THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH

CÔNG TY CP CNG VIỆT NAM
DỰ ÁN

NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI

GIAI ĐOẠN

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

ĐỊA ĐIỂM

NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG
NGHỆ

2

05/2011

Ban hành để phê duyệt

N.T.T

N.V.P

N.K.T

1

10/2010

Ban hành để xem xét

N.T.T

N.V.P

N.K.T

LXB

Ngày

Mô tả

Thực hiện

Kiểm tra

C.N.D.A

PV ENGINEERING

PVE

CNG

Số tài liệu:

302020-01-RP-001

LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Số trang: 24

(bao gồm cả trang bìa)

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 2



LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
4.1
4.2
5.

GIỚI THIỆU DỰ ÁN............................................................................................3

TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................3
CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT.............................................................................4
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ..........................................4
Mô tả hệ thống công nghệ.............................................................................4
Tính toán lựa chọn thiết bị công nghệ...........................................................5
PHẦN PHỤ LỤC................................................................................................13

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 4


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

1.

GIỚI THIỆU DỰ ÁN
Nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ khí CNG, Công ty CP CNG Việt Nam giao
cho Công ty CP tư vấn đầu tư và thiết kế dầu khí (PVE), là đơn vị Tư vấn lập Dự
án đầu tư xây dựng công trình “Nhà máy CNG Nhơn Trạch – Đồng Nai”. Công
suất của nhà máy là 120 triệu m3 khí/năm nhằm cung cấp khí CNG cho các hộ
tiêu thụ tại các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu và TP Hồ Chí
Minh.
Dự án đầu tư theo hai giai đoạn:


Giai đoạn 1: công suất của nhà máy là 50 triệu m3/năm



Quy mô Nhà máy sản xuất khí nén CNG tại khu công nghiệp Nhơn Trạch
- Đồng Nai với cơ sở hạ tầng, thiết bị đo đếm khí và đường ống công
nghệ dẫn khí tới đầu vào cụm máy nén cho công suất 120 triệu m3/năm.



Hệ thống máy nén và trụ nạp với công suất 50 triệu Sm3/năm.



Phương tiện vận chuyển và thiết bị với công suất vận chuyển 50 triệu
Sm3/năm.
Giai đoạn 2: công suất của nhà máy đạt 120 triệu m3/năm



2.



Bổ sung hệ thống máy nén và trụ nạp nâng công suất thêm 70 triệu
m3/năm..



Bổ sung phương tiện vận chuyển và thiết bị với công suất vận chuyển 70
triệu Sm3/năm.

TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO
Các tiêu chuẩn áp dụng cho hệ thống CNG:
ASME B 31.8

Gas Transmissions and Distribution Piping Systems

ASME B31.3

Process Piping

ASME Sec.VIII, Division 2:
API 618

Rules for construction of pressure vessels

Reciprocating Compressors for Petroleum, Chemical, and
Gas industry Services

API 5L

Specification for Line Pipe

API 6D

Specification for Pipeline Valves

API 602

Compact Steel Gate Valves - Flanged, Threaded,
Welding, and Extended - Body Ends.

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 5


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

API 520

Sizing, Selection and installation of pressure relieving
device in Refinery.

API RP 521

Guide for Pressure relieving and De-pressuring Systems.

NFPA 52

Compressed Natural Gas (CNG) Vehicular Fuel Systems
Code, 2002 edition

Gas Conditioning and Processing Vol. 1, Vol. 2
Engineering Data Book
Norsok Standard
3.

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Dự án nhà máy CNG Nhơn Trạch được sử dụng các từ viết tắt như sau:
CNG:

Khí tự nhiên nén

PFD:

Bản vẽ sơ đồ nguyên lý dòng công nghệ

P&ID:

Bản vẽ sơ đồ đường ống và đo lường

GDC:

Trung tâm phân phối khí

GDS:

Trạm phân phối khí

CNG VN:

Công ty cổ phần CNG Việt Nam

PVGAS-D: Công ty cổ phần phân phối khí thấp áp
PVGAS-S:

Công ty cổ phần kinh doanh khí hóa lỏng miền nam

PSV:

Van xả an toàn

SDV:

Van đóng ngắt khẩn cấp

4.

