giáo trình công nghệ khai thác dầu khí

8/12/2019 Giáo trình Công nghệ khai thác dầu khí

http://slidepdf.com/reader/full/giao-trinh-cong-nghe-khai-thac-dau-khi 1/201

Prepared by Haø quoác Vieät pro Eng gas comp platform page1

MUC LUCPHAÀN 1HE THONG CONG NGHE DAU KHÍPHAÀN 2GIAN ÑO PHA VA TÍNH CHAT VAT LY PHAÀN 3

LÖU GIÖ HYDROCACBON LONGPHAÀN 4LÖÔNG NÖÔC TRONG KHÍ HYDROCACBONPHAÀN 5GAS HYDRATEPHAÀN 6DEHYDRATE-CHONG HYDRATE HOAPHAÀN 7ÑIEU KHIEN CONG NGHE VA THIET BÒ ÑIEU KHIENPHAÀN 8VAN AN TOANPHAÀN 9ÑO LÖU LÖÔNGPHAÀN 10LÖU LÖÔNG VA ÑÖÔNG ONGPHAÀN 11ÑÖÔNG ONG, MAT BÍCH, ÑAU NOI…PHAÀN 12BÌNH TACH DAU KHÍ.PHAÀN 13LAM KHO KHÍ BANG GLYCOL

PHAÀN 14LAM KHO KHÍ BANG CHAT HAP PHUPHAÀN 16MAY BÔMPHAÀN 17MAY NEN KHÍPHAÀN 18TURBINE KHÍPHAÀN 19EXPANDERPHAÀN 20HE THONG LAM LANH

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON




Xem hình 1.2Nhieän vuï cuûa phaàn naøy bao goàm taùch hoãn hôïp khí töï nhieân thaønh

(thoâng thöôøng laø caùc khí hoùa loûng) nhö Ethane (C2), Propane (C3) , Butane (C4), natural gasoline(C5+)

Hình 1.2: Heä thoáng thu gom, xöû lyù, cheá bieán daàu khí






PHAÀN 2GIAN ÑOÀ PHA VA TÍNH CHAT VAT LYÙ

THOÂNG SOÁ VAÄT LYÙ CUÛA ÑÔN CHAÁTCaùc thoâng soá vaät lyù cuûa moät ñôn chaát laø hoaøn toaøn xaùc ñònh theo caù

Hình 2.1 Baûng thoâng soá vaät lyù






Hình 2.2 : Baûng thoâng soá vaät lyù






Hình 2.3: Baûng thoâng soá vaät lyù






GIAÛN ÑOÀ PHA CUÛA ÑÔN CHAÁTÑoái vôùi chaát rieâng bieät bao giôø cuõng toàn taïi ñieåm tôùi haïn (C: critical poaùp suaát tôùi haïn Pc vaø nhieät ñoä tôùi haïn Tc

Hình 2.4: Giaûn ñoà pha cuûa ñôn chaát C 2 H 6

Khi nhieät ñoä vaø aùp suaát cao hôn nhieät ñoä ñieåm tôùi haïn khi aáy ñôn chaát laø vuøng traïng thaùi moät pha, vaät chaát trong vuøng naøy coù caùc tính chaát vlöôïng rieâng, entanphy, ñoä nhôùt… ) laø trung gian giöõa chaát khí vaø loûng. Nkhoâng theå thay ñoåi caùc thoâng soá coâng ngheä ñeå ñöa chaát ñoù veà traïng thnghóa laø quaù trình hoaù loûng moät phaàn hay toaøn boä khí moät caáu töû baènhieän ñöôïc khi haï nhieät ñoä khí ñoù xuoáng döôùi nhieät ñoä tôùi haïnKhi ñi töø a xuoáng b (ñaúng nhieät, giaûm aùp) ñôn chaát chuyeån töø loûng sangaùp, giaûm nhieät ) thì ñôn chaát chuyeån pha töø khí sang loûng.GIAÛN ÑOÀ PHA CUÛA HOÃN HÔÏP KHÍ NHIEÀU CAÁU TÖÛ

Hình 2.5: Giaûn ñoà pha cuûa hoãn hôïp khí.






