Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tận dụng nhiệt ở hệ thống thu hồi và xử lý nước ngưng unit 32 tại nhà máy lọc dầu dung quất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.97 MB, 128 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
NGÔ ĐỨC KHÁNH
NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT
Ở HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƯỚC
NGƯNG - UNIT 32 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU
DUNG QUẤT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
Đà Nẵng – Năm 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
NGÔ ĐỨC KHÁNH
NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT
Ở HỆ THỐNG THU HỒI VÀ XỬ LÝ NƯỚC
NGƯNG - UNIT 32 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU
DUNG QUẤT
Chuyên ngành :
Mã số:
KỸ THUẬT HÓA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH LÂM
Đà Nẵng – Năm 2019
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.
Tác giả
Ngơ Đức Khánh
TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT Ở HỆ THỐNG THU HỒI VÀ
XỬ LÝ NƯỚC NGƯNG – UNIT 32 TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU
DUNG QUẤT
Học viên: Ngô Đức Khánh. Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 8520301. Khóa: K35. Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Hệ thống thu hồi và xử lý nước ngưng của Nhà máy lọc dầu Dung Quất là một
trong những hệ thống phụ trợ quan trọng giúp thu gom nước ngưng từ các hộ tiêu thụ, xử lý và
cung cấp nước trở lại chu trình hơi. Qua số liệu thiết kế và vận hành, chúng tơi nhận định có
thể tận dụng nhiệt bằng cách cho dịng nóng trao đổi nhiệt với các dịng lạnh thay vì làm mát
bằng khơng khí. Chúng tơi đã sử dụng phương pháp mơ phỏng để kiểm tra lại tính chất của các
dịng cơng nghệ theo điều kiện thiết kế rồi trích xuất số liệu, sử dụng kỹ thuật pinch để khảo
sát sơ đồ cơng nghệ hiện có. Kết quả cho thấy có sự làm mát ở vùng phía trên điểm pinch làm
tăng nhu cầu nhiệt 10,64 MW. Với số liệu vận hành thực tế, nhu cầu nhiệt tăng 4,49 MW và có
thể tận dụng. Kết hợp kỹ thuật phân tích mạng các thiết bị trao đổi nhiệt và đánh giá khả năng
điều chỉnh các thiết bị trao đổi nhiệt, chúng tôi đã đưa ra giải pháp kỹ thuật nhằm tận dụng
nhiệt. Giải pháp này khả thi về mặt kinh tế giúp tiết kiệm 720.000 USD/năm và thời gian hoàn
vốn dưới 1 năm. Giải pháp đưa ra đã tính đến phương án lựa chọn tiến bị, bố trí mặt bằng và
đấu nối với hệ thống hiện có.
Từ khóa – nước ngưng; tận dụng nhiệt; pinch; thu hồi nước ngưng; hơi tách; chuyển pha.
WASTE HEAT RECOVERY FROM CONDENSATE RECOVERING AND
TREATING SYSTEM – UNIT 32 IN DUNG QUAT REFINERY
Abstract – Condensate recovering and treating system in Dung Quat refinery is one of the
important utility units, helping recovery of steam condensate, treat and return it to the steam
cycle. Visitting the design and operating data, we initiated the ability of waste heat recovery by
coolling down the hot streams by existing cool streams instead of air. From this, we applied
the simulation method to review properties of the process streams based the design data, then
collected the reasonable data and applied pinch technology to survey the current configuration.
The calculation showed that there is a heating in the area abow pinch point, resulting in an
increase of heating energy demand by 10.64 MW. In consideration of the actual opeating data,
the damand increased by 4.49 MW and recoverable. Together with HEN technology and
apprising the adjustment ability of heat exchangers, we proposed a technical solution to
recover waste heat. The solution is supposed to be economically feasible with merit of 720.000
USD/year and below 1 year return on investment. The solution also took into account the
equipment selection, plot plan and connecting to the existing system.
Key words – water condensate; waste heat recovery; pinch; condensate recovery; flashed
steam; phase transition.
