Các giải pháp nhằm gia tăng sản lượng condensate trắng trên giàn nén khí trung tâm mỏ bạch hổ

Luận văn thạc só_____________________________________________________________

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tên học viên : Hà Quốc Việt
Mã số học viên: 03805657
Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Phước Hảo (ĐHBK).

Tên đề tài :

CÁC GIẢI PHÁP GIA TĂNG SẢN LƯNG CONDENSATE TRẮNG
TRÊN GIÀN NÉN KHÍ TRUNG TÂM - MỎ BẠCH HỔ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết công nghệ xử lý khí.
Nghiên cứu thực tế công nghệ xử lý khí trên giàn nén khí Trung tâm, mỏ
Bạch Hổ.
Nghiên cứu thực nghiệm các thay đổi xảy ra khi tác động vào hệ thống công
nghệ trên giàn nén khí trung tâm.
Mô hình hoá các quá trình để tính toán.
So sánh với kết quả thực nghiệm, từ đó đưa ra các giải pháp để nâng cao sản
lượng condensate trắng trên giàn nén khí Trung tâm.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
1


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
3. Ý nghóa khoa học và thực tiễn của đề tài.

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Khái niệm condensate trắng.
1.2 Vị trí thu hồi condensate trắng trong hệ thống công nghệ.
1.3 Thành phần.
1.4 Giải pháp công nghệ thu hồi condensate trắng trên giàn nén khí.
1.5 Thực tiễn về thu hồi condensate trong khí đồng hành trên giàn nén khí.
1.6 Thông số vật lý của đơn chất.
1.7 Phương trình trạng thái của khí hydrocacbons.
1.8 Hệ số không đồng bộ.
1.9 Hệ số nén khí Z.
1.10 Đại lượng tới hạn: Nhiệt độ tới hạn Tc, Áp suất tới hạn Pc.
1.11 Nhiệt độ sôi và áp suất hơi bão hoà.
1.12 Khối lượng riêng, thể tích riêng.
1.13 Hệ số Watson.
1.14 Enthanpy.
1.15 Entropy.
1.16 Nhiệt dung riêng.
1.17 Nhiệt lượng.
1.18 Nhiệt ẩn.
1.19 Các quá trình công nghệ và đặc tính.
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
2

Luận văn thạc só_____________________________________________________________

CHƯƠNG 2

HIỆN TRẠNG GIÀN NÉN KHÍ TRUNG TÂM
2.1 Giới thiệu
3.1.1 Vị trí và chức năng
2.2 Hiện trạng công nghệ – thiết bị trên giàn nén khí Trung tâm
2.2.1 Sơ đồ công nghệ của giàn nén khí trung tâm
2.2.2 Xử lý khí trước khi nén tại các bình tách ba pha 1-V-211A/B/C
2.2.3 Quá trình nén khí cao áp
2.2.4 Quá trình làm khô khí bằng TEG
2.2.5 Quá trình nén khí thấp áp
2.2.6 Hệ thống thu gom và bơm condensate trắng
2.2.7 Hệ thống thu gom và bơm condensate đen
2.2.8 Hệ thống đuốc
2.2.9 Hệ thống xử lý khí nhiên liệu
2.2.10 Quá trình tái sinh TEG
2.3 So sánh hiện trạng công nghệ với thiết kế ban đầu

CHƯƠNG 3

CÁC GIẢI PHÁP GIA TĂNG SẢN LƯNG CONDENSATE
TRẮNG TRÊN GIÀN NÉN KHÍ TRUNG TÂM
3.1 Khảo sát tình trạng, nguyên nhân hao hụt sản phẩm dầu khí.
3.2 Các giải pháp nâng cao sản lượng condensate trắng trên giàn nén khí Trung
tâm
3.2.1 Đưa condensate trắng từ giàn nén khí gaslift về giàn nén khí Trung tâm
3.2.2 Hồi khí nóng sau tầng nén cấp 1 về bình đầu vào 1-V-211

3.2.3 Tận thu lượng condensate trắng đang bị đốt bỏ của bình tách 1-V-342

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
3


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

3.2.4 Ưu tiên dùng khí có thành phần nhiều condensate.
3.2.5 Tối ưu các thông số công nghệ tránh hồi khí nhiều khi lượng khí về giàn
nén khí Trung tâm giảm đi
3.2.6 Cài đặt hợp lý cho quạt làm mát cấp 1

CHƯƠNG 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
4


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hệ thống thu gom, xử lý, vận chuyển, chế biến dầu khí.
Hình 1.2: Hệ thống thu gom, xử lý,vận chuyển, chế biến dầu khí.
Hình 1.3: Giản đồ pha của đơn chất.
Hình 1.4: Giản đồ pha của hỗn hợp khí.