Trong hoãn hôïp hay dung dòch khí nhieàu caáu töû , vuøng tôùi haïn thöôøng laø msoá vaø phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn khí. Xeùt traïng thaùi heä nhieàu caáu töû t2.6:Ta thaáy coù caùc löu yù:

Ñieåm tôùi haïn C , taïi ñoù hai pha trôû thaønh moät phaÑieåm B (cricondenbar) ñieåm töông öùng vôùi aùp suaát lôùn nhaát maø ôû

thaùi hai phaÑieåm T (cricondenthermal) ñieåm töông öùng vôùi nhieät ñoä lôùn nhaát mtoàn taïi ôû traïng thaùi hai pha.Nhöõng giaù trò cöïc ñaïi cuûa aùp suaát vaø nhieät ñoä maø taïi ñoù hoãn hôïp nhthaùi hai pha ñöôïc goïi laø nhieät ñoä vaø aùp suaát ngöng tuï tôùi haïn cuûa hoãn

Hình 2.6: Vò trí vaøi thoâng soá treân giaûn ñoà phaVò trí töông hoã cuûa caùc ñieåm C, B, T treân giaûn ñoà P,T phuï thuoäc vaøo thaTreân giaûn ñoà P,T phaàn ñöôøng beân traùi cho tôùi C laø ñöôøng ñieåm soâi (bu

phaûi laø ñöôøng ñieåm söông (dewpoint )Trong caùc quaù trình thuaän thì khi neùn leân, hoaëc khi giaûm nhieät ñoä thì chaCoøn ngöôïc laïi khi neùn leân hay khi giaûm nhieät maø löôïng chaát loûng ngöngtrình (ngöng tuï , bay hôi) ngöôïc.Trong coâng ngheä khí ngöôøi ta hay duøng maùy neùn ñeå neùn khí taêng aùp, exgiaûm aùp, trao ñoåi nhieät ñeå taêng giaûm nhieät, quaït giaûm nhieät…Khi ñaït töû naøo ñoù cuûa khí baét ñaàu ngöng tuï taát nhieân khí coù nhieät ñoä ngöng tuïtuy nhieân ta chuù yù caùc caáu töû khí coù tính chaát hoaø tan ñöôïc trong hydrocchaén maëc duø moät vaøi caáu töû chöa ñuû ñieàu kieän hoaù loûng thì chuùng ñaloûng.Möùc ñoä ngöng tuï caùc H-C seõ taêng khi aùp suaát taêng ôû nhieät ñoä khoâng aùp suaát khoâng ñoåi. Tuy nhieân quaù trình ngöng tuï cuûa hai tröôøng hôïp treântaêng aùp thì caùc caáu töû nheï bò hoaø tan vaøo pha loûng caøng nhieàu leân ñieàhay giaûm nhieät thì caùc caáu töû naëng chuyeån sang pha loûng nhanh hôn.Coâng thöùc qui ñoåi nhieät ñoä:

ToC = ToK-273,15ToR = 1,8 ToK

ToF = ToR – 459,67ToC = 5/9(ToF - 32 )






NHIEÄT ÑOÄ TÔÙI HAÏN Tc, AÙP SUAÁT TÔÙI HAÏN Pc:Ñoái vôùi ñôn chaát Tc, Pc laø caùc thoâng soá ñaõ bieát qua hình 2.1, 2.2, 2.3Ñoái vôùi hoãn hôïp sau khi phaân tích thaønh phaàn hoãn hôïp ngöôøi ta tính Tc, P

Tc=∑Tci x yi ; Pc=∑Pci x yiyi: laø phaàn mole cuûa caáu töû trong hoãn hôïp.Ví duï: Tính toaùn caùc thoâng soá nhieät ñoä tôùi haïn Tc, aùp suaát tôùi haïn Pc,

soá khoâng ñoàng boä (acentric) W theo coâng thöùc cho hoãn hôïp nhö sau:MW=∑Mwi x yi Tc=∑Tci x yi