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................ 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................................. 3
6. Cấu trúc của luận văn.................................................................................................................. 3
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VÀ HỆ
THỐNG NƯỚC NGƯNG.................................................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về Nhà máy lọc dầu Dung Quất............................................................................ 4
1.1.1 . Thông tin chung về Nhà máy........................................................................................... 4
1.1.2 . Khu vực công nghệ.............................................................................................................. 4
1.1.3 . Khu vực phụ trợ và ngoại vi............................................................................................. 5
1.2. Tổng quan về hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng........................................................ 6
1.2.1 . Vai trò của hệ thống thu gom và xử lý nươc ngưng................................................ 6
1.2.2 . Các thiết bị chính trong hệ thống................................................................................... 6
1.2.3 . Mơ tả sơ đồ dịng cơng nghệ............................................................................................ 7
1.3. Thực tế vận hành hệ thống nước ngưng.................................................................................... 9
1.3.1 . Tắt quạt làm mát ở thiết bị E-3204................................................................................ 9
1.3.2 . Khả năng chuyển đổi công năng thiết bị E-3206................................................... 10
1.3.3 . Khả năng sử dụng nước khử khống làm mơi chất lạnh..................................... 11
1.3.4 . Vấn đề mài mòn đường ống nước ngưng................................................................. 11
1.3.5 . Tổn thất nhiệt qua các thiết bị làm mát bằng khơng khí..................................... 11
Chương 2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 13
2.1. Thống kê số liệu và khảo sát sơ bộ sơ đồ công nghệ........................................................ 13
2.2. Mô phỏng công nghệ..................................................................................................................... 13
2.2.1 . Giới thiệu phần mềm mô phỏng................................................................................... 13
2.2.2 . Mơ hình nhiệt động và hệ đơn vị................................................................................. 14
2.2.3 . Lựa chọn thơng số đầu vào mơ hình mô phỏng..................................................... 15
2.3. Ứng dụng kỹ thuật Pinch............................................................................................................. 17
2.3.1 . Tổng quan về kỹ thuật Pinch......................................................................................... 17
2.3.2 . Nguyên tắc pinch............................................................................................................... 18
2.3.3 . Lựa chọn thông số đầu vào trong ứng dụng Pinch................................................ 19
2.4. Đánh giá khả năng điều chỉnh các thiết bị trao đổi nhiệt................................................. 19
2.5. Tính tốn hiệu quả kinh tế........................................................................................................... 19
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................................................... 21
3.1. Kết quả thống kê và khảo sát sơ bộ sơ đồ cơng nghệ....................................................... 21
3.1.1 . Vai trị thiết bị trao đổi nhiệt E-3206.......................................................................... 21
3.1.2 . Công suất thiết bị trao đổi nhiệt E-3202................................................................... 22
3.1.3 . Vai trò thiết bị trao đổi nhiệt E-3204.......................................................................... 22
3.1.4 . Dịng tuần hồn bơm P-3205A/B................................................................................ 22
3.1.5 . Tính chất dịng nước ngưng thấp áp........................................................................... 23
3.1.6 . Chất lượng nhiệt các dịng nóng, dịng lạnh............................................................ 24
3.1.7 . Cân bằng mạng hơi thấp áp............................................................................................ 25
3.2. Kết quả mô phỏng hệ thống nước ngưng............................................................................... 26
3.3. Kết quả ứng dụng kỹ thuật Pinch.............................................................................................. 27
3.3.1 . Khảo sát sơ đồ cơng nghệ hiện có............................................................................... 27
3.3.2 . Xác định tiềm năng tận dụng nhiệt............................................................................. 31
3.3.3 . Cải tiến sơ đồ hệ thống các thiết bị trao đổi nhiệt................................................. 32
3.4. Kết quả đánh giá khả năng điều chỉnh các thiết bị trao đổi nhiệt................................. 35
3.4.1 . Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm E-3202................................................................... 35
3.4.2 . Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm E-3206................................................................... 35
3.4.3 . Thiết bị làm mát bằng khơng khí E-3201................................................................. 37
3.4.4 . Thiết bị làm mát bằng khơng khí E-3204................................................................. 42
3.4.5 . Thiết bị làm mát bằng khơng khí E-3205................................................................. 42
3.5. Nghiên cứu phương án tận dụng nhiệt.................................................................................... 42
3.6. Xây dựng giải pháp tận dụng nhiệt.......................................................................................... 44
3.6.1 . Mô tả công nghệ sau khi cải tiến................................................................................. 44
3.6.2 . Lựa chọn các thiết bị để thực hiện giải pháp........................................................... 46
3.6.3 . Lựa chọn và bố trí các thiết bị điện, điều khiển..................................................... 47
3.6.4 . Phương án bố trí mặt bằng............................................................................................. 47
3.6.5 . Phương án đấu nối thiết bị với hệ thống hiện có................................................... 48
3.7. Hiệu quả kinh tế của phương án................................................................................................ 48
3.7.1 . Lợi ích mang lại từ việc tận dụng nhiệt..................................................................... 48
3.7.2 . Chi phí đầu tư ban đầu..................................................................................................... 49
3.7.3 . Thời gian hoàn vốn........................................................................................................... 50
3.8. Tác động của việc áp dụng phương án đến vận hành công nghệ.................................. 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................................................... 51
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 52
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BSR:
CDU:
C. BFW:
Công ty Lọc hóa dầu Bình Sơn.
Phân xưởng chưng cất dầu thơ (Crude Disstilation Unit).
Nước cấp lị hơi lạnh (Cold Boiler Feed Water).
Tmin:
Chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất của hai đường tổ hợp nóng và lạnh.
HC:
Nước ngưng cao áp (High Pressure Condensate).
Nước cấp lò hơi siêu cao áp (High High Pressure Boiler Feed Water).
Nước cấp lò hơi cao áp (High Pressure Boiler Feed Water).
Hệ thống thu hồi và xử lý nước ngưng – Unit 32 tại Nhà máy Lọc dầu
Dung Quất.
