Ở kỳ 8, chúng ta đã có dịp tiếp cận với ý tưởng “Nâng cao hiệu quả làm việc của bình slugcatcher 1-V-211C và toàn bộ các thiết bị trên Riser Block giàn nén khí Trung Tâm bằng giải pháp chống ngưng tụ, tạo lỏng bên trong và ngoài hệ thống khí từ các JOC về giàn". Trong kỳ tiếp theo này, tác giả sẽ giới thiệu đến bạn đọc nội dung của một ý tưởng khác không kém phần quan trọng “Giải pháp nghiên cứu nâng cao hiệu quả tách lỏng tại các bình tách đầu ra của các tổ máy nén khí cao áp discharge scrubber V-253A/F. Qua đó, giảm lượng nước trong khí về bờ và khí gaslift, giảm tải cho hệ thống tái sinh glycol GDU-A/B đã 20 năm hoạt động, bằng cách tận dụng chia tải cho 5 cooler cấp II đang làm việc bằng cách đưa thêm quạt cấp II của máy đang dự phòng stand-by và lắp thêm 1 cooler cấp II mới nghĩa là đưa 7 cooler vào làm việc song song".
Như chúng ta đã biết, giàn nén khí trung tâm được thiết kế 6 tổ máy nén, khí sau các cấp nén được làm mát bằng các quạt nhằm hạ nhiệt độ đầu ra còn khoảng 45oC, nhiệt độ càng thấp hiệu quả tách lỏng càng tốt. Nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến khả năng tách lỏng tại các bình tách giảm đi. Trong các tháng mùa mưa, nhiệt độ dòng khí đầu ra chỉ ở khoảng 43 ÷ 46oC. Tuy nhiên, vào mùa nắng nóng, trong khoảng thời gian từ tháng 3 đến tháng 10 hằng năm, dòng khí sau các quạt làm mát 1-AC-252A÷F dao động từ 48 ÷ 55oC (tùy thuộc vào vị trí lắp đặt tổ máy nén) (biểu đồ 1). Nhiệt độ khí đầu ra cao khiến cho lượng nước được tách ra khỏi dòng khí tại các bình tách 1-V-253A÷F ít hơn rõ rệt. Một lượng lớn nước còn lại tồn tại dưới dạng hơi bão hòa cùng dòng khí đầu ra đi vào hệ thống làm khô khí sẽ dẫn đến quá tải. Lượng glycol tuần hoàn theo tính toán không thể hấp thụ hết lượng nước phát sinh thêm từ 5 tổ máy nén, dẫn đến dòng khí không được làm khô triệt để (sơ đồ 2). Trong quá trình vận chuyển, khí trong đường ống về bờ và đường ống gaslift chứa nhiều nước sẽ dẫn đến nguy cơ ăn mòn, gây giảm tuổi thọ và tăng thêm chi phí vận hành, sữa chữa của toàn bộ tuyến ống.
Nguyên nhân chính làm cho nhiệt độ dòng khí sau các quạt làm mát cấp II cao trong mùa nắng nóng được xác định là do nhiệt độ môi trường xung quanh quá cao (từ 70 ÷ 80oC) cộng với hướng gió đổi chiều mang nhiệt lượng từ các ống xả thổi về phía các quạt này. Bên cạnh đó động cơ các quạt đang vận hành ở mức vượt công suất thiết kế. Vì thế, mặc dù các quạt nói trên đã được áp dụng các biện pháp kỹ thuật như thay đổi góc cánh, thông rửa, làm sạch bên trong các tubing, tuy nhiên hiệu quả làm mát vẫn không được cải thiện rõ rệt.
Sơ đồ 1: Biểu đồ thể hiện nhiệt độ của dòng khí đầu ra các máy nén đo tại Contactor theo các tháng trong năm
Sơ đồ 2: Mô hình Hysys của hệ thống ở chế độ hiện tại để xác định lượng lỏng tách ra tại V-253A/F bằng 0 m3/d (nghĩa là lỏng không thể tách được tại các bình tách mà đi vào hệ thống làm khô khí Glycol gây quá tải cho hệ thống này)
Để giải quyết vấn đề trên đó là cần giảm nhiệt độ dòng khí sau các quạt làm mát 1-AC-252A÷F (sau cấp nén thứ 2). Giải pháp được đưa ra là: lắp đặt thêm một tổ hợp cooler cấp 2 (số 7) và cải hoán để đưa tổ hợp quạt làm mát số 6 của máy đang dừng và số 7 mới lắp vào làm việc song song với 5 tổ còn lại nhằm chia tải cho nhau, qua đó tăng hiệu suất làm mát của hệ thống cooler trên CCP (sơ đồ 3, 4).
