi xảy ra sự cố. Dòng lỏng tiếp tục đi

qua van kiểm tra VC – 58003 tới van LCV – 5803, VB – 59032 và đƣợc đƣa

qua thiết bị lọc FC. Van LCV – 5803 đƣợc điều khiển bởi hệ thống thiết bị đo

và hiển thị mức của tháp tách, khi mức lỏng cao thì van sẽ mở, khi mức thấp

thì van sẽ đóng lại. Sản phẩm đáy chứa cặn lỏng và các tạp chất đi qua van

VB – 58033 đƣa qua ống dẫn ra dòng (Closed drained).



2.2.2. Sơ đồ dòng lƣu chất vào/ra thiết bị lọc khí

Sơ đồ dòng lƣu chất vào/ra thiết bị lọc khí của cụm xử lý khí Thái Bình

đƣợc mô tả P&ID nhƣ bản vẽ 3.

Sản phẩm khí sau khi qua khỏi tháp tách V - 5805 đƣợc đƣa qua tháp cụm

hai tháp lọc Filter Coalescer (FC) S – 5810 A/B đƣợc bố trí song song nhau.

Dòng khí qua van VB – 58046 vào tháp lọc, tại đây gồm có:

Đo áp suất, đo chênh áp truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển.

Đo mức, đo và hiển thị mức truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển.

Van an toàn gắn tại tháp gồm : VB – 58047, VB – 58040.

Sau quá trình lọc, sản phẩm đỉnh đi ra từ đỉnh thiết bị qua van VB –

58041, lấy dòng ra Gas outlet (Gas Super Heaters).

Sản phẩm trung gian chia làm hai nhánh:

Nhánh thứ nhất chia làm hai dòng song song đi qua hệ thống ổn định áp

suất và lấy ra dòng (To vent header):

+ Một dòng đi qua van VB – 58038, VGL –58005, khoảng cách giữa

hai van là 600mm với mục đích để ổn định dòng đi ra hệ thống.

+ Dòng còn lại qua van điều khiển an toàn áp suất PSV – 5805 ở

mức (set = 1100kPag), qua van VB – 58036 đi ra hệ thống. Hệ thống có

các van an toàn: VB – 58037, VB – 58039.

Khí đi ra từ hệ thống lấy ra dòng (To vent header).

Nhánh thứ hai chia làm hai dòng:

+ Một dòng đi qua van VGL – 58006, VC – 58004 đi ra dòng

(Closed drained).



+ Dòng còn lại đi qua (Auto drain) SAD – 002, khí thoát ra đi qua

van VB – 58042 hồi lƣu lại tháp, lỏng đi qua van VB – 58045, VC –

58004 đi ra dòng (Closed dained).

Sản phẩm đáy đƣợc chia làm hai dòng:

Dòng hồi lƣu đi ra từ đáy tháp qua van VB – 58048 sau đó chia làm hai

dòng:

+ Một dòng đi qua van VGL – 58008, qua van VC – 58004 đi ra

dòng (Closed dained),

+ Dòng còn lại đi qua (Auto drain) SAD – 003, khí thoát ra đi qua

van VB – 58044 hồi lƣu lại tháp, lỏng đi qua van VB – 58052, VC –

58004 đi ra dòng (Closed drained).

Dòng thu hồi đi qua van VB – 58049 đi ra dòng (Closed drained).



2.3. Hệ thống thiết bị chính cho cụm xử lý khí nhiên liệu

Có nhiều các thiết bị khác nhau cho công nghệ tách – lọc khí đƣợc ứng

dụng trong lĩnh vực dầu khí hiện nay. Mỗi một loại nguyên liệu khí đầu vào

khác nhau đòi hỏi một hệ thống các thiết bị tách khí phù hợp cho quá trình sử

dụng và vận hành hệ thống sao cho đạt hiệu suất làm việc cao và tối ƣu nhất

đồng thời cũng đáp ứng đƣợc mặt hiệu quả kinh tế cần thiết đƣợc đặt ra. Đối

với nguồn nguyên liệu đƣợc sử dụng cho cụm xử lý của dự án khí giàn Thái

Bình là nguồn khí nhiên liệu thì trong quá trình thiết kế ngƣời ta thƣờng sử

dụng cụm thiết bị tách – lọc làm thiết bị hoạt động chính cho cụm để đạt đƣợc

mục đích xử lý cao và hiệu quả nhất.

2.3.1. Thiết bị tách khí

Thiết bị tách khí là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất đƣợc sử

dụng để tách lƣu chất thành các pha riêng biệt trong quá trình khai thác và thu

hồi sản phẩm khí để đạt đƣợc hiệu suất và giá trị kinh tế cao. Có ba dạng bình

tách cơ bản thƣờng đƣợc dùng là: bình tách trụ trụ đứng, bình tách trụ ngang,

bình tách hình cầu.

Mỗi loại bình tách đều có ƣu, nhƣợc điểm nhất định trong mỗi quá trình

lắp đặt và sử dụng để duy trì giá trị của sản phẩm thu đƣợc với mục đích sử

dụng chung của thiết bị tách là:

Loại bỏ chất lỏng ra khỏi khí để tránh hiện tƣợng tích tụ tạo cặn, chất

bẩn trong đƣờng ống dẫn khí.

Thu khí khô để làm khí nhiên liệu.

Loại bỏ các tạp chất gây hại đƣa lên từ vỉa sản phẩm tránh hiện tƣợng

tắc và hƣ hại đƣờng ống dẫn cũng nhƣ các thiết bị đi kèm.

Làm giảm áp suất để thu hồi khí.



Với mục đích tách, xử lý và thu gom khí thì bình tách hai pha trụ đứng

đƣợc sử dụng hầu hết để tách riêng biệt hỗn hợp lỏng/khí dựa vào mật độ

dòng nguyên liệu nhờ nhiệt độ, áp suất và đặc tính dòng lƣu chất sau khi đƣợc

xử lý sơ bộ - tách bỏ tạp chất độc hại, khử nƣớc bị nhũ hóa để tránh tạo sự

phân tán của hệ nhũ tƣơng nƣớc/dầu lẫn trong dòng lƣu chất đi vào tháp tách

để thu gom và xử lý khí, ngăn cho cho khí thu đƣợc không bị cuốn theo dòng

lỏng tách ra, đảm bảo hiệu suất tách lỏng/khí và giá trị kinh tế cao nhất cho

dòng khí thƣơng phẩm. Bình tách Scrubber (bình rửa lọc khí) là một bình tách

dạng trụ đứng thƣờng đƣợc lắp đặt và sử dụng để tách dòng trƣớc khi dòng

vào máy nén khí và hệ thống nhiên liệu với vai trò là bình tách thứ cấp. Việc

sử dụng lắp đặt thiết bị Scrubber trong hệ thống xử lý khí có mục đích:

Khi nguồn nguyên liệu cấp cho thiết bị tách có tỷ lệ khí/lỏng cao.

Bình tách Scrubber ít chiếm chỗ, có khả năng lắng cát lớn và dễ làm

sạch đáy đồng thời khả năng bốc hơi của chất lỏng giảm tối thiểu.

Bình tách Scrubber ít chiếm chỗ, có khả năng lắng cát lớn và dễ làm

sạch đáy đồng thời khả năng bốc hơi của chất lỏng giảm tối thiểu.

Đƣợc lắp đặt ở những nơi mà thể tích nguồn nguyên liệu có thể thay

đổi nhiều, đột ngột nhƣ cạnh giếng tự phun, các giếng Gaslift gián đoạn.

Dùng cho quá trình tách khí nhiên liệu ít chứa dầu, sản phẩm lỏng đƣợc

lấy từ các giếng khí tự nhiên, giếng khí – condensate.