Là một công ty tư vấn dựa trên công nghệ trong ngành cơng nghiệp năng
lượng và hóa học, thuộc tập đồn Yokogawa, KBC là viết tắt tên của 3
nhà sáng lập Krikor Krikorian, John Brice và Peter Close.
Nước ngưng thấp áp (Low Pressure Condensate).
Light Gas Oil.
Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (Logarithmic Mean Temperature
Difference).
Nước cấp lò hơi thấp áp (Low Pressure Boiler Feed Water).
Hơi thấp áp (Low Pressure Steam)pvn.
Nước ngưng trung áp (Medium Pressure Condensate).
Nhà máy lọc dầu.
Nước ngưng công nghệ (Process Condensate).
Quy trình quản lý sự thay đổi của BSR (Management Of Change).
Sơ đồ đường ống thiết bị (Pipping and Instrument Diagram).
Sơ đồ công nghệ (Process Flow Diagram).
Công ty Shell Global Solutions.
Nước ngưng chân không (Vacuum Condensate).
HHP BFW:
HP BFW:
HTNN:
KBC:
LC:
LGO:
LMTD:
LP BFW:
LS, LPS:
MC:
MNLD:
PC:
MOC:
P&ID:
PFD:
SGS:
VC:
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1:
1.2:
1.3:
1.4:
2.1:
2.2:
3.1:
3.2:
Cơ cấu s
Lưu lượ
máy
Chênh lệ
TK-3201
Điều kiệ
3206
Số liệu đ
hình
Số liệu v
Số liệu t
máy
So sánh
cơng ngh
3.3:
Tính chấ
3.4:
Cơng su
3.5:
3.6:
3.7:
3.8:
Tính chấ
ngưng
Thay đổ
nhiệt độ
Dịng nh
Giá trị tí
lạnh
3.9:
Tính chấ
3.10:
Dịng nh
3.11:
So sánh
3.12:
Bảng kê
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1:
Sơ đồ cơng
các phân x
1.2:
Sơ đồ công
2.1:
Biểu đồ ph
3.1:
3.2:
Số ngày th
trong năm
Tiềm năng
quả
3.3:
Sơ đồ mô p
3.4:
Đường con
3.5:
Gia tăng nh
3.6:
Sơ đồ hệ th
3.7:
Sơ đồ cải t
3.8:
Mối quan h
3.9:
Sơ đồ nguy
3.10:
3.11:
Sơ đồ biễu
tách khí
Sơ đồ cơng
khi cải hố
3.12:
Sơ đồ đườn
3.13:
Vị trí bố tr
1
MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Năng lượng đóng vai trị rất lớn trong việc vận hành các nhà máy công nghiệp
nói chung các nhà máy lọc hóa dầu nói riêng. Trong nhà máy lọc dầu, chi phí năng
lượng cho các q trình xử lý dầu thơ để tạo ra các sản phẩm thương mại rất lớn. Theo
số liệu thống kê năm 2016, chi phí năng lượng Nhà máy lọc dầu Dung Quất chiếm
53% tổng chi phí vận hành (chưa bao gồm dầu thô) với quy mô năng lượng 64.162
GJ/giờ [5]. Vì thế, các hoạt động tối ưu hóa năng lượng như cắt giảm tiêu thụ năng
lượng, điều chỉnh/cải tiến nâng cao hiệu suất năng lượng của các hệ thống thiết bị, thu
hồi nhiệt thải,… đều góp phần quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh
doanh của Công ty.
Để cung cấp năng lượng đến tận các ngõ ngách của thiết bị, mặt bằng công
nghệ, Nhà máy được trang bị các hệ thống điện và hơi. Hơi sau khi được ngưng tụ ở
các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ được đưa về xử lý tại khu vực xử lý nước ngưng. Tuy
nhiên, ở áp suất và nhiệt cao, dòng nước ngưng mang năng lượng khá lớn. Năng lượng
này cần giải phóng để trở về trạng thái áp suất và nhiệt độ thấp hơn trước khi đưa vào
hệ thống xử lý bằng nhựa trao đổi ion. Nếu thu hồi triệt để, lượng nhiệt cần giải phóng
này sẽ được hấp thụ và đi vào chu trình/cơng đoạn khác của q trình xử lý. Nếu hấp
thụ không hết, lượng nhiệt này cần xả ra mơi trường bên ngồi.
Ở Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, các dòng nước ngưng cao áp và trung áp
được
o
giải nhiệt sơ bộ tại bình tách D-3202 hoạt động ở nhiệt độ 148 C và áp suất 3,6
2
kg/cm g thông qua hiệu ứng bay hơi giảm nhiệt của quá trình chuyển pha. Lượng hơi
sinh ra được thu hồi và đưa lên mạng hơi thấp áp của Nhà máy. Lượng nước ngưng
còn lại được nhập cùng với dòng nước ngưng thấp áp để đưa vào bình tách D-3201
o
2
hoạt động ở nhiệt độ 103 C và áp suất 0,1 kg/cm g để tiếp tục được giải nhiệt. Tuy
nhiên, lượng hơi tách ra ở D-3201 chỉ được làm mát để thu hồi nước mà không được
thu hồi nhiệt. Lượng hơi này được làm mát bằng thiết bị trao đổi nhiệt với không khí
E-3201 hoạt động cưỡng bức (sử dụng quạt gió) để chuyển pha tạo thành trạng thái
lỏng, quay tuần hoàn để cùng với lượng nước trong bình tách D-3201 đi đến thiết bị
trao đổi nhiệt tiếp theo. Toàn bộ lượng nhiệt giải phóng ở E-3201 đều được thải ra
ngồi khơng khí. Theo tính tốn sơ bộ, lượng nhiệt từ dịng nước ngưng cần giải phóng
ra mơi trường bên ngồi theo thực tế vận hành hiện nay khoảng 3,4 MW, điện sử dụng
để chạy quạt gió khoảng 57 kW.
