Nghiên cứu nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống làm khô khí bằng triethylene glycol tại một số giàn khai thác dầu khí ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

DIỆP XUÂN PHONG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
LÀM KHƠ KHÍ BẰNG TRI ETHYLENE GLYCOL TẠI MỘT SỐ GIÀN
KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

DIỆP XUÂN PHONG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
LÀM KHƠ KHÍ BẰNG TRI ETHYLENE GLYCOL TẠI MỘT SỐ GIÀN
KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Khoan – Khai Thác và Cơng Nghệ Dầu Khí
Mã số: 60.53.50

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC:
PGS.TS LÊ XUÂN LÂN

HÀ NỘI - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin lấy danh dự của mình để cam đoan rằng bản luận văn này là
cơng trình nghiên cứu thực sự của bản thân được thực hiện trên cơ sở nghiên
cứu lý thuyết và thực tiễn sản xuất hiện nay tại một số giàn khai thác dầu khí
ở Việt Nam. Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của
PGS.TS Lê Xuân Lân
Các số liệu, mô hình tính tốn và những kết quả trong luận văn là trung
thực, các giải pháp nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và kinh nghiệm
của bản thân.
Một lần nữa tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam đoan nói
trên

Tác giả

Diệp Xuân Phong


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
PHẦN MỞ ĐẦU
Chƣơng 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP LÀM KHƠ KHÍ

1.1

MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC TÁCH NƯỚC RA KHỎI KHÍ .....................................................5

1.2

KHÁI NIỆM VÀ SỰ HÌNH THÀNH CỦA HYDRATE .....................................................5

1.3

XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ THÀNH TẠO HYDRATE.............................................................7

1.4

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG HYDRATE ......................................................19

1.5

CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM KHƠ KHÍ ........................................................................... 20

Chƣơng 2

GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG LÀM KHƠ KHÍ TẠI VIỆT NAM

2.1

MƠ TẢ CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM KHƠ KHÍ ………………….…….……………24

2.1

GIÀN NÉN KHÍ TRUNG TÂM - VSP………………… …………….…….……………26

2.2

TÀU FPSO TÊ GIÁC TRẮNG – HỒNG LONG………….. ......................................... 26

2.3

GIÀN XỬ LÝ KHÍ RỒNG ĐƠI – KNOC …………………………….…….……………26

2.4

GIÀN XỬ LÝ DẦU KHÍ SƯ TỬ ĐEN – CỬU LONG – JOC………….……………..…27

2.5

GIÀN XỬ LÝ DẦU KHÍ SƯ TỬ VÀNG – CỬU LONG – JOC………….………...……27

2.6

GIÀN XỬ LÝ KHÍ LAN TÂY – BP……. ……………………………….………………27

Chƣơng 3

ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM
KHƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG

3.1

NHIỆT ĐỘ ĐẦU VÀO CỦA KHÍ .................................................................................... 34

3.2

ÁP SUẤT THÁP HẤP THỤ…………………………………………..……………..........35

3.3

NHIỆT ĐỘ GLYCOL NGHÈO………………………………………..…………….........35

3.4

SỐ LỚP HẤP THỤ LÝ THUYẾT…………………….......................................................36

3.5

LƯU LƯỢNG TUẦN HOÀN GLYCOL …………… .......................................................36


3.6

NHIỆT ĐỘ ĐIỂM SƯƠNG VÀ LƯỢNG GLYCOL TỔN HAO ………….….................37

3.7

ĐỘ TINH KHIẾT CỦA GLYCOL…………………………..............................................38

3.8

NHIỆT ĐỘ BÌNH TÁI SINH…………………................................................................. 39

3.9

ÁP SUẤT BÌNH TÁI SINH………………………….........................................................40

3.10

NHIỆT ĐỘ CỘT NGƯNG TỤ (REFLUX CONDENSER………......................................41

3.11

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TINH KHIẾT CỦA GLYCOL……….…..42

3.12

XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TẠI ĐỈNH CỘT NGƯNG TỤ …………………………...…….46

Chƣơng 4

NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CHO CÁC THIẾT BỊ TRONG
HỆ THỐNG LÀM KHƠ KHÍ

4.1

THÁP HẤP THỤ ............................................................................................................... 47

4.2

BƠM TUẦN HỒN GLYCOL……………….................................................................. 54

4.3

BÌNH TÁI SINH………………......................................................................................... 57

4.4

BÌNH TÁCH PHA (FLASH DRUM)………………......................................................... 61

4.5

PHIN LỌC GLYCOL......................................................................................................... 64

