Giáo trình Sơ đồ công nghệ và hoạt động của nhà máy lọc điển hình

pdf 133 trang ngocly 02/06/2021 80
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Sơ đồ công nghệ và hoạt động của nhà máy lọc điển hình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_so_do_cong_nghe_va_hoat_dong_cua_nha_may_loc_dien.pdf

Nội dung text: Giáo trình Sơ đồ công nghệ và hoạt động của nhà máy lọc điển hình

  1. BỘ LAO ĐỘNG - THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ Dự án giáo dục kỹ thuật và dạy nghề (VTEP) Logo Giáo trình Mô đun: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY LỌC ĐIỂN HÌNH Mã số: HD M Nghề: VẬN HÀNH THIẾT BỊ HÓA DẦU Trình độ: lành nghề Hà Nội - 2004
  2. Tuyên bố bản quyền: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình. Cho nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác có ý đồ lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Tổng cục Dạy nghề sẽ làm mọi cách để bảo vệ bản quyền của mình. Tổng cục Dạy Nghề cám ơn và hoan nghênh các thông tin giúp cho chúng tôI sửa chữa,hiệu đính và hoàn thiện tốt hơn tàI liệu này. Địa chỉ liên hệ: Dự án giáo dục kỹ thuật và nghề nghiệp Tiểu ban Phát triển Chƣơng trình Học liệu Mã tài liệu Mã quốc tế ISBN: 2
  3. LỜI TỰA (Vài nét giới thiệu xuất xứ của chương trình và tài liệu) Tài liệu này là một trong các kết quả của Dự án GDKT-DN (Tóm tắt nội dung của Dự án) (Vài nét giới thiệu quá trình hình thành tài liệu và các thành phần tham gia) (Lời cảm ơn các cơ quan liên quan, các đơn vị và cá nhân đã tham gia ) (Giới thiệu tài liệu và thực trạng) Sách hƣớng dẫn giáo viên là tàI liệu hƣớng dẫn giảng dạy cho từng mô đun/môn học trong hệ thống mô đun và môn học đào tạo cho nghề ở cấp độ Các thông tin trong tài liệu có giá trị hƣớng dẫn giáo viên thiết kế và tổ chức các bài dạy cho mô đun/môn học một cách hợp lý. Giáo viên vẫn có thể thay đổi hoặc điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện và bối cảnh thực tế trong quá trình đào tạo. Đây là tài liệu thử nghiệm sẽ đƣợc hoàn chỉnh để trở thành Sách hƣớng dẫn giáo viên chính thức trong hệ thống dạy nghề. Hà nội, ngày . tháng . năm . Giám đốc Dự án quốc gia 3
  4. MỤC LỤC Đề mục Trang LỜI TỰA 3 MỤC LỤC 4 GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN 7 Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun 7 Mục tiêu của mô đun 7 Mục tiêu thực hiện của mô đun 7 Nội dung chính của mô đun 8 CÁC HìNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔ ĐUN 9 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN 11 BÀI 1. MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐIỂN HÌNH NHÀ MÁY LỌC DẦU 12 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU 12 1.1.2. Quá trình chế biến. 14 1.1.3. Pha trộn, tàng trữ và xuất sản phẩm 17 1.2. CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐIỂN HÌNH CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU 20 1.2.1. Sơ đồ chế biến dầu nhẹ 21 1.2.2. Sơ đồ chế biến dầu nặng 21 1.2.3. Sơ đồ chế biến dầu trung bình 22 1.3. CÁC THÀNH PHẦN CỦA NHÀ MÁY 23 1.3.1. Công trình năng lƣợng, phụ trợ. 28 1.3.2. Công trình ngoại vi. 28 1.3.3. Công trình chung. 28 1.4. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 29 BÀI 2. HỆ THỐNG NHẬP DẦU THÔ VÀ BỂ CHỨA DẦU THÔ 30 2.1. NHẬP DẦU THÔ 30 2.2 NHẬP DẦU THÔ CÓ NHIỆT ĐỘ ĐÔNG ĐẶC CAO 32 2.2.1. Phƣơng pháp dùng dầu thay thế 33 2.2.2. Phƣơng pháp gia nhiệt đƣờng ống 35 2.3. BỂ CHỨA DẦU THÔ 40 2.3.1. Chức năng khu bể chứa dầu thô 40 2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 41 2.4. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 42 4
  5. BÀI 3. SƠ ĐỒ VÀ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG, PHỤ TRỢ 43 3.1. HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN VÀ HƠI 43 3.1.1. Giới thiệu chung 43 3.1.2. Cấu hình và sơ đồ hệ thống 45 3.1.3. Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lƣơng để bảo vệ môi trƣờng 48 3.2. HỆ THỐNG CẤP KHÍ NÉN 49 3.2.1. Vai trò hệ thống khí nén 49 3.2.2. Hệ thống khí nén trung tâm 50 3.3. HỆ THỐNG NÉN KHÍ CỤC BỘ 56 3.3.1. Đặt vấn đề 56 3.3.2. Hệ thống khí nén cho phân xƣởng cracking 57 3.4. HỆ THỐNG CẤP KHÍ NITƠ 60 3.4.1. Giới thiệu 60 3.4.2. Các phƣơng pháp sản xuất khí ni tơ 61 3.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 61 3.5. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 66 3.5.1. Hệ thống khí nhiên liệu 66 3.5.2. Hệ thống dầu nhiên liệu. 70 3.5.3. Các hộ tiêu thụ chính 72 3.6. HỆ THỐNG NƢỚC LÀM MÁT 72 3.6.1. Hệ thống nƣớc làm mát bằng nƣớc biển 73 3.6.2. Hệ thống nƣớc làm mát kiểu tháp bay hơi 78 3.7. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 81 BÀI 4. SỒ ĐỒ VÀ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH NGOẠI VI 82 4.1. BỂ CHỨA SẢN PHẨM 82 4.1.1. Vị trí khu bể chứa 82 4.1.2. Sản phẩm và kiểu bể chứa 83 4.1.3. Chức năng khu bể chứa và phƣơng pháp xác định dung tích chứa 84 4.2. BỂ CHỨA TRUNG GIAN 86 4.2.1. Bể chứa đệm 86 4.2.2. Bể chứa cầu tử pha trộn 87 4.3. HỆ THỐNG PHA TRỘN VÀ XUẤT SẢN PHẨM 87 5
  6. 4.3.1. Các phƣơng pháp pha trộn sản phẩm 88 4.3.2. Xuất sản phẩm 93 4.4. HỆ THỐNG XỬ Lí NƢỚC THẢI 94 4.4.1. Các nguồn nƣớc thải 95 4.4.1.1. Nƣớc thải bề mặt lẫn dầu 95 4.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải 95 4.5. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 104 BÀI 5. ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY 105 5.1. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIẾN VÀ AN TOÀN NHÀ MÁY 105 5.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIẾN QUÁ TRÌNH 106 5.2.1. Chức năng và thành phần hệ thống điều khiển 106 5.2.2. Quá trình điều khiển 108 5.3. HỆ THỐNG DỪNG KHẨN CẤP 109 5.4. CÁC TIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÀNH PHẦN 109 5.4.1. Hệ thống đo mức 109 5.4.2. Hệ thống điều khiển van vận hành bằng mô-tơ (MOV) 110 5.4.3. Hệ thống giám sát máy múc, thiết bị 110 5.5. HỆ THỐNG PHÕNG CHỐNG CHÁY NỔ 110 5.5.1. Hệ thống cảnh báo 110 5.5.2. Hệ thống chống cháy 112 5.6. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 113 CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. 114 TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 116 I. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP NÂNG CAO 116 II. CÁC CÂU HỎI BÀI TẬP TRONG BÀI 119 CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN. 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 6
  7. GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun Học viên của các trƣờng cao đẳng kỹ thuật cũngg nhƣ sinh viên tại các Trƣờng đại học liên quan đến lĩnh vực chế biến dầu khí thƣờng đƣợc đào tạo kỹ về các công nghệ điển hình và sự hoạt động của từng phân xƣởng này một cách đơn lẻ. Sự hoạt động của các phân xƣởng công nghệ trong mối quan chung với các phân xƣởng công nghệ khác cũngg nhƣ trong mối quan hệ với các phân xƣởng năng lƣợng, phụ trợ, công trình ngoại vi, công trình chung, chƣa đƣợc đề cập nhiều trong chƣơng trình dạy và học. Do vậy học viên sau khi ra trƣờng khi tham gia phát triển các Dự án chế biến dầu khí hoặc làm việc trong cơ sở công nghiệp chế biến dầu khí thƣờng bỡ ngỡ và mất nhiều thời gian tìm hiểu tiếp cận thực tế. Mô đun này nhằm gắn kết sự hiểu biết của học viên thu nhận đƣợc từ các môn học công nghệ phân xƣởng đơn lẻ đặt chúng trong mối quan hệ tổng thể của Nhà máy trong thực tế. Mục tiêu của mô đun Học xong mô đun này học viên có đủ năng lực: - Mô tả đƣợc một số sơ đồ công nghệ điển hình nhà máy lọc dầu hiện đại. - Mô tả đƣợc tổng thể quá trình hoạt động của nhà máy để hỗ trợ cho việc vận hành các phân xƣởng riêng biệt sau này cũngg nhƣ công tác phối hợp vận hành giữa các phân xƣởng có liên quan. - Mô tả đƣợc vai trò và hoạt động của các hệ thống năng lƣợng, phụ trợ, công trình ngoại vi của nhà máy. - Mô tả đƣợc mối quan hệ giữa các phân xƣởng công nghệ trong sơ đồ công nghệ với nhau và với phân xƣởng, hệ thống năng lƣợng, phụ trợ, ngoại vi, của nhà máy. Mục tiêu thực hiện của mô đun Học xong mô đun này, học viên có khả năng: 7
  8. - Mô tả đƣợc sơ đồ khối cấu hình công nghệ điển hình của một nhà máy lọc dầu, mối quan hệ giữa các phân xƣởng. - Mô tả đƣợc sơ đồ và quá trình hoạt động của hệ thống năng lƣợng, phụ trợ: Hệ thống phát điện, hệ thống sản xuất và phân phối hơi, khí nén điều khiển, hệ thống khí nhiên liệu, hệ thống dầu nhiên liệu, hệ thống nƣớc (nƣớc làm mát, ). - Mô tả đƣợc sơ đồ và quá trình hoạt động của hệ thống công trình ngoại vi: Hệ thống nhập dầu thô, hệ thống bể chứa dầu thô, bể chứa sản phẩm, các bể chứa trung gian, hệ thống xuất sản phẩm và hệ thống thu gom xử lý nƣớc thải. - Trình bày đƣợc nguyên lý hoạt động của các sơ đồ nhà máy tƣơng tự. - Trình bày đƣợc nguyên lý điều khiển nhà máy, các hệ thống điều khiển và đảm bảo an toàn chính trong nhà máy. Nội dung chính của mô đun 1. Một số sơ đồ công nghệ điển hình nhà máy lọc dầu. 2. Hệ thống nhập dầu thô và bể chứa dầu thô. 3. Sơ đồ và quá trình hoạt động của hệ thống năng lƣợng, phụ trợ 4. Sơ đồ và hoạt động hệ thống công trình ngoại vi. 5. Điều khiển hoạt động của nhà máy 8
  9. CÁC HìNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔ ĐUN 1. Học trên lớp về sơ đồ công nghệ điển hinh nhà máy lọc hóa dầu, hệ thống nhập dầu thô, sơ đồ và hoạt động hệ thống năng lƣợng phụ trợ, sơ đồ và hoạt động của hệ thống công trình ngoại vi và hệ thống đo lƣờng, điều khiển tự động nhà máy. 2. Tự nghiên cứu các tài liệu liên quan đến các phân xƣởng công nghệ, năng lƣợng phụ trợ. 3. Thăm quan, thực tập các cơ sở chế biến dầu khí. 9
  10. Sơ đồ quan hệ theo trình tự học nghề Hãa Hãa Hãa Hãa VÏ kü KT KT ®iÖn Kü thuËt An toµn v« c¬ h÷u c¬ lý ph©n tÝch thuËt ®iÖn tö lao ®éng m«i trêng M«n chung KiÕn thøc M«n c¬ b¶n c¬ së nhãm ChÝnh nghÒ trÞ VËt lý Chng cÊt - C«ng Thî p c¸c Qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh ®¹i c- chÕ biÕn nghÖ chÕ cÊu tö cho Ph¸p xö lý reforming Cracking ¬ng luËt dÇu biÕn khÝ x¨ng GDQP ¶ nh h- ¶ nh QT ëng S¬ ®å c«ng nghÖ B¶o d- hëng VËn hµnh thiÕt bÞ chÕ Dông cô doanh gi¸n nhµ m¸y läc dÇu ì ng gi¸n biÕn dÇu khÝ thiÕt bÞ ®o nghiÖp GDTC tiÕp tiÕp ThÝ nghiªm Thùc hµnh C¬ kü Ngo¹i Chuyªn ®Ò Thùc tËp tèt chuyªn trªn thiÕt bÞ thuËt ng÷ dù phßng nghiÖp To¸n ngµnh m« pháng cao cÊp § éng häc KiÕn thøc Tin häc xóc t¸c c¬ së nghÒ Hãa häc Tån tr÷ vµ Thùc tËp S¶n phÈm Qu¸ tr×nh ¡ n mßn dÇu má & vËn chuyÓn qu¸ tr×nh dÇu má thiÕt bÞ kim lo¹i khÝ x¨ng dÇu thiÕt bÞ Kü thuËt phßng thÝ nghiÖm Ghi chú: Sơ đồ công nghệ và hoạt động của nhà máy lọc dầu điển hình là mô đun cơ sở của ngành hóa dầu. Mọi học viên phải học và đạt kết quả chấp nhận đƣợc đối với các bài kiểm tra đánh giá và thi kết thúc nhƣ đã đặt ra trong chƣơng trình đào tạo. Những học viên qua kiểm tra và thi mà không đạt phải thu xếp cho học lại những phần chƣa đạt ngay và phải đạt điểm chuẩn mới đƣợc phép học tiếp các mô đun/ môn học tiếp theo. Học viên, khi chuyển trƣờng, chuyển ngành, nếu đã học ở một cơ sở đào tạo khác rồi thì phải xuất trình giấy chứng nhận; Trong một số trƣờng hợp có thể vẫn phải qua sát hạch lại. 10
  11. YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN Về kiến thức - Mô tả đƣợc một số sơ đồ công nghệ điển hình Nhà máy lọc dầu hiện đại. - Mô tả đƣợc tổng thể quá trình hoạt động của Nhà máy để hỗ trợ cho việc vận hành các Phân xƣởng riêng biệt sau này cũngg nhƣ công tác phối hợp vận hành giữa các Phân xƣởng có liên quan - Mô tả đƣợc vai trò và hoạt động của các hệ thống năng lƣợng, phụ trợ, công trình ngoại vi của Nhà máy. - Mô tả đƣợc mối quan hệ giữa các phân xƣởng công nghệ trong sơ đồ công nghệ với nhau và với chức năng, nhiệm vụ, hoạt động của các hệ thống năng lƣợng, phụ trợ, ngoại vi, của Nhà máy. Về kỹ năng: - Đọc và hiểu đƣợc bản vẽ sơ đồ nguyên lý của nhà máy. - Đọc và hiểu đƣợc sơ đồ nguyên lý của các phân xƣởng, Hệ thống chính trong nhà máy lọc hóa dầu cơ bản. - Mô tả đƣợc chức năng nhiệm vụ của từng phân xƣởng công nghệ, năng lƣợng phụ trợ và công trình ngoại vi trong nhà máy. - Mô tả đƣợc mối quan hệ giữa các phân xƣởng. Về thỏi độ - Nghiêm túc tham gia các buối học trên lớp. - Chủ động ôn lại kiến thức các môn hoc/mô đun đã đƣợc học trƣớc đây để phục vụ tốt cho việc tiếp thu mô đun này. - Tích cực tham khảo tìm hiểu các sơ đồ nhà máy phân tích sự hoạt động của từng hệ thống.