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

4.1

Mô tả hệ thống công nghệ
Khí tự nhiên (cao áp) từ hệ thống đường ống 22” Phú Mỹ - Hồ Chí Minh sẽ
được dẫn đến trạm phân phối khí thấp áp (GDS) Nhơn Trạch (do PVGAS-D)
quản lý và phân phối. Tại đây, khí có áp suất khoảng 40 – 71 barg được dẫn theo
đường ống đến Nhà máy CNG Nhơn Trạch (Tỉnh Đồng Nai). Tại Nhà máy CNG
Nhơn Trạch, khí được đo đếm thương mại thông qua cụm đo đếm khí đầu vào.
Các thông số công nghệ như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ của khí được đo đếm và
kiểm soát tại phòng điều khiển trung tâm của Nhà máy CNG Nhơn Trạch và

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 6


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Trạm phân phối khí thấp áp (GDS) của PVGAS-D. Khí sau khi được đo đếm sẽ
nén tăng áp đến áp suất 250 barg thông qua hệ thống máy nén CNG, tồn trữ
trong các xe (trailer). Từ đây CNG được vận chuyển đến các khách hàng tiêu
thụ.
Cấu hình công nghệ Nhà máy CNG Nhơn Trạch gồm những cụm thiết bị sau
đây:

4.2

-

Cụm đo đếm khí đầu vào

-

Cụm máy nén khí CNG

-

Cụm chiết nạp khí CNG

Tính toán lựa chọn thiết bị công nghệ

4.2.1 Các thông số đầu vào


Công suất nhà máy

-

Giai đoạn 1: 50 triệu m3 khí/năm

-

Giai đoạn 2: 120 triệu m3 khí/năm



Các thông số công nghệ yêu cầu:

-

Áp suất đầu vào: 40– 71 barg

-

Nhiệt độ khí đầu vào: 35 °C

-

Áp suất đầu vào máy nén: 40 barg (được cài đặt sau PCV)

-

Áp suất yêu cầu đầu ra của máy nén: 250 barg (max)

-

Nhiệt độ khí sau khi được làm nguội: 45 °C

-

Các tính chất hóa lý của khí được lấy từ tài liệu báo cáo mô phỏng số
302020-01-RP-002

-

Thành phần khí:

.Thành phần khí đưa vào tính toán lấy theo bảng dưới đây (nguồn: PV GAS):
Thành phần khí
(% mol)
Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Khí Nam Côn Sơn
Trang 7


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

N2
CO2
Methane
Ethane
Propane
i-Butane

n-Butane
i-Pentane
n-Pentane
C6*+
H2O (g/m3)
Tổng

0.3254
2.9280
87.600
4.9130
2.4340
0.6940
0.5800
0.1960
0.1280
0.1796
0.0220
100.00

Nguồn khí cung cấp cho nhà máy CNG Nhơn Trạch được lấy từ nguồn
khí của đường ống dẫn khí Phú Mỹ - Hồ Chí Minh
4.2.2 Các thông số môi trường
-

Nhiệt độ môi trường không khí: từ 18 đến 380C

-

Nhiệt độ của đất: trung bình 210C

-

Độ ẩm: trung bình 85%

4.2.3 Tính toán lựa chọn kích thước đường ống


Phương pháp áp dụng

Theo tiêu chuẩn Norsok và ASME B31.8 lựa chọn kích thước ống dựa vào các
điều kiện sau đây:
-

Vận tốc lớn nhất cho phép trong ống không vượt quá 100 ft/s (30,5 m/s).

-

Tổn thất áp suất lớn nhất cho phép trên 100 m ống không vượt quá giới hạn cho
phép theo bảng sau ((*) P Áp suất vận hành):

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 8


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Áp suất vận hành (barg)

Tổn thất áp suất (bar/100 m)

0 tới 35

0,001 tới 0,11

35 tới 138

0,11 tới 0,27

>= 138

P/500 (*)

Công thức tính vận tốc dòng khí trong ống như sau:
V 

4 Q
 d 2

Trong đó:
V

-Vận tốc dòng khí trong ống, m/s

d

- Đường kính trong của ống, m

Q

- Lưu lượng khí, m3/s

Công thức tính tổn thất áp suất :
Theo công thức của Darcy (Engineering Data Book) thì tổn thất áp suất được
tính theo công thức:
P100 

W 2  62530 100  f 


 
d5


Với: f là hệ số ma sát
 8 12

1
f 2 
 
1 .5 
 C1  C 2  
 Re 

0.0833x 4






1

C1  2.457 ln 
0. 9


 7 


  0.27 

d
  Re 


 37530 
C 2 

 Re 

Re 

Tài liệu số: 302020-01-RP-001



 





16

16

dxVx

Trang 9


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Trong đó:
W

- Lưu lượng, kg/h

f

- Hệ số ma sát

P100 - Tổn thất áp suất, kPa/100m



L

- Chiều dài ống, m

Z

- Tỷ số nén của khí

d

- Đường kính trong của ống, mm

ρ

- Khối lượng riêng của khí, kg/m3

ε

- Độ nhám của vật liệu ống, mm

Re

- Chuẩn số Reynold

Kết quả tính toán kích thước đường ống

Kích
thước

TT.