4.6

THIẾT BỊ LÀM MÁT GLYCOL NGHÈO......................................................................... 66

4.7

BÌNH CHỨA GLYCOL NGHÈO....................................................................................... 68

Chƣơng 5

NÂNG CAO ĐỘ AN TOÀN VÀ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG

5.1

SỰ THUẬN LỢI TRONG VIỆC KIỂM ĐỊNH VAN AN TOÀN ……….………………69

5.2

SỬ DỤNG SWITCH HAY TRANSMETTER………………………………....................71

5.3

CHỌN LỰA ÁP SUẤT THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ……………...................................73

5.4

VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VAN SHUTDOWN...............................................................................83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1

KẾT LUẬN…………………………………………... ……..……………….…………...86

2

KIẾN NGHỊ…………………………..................................................................................87

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ………………90
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….………………91


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng số

Tiêu đề

1.1– Kết quả tính tốn nhiệt độ thành tạo hydrate……………………………………………….… 9

1.2 – Tính tốn nhiệt độ thành tạo hydrate bằng phương pháp ∆T ….……….……. 15
1.3 – Đặc tính lý hóa của một số glycol…………………………………………………………..…..…. 23
3.1 – Nhiệt lượng tối đa của các nguồn cung cấp………………………………………...………. 40
4.1 – Ứng suất tối đa cho phép của thép theo một số tiêu chuẩn thiết kế…...…. 52
4.2 – Thông số chính một số bơm glycol đang sử dụng
tại các giàn xử lý khí ở Việt Nam ……………………………………………………...…………. 56
4.3 –Thơng số chính một số bình bình tách pha đang sử dụng
tại các giàn xử lý khí ở Việt Nam ………………………………………………………….………. 63
5.1 – So sánh thông số tháp hấp thụ glycol của giàn nén khí
trung tâm khi thiết kế ở 2 áp suất khác nhau……………………………………………..… 81
5.2 – So sánh thông số hệ thống tái sinh glycol của giàn
nén khí trung tâm khi thiết kế ở 2 áp suất khác nhau………….…………………… 82


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình số

Tiêu đề

1.1 – Tinh thể Hydrate………………………………………………………………………………………………….. 6
1.2 – Giản đồ dự đoán nhiệt độ thành tạo hydrate của khí………………………………….. 7
1.3 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Methane………………………………………….. 10
1.4 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Ethane………………………………..……………. 10
1.5 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Propane……………………………….…...……… 11
1.6 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của iso-Butane……………………….…..………….. 12
1.7 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của n-Butane và CO2 ……………….………… 13
1.8 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của H2S…………………………………………,,,,,…….. 13
1.9 – Biểu đồ dự đốn ∆T của khí ở áp suất 6.9 MPa ……………………………………….. 16
1.10 – Biểu đồ dự đốn ∆T của khí ở áp suất 13.8 MPa ……………..……………………. 17

1.11 – Biểu đồ hiệu chỉnh đối với thành phần không
thành tạo hydrate (Pentane+) ……………...…………………..……………………………………. 18
2.1 – Sơ đồ hệ thống làm khơ khí giàn nén khí trung tâm – VSP……………….…… 28
2.2 – Sơ đồ hệ thống làm khơ khí FPSO Tê Giác Trắng – Hồng Long ………. 29
2.3 – Sơ đồ hệ thống làm khô khí giàn Rồng Đơi – KNOC……………………………… 30
2.4 – Sơ đồ hệ thống làm khơ khí giàn Sư Tử Đen – Cửu Long JOC……….…… 31
2.5 – Sơ đồ hệ thống làm khơ khí giàn Sư Tử Vàng – Cửu Long JOC………….. 32
2.6 – Sơ đồ hệ thống làm khơ khí giàn Lan Tây – BP……………………………………….. 33