Ngồi ra, lượng nhiệt giải phóng ở các thiết bị trao đổi nhiệt làm mát bằng
khơng khí E-3204 và E-3205 cũng rất đáng kể. Tổng lượng nhiệt giải phóng ra mơi
2
trường tại các thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí là rất lớn, cần được nghiên cứu tận
dụng để thay thế cho các nguồn nhiệt khác nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt trong Nhà
máy, giúp tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công ty.
Trong khi các cơ hội tận dụng nhiệt trong Nhà máy khá nhiều, cách tiếp cận vấn
đề vẫn còn mang tính chất kinh nghiệm, thiếu cơ sở khoa học vững chắc. Để góp phần
thúc đẩy thực hiện Chương trình Quốc gia về tiết kiệm năng lượng [1] nói chung và
thực hiện tốt hơn công tác sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong Nhà máy
nói riêng cần phải có một nghiên cứu đầy đủ để làm tài liệu tham khảo triển khai các
giải pháp năng lượng khác.
Từ những phân tích ở trên, chúng tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tận dụng
nhiệt ở Hệ thống thu hồi và xử lý nước ngưng – Unit 32 tại Nhà máy Lọc dầu Dung
Quất”.
2.Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tận dụng ít nhất 50% nhiệt thất thốt ra mơi trường ở hệ thống thu
gom và xử lý nước ngưng của Nhà máy lọc dầu Dung Quất nhằm giảm thiểu nhiên liệu
sử dụng, giảm phát thải nhiệt và khí nhà kính CO2 ra mơi trường bên ngồi, giúp cải
thiện hiệu quả sản xuất kinh doanh và bảo vệ môi trường.
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu các thơng số nhiệt độ, áp suất, enthalpy của
các dịng cơng nghệ để tính tốn khả năng tiết kiệm và lựa chọn phương án thu hồi;
Nghiên cứu sơ đồ công nghệ để sắp xếp, bố trí thiết bị hợp lý;
Nghiên cứu mặt bằng để xác định vị trí đặt thiết bị,
đề xuất phương án đấu nối thiết bị với hệ thống hiện có.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện dựa trên tài liệu thiết kế và số liệu vận hành trong
vòng 1 năm, từ 1/2018-12/2018 của hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng - Unit 32,
khu vực phụ trợ nóng, Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
4.Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê, thu thập dữ liệu;
Phương pháp mơ phỏng: chạy mơ phỏng trên PetroSim;
Phương pháp tính tốn: ứng dụng kỹ thuật Pinch và dựa trên cơng
thức tính tốn để phân tích, đánh giá và kết luận;
Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: nghiên cứu và xem
xét lại những thành quả thực tiễn trong quá khứ để rút ra kết luận.
3
5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả đề tài là cơ sở khoa học để xác định sự cần thiết, tính khả thi về mặt kỹ
thuật và hiệu quả kinh tế của việc đầu tư dự án Tận dụng nhiệt ở Hệ thống thu hồi và
xử lý nước ngưng làm cơ sở xem xét, quyết định chủ trương đầu tư xây dựng tại Nhà
máy lọc dầu Dung Quất.
6.Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc của luận văn gồm có 3 chương chính:
Chương 1 - Tổng quan về Nhà máy lọc dầu Dung Quất và hệ thống nước
ngưng: nêu tổng quan về Nhà máy lọc dầu Dung Quất, về hệ thống thu gom và xử lý
nước ngưng trong Nhà máy và thực tế vận hành hệ thống thu gom và xử lý nước
ngưng hiện nay.
Chuơng 2 - Các phương pháp nghiên cứu: Giới thiệu các phương pháp nghiên
cứu được sử dụng trong quá trình nghiên cứu như thống kê, mô phỏng công nghệ, ứng
dụng kỹ thuật Pinch, đánh giá khả năng điều chỉnh các thiết bị trao đổi nhiệt, tính tốn
hiệu quả kinh tế, đồng thời lựa chọn các thơng số đầu vào phục vụ trong q trình thực
hiên các phương pháp nghiên cứu.
Chương 3 - Kết quả và bàn luận: Tóm tắt kết quả nghiên cứu, đề xuất phương
án tận dụng nhiệt và đánh giá tác động của việc áp dụng phương án đến vận hành công
nghệ.