W=∑Wi x yi Pc=∑Pci x yiCAN BANG PHA LONG – KHÍ CUA HE HYDROCACBON

Ñaïi löôïng ñaëc tröng cho söï phaân boá caùc caáu töû giöõa caùc pha trong ñieàu haèng soá caân baèng pha. Noù ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông trình:Ki=yi/xi

yi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong pha hôi, xi laø phaàn mol cuûa caáu töû trongKi phuï thuoäc vaøo aùp suaát , nhieät ñoä, vaø aùp suaát hoäi tuï (aùp suaát maø ôtaát caû moïi thaønh phaàn ñeàu baèng 1) cuûa heä.Aùp suaát hoäi tuï ñöôïc xaùc ñònh theo thaønh phaàn cuûa pha loûng caân baèng (cuõng laø aån soá) do ñoù thöôøng thì ta choïn moät aùp suaát hoäi tuï cho heä loûnra thaønh phaàn loûng khí, sau ñoù töø thaønh phaàn loûng caân baèng ta laïi tính rhoäi tuï choïn vaø tính toaùn gioáng nhau thì ñoù laø keát quaû ñuùng. Trong thöïcaùp suaát döôùi 50 bar thì caùc haèng soá caân baèng Ki khoâng phuï thuoäc aùp sutính toaùn ñöôïc ñôn giaûn hoaù ñi raát nhieàu.Ñeå tính aùp suaát hoäi tuï theo caùc böôùc nhö sau :Chuyeån pha loûng caân baèng thaønh heä baäc hai giaû trong ñoù caáu töû thöù nhkhoâng ít hôn 0,1%mole, caáu töû thöù hai laø goàm caùc caáu töû coøn laïi.Tính nhieät ñoä tôùi haïn trung bình khoái vaø aùp suaát tôùi haïn trung bình khoáitheo phöông trình:

Ttbk=∑xiMWiTci /∑xiMWi Ptbk=∑xiMWiPci /∑xiMWi

Tci(k) Pci(kpa ) yi MW i Mw i*yi Pci*yi Tci*yi w i yi*w iC1 190.56 4599 0.7 16.043 11.2301 3219.3 133.392 0.0104 0.00728C2 305.41 4800 0.1 30.07 3.007 480 30.541 0.0979 0.00979C3 369.77 4240 0.05 44.097 2.20485 212 18.4885 0.1522 0.00761iC4 407.82 3640 0.03 58.123 1.74369 109.2 12.2346 0.1852 0.005556nC4 425.1 3784 0.02 58.123 1.16246 75.68 8.502 0.1995 0.00399iC5 460.35 3381 0.015 72.15 1.08225 50.715 6.90525 0.228 0.00342nC 5 469.65 3365 0.015 72.15 1.08225 50.475 7.04475 0.2514 0.003771nC 6 506.4 3030 0.01 86.117 0.86117 30.3 5.064 0.2994 0.002994nC 7 539.2 2740 0.01 100.204 1.00204 27.4 5.392 0.3494 0.003494

nC 8 568.4 2490 0.01 114.132 1.14132 24.9 5.684 0.3977 0.003977nC 9 594.7 2280 0.01 128.258 1.28258 22.8 5.947 0.4445 0.004445nC10 617.7 2100 0.01 142.258 1.42258 21 6.177 0.4898 0.004898CO2 304.11 7374 0.01 44.01 0.4401 73.74 3.0411 0.2667 0.002667H2S 373.37 8963 0.005 34.082 0.17041 44.815 1.86685 0.0948 0.000474N2 126 3399 0.003 28.0134 0.08404 10.197 0.378 0.0372 0.0001116H2O 647 22118 0.002 18 0.036 44.236 1.294 0.3443 0.0006886Total 1 27.9528 4496.758 251.9521 0.0651662

Mw Pc(kpa) Tc(k) W






Sau ñoù ñaùnh daáu treân hình 2.7 vò trí caáu töû giaû naëng coù tung ñoä vaø hoatbk, Ttbk , baèng conñöôøng noäi suy giöõa caùc ñöôøng cong tôùi haïn baäc 2 coù treân ñoà thò chuùngtöû nheï-caáu töû giaû naëng.Töø ñöôøng cong veõ ñöôïc vaø aùp suaát ban ñaàu cuûa heä ñieåm gioùng töø nhiaùp suaát hoäi tuï.