Hình 1.5: Đồ thị kiểm tra áp suất hội tụ.
Hình 1.6 Mô hình tính toán cân bằng lỏng khí trong bình tách.
Hình 1.7: Đồ thị tra hệ số cân bằng K của CH4 áp suất hội tụ 1500psi.
Hình 1.8: Đồ thị tra hệ số nén Z của khí tự nhiên.
Hình 1.9: Giản đồ pha của khí hỗn hợp.
Hình 1.10: Đồ thị tra áp suất hơi bão hoà của khí hydrocacbon ở nhiệt độ thấp.

Hình 1.11: Đồ thị tra áp suất hơi bão hoà của khí hydrocacbon ở nhiệt độ cao.
Hình 1.12: p suất hơi bão hoà theo nhiệt độ khi biết Tb.
Hình 1.13: Tỉ trọng hệ hydrocacbon lỏng theo nhiệt độ và áp suất.
Hình 1.14: Tỉ trọng hệ hydrocacbon parafin lỏng bão hoà theo nhiệt độ.
Hình 1.15: Tỉ trọng hệ hydrocacbon lỏng theo nhiệt độ.
Hình 1.16: Đồ thị tra Enthanpy của HC lỏng theo MW và T (ở P = 2800~3500kPa).

Hình 1.17: Đồ thị tra entropy s, enthanpy h của khí thiên nhiên theo P, T.
Hình 1.18: Đồ thị nhiệt dung riêng Cp (kJ/kgoC) của các khí hydrocacbon ở áp suất
khí quyển và nhiệt độ T.
Hình 1.19: Đồ thị tra ∆Cp theo nhiệt độ và áp suất qui đổi.
Hình 1.20: Nhiệt dung riêng của các hydrocacbon lỏng 1:etan, 2: propan, 3: ibutan, 4: n-butan, 5: i-pentan, 6: n-pentan, 8 n-hexan.
Hình 1.21: Đồ thị tra nhiệt dung riêng của khí thiên nhiên có tỉ trọng 0,65~0,75.
Hình 1.22: Đồ thị tra nhiệt ẩn theo nhiệt độ sôi trung bình.
Hình 1.23: Dự đoán sụt giảm nhiệt độ khi áp suất gas giảm qua van tiết lưu.
Hình 2.1 : Giàn nén khí trung tâm .
Hình 2.2: Sơ đồ hiện trạng công nghệ giàn nén khí Trung tâm.
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
5


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ giàn nén khí Trung tâm theo thiết kế ban đầu.
Hình 3.1: Mô phỏng tính toán condensate trắng mất mát ở tàu chứa.
Hình 3.2: Đồ thị tương quan lượng condensate trắng bơm ra tàu và lượng
condensate trắng mất mát ở tàu chứa.
Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ giàn nén khí gaslift.
Hình 3.4 : Sơ đồ mạng ống mỏ Bạch Hổ.
Hình 3.5: Mô phỏng tính toán condensate trắng thu hồi ở giàn nén khí gaslist.
Hình 3.6: Sự phụ thuộc của condensate trắng vào nhiệt độ trên giàn nén khí gaslift.
Hình 3.7 : Sơ đồ công nghệ giàn nén khí Trung tâm.
Hình 3.8 : Giản đồ pha khí đầu vào bình 1-V-211A/B.
Hình 3.9 : Sơ đồ hồi lưu khí nóng về bình đầu vào.
Hình 3.10: Mô phỏng tính toán condensate trắng gia tăng khi hồi khí nóng.
Hình 3.11: Sơ đồ công nghệ tận thu condensate trắng từ bình 1-V-342.
Hình 3.12: Mô phỏng tính toán condensate trắng thu hồi ở 1-V-342.
Hình 3.13 : Công nghệ xử lý khí mỏ Rạng Đông.
Hình 3.14:Lắp đặt PCV điều khiển lưu lượng khí mỏ Rạng Đông.
Hình 3.15 : Mô phỏng ưu tiên dùng khí mỏ Bạch Hổ .
Hình 3.16 : Tương quan lượng condensate trắng thu hồi và nhiệt độ 1-V-252.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
6


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần tiêu biểu của vài sản phẩm dầu khí.
Bảng 1.2 Thành phần một mẫu condensate trắng thực tế .

Bảng 1.3: Thành phần của hỗn hợp khí đầu ra bình tách 1-V-211.
Bảng 1.4: Bảng thông số vật lý đơn chất.
Bảng 1.5: Bảng thông số vật lý đơn chất.
Bảng 1.6: Bảng thông số vật lý đơn chất.
Bảng 2.1: Thành phần của hỗn hợp khí Rạng Đông.
Bảng 2.2: Thành phần của hỗn hợp khí đầu vào máy nén khí thấp áp .
Bảng 2.3: Thành phần của hỗn hợp khí Bạch Hổ.
Bảng 3.1: Lượng condensate trắng trên các giàn (11).
Bảng 3.2: Thành phần của một mẫu dầu giàn 10.
Bảng 3.3: Thành phần của một mẫu condensate trắng.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
7


