Tkc q3 chuong 19 he thong co2n2 (rev 3)

Chương

19
HỆ THỐNG CO2 & N2

Tháng 10/2017
Thực hiện:

Nguyễn Hữu Trung

Kiểm tra:

Bùi Văn Tú

Ngày

Ký tên


MỤC LỤC
1.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ SỰ CẦN THIẾT ........................................1

1.1.

Hệ thống CO2 ...............................................................................................................1

1.2.

Hệ thống N2: ................................................................................................................1

2.

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ...............................................................................................2

2.1.

Thơng số thiết kế ..........................................................................................................2

2.2.

Tiêu chuẩn áp dụng: .....................................................................................................3

3.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ..................................................................4

3.1.

Hệ thống CO2: .............................................................................................................4

3.2.

Hệ Thống N2: ...............................................................................................................7

4.

PHỤ LỤC..................................................................................................................10

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

1.
1.1.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ SỰ CẦN THIẾT
Hệ thống CO2

Đa phần máy phát sử dụng khí H2 để làm mát. Vì Hydro là khí dễ cháy nổ khi có tỷ lệ
hịa trộn với khơng khí. nên việc làm sạch không gian máy phát là việc rất quan trọng.
Ở đây ta sử dụng phương pháp dung môi chất khí trung gian khơng gây cháy. Nên sử
dụng khí CO2 làm môi chất trung gian để làm sạch không gian máy phát.
Khí CO2 được sử dụng để làm sạch khơng khí ra khỏi máy phát điện trước khi điền khí
H2 vào hệ thống làm mát máy phát. Trong quá trình bảo trì máy phát để tránh cháy nổ
do khí Hydro nên ta cần nạp khí CO2, nhằm làm sạch hồn tồn khí Hydro ra khỏi
máy phát.
1.2.

Hệ thống N2

Trong NMĐ có rất nhiều ống và các thiết bị dạng ống bằng thép, như ống lị hơi, ống
bình gia nhiệt,ống bình ngưng, ống bình khử khí vv… Việc giữ cho ống khơng bị oxy
hóa là việc rất cần thiết, vì nếu ống bị oxy hóa gây ra rất nhiều vấn đề như: làm giảm
hiệu xuất trao đổi nhiệt trong các thiết bị, làm giảm chất lượng nước cấp dẫn tới hư hại
cánh tua bin cũng như lò hơi, làm giảm tuổi thọ của ống khi ống bị ăn mịn có thể dẫn
tới bục ống.việc có khơng khí hoặc một số khí khác dễ dẫn đến cháy nổ gây mất an
toàn cho hệ thống. Để tránh và giảm thiệt hại trên ta dùng mơi chất khí trung gian có

đặc tính trơ về mặt hóa học cũng như khơng duy trì sự cháy để bơm vào ống cũng như
thiết bị để đuổi khơng khí ra.
Khí Nitơ chiếm 78% thể tích khơng khí, ở nhiệt độ chuẩn khí N2 là một khí khơng
màu, khơng mùi, khơng vị. Khí N2 khơng độc, khơng cháy.Khí Nitơ là khí trơ và hầu
như khơng tham gia phản ứng hóa học.
Do đặc tính trơ về mặt hóa học của khí Nitơ, và chiếm tỷ trọng lớn trong khơng khí
nên Nitơ được sử dụng như một môi trường bảo vệ chống lại sự Oxy hóa, sự cháy bởi
khơng khí, sự ơ nhiễm bởi độ ẩm.
Trước khi khởi động nhà máy ta cần bơm khí Nitơ vào ống và các thiết bị nhằm giữ
cho ống và thiết bị không bị hư hại do bị oxy hóa. Và cũng tránh bị cháy nổ trong q
trình khởi động vì Nitơ là khí trơ khơng cháy.
Khi bảo trì nhà máy khí N2 cũng được bơm vào đường ống và thiết bị nhằm tránh hư
hại cho ống và thiết bị do bị oxy hóa. Việc sử dụng khí N2 là rất quan trọng nó ảnh
hưởng tới độ bền của ống và thiết bị. Giúp năng cao tuổi thọ của nhà máy và tránh rủi
ro cháy nổ.