Hình 2.7: Ñoà thò kieåm tra aùp suaát hoäi tuï






Sau ñoù so saùnh aùp suaát hoäi tuï choïn vaø tính toaùn neáu sai khaùc khoaûng dÖùng duïng heä soá caân baèng trong tính toaùn doøng khí qua bình taùch nhö sauzi laø phaàn mol cuûa caáu töû trong doøng khí vaøo bình taùch, yi laø phaàn mol laø phaàn mol cuûa caáu töû trong pha loûngF toång soá moles khí vaøo bìnhV toång soá moles khi ra khoûi bình

L toång soá moles chaát loûng ngöng tuï

Phöông trình caân baèng vaät chaát Fzi = Vyi + Lxi; F=V+L , Ki=yi/xiThay vaøo Fzi = Vyi+Lxi , yi =Ki*xi => Fzi = Vki*xi + Lxi =xi(L+Vki)Ñeå ñôn giaûn ta xeùt F=1 khi ñoù xi = zi/( L+Vki)Ta chuù yù∑xi = 1 nhö vaäy∑zi/( L+Vki) =1 trong phöông trình naøy zi ñaõ bieát, Ki tra thcaàn thay L (töø 0 ñeán 1) ñeå cho∑zi/( L+Vki) =1 laø ñöôïcDoøng khí vaøo bình taùch coù theå khoâng coù ngöng tuï chaát loûng khi ñoù L =xaùc ñònh ñieàu kieän dewpoint P,Thay doøng khí ngöng tuï hoaøn toaøn L=1, V= 0 khi ñoù baøi toaùn laø xaùc ñònh Baøi toaùn tính thaønh phaàn khí khi qua bình taùch khí: (solution02) Tröôùc khi laøm baøi toaùn naøy baïn phaûi chaéc chaén hoãn hôïp vaøo bình phaûñoù môùi coù phaân chia loûng khí. Caùc ñieàu kieän döôùi ñaây cho pheùp baïn dvaøo bình taùch :Neáu∑kizi vaø∑(zi/ki) caû hai ñeàu lôùn hôn 1 thì doøng vaøo bình laø 2 pha

∑kizi nhoû hôn 1 thì doøng vaøo laø toaøn loûng ,∑kizi = 1 doøng vaøo laø bublepoint∑(zi/ki) nhoû hôn 1 thì doøng vaøo laø toaøn khí,∑(zi/ki) = doøng vaøo laø dewpoint.∑kizi vaø∑(zi/ki) seõ khoâng ñoàng thôøi nhoû hôn 1

Cho P=4140kpa, T= -30o C ta choïn L sao cho total coät G=1 vaø coät H=1 laø heä caân

baûng ra Ki (löu yùKco2=(Kc1*Kc2)0,5

) A B C D E F G H

Moles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi

C1 0.901 3.7 0.03 0.97 3.6189 0.2489710 0.9211926

CO2 0.0106 1.23 0.03 0.97 1.2231 0.0086666 0.0106599

C2 0.0499 0.41 0.03 0.97 0.4277 0.1166644 0.0478324

C3 0.0187 0.082 0.03 0.97 0.1096 0.1706587 0.0139940

IC4 0.0065 0.034 0.03 0.97 0.063 0.1031463 0.0035070






NC4 0.0045 0.023 0.03 0.97 0.0523 0.0859637 0.0019772

IC5 0.0017 0.0085 0.03 0.97 0.0383 0.0444058 0.0003774

NC5 0.0019 0.0058 0.03 0.97 0.0357 0.0532745 0.0003090

C6 0.0029 0.0014 0.03 0.97 0.0314 0.0923669 0.0001293

C7 0.0023 0.0003 0.03 0.97 0.0303 0.0758821 0.0000212

Total 1 1.0000000 1.0000000

Baøi toaùn xaùc ñònh nhieät ñoä ñieåm söông ôû P=5500kpa (doøng khí sau khi qhôi hoaøn toaøn V=1, L=0). Choïn T= 228oK thoaû maõn

A B C D E F G HNi Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi T(K)

C1 0.854 2.73 0 1 2.73 0.3128205 0.8540000 228CO2 0.051 0.866 0 1 0.866 0.0588915 0.0510000C2 0.063 0.275 0 1 0.275 0.2290909 0.0630000C3 0.032 0.07 0 1 0.07 0.4571429 0.0320000Total 1 1.0579457 1.0000000Cho P=5500kpa T= ??? ta choïn L=0 vì traïng thaùi dewpoint sao cho total coät G=1vaø coät H =1

Kco2=(Kc1*Kc2)^0,5

Baøi toaùn xaùc ñònh nhieät ñoä ñieåm soâi ôû P=1758kpa (doøng khí sau khi quahoaøn toaøn V=0, L=1)