  12. BÀI 1. MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐIỂN HÌNH NHÀ MÁY LỌC DẦU Mã bài: HD M1 Giới thiệu Sơ đồ công nghệ của Nhà máy lọc dầu hiện nay đi theo hai khuynh hƣớng: - Sản xuất ra các loại nhiên liệu phục vụ cho phƣơng tiện giao thông (LPG, nhiên liệu phản lực, xăng, dầu Diesel và dầu đốt lò). - Ngoài sản xuất ra các loại nhiên liệu phục vụ phƣơng tiện giao thông còn tập trung sản xuất ra các nguyên liệu phục vụ cho hóa dầu (propylene, BTX) hoặc xây dựng kèm theo các phân xƣởng hóa dầu nhƣ: polypropylene, sơ sợi tổng hợp (PET), LAB Tùy theo nguồn nguyên liệu (dầu thô), đặc điểm thị trƣờng tiêu thụ, năng lực tài chính và trên hết là lợi nhuận đem lại, chủ đầu tƣ các công trình sẽ quyết định lựa chọn sơ đồ công nghệ cho Nhà máy. Sơ đồ công nghệ nhà máy ngoài khả năng sản xuất đƣợc sản phẩm có chất lƣợng đáp ứng đƣợc yêu cầu của thi trƣờng cần phải có khả năng linh hoạt trong vận hành nhằm đáp ứng đƣợc những yêu cầu ngày càng cao về chất lƣợng và những biến đổi thất thƣờng của nguyên liệu (dầu thô). Mục tiêu thực hiện Học xong bài học này học viên có đủ năng lực: - Mô tả đƣợc sơ đồ công nghệ điền hình của Nhà máy lọc dầu. - Nêu đƣợc sản phẩm chính của các sơ đồ công nghệ này. - Mô tả đƣợc mối quan hệ giữa các phân xƣởng trong sơ đồ. - Mô tả đƣợc các thành phần chính trong Nhà máy. Nội dung chính - Tổng thể hoạt động của một Nhà máy lọc dầu điển hình. - Các sơ đồ công nghệ lọc dầu điển hình. - Các thành phần chính trong Nhà máy. 1.1. KHỏI QUÁT CHUNG HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU Cũngg nhƣ bất kỳ quá trình sản xuất nào, quá trình chế biến dầu thô cũngg trải qua các công đoạn chính: nhập nguyên liệu, chế biến và xuất sản phẩm. 12
  13. Tuy nhiên, nguyên liệu và sản phẩm của quá trình chế dầu khí có những đặc thù riêng (nguy cơ cháy nổ cao, tính chất lƣu biến đặc biệt, ) vì vậy, mà các hoạt động này có những đặc điểm rất riêng biệt so với các quá trình sản xuất khác. Quá trình hoạt động của Nhà máy lọc dầu từ khâu nhập nguyên liệu, chế biến tới xuất sản phẩm đƣợc mô tả khỏi quát trong hình H-1 A và H-1 B. 1.1.1. Nhập và tàng trữ dầu thô Công việc đầu tiên của nhà máy lọc dầu là nhập dầu thô, tàng trữ trƣớc khi chế biến. Phần lớn các nhà máy lọc dầu đuợc xây dựng gần biển, do vậy, phƣơng tiện vận chyển dầu thô chủ yếu là sử dụng tàu dầu. Tùy theo điều kiện tự nhiên của cảng biển và điều kiện đầu tƣ mà tàu dầu sử dụng vận chuyển dầu thô cho nhà máy có tải trọng khác nhau. Việc sử dụng tàu dầu có tải trọng càng lớn càng cho phép giảm đƣợc chi phí vận chuyển, tuy nhiên, sẽ làm tăng chi phí đầu tƣ ban đầu cho hệ thống bể chứa và chi phí nạo vét luồng lạch. Căn cứ vào kết quả so sánh hiệu quả kinh tế mang lại, chủ đầu tƣ sẽ phải chọn phƣơng án tối ƣu cho việc lựa chọn tải trọng tàu vận chuyển dầu thô. BẾN XUẤT SẢN PHẨM BẾN NHẬP DẦU THễ CỘT ĐUỐC TUYẾN ỐNG BỂ CHỨA DẦU NGẦM THễ HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC DẦU BỂ CHỨA SẢN PHẨM KHU CễNG NGHỆ PHỤ PHÂN XƢỞNG TRỢ ĐIỆN Hình H-1 A Khỏi quát hoạt động của Nhà máy lọc dầu Trong thực tế, các tàu dầu đƣợc sử dụng vận chuyển dầu thô cho nhà máy lọc dầu phổ biến trong khoảng từ 60.000 tấn đến 250.000 tấn. Cá biệt các tàu dầu có tải trọng 500.000 tấn đến 1 triệu tấn đƣợc sử dụng để vận chuyển dầu 13
  14. thô tới các kho trung chuyển hoặc kho dự trữ quốc gia mà ít khi sử dụng cho các nhà máy lọc dầu. Do tải trọng các tàu dầu lớn nên bến nhập thƣờng xa bờ, vì vậy, dầu thô vận chuyển vào nhà máy thƣờng phải đặt ngầm dƣới biến. Hệ thống đƣờng ống nhập đƣợc thiết kế để đảm bảo vận chuyển đƣợc các loại dầu dự kiến sẽ sử dụng (đặc biệt là dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao cần phải có giải pháp để chống quá trình đông đặc dầu thô trong lòng ống giữa các lần nhập). Dầu thô nhập từ tàu dầu đƣợc tàng trữ tại khu bể chứa. Các bể chứa dầu thô ngoài chức năng dự trữ nguyên liệu còn có nhiệm vụ tách một phẫn nƣớc lẫn trong dầu. Công suất chứa khu bể chứa dầu thô đƣợc thiết kế để đủ khả năng chứa đƣợc lƣợng dầu của tàu dầu lớn nhất cộng thêm một số ngày dự trữ vận hành thích hợp. Với các nhà máy đặt sâu trong đất liền gần má dầu hoặc tuyến ống dẫn dầu thì dầu thô đƣợc nhập trực tiếp từ tuyến ống dẫn dầu. 1.1.2. Quá trình chế biến. Dầu thô sau khi đƣợc ổn định và tách sơ bộ nƣớc trong khu bể chứa đƣợc đƣa đi chế biến. Để nhận đƣợc các sản phẩm theo yêu cầu của thị trƣờng, dầu thô phải trải qua hàng loạt các công đoạn chế biến và xử lý. Công đoạn đầu tiên là tách dầu thô thành các phân đoạn, dầu thô đƣợc đƣa tới phân xƣởng chƣng cất ở áp suất khí quyển. Tại tháp chƣng cất này, dầu thô đƣợc tách thành các phân đoạn khác nhau và sau đó đƣa tới các phân xƣởng chế biến tiếp theo nhƣ: chƣng cất chân không, cracking xúc tác cặn, phân xƣởng reforming, phân xƣởng đồng phân hóa Naphtha nhẹ, alkyle hóa. Để đơn giản hóa, trong khuôn khổ của mô đun này chỉ mô tả quá trình chế biến dựa trên cấu hình công nghệ sử dụng phổ biến nhất hiện nay nhằm cung cấp khỏi quát về quá trình chế biến của nhà máy. Các kiến thức sâu về từng quá trình chế biến đƣợc trình bày trong các giáo trình của mô-đun/môn học khác của chƣơng trình đào tạo nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Quá trình chế biến đƣợc mô tả khỏi quát trong các mục dƣới đây. Thông thƣờng, dầu thô qua phân xƣởng chƣng cất ở áp suất thƣờng đƣợc phân tách thành các phân đoạn chính: LPG, Naphtha nhẹ, Naphtha nặng, Kerosene, phân đoạn diesel nhẹ (Light Gas Oil), phân đoạn diesel nặng (Heavy Gas Oil) và phân đoạn cặn chƣng cất khí quyển. Trong đó, một số phân đoạn đƣợc coi là sản phẩm hoặc là cấu tử pha trộn (phân đoạn Kerosene, Naphtha nhẹ, phân đoạn dầu diesel nhẹ và phân đoạn dầu Diesel nặng) mà không cần đƣa đi chế biến tiếp ngoại trừ việc đƣa qua các thiết bị xử lý để loại bá tạp chất (nhƣ lƣu hùynh, ni-tơ, ). Các phân đoạn khác thƣờng đƣợc đem chế biến tiếp 14
  15. để thu đƣợc các sản phẩm có giá trị cao hơn. Một số hƣớng chế biến tiếp các phân đoạn dầu thô sau khi đƣợc tách ra từ phân xƣởng chƣng cất dầu thô là: - Khí hóa lỏng (LPG) đƣợc đƣa tới phân xƣởng thu gom và xử lý khí để sản xuất khí hóa lỏng hoặc nguyên liệu cho quá trình Alkyle hóa. - Naphtha nhẹ (Light Naphtha): Để nâng cao chất lƣợng xăng, trong các Nhà máy lọc dầu hiện nay, phân xƣởng đồng phân hóa naphtha nhẹ (Isomezation) đƣợc lắp đặt để đồng phân hóa naphtha nhẹ nhằm nâng cao chất lƣợng của xăng (tăng số Octane và giảm hàm lƣợng benzene trong xăng). Sản phẩm của phân xƣởng này (Isomerate) đƣợc đƣa tới bể chứa cấu tử pha xăng. Tuy nhiên, để naphtha nhẹ phù hợp cho quá trình đồng phân hóa thì trƣớc khi đƣa tới phân xƣởng Isome, phân đoạn naphtha nhẹ đƣợc xử lý bằng hydro để loại bá tạp chất. Nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và đơn giản cho quá trình vận hành, bảo dƣỡng, nếu trong Nhà máy lọc dầu có cả phân xƣởng Reforming và Isome thì toàn bộ phân đoạn Naphtha (cả Naphtha nặng và Naphtha nhẹ) sẽ đƣợc xử lý chung trong phân xƣởng xử lý hydro, sau đó mới tiến hành tách riêng ra hai phân đoạn làm nguyên liệu cho quá trình reforming và isome hóa. - Phân đoạn naphtha nặng (Heavy Naphtha): Với đa số các Nhà máy lọc dầu, để sản xuất xăng có chất lƣợng cao, phân xƣởng Reforming phải đƣợc lắp đặt để sản xuất cấu tử pha xăng có trị số Octane cao. Naphtha nặng trƣớc khi đƣa vào phân xƣởng Reforming đƣợc xử lý, làm sạch trong phân xƣởng xử lý Naphtha bằng hydro. Sản phẩm của phân xƣởng này (reformate) đƣợc đƣa tới bể chứa cấu tử pha trộn xăng hoặc đƣa tới phân xƣởng tách BTX để tách Benzene, Toluene, P- Xylene làm nguyên liệu cho hóa dầu, phần còn lại đem đi pha trộn xăng. - Phân đoạn cặn chƣng cất: Cặn chƣng cất chiếm một tỷ tƣơng đối lớn so với nguyên liệu ban đầu (khoảng 50% khối lƣợng dầu thô), vì vậy, chế biến tiếp phân đoạn cặn là yêu cầu bắt buộc của các Nhà máy lọc dầu hiện nay để nâng cao hiệu quả kinh tế của Nhà máy. Tùy thuộc vào tính chất dầu thô và hiệu quả kinh tế đem lại mà cặn chƣng cất đƣợc chế biến theo các hƣớng khác nhau. Hƣớng thứ nhất (đa số các Nhà máy lọc dầu trƣớc đây áp dụng), cặn chƣng cất ở áp suất khí quyển đƣợc đƣa đến cột chƣng cất ở áp suất chân không nhằm tách phân đoạn phù hợp cho quá trình cracking và sản xuất nhựa đƣờng. Hƣớng 15
  16. thứ hai là cặn chƣng cất đƣợc xử lý bằng hydro để đạt chất lƣợng cho quá trình cracking, hƣớng chế biến này chỉ phù hợp với các loại dầu trung bình. Hƣớng thứ ba với các loại dầu nhẹ có hàm lƣợng lƣu hùynh thấp, cặn chƣng cất đƣợc đƣa thẳng tới phân xƣởng cracking mà không cần có quá trình xử lý sơ bộ. Cho dù cặn chƣng cất khí quyển đƣợc xử lý sơ bộ bằng phƣơng pháp nào đi chăng nữa thì một phần lớn lƣợng cặn sẽ đƣợc đƣa tới phân xƣởng cracking để nâng cao hiệu quả kinh tế của phân đoạn nặng. Công nghệ cracking có thể áp dụng là công nghệ cracking xúc tác xúc tác thông thƣờng hoặc hydrocracking. Công nghệ hydrocracking cho phép thu đƣợc sản phẩm chất lƣợng cao, tuy nhiên, cũngg có những nhƣợc điểm nhất định là đầu tƣ lớn, không cho phép phát triển hóa dầu kèm theo. Vì vậy, công nghệ cracking thông thƣờng đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến (trong khuôn khố giáo trình này không trình bày sơ đồ công nghệ có phân xƣởng hydrocracking). Phân xƣởng cracking xúc tác cặn đƣợc xem là trái tim của một nhà máy lọc hóa dầu để chuyển hóa hydrocacbon có giá trị kinh tế thấp thành hydrocacbon có giá trị kinh tế cao hơn và là tiền đề cho phát triển các sản phẩm hóa dầu. Các sản phẩm chính của phân xƣởng cracking bao gồm: phân đoạn nhẹ (khí nhiên liệu và khí hóa lỏng), xăng, phân đoạn cất trung bình (light cycle Oil) và dầu cặn cracking (decant oil), một phần dầu mất mát do tạo cốc và trong quá trình tái sinh xúc tác. Các sản phẩm của phân xƣởng cracking xúc tác lại đƣợc chế biến tiếp theo các hƣơng tƣơng ứng: Phân đoạn nhẹ đƣợc đƣa đến phân xƣởng thu gom và xử lý khí để thu hồi khí hóa lỏng và khí nhiên liệu cung cấp nhu cầu nhiên liệu nội bộ Nhà máy. Khí hóa lỏng đƣợc đem xử lý và phân tách tiếp tùy theo mục đích sử dụng. Phân đoạn nhẹ đƣợc chế biến theo các hƣớng chính sau: Hƣớng thứ nhất tách propylene để làm nguyên liệu cho hóa dầu ( sản xuất polypropylene), phần còn lại sẽ đƣợc no hóa để thu sản phẩm LPG, một phần butane cũngg đƣợc tách ra để làm cấu tử pha xăng. Hƣớng thứ hai tách propylene riêng để làm nguyên liệu cho hóa dầu, phần còn lại sẽ làm nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa. Xăng cracking: Xăng cracking cần đƣợc xử lý tiếp để giảm hàm lƣợng lƣu hùynh và hàm lƣợng olefine đáp ứng tiêu chất lƣợng. Xăng cracking có thể chỉ đƣợc ngọt hóa (bằng kiềm hoặc phƣơng pháp merox) mà không sử dụng phƣơng pháp xử lý bằng hydro, điều này tùy thuộc vào chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm về hàm lƣợng olefine cho phép trong xăng. Với các quốc gia có quy định 16
  17. ngặt nghèo về hàm lƣợng olefine trong xăng thì xăng cracking phải đƣợc xử lý bằng hydro. Xăng cracking sau khi xử lý đƣợc đƣa tới bể chứa cấu tử pha trộn xăng. Phân đoạn cất trung bình (light cycle oil): Tùy theo yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm mà phân đoạn này đƣợc đƣa thẳng tới bể chứa cấu tử pha trộn diesel chất lƣợng thấp, dầu đốt lò hoặc đƣợc xử lý tiếp bằng hydro để thu đƣợc cấu tử có chất lƣợng cao pha Diesel cao cấp. Hiện nay, do yêu cầu về chất lƣợng diesel cao và để nâng cao hiệu quả kinh tế, phân đoạn này thƣờng đƣợc xử lý tiếp bằng hydro để pha trộn Diesel chất lƣợng cao. Cặn cracking: Cặn cracking đƣợc sử dụng làm cấu tử pha trộn dầu đốt lò (FO), một phần đƣợc sử dụng làm dầu nhiên liệu cho các lò đốt trong nhà máy. Cặn chƣng cất chân không: Cặn chƣng cất chân không đƣợc đƣa đến phân xƣởng sản xuất nhựa đƣờng hoặc sản xuất coke dầu. Các sản phẩm trung gian nhƣ reformate, xăng cracking, isomerate, butane, các phân đoạn diesel (diesel từ phân xƣởng chƣng cất và cracking) đƣợc tồn trữ trong các bể chứa cấu tử pha trộn trƣớc khi đƣa tới hệ thống pha trộn. Quá trình pha trộn, tàng trữ và xuất sản phẩm đƣợc giới thiệu một cách khỏi quát trong các mục dƣới đây. 1.1.3. Pha trộn, tàng trữ và xuất sản phẩm Khâu cuối cùng trong toàn bộ chu trình hoạt động của nhà máy là pha trộn, tàng trữ và xuất sản phẩm. Chi tiết về hoạt động pha trộn, tàng trữ và xuất sản phẩm sẽ đƣợc giới thiệu trong bài học khác của giáo trình, trong mục này chỉ giới thiệu một cách nhìn tổng thể về hoạt động này. 1.1.3.1. Pha trộn sản phẩm Các sản phẩm lọc dầu, đặc biệt, là các sản phẩm nhiên liệu đều là kết quả của quá trình pha trộn nhiều cấu tử thành phần. Các sản phẩm chính của nhà máy nhƣ xăng, diesel giao thông, dầu đốt lò đều là kết quả của quá trình pha trộn để đạt đƣợc chất lƣợng sản phẩm theo yêu cầu. Theo quá trình hoạt động của nhà máy, các cấu tử pha trộn từ các phân xƣởng công nghệ đƣợc đƣa về tồn trữ tạm thời trong các bể chứa trung gian. Các cấu từ pha trộn từ các bể chứa này sau đó sẽ đƣợc bơm tới hệ thống pha trộn. Tùy theo điều kiện cụ thể mà phƣơng pháp pha trộn nào sẽ đƣợc lựa chọn. Hệ thống pha trộn sản phẩm có nhiệm vụ đảm bảo sản phẩm sau khi pha trộn đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn sản phẩm dựa trên các cấu tử có sẵn, tối đa hóa lợi nhuận trên khối lƣợng các thành phần cấu tử pha trộn của nhà máy, hạn chế tối đa sản phẩm pha trộn 17