3.1 – Số lớp tiếp xúc tác động đến hiệu quả tách nước lớn hơn
lưu lượng tuần hoàn glycol nhưng tối đa chỉ đạt 94%............................................... 39
3.2 – Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất bình tái sinh đến nồng độ glycol …….. 41
3.3 – Một số phương pháp nhằm nâng cao độ tinh khiết của glycol………………. 42
3.4 – Ảnh hưởng của dịng khí khử nước đến độ sạch glycol
ở nhiều nhiệt độ bình tái sinh khác nhau……………………………………………..………. 43
3.5 – Tác động của lưu lượng khí khử nước đến độ sạch của TEG…………….….. 45
3.6 – Nhiệt độ đề nghị tại đỉnh cột ngưng tụ……………………………………………...….………. 46
4.1 – Structure packing “Mellapak”của hãng Sulzer …………………………….…..…...…... 48
4.2 – Một số thiết bị được lắp đặt trong tháp hấp thụ của hãng Sulzer…….…….. 49
4.3 – Thiết bị chắn sương dạng lưới kim loại (Wire Mesh)…………….…………..………… 50
4.4 – Thiết bị chắn sương MKS Multi Cassette®………………………….…………………………… 51
4.5 – Tiêu chuẩn API RP 14C của viện dầu khí Hoa Kỳ về lắp đặt
các thiết bị bảo vệ cho hệ thống tái sinh glycol…………………………..……………. 59
4.6 – Thiết kế trao đổi nhiệt cho dịng glycol đi vào bình tách pha
tại giàn Rồng Đôi………………………………….……………………………………......………………… 61
4.7 – Thiết kế không trao đổi nhiệt cho dịng glycol đi vào
bình tách pha tại giàn Sư Tử Vàng………………………………………………………………. 62
4.8 – Sơ đồ bình tách pha ngang được lắp đặt tại giàn xử lý khí
Rồng Đơi, giàn Tê Giác Trắng và giàn nén khí trung tâm.………..…..………. 63

4.9 – Sơ đồ bình tách pha đứng được lắp đặt tại giàn
Sư Tử Vàng, Sư Tử Đen ……………………..……………...…………………………………………. 64
4.10 – Phin lọc than…………………………………………………………………………………………….…..…… 65
4.11 – Khí và Condensate chiếm chỗ glycol trong phin lọc than…………...……...… 65
4.12 – Quạt làm mát glycol nghèo tại giàn xử lý khí Lan Tây ………………..….....… 67


4.13 – Quạt làm mát glycol nghèo tại giàn nén khí trung tâm …………….………...… 68
5.1 – Thiết kế khơng thuận lợi cho việc thử van an toàn
tại chỗ của giàn Rồng Đôi……………………...……………………………….….………….……….. 70
5.2 – Thiết kế thuận lợi cho việc thử van an toàn
tại chỗ của FPSO mỏ Tê Giác Trắng………………………………..…………….…………….. 70
5.3 – Tiêu chuẩn API RP 520 về lựa chọn & lắp đặt van an toàn…………………… 71
5.4 – Switch bảo vệ áp suất cao / thấp (Pressure Switch)………………………………….. 72
5.5 – Thiết bị truyền tín hiệu áp suất (Pressure Transmitter)……………………………. 73
5.6 – Hàm lượng nước bão hịa trong khí……………………………………………...……………….. 76
5.7 – Xác định nồng độ của TEG dựa vào nhiệt độ tháp hấp thụ
và nhiệt độ điểm sương của khí………………………………………………….………………….. 77
5.8 – Xác định lưu lượng TEG tuần hoàn với N = 2.5………………………….……………. 78
5.9 – Giàn nén khí trung tâm lắp đặt van chặn sau van điều khiển……….………… 83
5.10 – Giàn Tê Giác Trắng và các giàn khác lắp đặt van chặn
trước van điều khiển…………………………………..…………………………………………………… 84
5.11– Tiêu chuẩn API – SP 12 GDU cho thấy API khuyến cáo
van chặn nên lắp đặt trước van điều khiển…………………………….……..……………. 85
KL.1 – Sơ đồ hệ thống làm khơ khí hợp lý…………………………………………...………………. 89


1
MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày nay ngành cơng nghiệp khí đang nổi lên đóng một vị trí quan

trọng bởi những tính năng ưu việt của nó. Ngày càng nhiều các giàn khai thác
khí ở thềm lục địa Việt Nam đã được xây dựng và đang cung cấp một lượng
khí đáng kể cho các nhà máy điện, nhà máy chế biến khí, nhà máy đạm nhằm
đáp ứng nhu cầu năng lượng cần thiết cho đất nước. Trong một thời gian
khơng xa, các dự án khai thác khí ngày càng nhiều đòi hỏi chúng ta phải học
tập và nghiên cứu để có thể hiểu biết kỹ càng về cơng nghệ khai thác, xử lý,
vận chuyển và chế biến khí nhằm mục đích tự mình có thể thiết kế, xây dựng
và vận hành tốt các cơng trình đó. Trong cơng nghệ xử lý khí, cơng nghệ làm
khơ khí trước khi vận chuyển và chế biến là một phần khá quan trọng. Đặc
biệt là cơng nghệ làm khơ khí bằng TEG thường được sử dụng tại các giàn
khai thác khí đầu nguồn.
2.