Khu vực
1
2
3
4

Đường ống chính
Đường ống trước máy nén
Đường ống sau máy nén
Đường ống khí điều khiển

6"
3"
1"
1”

Điều kiện thiết
kế
Áp
Nhiệt
suất
độ
o
(barg)
C
71
-10/65
71
-10/65
262,5

-10/75
13,5
-10/65

Điều kiện vận
hành
Nhiệt
Áp suất
độ
o
(barg)
C
40-71
35
40
35
250
45
7
35

Chi tiết xem trong bảng tính toán lựa chọn đường ống và phân tích thủy lực
đường ống, phụ lục A: Tính toán lựa chọn kích thước đường ống.
4.2.4 Thiết bị lọc khí đầu vào (Filter)
Công thức áp dụng:
D *V * 

4*Q
V
 * D2

Re 

a 

M w * Pa
(8,314 * (Ta  273) * Z
Al  * D * L

Trong đó:
Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 10


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

W

- Lưu lượng, kg/h

L

- Chiều dài Thiết bị lọc, m

Z

- Tỷ số nén của khí

d

- Đường kính trong của ống, mm

ρa

- Khối lượng riêng của khí, kg/m3

A1

- Tiết diện bề mặt lưới lọc, m2

D

- Đường kính thiết bị lọc, m

Re

- Hệ số Reynold

Tỉ số L/D được lựa chọn nằm trong khoảng từ 2:1 đến 4:1
Kết quả tính toán thiết bị lọc xem trong bảng tính toán thiết bị lọc khí – Phụ lục
B: Tính toán lựa chon kích thước thiết bị lọc.
4.2.5 Tính toán lựa chọn cụm máy nén khí CNG
a.

Tính toán quá trình chiết nạp
Giai đoạn 1: Công suất 50 triệu Sm3/năm


Số ngày hoạt động trong 1 năm của nhà máy là: 350 ngày



Số giờ hoạt động trong 1 ngày của nhà máy là: 16 giờ



Do đó, ta tính được công suất nhà máy trong 1 giờ là:
Q1 

50.000.000
 8.928 Sm3/h
350*16

Do đó, số máy nén hoạt động đồng thời là:
n1 

8.928
 3.08 �3 máy.
2.900

Số máy nén lựa chọn giai đoạn 1 là 4 máy (3 làm việc, 1 dự phòng). Công suất
máy nén chọn từ 2500 (normal) đến 2900 (max) sm3/h
Công suất nhà máy tối đa khi 3 máy hoạt động đồng thời là
Q1t =2.900*3 = 8.700 Sm3/h
Do mỗi máy cần 1 trụ nạp, thêm 02 cần dự phòng do vậy sẽ cần 06 trụ nạp
Thời gian nạp đầy 1 xe 20ft là:
Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 11


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

t

3.812
1,6 giờ, tính cả thời gian chuẩn bị là 1,8 giờ.
2.398

Tương tự, thời gian nạp đầy 1 xe 40ft, 34,2 m3 ở 250 bar là: 3,2 giờ, Tính cả thời
gian chuẩn bị là 3,4 giờ.
Như vậy, mỗi ngày làm việc 16h, mỗi máy nén sẽ nạp được 8,8 xe 20ft hoặc 4,7
xe 40ft
Giai đoạn 2: Tổng công suất 120 triệu Sm3/năm
-

Số ngày hoạt động trong 1 năm của nhà máy là: 350 ngày (15 ngày bảo
dưỡng vận hành)

-

Số giờ hoạt động trong 1 ngày của nhà máy là: 16 giờ

-

Do đó, ta tính được công suất nhà máy trong 1 giờ là:
Q2 

120.000.000
 21.429 Sm3/h
350*16

Khi chọn máy nén loại 2.500 - 2.900 Sm3/h thì số máy nén cần thiết là
n2 

21.429
 7, 4 �8 máy.
2.900

Lựa chọn 10 máy nén trong đó 8 máy làm việc và 2 máy dự phòng.
Công suất nhà máy tối đa khi 10 máy hoạt động đồng thời là:
Q2t =2.900*10 = 29.000 Sm3/h
Số trụ nạp 15 trụ, giai đoạn 2 lắp đặt bổ sung thêm 9 trụ nạp.
b.