  18. không đạt chất lƣợng. Pha trộn một số sản phẩm chính của nhà máy đƣợc trình bày trong các mục dƣới đây. a. Pha trộn xăng Với cấu hình nhà máy lọc dầu điển hình, xăng đƣợc pha trộn từ các cấu tử chính là: xăng cracking, reformate, alkylate, isomerate/naphtha nhẹ và Butane. Ngoài các cấu tử chính nêu trên, có thể pha thêm các loại phụ gia khác (các phụ gia tăng chỉ số Octane nhƣ MTBE, TAME, toluene, ). Việc pha trộn đƣợc tính tóan tối ƣu để thu lợi nhuận cao nhất từ các cấu tử pha trộn sẵn có và nhu cầu của thị trƣờng. Chất lƣợng của xăng đƣợc quy định bởi nhiều chỉ tiêu, tuy nhiên, trong thực tế chỉ một số các thông số quan trọng đƣợc kiểm sóat và điều khiển trực tuyến nhƣ: chỉ số Octane, khối lƣợng riêng, hàm lƣợng benzene, hàm lƣợng chất thơm, hàm lƣợng lƣu hùynh. Sau khi hoà trộn, chất lƣợng sản phẩm đƣợc kiểm tra đạt yêu cầu sẽ đƣợc bơm tới bể chứa sản phẩm, sản phẩm không đạt yêu cầu đƣợc đƣa trở lại các phân xƣởng công nghệ để chế biến lại. b. Pha trộn diesel Với cấu hình nhà máy lọc dầu điển hình, diesel giao thông đƣợc pha trộn từ các cấu tử chính là: dầu diesel nhẹ (Light Gas Oil), dầu diesel nặng (Heavy Gas Oil) từ phân xƣởng chƣng cất dầu thô ở áp suất khí quyển, phân đoạn dầu nhẹ (Light Cycle Oil) từ phân xƣởng cracking xúc tác cặn đã đƣợc xử lý bằng hyđrô và một phần phân đoạn Kerosene. Ngoài các thành phần chính trên, các phân đoạn diesel từ phân xƣởng chƣng cất chân không, các phân xƣởng xử lý cặn, gasoil bằng hydro cũngg là thành phần pha trộn diesel. Trong thực tế, nhiều nhà máy tất cả các phân đoạn diesel (LGO, HGO, LCO, VDO, ) đều đƣợc đƣa về phân xƣởng xử lý bằng hydro (GO-HDS), vì vậy, thành phần cấu tử pha trộn có thể giảm đi do đã đƣợc hoà trộn trƣớc. Chất lƣợng của diesel đƣợc quy định bởi nhiều chỉ tiêu, tuy nhiên, trong thực tế chỉ một số các thông số quan trọng đƣợc kiểm soât và điều khiển trực tuyến nhƣ: chỉ số cetane, khối lƣợng riêng, nhiệt độ điểm đông đặc, hàm lƣợng lƣu hùynh. Sau khi hoà trộn, chất lƣợng sản phẩm đƣợc kiểm tra đạt yêu cầu sẽ đƣợc bơm tới bể chứa sản phẩm, sản phẩm không đạt yêu cầu đƣợc đƣa trở lại các phân xƣởng công nghệ để chế biến lại. c. Pha trộn dầu đốt lò Quá trình pha trộn dầu đốt lò đơn giản hơn so với pha trộn xăng và diesel do thành phần chính của dầu đốt lò là dầu cặn quá trình cracking, chỉ một lƣợng nhá các cấu tử khác đƣợc pha vào cặn cracking để điều chỉnh nhiệt độ điểm 18
  19. đông đặc và khối lƣợng riêng sản phẩm. Với cấu hình nhà máy lọc dầu điển hình hiện nay, dầu đốt lò đƣợc pha trộn từ các cấu tử chính là: dầu cặn của quá trình cracking (Decant Oil), phân đoạn dầu diesel nặng (Heavy Gas Oil) từ phân xƣởng chƣng cất dầu thô ở áp suất khí quyển, phân đoạn dầu diesel (Light Cycle Oil) từ phân xƣởng cracking xúc tác cặn và phân đoạn kerosene. Việc lựa chọn cấu tử nào pha trộn với dầu cặn cracking để nhận sản phẩm dầu đốt lò tùy thuộc vào tính chất của dầu cặn và tiêu chuẩn chất lƣợng sản phẩm. Hai tính chất cơ bản đƣợc kiểm sóat trong quá trình pha trộn là khối lƣợng riêng và nhiệt độ đông đặc. 1.1.3.2. Tàng trữ và xuất sản phẩm Sản phẩm sau khi pha trộn đáp ứng tiêu chuẩn đƣợc đƣa tới bể chứa sản phẩm. Tùy theo từng loại sản phẩm, phƣơng thức vận chuyển mà các bể chứa có cấu tạo và tổng thể tích chứa khác nhau. Nguyên tắc chung là các sản phẩm có độ bay hơi lớn nhƣ kerosene, xăng, diesel đƣợc chứa trong các chế chứa mái nổi, các sản phẩm có độ bay hơi thấp nhƣ dầu đốt lò đƣợc chứa trong các bể mái cố định có thiết bị gia nhiệt bên trong. Sản phẩm trong các bể chứa sẽ đƣợc kiểm tra chất lƣợng tổng thể lần cuối trong phòng thí nghiệm trƣớc khi xuất hàng. Đây là công việc cần thiết do yêu cầu về kinh doanh và nguyên tắc kiểm sóat chất lƣợng. Sản phẩm theo tiêu chuẩn chất lƣợng đƣợc đánh giá bằng rất nhiều chỉ tiêu, song trong thực tế sản xuất không nên và không thể kiểm tra trực tuyến tất cả các thông số này bằng dụng cụ đo lƣờng tự động, nhiều chỉ tiêu chỉ có thể xác định trong phòng thí nghiệm, vì vậy, việc kiểm tra lần cuối chất lƣợng sản phẩm tại bể chứa sản phẩm trƣớc khi xuất hàng là công việc cần thiết. Các bể chứa đƣợc kiểm tra chất lƣợng đạt yêu cầu sẽ đƣợc phép xuất cho khách hàng. Việc xác định tổng dung tích, số lƣợng bể chứa thích hợp của khu bể chứa cho từng loại sản phẩm là công việc làm quan trọng, có ảnh hƣởng đến kinh phí đầu tƣ và vận hành nhà máy. Số lƣợng và tổng dung tích bể chứa của một loại sản phẩm phải thoả mãn một số yêu cầu: Tổng thể tích bể chứa phải ít nhất bằng tải trọng của phƣơng tiện vận chuyển lớn nhất (tải trọng tàu) cộng thêm số ngày dự phòng thích hợp. Số lƣợng bể chứa phải đƣợc xác định sao cho khi xuất hàng thì ngoài các bể đang xuất hàng vẫn còn ít nhất một bể khác đủ sức chứa sản phẩm từ nhà máy chuyển ra. Tàng trữ và xuất sản phẩm là công đoạn cuối cùng trong chu trình hoạt động của nhà máy. Hình ảnh thực về tổng thể hoạt động nhà máy lọc dầu từ khâu nhập đến xuất sản phẩm đƣợc minh hoạ trong hình H-1 B. 19
  20. Hình H -1 B Hình ảnh tổng thể một nhà máy lọc dầu 1.2. CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐIỂN HÌNH CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU Việc thiết kế một nhà máy chế biến mọi loại dầu là phi thực tế về cả khía cạnh kinh tế và vận hành. Sơ đồ công nghệ của một nhà máy lọc dầu trƣớc hết dựa vào sản phẩm nhà máy định sản xuất và sau đó là nguyên liệu sử dụng. Việc định hƣớng rõ ràng nguồn nguyên liệu và sản phẩm cho phép thiết kế nhà máy hoạt động hiệu quả hơn, vốn đầu tƣ sẽ thấp hơn, tuy nhiên, việc thiết kế phải đảm bảo một độ linh hoạt nhất định trong vận hành và tính đến việc mở rộng trong tƣơng lai. Ngoài nguyên liệu và chủng loại sản phẩm, tiêu chuẩn chất lƣợng sản phẩm và tiêu chuẩn môi trƣờng cũngg có ảnh hƣởng không nhá tới cấu hình công nghệ của nhà máy. Trong thực tế sản xuất cho thấy, trong thời gian qua tiêu chuẩn về môi trƣờng ngày càng đƣợc quy định khắt khe hơn thì các nhà máy lọc dầu xây dựng trƣớc đây không ngừng phải nâng cấp để đáp ứng yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm và các nguồn thải. Việc xác định cấu hình công nghệ của nhà máy có ý nghĩa vô cùng quan trọng để tồn tại và phát triển trong môi trƣờng cạnh tranh gay gắt hiện nay trong lĩnh vực lọc dầu. Tùy theo tính chất của dầu thô, chất lƣợng và chủng loại sản phẩm mà sơ đồ công nghệ nhà máy đƣợc thiết kế có những đặc thù riêng. Tính chất của dầu thô ảnh hƣởng nhiều nhất đến sơ đồ chế biến (đặc biệt là phần chế biến phân đoạn nặng) là tỷ trọng của dầu. Theo tỷ trọng, dầu thô đƣợc phân ra nhiều loại khác nhau, theo cách phân loại này, dầu thô có tỷ trọng ở điều kiện tiêu chuẩn d > 0,884 đƣợc coi là dầu nặng, d = 0,830 – 0,884 là dầu trung bình và dầu có tỷ trọng d < 0,830 là dầu nhẹ. Ngoài ra, ngƣời ta cũngg phân chia dầu thô chi tiết hơn thành các loại khác nhau theo tỷ trọng. Để chế biến từng loại dầu thô này cần phải có sơ đồ công nghệ tƣơng ứng thích hợp. Các sơ đồ công nghệ điển hình để chế biến các dầu thô này đƣợc trình bày trong các mục dƣới đây. 20
  21. 1.2.1. Sơ đồ chế biến dầu nhẹ Trƣớc đây, khi giá dầu thô còn thấp, sản lƣợng dầu thô nhẹ tƣơng đối lớn các Nhà máy chế biến dầu thô nhẹ có nhiều lợi thế về kinh tế và đầu tƣ ban đầu thấp hơn. Sơ đồ công nghệ chế biến dầu nhẹ thƣờng chỉ sử dụng quá trình cracking để chế biến cặn mà không sử dụng chƣng cất chân không và xử lý cặn để sản xuất nhựa đƣờng hay coke. Sự khác biệt cơ bản giữa sơ đồ chế biến dầu nhẹ và dầu nặng nằm ở công đoạn chế biến cặn chƣng cất ở áp suất khí quyển. Sơ đồ công nghệ điển hình của Nhà máy lọc dầu chế biến dầu nhẹ đƣợc mô tả trong hình H - 2. Theo sơ đồ công nghệ này, cặn dầu chƣng cất ở áp suất khí quyển đƣợc đƣa thẳng tới phân xƣởng cracking xúc tác cặn mà không cần phải qua quá trình chƣng cất chân không do cặn chƣng cất của dầu nhẹ có tính chất phù hợp làm nguyên liệu cho quá trình cracking. Tuy nhiên, sơ đồ này chỉ thích hợp cho các loại dầu nhẹ với hàm lƣợng lƣu hùynh thấp. Trong trƣờng hợp hàm lƣợng lƣu hùynh cao thì cần phải đƣợc xử lý bằng hydro để tách bớt lƣu hùynh trong cặn tới mức độ phù hợp nguyên liệu cho quá trình cracking. Các phân đoạn chƣng cất nhẹ nhƣ LPG, naphtha, kerosene, gasoil cũngg đƣợc xửu lý tƣơng tự nhƣ chế biến các loại dầu thô khác. Các công nghệ sử dụng để chế biến các phân đoạn này điển hình là: reforming, isome hóa, alkyl hóa và quá trình polime. Sơ đồ chế biến dầu nhẹ nhìn chung đơn giản và đầu tƣ ít hơn so với sơ đồ công nghệ chế biến dầu nặng. 1.2.2. Sơ đồ chế biến dầu nặng Theo số thống kê về trữ lƣợng dầu thô trên thế giới, hiện nay, tỷ lệ dầu nặng và dầu trung bình chiếm phần chủ yếu. Mặt khác, trong nhƣng năm qua, chênh lệch giữa giá dầu thô nặng và dầu thô nhẹ ngày càng lớn, vì vậy, các nhà máy lọc dầu đã xây dựng trƣớc đây có xu thế đƣợc cải tạo, nâng cấp để có thể chế biến đƣợc dầu nặng và dầu trung bình nhằm thu lợi nhuận cao hơn và đảm bảo nguồn nguyên liệu cung cấp lâu dài, ổn định cho nhà máy. Cũngg nằm trong xu thế sử dụng nguyên liệu này, các nhà máy mới đƣợc xây dựng đều đƣợc thiết kế ngay từ đầu để chế biến dầu nặng và trung bình, ngoại trừ các trƣờng hợp đặc biệt. Một điểm đáng chú ý là thành phần của các loại dầu thô nặng và trung bình thƣờng cho phép đa dạng hóa sản phẩm nhà máy hơn so với chế biến dầu nhẹ. Trong sơ đồ công nghệ chế biến dầu nặng, cặn chƣng cất ở áp suất khí quyển sẽ đƣợc đƣa tới tháp chƣng cất chân không để tách ra các phân đoạn thích hợp cho quá trình chế biến tiếp theo nhƣ quá trình cracking, quá trình 21
  22. trình coke hóa và sản xuất nhựa đƣờng. Sơ đồ công nghệ điển hình để chế biến dầu nặng đƣợc trình bày trong các hình H - 3A và H - 3B. Theo sơ đồ công nghệ này, cặn chƣng cất khí quyển sẽ đƣợc đƣa tới tháp chƣng cất chân không để phân tách cặn chƣng cất thành các phân đoạn phù hợp cho quá trình cracking và quá trình sản xuất nhựa đƣờng/coke. Tùy theo tính chất cụ thể của dầu thô và yêu cầu về sản phẩm mà phần cặn chƣng cất chân không sẽ đƣợc đƣa đi sản xuất nhựa đƣờng hay sản xuất coke dầu. Với dầu thô rất nặng cặn chƣng cất thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất coke dầu (sơ đồ hình H-3B), dầu thô nặng vừa phải, cặn chƣng cất chân không thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất nhựa đƣờng và một phần để pha trộn dầu đốt lò (sơ đồ hình H-3A). Trình độ công nghệ chế biến dầu hiện tại cho phép sản xuất coke dầu có chất lƣợng cao, có thể sử dụng trong công nghiệp luyện kim. Tuy nhiên, đầu tƣ cho dây chuyền sản xuất coke này tƣơng đối cao, vì vậy, khi thị trƣờng tiêu thụ coke cho luyện kim không lớn, vốn đầu hạn hẹp ngƣời ta chỉ sản xuất coke dầu làm nhiên liệu. Với một số loại dầu nặng vừa phải (hoặc dầu trung bình) cặn chƣng cất chân không sẽ đƣợc sử dụng để sản xuất nhựa đƣờng. Sơ đồ công nghệ chế biến dầu nặng với hai sản phẩm khác nhau (coke dầu và nhựa đƣờng đƣợc trình bày trong hình H - 3A và H - 3B. 1.2.3. Sơ đồ chế biến dầu trung bình Ngoài hai sơ đồ chế biến dầu nặng và dầu nhẹ điển hình trình bày ở trên, một số sơ đồ công nghệ trung gian khác đƣợc sử dụng để chế biến dầu thô trung bình. Theo sơ đồ công nghệ này, cặn chƣng cất dầu thô ở áp suất khí quyển không đƣợc đƣa tới tháp chƣng cất chân không mà đƣa tới phân xƣởng xử lý cặn bằng hydro. Tại đây, các tạp chất đƣợc loại bá, một phần nguyên liệu đƣợc cracking nhẹ để tạo ra các sản phẩm nhẹ hơn (chủ yếu là phân đoạn diesel), nhờ vậy sản phẩm thu hồi đƣợc từ phân xƣởng này là phần cặn thích hợp cho quá trình cracking và một phần các phân đoạn nhẹ (Gasoil và Naphtha). Sơ đồ công nghệ chế biến dầu trung bình đƣợc trình bày trong hình H-4. Việc đƣa công nghệ xử lý cặn bằng hydro cho phép nâng cao đƣợc hiệu suất thu hồi các sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhƣ diesel, naphtha nâng cao chất lƣợng sản phẩm và giảm bớt đƣợc yêu cầu xử lý tạp chất ở các giai đoạn chế biến tiếp theo do cặn chƣng cất đã đƣợc loại bá nhiều tạp chất sau khi qua phân xƣởng này. Tuy nhiên, cần lƣu ý, các sơ đồ công nghệ trinh bày trong giáo trình chỉ là những sơ đồ hết sức sơ lƣợc và có tính chất điển hình. Trong thực tế tùy theo 22
  23. tính chất cụ thể dầu thô và yêu cầu về chất lƣợng và chủng loại sản phẩm mà có sự thêm bớt một số phân xƣởng cho phù hợp yêu cầu. 1.3. CÁC THÀNH PHẦN CỦA NHÀ MÁY Trong Nhà máy lọc dầu, ngoài các phân xƣởng công nghệ đƣợc xem là trái tim của nhà máy thì còn các hạng mục công trình quan trọng khác cấu thành lên một nhà máy hoàn chỉnh, đảm bảo sự hoạt động bình thƣờng của nhà máy. Các hạng mục công trình đó là các phân xƣởng năng lƣợng, phụ trợ, công trình ngoại vi và công trình chung. Giữa các phân xƣởng công nghệ và các phân xƣởng năng lƣợng, phụ trợ, công trình ngoại vi, có mối quan hệ khăng khít, gắn bó hữu cơ với nhau không thể xem nhẹ bất cứ một bộ phận nào. Cần nhấn mạnh rằng để các phân xƣởng công nghệ hoạt động bình thƣờng cần phải có sự hỗ trợ của các phân xƣởng năng lƣợng, phụ trợ và các hệ thống công trình khác.Trong thực tế, ngoài các phân xƣởng công nghệ, một nhà máy lọc hóa dầu điển hình bao gồm các hạng mục công trình chính sau: - Công trình năng lƣợng, phụ trợ; - Công trình ngoại vi; - Công trình chung. Việc phân chia thành phần các hạng mục này có thể khác nhau đôi chút giữa các nhà thiết kế, tuy nhiên sự khác biệt này không nhiều. Các hạng mục này lại bao gồm nhiều phân xƣởng và công trình khác nhau. 23