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, tác
giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp và các bạn
hữu, đặc biệt là sự chỉ dẫn tận tình của thầy PGS.TS Lê Phước Hảo (ĐHBK), đã
hướng dẫn và giúp đỡ tác giả, thầy TS Vũ Trọng Nháp (VSP), TS Mai Cao Lân
(ĐHBK) đã góp ý chỉnh sửa cho tác giả hoàn thành tốt hơn tập luận văn này. Tác
giả cũng xin chân thành cảm ơn:
- Ban giám hiệu trường ĐHBK TPHCM
-

Quý thầy, cô khoa Kỹ thuật địa chất và dầu khí ĐHBK TPHCM

-

Quý thầy, cô phòng đào tạo sau đại học trường ĐHBK TPHCM

-

Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.

Đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn thạc só này.
TP.HCM, tháng 08 năm 2007

Hà Quốc Việt

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
8


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

TÓM TẮT
Khí gas và condensate trắng là các sản phẩm đầu ra của một giàn nén khí,
cho nên vấn đề gia tăng sản lượng cho các thành phẩm này là một nhu cầu cấp
thiết. Trước đây khi mà giàn nén khí chỉ nén khí cho riêng mỏ Bạch Hổ và lượng
khí nhận từ giàn trung tâm số 2 thì lượng condensate đưa được về bờ rất nhiều
khoảng 180 tấn một ngày cùng với lượng khí là 5 triệu m3 khí một ngày, nhưng khi
mỏ phát triển có thêm nhiều giàn khai thác vào hoạt động, chúng ở xa giàn nén khí
nên ống gom phải đi ngầm dưới biển, đặc biệt khi khí mỏ Rạng Đông cũng thu gom
về giàn nén khí mỏ Bạch Hổ, ống gom cũng đi ngầm, tất cả làm cho dòng khí về
đến giàn nén có nhiệt độ bằng nhiệt độ đáy biển 25oC. Nhiệt độ khí trước đây là

35oC nay còn 25oC nên lượng condensate trắng đưa về bờ giảm đi chỉ còn khoảng
130 tấn ngày cùng với lượng khí là 6,5 triệu m3 một ngày. Vậy vấn đề tác giả muốn
giải quyết là cải thiện chế độ nhiệt cho dòng khí vào giàn nén. Phương pháp giải
quyết vấn đề này là tác giả muốn lợi dụng chính các dòng vật chất có nhiệt độ cao
để truyền nhiệt cho dòng khí có nhiệt độ thấp, ngoài ra để nâng cao được lượng
condensate trắng tác giả cũng nhận thấy phải tận dụng lại các nguồn condensate
mà đang bị đốt bỏ ra đuốc, cũng như áp dụng lý thuyết giản đồ pha để đưa chế độ
công nghệ ở chế độ tối ưu nhằm tận thu nhiều condensate trắng, ngoài ra vì có
nhiều dòng khí dẫn về giàn nén khí cho nên cũng đặt ra cho tác giả nên ưu tiên
nhận dòng khí nào hơn để cho ra nhiều condensate trắng hơn. Tất cả các giải pháp
tác giả đưa ra nhằm gia tăng sản lượng condensate trên giàn nén khí để đưa về bờ
thật nhiều hay khi mỏ Bạch Hổ cần lượng condensate này, để cải thiện tính chất
lưu biến của dầu thô thì lượng này lại được dẫn sang giàn khai thác trung tâm số 2
rồi bơm chung vào ống dầu ra tàu chứa.
Để làm rõ các giải pháp nâng cao lượng condensate trắng về bờ tác giả sẽ
trình bày ngắn gọn một số vấn đề chủ yếu như sau:

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
9


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

* Cơ sở lý thuyết
* Hiện trạng giàn nén khí Trung tâm mỏ Bạch Hổ
* Các giải pháp gia tăng sản lượng condensate trắng trên giàn nén khí
Trung tâm
* Kết luận và kiến nghị

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
10


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Với mục đích nâng cao lượng condensate trắng về bờ phục vụ nhu cầu phát
triển nền kinh tế, nâng cao hiệu quả khai thác, giảm thiểu lượng mất mát cho hệ
thống công nghệ khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ , giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Điều đó đã thúc đẩy tác giả chọn đề tài này.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài này có đối tượng nghiên cứu chính là sản phẩm condensate trắng,
công nghệ xử lý khí trên giàn nén khí Trung tâm, một phần mở rộng có liên quan
đến các giàn khai thác của xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro, mỏ Bạch
Hổ, để từ đó tìm ra các giải pháp nhằm nâng cao sản lượng thu gom condensate
trắng nhằm mục đích đưa vào bờ hay cấp trở lại giàn khai thác phục vụ cho mục
đích làm tốt tính chất lưu biến của dầu có hàm lượng parafin cao trong vận chuyển.
Phạm vi nghiên cứu trên giàn nén khí trung tâm và các giàn liên quan, mỏ
Bạch Hổ.
3. Ý nghóa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nội dung của luận văn này phần nào giúp người đọc hiểu thêm về công
nghệ xử lý khí, từ đó có thể tác động vào hệ thống công nghệ cho ra lượng sản
phẩm tối đa. Cụ thể tác giả muốn làm rõ chế độ công nghệ, phương tiện thiết bị để
thu được nhiều lượng condensate trắng trên giàn nén khí Trung tâm.
Luận văn này mang tính hiện thực đang được triển khai để ứng dụng trên
giàn nén khí Trung tâm, mà hiệu quả của nó là đáng kể thể hiện chi tiết trong nội
dung bài luận văn.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
11