A B C D E F G HMoles Ni Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xi

C2 0.0208 2.45 1 0 1 0.0208 0.0510C3 0.9582 0.98 1 0 1 0.9582 0.9390IC4 0.0172 0.51 1 0 1 0.0172 0.0088NC4 0.0038 0.395 1 0 1 0.0038 0.0015Total 1 1.0000 1.0003

Tìm P=1758 kpa T= 49C ta choïn L=1 vì traïng thaùi bublepoint sao cho total coät H=1vaø coät GBaøi toaùn ví duï ñeå kieåm tra aùp suaát hoäi tuï:Cho hoãn hôïp khí qua bình taùch khí ôû 3400kpa vaø –30oC haõy tính thaønh phaàn khí loûng ra ktaùch:

Moles Ni or zi Ki L moles V moles L+Vki xi=Ni/(L+Vki) yi=Ki*xiC1 0.8745 3.45 0.05328 0.94672 3.319464 0.2634462 0.9088893C2 0.0586 0.46 0.05328 0.94672 0.488771 0.1198925 0.0551505C3 0.0372 0.113 0.05328 0.94672 0.160259 0.2321235 0.0262300nC4 0.0212 0.034 0.05328 0.94672 0.085469 0.2480442 0.0084335nC5 0.0085 0.0095 0.05328 0.94672 0.062274 0.1364936 0.0012967Total 1 1.0000000 1.0000000

Tci(k) Pci(kpa) xi MWi Mwi*xi xi*MWi*Pci xi*MWi*TciC1 190.56 4599 0.263 0 0 0 0C2 305.41 4880 0.119 30.07 3.57833 17175.984 1092.857765C3 369.77 4240 0.232 44.097 10.2305 43377.33696 3782.933464nC4 425.1 3784 0.25 58.123 14.53075 54984.358 6177.021825nC5 469.65 3365 0.136 72.15 9.8124 33018.726 4608.39366

Total 1 38.1520 148556.405 15661.20671






Cho P=3400kpa T= -30C ta choïn L sao cho total coät G=1 vaø coät H =1 laø heä cvôùi aùp suaát hoäi tuï 1500psi.Solution 47 , Solution 48Kieåm tra aùp suaát hoäi tuï:

Ttbk=∑xiMWiTci /∑xiMWI = 15661/38,15 = 410oK = 137oCPtbk=∑xiMWiPci /∑xiMWI = 148556/38,15 = 3893 = 564psi

Döïa vaøo hình 2.7 ta ñònh vò ñieåm coùTtbk = 137o

C , Ptbk= 564psi ,veõ ñöôøng cong ñi qua ñieåmvaø ñieåm caáu töû nheï meâtan, töø nhieät ñoä laøm vieäc –30oC gioùng leân ñöôøng cong ñaõ veõ, giotruïc aùp suaát ñöôïc 1500 psi, do ñoù keát quaû tính toaùn qua bình taùch treân laø






Hình 2.8 : Ñoà thò tra heä soá caân baèng cuûa CO 2 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.9: Ñoà thò tra heä soá caân baèng cuûa H 2 S aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.10: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa N 2 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.12: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa CH 4 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.11: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa C 2 H 6 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.14: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa iC 4 H 10 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.15: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa nC 4 H 10 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






Hình 2.17: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa nC 6 H 14 vaø cuûa nC 7 H 16 aùp suaát hoäi tuï 1500ps






Hình 2.18: Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa nC 8 H 18 vaø cuûa nC 9 H 20 aùp suaát hoäi tuï 1500ps






Hình 2.19 : Ñoà thò tra heä soá caân baèng K cuûa C 10 H 22 aùp suaát hoäi tuï 1500psi






PHÖÔNG TRÌNH TRAÏNG THAÙI CUÛA KHÍ HYDROCACBONPhöông trình cô baûnPV=ZnRT P: aùp suaát hoãn hôïp khí (kpa)V: theå tích hoãn hôïp khí (m3)Z: heä soá neùnn: soá moles hoãn hôïp khí

R: haèng soá khí = 8,3145T: nhieät ñoä hoãn hôïp khí (oK)CHÖÔNG TRÌNH TÍNH HEÄ SOÁ NEÙN Z: THEO VAN DER WAALSZ^3-(1+B)Z^2+AZ-AB=0