  24. HÌNH H-2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU NHẸ 24
  25. HÌNH H-3A SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU NẶNG VỚI SẢN PHẨM NHỰA ĐƢỜNG 25
  26. HÌNH H -3B SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU NẶNG VỚI SẢN PHẨM COKE ĐƢỜNG 26
  27. HÌNH H - 4 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU TRUNG BÌNH 27
  28. 1.3.1. Công trình năng lƣợng, phụ trợ Các phân xƣởng và công trình năng lƣợng, phụ trợ có chức năng cung cấp năng lƣợng, các tiện ích cho các phân xƣởng công nghệ và toàn nhà máy nhƣ điện, hơI nƣớc, nhiên liệu, khí nén, nƣớc công nghệ, nƣớc sinh hoạt, Đôi khi không có sự phân biệt rạch ròi giữa các phân xƣởng công nghệ và các công trình năng lƣợng, phụ trợ, ví dụ nhƣ hệ thống hơi và phát điện, việc cung cấp hơi và phát điện chủ yếu từ phân xƣởng điện trong nhà máy và từ các nồi hơi tận dụng nhiệt trong các phân xƣởng công nghệ. Hoạt động của hệ thống phát điện và cấp hơI của nhà máy gắn liền với hoạt động của các phân xƣởng công nghệ và có tác động tƣơng hỗ với nhau. Phân xƣởng và công trình năng lƣợng, phụ trợ bao gồm một số các hạng mục chính: - Hệ thống phát và phân phối điện. - Hệ thống sản xuất và phân phối hơi. - Hệ thống khí nén điều khiển. - Hệ thống cấp khí Ni tơ. - Hệ thống khí nhiên liệu. - Hệ thống dầu nhiên liệu. - Hệ thống nƣớc (nƣớc làm mát, ) 1.3.2. Công trình ngoại vi Công trình ngoại vi trong nhà máy lọc dầu có chức năng hỗ trợ cho hoạt động của các phân xƣởng công nghệ, đảm bảo chất lƣợng sản phẩm và đảm bảo nguồn thải đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn môi trƣờng. Công trình ngoại vi bao gồm một số các hạng mục chính: - Bể chứa trung gian - Bể chứa sản phẩm - Hệ thống xuất sản phẩm (đƣờng bộ, đƣờng thủy) - Hệ thống pha trộn sản phẩm - Hệ thống đuốc - Hệ thống xử lý nƣớc thải - Khu bể chứa dầu thô 1.3.3. Công trình chung Các công trình chung trong nhà máy lọc dầu đáp ứng những nhu cầu chung cho toàn nhà máy, hỗ trợ cho quá trình sản xuất, quản lý, điều hành sản xuất và đảm bảo điều kiện làm việc đúng tiêu chuẩn cho cán bộ nhân viên vận hành, quản lý nhà máy. Công trình chung bao gồm một số các hạng mục chính: 28
  29. - Các công trình xây dựng dân dụng (Nhà hành chính, phòng điều khiển trung tâm, phòng thí nghiệm, xƣởng bảo dƣỡng, sửa chữa, nhà y tế, ) - Đƣờng nội bộ và hệ thống chiếu sáng - Hệ thống phân phối điện - Hệ thống thông tin liên lạc - Hệ thống điều khiển tự động. Tuy nhiên cần lƣu ý, việc phân chia nhà máy thành các bộ phận là theo tứng quan điểm. Cách phân chia nhƣ trình bày trong giáo trình là cách phân chia phổ biến hiện nay trên thế giới trong thiết kế, quản lý công trình lọc hóa dầu. Trong thực tế có thể có cách phân chia khác, tuy nhiên, điều quan trọng là xác định rõ đƣợc chức năng nhiệm vụ của từng bộ phận. 1.4. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1. Cho biết lý do cá nhà máy lọc dầu thƣờng phải đặt tại bờ biển có điều kiện thuận lợi xây dựng cảng nƣớc sâu? 2. Chức năng, nhiệm vụ của khu bể chứa dầu thụ. 3. Hóy cho biết các cơ sở chính quyết định cấu hình công nghệ của nhà máy lọc dầu? Các sơ đồ công nghệ điển hình đang đƣợc sử dụng. 4. Thành phần chính của nhà máy lọc dầu, chức năng của các bộ phận này? 29
  30. BÀI 2. HỆ THỐNG NHẬP DẦU THÔ VÀ BỂ CHỨA DẦU THÔ Mã bài: HD M2 Giới thiệu Vấn đề vận chuyển, nhập và tàng trữ dầu thô là một trong nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo vận hành liên tục của nhà máy lọc dầu. Nhằm giảm chi phí vận chuyển, hiện nay, các nhà máy lọc dầu thƣờng xây dựng gần các vị trí có thể xây các cảng biển đủ khả năng tiếp nhận các tàu dầu có tải trọng lớn. Đối với các nhà máy đặt tại vị trí không có điều kiện tự nhiên thuận lợi (mực nƣớc biển nông) thì các cảng tiếp nhận dầu thô thƣờng là dạng cảng mềm (phao rót dầu một điểm neo) đƣợc đặt ở vị trí xa bờ ở mức nƣớc đủ để tiếp nhận các tàu dầu lớn. Hệ thống nhập và tàng trữ dầu thô là một phần quan trọng của Nhà máy lọc dầu và có nhiều đặc thù riêng so với một cảng nhập hàng hóa hay sản phẩm thông thƣờng khác. Vì vậy, việc thiết kế và vận hành hệ thống nhập, tàng trữ dầu thô là những công việc cần quan tâm để đảm bảo sự vận hành liên tục, an toàn và hiệu quả của nhà máy. Hiểu rõ đƣợc quá trình nhập dầu thô và tàng trữ dầu thô tại khu bể chứa là một bƣớc khởi đầu quan trọng trong quá trình vận hành Nhà máy lọc hóa dầu sau này. Mục tiêu thực hiện Học xong mô đun này học viên có đủ năng lực: - Mô tả đƣợc Hệ thống nhập dầu thô vào Nhà máy. - Mô tả đƣợc nguyên tắc và phƣơng thức vận chuyển dầu có nhiệt độ đông đặc cao. - Mô tả đƣợc các chức năng của bể chứa dầu thô và phƣơng thức xác định tổng dung tích bể chứa. Nội dung chính - Hệ thống nhập dầu thô qua bến rót dầu một điểm neo (SPM). - Nguyên lý và phƣơng thức vận chuyển dầu có nhiệt độ đông đặc cao, các phƣơng thức gia nhiệt đƣờng ống điển hình. - Khu bể chứa dầu thô của nhà máy. 2.1. NHẬP DẦU THÔ Nhƣ đã đề cập, ngoại trừ các nhà máy lọc dầu đặt cạnh các má dầu hoặc tuyến ống dẫn dầu lớn có thể cho phép nhập nguyên liệu bằng đƣờng ống, còn lại đại đa số các nhà máy lọc dầu đều phải nhập dầu thô nguyên liệu từ rất xa. Vì vậy, vấn đề lựa chọn phƣơng tiện vận chuyển để giảm chi phí dầu thô, nâng 30
  31. cao hiệu quả hoạt động là một trong những vấn đề quan tâm nghiên cứu ngay từ khi triển khai công trình. Phƣơng tiện vận chuyển phù hợp nhất để đáp ứng đƣợc yêu cầu là các tàu dầu có tải trọng lớn. Đi theo xu thế lựa chọn phƣơng tiện vận chuyển này là việc lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy phải có khả năng tiếp nhận đƣợc các tàu dầu có tải trọng lớn. Trong khuôn khố bài học này chỉ giới thiệu phƣơng thức nhập dầu thô bằng đƣờng thủy, vì đây là phƣơng thức vận chuyển dầu thô chủ yếu cho nhà máy lọc hóa dầu. Việc vận chuyển dầu thô cho nhà máy thƣờng sử dụng các tàu có tải trọng lớn (trong khoảng từ 60.000 – 250.000 tấn), vì vậy, trong thực tế khó có vùng biển nào có điều kiện tự nhiên có đủ độ sâu để tiếp nhận các tàu dầu có tải trọng lớn nhƣ vậy bằng các cảng cứng (do khó khăn cho việc xây dựng, chi phí xây dựng tốn kém). Phần lớn các nhà máy, việc nhập dầu thô nhờ một cảng nhập dầu một điểm neo (Single Point Mooring -SPM). Các cảng nhập dầu một điểm neo thƣờng ở vị trí cách xa bờ, có độ sâu đủ cho phép các tàu dầu có tải trọng lớn cập bến. Nhập dầu thô bằng cảng SPM có nhiều thuận lợi, cho phép tiếp nhận đƣợc tàu dầu có tải trọng lớn mà không cần xây dựng hệ thống cảng cứng có đầu tƣ lớn, xây dựng khó khăn. Điều quan trọng là phải tìm đƣợc một vùng biển có độ sâu và diện tích đủ để tàu dầu cập bến và quay tàu để đặt pheo neo và bố trí tuyến ống dẫn dầu. Hình H-5. Sơ đồ nguyên lý nhập dầu thô qua cảng SPM Khoảng cách từ vị trí đặt cảng SPM càng gần nhà máy càng tốt để tiếp kiệm chi phí đầu tƣ, xây dựng đƣờng ống ngầm và giảm chi phí vận hành. Hệ thống nhập dầu thô này bao gồm một phao neo, hệ thống đƣờng ống ngầm dƣới biển dẫn dầu thô, ống thu gom (PLEM), hệ thống dầu rửa, hệ thống gia nhiệt, bảo ôn đƣờng ống. Sơ đồ Hệ thống nhập dầu thô bằng SPM đã đơn gián hóa đƣợc mô tả trong hình H 5. 31
  32. Nguyên lý hoạt động của hệ thống này nhƣ sau: Sau khi cập bến, neo đậu, tàu chở dầu đƣợc nối với hệ thống đƣờng ống nhập dầu qua ống mềm. Dầu thô đƣợc bơm từ tàu dầu lên khu bể chứa nhờ bơm trên tàu dầu. Đối với loại dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao, đặc biệt là các loại dầu có hàm lƣợng parafin lớn, dầu đƣợc gia nhịêt trên tàu đến nhiệt độ thích hợp để có thể vận chuyển dễ dàng bằng bơm và đủ nhiệt lƣợng để sao cho nhiệt lƣợng mất mát trong quá trình vận chuyển từ tàu tới khu bể chứa không làm nhiệt độ của dầu thô thấp hơn nhiệt cần thiết cho phép vận chuyển trong đƣờng ống (nhiệt độ này tối thiểu thƣờng cao hơn nhiệt độ đông đặc của dầu 5 -10 0C). Dầu thô từ tàu dầu đƣợc dẫn tới khu bể chứa nhờ hệ thống đƣờng ống dẫn ngầm dƣới biển. Do hệ thống đƣờng ống dẫn dầu đƣợc đặt ngầm dƣới biển, chênh lệch nhiệt độ giữa nƣớc biển và dầu tƣơng đối lớn, dẫn đến tổn thất nhiệt là lớn nếu ống vận chuyển không đƣợc cách nhiệt một cách thích hợp. Vì vậy, các đƣờng ống dẫn dầu đƣợc bọc một lớp vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhằm giảm tổn thất nhiệt đồng thời có đủ độ bền tồn tại trong môi trƣờng biển. Tùy thuộc vào loại dầu mà nhà máy sẽ chế biến mà hệ thống nhập dầu thô có thiết kế tƣơng ứng để đáp ứng yêu cầu. Một trong những khó khăn nảy sinh trong quá trình vận hành nhà máy lọc dầu cần phải đƣợc xem xét giải quyết ngay từ giai đoạn thiết kế vấn đề đông đặc dầu trong đƣờng ống sau mỗi lần nhập dầu có nhiệt độ đông đặc cao. Sau mỗi lần nhập dầu thô, một lƣợng dầu đáng kể còn tồn đọng trong đƣờng ống, nếu không có giải pháp thích hợp để xử lý thì dầu thô sẽ nhanh chóng đông đặc trên thành ống gây tắc nghẽn một phần hoặc hoàn toàn đƣờng ống. Việc này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng tới sự tồn tại của hệ thống nhập dầu nói riêng cũngg nhƣ sự hoạt động an toàn toàn, hiệu quả của toàn bộ nhà máy. Để giải quyết vấn đề đông đặc của dầu thô trong đƣờng ống vận chuyển ngƣời ta có các hƣớng giải quyết chính sau đây: - Đƣa dầu thô ra khỏi đƣờng ống sau mỗi lần nhập dầu và thay thế bằng dầu có nhiệt độ đông đặc thấp hơn; - Lắp đặt hệ thống gia nhiệt trên đƣờng ống để giữ nhiệt độ dầu luôn cao hơn nhiệt độ đông đặc hoặc lỏng hóa dầu trƣớc mỗi lần nhập; - Dùng phụ gia để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của dầu. Nguyên lý hoạt động của các giải pháp công nghệ này sẽ đƣợc trình bày ở phần dƣới đây. 2.2 NHẬP DẦU THÔ CÓ NHIỆT ĐỘ ĐÔNG ĐẶC CAO Nhà máy lọc dầu có chế biến dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao thì hệ thống nhập dầu cần phải đƣợc thiết kế để tránh hiện tƣợng đông đặc của dầu 32
  33. thô trên đƣờng ống giữa hai lần nhập dầu kế tiếp nhau. Chu kỳ giữa hai lần nhập dầu thô tƣơng đối dài (phụ thuộc vào công suất nhà máy và tải trọng tàu vận chuyển), vì vậy, nếu không có giải pháp chống đông đặc cho dầu thô nằm trên đƣờng ống sau mỗi lần nhập thì khả năng dầu đông đặc gây tắc nghẽn đƣờng ống là rất lớn. Việc tắc nghẽn tuyến ống nhập dầu thô không chỉ gây ra hậu quả trực tiếp là phải thay thế sửa chữa tuyến ống mà còn làm đình trệ sản xuất toàn bộ nhà máy do thiếu nguyên liệu. Đây là sự cố nghiêm trọng, gây thiệt hại lớn về kinh tế Hiện nay, nhờ sự phát triển của khoa học, công nghệ, ngƣời ta có nhiều giải pháp để giải quyết vấn đề đông đặc của dầu thô trên đƣờng ống. Các giải pháp công nghệ chính đƣợc sử dụng để giải quyết vấn đề này bao gồm: dùng phụ gia để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu, dùng hệ thống gia nhiệt đƣờng ống và phƣơng pháp thay thế dầu thô trong đƣờng ống bằng một loại dầu nhẹ có nhiệt độ đông đặc thấp (Flushing Oil). Phƣơng pháp sử dụng phụ gia đơn giản cho hệ thống thiết bị, tuy nhiên, do giá phụ gia tƣơng đối cao làm ảnh hƣởng đến hiệu quả kinh tế, ngoài ra, việc sử dụng phụ gia cũngg có thể sẽ ảnh hƣởng đến quá trình chế biến. Phƣơng pháp gia nhiệt đƣờng ống đảm bảo an toàn vận hành cao, tuy nhiên, chi phí vận hành tƣơng đối cao mặc dù chi phí đầu tƣ ban đầu thấp hơn so với phƣơng án dùng dầu nhẹ thay thế. Xuất phát từ đánh giá độ tin cậy vận hành, chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành, các nhà máy lọc dầu áp dụng phổ biến là phƣơng pháp dùng dầu nhẹ thay thế dầu thô trong đƣờng ống sau mỗi lần nhập. Một số nhá Nhà máy áp dụng phƣơng án gia nhiệt đƣờng ống bằng điện. 2.2.1. Phƣơng pháp dùng dầu thay thế Phƣơng pháp dùng dầu thay thế đƣợc sử dụng rộng rãi trong các Nhà máy lọc dầu trên thế giới để giải quyết vấn đề đông đặc dầu thô trên đƣờng ống trong quá trình nhập dầu thô. Nguyên lý của phƣơng án này rất đơn giản: sau mỗi lần nhập, dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao đƣợc đẩy ra khỏi đƣờng ống và thay thế vào đó bằng loại dầu nhẹ có nhiệt độ đông đặc thấp hơn. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là dễ dàng vận hành và độ tin cậy hoạt động của hệ thống đã đƣợc kiểm nghiệm trong thực tế bằng nhiều công trình. Tuy nhiên, đầu tƣ ban đầu cho hệ thống này tƣơng đối lớn. 2.2.1.1. Sơ đồ công nghệ Sơ đồ công nghệ của hệ thống nhập dầu thô sử dụng phƣơng pháp dùng dầu thay thế chống đông đặc dầu thô trong đƣờng ống đƣợc trình bày trong hình H-5. Theo sơ đồ công nghệ này, để có thể thay thế dầu thô trong đƣờng ống sau mỗi lần nhập bằng dầu nhẹ và ngƣợc lại đẩy dầu nhẹ ra khỏi hệ thống 33