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Khái niệm condensate trắng
Là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí, có khối lượng riêng nhỏ hơn dầu và
lớn hơn khí, ở thể khí trong vỉa khí. Condensate trắng ở thể lỏng dưới điều kiện, áp
suất giảm, nhiệt độ giảm trong thiết bị phân ly dầu – khí.
1.2 Vị trí thu hồi condensate trắng trong hệ thống công nghệ [6]
Hệ thống thu gom, xử lý, vận chuyển, chế biến dầu khí tiêu biểu như hình vẽ
sau: hình 1.1

Hình 1.1: Hệ thống thu gom, xử lý, vận chuyển, chế biến dầu khí Bạch hổ – Dinh Cố
Dòng sản phẩm từ vỉa vào các giếng khai thác đi lên bao gồm cả chất lỏng,
khí, nước, các hạt rắn do đó phải có các bình tách để tách riêng dầu khí nước gọi là
bình tách ba pha cấp 1.
Các cấp bình tách tiếp theo có nhiệm vụ ổn định thành phần dầu thô nhằm
đạt yêu tàng trữ hay vận chuyển.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Vieät
12

Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Còn khí được đưa tới cụm sử lý khí và vận chuyển khí: (giàn nén khí Trung
tâm), nhiệm vụ chính nhằm loại trừ các tạp chất (nước, tạp chất rắn, các chất độc
hại H2S, CO2, N2, O2...). Trong giai đoạn này có dùng các máy nén khí do đặc tính
kỹ thuật yêu cầu về tỉ trọng khí, do đó phải tách các thành phần nặng, cũng như
yêu cầu phải làm mát khí trước khi vào tầng nén tiếp theo, do đó sẽ có một phần
condensate trắng được tách ra thường ở chế độ tốt nhất là 30 đến 50 bar nhiệt độ
dưới 500C, lượng condensate này cũng được bơm chung vào ống dẫn khí đưa về
cụm chế biến khí (nhà máy LPG Dinh Cố).
1.3 Thành phần [7]
Thành phần tiêu biểu của các sản phẩm trong công nghệ dầu khí như sau:

Bảng 1.1 Thành phần tiêu biểu của vài sản phẩm dầu khí.
Tuy nhiên trong phạm vi các giàn nén khí thì sản phẩm condensate chưa
được ổn định cho nên thành phần của nó cũng sẽ có các cấu tử từ C1 đến C10 mà
phần lớn sẽ từ C3 đến C8, một mẫu condensate trắng thực tế như sau: (theo báo
cáo phân tích mẫu khí – condensate trên giàn nén khí Trung tâm của viện NIPI,
năm 2006 mẫu lấy sau bơm condensate trắng về bờ ) [11]:
Cấu tử

C1

C2

C3

iC4

nC4

iC5

nC5

C6

C7

C8

C9

C10

Phần mole

0.11

0.08

0.15

0.07

0.13

0.06

0.07

0.11

0.10

0.1

0.001

0.0001

Bảng 1.2 Thành phần một mẫu condensate trắng thực tế .
Condensate trắng là sản phẩm của nhà máy LPG Dinh Cố , có giá trị cao đối
với ngành công nghiệp hoá chất, năng lượng, dân dụng. Nhà máy này có khả năng
sử lý 4,7 triệu m3/ngày để sản xuất ra 800 tấn LPG và 350 tấn condensate trắng.
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
13


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Tuy nhiên nếu chúng ta đưa được thêm condensate trắng thì lượng này sẽ
tăng lên cho nhà máy. Giá trên thị trường hiện nay khoảng 500 USD/tấn.
Ngay trong thị trường nước ta có rất nhiều nhà cung cấp khí hoá lỏng cho
nhu cầu dân dụng (đun bếp ga…) như BP, SHELL, PV GAS, SAIGON PETRO….một
phần họ mua từ nhà máy LPG Dinh Cô, phần thiếu họ phải nhập khẩu, do đó nếu
đầu ra của nhà máy Dinh Cố đủ cung cấp cho thị trường thì sẽ đỡ tốn ngoại tệ để
nhập khẩu từ nước ngoài.