Sử dụng để tách dòng khí ra khỏi dòng lỏng với hiệu suất tối đa nhất.

a) Cấu tạo thiết bị tách khí kiểu trụ đứng

Ở trong bình tách có các bộ phận chính đảm bảo tách sơ cấp lỏng, lắng

lỏng và triết sƣơng. Tốc độ tách lỏng/khí là một hàm biến thiên theo áp suất



và nhiệt độ của bình tách. Các thiết bị tách hai pha trụ đứng thƣờng có sơ đồ

cấu tạo chính nhƣ dƣới đây (hình 1.6)

Hình 2.1. Sơ đồ bình tách hai pha trụ đứng

1- Đƣờng vào của hỗn hợp. 5- Bộ phận chiết sƣơng.

2- Tấm lệch dòng. 6- Đƣờng xả khí.

3- Thiết bị điều khiển mức. 7- Van an toàn.

4- Đƣờng xả chất lỏng.

Trong thiết bị tách thƣờng phân ra các vùng tách riêng biệt gồm có 4 vùng

sau:

Bộ phận tách cơ bản A: đƣợc lắp đặt trực tiếp ở của vào đảm bảo nhiệm

vụ tách khí (giải phóng bọt khí tự do). Hiệu qủa làm việc phụ thuộc vào cấu

trúc đƣờng vào: hƣớng tâm, tiếp tuyến của vòi phun (bộ phận phân tán để tạo

dòng cho hốn hợp lỏng – khí).

Có hai cách bố trí bộ phận tách cơ bản là: hƣớng tâm và ly tâm



+ Theo nguyên tắc hướng tâm: bố trí theo nguyên tắc này sẽ đƣợc

các va đập, thay đổi hƣớng và tốc độ chuyển động của hỗn hợp vào

bình tách. Hỗn hợp đƣợc phân tán, tạo rối qua các vòi phun và đập vào

các tấm chắn đƣợc thể hiện quá trình tách lỏng – khí.

Hình 2.2. Tách cơ bản kiểu cửa vào hƣớng tâm.

Hỗn hợp sản phẩm khai thác (lỏng/khí) theo đƣờng số (5) vào ống

phân tán, qua các vòi phun số (4) đƣợc tăng tốc và va đập vào các tấm

chắn số (3) làm đổi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát qua khe hở

giữa các tấm chắn. Khi bay lên phía trên, chất lỏng bám ở các tấm chắn

và lắng xuống bộ phận tách thứ cấp theo lỗ thoát (6).

+ Theo nguyên tắc ly tâm: theo bố trí này của nhập liệu đƣợc lắp

theo hƣớng tiếp tuyến với bình tách. Dòng hỗn hợp sẽ đi vào theo

hƣớng tiếp tuyến với thành bình tách. Chất lỏng sẽ có xu hƣớng bám

vào thành bình và lắng xuống dƣới đồng thời chất khí sẽ thoát lên do

hình thành chuyển động quỹ đạo xoáy của lực ly tâm gây nên.

Lực ly tâm tạo ra các dòng xoáy với tốc độ cao đủ để tách chất lỏng.

Tốc độ cần thiết để tách ly tâm thay đổi từ 3- 20 m/sec và giá trị phổ

biến từ 6- 8 m/sec. Đa số những thiết bị tách khí hình trụ đứng thì bộ

phận tách cơ bản đƣợc bố trí theo nguyên tắc ly tâm.



Hình 2.3. Bình tách 2 pha bộ phận tách cơ bản kiểu ly tâm

Bộ phận tách thứ cấp B: là phần lắng trọng lực, thực hiện tách bổ sung

các bọt khí còn sót lại ở phần tách A. Để tăng hiệu quả khí ra khỏi lỏng bằng

cách tăng số lƣợng tấm lệch dòng lên.

Bộ phận lưu giữ chất lỏng C: phần thấp nhất của thiết bị để thu gom

chất lỏng đƣa chất lỏng ra khỏi thiết bị. Đồng thời ở đây có quá trình để tách

thêm lỏng – khí.

Bộ phận chiết sương D: là bộ phận đƣợc lắp ở vị trí cao nhất của thiết

bị với mục đích giữ lại các chất lỏng nhỏ bị dòng khí cuốn theo. Tại đây các

giọt lỏng đƣợc giữ lại và chiết xuống đáy tháp tách theo đƣờng tháo khô chảy

trực tiếp. Có nhiều cách thiết kế bộ phận chiết sƣơng khác nhau nhƣ kiểu

đồng tâm, dạng cánh, dạng nan chớp,…

b) Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách khí trụ đứng

Ở trong bình tách có các bộ phận chính đảm bảo tách sơ cấp lỏng, lắng

lỏng và triết sƣơng. Tốc độ tách lỏng/khí là một hàm biến thiên theo áp suất

và nhiệt độ của bình tách. Nguyên lý tách của thiết bị tách khí trụ đứng dựa

trên cơ sở:



Tách nhờ trọng lực: chất lỏng có tỉ trọng lớn hơn nhiều so với chất khí,

nếu tốc độ của dòng khí nhỏ thì những giọt chất lỏng lớn hơn sẽ nhanh chóng

thoát ra ngoài, còn những hạt nhỏ sẽ tồn tại lâu hơn trong pha khí.

Sự va đập: Một dòng khí mang theo chất lỏng (dạng sƣơng) khi di

chuyển thì màng sƣơng này sẽ gây ảnh hƣởng trở lại dòng khí. Màng sƣơng

sẽ liên kết với nhau thành những giọt chất lỏng lớn hơn và bị rơi xuống phía

dƣới.

Thay đổi hướng dòng chảy: Khi hƣớng của dòng khí-lỏng (dạng sƣơng)

bị thay đổi độ ngột, chất lỏng có quán tính lớn hơn vẫn tiếp tục chuyển động

theo hƣớng cũ. Khí linh động hơn nên đễ dàng thay đổi hƣớng và sẽ chuyển

động ra xa so với hƣớng ban đầu, chất lỏng đƣợc tách sẽ đông tụ trên bề mặt

và rơi xuống phía dƣới.

Thay đổi tốc độ dòng chảy: Cũng giống nhƣ thay đổi hƣớng dòng chảy,

tốc độ dòng cũng ảnh hƣởng tƣơng tự nhƣng tùy thuộc vào tốc độ nhanh hay

chậm của dòng khí-lỏng (dạng sƣơng).

Lực ly tâm: Dòng khí mang theo chất lỏng chảy theo một vòng tròn

chuyển động với tốc độ đủ lớn, lực ly tâm làm cho các chất lỏng văng ra

ngoài đập vào thành của thiết bị, tại đây các giọt chất lỏng tụ lại với nhau

thành các hạt lớn hơn và rơi xuống phía dƣới.

Sự lọc – tách: dòng khí đi qua màng lọc tách (khối đông tụ), khí sẽ

đƣợc thoát ra ở đỉnh tháp, lỏng đƣợc giữ lại ngƣng tụ rồi rơi xuống phía dƣới

đáy tháp và dẫn ra ngoài.

2.3.2. Thiết bị lọc Filter Coalescer (FC)

Trong hệ thống xử lý khí nhiên liệu với mục đích thu đƣợc khí khô đảm

bảo cho quá trình sử dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng thì có nhiều thiết bị



lọc đƣợc ứng dụng cho hệ thống. Tuy nhiên, với thiết bị lọc FC thì hiệu quả

lọc cao hơn và có thể thay thế đƣợc lõi lọc trong quá trình vận hành.

Thiết bị lọc FC cũng đa dạng về kiểu dạng, các chế tạo và phƣơng pháp

lắp đặt khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng phù hợp nhất cho từng quy

trình công nghệ lọc khí khác nhau với mong muốn kết quả thu đƣợc tốt nhất.

Thiết bị lọc khí FC đƣợc sử dụng với mục đích:

Bình làm sạch khí khô có tác dụng tách các chất lỏng dạng sƣơng ra

khỏi dòng khí, tách khí ngƣng tụ.

Làm sạch và làm khô khí vào nhờ màng lọc.

Loại bỏ các cặn, hạt bụi chất bẩn có kích cỡ nhỏ ra khỏi dòng khí.