  34. khi bắt đầu nhập dầu, hệ thống này đƣợc thiết kế bao gồm hai đƣờng ống song song từ khu bể chứa ra ngoài cảng nhập nhằm tạo thành một vòng khép kín. Để thực hiện đƣợc nhiệm vụ đặt ra, ngoài tuyến ống khép kín, các van điều khiển tự động cũngg đƣợc lắp đặt tại các vị trí thích hợp để đƣa các dòng thô và dòng dầu nhẹ về các bể chứa theo đúng yêu cầu nhằm hạn chế tối đa thất thóat dầu nhẹ vào dầu thô cũngg nhƣ sự nhiễm bẩn dầu thô vào dầu nhẹ thay thế. Tùy theo điều kiện thực tế và quan điểm thiết kế, hai đƣờng ống này có thể đƣợc thiết kế giống nhau và có cùng tính năng sử dụng nhằm tăng độ dự phòng hệ thống đƣờng ống hoặc đƣợc thiết kế chỉ một đƣờng ống dẫn dầu thô có kích thƣớc lớn hơn và đƣờng ống có kích thƣớc nhá hơn (dùng để dẫn dầu nhẹ thay thế). Việc cung cấp dầu nhẹ thay thế (dầu rửa) dầu thô trong đƣờng ống sau mỗi lần nhập đƣợc thực hiện nhờ bộ phận cung cấp dầu rửa (flushing oil). Bộ phận này bao gồm một bể chứa dầu rửa, một bơm dầu và một bơm tăng áp suất. Bể chứa dầu rửa có sức chứa đủ để cấp lƣợng dầu thay thế dầu thô trong ống và mức dầu trong bể chứa đủ để thực hiện việc tuần hoàn dầu trong đƣờng ống. Trong bể chứa có lắp hệ thống gia nhiệt bằng hơi để duy trì nhiệt độ của dầu rửa ở nhiệt độ thích hợp cho việc gia nhiệt tuyến ống và tẩy rửa phần cặn bám trong lòng ống. Bơm tăng áp có nhiệm vụ thông tuyến ống nếu xảy ra tắc nhẹ. Để kiểm tra tuyến ống và thông rửa toàn bộ tuyến ống khi cần thiết, trong hệ thống còn lắp một trạm phóng thoi (pig). Động lực để phóng thoi rửa bơm dầu rửa. 2.2.1.2. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của hệ thống này có thể mô tả nhƣ sau: Sau mỗi lần nhập dầu thô, dầu rửa có nhiệt độ cao từ bể chứa dầu rửa đƣợc bơm vào đƣờng ống dẫn dầu thô để đẩy dần dầu thô chứa trong đƣờng ống về bể chứa dầu thô. Khi dầu thô đã đƣợc đẩy ra hết đƣờng ống thì dừng bơm dầu rửa lại. Dầu rửa đƣợc giữ trong ống trong suốt thời gian giữa hai lần nhập. Trƣớc khi nhập dầu thô (khoảng 24 giờ) ngƣời ta khởi động bơm dầu rửa và cho chạy tuần hoàn dầu rửa từ tuyến ống về bể chứa và ngƣợc lại để nâng nhiệt độ của đƣờng ống dẫn dầu lên giá trị thích hợp nhằm giảm tổn thất nhiệt của dầu thô vào đƣờng ống trong quá trình nhập. Sau khi kết thúc quá trình tuần hoàn dầu rửa, tuyến ống đƣợc nung nóng tới nhiệt độ thích hhợp thì dừng bơm dầu rửa. Đây là thời điểm sẵn sàng để tiếp nhận dầu thô từ tàu dầu. Khi nhập dầu thô, 34
  35. dầu thô đƣợc chuyển từ tàu dầu vào khu bể chứa nhờ bơm của tàu dầu. Vào thời điểm bắt đầu nhập dầu thô, quá trình di chuyển của dầu rửa và dầu thô trong đƣờng ống ngƣợc lại so với quá trình đẩy dầu thô ra khỏi ống. Quá trình diễn ra nhƣ sau: dầu thô từ tàu dầu sẽ đẩy dầu rửa trong đƣờng ống về bể chứa dầu rửa, khi dầu rửa đƣợc đẩy hết ra khỏi đƣờng ống, các van điều khiển trên đƣờng ống dẫn về bể chứa dầu rửa đƣợc đóng lại, và các van dẫn dầu thô về bể chứa đƣợc mở ra để dầu thô dẫn tới các bể chứa thích hợp. Nhờ đƣờng ống đƣợc gia nhiệt bằng dầu rửa trƣớc khi nhập và dầu thô đƣợc gia nhiệt trên tàu mà nhiệt độ của dầu khi tới bể chứa đƣợc duy trì ở mức thích hợp cho vận hành. Tùy theo tính chất của dầu thô mà nhiệt độ của dầu thô và đƣờng ống đƣợc gia nhiệt ở nhiệt độ phù hợp. Để tránh tổn nhiệt trên tuyến ống, các ống dẫn dầu ngầm dƣới biển đƣợc bảo ôn, phần trên bờ đƣợc gia nhiệt bằng hơi hoặc bằng điện. Khi quá trình nhập dầu thô kết thúc, dầu dầu rửa lại đƣợc bơm vào đƣờng ống để thay thế dầu thô trong đƣờng ống quá trình cứ nhƣ vậy lặp lại giữa các lần nhập dầu. Quá trình vận hành (đóng mở van trên đƣờng ống dẫn dầu thô và dầu rửa) đƣợc thực hiện theo nguyên tắc cho phép dầu rửa đƣợc lẫn vào dầu thô nhƣng không cho dầu thô lẫn vào dầu nhẹ để kéo dài thời gian phục vụ của dầu rửa giảm chi phí vận hành. Việc đóng mở các van thích hợp để tránh nhiễm bẩn dầu rửa dựa vào tín hiệu phát hiện giao diện giữa dầu rửa và dầu thô của các thiết bị lắp trên tuyến ống. Lƣợng dầu rửa bị hao hụt dần do lƣợng dầu rửa lẫn vào dầu thô trong quá trình vận hành, lƣợng dầu rửa thiếu hụt sẽ đƣợc bổ sung thƣờng xuyên. Chất lƣợng dầu rửa đƣợc kiểm tra định kỳ, khi dầu không đáp ứng yêu cầu sẽ đƣợc thay thế bằng dầu mới, dầu nhiễm bẩn đƣợc đƣa về các phân xƣởng công nghệ để chế biến lại. 2.2.2. Phƣơng pháp gia nhiệt đƣờng ống Phƣơng án sử dụng dầu thay thế có nhiều ƣu điểm, tuy nhiên có nhƣợc điểm là đầu tƣ ban đầu cao, vì vậy, trong những năm gần đây ngƣời ta phát triển hệ thống gia nhiệt đƣờng ống bằng điện dựa trên tiến bộ công nghệ mới về hiện tƣợng dòng điện bề mặt ở điện áp cao. Gia nhiệt đƣờng ống có nhiều giải pháp khác nhƣ dùng hơi, dùng dây điện trở, tuy nhiên, các giải pháp này đều không áp dụng đƣợc cho hệ thống đƣờng ống ngầm dƣới biển do yêu cầu về độ tin cậy vận hành cũngg nhƣ giới hạn kỹ thuật của phƣơng pháp. 2.2.2.1. Gia nhiệt bằng hơi Phƣơng pháp gia nhiệt bằng hơi (xem hình H6) gặp trở ngại do chiều tuyến ống thƣờng lớn lớn đòi hỏi áp suất hơi cao và rất khó khăn trong việc thu 35
  36. hồi nƣớc ngƣng. Phƣơng pháp này chỉ áp dụng cho gia nhiệt đƣờng ống trên bờ có chiều dài không lớn. Hình H-6 Gia nhiệt đƣờng ống bằng hơi 2.2.2.2.Gia nhiệt bằng điện Đƣờng ống có thể gia nhiệt bằng phƣơng pháp dùng dây điện trở truyền thống hoặc phƣơng pháp hiệu ứng dòng điện bề mặt trong điện trƣờng cao áp. Phƣơng gia nhiệt bằng điện trở truyền thống chỉ thích hợp cho các tuyến ống trên bờ. Phƣơng pháp gia nhiệt bằng dòng điện bề mặt trong môi trƣờng điện trƣờng cao áp là công nghệ mới đƣợc áp dụng để gia nhiệt đƣờng ống dẫn dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao, đặc biệt là tuyến ông ngầm dƣới biển. Trên thế giới hiện nay cũngg có nhiều công trình áp dụng công nghệ gia nhiệt này. a. Phƣơng pháp dòng điện bề mặt Phƣơng pháp này có ƣu điểm là đầu tƣ ban đầu thấp hơn so với phƣơng pháp dùng dầu thay thế do chỉ đầu tƣ một đƣờng ống mà không cần thêm đƣờng ống dẫn dầu rửa. Tuy nhiên, chi phí vận hành của phƣơng pháp này cao hơn so phƣơng pháp dùng dầu rửa thay thế. Chính vì vậy mà các nhà đầu tƣ thƣờng cân nhắc giữa phƣơng pháp gia nhiệt bằng điện và phƣơng pháp dùng dầu nhẹ thay thế để quyết định lựa chọn giải pháp thích hợp cho hệ thống nhập dầu thô của nhà máy lọc dầu. Để lựa chọn phƣơng pháp thích hợp phải tiến hành đánh giá, so sánh đầy đủ tính khả thi cả khía cạnh kinh tế và kỹ thuật. Nguyên lý hoạt động Gia nhiệt bằng dòng điện bề mặt dựa trên nguyên lý khi có dòng điện cao áp (khoảng 40.000 V) đi qua một dây dẫn thì trên bề mặt của kim loại xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện bề mặt ( tƣơng tự nhƣ hiện tƣợng dòng điện cao tần). Dƣới tác dụng của dòng điện, bề mặt kim loại sẽ bị đốt nóng lên. Dựa vào hiện tƣợng này, ngƣời ta áp dụng vào gia nhiệt đƣờng ống. Sơ đồ nguyên lý quá trình gia nhiệt đƣờng ống sử dụng dòng điện bề mặt cao áp đƣợc mô tả trong hình H-7A. Theo sơ đồ nguyên lý này, để thực hiện đƣợc quá trình gia 36
  37. nhiệt, trên bề mặt của đƣờng ống cần gia nhiệt ngƣời ta hàn các ống gia nhiệt (heating tube), bên trong các ống gia nhiệt này có đặt các dây điện cho dòng điện cao áp đi qua. Khi có dòng điện cao áp đi qua dây dẫn, trên bề mặt của ống gia nhiệt xuất hiện dòng điện trên bề mặt, dƣới tác dụng của dòng điện, ống gia nhiệt bị đốt nóng lên và truyền nhiệt sang đƣờng ống cần gia nhiệt. Hình H-7 A Nguyên lý gia nhiệt bằng phƣơng pháp dòng điện bề mặt cao áp Cấu tạo và nguyên tắc vận hành hệ thống gia nhiệt đƣờng ống dẫn dầu Hệ thống gia nhiệt đƣờng ống dầu thô bao gồm các bộ phận chính: Máy biến áp tạo nguồn điện cao áp, hệ thống dây cáp, các ống gia nhiệt, đƣờng ống và vá cách nhiệt. Sơ đồ tổng thể lắp đặt và cấu tạo hệ thống gia nhiệt bằng phƣơng pháp dòng điện bề mặt cao áp đƣợc minh hoạ trong hình H-7B. Theo sơ đồ này, dọc theo đƣờng ống dẫn dầu thô ngƣời ta hàn các ống nhá (gọi là ống gia nhiệt) phía trong lòng các ống gia nhiệt ngƣời ta lắp dây dẫn cho dòng điện cao áp chạy qua. Để thuận lợi cho quá trình lắp đặt bảo trì , mỗi một đoạn ống nhất định ngƣời ta lắp một hộp nối dây cáp điện. Số ống lƣợng ống gia nhiệt đƣợc lắp đặt phù hợp công suất gia nhiệt và đƣợc bố trí sao cho sự phân phối nhiệt đồng đều trên tiết diện ống cần gai nhiệt. Nhằm tăng độ tin cậy của hệ thống, một cáp diện và một ống gia nhiệt dự phòng đƣợc lắp đặt bổ sung. Phƣơng pháp gia nhiệt đƣờng ống có nhiều ƣu điểm trong vận hành. Theo phƣơng pháp này, dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao sau khi nhập từ tàu dầu phần còn lại trong đƣờng ống không cần phải đẩy ra khỏi đƣờng ống mà vẫn giữ nguyên trong ống. Khi chuẩn bị nhập chuyến dầu thô tiếp theo, thì hệ thống gia nhiệt đƣờng ống đƣợc khởi động (thƣờng trƣớc khi nhập dầu 24 tiếng) để đƣa phần dầu chứa trong ống về trạng thỏi lỏng có thể chuyển động đƣợc trong đƣờng ống bằng bơm. Khi kết thúc quá trình nhập dầu thô, hệ thông gia nhiệt dừng hoạt động để tiết kiệm chi phí vận hành. Phƣơng pháp dùng điện gia nhiệt chỉ cần một đƣờng ống dẫn mà không cần hai đƣờng ống để tuần hoàn dầu rửa. Phƣơng pháp này có độ tin cậy vận hành cao, khi có sự cố xảy ra (dầu bị 37
  38. đông đặc trong ống) có thể khôi phục đƣợc tuyến ống về trạng thỏi hoàn toàn nhƣ ban đầu khi hệ thống gia nhiệt đƣợc khôi phục. Hình H-7 B Sơ đồ lắp đặt hệ thống gia nhiệt bằng phƣơng pháp dòng điện bề mặt cao áp b. Phƣơng pháp gia nhiệt bằng điện truyền thống Hình H-8 A Sơ đồ gia nhiệt đƣờng ống bằng điện trở truyền thống Phƣơng pháp gia nhiệt bằng điện truyền thống là phƣơng pháp ngƣời ta sử dụng dây điện trở để gia nhiệt trực tiếp cho đƣờng ống dẫn dầu. Tuy nhiên, phƣơng thức này cũngg chỉ phù hợp cho gia nhiệt phần đƣờng ống trên bờ. Theo phƣơng pháp này, các dây điện trở đặc biệt sẽ đƣợc quấn dọc theo đƣờng ống dẫn dầu. Khi dòng điện chạy qua các dây điện trở này sẽ làm nóng thành đƣờng ống và sau đó nhiệt đƣợc truyền vào dầu trong đƣờng ống để nâng nhiệt độ của dầu tới giá trị thích hợp cho chế độ vận hành. Sơ đồ minh họa phƣơng pháp gia nhiệt đƣờng ống bằng dây điện trở và cấu tạo của dây điện trở điển hình đƣợc trình bày trong các hình H-8 A, B, C. 38
  39. Hình H-8- B - Minh họa đƣờng ống dẫn dầuđƣợc gia nhiệt bằng dây điện trở truyền thống Trong hệ thống đƣờng ống nhập dầu thô, cho dù có sử dụng phƣơng pháp dầu thay thế thì một số phần tuyến ống dầu thô trên bờ vẫn phải gia nhiệt bằng điện, do một số đoạn ống không thể thực hiện đƣợc bằng phƣơng pháp gia nhiệt khác. Việc xem xét lựa chọn phƣơng pháp nào thích hợp để giải quyết vấn đề đông đặc dầu thô trên đƣờng ống nhập đƣợc xem xét trên nhiều yếu tố: đầu tƣ ban đầu, chi phí vận hành, điều kiện cụ thể của từng dự án. Mọi phƣơng án lựa chọn đều cần phải đảm bảo độ tin cậy của hệ thống, hiệu quả kinh tế mang lại hợp lý. Hình H-8 C- Cấu tạo một dây điện trở điển hình 39
  40. Hình H-8 D- Sơ đồ lắp đặt hệ thống gia nhiệt bằng điện truyền thống 2.3. BỂ CHỨA DẦU THÔ 2.3.1. Chức năng khu bể chứa dầu thô Dầu thô sau khi nhập vào nhà máy từ tàu dầu đƣợc tồn trữ trong các bể chứa. Khu bể chứa dầu thô đƣợc đặt tại vị trí thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu cũngg nhƣ phải phù hợp với đƣờng dòng công nghệ chung của toàn bộ nhà máy trong quá trình chế biến nhằm tối ƣu mạng đƣòng ống nối giữa các bộ phận trong phân xƣởng. Tổng dung tích khu bể chứa cần phải đƣợc thiết kế để tiếp nhận đƣợc các tàu dầu có tải trọng lớn nhất đƣợc sử dụng để vận chuyển dầu cho nhà máy và đảm bảo đƣợc số ngày dự phòng thích hợp. Số ngày dự phòng dầu thô cho nhà máy tùy thuộc vào chiến lƣợc kinh doanh, an toàn vận hành, tính ổn định nguồn dầu cung cấp. Trong thực tế, số ngày dự phòng đƣợc chọn trong khoảng từ 11 ngày đến 20 ngày vận hành tùy thuộc vào điều kiện cụ thể nhƣ tính ổn định nguồn dầu cung cấp, khoảng cách vận chuyển. Ngoài chức năng tàng trữ và dự phòng nguyên liệu cho nhà máy, khu bể chứa dầu thô còn có chức năng tách sơ bộ nƣớc trong dầu để nâng cao hiệu các quá trình chế biến tiếp theo. Mặt khác, lƣợng nƣớc trong dầu thô giảm sẽ cho phép giảm đƣợc công suất của thiết bị tách muối ở phân xƣởng chƣng cất dầu thô ở áp suất khí quyển. Trong một số nhà máy, các bể chứa dầu thô còn đƣợc xem xét, thiết kế để chứa cặn của phân xƣởng chƣng cất ở áp suất khí quyển trong những trƣờng hợp phân xƣởng cracking xúc tác cặn hoặc phân xƣởng chƣng cất chân không có sự cố trong thời gian dài để đảm bảo sự hoạt động mềm dẻo và hiệu quả 40
  41. hoạt động của nhà máy. Hình ảnh của bể chứa dầu thô trong nhà máy đƣợc minh hoạ trong hình H-9. 2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Bể chứa dầu thô thƣờng là những bể chứa trụ mái nổi, bên trong có thiết bị gia nhiệt để tránh dầu bị đông đặc và để duy trì dầu thô ở nhiệt độ thích hợp cho quá trình vận chuyển. Hệ thống gia nhiệt sử dụng trong bể chứa dầu thô thƣờng là kiểu gia nhiệt ống ruột gà sử dụng hơi nƣớc thấp áp. Phƣơng pháp gia nhiệt này đơn giản trong thiết kế, chế tạo với chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành thấp nhƣng vẫn đảm bảo hiệu quả gia nhiệt. Để tránh tạo coke cục bộ và đảm bảo nhiệt độ đồng đều, bên trong các bể dầu thô ngƣời ta lắp câc máy khuấy trộn cơ khí. Hình H-9 Hình ảnh khu bể chứa dầu thụ trong nhà máy Mỗi bể chứa đƣợc lắp hệ thống đo mức tự động để cấp số liệu, tín hiệu phục vụ cho việc thống kê, quản lý và điều khiển quá trình nhập và xuất dầu thô ra khỏi bể chứa. Khi dầu thô trong bể đạt mức cao trong bể thì các van đƣờng ống nhập vào bể sẽ đóng lại, ngƣợc lại khi dầu thô đạt mức thấp nhất trong bể thì ngừng quá trình xuất dầu ra khỏi bể chứa. Để tách nƣớc trong dầu thô, dầu sau khi nhâp đƣợc ổn định để nƣớc tự do trong dầu lằng xuống phía đáy bể và tháo định kỳ ra ngoài vào hệ thống nƣớc thải lẫn dầu. Nhằm xác định thời điểm thích hợp để tháo nƣớc lắng đọng và tránh khả năng dầu bị tháo ra cùng nƣớc lắng đọng, phía đáy bể ngƣời ta lắp đầu đo phát hiện giao diện giữa dầu và nƣớc. Việc xác định số lƣợng và tổng thể tích của bể chứa dầu thô có ý nghĩa quan trọng đối hoạt động của nhà máy nói chung cũngg nhƣ công việc xuất nhập dầu thô nói riêng. Trong thực tế, tổng thể tích khu bể chứa dầu thô đƣợc 41