4
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VÀ
HỆ THỐNG NƯỚC NGƯNG
1.1 . Tổng quan về Nhà máy lọc dầu Dung Quất
1.1.1 . Thông tin chung về Nhà máy
Nhà máy lọc dầu Dung Quất là công trình trọng điểm quốc gia có tổng vốn đầu
tư trên 3 tỷ USD, công suất chế biến 6,5 triệu tấn dầu thô/năm. Đơn vị chủ quản là
Công ty Cổ phần Lọc - Hóa Dầu Bình Sơn (BSR) được thành lập vào tháng
4/2017[11].
Địa điểm: Khu kinh tế Dung Quất, thuộc địa bàn các xã Bình Thuận và Bình
Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi.
Diện tích sử dụng: Khoảng 956 ha (bao gồm cả 140 ha mở rộng trong tương
lai) trong đó có 485 ha mặt đất và 471 ha mặt biển.
Cơng suất chế biến: 6,5 triệu tấn dầu thô/năm (tương đương 148.000
thùng/ngày), nâng cấp mở rộng trong tương lai: 8,5 triệu tấn dầu thô/năm.
Nguyên liệu: Giai đoạn 1 chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ - Việt Nam (hoặc
dầu thô tương đương), giai đoạn 2 chế biến dầu chua.
Cơ cấu sản phẩm: Nhà máy sản xuất các loại sản phẩm với cơng suất như
được trình bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Cơ cấu sản phẩm của Nhà máy
STT
Tên sản phẩm
1.
Propylene
2.
Khí hóa lỏng (LPG)
3.
Xăng RON 92
4.
Xăng RON A95
5.
Dầu hỏa/nhiên liệu bay Je
6.
Dầu động cơ Diesel ôtô
7.
Dầu nhiên liệu (FO)
8.
Polypropylene
1.1.2 . Khu vực công nghệ
Nhà máy lọc dầu Dung Quất gồm 14 cụm phân xưởng cơng nghệ được mơ tả
trên Hình 1.1 [7], được thiết kế để thực hiện các quá trình lọc tách và chuyển hóa dầu
thơ thành các sản phẩm thương mại:
5
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU - unit 11);
Phân xưởng xử lý naphtha bằng hydro (NHT - unit 12);
Phân xưởng reforming xúc tác tái sinh liên tục (CCR - unit 13);
Phân xưởng xử lý kerosen (KTU - unit 14);
Phân xưởng cracking xúc tác nguyên liệu cặn (RFCC - unit 15);
Phân xưởng xử lý LPG (LTU - unit 16);
Phân xưởng xử lý Naphtha từ RFCC (NTU - unit 17);
Phân xưởng xử lý nước chua (SWS - unit 18);
Phân xưởng tái sinh amine (ARU - unit 19);
Phân xưởng trung hòa xút thải (CNU - unit 20);
Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU - unit 21);
Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU - unit 22);
Phân xưởng đồng phân hóa phân đoạn nhẹ (ISOM - unit 23);
Phân xưởng xử lý LCO từ RFCC bằng Hydro (LCO-HDT - unit 24).
Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ NMLD Dung Quất với nhà bản quyền của các phân xưởng
cơng nghệ chính
1.1.3 . Khu vực phụ trợ và ngoại vi
Ngồi các phân xưởng cơng nghệ, Nhà máy cịn có các phân xưởng/hệ thống
phụ trợ và các cơng trình ngoại vi đảm bảo cung cấp đầy đủ nhu cầu năng lượng điện,
6
khí, nước, hơi nước, hóa chất cho các phân xưởng trong các điều kiện làm việc khác
nhau. Hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng - Unit 32 là một trong các phân
xưởng/hệ thống phụ trợ đó [8]:
1)
Hệ thống nước khử khoáng (Unit 31);
2)
Hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng (Unit 32);
3)
Hệ thống nước làm mát tuần hoàn (Unit 33);
4)
Hệ thống nước biển làm mát (Unit 34);
5)
Hệ thống khí nén, khí điều khiển (Unit 35);
6)
Hệ thống sản xuất và phân phối nitơ (Unit 36);
7)
Hệ thống khí nhiên liệu (Unit 37);
8)
Hệ thống dầu nhiên liệu (Unit 38);
9)
Hệ thống kiềm (Unit 39);
10)
Hệ thống điện hơi (Unit 40);
11)
Hệ thống xử lý nước thô (RO - Reverse Osmosis - Unit 100)
12)
Hệ thống bể chứa trung gian (Unit 51);
13)
Hệ thống bể chứa sản phẩm (Unit 52);
14)
Hệ thống pha trộn sản phẩm (Unit 54);
15)
Hệ thống bể chứa dầu thô (Unit 60) và một số hệ thống khác.
1.2 . Tổng quan về hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng
1.2.1 . Vai trò của hệ thống thu gom và xử lý nươc ngưng
Hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được
thiết kế để thu gom, xử lý nước ngưng, cấp nước cho các lò hơi công nghệ và cấp nước
đã xử lý sang thiết bị khử khí ở trạm điện.