Sơ đồ 3: Sơ đồ giải pháp đưa 7 tổ hợp quạt làm mát cấp 2 làm việc song song (nghĩa là đưa Air Cooler máy đang dừng và Cooler lắp mới share tải cho 5 máy đang làm việc)
Sơ đồ 4: Sơ đồ ISOMETRIC đưa 7 tổ hợp quạt làm mát cấp 2 làm việc song song (nghĩa là đưa Cooler máy đang dừng và Cooler lắp mới share tải cho 5 máy đang làm việc)
Sau khi áp dụng giải pháp, qua tính toán cũng như mô phỏng bằng Hysys (sơ đồ 5), kết quả được thể hiện ở bảng sau:
Sơ đồ 5: Mô hình Hysys của hệ thống ở chế độ hiện tại để xác định lượng lỏng tách ra tại V-253A-F bằng 0.917 m3/d cho 1 máy 1,6 triệu m3 khí/ngày
Nếu giải pháp cải tiến kỹ thuật này được áp dụng tại Giàn Nén Khí Trung Tâm – Xí Nghiệp Khai Thác Các Công Trình Khí thì sẽ mang lại nhiều ưu việt cho hệ thống. Theo đó, nếu hàm lượng nước bão hòa tồn tại trong khí về bờ cũng như gaslift cao sẽ ảnh hướng rất lớn đến khả năng bơm ép khí, ăn mòn bên trong. Trong quá trình vận chuyển, dòng khí khi giảm đến áp suất và nhiệt độ nhất định thì nước bão hòa trong nó sẽ tách ra khỏi dòng trở thành các hạt lỏng tự do, kết hợp với H2S hoặc CO2 sẽ tạo thành hợp chất axit gây ra hiện tượng ăn mòn hóa học thành ống, thậm chí là với điều kiện thuận lợi sẽ tạo thành tạo hydrat gây tắc nghẽn đường ống. Công nghệ làm khô khí đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống thu gom. Việc quá tải hệ thống sẽ làm mất đi tác dụng vốn có của hệ thống làm khô, tổn hao chất hấp thụ (ở đây là trietylen-glycol), và mất đi kiểm soát đối với chất lượng khí đầu ra. Do đó, giảm được nhiệt độ khí đầu ra của các máy nén mang lại ý nghĩa rất lớn về mặt kỹ thuật và kinh tế, nâng cao khả năng tách lỏng ra khỏi dòng gas, giảm tải cho hệ thống làm khô khí và uối cùng là kéo dài tuổi thọ vận hành của tuyến ống dẫn khí. Ngoài ra việc tách nước triệt để kéo dài tuổi thọ cho seal gas (khí chèn hệ thống máy nén li tâm) và nhiên liệu cấp vào buồng đốt cho các turbine, lên đáng kể. Nước sẽ không còn hiện diện ở các đường ống đo chênh áp tại các Venturi cấp 1&2 điều khiển surge. Nghĩa là nới rộng dải làm việc của surge nên hiệu suất nén khí đối với máy nén khí li tâm sẽ tăng lên rõ rệt.
Xét về mặt định lượng thì có thể thấy một hiệu quả kinh tế rất lớn mà giải pháp mang lại. Chẳng hạn như:
A1: Tiết kiệm Glycol tiêu hao trong quá trình làm khô khí
Theo kết quả mô phỏng thì khi giảm được nhiệt độ của dòng gas sau các quạt làm mát xuống thêm 11.5oC cho ta: ứng với mỗi 1.6 triệu m3/1máy sẽ tách được 917 lít H2O. Công suất đầu ra trung bình của giàn nén khí trung tâm là 8.973 triệu m3/ngày. Như vậy, trung bình một ngày sẽ tách được thêm 5143 lít H2O/ngày.
Hiện tại, sản lượng khí đầu ra cần làm khô: 8.973 triệu m3/ngày ở áp suất 119 bar, 51oC thì theo đồ thị bên dưới (biểu đồ 6) ta có 10768 lít H2O mỗi ngày cần tách ra khỏi dòng khí. Sau khi áp dụng giải pháp, hạ nhiệt độ đầu ra thì lượng lỏng cần tách ra chỉ còn 5625 lít H2O.
Giàn Nén Khí Trung Tâm vận hành ở chế độ: lưu lượng bơm tuần hoàn của hệ thống 2 cụm tái sinh TEG: 4600 kgTEG/h (ứng với mỗi tổ là 2300kg/h). Nếu chỉ cần làm khô đối với lượng lỏng 5625 lít thì lưu lượng tuần hoàn chỉ cần 2923 kgTEG/h. Ta có bảng sau:
Biểu đồ 6: Đồ thị hàm lượng nước bão hòa trong khí ẩm
A2: Tiết kiệm antifoam bơm vào hệ thống
A2 = 50 lít/tháng x 12 tháng x 5USD/lít = 3.000 USD/năm
A3: Tiết kiệm chi phí hỏng hóc, sửa chữa bơm glycol
Khi giảm lưu lượng bơm tuần hoàn, hoạt động của các bơm được giảm tải hơn, các chi phí cho sửa chữa, vật tư thay thế hỏng hóc được giảm theo.
A3 = 4 bơm x 5.000 USD/năm = 20.000 USD/năm
A4: Chi phí sữa chữa đường ống dẫn khí BH-DC
Nếu dòng khí được làm khô không đạt yêu cầu, thì với lượng lỏng tách ra cộng với H2S, CO2 tồn tại trong khí, sẽ gây ra các hệ quả mà theo báo cáo đính kèm thì trung bình mỗi năm sẽ có 3 điểm khuyết tật phát sinh cần sữa chữa, với đơn giá khoảng 1 triệu USD/điểm.
A4 = 3 (điểm) x 1 (triệu USD) = 3.000.000 USD/năm
Như vậy, tổng A = A1 + A2 + A3 + A4 = 3 173 300 USD/năm
Trên đây là nội dung của ý tưởng cải hoán 7 cooler nhằm làm giảm nhiệt độ dòng gas đầu ra của Giàn Nén Khí Trung Tâm.
Hết kỳ 9
Mời các Anh/Chị và các bạn đón đọc loạt bài viết khoa học sẽ tiếp tục được đăng trên http://gas.vietsov.com.vn vào mỗi thứ Hai hàng tuần.