  42. xác định sơ bộ bằng tổng thể tích của một tàu chở dầu có tải trọng lớn nhất đƣợc sử dụng để vận chuyển dầu cho nhà máy và số ngày dự phòng. Về số lƣợng bể chứa phải đảm bảo phân bổ sao cho kích thƣớc của các bể chứa phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế đang áp dụng phổ biến, dễ dàng cho chế tạo, mua sắm vật tƣ thiết bị, Các bể chứa dầu thô thƣờng có thể tích rất lớn (thƣờng từ 60.000 m3 - 90.000 m3) có kết cấu kiểu bể chứa máI nổi, vì vậy, vấn đề thiết kế, chế tạo và xây dựng các bể chứa dầu thô tƣơng đối phức tạp. Tiêu chuẩn thiết kế cho các bể chứa thƣờng áp dụng tiêu chuẩn API (Hoa kỳ). 2.4. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1.Tại sao trong thực tế ngƣời ta hay sử dụng bến nhập dầu một điểm neo (SPM) để tiếp nhận tàu dầu thô cho các Nhà máy lọc dầu. Nguyên lý hoạt động của nhập dầu thô qua bến nhập dầu qua SPM? 2. Trình bày các giải pháp công nghệ để tránh hiện tƣợng đông đặc dầu thô có nhiệt độ đông đặc cao trong quá trình vận chuyển. Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp dầu thay thế. 3. Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống gia nhiệt bằng dòng điện cao áp bề mặt. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp gia nhiệt này. 42
  43. BÀI 3. SƠ ĐỒ VÀ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG, PHỤ TRỢ Mã bài: HD M3 Giới thiệu Hệ thống năng lƣợng, phụ trợ đóng một vai trò quan trọng và có mối quan hệ hữu cơ với các phân xƣởng công nghệ trong quá trình hoạt động của nhà máy lọc, hóa dầu. Tuy nhiên, vai trò và hoạt động của các phân xƣởng năng lƣợng, phụ trợ trong nhà máy lọc hóa dầu chƣa đƣợc giới thiệu một cách đầy đủ đặc biệt là mối liên hệ qua lại với các phân xƣởng công nghệ. Trong phạm vi bài học này sẽ giới thiệu khỏi quát về các hệ thống này và nhấn mạnh mối quan hệ của nó đối với toàn bộ hoạt động của nhà máy. Mục tiêu thực hiện Học xong mô đun này học viên có đủ năng lực: - Mô tả đƣợc chức năng nhiệm vụ của hệ thống năng lƣợng, phụ trợ. - Mô tả đƣợc sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động của từng hệ thống: Hệ thống phát điện và phân phối, hệ thống sản xuất và cấp hơi, hệ thống khí nén điều khiển, hệ thống nƣớc làm mát, Nội dung chính - Hệ thống phát và phân phối điện. - Hệ thống cấp hơi. - Hệ thống khí nén. - Hệ thống cấp khí Ni tơ. - Hệ thống khí nhiên liệu. - Hệ thống dầu nhiên liệu. - Hệ thống nƣớc làm mát. 3.1. HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN VÀ HƠI 3.1.1. Giới thiệu chung Cũngg nhƣ bất cứ một nhà máy sản xuất nào, điện là một nhu cầu tất yếu đối với nhà máy lọc hóa dầu. Tuy nhiên, việc cung cấp điện đối với nhà máy lọc hóa dầu có những yêu cầu riêng biệt. Sự cố phải dừng nhà máy lọc hóa dầu không có kế hoạch là rất cần hạn chế trong vận hành, vì khi dừng nhà máy bất thƣờng sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế: việc khởi động lại hoạt động nhà máy là công việc rất khó khăn phức tạp, rất nhiều sản phẩm không đạt chất lƣợng sản sinh ra trong giai đoạn này cần phải chế biến lại. Mặt khác, khi dừng nhà máy bất thƣờng xuất hiện nhiều nguy cơ gây mất an toàn nhà máy và gây ô nhiễm 43
  44. môi trƣờng. Trong các nguyên nhân phải dừng nhà máy thì nguyên nhân do sự cố điện chiếm tỷ lệ tƣơng đối lớn, đặc biệt là các nƣớc kém phát triển. Vì vậy, nguồn điện ổn định là yêu cầu hàng đầu để giảm thiểu thiệt hại vì lý do nguồn cung cấp năng lƣợng. Trong thực tế, tùy thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế nhà máy, tiêu chuẩn an toàn mà hệ thống cấp điện đƣợc thiết kế khác nhau (theo từng quốc gia), đối với đa số các nhà máy, thông thƣờng có ba hệ thống cung cấp điện cho nhà máy: nguồn điện do nhà máy tự sản xuất, nguồn điện lấy từ ngoài hàng rào nhà máy và nguồn điện dự phòng trong trƣờng hợp khẩn cấp (chỉ cấp cho một số hộ tiêu thụ nhất định). Phân xƣởng phát điện trong nhà máy đƣợc thiết kế để đảm bảo đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện nội tại và cấp một phần hơi bổ sung cho hệ thống cung cấp hơi. Ngoài nhu cầu về điện năng, trong các nhà máy lọc hóa dầu có nhu cầu lớn về hơi nƣớc ở các mức áp suất khác nhau. Hơi nƣớc đƣợc sử dụng cho các mục đích chính là: phát điện, làm động lực cho một số động cơ tuốc bin, gia nhiệt, phục vụ bảo dƣỡng, Hơi nƣớc đƣợc sản xuất từ nồi hơi của phân xƣởng phát điện, các nồi hơi tận dụng nhiệt trong nhà máy. Nhu cầu hơi trong nhà máy lọc hóa dầu (ở các mức áp suất khác nhau) là rất lớn cho các nhu cầu gia nhiệt, chạy các động cơ (sử dụng động cơ tuốc bin hơi) dẫn động thiết bị có công suất lớn, tải không ổn định. Hơi trong nhà máy đƣợc sản xuất ở nhiều cấp khác nhau (đƣợc phân chia dựa theo áp suất và nhiệt độ) để đáp ứng các yêu cầu sử dụng đa dạng của các hộ tiêu thụ: - Hơi có áp suất rất cao: Hơi ở mức áp suất rất cao (trên 100 at) đƣợc sử dụng cho mục đích chạy các tuốc-bin hơi của máy phát điện. - Hơi cao áp: Hơi áp suất cao (áp suất khoảng trên 40 at) dùng để dẫn động các tuốc bin của một số máy nén, máy bơm có công suất lớn và tải không ổn định, ngoài ra hơi cao áp cũngg đƣợc sử dụng để gia nhiệt trong một số phân xƣởng công nghệ. - Hơi trung áp: Hơi trung áp (áp suất khoảng 12-15 at) đƣợc sử dụng để dẫn động một số tuốc bin hơi và cho mục đích gia nhiệt. - Hơi thấp áp: Hơi thấp áp trong nhà máy thƣờng là dạng hơi thấp áp quá nhiệt (áp suất trong khoảng 4 at) đƣợc sử dụng với mục đích chính là gia nhiệt và bảo dƣỡng máy móc thiết bị Để nguồn hơi cung cấp đƣợc ổn định, cũngg nhƣ tăng cƣờng khả năng điều tiết khả năng cung cấp hơi ở các mức áp suất khác nhau, hơi trong nhà máy đƣợc nối kết thành mạng lƣới phân phối. Chi tiết hệ thống phát điện và hơi đƣợc trình bày trong mục dƣới đây. 44
  45. 3.1.2. Cấu hình và sơ đồ hệ thống Trong các nhà máy lọc dầu, thông thƣờng có một phân xƣởng phát điện để đáp ứng nhu cầu điện năng nội tại của nhà máy (ngoại trừ các quốc gia nhƣ vùng Trung đông nguồn điện lƣới quốc gia ổn định và rất rẻ). Việc xây dựng một phân xƣởng phát điện bên trong nhà máy lọc hóa dầu không chỉ với mục đích chủ động nguồn cung cấp điện năng, an toàn nguồn điện cung cấp mà còn có ý nghĩa nâng cao đƣợc hiệu quả kinh tế chung nhà máy do tận dụng đƣợc các nguồn dầu thải, khí thải chất lƣợng thấp để làm nhiên liệu. Ngoài ra, phân xƣởng điện còn có vai trò bổ sung lƣợng hơi nƣớc cho các hộ tiêu thụ trong nhà máy mà các nồi hơi tận dụng nhiệt trong các phân xƣởng công nghệ không đủ công suất để đáp ứng. Trong thực tế, về nguyên lý, các tua bin dẫn động máy phát điện có thể sử dụng loại tua bin khí hoặc tua bin hơi. Tuy nhiên, do đặc thù của nhà máy lọc dầu mà tuốc bin hơi và đi kèm theo là các lò hơi cao áp đƣợc sử dụng phổ biến trong các phân xƣởng điện của Nhà máy lọc hóa dầu. Lý do của việc sử dụng cấu hình này là: - Nhu cầu hơi trong nhà máy lọc hóa dầu là rất lớn, lƣợng hơi đƣợc sản xuất từ các phân xƣởng công nghệ do tận dụng các nguồn nhiệt thải và nguồn khí nhiên liệu dƣ thừa không đáp ứng đƣợc nhu, vì vậy, cần phải có nguồn cung cấp hơi bổ sung cho nhu cầu toàn nhà máy. Giải pháp thích hợp về mặt kỹ thuật và kinh tế là phối hợp giữa việc phát điện và cấp hơi cho bổ sung cho hệ thống hơi của nhà máy. - Sử dụng tuốc bin khí để phát điện có thể đơn giản hóa phân xƣởng điện, tuy nhiên, không phù hợp với nhà máy lọc hóa dầu vì nếu dùng tuốc bin khí thì nguồn dầu và khí sử dụng phải sạch trong khi Nhà máy thƣờng tồn tại một lƣợng lớn dầu thải hoặc dầu cặn có chất lƣợng thấp cần phải đƣợc tận dụng. Nếu sử dụng các nguồn nhiên liệu này cho tuốc bin khí thì cần phải đầu tƣ thêm một khoản kinh phí không nhá cho các thiết bị xử lý để làm sạch nguồn nhiên liệu này. Chính vì những lý do trên, trong nhà máy lọc hóa dầu, ngƣời ta thƣờng phối hợp sản xuất điện với sản xuất hơi để nâng cao hiệu quả quá trình tận dụng năng lƣợng nhằm tăng cao hiệu quả kinh tế và giảm đƣợc lƣợng khí thải vào môi trƣờng. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất điện, hơi và chu trình tận dụng năng lƣợng đƣợc đƣa ra trong hình H 11. 45
  46. Hệ thống phối hợp sản xuất điện và hơi bao gồm một số nồi hơi thích hợp để sản xuất hơi siêu cao áp để dẫn động tua bin hơi phát điện. Số nồi hơi đƣợc xác định trên cơ sở đảm bảo cân bằng hơi trong toàn nhà máy và đảm bảo độ dự phòng nhất định. Với mục đích cân bằng nhu cầu sử dụng hơi ở các mức áp suất khác nhau trong, một hệ thống các thiết bị giảm áp (Let down) đƣợc lắp đặt để điều tiết nguồn cung cấp hơi. Điện năng sản xuất từ phân xƣởng điện đƣợc kết nối với hệ thống phân phối điện của nhà máy. Hơi nƣớc đƣợc đƣa tới mạng lƣới phân phối, thông thƣờng trong Nhà máy lọc dầu có quy mô lớn có bốn cấp hơi: hơi siêu cao áp, hơi cao áp, hơi trung áp và hơi thấp áp. Hơi siêu cao áp (HHP) chỉ đƣợc sử dụng để phát điện và một phần giảm áp cho cấp hơi cao áp trong trƣờng hợp lƣợng hơi cao áp thiếu hụt. Hơi cao áp (HP) và trung áp (MP) đƣợc sử dụng để chạy các tuốc bin hơi dẫn động và gia nhiệt. Hơi thấp áp đƣợc sử dụng với mục đích chính là gia nhiệt và các hoạt động bảo dƣỡng máy móc thiết bị. Hơi đƣợc sản xuất từ các phân xƣởng công nghệ và phân xƣởng điện đƣợc đƣa tới hệ thống phân phối hơi. Hệ thống cung cấp hơi trong nhà máy đƣợc chia thành ba cấp cao, trung và thấp áp. Hơi đƣợc cấp tới các hộ tiêu thụ bằng mạng lƣới đƣờng ống. Giữa các cấp hơi có hệ thống điều tiết để đảm bảo cân bằng nhu cầu hơi trong toàn nhà máy. Khi áp suất hệ thống hơi giảm áp (do nhu cầu tiêu thụ cao hơn) các thiết bị sản xuất hơi ở cấp áp suất này không đảm bảo đáp ứng nhu cầu thỡ lập tức hơi ở cấp cao hơn sẽ đƣợc giảm áp để bổ sung cho nhu cầu đột biến về hơi ở cấp áp suất thấp hơn. Hơi nƣớc sau khi đi qua các tuốc bin hơi, một phần hơi nƣớc sẽ ngƣng tụ, phần hơi không ngƣng sẽ đƣợc hòa vào hệ thống hơi thấp áp. Nƣớc ngƣng cao và trung áp cũngg đƣợc đƣa tới bể phân tách để thu hồi hơi thấp áp và thu hồi nƣớc ngƣng đem xử lý, tái sử dụng. Hệ thống phân phối hơi phải đƣợc thiết kế trên cơ sở cân bằng giữa cung cầu, tuy nhiên, công suất cung cấp thƣờng phải lớn hơn 10-20% so nhu cầu bình thƣờng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống trong trƣờng hợp có những nhu cầu đột biến và tính đến mở rộng trong tƣơng lai. Một điểm cần lƣu ý trong quá trình thiết kế, vận hành hệ thống sản xuất và phân phối hơi là phải tính đến hết các tỡnh huống khi một phân xƣởng công nghệ có thiết bị sản xuất hơi gặp sự cố thỡ vẫn phải đảm bảo cân bằng cung cầu hơi trong mọi trƣờng hợp, tránh ảnh hƣởng tới hoạt động của các phân xƣởng khác do thiếu nguồn hơi. Nhằm giảm chi phí vận hành, nƣớc ngƣng từ các hộ tiêu thụ sẽ đƣợc thu gom lại, xử lý rồi cấp cho các thiết bị sản xuất hơi. Lƣợng nƣớc ngƣng hao hụt 47
  47. sẽ đƣợc bổ sung bằng nƣớc đó khử khóang và nƣớc đó xử lý cho nồi hơi siêu cao áp. Hình H-12 A Tận dụng nhiệt từ các vùng công nghệ trung gian có nhiệt độ cao Hình H-12 B Tận dụng nhiệt từ các nguồn khí thải có nhiệt độ cao 3.1.3. Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lƣơng để bảo vệ môi trƣờng Một trong xu thế tận dụng năng lƣợng phố biến trong thiết kế, vận hành các nhà máy nói chung cũngg nhƣ trong nhà máy lọc hóa dầu nói riêng là tận 48
  48. dụng nguồn nhiệt thải để tái sử dụng trong nội bộ Nhà máy. Có hai nguồn nhiệt thải chính là nguồn nhiệt của các sản phẩm hoặc các sản phẩm trung gian có nhiệt độ cao và khí thải các lò đốt (bao gồm các lò tái sinh xúc tác). Phƣơng thức tận dụng nhiệt đầu tiên là sử dụng các dòng công nghệ (sản phẩm/sản phẩm trung gian) có nhiệt độ cao để gia nhiệt các dòng nguyện liệu hoặc các dòng trung gian khác (cần phải đƣợc nâng cao nhiệt độ). Nhằm thực hiện đƣợc ý tƣởng này, ngƣời ta lắp đặt các thiết bị trao đổi nhiệt để các dòng công nghệ này thực hiện quá trình trao đổi nhiệt cho nhau. Hiện nay, các phần mềm thiết kế ứng dụng (ví dụ phần mềm PINCH) cho phép dễ dàng tìm đƣợc các giải pháp tối ƣu cho việc tận dụng nhiệt thải theo nguyên tắc này. Một trong ví dụ về phƣơng thức tận dụng nhiệt này đƣợc minh hoạ ở hình vẽ H - 12 A. Phƣơng thức tận dụng nhiệt thứ hai là tận dụng nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao từ khí thải các lò đốt và các thiết bị tái sinh xúc tác của phân xƣởng cracking (FCC). Các nguồn khí này nhiều khi còn chứa thành phần khí nhiên liệu nhƣng độc hại với môi trƣờng (ví dụ nhƣ khí CO) cần phải đƣợc xử lý (đốt để chuyển hóa thành CO2). Giải pháp công nghệ để tận dụng nguồn nhiệt này là lắp đặt các nồi hơi tận dụng nhiệt để sản xuất ra các loại hơi cao, trung áp và thấp áp. Nguồn hơi này sẽ đƣợc hoà vào mạng cấp hơi của toàn Nhà máy để vận hành các tuốc bin hơi hoặc gia nhiệt. Việc tận dụng nguồn nhiệt thải này cho phép giảm bớt đƣợc tiêu hao năng lƣợng, nâng cao hiệu quả kinh tế và góp phần bảo vệ môi trƣờng. Một trong ví dụ về phƣơng thức tận dụng nhiệt này đƣợc minh hoạ ở hình vẽ H-12B. 3.2. HỆ THỐNG CẤP KHÍ NÉN 3.2.1. Vai trò hệ thống khí nén Trong công nghiệp chế biến dầu khí, khí nén có ý nghĩa đặc biệt quan trọng do những đặc trƣng riêng của ngành công nghiệp này: rủi ro cháy nổ cao, nhiều chất độc hại, quá trình công nghệ phức tạp đòi hỏi phải điều khiển tự động quá trình, yêu cầu an toàn vận hành cao Chính vì vậy, phần lớn quá trình đều đƣợc điều khiển tự động. Trong điều khiển hoạt động nhà máy, việc điều khiển hoạt động các van chiếm một vị trí quan trọng. Điều khiển tự động các van trong công nghiệp chế biến dầu khí có thể dùng mô tơ điện hay bằng khí nén. Tuy nhiên, van đƣợc điều khiển bằng khí nén có một số ƣu điểm, thậm chí một số van ngừng khẩn cấp bắt buộc phải dùng khí nén vì lý do an toàn. Chất lƣợng của khí nén và độ tin cậy của hệ thống này đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động bình thƣờng và an toàn vận hành nhà máy. Ngoài chức năng cung cấp khí nén cho quá trình điều khiển tự động, khí nén 49