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 1 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

2.
2.1.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ
Thơng số thiết kế

Hệ thống CO2
Bảng 1: Thơng số hệ thống cấp khí CO2
Số lượng u
Ghi
cầu cho nhà
chú
máy (2 tổ)

STT

Mơ tả tính tốn

Đơn vị

1

Áp suất CO2 trong hệ thống

Bar

5

2

Áp suất Cacbonic trong bình

Bar

70

3

Độ tinh khiết cho điều kiện hoạt động
%
bình thường

4

Nhiệt độ mơi trường làm việc

0

C

5~50

5

lượng điền đầy CO2

Nm3

120

7

Khay chiết vận hành bình thường

bộ

1

8

Khay chiết dự phịng

bộ

1

9

Lưu lượng CO2 chiết từ bình (tính tốn)

Nm3/h/bộ

6.6

10

Chọn Lưu lượng CO2 chiết từ bình

Nm3/h/bộ

7

11

Khối lượng của 1 bình chứa cao áp

kg

32

12

Số bình chứa cao áp

bình

120

> 99.5%

Hệ thống N2:
Bảng 2: Thơng số hệ thống cấp khí N2
STT

Mơ tả

Đơn vị

Số lượng

1

Áp suất N2 trong hệ thống khi điền

Bar

1.313

2

Áp suất N2 trong bình

Bar

151

3

Độ tinh khiết cho điều kiện hoạt động
%
bình thường

4

Nhiệt độ khi điền

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

0

C

Ghi
chú

> 99.5%
40

Trang 2 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

STT

Mơ tả

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Đơn vị

Ghi
chú

Số lượng

5

lượng khí N2 điền đầy

Nm3

6

Khay chiết vận hành bình thường

bộ

10

7

Thể tích bình chứa N2

lít

46.7

8

Số bình chứa cao áp

bình

200

994.73

Tiêu chí thiết kế cho van,đường ống và phụ kiện
Bảng 3: bảng tiêu chí thiết kế van.đường ống và phụ kiện
Stt.

Thiết bị

Mã và tiêu chuẩn

1

Ống mềm

JIS K 6375

2

Van an toàn

ASME SEC VIII, DIV 1

3

Van điều chỉnh áp suất

ASME B31.3

4

van

ASME B16.34

5

Áp kế

EN 837-1

6

Đường ống

ASME B31.1

7

Mặt bích

ANSI B16.5

8

Phụ kiện

ASME B16.11

2.2.
2.2.1.

Tiêu chuẩn áp dụng
Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)

TCVN 8366:2010: Bình chịu áp lực - Yêu cầu kỹ thuật an toàn về thiết kế, kết cấu, chế

tạo
TCVN 6008:2010: thiết bị áp lực – Mối hàn yêu cầu kỹ thuật và Phương pháp kiểm tra
TCVN 6155:1996:Bình chịu áp lực - Yêu cầu kỹ thuật an tồn về lắp đặt, sử dụng, sữa
chữa
TCVN 6156-1996:Bình Chịu Áp Lực - Yêu cầu kỹ thuật an toàn về lắp đặt, sử dụng,
sữa chữa-Phương pháp thử
2.2.2.

Tiêu chuẩn quốc tế

BS5000 Specification for Unfired Fusion-Welded Pressure Vessels

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 3 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

3.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP

3.1.

Hệ thống CO2

Có 2 phương pháp cấp khí CO2 cho hệ thống:
-

Thu khí CO2 từ nhà máy

Với đặc điểm nhà máy nhiệt điện đốt than nên lượng khí CO2 sinh ra trong q
trình cháy là chủ yếu có thể tận dụng lượng khí CO2 phát thải này dùng cho hệ
thống.
Sơ đồ thu hồi khí CO2

Với Phương pháp trên thu hồi được lượng khí CO2 rất lớn có thể dùng cấp cho các
mỏ khai thác dầu. Tuy nhiên chi phí đầu tư hệ thống thu hồi khí CO2 là rất lớn và
với việc lượng khí CO2 cấp cho máy phát là nhỏ nên việc đầu tư hệ thống thu hồi
là khơng khả thi.
-

Mua khí CO2 (từ các bình chứa CO2 cao áp)