Nước được thu gom từ các nguồn:
- Nước ngưng công nghệ cao, trung và thấp áp;
- Nước ngưng thấp áp từ các các bể chứa trong Nhà máy;
- Nước ngưng chân không đến từ các turbine hơi máy phát điện, các
turbine hơi dẫn động máy nén công nghệ.
Sau khi được thu gom, nước ngưng được xử lý bằng cách cho đi qua các hệ
thống xử lý ion nhằm loại bỏ các gốc ion tự do trong nước, đảm bảo tiêu chuẩn nước
cấp nồi hơi. Sau đó, nước được bơm đến thiết bị khử khí nhằm loại bỏ oxy dư hòa tan.
Từ đây, nước được bơm cấp cho các lò hơi theo các cấp áp suất khác nhau.
1.2.2 . Các thiết bị chính trong hệ thống
Hệ thống gồm có các thiết bị cơng nghệ chính:
- Các bình tách hơi D-3201, D3202, D3203, D3204;
- Các bể chứa TK-3201, TK-3202, TK-3203, TK-3204;
7
-
Các thiết bị làm mát bằng khơng khí E-3201, E3204, E3205;
Các thiết bị trao đổi nhiệt E-3202, E3206;
Các cụm thiết bị xử lý ion A3201, A3202;
Cụm phun hóa chất A3203;
- Các bơm vận chuyển nước P-3201A/B, P-3202A/B, P-3203A/B, P3204A/B, P-3205A/B, P-3206A/B, P-3207A/B, P-3208A/B, P-3209A/B,
P-3210A/B.
1.2.3 . Mơ tả sơ đồ dịng công nghệ
Sơ đồ công nghệ của hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng được mô tả chi tiết
trên Hình 1.2. Các dịng nước ngưng cơng nghệ trung và cao áp được đưa về thiết bị
o
2
tách D-3202. Tại đây, ở nhiệt độ bão hòa 148 C và áp suất 3,6 kg/cm g, hơi thấp áp
được tách ra và đưa lên mạng hơi còn nước ngưng được đưa sang D-3201 cùng với
o
dòng nước ngưng thấp áp. Tại D-3201, nước được làm nguội xuống 103 C nhờ hóa
2
hơi một phần trong điều kiện áp suất thấp, 0,1 kg/cm g. Toàn bộ lượng hơi sinh ra
được làm nguội/ngưng tụ ở E-3201 và quay trở lại D-3201. Việc làm nguội được thực
hiện thông qua hệ thống thiết bị làm mát bằng khơng khí E-3201 có 4 quạt làm mát với
cơng suất tiêu thụ điện mỗi quạt là 14,4 kW (tổng tiêu thụ điện là 57,6 kW).
Các dòng nước ngưng thấp áp từ các bể chứa trong Nhà máy có nhiệt độ
o
khoảng 80-85 C và áp suất thấp được thu gom ở các bình tách D-3203 và D-3204 hoạt
động gần bằng áp suất môi trường rồi được bơm qua E-3202 cùng với dòng nước
ngưng đến từ D-3201. Các dòng nước ngưng chưa xử lý kết hợp với nhau và trao đổi
nhiệt với dòng nước ngưng đã qua xử lý tại E-3202, sau đó đi qua thiết bị làm mát Eo
3204 để ổn định nhiệt xuống 50 C trước khi đưa vào bể chứa nước ngưng TK-3201.
Nước ngưng chân không đến từ các turbine hơi dẫn động máy nén cơng nghệ có
o
2
nhiệt độ 50 C và áp suất 0,5 kg/cm g được đưa trực tiếp vào bể chứa TK-3201. Nước
từ TK-3201 được bơm đi xử lý ion ở A-3201 rồi đưa vào bể chứa TK-3202, sau đó tiếp
tục được bơm qua E-3202 để hấp thụ nhiệt từ dòng nước ngưng chưa xử lý kết hợp để
o
nâng nhiệt độ lên 82 C rồi đi vào thiết bị tách khí DA-3201A/B. Ở thiết bị tách khí,
o
2
nước tiếp tục được nâng lên nhiệt độ bão hòa 111,4 C và áp suất 0,5 kg/cm g bằng
cách hấp thụ nhiệt từ dịng hơi thấp áp.
Nước sau khi khử khí sẽ được bổ sung hóa chất khử oxy dư rồi được bơm đi
2
2
làm nước cấp nồi hơi ở các cấp áp suất cao áp (60 kg/cm g), thấp áp (22 kg/cm g) và
2
lạnh (7,8 kg/cm g). Riêng nước cấp lò hơi lạnh được bơm qua thiết bị làm mát bằng
khơng khí E-3205 trước khi chuyển đi.
o
Nước ngưng chân không đến từ các turbine hơi máy phát điện có nhiệt độ 53 C,
2
áp suất 2,3 kg/cm g được trao đổi nhiệt với dịng nước khử khống dùng bù hao hụt
8
o
2
nước cho chu trình hơi có nhiệt độ 30 C và áp suất 4,0 kg/cm g rồi đi vào bể chứa TK3202. Nước từ TK-3203 được bơm đi xử lý ion ở A-3202 rồi đưa vào bể chứa TK3204, sau đó tiếp tục được bơm vào các thiết bị tách khí DA-4031/32 của trạm điện.