Ngoài mục đích làm sạch ra thì thiết bị lọc FC còn phụ trợ thêm cho

quá trình tách triệt để các pha của hỗn hợp trong quá trình hoạt động của thiết

bị.

a) Cấu tạo của thiết bị lọc FC

Thiết bị lọc FC kiểu trụ đứng phù hợp đối với không gian hẹp trên các giàn

khai thác ngoài khơi nên thƣờng đƣợc sử dụng cho các cụm xử lý khí nhiên

liệu tại giàn khai thác. Thông thƣờng quá trình lọc khí thƣờng gồm hai thiết bị

lọc lắp song song hoạt động ở chế độ một thiết bị làm việc chính, một thiết bị

dự phòng khi thiết bị chính tiến hành bảo dƣỡng thay lõi lọc.

Với thiết bị lọc thƣờng gồm:

Vỏ (shell): dạng hình trụ đứng (hoặc nằm ngang)

Nắp đậy (end closure): trong điều kiện vận hành nắp luôn luôn đƣợc

đóng kín và không cho phép sự rò rỉ nào xảy ra.

Các thiết bị đo áp dùng để đo áp làm việc của thiết bị lọc.



Hình 2.4. Thiết bị lọc Filter Coalescer

1- Cửa nạp liệu 4- Lõi lọc filter/coalescer element

2- Cửa xả khí 5- Cửa xả lỏng

3- Cánh quạt thứ cấp

Lõi lọc (filter element): lõi lọc đƣợc xếp trong khoang thứ nhất của

thiết bị lọc FC, đƣợc làm bằng vật liệu tổng hợp, phía trong cùng đƣợc bọc lõi

thép cacbon dạng mắt lƣới, mỗi khoang của thiết bị lọc gồm 26 lõi lọc nằm

song song. Khoang thứ hai của thiết bị lọc là một hệ thống các thanh kim loại

hình chữ V đặt nằm ngang sắp so le nhau, miệng chữ V hƣớng đối diện với

dòng khí đi vào nhằm loại bỏ các hạt lỏng trong dòng khí.

Bộ phận tách (Coalescer) giúp tách triệt để hơn nữa dòng lỏng ra khỏi

dòng khí từ hỗn hợp đầu vào để thu đƣợc dòng khí khô.

b) Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc

Dòng khí sau quá trình tách sẽ đƣợc đƣa qua thiết bị lọc FC, tại đây dòng

khí sẽ đi qua các lõi lọc ở khoang thứ nhất của thiết bị. Ở khoang thứ nhất

2

3

4

1

5 5

4

1

2



này, hạt lỏng, bụi và cặn có kích thƣớc lớn hơn 5 sẽ bị giữ lại trên bề mặt

bộ lọc. Khí sẽ tiếp tục qua khoang chứa thứ hai có nhiều tấm ngăn kiểu chữ

V. Các hạt lỏng còn lại sau khi qua khoang thứ nhất sẽ tiếp tục va đập vào các

tấm ngăn và đƣợc tách ra, sau đó rơi xuống đáy thiết bị nhờ tác dụng của

trọng lực.

Chất lỏng có trong khoang dƣới của thiết bị lọc FC sẽ đƣợc thoát ra bồn

chứa bằng các đƣờng van xả lỏng, sau đó lƣợng lỏng này sẽ đƣợc giải phóng

ra ngoài bằng đƣờng ống dẫn gắn ở đáy thiết bị tách. Chênh áp trong FC lơn

hơn 10 kPag khi hoạt động bình thƣờng và là 20 kPag khi thay lõi lọc cho

thiết bị khi bị cô lập. Hệ thống FC có các van an toàn luôn luôn ở trạng thái

hoạt động tốt và không bị cô lập để bảo vệ FC khỏi tình trạng quá áp.

2.4. Hệ thống điều khiển mức, thiết bị phụ trợ của cụm xử lý khí

Trong hệ thống đƣờng ống vận chuyển lƣu chất nói chung và khí nói riêng

thì các thiết bị điều khiển mức (áp suất, lƣu lƣợng,…) đóng một vai trò rất

quan trọng. Đối với các cụm xử lý khí Thái Bình thì hệ thống các van nối các

đƣờng ống dẫn liệu với các thiệt bị hệ thống cũng đóng vai trò quan trọng

trong quá trình vận hành, hoạt động của mỗi quy trình, mỗi thiết bị.

2.4.1. Shutdown Valve (SDV)

SDV đƣợc thiết kế dƣới dạng Fail Close (FC). Ở chế độ làm việc bình

thƣờng van ở trạng thái mở, van chỉ đóng khi Slolenoid bị ngắt điện (đối với

tất cả can loại van) hoặc mất nguồn khí điều khiển (đối với can loại van

Actuator và Spring). Các tín hiệu điều khiển tự động đóng van bao gồm: tín

hiệu từ hệ thống SIS, hệ thống F&G, tất cả cần van SDV đều có thể đóng mở

trực tiếp tại Site. Đặc biệt để có thể mở van SDV thì chênh áp qua van phải

luôn nhỏ hơn 4 Barg, vì vậy khi mở một van SDV nhất thiết phải cân bằng áp

suất qua van trƣớc.



2.4.2. Pressure Control Valve (PCV)

Các van PCV hầu nhƣ đƣợc thiết kế theo kiểu “Fail close” và sử dụng cho

dòng khí instrument để đóng/mở các van. Tín hiệu áp suất đầu ra (Pressure

Valve – PV) đƣợc lấy ra ngay đầu các van PCV. Khi này bộ điều khiển trung

tâm sẽ chọn giá trị áp suất cao hơn làm giá trị Process Value. Việc cài đặt áp

suất cho mỗi PVC và chế độ vận hành phụ thuộc vào chế độ hoạt động của hệ

thống điều khiển tự động chuyển đổi Local/Remote.

Có 2 chế độ vận hành van PCV là Enable và Disable, ở chế độ “Enable”

mỗi van đƣợc điều khiển bằng bộ điều khiển (Controller) còn ở chế độ

“Disable” mỗi van đƣợc điều khiển bằng một áp suất riêng lẻ. Tín hiệu đầu ra

PV đƣợc lấy ngay ở đầu các PCV. PVC trong hệ thống sử dụng ở chế đọ tự

động điều khiển. Ở chế độ “Enable” chỉ dùng 1 setpoint cho các van thƣờng

không gắn thiết bị điều áp, còn ở chế độ “Disable” có thể đặt riêng từng giá trị

setpoint cho mỗi van PCV và có thể vận hành ở chế độ Autp và Manual cho

mỗi van. Với chế độ “Disable” thì khi vận hành ổn định, van có giá trị

setpoint lớn sẽ mở còn van có giá trị setpoint nhỏ sẽ đòn hoàn toàn, nói chung

với chế độ này các PCV hoạt động theo nguyên tắc: khi áp suất đầu ra nhỏ

hơn điểm setpoint thì va đó mở thêm ra và ngƣợc lại khi áp suất đầu ra lớn

hơn điểm setpoint thì van đó đóng bớt lại. Độ chênh áp giữa các setpoint

thƣờng lấy từ 0.1– 0.5 bar.

2.4.3. Pressure Safety Valve (PSV) và Pressure Relief Valve (PRV)

Cả hai loại van trên đều có nguyên lý hoạt động khá giống nhau. Các van

này là một cơ cấu van dùng để tự động xả khí, hơi từ trong lò hơi, bồn chứa

áp suất hoặc những hệ thống khác khi áp suất vƣợt quá giới hạn cho phép đã

cài đặt trƣớc đó, đƣợc cài đặt một ngƣỡng áp suất an toàn, vì một lý do nào đo

mà áp suất trong đƣờng ống vƣợt mức cài đặt thì các van này mở ra để xả khí



nhằm đảm bảo an toàn. Điểm khác biệt duy nhất là khí có sự cố vƣợt áp so

với mức cài đặt của van thì PSV sẽ mở hết tiết diện của van và xả hết khí ra

ngoài, còn PRV thì chỉ mở tiết diện theo tỉ lệ vƣợt áp (nếu áp vƣợt càng cao

thì độ mở càng lớn và nếu áp xuống thấp hơn mức cài đặt thì van sẽ đóng lại).