Như đã phân tích ở trên do lượng khí CO2 cần sử dụng là nhỏ và cần độ tinh khiết
cao. Lên Phương pháp này là hợp lý về kinh tế cũng như đáp ứng được yêu cầu kỹ
thuật.lên chọn giải pháp này để sử dụng cho nhà máy.
-

Sơ đồ cấp khí CO2 từ bình chứa cao áp

Hình 1.1:Sơ đồ hệ thống cấp CO2 từ bình cao áp

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 4 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Mơ tả sơ đồ:
Bình khí CO2 được chất lên khay chiết qua các ống kết nối với ống góp, từ ống góp
đưa vào bộ giảm áp, CO2 được giảm áp đưa qua bộ hóa hơi, sau khi CO2 bị hóa hơi sẽ
được đưa qua bộ gia nhiệt, sau khi được gia nhiệt khí CO2 sẽ được đưa vào bộ giảm
áp thêm một lần nữa, sau khi được giảm áp khí CO2 sẽ được bơm vào trong máy phát
điện.
Khay chiết CO2 (CO2 gas rack):

Hình 1.2:khay chiết CO2
Hệ thống này CO2 được nối với ống cấp theo nhu cầu sử dụng khí CO2 trong một
khoảng thời gian nhất định. Ống được thiết kế chịu được 80bar làm bằng thép không
gỉ. Để kiểm tra lượng CO2 cịn lại trong bình bằng sự chênh áp.
Bộ giảm áp CO2 (CO2 Pressure Reducing Skid)

Hình 1.3:Bộ giảm áp CO2
Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 5 / 10

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Bộ giảm áp CO2 dùng để điều chỉnh áp từ bộ chiết về áp suất thiết hợp bằng cách sử
dụng 2 bộ điều chỉnh áp suất. Bộ điều chỉnh thứ nhất điều chỉnh áp từ 70 bar xuống 20
bar, Bộ điều chỉnh thứ 2 chỉnh áp từ 20 bar xuống 5 bar. Việc sử dụng 2 bộ giảm áp
nhằm mục đích điều chỉnh áp suất cho chính xác hơn. Bộ giảm áp từ áp cao xuống áp
thấp, với bộ giảm áp phía sau là từ 20bar xuống 5bar nếu áp cấp cho bộ sau là áp ban
đầu thì sẽ gây hỏng hệ thống. Để tránh tình trạng đó ta nắp 2 van an toàn, van thứ nhất
cài ở áp 24bar, van thứ 2 cài áp 6bar.
Bộ hóa hơi CO2 (Vaporizer)

Hinh 1.4: Bộ hóa hơi CO2
Do đặc tích của khí CO2 đễ hóa lỏng nên bộ hóa hơi CO2 được sử dụng, nhằm ngăn
khí CO2 hóa lỏng khi sử dụng nhiều bình.Thiết bị bốc hơi trao đổi nhiệt với khơng khí
thơng qua các cánh gắn trên ống. Vật liệu ống được làm bằng nhôm chịu áp 24bar.
Bộ gia nhiệt CO2

Hình 1.5:Bộ gia nhiệt CO2
Thiết bị gia nhiệt mục đích giữ cho khí CO2 được duy trì 10ºC khi cấp vào máy
phát.Ngăn cho CO2 bị hóa lỏng khi cấp vào máy phát trong trường hợp nhiệt độ CO2
bị giảm xuống dưới 0ºC, Khi CO2 đi tắt qua bộ bay hơi hoặc CO2 lẫn lỏng sau khi qua

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 6 / 10

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

bộ bay hơi. Bộ gia nhiệt hoạt động khi nhận tín hiệu nhiệt được nắp đầu vào của ống
và được điều khiển bằng tủ điện.Nhiệt độ của thiết bị sấy khơng được vượt q 250ºC.
3.2.