Mục tiêu nghiên cứu
Qua luận văn này tác giả mong muốn đưa ra những giải pháp để giải

quyết một số vấn đề chính thường phải gặp phải trong hệ thống làm khơ khí
bằng TEG như:
 Vấn đề thất thốt glycol
 Ngăn ngừa sự biến chất của glycol
 Kiểm soát điểm sương của khí
 Vấn đề tạo bọt tại tháp hấp thụ
 Vấn đề hư hỏng bơm tuần hoàn glycol
 Lựa chọn áp suất hoạt động của tháp hấp thụ
 Nâng cao độ an toàn và hiệu quả của hệ thống làm khơ khí
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


2
Đối tượng nghiên cứu là một số hệ thống làm khơ khí tại các giàn khai
thác dầu khí như: giàn khai thác khí Lan Tây – BP, giàn nén khí trung tâm –
VSP, giàn khai thác khí mỏ Rồng Đơi – KNOC, giàn khác thác dầu khí Sư Tử
Vàng/Sư Tử Đen – Cửu Long JOC, tàu FPSO Tê Giác Trắng – Hồng
Long…
4.

Nội dung nghiên cứu
Hiện nay có một số giàn khai thác dầu khí đang sử dụng hệ thống làm

khơ khí bằng TEG như giàn khai thác khí Lan Tây – Nam Cơn Sơn, giàn nén
khí trung tâm – VSP, giàn khai thác khí Rồng Đơi – KNOC, giàn khai thác
dầu khí Sư Tử Vàng, Sư Tử Đen – Cửu Long JOC, Tàu FPSO Tê Giác Trắng
– Hoàng Long… Dù được thiết kế và lắp đặt ở nhiều thời điểm khác nhau tuy
nhiên qua quá trình hoạt động, mỗi hệ thống của mỗi giàn đều cho thấy những
ưu điểm, nhược điểm nhất định, có thể giống hoặc khác nhau. Những giàn
được thiết kế gần đây hơn đôi khi lại mắc phải những nhược điểm mà các
cơng trình trước đó đã gặp.
Nghiên cứu những vấn đề đó sẽ cho thấy một cái nhìn sâu sắc hơn về
tồn bộ hệ thống và qua đó sẽ đưa ra những giải pháp để hồn thiện các hệ
thống đang hoạt động và cũng là cơ sở để đưa ra một thiết kế hợp lý cho các
cơng trình trong tương lai. Nghiên cứu cũng nhằm mục đích nâng cao chất
lượng làm khơ khí (nhiệt độ điểm sương thấp), tăng nồng độ và chất lượng
của glycol sau khi tái sinh, giảm sự mất mát glycol trong quá trình tuần hồn
cũng như khắc phục được sự hư hỏng của thiết bị trong hệ thống.

5.

Phương pháp nghiên cứu
 Tính tốn bằng cơ sở lý thuyết
 Mơ phỏng hệ thống làm khơ khí bằng TEG trên phần mềm mơ phỏng
HYSYS


3
 Sử dụng các tiêu chuẩn pháp lý, tiêu chuẩn kỹ thuật mới
 Đúc kết các bài học kinh nghiệm từ các giàn khoan dầu khí đang hoạt
động
 Ý kiến của thầy hướng dẫn, các chuyên gia trong ngành dầu khí và trao
đổi kinh nghiệm với đồng nghiệp.
6.

Cơ sở tài liệu của luận văn
Trong luận văn này tác giả đã sử dụng tài liệu hướng dẫn thiết kế của

một số tổ chức và nhà khoa học trong ngành dầu khí như:
 GPSA (Gas Processors Suppliers Association)
 Jonh M. Campbell, Ken Arnold, Maurice Stewart
Tác giả cũng đã áp dụng một số tiêu chuẩn vào luận văn của mình như:
 API, ASME, NACE, ASTM
và các tài liệu thiết kế và vận hành của các giàn khai thác dầu khí như:
 Lan Tây – Nam Cơn Sơn
 Giàn nén khí trung tâm – VSP
 Giàn khai thác khí Rồng Đơi – KNOC
 Giàn khác thác dầu khí Sư Tử Vàng, Sư Tử Đen – Cửu Long JOC
 Tàu FPSO Tê Giác Trắng – Hoàng Long

7.

Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận văn cũng đã nhắc lại những cơ sở lý thuyết của phương pháp làm

khơ khí và đưa ra những ví dụ cụ thể và nhận xét làm rõ thêm nội dung cơ sở
lý thuyết. Nội dung của luận văn mang cơ sở thực tiễn cao, có thể áp dụng để
cải tiến nâng cao hiệu quả hoạt động cho các hệ thống làm khơ khí đang hoạt
động hiện nay và hệ thống được thiết kế mới trong tương lai.
8.

Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm những nội dung sau:
 Mở đầu


4
 Chương 1: Cơ sở lý thuyết của phương pháp làm khơ khí
 Chương 2: Giới thiệu một số hệ thống làm khơ khí tại Việt Nam
 Chương 3: Ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến hiệu quả
làm khơ khí của hệ thống
 Chương 4: Nâng cao hiệu quả hoạt động cho các thiết bị trong
hệ thống làm khơ khí
 Chương 5: Nâng cao độ an tồn và hiệu quả của hệ thống
 Kết luận và kiến nghị

Xin gửi lời trân trọng cảm ơn đến:


PGS.TS Lê Xuân Lân - Giáo viên hướng dẫn khoa hoc



Các thầy cô giáo, anh chị và bạn bè đồng nghiệp
Đã tận tình giúp đỡ, trao đổi tài liệu và cung cấp thông tin để tôi thực

hiện luận văn này.


5
Chƣơng 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP LÀM KHÔ KHÍ
1.1 MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC TÁCH NƢỚC RA KHỎI KHÍ
Thơng thường khí khai thác lên từ mỏ đã bão hịa nước. Lượng nước
chứa trong khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ và thành phần của khí. Khi
nhiệt độ giảm xuống hơi nước trong khí sẽ ngưng tụ lại và trở thành nước tự
do. Sự xuất hiện nước tự do sẽ dẫn đến những vấn đề sau:
- Nước liên kết với các phân tử hydrocarbon nhẹ tạo thành hydrate gây
tắc nghẽn hoặc phá hủy đường ống.
- Nước kết hợp với khí H2S, CO2 tạo thành các axít gây ăn mòn thiết bị,
đường ống.
- Tốn thêm năng lượng để vận chuyển.
Vì vậy việc tách nước ra khỏi khí là cần thiết để khắc phục các vấn đề
nêu trên. Hầu hết các giàn xử lý, vận chuyển khí đều thực hiện cơng đoạn làm
khơ khí để đáp ứng các tiêu chuẩn của đường ống vận chuyển hoặc của khách
hàng. Phần lớn các hợp đồng mua bán khí đều đề cập đến hàm lượng nước
chứa trong khí.
1.2 KHÁI NIỆM VÀ SỰ HÌNH THÀNH CỦA HYDRATE
Giống như nước đá bẩn, hydrate là các phân tử hydrocarbon nhẹ liên
kết với các tinh thể mạng của nước. Nó là một hợp chất hóa học kết tinh, liên

kết lỏng lẻo giữa hydrocarbon và nước - một hợp chất có giới hạn có thể tồn
tại ở một thể ổn định nhưng không phải là kết quả từ liên kết hóa học thực sự
của tất cả các phân tử bao gồm trong đó. Hydrate thường được hình thành khi
nhiệt độ của dịng khí giảm xuống dưới nhiệt độ thành tạo hydrate. Ở áp suất
cao hydrate có thể được hình thành ở nhiệt độ dương (+). Sự tạo thành