1.4 Giải pháp công nghệ thu hồi condensate trắng trên giàn nén khí
Thực chất đây là quá trình ngưng tụ khí hay có thể coi là quá trình làm lạnh
đẳng áp (nếu bỏ qua một vài tổn thất áp suất khi khí chuyển động trong đường ống
và thiết bị công nghệ) cho tới nhiệt độ tương ứng với áp suất đó sẽ xuất hiện pha
lỏng. Nhiệt độ càng thấp thì lượng lỏng hình thành càng nhiều. Qua thiết bị phân ly
kiểu các bình tách khí người ta phân tách ra được khí lỏng riêng rẽ. Cơ sở lý thuyết
của quá trình như sau:
1.4.1 Giản đồ pha của đơn chất [4, 6]

Hình 1.2: Giản đồ pha của đơn chất
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
14


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Đối với đơn chất bao giờ cũng tồn tại điểm tới hạn (C: critical point) tại đó
tương ứng ta có áp suất tới hạn Pc và nhiệt độ tới hạn Tc. Tại điểm này các tính
chất của lỏng và hơi trở nên đồng nhất.
Khi đi từ A xuống B (đẳng nhiệt, giảm áp) đơn chất chuyển từ lỏng sang khí.
Khi đi từ E qua D (đẳng áp, giảm nhiệt ) thì đơn chất chuyển pha từ khí sang
lỏng.
Khi đi từ D qua E (đẳng áp, tăng nhiệt ) thì đơn chất chuyển pha từ lỏng sang
khí.
Đường HD, HC, FH là các đường cân bằng, bao gồm tập hợp các giá trị áp
suất, nhiệt độ tại đó có cân bằng pha.
Điểm H là điểm duy nhất tại nhiệt độ và áp suất xác định đồng thời tồn tại
ba pha cân bằng với nhau. Tại đường cân bằng ở nhiệt độ và áp suất không đổi hệ
có thể chuyển pha bằng cách thêm vào hoặc lấy bớt năng lượng của hệ.

Dọc theo đường FH không tồn tại pha lỏng, và pha rắn thăng hoa thành hơi.
HD là đường cân bằng rắn lỏng. Tại bất kỳ giá trị P, T dọc theo đường này trạng
thái của hệ có thể hoàn toàn lỏng, hay hoàn toàn rắn, hoặc hỗn hợp rắn lỏng tuỳ
theo mức năng lượng mà hệ có. Đường HC là đường bão hoà hay cân bằng lỏng
hơi, tại các giá trị áp suất và nhiệt độ trên đường HC hệ có thể tồn tại hoàn toàn ở
trạng thái lỏng bão hoà hay hơi bão hoà, hoặc hỗn hợp lỏng hơi tuy thuộc vào mức
năng lượng mà hệ có.
Khi nhiệt độ và áp suất lân cận quanh điểm C (hình vuông “bfghd”) khi ấy
đơn chất trong vùng “dense phase” đó là vùng trạng thái một pha, vật chất trong
vùng này có các tính chất vật lý (thể tích riêng, khối lượng riêng, entanphy, độ
nhớt…) là trung gian giữa chất khí và lỏng. Như vậy trong vùng này ta không thể
thay đổi các thông số công nghệ để đưa chất đó về trạng thái hai pha được, điều đó
có nghóa là quá trình hoá lỏng một phần hay toàn bộ khí một cấu tử bằng phương
pháp nén chỉ thực hiện được khi hạ nhiệt độ khí đó xuống dưới nhiệt độ tới hạn.
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
15


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Khi đi từ A xuống B (đẳng nhiệt, giảm áp) đơn chất chuyển từ lỏng sang khí,
khi đi từ E qua D (đẳng áp, giảm nhiệt ) thì đơn chất chuyển pha từ khí sang lỏng.
Nhìn vào giản đồ pha thì ở áp suất không đổi quá trình chuyển pha của khí 1
cấu tử xảy ra ở nhiệt độ không đổi.
1.4.2 Giản đồ pha của hỗn hợp khí nhiều cấu tử [4, 5, 6]

Hình 1.3: Giản đồ pha của hỗn hợp khí.
Trong hỗn hợp hay dung dịch khí nhiều cấu tử , vùng tới hạn thường là một
khoảng rộng các thông số và phụ thuộc vào thành phần khí. Xét trạng thái hệ

nhiều cấu tử trong giản đồ pha P,T hình 1.3
Ta có các nhận xét sau:
Điểm tới hạn C , tại đó hai pha trở thành một pha.
Điểm N (cricondenbar) điểm tương ứng với áp suất lớn nhất mà ở đó hỗn
hợp có thể ở trạng thái hai pha.
Điểm M (cricondentherm) điểm tương ứng với nhiệt độ lớn nhất mà tại đó
hỗn hợp có thể tồn tại ở trạng thái hai pha.
Những giá trị cực đại của áp suất và nhiệt độ mà tại đó hỗn hợp nhiều cấu tử
có thể tồn tại ở trạng thái hai pha được gọi là nhiệt độ và áp suất ngưng tụ tới hạn
của hỗn hợp.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Vieät
16