A=a*P/(R^2T^2)B=bP/R/T

a=27R^2Tc^2/64/Pcb=RTc/8/PcCHUÙ YÙ Z CHÆ ÑUÙNG KHI F(Z)=0CHÖÔNG TRÌNH TÍNH HEÄ SOÁ NEÙN Z: THEO PENG ROBINSONZ^3-(1-B)Z^2+(A-2B-3B^2)Z-(AB-B^2-B^3)=0

A=a*P/(R^2T^2)B=bP/R/T

a=0,45724R^2Tc^2/Pc* α α^0,5=1+m(1-Tr^0,5)b=0,0778RTc/Pc m=0,37464+1,54226W-0,26992W^2CHUÙ YÙ Z CHÆ ÑUÙNG KHI F(Z)=0Tr=T/TcCHÖÔNG TRÌNH TÍNH HEÄ SOÁ NEÙN Z: THEO REDLICH -KWONGZ^3-Z^2+(A-B-B^2)Z-AB=0

A=a*P/(R^2T^2.5)B=bP/R/T

a=0,42747R^2Tc^2,5/Pcb=0,0867RTc/PcCHUÙ YÙ Z CHÆ ÑUÙNG KHI F(Z)=0

CHÖÔNG TRÌNH TÍNH HEÄ SOÁ NEÙN Z: THEO REDLICH KWONG BARXUKZ^3-Z^2-(m^2+m-d*m)Z-dm^2=0b= Σ bi*yi m=Pb/R/Td= Σ di*yibi=0,0867RTc/Pcdi=Ai+Bi(Tc/T-1)+Ci(Tc/T-1)^2CHUÙ YÙ Z CHÆ ÑUÙNG KHI F(Z)=0

Caùc heä soá laáy nhö sau:Tci Pci(kpa Ai Bi Ci

C1 190,56 4599 4,934 8 1,5C2 305,41 4880 4,934 8,3 0C3 369,77 4240 4,934 8,82 0IC4 407,82 3640 4,934 9,3 0NC4 425,1 3784 4,934 9,35 0IC5 460,35 3381 4,934 9,4 0

NC5 469,65 3365 4,934 9,5 0NC6 506,4 3030 4,934 10 0NC7 539,2 2740 4,934 10,5 0NC8 568,4 2490 4,934 11 0NC9 594,7 2280 4,934 11,2 0nC10 617,7 2100 4,934 11,6 0CO2 304,11 7374 3,5 6,8 0H2S 373,37 8963 4,26 6,5 0Total






Coâng thöùc SOAVE-REDLICH-KWONG-ZF(Z)=Z^3-Z^2+(A-B-B^2)Z-AB=0a=(1/Pc)*0,42747(R^2*Tc^2){[1+(0,48+1,574W-0,176W^2)(1-T/Tc)^0,5)]}^2b=0,0864RTc/PcA=aP/(R^2T^2)B=bP/R/T

Ñeå tính toaùn nhanh choùng heä soá neùn cuûa khí hydrocacbon ngöôøi ta coøn d2.20 thoâng qua caùc thoâng soá aùp suaát, nhieät ñoä qui ñoåi :Pr=P/Pc ; Tr = T/Tc

Hình 2.20: Ñoà thò tra heä soá neùn Z cuûa khí töï nhieân






Ví duï : Tính z cho hoãn hôïp khí sau ôû 13,94Mpa, 3310K( solution 7 ).Tci(k) Pci(kpa) Yi MWi Mwi*yi Pci*yi Tci*yi

C1 190.6 4599 0.8414 16.043 13.4986 3869.599 160.3372C2 305.4 4880 0.0059 30.070 0.17741 28.32 1.801919C3 369.8 4240 0.0008 44.097 0.03528 3.392 0.295816iC4 407.8 3640 0.0003 58.123 0.01744 1.092 0.122346nC4 425.1 3784 0.0002 58.123 0.01162 0.7568 0.08502CO2 304.1 7374 0.003 44.010 0.13203 22.122 0.91233H2S 373.4 8963 0.1438 34.082 4.90099 1288.879 53.69061N2 126 3399 0.0046 28.013 0.12886 15.6354 0.5796Total 1 18.9022 5229.796 217.8248