2.4.4. Blowdown Valve (BDV)

Chế độ làm việc bình thƣờng van ở trạng thái đóng, van chỉ mở ra khi

Solenoid bị mất điện hoặc mất nguồn khí điều khiển. Nguyên lý hoạt động

của một BDV bình thƣờng là Normal Close, Fail Open. Tín hiệu điều khiển

mở các BDV bao gồm: tín hiệu từ hệ thống SDS, hệ thống F&G. Tất cả các

BDV đều có thể đóng mở trực tiếp tại site bằng tay quay.

2.4.5. Các loại van khác

Trong cụm xử lý khí Thái Bình ngoài các van quan trọng còn có hệ thống

các van nhƣ Ball valve (van bi), global valve (van cầu), check valve (van một

chiều), LCV (van điều khiển mức), LC (mức độ điều khiển), flow element –

FE (điều chỉnh dòng chảy),... đƣợc lắp đặt trên hệ thống ống dẫn trƣớc và sau

mỗi thiết bị tách Scrubber, lọc Filter Coalescer của cụm để tiến hành cô lập,

điều tiết hƣớng dòng chảy,... của lƣu lƣợng vào ra thiết bị.



CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

3.1. Giới thiệu phần mềm PV – Elite

PV – Elite là một chƣơng trình bao quát toàn diện cho công việc thiết kế

hoàn chỉnh cấu trúc hoặc phân tích tình toán chiều cao của trụ tháp, bình chịu

áp, vỏ bên ngoài và ống trao đổi nhiệt theo các tiêu chuẩn mới nhất theo thời

điểm này nhƣ là ASME, PD 5500 (British Code), UBC, EN 13445, API – 579

và theo hiệp hội hàn quốc tế.

PV – Elite định lƣợng toàn bộ ống bình, phân tích một cách chính xác về

khối lƣợng và sự chịu uốn khi có tác động của gió và động đất của tháp cao.

Nó kết hợp tính toán chiều dày vỏ của bình chịu áp suất trong thiết kế hoặc

kiểm tra chiều dày của bình, tính toán ứng suất chỏm trên tổng thể cấu trúc

chịu lực gây ra để cho ra chiều dày đúng với yêu cầu cho bình chịu áp. Bao

gồm các kiểu: các vỏ hình trụ elip, hình cầu, nón cụt, măt cong, cạnh thân và

các chi tiết yếm tròn. Chƣơng trình cung cấp chân đế bình, vỏ bao bình, v v...

chân trong khi thiết kế và cũng nhƣ cung cấp các đơn vị khi phân tích các

mép vành bao, chân đế và các thứ khác cấu thành. Là một chƣơng trình thiết

kế nhẹ nhàng cho công việc đòi hỏi việc cần tìm chiều dày, giá trị áp suất lớn

nhất và nhỏ nhất có thể cho phép khi làm việc và nhiệt độ cho phép, nó có thể

dùng cả hai cách sử dụng phầng mềm nhƣ là thiết kế mới hoặc kiểm định lại

chất lƣợng đảm bảo hay không. Trong quá trình thiết kế, tính toán thiết bị

chính cho quy trình công nghệ của cụm xử lý khí Thái bình phần mềm PV –

Elite đƣợc ứng dụng để tối ƣu các thông số cơ bản cho thiết bị.

Triển khai thiết kế các thiết bị chính (thiết bị tách Scrubber, thiết bị lọc

Filter) và các thiết bị phụ trợ cho cụm xử lý khí Thái Bình (Fuel gas skid)

đảm bảo các yêu cầu sau:



Đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành các thiết bị trong cụm xử lý

khí.

Hệ thống ống trƣợt có tỉ lệ độ dốc 1:50.

Áp suất vào GEG (Gas Engine Generator) 4 barg.

Thép chế tạo có % C 0,23 %…

3.2. Thành phần nguyên liệu đầu vào của quy trình thiết kế

Bảng thành phần và thông số dòng công nghệ vào ra cho mỗi thiết bị

Srcubber & Filter Saparator trong cụm xử lý khí Thái Bình (Fuel Gas Skid)

theo từng giai đoạn đƣợc tóm tắt theo các bảng dƣới đây (bảng 2.1, bảng 2.2,

bảng 2.3 và bảng 2.4).



Bảng 3.1. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Jan 2014

Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid

To Closed

Drain Vessel

Carbon dioxide 0.0103 0.0105 0.0005

Nitrogen 0.0128 0.0130 0.0001

Methane 0.8718 0.8906 0.0155

Ethane 0.0441 0.0450 0.0045

Propane 0.0187 0.0189 0.0069

Iso-Butane 0.0062 0.0062 0.0058

N-Butane 0.0048 0.0047 0.0063

Iso-Pentane 0.0026 0.0025 0.0086

N-Pentane 0.0015 0.0014 0.0064

Hexanes 0.0027 0.0021 0.0319

Methyl-Cyclopentane 0.0002 0.0002 0.0025

Benzene 0.0001 0.0000 0.0007

Cyclohexane 0.0002 0.0001 0.0021

Heptanes 0.0021 0.00011 0.0511

Methyl- Cyclohexane 0.0006 0.0003 0.0145

Toluene 0.0002 0.0001 0.0042

Octanes 0.0018 0.0004 0.0660

Ethyl-Benzene 0.0001 0.0000 0.0025

Meta+Para-Xylene 0.0002 0.0000 0.0062

Nonanes 0.0009 0.0001 0.0352

Decanes 0.0007 0.0000 0.0312

Undecanes Plus 0.0011 0.0000 0.0501

H2O 0.0164 0.0027 0.6433

Total 1.0000 1.0000 1.0000

Temperature (oC) 21.64 21.64 20.94

Pressure (kPag) 899 899 50



Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid

To Closed

Drain Vessel

Overrall Phase

Phase Mixed Vapour Liquid

Vapour Fraction 0.9785 1.0000 0.0213

Mass Flow (kg/h) 297.06 297.77 17.29

Mass Density (kg/m3) 8.33 7.85 128.93

Vapour Phase

Mass Flow (kg/h) 279.77 279.77 0.18

Actual Volume Flow

(m3/h)

35.62 35.62 0.11

Std Gas Flow

(MMSCFD) 0.300 0.300 0.000

Mass Density (kg/m3) 7.85 7.85 1.64

Viscosity (cP) 0.0114 0.0114 0.0106

Liquid Phase

Mass Flow (kg/h) 13.48 0.00 13.30

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.018 0.000 0.018

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 2.76 0.00 2.70

Mass Density (kg/m3) 731.49 731.49 737.45

Viscosity (cP) 0.6830 0.6830 0.7421

Aqueous Phase

Mass Flow (kg/h) 3.81 0.00 3.81

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.004 0.000 0.004

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 0.57 0.00 0.57

Mass Density (kg/m3) 1010.15 1010.15 1010.40

Viscosity (cP) 0.9631 0.9631 0.9793



Bảng 3.2. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Jan 2026

Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid

To Closed

Drain Vessel

Carbon dioxide 0.0071 0.0083 0.0001

Nitrogen 0.0188 0.0222 0.0000

Methane 0.7725 0.9122 0.0008

Ethane 0.0287 0.0339 0.0002

Propane 0.0061 0.0071 0.0001

Iso-Butane 0.0028 0.0033 0.0001

N-Butane 0.0008 0.0010 0.0001

Iso-Pentane 0.0008 0.0007 0.0001

N-Pentane 0.0003 0.0003 0.0001

Hexanes 0.0021 0.0022 0.0012


Benzene 0.0000 0.0000 0.0000

Cyclohexane 0.0001 0.0001 0.0001

Heptanes 0.0013 0.0012 0.0019

Methyl-Cyclohexane 0.0004 0.0003 0.0005

Toluene 0.0001 0.0001 0.0001

Octanes 0.0016 0.0010 0.0047

Ethyl-Benzene 0.0000 0.0000 0.0001

Meta+Para-Xylene 0.0001 0.0000 0.0003

Nonanes 0.0007 0.0002 0.0031

Decanes 0.0004 0.0001 0.0025

Undecanes Plus 0.0006 0.0000 0.0039

H2O 0.1547 0.0054 0.9799

Total 1.0000 1.0000 1.0000

Temperature (oC) 33.77 33.77 33.91




Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid

To Closed

Drain Vessel

Overrall Phase


Vapour Fraction 0.8468 1.0000 0.0010

Mass Flow (kg/h) 323.03 268.25 54.78

Mass Density (kg/m3) 8.64 7.19 541.28

Vapour Phase

Mass Flow (kg/h) 268.25 268.25 0.06

Actual Volume Flow

(m3/h)