Tính toán công suất nén thuỷ lực cho máy nén
Kết quả tính toán máy nén CNG được thể hiện như sau:
-

Số lượng giai đoạn 1 đề xuất đầu tư 4 máy (3 làm việc, 1 dự phòng)

-

Giai đoạn sau lắp đặt thêm 6 máy nén CNG, nâng tổng số máy nén hai
giai đoạn lên 10 (trong đó 8 máy làm việc, 2 máy dự phòng)

-

Công suất: 2.500 – 2.900 m3/h

-

Loại máy nén: pittong, 3 cấp

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 12


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

-

Áp suất đầu vào: khoảng 40 barg

-

Áp suất đầu ra: 250 barg (max)

-

Công suất nén: 245 kW/máy (max., từ kết quả chạy mô phỏng Hysys 7.1)

-

Làm mát: không khí/nước (sẽ được cập nhật trong giai đoạn sau)

Chi tiết máy nén khí CNG xem trong bảng mô phỏng máy nén khí CNG, tài liệu
số 302020-01-RP-002
4.2.6 Tính toán khối lượng khí trong xe bồn
Loại Tube CNG 20 ft (vật liệu Composite):
-

Thể tích nước: 17 m³

-

Khối lượng chứa khí (khối lượng riêng CNG ρ250=219 kg/m3):
219*17=3725 kg

-

Áp suất hoạt động: 250 bar

Loại Tube CNG 40 ft (vật liệu Composite):
-

Thể tích nước: 34 m³

-

Khối lượng chứa khí (khối lượng riêng CNG ρ250=219 kg/m3):
34*219=7450 kg

-

Áp suất hoạt động: 250 bar (max)

4.2.7 Tính toán van bảo vệ quá áp (Pressure Safety Valve)
Phương pháp áp dụng tính toán các van bảo vệ quá áp PSV được tính toán theo
tiêu chuẩn API 250, API 251.
Các thông số đầu vào được lấy từ tài liệu tính toán kích thước đường ống (line
sizing), thiết bị (filter sizing), tài liệu báo cáo mô phỏng.
Kết quả tính toán PSV như sau:
Tên
PSV 101/102
PSV 104
Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Loại

Kích thước

D
D

1D2
1D2

Lưu lượng xả
kg/h
971
971

Trang 13


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

PSV
201/202/203/204

D

½ D1

16386

Chi tiết xem trong bảng tính toán lựa chọn van bảo vệ quá áp, phụ lục C:Tính
toán lựa chọn van an toàn.
4.2.8 Tính toán lựa chọn thiết bị đo lưu lượng
a.

Công thức áp dụng
Lưu lượng khí qua thiết bị đo lưu lượng được tính theo công thức sau:
Qa 

Q ' n * n
a

Trong đó:
Qa

- lưu lượng khí thực qua thiết bị, m3/h

Qn’

- Lưu lượng khí tại điều kiên thông thường, Nm3/s

ρn

- Tỷ trọng khí tại điều kiện thông thường, kg/m3

ρa

- Tỷ trọng khí thực, kg/m3

Tỷ trọng khí được tính toán theo công thức sau:


Trong đó:

b.

MW * P
R *T * Z

Mw

- Khối lượng phân tử khí,

P

- Áp suất khí, bar

R

- Hằng số khí, 8,314

T

- Nhiệt độ khí, oC

Z

- Hệ số nén

Kết quả tính toán lựa chọn
Lựa chọn kích thước thiết bị đo lưu lượng dựa trên lưu lượng khí thực tính toán
qua thiết bị và theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

Lưu lượng tiêu chuẩn, Sm3/giờ
(min./max.)
Lưu lượng thực, m3/giờ(min./max.)
Tài liệu số: 302020-01-RP-001

2500

36250

66

965
Trang 14


LẬP DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
“NHÀ MÁY CNG NHƠN TRẠCH – ĐỒNG NAI”
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ

Trên cơ sở tham khảo thông số của các hãng sản xuất, lựa chọn kích thước cho
thiết bị đo lưu lượng 6”.
Chi tiết xem trong bảng tính toán lựa chọn thiết bị đo lưu lượng, phụ lục D: Tính
toán lựa chọn thiết bị đo lưu lượng loại turbine.
5.

PHẦN PHỤ LỤC
Các bảng tính toán phần công nghệ:
Appendix A: LINE SIZING SPREADSHEET
Appendix B: FILTER SIZING SPREADSHEET
Appendix C: PSV SIZING SPREADSHEET
Appendix D: TURBINE FLOWMETER SIZING SPREADSHEET
Appendix E: INSTRUMENT AIR PACKAGE SIZING SPREADSHEET

Tài liệu số: 302020-01-RP-001

Trang 15