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Vị trí tương hỗ của các điểm C, M, N trên giản đồ pha phụ thuộc vào thành
phần của hỗn hợp.
Trên giản đồ pha phần đường bên trái cho tới C là đường điểm sôi (bubble)
còn phần đường bên phải là đường điểm sương.
Tương tự như cấu tử đơn khi nhiệt độ và áp suất lân cận điểm C điểm tới hạn
khi ấy hệ trong vùng “dense phase” là trung gian giữa khí và lỏng (tỉ trọng lớn hơn
khí, độ chịu nén cao hơn lỏng…).
Trong các quá trình thuận tức khi nén (áp tăng), hoặc khi giảm nhiệt độ thì
lượng chất lỏng ngưng tụ tăng lên.
Còn ngược lại khi nén lên hay khi giảm nhiệt mà lượng chất lỏng ngưng tụ
giảm đi thì đó là quá trình (ngưng tụ, bay hơi) ngược (vùng gạch sọc).
1.4.3 Ứng dụng giản đồ pha trong công nghệ tách condensate trắng

Như vậy quá trình ngưng tụ khí đồng hành, hay khí thiên nhiên chỉ diễn ra
khi hỗn hợp khí ấy được đưa về vùng hai pha bằng các chế độ P, T hợp lý.
Để tạo ra các P, T cần thiết trong công nghệ khí người ta hay dùng các thiết
bị như máy nén để tăng áp, tăng nhiệt, expander để giảm áp, giảm nhiệt, van giảm
áp, giảm nhiệt, trao đổi nhiệt để tăng giảm nhiệt, quạt giảm nhiệt…Khi đạt điều
kiện thích hợp một cấu tử nào đó của khí bắt đầu ngưng tụ tất nhiên khí có nhiệt độ
ngưng tụ cao nhất sẽ ngưng tụ trước, tuy nhiên ta chú ý các cấu tử khí có tính chất
hoà tan được trong hydrocacbon lỏng như vậy một vài cấu tử chưa đủ điều kiện hoá
lỏng thì chúng đã hoà tan một phần sang thể lỏng.
Mức độ ngưng tụ các H-C sẽ tăng khi áp suất tăng ở nhiệt độ không đổi,
hoặc khi giảm nhiệt độ ở áp suất không đổi. Tuy nhiên quá trình ngưng tụ của hai
trường hợp trên sẽ xảy ra khác nhau, khi tăng áp thì các cấu tử nhẹ bị hoà tan vào
pha lỏng càng nhiều lên điều này không tốt, khi tăng áp hay giảm nhiệt thì các cấu
tử nặng chuyển sang pha lỏng nhanh hơn.

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
17


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Để làm bay hơi condensate ta cũng dựa vào giản đồ pha để gia nhiệt hỗn
hợp đưa điểm làm việc vào pha khí
1.4.4 Cân bằng pha lỏng – khí của hệ hydrocacbon [4,5,6]
Đại lượng đặc trưng cho sự phân bố các cấu tử giữa các pha trong điều kiện
cân bằng được gọi là hằng số cân bằng pha. Nó được xác định bằng phương trình:
Ki=yi/xi
yi là phần mole của cấu tử trong pha hơi, xi là phần mole của cấu tử trong pha lỏng
Ki phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, và áp suất hội tụ (áp suất mà ở đó các

hằng số cân bằng của tất cả mọi thành phần đều bằng 1) của hệ người ta đã xây
dựng các bảng tra K như ví dụ ở hình 1.5: Đồ thị tra hệ số cân bằng K của CH4 (áp
suất hội tụ 1500 psi).
p suất hội tụ được xác định theo thành phần của pha lỏng cân bằng (mà
thành phần pha lỏng này cũng là ẩn số) do đó thường thì ta chọn một áp suất hội tụ
cho hệ lỏng sau đó tra các Ki, tính toán ra thành phần lỏng khí, sau đó từ thành
phần lỏng cân bằng ta lại tính ra áp suất hội tụ nếu áp suất hội tụ chọn và tính toán
giống nhau thì đó là kết quả đúng. Trong thực tế trong các hệ dầu khí có áp suất
dưới 50 bar thì các hằng số cân bằng Ki không phụ thuộc nhiều vào áp suất hội tụ
khi đó quá trình tính toán được đơn giản hoá đi rất nhiều.
Để tính áp suất hội tụ theo các bước như sau :
Chuyển pha lỏng cân bằng thành hệ bậc hai giả trong đó cấu tử thứ nhất là
cấu tử nhẹ, có lượng không ít hơn 0,1% moles, cấu tử thứ hai là gồm các cấu tử còn
lại (cấu tử giả nặng).
Tính nhiệt độ tới hạn trung bình khối và áp suất tới hạn trung bình khối đối
với cấu tử giả nặng theo phương trình:
Ttbk=∑xiMWiTci / ∑xiMWi
Ptbk=∑xiMWiPci / ∑xiMWi
Ptbk áp suất tới hạn trung bình khối
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
18