37.32 37.32 0.04

Std Gas Flow

(MMSCFD) 0.300 0.300 0.000


Viscosity (cP) 0.0118 0.0118 0.0114

Liquid Phase

Mass Flow (kg/h) 6.96 0.00 6.91

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.009 0.000 0.009

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 1.4 0.00 1.38

Mass Density (kg/m3) 736.01 736.01 739.78

Viscosity (cP) 0.7205 0.7205 0.7617

Aqueous Phase

Mass Flow (kg/h) 47.82 0.00 47.82

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.049 0.000 0.048

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 7.11 0.00 7.11

Mass Density (kg/m3) 1001.01 1001.01 1000.62

Viscosity (cP) 0.7367 0.7367 0.7346



Bảng 3.3. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Oct 2027

Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid

To Closed

Drain Vessel

Carbon dioxide 0.0080 0.0084 0.0001

Nitrogen 0.0214 0.0223 0.0000

Methane 0.8775 0.9141 0.0044

Ethane 0.0326 0.0329 0.0009

Propane 0.0068 0.0072 0.0006

Iso-Butane 0.0032 0.0033 0.0007

N-Butane 0.0009 0.0010 0.0003

Iso-Pentane 0.0007 0.0007 0.0005

N-Pentane 0.0003 0.0003 0.0004

Hexanes 0.0003 0.0021 0.0072


Benzene 0.0000 0.0000 0.0001

Cyclohexane 0.0001 0.0001 0.0004

Heptanes 0.0015 0.0011 0.0112


Toluene 0.0001 0.0001 0.0008

Octanes 0.0018 0.0008 0.0255

Ethyl-Benzene 0.0000 0.0000 0.0006

Meta+Para-Xylene 0.0001 0.0000 0.0016

Nonanes 0.0008 0.0002 0.0150

Decanes 0.0005 0.0000 0.0113

Undecanes Plus 0.0007 0.0000 0.0168

H2O 0.0398 0.0040 0.8975

Total 1.0000 1.0000 1.0000

Temperature (oC) 28.34 28.34 28.36




Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid

To Closed

Drain Vessel

Overrall Phase


Vapour Fraction 0.9598 1.0000 0.0050

Mass Flow (kg/h) 285.61 267.52 18.09

Mass Density (kg/m3) 7.79 7.30 249.62

Vapour Phase Vapour Phase

Mass Flow (kg/h) 267.52 267.52 0.07

Actual Volume Flow

(m3/h)

36.63 36.63 0.05

Std Gas Flow

(MMSCFD) 0.300 0.300 0.000


Viscosity (cP) 0.0116 0.0116 0.0112

Liquid Phase

Mass Flow (kg/h) 7.96 0.00 7.89

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.011 0.000 0.011

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 1.61 0.00 1.59

Mass Density (kg/m3) 734.44 734.44 738.46

Viscosity (cP) 0.7162 0.7162 0.7598

Aqueous Phase

Mass Flow (kg/h) 10.13 0.00 10.13

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.010 0.000 0.010

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 1.51 0.00 1.51

Mass Density (kg/m3) 1005.12 1005.12 1004.82

Viscosity (cP) 0.8264 0.8264 0.8260



Bảng 3.4. Thành phần & thông số dòng công nghệ, Dec 2013

Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid To

Closed Drain

Vessel

Carbon dioxide 0.0103 0.0105 0.0005

Nitrogen 0.0128 0.0130 0.0001

Methane 0.8717 0.8905 0.0155

Ethane 0.0441 0.0450 0.0045

Propane 0.0187 0.0189 0.0068

Iso-Butane 0.0062 0.0062 0.0058

N-Butane 0.0048 0.0047 0.0063

Iso-Pentane 0.0027 0.0025 0.0086

N-Pentane 0.0015 0.0014 0.0064

Hexanes 0.0027 0.0021 0.0319


Benzene 0.0001 0.0000 0.0007

Cyclohexane 0.0002 0.0001 0.0022

Heptanes 0.0022 0.00011 0.0512


Toluene 0.0002 0.0001 0.0043

Octanes 0.0018 0.0004 0.0664

Ethyl-Benzene 0.0001 0.0000 0.0025

Meta+Para-Xylene 0.0002 0.0000 0.0062

Nonanes 0.0009 0.0000 0.0366

Decanes 0.0007 0.0000 0.0293

Undecanes Plus 0.0011 0.0000 0.0508

H2O 0.0165 0.0027 0.6433

Total 1.0000 1.0000 1.0000

Temperature (oC) 21.77 21.77 21.07




Inlet To Fuel

Gas Scrubber

Fuel Gas

Scrubber

Outlet Gas

HC Liquid To

Closed Drain

Vessel

Overrall Phase


Vapour Fraction 0.9785 1.0000 0.0213

Mass Flow (kg/h) 297.16 279.83 17.33

Mass Density (kg/m3) 8.33 7.85 129.05

Vapour Phase

Mass Flow (kg/h) 279.83 279.83 0.18

Actual Volume Flow

(m3/h)

35.64 35.64 0.11

Std Gas Flow

(MMSCFD) 0.300 0.300 0.000


Viscosity (cP) 0.0114 0.0114 0.0106

Liquid Phase

Mass Flow (kg/h) 13.51 0.00 13.33

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.018 0.000 0.018

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 2.76 0.00 2.71

Mass Density (kg/m3) 731.78 731.78 737.74

Viscosity (cP) 0.6836 0.6836 0.7427

Aqueous Phase

Mass Flow (kg/h) 3.82 0.00 3.82

Actual Volume Flow

(m3/h)

0.004 0.000 0.004

Std Liquid Vol Flow

(brarrell/day) 0.57 0.00 0.57

Mass Density (kg/m3) 1010.05 1010.05 1010.31

Viscosity (cP) 0.9600 0.9600 0.9762



3.3. Tính toán thiết kế cho thiết bị tách Scrubber

Đối với bảng 3.1 ta có:

+ Ql, Qg : là lƣu lƣợng thực tế ở pha lỏng và pha hơi (m3/h).

+ , : là khối lƣợng riêng ở pha lỏng và pha hơi (kg/m3)

Tổng lƣu lƣợng đi vào thiết bị:

√

√

( ) ⁄

Thông số dòng chảy:

√

√

Thông số dòng chảy với loại ống dẫn dạng phân nửa:

Thông số giảm tải cho lƣu lƣợng vào thiết bị tách:

Với = 1 (vì L=0,0007162 Pa-s < 0,001 Pa-s) là thông số giảm tải

cho độ nhớt dòng nguyên liệu vào thiết bi, ta có kích thƣớc tối thiểu cho thiết

bị tách Scrubber:

√

√

( )



Khối lƣợng riêng cho hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị:

Có: {

( )

Từ khối lƣợng riêng và vận tốc của hỗn hợp vào thiết bị tách ta có

đƣờng kính ống nạp liệu và các cửa xả gắn trên thiết bị:

{

√ ( )

{

Với kích thƣớc đƣờng kính ống nạp liệu = 28 mm nhỏ hơn kích

thƣớc tiêu chuẩn dtc = 2 inch nên chọn các ống gắn vào thiết bị có đƣờng kính

là 2 inch.

Trong đó:

h là chiều cao tối thiểu của thiết bị đo định mức, h = 0.7 m.