6
hydrate luôn luôn là một điều không mong muốn bởi vì sự kết tinh này có thể
gây ra các nút tắc trên đường ống, các van điều tiết, các thiết bị khác hoặc gây
ra các phá hủy vật lý. Có hai điều kiện chính để hydrate có cơ hội thành tạo
là:
1. Khí có áp suất và nhiệt độ phù hợp.
2. Có sự xuất hiện của nước tự do.
Với mọi thành phần của khí tại một áp suất nhất định sẽ có một nhiệt
độ mà dưới nhiệt độ đó thì hydrate sẽ hình thành. Khi áp suất tăng lên thì
nhiệt độ thành tạo hydrate cũng tăng theo. Nếu khơng có nước ở dạng tự do
hydrate sẽ khơng thể hình thành.
Có một số phương pháp để chống lại sự hình thành hydrate như gia
nhiệt để đảm bảo nhiệt độ luôn cao hơn nhiệt độ hình thành hydrate, bơm hóa
chất gây ức chế quá trình thành tạo hydrate hoặc dùng phương pháp khử nước
cho khí. Có thể chọn phương pháp chống hydrate hoặc phương pháp khử
nước, nhưng dù chọn cách nào đi nữa thì hệ thống cũng nên thiết kế sao cho
các quá trình xử lý cần thiết là ít nhất.

Cấu trúc I
Thành phần Hydrate

Cấu trúc II

[6]
Hình 1.1 – Tinh thể Hydrate


7
1.3 XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ THÀNH TẠO HYDRATE
Có một số phương pháp được sử dụng để xác định nhiệt độ thành tạo
hydrate được nêu ra như sau:
1.3.1 Phƣơng pháp dự đốn bằng đồ thị khi biết tỉ trọng của khí.
Hình 1.2 cho phép dự đoán nhiệt độ tạo hydrate một cách tương đối
với hai thông số được biết là tỷ trọng và áp suất. Ví dụ với khí có tỷ trọng là
0.7 và áp suất là 10.000 kPa, qua đồ thị ta xác định được nhiệt độ thành tạo
hydrate là 20.2 °C
Phương pháp này được dùng lúc ban đầu để dự đoán tương đối nhiệt độ
thành tạo hydrate. Nếu cần độ chính xác lớn hơn thì ta nên sử dụng các

Áp suất thành tạo hydrate, kPa(a)

phương pháp khác.

Nhiệt độ, 0C

[7]
Hình 1.2 – Giản đồ dự đoán nhiệt độ thành tạo hydrate của khí

1.3.2 Phƣơng pháp hằng số cân bằng Khí - Rắn.
Nếu thành phần của khí được biết, nhiệt độ tạo hydrate có thể được tính
bằng phương pháp hằng số cân bằng khí - rắn

. Cách tính như sau:

8
(
Trong đó:

)

= thành phần mol của cấu tử n
= hằng số khí – rắn của cấu tử n

Hằng số khí – rắn được xác định bằng thực nghiệm và được định nghĩa
là tỉ số của thành phần mol của khí trong nước tự do trên thành phần mol của
pha rắn trong nước tự do.
(
Trong đó:

)

= thành phần mol của pha rắn trong nước tự do.

Phương pháp này tính tốn cho khí có áp suất đến 7000 kPa.
Ví dụ: Cho thành phần khí như bảng dưới đây. Áp suất làm việc ở 5000 kPa.
Tìm nhiệt độ thành tạo hydrate. Các bước giải quyết như sau:
1. Dự đốn hydrate hình thành ở nhiệt độ 20oC
2. Sử dụng các đồ thị từ 1.3 đến 1.8 để tìm hệ số K
3. Tính

của từng cấu tử.

4. Tính tổng

. Nhiệt độ dự đốn là sai vì kết quả này khác 1

5. Tiếp tục thực hiện lại các bước từ 1 đến 4 với nhiệt độ dự đốn là
17.5oC và có kết quả tổng
6. Kết luận nhiệt độ thành tạo hydrate ≈ 17.50C
Các bước tính tốn trên ta có thể dễ dàng tính tốn khi thực hiện trên
máy tính. Chi tiết được trình bày ở bảng 1.1


9
Bảng 1.1 – Kết quả tính tốn nhiệt độ thành tạo hydrate

Cấu tử

% mol
(Yn)

Kn
(20 oC)

Yn/Kn

Kn
(17.5 oC)

Yn/Kn

Methane

0.776

1.46

0.532

1.425

0.544

Ethane

0.109

1.40

0.078

1.015

0.107

Propane

0.062

0.70

0.089

0.265

0.234

I-Butane

0.013

0.22

0.059

0.120

0.111

N-Butane

0.019

-

-

Pentane+

0.020

-

-

CO2

0.008

-

-

Tổng

1.000

0.757

0.996

Ghi chú

Áp suất
5000 kPa


10

Nhiệt độ, 0C

Hình 1.3 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Methane

Chuyển sang hệ SI bởi GPSA
từ nguồn AIME

Nhiệt độ, 0C

Hình 1.4 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Ethane


11

Chuyển sang hệ SI bởi GPSA
từ nguồn AIME

Nhiệt độ, 0C

Hình 1.5 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Propane


12

Chuyển sang hệ SI bởi GPSA
từ nguồn đại học Alberta,1975

Nhiệt độ, 0C

Hình 1.6 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của Iso-Butane


13

Áp suất, kPa(a)