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Ttbk nhiệt độ tới hạn trung bình khối
Pci áp suất tới hạn cấu tử i (tra bảng 1.4, 1.5, 1.6 các thông số vật lý)
Tci nhiệt độ tới hạn cấu tử i (tra bảng 1.4, 1.5, 1.6 các thông số vật lý)
MWi : Khối lượng phân tử cấu tử i (tra bảng 1.4, 1.5, 1.6 các thông số vật

lý)
xi : phần mole cấu tử i
Sau đó đánh dấu trên hình 1.4 vị trí cấu tử giả nặng có tung độ và hoành độ
là Ptbk, Ttbk , bằng con đường nội suy giữa các đường cong tới hạn bậc 2 có trên đồ
thị chúng ta vẽ đường cong tới hạn cấu tử nhẹ-cấu tử giả nặng.
Từ đường cong vẽ được và áp suất ban đầu của hệ điểm gióng từ nhiệt độ
qua đường cong chính là áp suất hội tụ.
Sau đó so sánh áp suất hội tụ chọn và tính toán nếu sai khác khoảng dưới
12% là chấp nhận được.
ng dụng hệ số cân bằng trong tính toán dòng khí qua bình tách như sau:
zi là phần mole của cấu tử trong dòng khí vào bình tách, yi là phần mole của cấu
tử trong pha hơi, xi là phần mole của cấu tử trong pha lỏng.
F là tổng số moles khí vào bình, V là tổng số moles khí ra khỏi bình, L là tổng số
moles chất lỏng ngưng tụ.

Hình 1.4 Mô hình tính toán cân bằng lỏng khí trong bình tách
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
19


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Phương trình cân bằng vật chất Fzi = Vyi + Lxi; F=V+L , Ki=yi/xi
Thay vaøo Fzi = Vyi+Lxi , yi =Ki*xi => Fzi = Vki*xi + Lxi =xi(L+Vki)
Để đơn giản ta xét F=1 khi đó xi = zi/( L+Vki)
Chú ý ∑xi = 1 như vậy ∑zi/( L+Vki) = 1 trong phương trình này zi đã biết, Ki
tra theo P, T, ta chỉ cần thay L (từ 0 đến 1) để cho ∑zi/( L+Vki) = 1 là được
Dòng khí vào bình tách có thể không có ngưng tụ chất lỏng khi đó L = 0,
V=1 khi này bài toán là xác định điều kiện điểm sương P, T.

Hay dòng khí ngưng tụ hoàn toàn L = 1, V = 0 khi đó bài toán là xác định
điều kiện điểm sôi
Các điều kiện dưới đây cho phép dự đoán trạng thái dòng khí vào bình tách:
Nếu ∑kizi và ∑(zi/ki) cả hai đều lớn hơn 1 thì dòng vào bình là 2 pha
∑kizi nhỏ hơn 1 thì dòng vào là toàn lỏng, ∑kizi = 1 dòng vào là điểm sôi.
∑(zi/ki) nhỏ hơn 1 thì dòng vào là toàn khí, ∑(zi/ki) = 1 dòng vào là điểm sương .
∑kizi và ∑(zi/ki) sẽ không đồng thời nhỏ hơn 1

Hình 1.4: Đồ thị kiểm tra áp suất hội tụ

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Vieät
20


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Hình 1.5: Đồ thị tra hệ số cân bằng K của CH4 (áp suất hội tụ 1500 psi) [6]
Bài toán ví dụ để kiểm tra áp suất hội tụ:
Cho hỗn hợp khí qua bình tách khí ở 3400kpa và –30oC hãy tính thành phần
khí lỏng ra khỏi bình tách:
Giải: Chọn áp suất hội tụ là 1500 psi
Từ bảng tra K (áp suất hội tụ 1500 psi), ở 3400kpa và –30oC ta tra ra Ki
Chọn L đđể ∑yi=Ki*xi =1
Moles Ni or zi

C1
C2
C3
nC4

nC5
Total

0.8745
0.0586
0.0372
0.0212
0.0085
1

∑xi=Ni/(L+Vki)

= 1 là hệ cân bằng khi ấy ta tìm ra xi

Ki

L moles

V moles

0.05328
0.05328
0.05328
0.05328
0.05328

0.94672
0.94672
0.94672
0.94672

0.94672

3.45
0.46
0.113
0.034
0.0095

L+Vki

3.319464
0.488771
0.160259
0.085469
0.062274

xi=Ni/(L+Vki)