X1 = 0.3D (minimum = 0.3 m)

X2 = d1

X3 = 0.45D (minimum = 0.9 m)

X4 = 0.15D (minimum = 0.15)

twm = 0.1 m (chiều dày màng tách – lớp sƣơng)

Vậy: H = 0.7 + 0.3 + 0.028 + 0.9 + 0.1 + 0.15 = 2.178 m = 2178 mm.



Tính toán tƣơng tự cho các bảng 3.2, bảng 3.3 và bảng 3.4. Sau tính toán,

tối ƣu hóa ta có bảng số liệu về kích thƣớc sơ bộ theo giá trị có thể thiết kế

đƣợc (minimum) và các thông số của thiết bị nhƣ sau:

Bảng 3.5. Kích thƣớc sơ bộ thiết bị tách Scrubber

Vapour phase Liquid phase Aqueous

Actuaral volume

flow (m3/h)

37.32 0.018 0.048

Mass density (kg/m3) 7.85 736.01 1010.05

Mass flow (kg/h) 297.06 13.48 47.82

Viscosity (Pa-s) 0.0000118 0.0007162 0.0009631

Q*max (m3/s) 0.001

√

D (m) 0.52 √

Pm 8.31

Vm (m/s) 15.97

d1 (m) 0.028

H (m) 2.178

Sau khi tính toán kích thƣớc sơ bộ cho thiết bị, tối ƣu hóa, tiến hành tính

toán cơ khí cho thiết bị dựa vào phần mềm PV – ELITE : ASME section VIII

– Division (Provide by Intergraph. Inc). Xuất ra bảng Datasheet cho thiết bị

tách Scrubber với các thông số đầu vào thiết bị nhƣ dòng công nghệ, khối

lƣợng riêng, độ nhớt, độ chênh áp, lƣu lƣợng vận hành …nhƣ dƣới đây.



Bảng 3.6. Thông số đầu vào cho thiết bị tách Scrubber

STT Input process data

1 Contents HC gas&HC

liquid

2 Case (maximum) Condensate &Gas

3 HC

Liquid

Surface tension (dyne/cm) 20.57

Viscosity (cP) 0.683

Density at working temperature

(kg/m3)

731.5

4 Vapour


Molecular weight (g/mol) 18.69

Density at working temperature

(kg/m3)

7.854

Flow (MMScfd) 0.3

Quantity (kg/hr) 279.8

Volumetric flow (m³/h) 35.62

5 Water

Surface tension (dyne/cm) 72.68


Density at working temperature (kg/

m³) 1010

Quantity (kg/h) 3.813

6 Condensate Flow (kg/h) 13.48

7 Capacity (MMSCFD) 0.3066



Từ các thông số đầu vào cho thiết bị tách, tính toán dựa trên bảng số liệu

tính toán tối thiế để tối ƣu hóa cho quá trình thiết kế chi thiết cho thiết bị tách

theo các tiêu chuẩn:

Thiết bị thiết kế thuộc loại bình áp lực dạng thảng đứng. Thiết kế dựa

trên tiêu chuẩn ASME SEC.VIII Div.1 (Ed. 2010 + Addenda) & PTS

31.22.20.31 (Sep.2011).

Các tiêu chuẩn thiết kế áp dụng cho đƣờng kính thiết bị, chiều cao,

nhiệt đố và áp suất làm việc của thiết bị, khối lƣợng chế tạo, khối lƣợng hoạt

động,…Từ đó xuất ra bảng dữ liệu thiết kế tiêu chuẩn cho thiết bị tách

Scrubber nhƣ dƣới đây:

Bảng 3.7. Thông số thiết kế tiêu chuẩn cho thiết bị tách

STT Design data

1 Design and Construction Code ASME SEC. V III Div. 1 (Ed. 2010

+ Addenda) & PTS 31.22.20.31 (Sep.2011)

2 Code Stamp Yes

3 Operating temperature (max / min) 34 / 21 °C

4 Operating pressure (max / min) 900 / - kPag

5 Design temperature (max / min) 65 / -20 °C

6 Design pressure (Internal / external) 1100 / - kPag

7 Test pressure, hydrostatic As per Spec. & Code

kPag

8 Inside Diameter 1100 (VTA) mm

9 Length between tangent lines 2750 (VTA)

10 Type of heads 2 : 1 Semi Ellip

11 Type of Support Skirt



STT Design data

12 Orientation Vertical

13 Internals: Demister, Vortex Breaker, Half Open Pipe, Feed Device.

14 Total volume 2.96 m3

15 Normal liquid volume (Note *) 0.6 m3

16 Volume range required for level control 0.35 m3

17 Shell thickness 8 mm

18 Head thickness 10 mm

19 Corrosion 3 mm

20 MAWP 1100 kPag

21 MAP 1100 kPag

22 MDMT -20

23 Height of skirt to bottom tangent line 600

24 Ladder and platform Yes

25 Relief valve (s)

Type/ size

Set pressure 1100 kPag

Number required 2 x 100%

26 Seismic Design ASCE 7 + PTS

31.22.20.31

27 Wind design ASCE 7 + PTS

31.22.20.31

28 Design Wind Speed 28 m/s

29 Transportation Load Yes

30 Cyclic service No



Note * : The scrubber shall have buffer volume between 900kPag and 420

kPag for 10 minutes for essential instrument users.

Sau khi có các thông số thiết kế cho thiết bị tách, dựa vào tiêu chuẩn

ASME SEC.VIII Div.1 để xác định đƣợc các loại vật liệu chế tạo nhƣ vật liệu

làm vỏ, đƣờng ống nạp liệu, các mặt bích gắn bên trong, ngoài của thiết bị

tách, chân đỡ, tai treo,… đƣợc liệt kê theo:

Bảng 3.8. Vật liệu chế tạo thiết bị tách Scrubber

STT MATERIALS

1 Shell SA 516 GR 70

2 Heads SA 516 GR 70

3 Reinforcing pad/Attachment pad SA 516 GR 70

4 Skirts, base plates, etc SA 283 Gr. C

5 Nozzles neck (plate) SA 516 GR 70

6 Nozzle neck (seamless pipe) SA 106 Gr. B

7 Vortex Breaker SA 516 GR 70

8 Flanges / Blind SA 105

9 Welded Fittings SA 234 WPB

10 External cleats, clip, brackets for platforms,

piping, etc SA 36

11 Demister SS 316L

12 R5emovable Internals SS 316L

13 Half open pipe feed device SA 106 Gr. B

14 Bolts external SA 193 B7

15 Nuts external SA 194-2H

16 Bolts internal SA 193 B7



STT MATERIALS

17 Nuts external SA 194-2H

18 Lifting Lugs SA 283 Gr. C

19 Name plate SS 316L

20 Earthing boss SS 316L

21 Manway Davit SA 516 Gr.70

Bảng 3.9. Tiêu chuẩn kích thƣớc cho các chi tiết của thiết bị tách

STT Dimension

1 Construction in accordance with

ASME SEC. V III Div. 1 (Ed.

2010 + Addenda) & PTS

31.22.20.31 (Sep.2011)

2 Inspection As per Code and Spec.

3 Inspection Authority ASME AI & 3rd Party

Certification Agency

4 Chemical analysic As per Code and Spec

5

Manufacturer's certificate

+ Chemical analysis BS EN ISO 10474 - 3.1B

+ Mechanical data BS EN ISO 10474 - 3.1B

6 Pneumatic Pressure Test No

7 Post Weld Heat Treatment As per Code and Spec

8 Other Heat Treatment As per Code and Spec

9 Radiography (RT) Yes - 100%

10 Magnetic Particle Inspection (MPI) As per Code and Spec

11 Dye Penetrant Inspection (DPI) No



STT Dimension

12 Ultrasonic Testing (UT) As per Code and Spec.

13 Impact Tests As per Code and Spec.

14 Hydrostatic Test As per Code and Spec.

Bảng 3.10. Các giá trị khối lƣợng thiết kế của thiết bị tách

STT WEIGHTS

1 Fabricated weight (without removable internal) 1483 kg

2 Erected weight (with removable Internal) 1533 kg

3 Operating weight 2515 kg

4 Test weight 4443.6 kg

5 Weight of internals 50 kg

8 Shipping weight 1533 kg

Sau khi tính toán sơ bộ và tối ƣu bằng phần mềm PV – ELITE cho ra các

bảng thông số kích thƣớc, tiêu chuẩn của các chi tiết cho thiết bị tách khí

Scrubber ta tiến hành thiết kế bản chi tiết cho thiết bị tách khí cho cụm xử lý

khí Thái Bình nhƣ dƣới đây bản vẽ 4.