  49. trong các nhà máy chế biến dầu khí cũng phục vụ một số quá trình công nghệ, làm động lực cho một số dụng cụ sửa chữa nhá và trong giai đoạn khởi động, bảo dƣỡng nhà máy. Ngoài hệ thống khí nén trung tâm cung cấp khí nén cho nhu cầu chung, trong nhà máy lọc hóa dầu cũng có các hệ thống sản xuất khí nén cục bộ phục vụ cho các nhu cầu riêng biệt. 3.2.2. Hệ thống khí nén trung tâm Khí nén trong nhà máy lọc hóa dầu gồm hệ thống khí nén trung tâm và các hệ thống khí nén cục bộ. Khí nén trung tâm phục vụ cho nhu cầu khí điều khiển các van và khí nén công nghệ. Trong mục này tập trung vào mô tả hệ thống khí nén trung tâm. Hệ thống khí nén trung tâm trong Nhà máy lọc hóa dầu đƣợc chia thành hai bộ phận: bộ phận sản xuất khí nén và hệ thống phân phối khí nén tới các hộ tiêu thụ trong nhà máy. Nguyên lý hoạt động và các bộ phận của hệ thống sẽ đƣợc trình bày trong các mục dƣới đây. 3.2.2.1. Bộ phận sản xuất khí nén Khí nén phục vụ trong nhà máy là không khí trong khí quyển đƣợc nén tới áp suất thích hợp và tách một số tạp cơ học, hơi nƣớc cho mục đích sử dụng (thông thƣờng khí nén có áp suất từ 7-11 Kg/cm2). Ngoài yêu cầu về áp suất, không khí nén phục vụ cho mục đích điều khiển cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng mà chủ yếu là yêu cầu về độ ẩm trong khí nén. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của hệ thống khí nén trung tâm trong Nhà máy lọc hóa dầu đƣợc trình bày trong hình H - 13. Theo sơ đồ này, bộ phận sản xuất khí nén bao gồm các thiết bị chính: - Máy trộn khí; - Bình chứa khí ƣớt; - Bình sấy khí; - Bình chứa khí khô. a. Quá trình hoạt động Không khí đƣợc các máy nén nén tới áp suất thích hợp (thông thƣờng từ 7-11 Kg/cm2), sau đó đƣợc làm mát bằng thiết bị trao đổi nhiệt rồi đƣa tới bình chứa khí nén ƣớt. Thiết bị trao đổi nhiệt để làm mát khí nén đƣợc sử dụng có thể là kiểu làm mát bằng không khí (gắn kốm theo máy trộn) hoặc kiểu làm mát bằng nƣớc (tùy theo chủng loại máy trộn và nhà chế tạo).Tại thiết bị làm mát, một phần hơi nƣớc trong khí nén đƣợc ngƣng tụ và tách ra, tuy nhiên, lƣợng hơi nƣớc trong không khí nén theo yêu cầu rất thấp, vì vậy, lƣợng ẩm trong không khí nén cần phải tiếp tục đƣợc tách ra cho tới khi đạt yêu cầu. Không khí 50
  50. sau khi ra khỏi thiết bị ngƣng tụ đƣợc đƣa tới bình sấy khô. Tại đây, lƣợng hơi nƣớc đƣợc tách tiếp tới giới hạn yêu cầu. Giới hạn cuối để tách ẩm ra khỏi không khí nén tùy thuộc vào điều kiện khí hậu tại khu vực xõy dựng nhà máy và yêu cầu an toàn áp dụng cho nhà máy. Thiết bị sấy khô đồng thời cũngg đƣợc thiết kế để tách các hạt rắn lẫn trong không khí. Không khí sau khi sấy khô đƣợc đƣa tới bình chứa khí nén. Bình chứa khí nén có chức năng bình ổn áp suất cung cấp trong toàn bộ mạng lƣới phân phối và là nguồn dự trữ khí nén trong trƣờng hợp các máy nén gặp sự cố hoặc hệ thống phải ngừng hoạt động hoàn toàn do sự cố điện năng. b. Cấu hình công nghệ hệ thống Máy nén khí Để việc cung cấp khí nén đƣợc liên tục với độ tin cậy cao, trong thực tế số máy nén thƣờng đƣợc bố trí là ba (3) với công suất mỗi máy đáp ứng 100% công suất khí nén theo thiết kế, các máy nén hoạt động theo nguyên tắc: một máy hoạt động, một máy dự phòng và một máy đang trong giai đoạn bảo dƣỡng. Theo nguyên tắc hoạt động này, khả năng ngừng hoạt động hoàn toàn của hệ thống khí nén do sự cố máy nén là rất thấp. Nếu máy nén đang hoạt động gặp sự cố, máy dự phòng ngay lập tức đƣợc đƣa vào hoạt động, đồng thời máy đang ở trạng thỏi bảo dƣỡng đƣợc đƣa vào tỡnh trạng dự phòng. Trong thực tế, ngƣời ta có thể vận hành theo nguyên tắc chỉ để một máy dự phòng hai máy cũng lại hoạt động ở mức 60% công suất. Máy nén lựa chọn có thể là máy nén kiểu trục vít hoặc máy nén ly tâm. Thông thƣờng, nếu công suất máy nén nằm trong dải công suất thông dụng của các nhà chế tạo thỡ máy trộn trục vít sẽ đƣợc ƣu tiên lựa chọn do máy nén trục vít có nhiều ƣu điểm nhƣ độ ổn định cao, hoạt động êm dịu, Trong trƣờng hợp công suất máy nén lớn không nằm trong dải công suất thông dụng của các nhà chế tạo thỡ máy trộn lý tâm thƣờng đƣợc xem xét lựa chọn. Dƣới đây trình bày đặc điểm hoạt động và sơ lƣợc cấu tạo của một số dạng máy nén hay đƣợc sử dụng cho hệ thống khí nên. Máy trộn kiểu trục vít: Máy trộn trục vít là dạng máy trộn thể tớch có cấu trúc lý tƣởng để hoạt động trong điều kiện khí nén có lẫn bụi bẩn hoặc lỏng cuốn theo. Máy nén trục vít cho phép đƣa các chất làm mát, chất rửa sạch vào dòng khí nén do vận tốc dòng thấp. Tuổi thọ của máy trộn trục vít có thể đạt tới 20 năm với 3 năm đầu hoạt động liên tục không sự cố. Máy nén trục vít có thể là dạng máy nén một cấp hoặc nhiều cấp tùy vào áp suất yêu cầu. Bộ phận dẫn động có thể là mô tơ điện hoặc tuabin hơi. Máy nén kiểu trục vít có nhiều ƣu 51
  51. điểm so với một số kiểu máy nén khác trong dải công suất và áp suất làm việc của nú. Hình dạng máy trục vít nhƣ trong hình H-14. Máy trộn trục vít có một số ƣu điểm so với các dạng máy nén khác: Ưu điểm của máy nén kiểu trục vít so với máy nén kiểu pít - tông: - Không có bộ phận chịu tác dụng của ứng suất mái do phải hoạt động liên tục (xéc măng, pít-tông, van), do vậy, ít phải bảo dƣỡng. - Không có bộ phận dao động lệch tâm, vì vậy, máy ớt rung động hơn nhờ đó chi phí cho nền móng cũngg ít hơn. - Khả năng phục vụ cao, đạt tới 99%. HÌNH H – 13. Sơ đồ hệ thống sản xuất khí nén Ưu điểm của máy nén kiểu trục vít so với máy trộn kiểu ly tâm: - Khí đầu vào có thể chứa bụi (cho phép tới 300 mg/m3) hoặc giọt lỏng (điều mà máy nén khác dƣờng nhƣ không cho phép); - Vận tốc đầu ra thấp, vì vậy, cho phộp đƣa chất lỏng vào dòng với mục đích làm mát hoặc rửa sạch; - Lƣu lƣợng thể tích cửa hút máy dƣờng nhƣ không đổi khi tỷ số nén thay đổi, do vậy, không gây ra hiện tƣợng xung; - Có đáp ứng rất tốt giữa mức tải và năng suất tiêu thụ: 50% lƣu lƣợng tƣơng ứng 50% vận tốc và tiêu thụ năng lƣợng bằng 50%; - Hoạt động ở dƣới vận tốc độ công hƣởng thứ nhất của trục quay, vì vậy, không gõy ra hiện tƣợng rung động nguy hiểm khi máy vƣợt qua vận tốc cộng hƣởng này. 52
  52. Hình H-14 Hình dạng ngoài và cấu tạo máy trộn trục vít Bình chứa khí nén ƣớt Bình chứa khí ƣớt có chức năng chứa khí nén đó đƣợc làm mát từ máy nén khí đƣa tới. Thông thƣờng, hai bình chứa khí nén ƣớt mỗi bình có sức chứa bằng 100% công suất của hệ thống. Hai bình chứa này hoạt động theo nguyên tắc một bình hoạt động, một bình ở trạng thỏi dự phòng. Thiết kế theo nguyên tắc này đảm bảo thƣờng xuyên bảo dƣỡng/sửa chữa đƣợc bình chứa cũngg nhƣ đảm bảo công tác thanh tra định kỳ bắt buộc mà không ảnh hƣởng đến hoạt động liên tục của hệ thống. Các bình chứa khí ƣớt là các bình trụ chế tạo bằng thộp cacbon. Bình sấy Quá trình sấy khí nén để tách hơi nƣớc hoạt động theo nguyên lý sấy lạnh. Không khí nén sẽ đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ nhất định (tùy thuộc vào yêu cầu tách ẩm ra khỏi khí nén). Mục đích tách hơi nƣớc ra khỏi khí nén là tránh hiện tƣợng ngƣng tụ hơi nƣớc trên đƣờng ống gây ăn mũn. Nếu trong khí nén có chứa hơi nƣớc, trong quá trình hoạt động khi nhiệt độ môi trƣờng xuống thấp, cộng với tổn thất áp suất cục bộ, nhiệt độ khí nén giảm đột ngột dẫn đến hiện tƣợng ngƣng tụ nƣớc trong lũng ống. Nƣớc ngƣng tụ trong đƣờng ống không chỉ làm ăn mũn thiết bị mà cũng ảnh hƣởng đến độ chính xác hoạt động của các thiết bị điều khiển bằng khí nén. Vì vậy, một trong những chỉ tiêu quan trọng của khí nén điều khiển là nhiệt độ điểm sƣơng (Dew point), nhiệt độ này tùy thuộc vào điều kiện khí hậu nơi đặt nhà máy. Với các vùng ôn đới nhiệt độ điểm sƣơng của khí nén yêu cầu tới - 400C, với vựng có nhiệt độ trung bình và nhiệt độ thấp nhất trong năm cao (nhƣ vùng xích đạo và nhiệt đới) thỡ nhiệt độ điểm sƣơng có thể đƣợc quy định cao hơn (từ - 150C đến +50C). Về nguyên tắc, nhiệt độ điểm sƣơng của khí nén càng thấp thỡ càng tốt, tuy nhiên, chi phí đầu 53
  53. tƣ cho thiết bị sấy và chí phí vận hành càng cao, vì vậy, cần hài hòa giữa chất lƣợng và hiệu quả kinh tế. Để tách nƣớc đƣợc hiệu quả, trƣớc mỗi bình sấy ngƣời ta lắp đặt một bộ lọc tách dầu kéo theo nhằm tránh hiện tƣợng tạo nhũ tƣơng trong bộ phận bẫy nƣớc. Bình sấy ngoài nhiệm vụ tách ẩm cũng có nhiệm vụ tách các hạt rắn trong khí nén. Nhằm thực hiện nhiệm vụ này, sau mỗi bình sấy, một thiết bị lọc hạt rắn đƣợc lắp đặt để tách các hạt rắn và các cặn bẩn dạng rắn khác kéo theo dòng khí nén. Các hạt rắn có kớch thƣớc lớn hơn 3 ỡm sẽ bị loại ra khỏi khí nén. Tổng lƣợng các chất rắn trong khí nén sau khi ra khỏi bình sấy không đƣợc phép vƣợt quá 0.1 g/m3. Thông thƣờng, hệ thống sản xuất khí nén trong nhà máy lọc hóa dầu có hai bình sấy, mỗi bình đƣợc thiết kế 100% công suất. Các bình sấy này cũngg hoạt động theo nguyên tắc một hoạt động và một ở chế độ dự phòng. Chất lƣợng khí nén đi ra khỏi bình sấy đƣợc kiểm tra bằng đầu phân tích nhiệt độ điểm sƣơng nối với trung tâm điều khiển bằng hệ thống DCS. Bình chứa khí nén khô Khí nén sau khi đƣợc làm khô và làm sạch đƣợc đƣa tới bình chứa khí khô. Bình chứa khí khô có nhiệm vụ bình ổn áp suất cung cấp cho các hộ tiêu thụ và dự trữ khí nén điều khiển trong trƣờng hợp khẩn cấp (mất điện hoặc các máy nén gặp sự cố dừng hoạt động hoàn toàn). Tùy theo quan điểm về đảm bảo an toàn hoạt động mà thể tích bình chứa khí nén đƣợc xác định với công suất chứa đảm bảo để duy trỡ hoạt động các thiết bị các thiết bị sử dụng khí nén trong vùng 10 tới 20 phút. Thông thƣờng, hệ thống khí nén có hai bình chứa, mỗi bình chứa có dung tớch đảm bảo 100% công suất ở điều kiện hoạt động bình thƣờng. Nhờ vậy mà có thể sửa chữa hay thanh tra định kỳ một bình chứa mà hệ thống vẫn hoạt động bình thƣờng. 3.2.2.2. Hệ thống phân phối Khí nén từ bình chứa khí nén khô sẽ đƣợc phân phối tới các hộ tiêu thụ qua mạng lƣới đƣờng ống. Khí nén đƣợc sử dụng vào các mục đích chính sau: sử dụng cho thiết bị điều khiển và cho các nhu cầu khác trong công nghệ và bảo dƣỡng. Trong hai mục đích sử dụng này, khí nén điều khiển sẽ đƣợc ƣu tiên hơn so khí nén công nghệ cho các mục đích sử dụng khác. Trong trƣờng hợp tổng nhu cầu các loại khí nén trong nhà máy tại một thời điểm nào đó vƣợt quá khả năng đáp ứng của hệ thống khí nén thỡ hệ thống điều khiển tự động 54
  54. của nhà máy sẽ đóng van giảm bớt lƣu lƣợng của mạng lƣới khí nén công nghệ hoặc dừng hẳn. Hệ thống đƣờng ống phân phối khí nén trong toàn nhà máy đƣợc thiết kế sao cho tổn thất áp suất ở vị trí xa nhất của hệ thống không vƣợt quá giá trị cho phép (thông thƣờng giá trị tổn thất áp suất cho phép khoảng 10% áp suất đầu đẩy của máy nén). 3.2.2.3. Yêu cầu về chất lƣợng khí nén Khí nén để đáp ứng đƣợc yêu cầu của các hộ tiêu thụ, đặc biệt là các thiết bị điều khiển cần phải đạt đƣợc chỉ tiêu chất lƣợng về: - Nhiệt độ điểm sƣơng (dew point); - Áp suất cấp; - Nhiệt độ; - Lƣợng chất rắn lơ lửng. Yêu cầu về nhiệt độ điểm sƣơng của khí nén phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện khí hậu tại vị trí xây dựng nhà máy (phụ thuộc vào nhiệt độ thấp nhất trong năm) và một phần phụ thuộc vào yêu cầu riêng của thiết bị điều khiển. Nhỡn chung với các vựng có nhiệt độ trung bình trong mựa đông thấp thỡ nhiệt độ điểm sƣơng của khí nén có thể yêu cầu tới - 40 0C, với vùng có nhiệt độ trung bình mựa đông cao hơn có thể yêu cầu nhiệt độ điểm sƣơng cao hơn (30 - 40 0C so với vùng ôn đới) tùy vào điều kiện và tiêu chuẩn thiết kế cụ thể. Áp suất hoạt động của khí nén trong các nhà máy chế biến dầu khí thông thƣờng quy định trong khoảng 7 - 8 Kg/cm2. Nhiệt độ khí nén cho phép dao động trong khoảng 10 - 45 0C. 3.2.2.4. Yêu cầu về khả năng cung cấp liên tục Khí nén có ý nghĩa quan trọng đối với hoạt động bình thƣờng cũngg nhƣ trong trƣờng hợp ngừng khẩn cấp nhà máy lọc hóa dầu, vì vậy, đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống là một trong những yêu cầu hàng đầu. Trong hoạt động bình thƣờng nếu hệ thống khí nén gặp sự cố không cung cấp đƣợc khí nén đảm bảo chất lƣợng thỡ không thể thực hiện đƣợc nhiều quá trình điều khiển tự động dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng không lƣờng hết đƣợc. Trong những tỡnh huống khẩn cấp phải dừng nhà máy, nếu khí nén không đủ cung cấp thỡ không thể thực hiện đƣợc công việc ngừng nhà máy theo đúng yêu cầu an toàn phòng chống cháy nổ và dễ dẫn đến thảm họa. Do khi thiết kế hệ thống khí nén, số lƣợng máy nén khí đó đƣợc tính tóan ở mức độ khó có thể xảy ra sự cố cùng một lúc tất cả các máy, vì vậy, nguy cơ ngừng hệ thống hoàn toàn do máy nén là khó xảy ra. Một trong những nguyên nhân tiềm tàng dẫn 55