Hệ Thống N2

Có 2 phương pháp cấp khí N2 cho hệ thống:
-

Chưng cất N2 từ khơng khí

N2 chiếm 78% trong khơng khí bằng Phương pháp chưng cất phân đoạn khơng khí
tách được N2 ở nhiệt độ -198℃ .Với Phương pháp trên thu hồi được lượng khí N2
rất lớn. Tuy nhiên chi phí đầu tư hệ thống tách N2 là rất lớn và với việc lượng khí
N2 cấp cho hệ thống là nhỏ lên việc đầu tư hệ thống tách N2 là không khả thi.
-

Mua khí N2 (từ các bình chứa N2 cao áp)

Như đã phân tích ở trên do lượng khí N2 cần sử dụng là nhỏ và cần độ tinh khiến
cao. nên phương pháp này là hợp lý về kinh tế cũng như đáp ứng được yêu cầu kỹ
thuật. Nên chọn giải pháp này để sử dụng cho nhà máy.
-

Sơ đồ cấp khí N2 từ bình chứa cao áp

Hình 2.1:Sơ đồ hệ thống cấp N2 từ bình cao áp
Mơ tả hệ thống N2:
Bình chứa khí N2 được chất lên khay chiết qua các ống kết nối với ống góp, từ ống
góp khí N2 được đưa vào bộ giảm áp, khí N2 sau khi được giảm áp sẽ được cấp vào
ống và các thiết bị.
Cơng thức tính tốn cơ bản :
Phương trình khí lý tưởng :
P1xV1 / T1= P2xV2 / T2

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 7 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Từ công thức trên suy ra :
V1= V2x(P2/P1)x(T1/T2)
Trong đó :
V1: Thể tích khí N2 trong bình (m3 )
P1: Áp suất khí N2 trong bình (bar)
T1: Nhiệt độ khí N2 trong bình (K)
V2: Thể tích duy trì khí N2 trong ống và thiết bị (m3)
P2: Áp suất duy trì khí N2 trong ống và thiết bị (bar)

T2: Nhiệt độ duy trì khí N2 trong ống và thiết bị (K)
Thể tích khí N2 trong ống và thiết bị tính theo cơng thức :
V = π/4x D2xL
Trong đó:
V: Thể tích (m3)
D: Đường kính trong của ống dẫn hoặc ống
L: Chiều dài của ống dẫn hoặc ống
Thể tích những hệ thống cần điền N2:
Bảng 4: thơng số thể tích ống và thiết bị
Số lượng u
Ghi
cầu cho nhà
chú
máy (1 tổ)

STT

Mơ tả tính tốn

Đơn
vị

1

Hệ thống hơi chính và hơi tái sấy

m3

223.23

2

Hệ thống bình ngưng

m3

70.5

3

Hệ thống bình gia nhiệt

m3

89.94

4

Các thiết bị trong nhà tua bin

m3

571.65

5

Tổng thế tích N2 cần điền đầy cho 1 tổ máy

m3

994.7

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 8 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Bảng 4: thơng số tính tốn thể tích khí N2 trong bình
Số lượng u
Ghi
cầu cho nhà
chú
máy (1 tổ)

STT

Mơ tả tính tốn

Đơn
vị

1

Áp suất khí N2 trong bình

Bar

151

2

Nhiệt độ khí N2 trong bình chứa

℃

40

3

Thể tích khí N2 tính tốn trong bình chứa

m3

8.65

4

Số bình N2 tính tốn

bình

184

5

Chọn số bình N2

bình

200

Khay chiết N2 (N2 gas rack):

Hình 2.2:khay chiết N2
Hệ thống này N2 được nối với ống cấp theo nhu cầu sử dụng khí N2 trong một khoảng
thời gian nhất định. Ống được thiết kế chịu được 165 bar làm bằng thép không gỉ.
Bộ giảm áp N2 (N2 Pressure Reducing Skid)

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 9 / 10


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hình 2.3:Bộ giảm áp N2
Bộ giảm áp N2 dùng đểS điều chỉnh áp từ bộ chiết về áp suất thích hợp nhằm đưa áp
suất của khí N2 về áp suất 1.313, trước khi điền vào ống và các thiết bị khác.
4.

PHỤ LỤC

[1] Thiết kế kỹ thuật Vĩnh Tân 4
[2] Bảng tính tốn cho hệ thống N2&CO2
[3] Bản vẽ chi tiết thiết bị cho hệ thống N2&CO2

Quyển 3, Chương 19 – Hệ thống CO2 & N2
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 10 / 10