3.4. Tính toán thiết bị lọc khí FC

Tính toán kích thƣớc sơ bộ cho thiết bị lọc FC dựa vào các thông số trong

4 case trên (lấy theo giá trị maximum), sau đó tính toán tối ƣu xuất ra bảng số

liệu kích thƣớc thiết kế và các thông số của thiết bị. Tính toán cho case 1, ta

có:

QL, QG là lƣu lƣợng thực tế ở pha lỏng và hơi (m3/h).

, là khối lƣợng riêng ở pha lỏng và hơi (kg/m3).

Tổng lƣu lƣợng đi vào thiết bị lọc, Q*max :

√

√

( )

⁄

Thông số dòng chảy:

√

√

Thông số dòng chảy cho loại ống nạp liệu mở một nửa:

Thông số giảm tải cho lƣu lƣợng vào thiết bị:

Thông số giảm tải cho độ nhớt vào thiết bị:

=1 (vì L=0.0007162 Pa-s < 0.001 Pa-s)

Kích thƣớc đƣờng kính tối thiểu cho thiết bị FC:



√

√

Khối lƣợng riêng cho hỗ hợp vào thiết bị:

Có: {

( )

Từ khối lƣợng riêng và vận tốc của hỗn hợp đi vào thiết bị ta tính đƣợc

kích thƣớc của ống nạp liệu, và các cửa xả có trên thiết bị.

{

√ ( )

{

Với kích thƣớc đƣờng kính ống nạp liệu d1 = 25 mm nhỏ hơn kích

thƣớc tiêu chuẩn dtc = 2 (inch) nên ta chọn các ống gắn trên thiết bị có đƣờng

kính là 2 (inch)

Chiều cao tối thiểu của thiết bị đƣợc tính:

Trong đó:

+ h là chiều cao của tối thiểu của thiết bị đo mức bằng 0.7 m.

+ X1= 0.25 * D (minimum=0.1 m)

+ X2= 0.45 * D (minimum = 0.45 m)

+ X3= 0.45 m (đối với với loại thép không gỉ)

Vậy: H = 0.7 + 0.1 + 0.45 + 0.45 = 1.7 (m) = 1700 mm



Tính toán tƣơng tự cho các case 2, case 3, case 4. Sau tính toán, tối ƣu hóa

ta có bảng số liệu về kích thƣớc sơ bộ theo giá trị có thể thiết kế đƣợc

(minimum) và các thông số của thiết bị nhƣ sau:

Bảng 3.11. Kích thƣớc sơ bộ của thiết bị lọc FC

Vapour phase Liquid phase Aqueous

Actuaral volume flow 37.32 0.018 0.048

Mass density (kg/m3) 7.85 736.01 1010.05

Mass flow (kg/h) 297.06 13.48 47.82

Viscosity (Pa-s) 0.0000118 0.0007162 0.0009631

Q*max (m3/s) 0.001

√

0.005 √

0.001

0.991

( )

D (m) 0.126 √

Pm 8.317

Vm (m/s) 21.234

d1 (m) 0.025

H (m) 1.7



Sau khi tính toán kích thƣớc sơ bộ cho thiết bị, tối ƣu ,tính toán cơ khí cho

thiết bị dựa vào phần mềm: PV – ELITE: ASME section VIII – Division

(Provide by Intergraph, Inc) xuất ra (datasheet) cho thiết bị Filter

Separator(FS). Ta có các thông số đầu vào cho thiết bị: dòng, khối lƣợng

riêng, độ nhớt, độ chênh áp …. Nhƣ bảng 2.12. dƣới đây:

Bảng 3.12. Thông số đầu vào cho thiết bị (FC).

Process Data

Fluid filtered Gas

Location of Filter

Downstream of

Instrument/Fuel Gas

Scrubber

Densities @ T,P (kg/m3) 7.85

Viscosity @ T,P (cP) 0.01136

Filter Performance Requirements:

Min Particle Size (Micron) 5

Normal Pressure Drop (bar) 0.5

Maximum Pressure Drop (dirty) (bar) 0.7

Capacity (MMSCFD) 0.3066

Từ thông số đầu vào của thiết bị, tính toán dựa trên bảng số liệu tính toán

tối thiểu để tối ƣu cho quá trình tính toán thiết bị dựa theo các tiêu chuẩn của

phần mềm PV – ELITE. Xuất ra bảng dữ liệu thiết kế tiêu chuẩn cho thiết bị

Filter Coalescer (FC) nhƣ dƣới đây:



Bảng 3.13. Thông số tiêu chuẩn thiết kế cho thiết bị FC

Design Data

Design and Construction Code: ASME SEC. VIII Div. 1 (Ed. 2010 +

Addenda) & PTS 31.22.20.31 (Sep.2011)

Code Stamp Yes

Operating temperature (max/min) 34/21 oC

Operating pressure (max/min) 900/- kPag

Design temperature (max/min) 65/-20 oC

Design pressure (Internal/external) 1100/- kPag

Test pressure, hydrostatic As per Spec & Code kPag

Inside Diameter 200 mm

Length between tangent lines 2760 mm

Type of heads 2:1 Semi Ellip

Type of Support Skirt

Orientation Vertical

Total volume 0.085 m3

Corrosion allowance 3 mm

Internal Demister/Vane pack,Vortex Breaker

MAWP 1100 kPag

MAP 1100 kPag

MDMT -20 oC

Design Wind Speed 26 m/s

Weights

Fabrication weight

(without removable internal) 300 kg



Design Data

Eraction weight

(with removable internal) 350 kg

Operating weight 360 kg

Test weight 388 kg

Weight of internals 50 kg

Shipping weight 350 kg

Thiết bị thuộc loại bình, bồn áp lực dạng thẳng đứng. Thiết kế dựa trên

tiêu chuẩn ASME SEC. VIII Div. 1 & PTS 31.22.20.31. Các kết quả tính toán

bao gồm: đƣờng kính, chiều cao, nhiệt độ, áp suất, khối lƣợng chế tạo vào

khối lƣợng hoạt động,… Sau khi có các thông số cho thiết bị, ta dựa vào tiêu

chuẩn ASME SEC. VIII Div. 1 để xác định đƣợc các loại vật liệu chế tạo. Vật

liệu làm vỏ, đƣờng ống nạp liệu, các mặt bích bên trong và bên ngoài thiết bị,

các chân đỡ, tai treo,… Vật liệu chế tạo thiết bị lọc FC nhƣ bảng 2.14:

Bảng 3.14. Vật liệu chế tạo thiết bị FC

Materials

Shell SA 516 GR 70

Heads SA 516 GR 70

Reinforcing pad/Attachment pad SA 516 GR 70

Skirt, base plates, etc SA 516 GR 70

Nozzle neck (plate) SA 516 GR 70

Nozzle neck (Seamless pipe) SA 106 Gr. B

Vortex breaker SA 516 GR 70

Flanges/Blind SA 105

Welded Fittings SA 234 WPB



Materials

External cleats, clip, brackets for

platforms, piping, etc SA 36

Demister/ Vane Pack SS 316L

Removable Internals SS 316L

Bolts external SA 193 B7

Nuts external SA 194-2H

Bolts internal SA 193 B7

Nuts internal SA 194-2H

Davit SA 106B

Lifting Lugs SA 516 GR 70

Name plate SS 316L

Earthing boss SS 316L

Sau khi tính toán sơ bộ và tối ƣu bằng phần mềm PV – ELITE cho ra các

bảng thông số kích thƣớc, tiêu chuẩn của các chi tiết cho thiết bị tách lọc ta

tiến hành thiết kế bản chi tiết cho thiết bị tách khí cho cụm xử lý khí Thái

Bình nhƣ bản vẽ 5.