  55. đến ngừng hệ thống cấp khí nén là mất điện toàn bộ nhà máy trong các trƣờng hợp bất khả kháng, trong trƣờng hợp này ngƣời ta đƣa ra một số giải pháp khắc phục nhƣ sau: a. Nguồn điện dự phòng Trong nhà máy chế biến dầu khí, do đặc thù riêng, vì vậy, yêu cầu về an toàn vận hành và an toàn phòng chống cháy nổ đƣợc đặt lên hàng đầu. Một trong những biện pháp nâng cao an toàn vận hành và phòng chống cháy nổ là bố trí thờm nguồn điện dự phòng và một nguồn điện cho trƣờng hợp khẩn cấp. Nguồn điện dự phòng để thay thế tức thời nguồn điện chính trong trƣờng hợp nguồn điện chính bị mất nhằm đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục. Đối với một nhà máy chế biến dầu khí, nếu phải ngừng hoạt động không chỉ gây thiệt hại lớn về kinh tế mà cũng tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn trong quá trình ngừng máy múc thiết bị chính. Do đó, việc đảm bảo nguồn điện cung cấp liên tục cho nhà máy là nhiệm vụ quan trọng. Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp bất khả kháng có thể xảy ra tỡnh huống các nguồn điện cấp cho nhà máy kể cả nguồn dự phòng cũngg bị mất thỡ cần phải có một nguồn điện (nguồn khẩn cấp) để cấp cho một số nhu cầu tối thiểu phục vụ cho việc ngừng nhà máy an toàn. Hệ thống khí nén là một trong những hộ tiêu thụ đƣợc tính tóan đƣợc cấp điện trong trƣờng hợp khẩn cấp. Trong trƣờng hợp khẩn cấp xảy ra, để dừng nhà máy an toàn thỡ nguồn khí nén phải đảm bảo cho một số thiết bị an toàn vận hành trong khoảng 20 - 30 phút. Nếu các bình chứa không đƣợc thiết kế đủ thời gian dự phòng thỡ một máy trộn phải đƣợc nối với nguồn điện khẩn cấp để cung cấp khí nén đáp ứng yêu cầu. b. Trữ khí nén dự phòng Một lựa chọn khác đảm bảo nguồn khí nén cung cấp cho nhà máy trong trƣờng hợp khẩn cấp là dự trữ khí nén đủ cung cấp cho nhu cầu trong trƣờng hợp xảy ra sự cố mất điện, hay sự cố nghiêm trọng phải dừng hoạt động toàn nhà máy. Nguồn khí nén dự trữ đƣợc chứa trong các bình chứa khí nén khô. Các bình chứa này đƣợc thiết kế có công suất chứa đủ để cung cấp cho nhu cầu sử dụng các thiết bị an toàn trong khoảng thời gian thớch hợp. 3.3. Hệ thống khí nén cục bộ 3.3.1. Đặt vấn đề rong nhà máy lọc hóa dầu, ngoài hệ thống khí nén trung tâm cấp theo mạng lƣới cũng có những hệ thống cấp khí nén cục bộ phục vụ cho những yêu cầu sử dụng riêng biệt. Lý do cần có hệ thống khí nén riêng biệt có nhiều, tuy nhiên, những lý do chính có thể tóm lƣợc nhƣ sau: 56
  56. - Yêu cầu về chất lƣợng khí nén khác biệt nhiều so yêu cầu chất lƣợng khí nén cho thiết bị điều khiển, vì vậy, nếu dùng chung một hệ thống sẽ dẫn đến tăng chi phớ sản. - Chất lƣợng khí nén không yêu cầu cao, lƣợng sử dụng lớn; - Hộ tiêu thụ ở nơi quá xa mạng ống phân phối của hệ thống khí nén trung tâm, nếu xõy dựng mạng phân phối tới những hộ tiêu thụ này sẽ tăng chi phí và không đảm bảo áp suất cung cấp. Trong nhà máy lọc hóa dầu hệ thống cấp khí nén cục bộ điển hình là hệ thống khí nén cung cấp cho thiết bị tái sinh xỳc tác trong phân xƣởng cracking, hệ thống khí nén trong hệ thống xử lý nƣớc thải, hệ thống khí nén ở các khu bể chứa xa nhà máy, 3.3.2. Hệ thống khí nén cho phân xƣởng cracking 3.3.2.1. Giới thiệu Hình H-15 Sơ đồ công nghệ hệ thống khí nén cục bộ trong xƣởng cracking Quá trình cracking là một trong những quá trình công nghệ quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu khí. Quá trình công nghệ này cần có sự tham gia của xỳc tác để nâng cao hiệu suất thu hồi và chất lƣợng sản phẩm. Xúc tác tham gia phản ứng bị mất dần hoạt tính do bị coke che phủ bề mặt hoạt động của hạt xúc tác. Để khôi phục hoạt tính của xúc tác cần phải loại bá coke bám trên bề mặt hạt xúc tác. Phƣơng pháp đơn giản và hiệu quả nhất để loại bá coke bám trên bề mặt xúc tác là tiến hành đốt coke ở nhiệt độ thích hợp nhằm tránh tổn hại cho xỳc tác trong quá trình tái sinh. Quá trình đốt coke đƣợc thực hiện trong thiết bị tái sinh, tùy theo công nghệ áp dụng và tớnh chất của dầu thụ mà sử dụng thiết bị tái sinh một bậc hay tái sinh hai bậc. Trong thiết bị tái sinh, không khí cùng với nhiên liệu đƣợc phối trộn theo tỷ lệ cháy thích hợp rồi đƣa 57
  57. vào buồng đốt qua hệ thồng dàn phân phối khí. Khí cấp vào thiết bị tái sinh đƣợc cung cấp bởi máy nén riêng không sử dụng khí nén chung của nhà máy. Thông thƣờng, máy nén này đƣợc dẫn động bởi tuốc bin hơi. Sơ đồ công nghệ của hệ thống khí nén cục bộ trong phân xƣởng cracking xúc tác cặn tầng sôi đƣợc mô tả trong hình vẽ H-15. 3.3.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình H-16 A- Hình dạng ngoài máy trộn hƣớng trục lắp đặt trong thực tế Hình H-16B- Cấu tạo máy trộn hƣớng trục mặt cắt ngang Về nguyên tắc, máy nén khí sử dụng để cấp không khí nén cho thiết bị tái sinh có thể dùng là loại máy nén khí kiểu hƣớng trục hoặc máy nén ly tâm. Tuy nhiên, trong thực tế máy trộn kiểu hƣớng trục thƣờng đƣợc sử dụng hơn do có khả năng điều khiển đƣợc áp suất và công suất máy. Máy nén kiểu hƣớng trục có hình dạng ngoài lắp đặt trong phân xƣởng cracking nhƣ trong hình H-16A. Một cách khỏi quát, máy nén hƣớng trục bao gồm các bộ phận chính sau: - Phần Ro-to (Rotor); - Phần Stato (Stator); 58
  58. - Vá máy và các bộ phận phụ. a. Rô-to của máy nén hƣớng trục Rô-to của máy nén hƣớng trục là một bộ phận quan trọng nhất của máy nén hƣớng trục. Đây chính là bộ phận tạo ra khả năng nén khí từ áp suất thƣờng tới các mức áp suất cao hơn. Cấu tạo của bộ phận này tƣơng đối phức tạp gồm nhiều bộ phận khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản có thể chia rô to máy nén thành các phần chính: - Trục ro-to; - Cánh nén hƣớng trục; - Vành trộn ly tâm; - Kết cấu gắn cánh trộn với trục; - Các chi tiết phụ. Sơ đồ cấu tạo của Rô-to máy nén hƣớng trục đƣợc mô tả trong hình H-17, H16 B và minh họa bằng hình ảnh thực trong hình H-16C. Hình H-16C- Hình ảnh minh hoạ cấu tạo bên trong máy nén hƣớng trục *)Trục rô-to: Trục rô-to có nhiệm vụ truyền chuyển động và tạo kết cấu gắn các cánh nén. Trục máy nén có kích thƣớc không đồng đều do yêu cầu kết cấu cơ khí và đặc biệt là do yêu cầu về kích thƣớc của cánh nén hƣớng trục khác nhau dọc theo chiều dài trục rô-to. *)Cánh nén hướng trục: Cánh nén hƣớng trục có biên dạng cánh và đƣợc lắp đặt ở vị trí thích hợp để tạo ra dòng khí nén chuyển động theo hƣớng dọc trục. Để tạo hiệu quả tốt cho quá trình trộn và hiệu suất máy trộn cao, kớch thƣớc (đƣờng kính) và độ nghiêng của cánh nén hƣớng trục thay đổi dọc theo chiều dài trục rô-to. *)Vành trộn ly tâm: Việc kết hợp các cánh nén hƣớng trục và cánh nén ly tâm cho phép nâng cao đƣợc áp suất nén của máy nén, và đặc biệt là tránh đƣợc hiện tƣợng nghẽn đầu nén do áp suất nén thấp. Vành nén ly tâm đƣợc lắp vào 59
  59. giai đoạn nén cuối cùng để khắc phục tỡnh trạng nghẽn đầu nén (hiện tƣợng này hay xảy ra nếu chỉ sử dụng các cánh nén hƣớng trục). Đây là một trong những cải tiến đáng kể máy nén hƣớng trục của một số hóng sản xuất máy trộn nổi tiểng nhƣ MANTURBO. Hình H-17- Cấu tạo rô-to máy trộn hƣớng trục Việc đƣa thêm vành nén ly tâm sẽ cho phép mở rộng khoảng hoạt động của máy nén hƣớng trục do thay đổi đƣợc giới hạn áp suất nghẽn cửa đẩy máy nén. Nhờ vành nén ly tâm, áp suất cửa đẩy máy nén tăng đáng kể ở giai đoạn nén cuối cùng. b. Stato máy nén hƣớng trục Stato của máy nén có chức năng cùng với rô - to máy nén tạo dòng khí động phù hợp cho quá trình trộn. Để thực hiện đƣợc nhiệm vụ này, stato đƣợc lắp một tang trống trên đó gắn các cánh trộn tĩnh. Tang trống lắp các cánh nén tĩnh có kết cấu có thể thay đổi đƣợc độ nghiêng của cánh nén nhờ đó có thể điều chỉnh đƣợc chế độ hoạt động của máy nén phù hợp với điều kiện làm việc. c. Vá máy trộn Vá máy nén có chức năng là kết cấu cơ khí để lắp đặt rô-to và stato. Vá máy cũng có nhiệm vụ tạo ra các khoang hỳt và khoang đẩy của máy nén, gắn các cửa hút và cửa đẩy nối với đƣờng ống công nghệ. 3.4. HỆ THỐNG CẤP KHÍ NI-TƠ 3.4.1. Giới thiệu Khí Ni-tơ có vai trò quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu khí, đặc biệt là đối với các nhà máy lọc hóa dầu. Khí Ni-tơ là một dạng khí trơ thích hợp để cách ly các môi trƣờng hoạt động có khả năng gây cháy nổ (nếu các môi trƣờng này tiếp xúc với nhau), cách ly các sản phẩm dễ bị ô-xy hóa với môi trƣờng không khí. Ngoài ra, khí Ni-tơ cũng đƣợc sử dụng rộng rói trong giai đoạn chuẩn bị khởi động nhà máy, sửa chữa và bảo dƣỡng máy móc, đƣờng 60
  60. ống nhƣ dùng để đuổi không khí ra khỏi thiết bị. Khí Ni-tơ trong nhà máy đƣợc cung cấp thành mạng lƣới đƣờng ống tới các hộ tiêu thụ dƣới dạng khí có áp suất trong khoảng 7 – 11 Kg/cm2. 3.4.2. Các phƣơng pháp sản xuất khí ni tơ Hiện nay, sản xuất Ni-tơ về cơ bản vẫn đi từ không khí trong tự nhiên. Quá trình sản xuất Ni-tơ đi từ không khí cho đến nay có các phƣơng pháp chính sau đây: - Phƣơng pháp hóa lỏng không khí rồi chƣng luyện truyền thống; - Phƣơng pháp hấp phụ phân tử (Pressure Swing Adsorption - PSA); - Phƣơng pháp màng lọc phân tử (hấp phụ) kết hợp kỹ thuật siêu lạnh (molecular sieve adsorption and Cryogenic air separation). 3.4.2.1. Phƣơng pháp hóa lỏng không khí Theo phƣơng pháp sản xuất Ni-tơ truyền thống, không khí đƣợc nén tới áp suất rất cao và làm mát để thu hồi không khí ở dạng lỏng rồi sau đó tiến hành chƣng cất tách riêng biệt các thành phần Ni-tơ, ễ-xy và Cacbonic ở dạng lỏng. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là cho phép sản xuất đƣợc đồng thời nhiều loại khí có độ tinh khiết cao, phù hợp công suất lớn. Tuy nhiên, sản xuất Ni-tơ theo phƣơng pháp này đầu tƣ lớn do các thiết bị làm việc ở áp suất cao, giá thành sản phẩm cao nếu nhƣ mục đích chỉ thu hồi Ni-tơ. 3.4.2.2. Phƣơng pháp hấp phụ phân tử Phƣơng pháp hấp phụ phân tử dựa vào khả năng hấp phụ chọn lọc dƣới áp suất của một số chất để tách Ni-tơ ra khỏi không khí. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là đơn giản, hệ thống hoạt động ở áp suất không cao. Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ sản xuất đƣợc Ni-tơ ở trạng thỏi khí mà không sản xuất đƣợc Ni-tơ ở trạng thải lỏng, vì vậy, không phự hợp với yêu cầu của nhà máy chế biến dầu khí (có nhu cầu cả ni–tơ lỏng và khí để điều tiết cung cầu). 3.4.2.3. Phƣơng pháp lọc phân tử kết hợp kỹ thuật siêu lạnh Theo phƣơng pháp này, không khí đƣợc nén tới áp suất thích hợp (khoảng 7-14 Kg/cm2) rồi đƣa qua một sàng lọc phân tử (hấp phụ) để tách khí CO2 và hơi nƣớc ra khỏi khí nén. Khí nén sau đó đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ rất sâu nhờ kỹ thuật siêu lạnh để tách Ni-tơ có độ tinh khiết cao ra khỏi hỗn hợp. Hiện nay, phƣơng pháp sản xuất Ni-tơ này đƣợc sử dụng phổ biến trong nhà máy lọc dầu nhờ những tính năng ƣu việt: - Sản xuất đƣợc cả Ni-tơ lỏng và khí phự hợp yêu cầu sử dụng; - Hệ thống hoạt động ở áp suât thấp; 61
  61. - Giá thành sản phẩm thấp hơn. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất ni-tơ bằng phƣơng pháp màng lọc phân tử kết hợp kỹ thuật siêu lạnh đƣợc trình bày trong mục dƣới của bài học này. 3.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 3.4.3.1. Nguyên lý hoạt động 62
  62. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất Ni-tơ đƣợc mô tả trong hình H-18. Theo sơ đồ công nghệ này, không khí đƣợc nén tới áp suất thích hợp sau đó đƣợc làm mát tới nhiệt độ của không khí môi trƣờng nhờ hệ thống làm mát của máy nén. Không khí nén sau khi làm mát tiếp tục đƣợc hạ nhiệt độ xuống khoảng 200 0C rồi đƣa tới tháp hấp phụ phân tử. Tại đây, khí các cacbonic và hơi ẩm đƣợc tách ra khỏi không khí nhờ các màng lọc phân tử. Các tháp hấp phụ này làm việc theo nguyên tắc gián đoạn, một hoạt động và một ở trạng thỏi tái sinh. Không khí sạch sau đó tiếp tục đƣợc đƣa đến tới thiết bị trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm lạnh đi ra từ tháp phân tách lạnh. Không khí nén sau thiết bị trao đổi nhiệt ở vào trạng thỏi gần ngƣng tụ. Không khí nén lạnh đƣợc đƣa vào tháp siêu lạnh, tại đây Ni-tơ và Ô-xy đƣợc phân tách ra riêng biệt do có nhiệt độ ngƣng tụ khác nhau. Khí Ô-xy lỏng đƣợc tách ra ở đáy tháp, cũng khí Ni-tơ ngƣng tụ một phần ở đỉnh tháp và cho hồi lƣu lại tháp siêu lạnh. Ô-xy lỏng có nhiệt độ thấp ở đáy tháp đƣợc đem trao đổi nhiệt với khí Ni-tơ đi ra ở đỉnh tháp siêu lạnh để thu hồi Ni-tơ lỏng.Phần khí Ni-tơ không ngƣng tụ đƣợc đƣa tới hệ thống phân phối. Một phần khí Ni-tơ ngƣng tụ đƣợc đƣa tới bể chứa ni-tơ lỏng để dự phòng cho những giai đoạn cao điểm sử dụng ni-tơ vƣợt quá công suất tức thời của hệ thống sản xuất. Điều này rất quan trọng đối với các hộ tiêu thụ đặc biệt mà cần phải đƣợc cung cấp ổn định và có độ dự phòng cao (nhƣ nhu cầu cấp cho phân xƣởng Reforming tái sinh xúc tác liên tục). 3.4.3.2. Cấu tạo Hệ thống cung cấp Ni-tơ bao gồm các bộ phận chính sau: - Bộ phận sản xuất khí Ni- tơ tinh khiết; - Bộ phận tàng trữ; - Bộ phận phân phối. a. Bộ phận sản xuất Ni-tơ Bộ phận sản xuất Ni-tơ bao gồm các thiết bị chính: Máy nén khí với hệ thống làm mát, tháp hấp phụ phân tử, thiết bị trao đổi nhiệt và tháp siêu lạnh. Dạng máy nén sử dụng cho hệ thống Ni-tơ do nhà thiết kế và nhà cung cấp thiết bị trọn gói quyết định để phù hợp với dải công suất và áp suất yêu cầu. Tuy nhiên, máy nén thƣờng đƣợc sử dụng là dạng máy nén kiểu ly tâm hoặc trục vít. Các máy nén này thƣờng kèm theo các dàn ngƣng tụ để làm mát khí nén xuống nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ không khí môi trƣờng. Tháp hấp phụ phân tử đƣợc bố trí làm việc gián đoạn, vì vậy, trong hệ thống thƣờng bố trí hai tháp hoạt động theo nguyên tắc một tháp hoạt động và một 63