0.2634462
0.1198925
0.2321235
0.2480442
0.1364936
1.0000000

yi=Ki*xi

0.9088893
0.0551505
0.0262300

0.0084335
0.0012967
1.0000000

Kiểm tra áp suất hội tụ 1500 psi đã chọn có đúng không:
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
21


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Cấu tử nhẹ là mêtan, các cấu tử còn lại là cấu tử giả nặng
Tci(k)

C2
C3
nC4
nC5
Total

305.41
369.77
425.1
469.65

Pci(kpa)

4880
4240

3784
3365

xi

MWi

Mwi*xi

xi*MWi*Pci

xi*MWi*Tci

0.119
0.232
0.25
0.136
1

30.07 3.57833
17175.984 1092.857765
44.097 10.2305 43377.33696 3782.933464
58.123 14.53075
54984.358 6177.021825
72.15
9.8124
33018.726 4608.39366
38.1520 148556.405 15661.20671

Ttbk=∑xiMWiTci / ∑xiMWi = 15661/38,15 = 410oK = 137oC

Ptbk=∑xiMWiPci / ∑xiMWi = 148556/38,15 = 3893 = 564 psi
Dựa vào hình 1.4 ta định vị điểm có Ttbk = 137oC , Ptbk= 564 psi , vẽ đường cong đi
qua điểm định vị và điểm cấu tử nhẹ mêtan, từ nhiệt độ làm việc –30oC gióng lên
đường cong đã vẽ, gióng tiếp sang trục áp suất được 1500 psi, do đó kết quả tính
toán phân ly khí lỏng qua bình tách trên là chính xác.
1.5 Thực tiễn về thu hồi condensate trong khí đồng hành trên giàn nén khí
Xét một mẫu khí đồng hành lấy ở đầu ra bình tách 1-V-211 trên giàn nén khí Trung
tâm năm 2006 có thành phần như sau [11]:
Cấu tử

Công thức

Mol %

nitrogen

N2

0,06

Cacbon dioxide

CO2

0,03

Hydrogen Sulfide

H2S

0,00

Methane

CH4

73,6

Ethane

C2H6

12,59

Propane

C3H8

7,29

i-Butane

i-C4H10

1,68

n-Butane

n-C4H10

2,43

i-Pentane

i-C5H12

0,66

n-Pentane

n-C5H12

0,74

n-Hexane

n-C6H14

0,51

n-Heptane

n-C7H16

0,24

n-Octane

n-C8H18

0,19

Bảng 1.3: Thành phần của hỗn hợp khí đầu ra bình tách 1-V-211
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Vieät
22


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Giản đồ pha của hỗn hợp khí trên sẽ như sau:

Hình 1.6 Giản đồ pha của hỗn hợp khí đầu ra bình tách 1-V-211 trên giàn nén
khí Trung tâm
Nhìn vào giản đồ pha để tách được condensate ra khỏi khí đồng hành thì áp
suất tối ưu là 30 đến 55 bar và nhiệt độ tất nhiên phải nhỏ hơn TM (cricondentherm
52oC). Nhiệt độ này càng nhỏ càng tách được nhiều condensate, tuy nhiên khả
năng hạ nhiệt độ phụ thuộc vào công nghệ làm mát nếu là quạt hay nước biển thì
nhiệt độ thấp nhất đạt được cũng phải cao hơn nhiệt độ chất tản nhiệt khoảng 6 độ
C. Trên giàn nén khí Trung tâm dùng quạt nên nhiệt độ làm mát thấp nhất là
khoảng 35 oC, bình thường khoảng 39oC. Trên hình 1.6 vùng tối ưu là vùng chấm
đen.
Cũng nhìn vào giản đồ pha ứng với mỗi áp suất nhất định nhiệt độ càng tăng
thì lượng condensate ngưng tụ sẽ càng giảm đi.
Ta sẽ lợi dụng các tính chất này để điều chỉnh lượng condensate ngưng tụ
nhiều hay ít. Hay cấp nhiệt để nó hoá hơi chống ngưng tụ.
Qúa trình ngưng tụ là một quá trình có giải phóng nhiệt lượng, ngược lại quá
trình hoá hơi là quá trình thu nhiệt lượng.
Trong tính toán nhiệt động các quá trình khí những tính chất vật lý sau đây
thường được dùng: áp suất, nhiệt độ, khối lượng riêng, tỉ trọng, enthanpy, entropy,

_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
23


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

nhiệt dung, độ nhớt…, do đó tác giả muốn nêu ra các thông số này để biết cách tính
toán và cách áp dụng trong tính toán công nghệ khí bằng tay.
1.6 Thông số vật lý của đơn chất [6]
Các thông số vật lý của một đơn chất là hoàn toàn xác định theo các bảng sau:

Bảng 1.4: Bảng thông số vật lý của đơn chất
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
24


Luận văn thạc só_____________________________________________________________

Bảng 1.5: Bảng thông số vật lý của đơn chất
_______________________________________________________________________
Học viên : Hà Quốc Việt
25