Tương tự ở DA-3201A/B, tại thiết bị tách khí DA-4031/32 của trạm điện, nước tiếp
o
2
tục được nâng lên nhiệt độ bão hòa 111,4 C và áp suất 0,5 kg/cm g bằng cách hấp thụ
nhiệt từ dòng hơi thấp áp. Dịng nước khử khống dùng bù hao hụt nước cho chu trình
hơi được đưa trực tiếp vào các thiết bị khử khí.
Trong trường hợp A-3201 khơng xử lý hết lượng nước ngưng thu hồi, nước từ
TK-3201 có thể chuyển sang TK-3203 để xử lý ở A-3203 và nếu bể chứa TK-3202
đầy, có thể chuyển sang bể TK-3204.
Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng
Hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng được thiết kế cho 4 kịch bản vận hành
khác nhau với lưu lượng nước ngưng được mô tả trên Bảng 1.2. Tối đa distillate khi xử
lý dầu hỗn hợp, tối đa xăng khi xử lý dầu hỗn hợp, tối đa distillate khi xử lý dầu Bạch
9
Hổ và tối đa xăng khi xử lý dầu Bạch Hổ. Trong đó, lượng nước ngưng cơng nghệ cần
xử lý trong kịch bản tối đa xăng khi xử lý dầu Bạch Hổ là lớn nhất với 31,2 t/h nước
ngưng công nghệ cao áp, 113,4 t/h nước ngưng công nghệ trung áp và 56,96 t/h nước
ngưng cơng nghệ thấp áp. Vì kịch bản có lưu lượng lớn nhất cho phép lựa chọn thiết bị
đảm bảo vận hành cho các kịch bản còn lại về mặt thiết kế nên đây sẽ là kịch bản được
tham khảo để thiết kế và lựa chọn thiết bị bổ sung/thay thế phục vụ công tác cải hoán
thu hồi nhiệt thải ở chương 3 của tài liệu này.
Bảng 1.2: Lưu lượng nước ngưng ứng với các kịch bản vận hành Nhà máy
STT
Kịch bản vận hành
1.
Tối đa distillate khi xử lý dầu hỗn hợp
2.
Tối đa xăng khi xử lý dầu hỗn hợp
3.
Tối đa distillate khi xử lý dầu Bạch Hổ
4.
Tối đa xăng khi xử lý dầu Bạch Hổ
Ghi chú: HC, MC, LC, PC và VC lần lượt là ký hiệu nước ngưng cao áp, trung
áp, thấp áp, turbine trạm điện và turbine công nghệ.
1.3 . Thực tế vận hành hệ thống nước ngưng
Thực tế vận hành hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng hiện nay cho thấy về
cơ bản vẫn đúng theo thiết kế, đáp ứng u cầu cơng nghệ. Tuy nhiên, đã có một số
thay đổi hoặc đề xuất thay đổi theo hướng sử dụng tiết kiệm năng lượng và hiệu quả
hơn. Bên cạnh đó vấn đề mài mịn thủy kích các đường ống nước ngưng về các bình
tách cũng rất đang quan tâm để kết hợp cải hốn nếu có cơ hội.
1.3.1 . Tắt quạt làm mát ở thiết bị E-3204
Trong đợt bảo dưỡng tổng thể từ tháng 6 đến tháng 8 năm 2017, thiết bị trao
đổi nhiệt E-3202 đã được làm sạch, hiệu quả trao đổi nhiệt tốt hơn. Bên cạnh đó,
chương trình quản lý bẩy hơi, chương trình tối ưu năng lượng sâu rộng cũng làm giảm
lưu lượng nước ngưng đi qua E-3202 làm tăng khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị.
o
Theo đó, nhiệt độ dịng nóng sau khi trao đổi nhiệt này đã giảm khoảng 7 C (tương ứng
o
o
o
từ 58 C giảm xuống 51 C). Điều kiện nhiệt độ khoảng 51 C cho phép đưa trực tiếp
nước vào TK-3201 mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu quả làm việc của nhựa
trao đổi ion tại A-3201. Chênh lệch nhiệt độ nước khi ra khỏi E-3202 và tại bể chứa TK3201 qua các năm 2016, 2017, 2018 và 2019 được trình bày chi tiết trong
Bảng Bảng 1.3. trước và sau thơi điểm ngừng máy tổng thể 6/8/2017 - khi không
vận hành quạt làm mát ở E-3204.