3.5. Biện pháp chống ăn mòn và bố trí sàn lắp đặt các thiết bị cho cụm xử

lý khí giàn Thái Bình

Sau quá trình thiết kế hoàn thiện cần tiến hành các quy trình kiểm tra (test)

lại các yếu tố:

Kiểm tra tổng thể toàn hệ thống trong cụm.

Kiểm tra thiết bị trong nƣớc dùng thử thủy tĩnh ở áp suất tiêu chuẩn để

kiểm tra độ bền thép chế tạo, độ rò rỉ của thiết bị, khả năng ứng suất của thiết

bị sau chế tạo.

Đánh giá hiệu suất làm việc của hệ thống các thiết bị trong cụm.

Kiểm tra lắp ráp các thiết bị phụ trợ, thiết bị đo đạc và kiểm soát.

Chống ồn, chống rung cho các thiết bị trong quá trình hoạt động.

Sơn phủ bề mặt thiết bị ( làm sạch bề mặt & sơn bọc sau 8h phun

cát)…

Lắp đặt các thiết bị miệng giếng và các hệ thống đƣờng ống thu gom.

Cụm thiết bị gồm có Scrubber, Filter và các thiết bị phụ trợ (van,

bơm…).

Các hệ thống kiểm soát an toàn về mức, áp suất, nhiệt độ đƣợc lắp đặt

kèm theo để đảm bảo quá trình hoạt động của toàn bộ cụm xử lý khí.

3.5.2. Biện pháp chống ăn mòn

Ngoài nhiệm vụ thiết kế thì việc lựa chọn các biện pháp bảo vệ, chống ăn

mòn cho thiết bị trong từng môi trƣờng lắp đặt và hoạt động là rất cần thiết và

đƣợc đối với mọi công trình Dầu khí. Có rất nhiều dạng ăn mòn nhƣ:

Ăn mòn lỗ: là dạng ăn mòn điẹn hóa, xảy ra với các kim loại và hợp

lim có tính ăn mòn thụ động nhƣ Fe, Cr, Al, Ni,…



Ăn mòn tinh giới là ăn mòn xảy ra ở biên giới hoặc lân cận các hạt tinh

thể, đây cũng là một dạng của ăn mòn điẹn hóa.

Ăn mòn ứng suất là dạng ăn mòn xảy ra khi chi tiết làm việ trong môi

trƣờng ăn mòn, đồng thời chịu các tác động của ứng suất gây nên nứt, rạn,

gãy,…

Có 5 biện pháp chống ăn mòn cơ bản nhƣ:

Thiết kế kết cấu hợp lý.

Xử lý bề mặt chi tiết.

Xử lý môi trƣờng.

Lựa chọn vật liệu chống mài mòn.

Bảo vệ điện hóa.

Khi lựa chọn vật liệu thiết kế cần lƣu ý một số quy tắc:

Trong môi trƣờng khử hoặc oxi hóa yếu, có axit nhƣng không có oxy

hòa tan nên sử dụng họp kim có Ni hoặc Cu.

Trong môi trƣờng oxy hóa nên sử dụng hợp kim chứa Crom (Cr).

Trong môi trƣờng oxy hóa cực mạnh nên sử dụng Ti và hợp kim Ti.

Các biện pháp xử lý bề mặt đem lại hiệu quả chống mài mòn rất tốt nhƣng

thƣờng đòi hỏi các trang thiết bị phức tạp và giá thành cao. Các biện pháp xử

lý bề mặt thƣờng dùng là:

Photphat hóa và cromat hóa bề mặt.

Phủ kim loại.

Hóa nhiệt luyện.

Tạo lớp phủ bằng công nghệ hóa học.



Tạo lớp phủ bằng công nghệ điện hóa.

Sơn phủ bảo vệ (lớp sơn lót, lớp sơn trung gian, lớp sơn mặt)

Có thể lựa chọn biện pháp bảo vệ, chống ăn mòn cho thiết bị tách phù hợp

với môi trƣờng làm việc để đạt hiệu quả cao. Do thiết bị tách – lọc khí của

cụm xử lý khí Thái Bình hoạt động ở giá trị nhiệt độ và áp suất trong giới hạn

nhất định nên ta không thể thay đổi nhiệt độ môi trƣờng nên thƣờng đƣợc sử

dụng biện pháp chất ức chế ăn mòn để xử lý môi trƣờng.

3.5.3. Bố trí lắp đặt các thiết bị cho cụm xử lý giàn Thái Bình

Khi hoàn thiện quá trình thiết kế và sử dụng các biện pháp chống ăn mòn

cho các thiết bị của cụm xử lý giàn Thái Bình ta tiến hành bố trí lắp đặt cho

cụm xử lý khí theo thiết kế PDMS (Plant Design Management System) nhƣ

bản vẽ 6.



KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu về đề tài tốt nghiệp : “ Thiết kế quy

trình công nghệ cho cụm xử lý khí – hệ thống khí nhiên liệu cho giàn Thái

Bình (Instrument/Fuel Gas Skid)” với bố cục nhƣ trên đã giúp tôi:

1. Vận dụng đƣợc những kiến thức đã học vào một trƣờng hợp cụ thể

mang tính thực tiễn.

2. Hiểu biết và nắm bắt đƣợc:

Nguyên lý hoạt động của các thiết bị tách, lọc khí nhiên liệu trên giàn.

Nguyên lý vận hành hệ thống các van, các thiết bị phụ trợ gắn kèm thiết

bị chính và trong quy trình của cụm xử lý khí Thái Bình.

Mục đích sử dụng nguồn sản phẩm sau quá trình xử lý khí nhiên liệu

(fuel gas) của cụm xử lý khí Thái Bình.

3. Đồng thời cũng là một ý tƣởng giúp tiến hành thiết kế cho các cụm Skid

khác có những quy trình vận hành song song, tƣơng đƣơng với cụm xử lý khí

Thái Bình trong tƣơng lai.

Khi triển khai thiết kế cần hƣớng tới một thiết kế tối ƣu cho thiết bị tách

khí cho cụm xử lý khí Thái Bình nói riêng và các dự án dầu khí khác nói

chung để đạt đƣợc những hiệu quả kinh tế cao nhƣ có thể giảm thiểu kích

thƣớc thiết bị cho phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng – vận hành, cùng

với đó có các biện pháp cải tiến kỹ thuật tối ƣu để có thể lựa chọn các thiết bị

công nghệ mới hơn cho thiết kế.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Buhlmann tube solution (05/2009), Stocklist – ASTM Fittings

&Vorratsliste – ASTM Fittings (Power | Chemical | Engineering | Shipyards |

Oil & Gas | Projects), Buhlmann group (Germany | Austria | Finland | France

| Great Britain | Italy | Netherlands | Russia | Argentina | China | Singapore |

Thailand)

2. Eleventh Edition – SI (1998). Engineering Data Book GPSA ( Gas

Processors Supplier Association).

3. Hà Thanh Nam (2010). Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động bình tách

dầu khí, Luận án tốt nghiệp,Trƣờng đại học Mỏ địa chất Hà Nội.

4. Lê Nhật Tân (2013). Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hạt động thiết bị lọc

khí của nhà máy khí Cà Mau, Báo cáo thực tập tốt nghiệp, trƣờng ĐH công

nghiệp Tp Hồ Chí Minh.

5. Maurice Stewart, Ken Arnold (2008). Gulf Equipment Guides (Gas –

Liquid and Liquid – Liquid Separators).

6. Petronas Technical Standards (2002),“Gas/Liquid Separators – Type

selection and Design rules”.

7. Provision of conceptual and feed services for Thai Binh development

project, blocks 102 & 106, Offshore Viet Nam (TBDP-A-M-SP-0010).

8. Physical Properties, User’s Guide, USA.

9. Rules for construction of pressure vessels (ASME. Section VIII Div.1)

Documents

Tran Thi Ngoc Anh