Chuyển sang hệ SI bởi GPSA

Hình 1.7 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của n-Butane (a) và CO2 (b)

Chuyển sang hệ SI bởi GPSA

Nhiệt độ, 0C

Hình 1.8 – Đồ thị hệ số cân bằng Rắn – Khí của H2S


14
1.3.3 Phƣơng pháp ∆T của Trekell-Campbell
Đây cũng là một phương pháp xác định nhiệt độ tạo hydrate bằng cách
tra đồ thị. Các bước để xác định nhiệt độ tạo hydrate khi cho biết áp suất của
hệ như sau:
1. Sử dụng đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate tại áp suất 6.9 MPa để tra
∆T của từng đơn chất với % mol đã biết.
2. Hiệu chỉnh ∆T trên đồ thị của C5+
3. Tính tổng các ∆T vừa tra được.
4. Tiếp tục các bước trên với đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate tại áp
suất 13.8 Mpa.
5. Tính tỷ lệ để có nhiệt độ thành tạo hydrate.
Phương pháp này tính tốn cho khí có áp suất từ 6.9MPa đến 41.4 MPa.
So với thực tế phương pháp này có khuynh hướng cho kết quả cao hơn.
Ví dụ: Cho thành phần khí như bảng 1.2. Áp suất làm việc ở 12500 kPa.
Tìm nhiệt độ thành tạo hydrate. Các bước giải quyết như sau:

1. Sử dụng biểu đồ dự đốn ∆T của khí ở áp suất 6.9 MPa hình 1.9 để tra
∆T của các thành phần khí (∆T của Methane ghi ở dưới biểu đồ)
2. Cộng kết quả vừa tra được sau đó hiệu chỉnh với với thành phần không
thành tạo hydrate (Pentane+) ta tìm được kết quả nhiệt độ tạo hydrate
của khí ở áp suất 6.9 MPa là 24 oC
3. Tiếp tục thực hiện các bước như trên tại biểu đồ 13.8 MPa hình 1.10.
Hiệu chỉnh với với thành phần khơng thành tạo hydrate (Pentane+) ta
tìm được nhiệt độ tạo hydrate của khí ở áp suất 13.8 MPa là 30 oC
4. Tính tỷ lệ giữa áp suất và nhiệt độ ta có nhiệt độ thành tạo hydrate ở áp
suất 12.5 MPa là 28.5 oC


15
Hiệu chỉnh đối với thành phần không thành tạo hydrate (Pentane+) được
xác định bởi tỷ số “không thuận lợi” cho việc tạo hydrate:
∑
Tra với biểu đồ ở hình 1.11 ta sẽ xác định được ∆T của Pentane+
Chi tiết tính tốn được trình bày tại bảng 1.2
Bảng 1.2 – Tính tốn nhiệt độ thành tạo hydrate bằng phƣơng pháp ∆T
Nhiệt độ quy đổi ∆T,oC

Cấu tử

% mole

Methane

70.290

9.50

15.36

Ethane

13.030

4.40

3.6

Propane

6.890

8.10

7.8

I-Butane

2.010

4.70

3.6

N-Butane

2.450

0.60

0.55

Pentane+

2.110

- 3.3

- 0.9

Tổng

6.9 MPa

24 oC

12.5 MPa

28.5 oC

13.8 MPa

30 oC

Nhận xét: Thành phần C5+ trong khí gây cản trở quá trình thành tạo hydrate.
Nếu thành phần C5+ càng nhiều sẽ làm giảm nhiệt độ thành tạo hydrate của
khí. Vì vậy tăng cường thành phần C5+ (như bơm Condensate vào đường ống

dẫn khí) cũng là một phương pháp gây ức chế sự hình thành của hydrate


16

% mol hydrocacbone

Nhiệt độ thay thế ∆T, oC

Nhiệt độ tạo hydrate của Methane

Hình 1.9 – Biểu đồ dự đốn ∆T của khí ở áp suất 6.9 MPa