10
Bảng 1.3: Chênh lệch nhiệt độ nước khi ra khỏi E-3202 và tại bể chứa TK-3201
Tháng
2016
1
59,2
2
58,9
3
58,3
4
57,2
5
58,1
6
58,3
7
59,2
8
58,9
9
59,4
10
59,9
11
56,6
12
54,6
T.bình
58,2
1.3.2 . Khả năng chuyển đổi công năng thiết bị E-3206
Mặc dù thiết bị E-3206 được thiết kế với nhiệt độ nước ngưng chân không đến
o
từ các turbine hơi máy phát điện có nhiệt độ khoảng 53 C nhưng trên thực tế, nhiệt độ
o
o
dòng nước này chỉ ở khoảng 38 C, thấp hơn 15 C so với giá trị thiết kế như được trình
bày trong Bảng 1.4. Vì lý do này thiết bị E-3206 được xem là hoạt động kém hiệu quả
và được đề xuất cải hốn để sử dụng vào mục đích khác, tránh lãng phí. Trên thực tế
thiết bị E-3204 đã khơng cịn hoạt động như đã trình bày ở mục 1.3.1.
Bảng 1.4: Điều kiện thiết kế và vận hành các dịng cơng nghệ đi qua E-3206
STT
Mô tả
1.
Lưu lượng nước ngưng từ trạm điện
2.
Nhiệt độ nước ngưng vào
3.
4.
Nhiệt độ nước ngưng ra
Lưu lượng nước khử khoáng
5.
Nhiệt độ nước khử khoáng vào
6.
Nhiệt độ nước khử khoáng ra
11
1.3.3 . Khả năng sử dụng nước khử khoáng làm môi chất lạnh
Báo cáo đánh giá năng lượng năm 2015 tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất do tư
vấn Shell Global Solutions (SGS) thực hiện năm 2015 có đề cập đến việc sử dụng
dòng nước làm mát bổ sung để thu hồi nhiệt của các dòng LGO và Kerosen ở phân
xưởng CDU. Theo đó dịng nước khử khống sẽ được đưa đi làm mát các dòng LGO
và Kerosen trước khi bổ sung vào hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng. Tuy nhiên,
các dòng LGO và Kerosen là các dịng hydrocacbon có nhiệt độ cao, u cầu vật liệu
cao hơn mơi trường nước có nhiệt độ thấp. Thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp cho cải hoán
theo SGS đề xuất là loại Compabloc có giá thành cao. Với chi phí đầu tư ban đầu 9,4
triệu USD và dịng tiền thu về từ việc tiết kiệm năng lượng 1,86 triệu USD/năm, thời
gian hồn vốn lên đến 5 năm nên Cơng ty Lọc hóa dầu Bình Sơn chưa có chủ trương
thực hiện.
1.3.4 . Vấn đề mài mòn đường ống nước ngưng
Dòng nước ngưng đi qua các đoạn ống thu gom nước ngưng cao áp và trung áp
2
nằm gần thiết bị tách D-3202 có áp suất làm việc thấp, chỉ 3,6-4 kg/cm g sẽ giảm áp từ
điều kiện áp suất bão hòa cao. Để đạt trạng thái bão hòa mới tại áp suất thấp hơn, nhiệt
độ sẽ giảm xuống và năng lượng sẽ làm bay hơi một phần nước ngưng, dòng nước
ngưng ở các đoạn ống này trờ thành 2 pha. Việc vận chuyển 2 pha làm cho đường ống
phải đối diện với nguy cơ thủy kích và mài mịn cơ học. Thực tế vận hành đoạn ống
này cho thấy vấn đề thủy kích ít xả ra do thiết kế phù hợp, có van xả khí và có độ cao
thủy tĩnh đáp ứng yêu cầu. Tuy nhiên, vấn đề mài mòn cơ học ở các đoạn ống này diễn
ra nghiêm trọng. Trong trường hợp nghiên cứu cải hốn, nếu điều kiện cơng nghệ thay
đổi làm tăng tốc độ của lưu chất thì phải xét đến khả năng nâng cấp vật liệu thay thế
các đoạn ống này.
1.3.5 . Tổn thất nhiệt qua các thiết bị làm mát bằng khơng khí
Thực tế vận hành cho thấy có một lượng lớn nhiệt xả ra mơi trường ở E-3201 và
E-3205. Thông thường, hệ thống thu gom và xử lý nước ngưng hoạt động ở điều kiện
nhiệt độ thấp và áp suất thấp. Việc bố trí các thiết bị trao đổi nhiệt bằng khơng khí
ở đây cần có sự cân nhắc kỹ càng. Theo thiết kế, hệ thống thu gom và xử lý nước
ngưng có 3 thiết bị làm mát bằng khơng khí E-3201, E-3204 và E-3205 có nhiệt độ
o
o
o
đầu vào lần lượt là 103 C, 55 C và 111,4 C. Nhiệt độ này cao hơn nhiều so với nhiệt
o
o
độ 38 C của nước ngưng turbine đã xử lý hay 30 C của nước khử khoáng được đề cập
ở mục 1.3.3. Vấn đề đặt ra là nhiệt độ và cơng suất nhiệt của các dịng có phù hợp để
thay thế khơng khí làm mơi chất lạnh và việc thay thế đó có hiệu quả khơng. Nội dung
nghiên cứu sẽ đi sâu vào vấn đề này.
Tóm lại, sau khi nghiên cứu tổng quan về Nhà máy Lọc dầu Dung quất và Hệ