Pr / = 13,94/5,23 = 2,67

Tr / = 331/218 = 1,52

Tra ñoà thò 2.20 ta ñöôïc z = 0,8

KHOÁI LÖÔÏNG RIEÂNG, THEÅ TÍCH RIEÂNG KHÍ HYDROCACBONTöø phöông trình PV=ZnRT Xeùt n kmoles khí coù theå tích V seõ naëng nMW kKhoái löôïng rieângρ (kg/m3) = nMW/V do ñoùρ = P*MW/ ZRT) Theå tích rieâng v(m3/kg) = 1/ ρ = (ZRT)/ (P*MW)Löu yù V(m3) laø theå tích mole ôû P,T khaùc vôùi theå tích rieâng v(m3/kg)KHOÁI LÖÔÏNG RIEÂNG HEÄ HYDROCACBON LOÛNGTrong thöïc teá tính toaùn khoái löôïng rieâng cuûa heä hydrocacbon loûng ta duøncoâng thöùc Kreg

ρ t15 = 1030MW/ 44,29+MW)ρ t15khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng ôû t=15 ñoä C

ρ t =ρ t15 1 -α t-15))α tra nhö sau

ρ t15 /1000 α 0,69-0,6999 0,000910,7-0,7099 0,0008970,71-0,7199 0,0008840,72-0,7299 0,00087

Solution 60Ví duï: Tính khoái löôïng rieâng cuûa hoãn hôïp loûng C2 80%, C3 20% ôû 10 ñoä

yi MWi Mwi*yi Mw ρ @15 oC ρ @T oC kg/m3 ToC32.8754 438.81924 440.7719832 10

C2 0.8 30.07 24.056C3 0.2 44.097 8.8194Total 1 32.8754

Moät phöông phaùp khaùc cuûa Hankinson-Brobst-Thomson COSTALD)ρ2 = ρ1 C2/C1)

ρ2 laø khoái löôïng rieâng cuûa hydrocacbon loûng ôû traïng thaùi 2ρ1 laø khoái löôïng rieâng cuûa hydrocacbon loûng ôû traïng thaùi 1C2 laø heä soá khoái löôïng rieâng cuûa hydrocacbon loûng ôû traïng thaùi 2 tra ñoàC1 laø heä soá khoái löôïng rieâng cuûa hydrocacbon loûng ôû traïng thaùi 1 tra ñoàSolution 59Khoái löôïng rieâng cuûa daàu thoâ ñoâi khi coøn bieåu dieãn daïngoAPI






oAPI = 145,5/γ -131,5γ = 145,5/oAPI +131,5)

Giaûi baøi treân:Tci(k) Pci(kpa) Yi Mwi Mwi*yi Pci*yi Tci*yi vi(m3/kmol)std vi*yi

C2 305.41 4880 0.8 30.07 24.056 3840 244.328 0.084051 0.0672408C3 369.77 4240 0.2 44.097 8.8194 848 73.954 0.086925 0.017385Total 1 32.8754 4688 318.282 0.0846258

Coät vi(m3/kmole) chính laø theå tích cuûa 1 kmole cuûa caáu töû ôû ñieàu kieän cρmix = MW/vmix = 32,8754/0,0846258 = 388,48kg/m3 xeùt hoãn hôïp ôû traïng thaùi 1 coù T=15oC vaø hoãn hôïp traïng thaùi loûng (saturation)TR = (15+273)/318.282 = 0,90486, PR saturationTra ñoà thò 2.21 ta coù C1 = 0,715xeùt hoãn hôïp ôû traïng thaùi 2 coù T=10oC, TR = (10+273)/318.282 = 0,884, PR = 10000/4688 = 2,133Tra ñoà thò 2.21 ta coù C2 = 0,79ρ2 = ρ1(C2 /C1) = 388,48(0,79/0,715) = 430kg/m3

Hình 2.21: Ñoà thò tra heä soá C






Hình 2.22: Ñoà thò hieäu chænh theo aùp suaát cho khoái löôïng rieâng cuûa hydKhi bieát khoái löôïng rieâng ôû ÑKC ta coù theå tính khoái löôïng rieâng cuûa ch(nhieät ñoä T) baèng caùc coâng thöùc cuûa CAVETT nhö sau:

ρL,60 (lb/ft3) khoái löôïng rieâng chaát loûng ôû 60oFT nhieät ñoä cuûa heä (R)Tc nhieät ñoä tôùi haïn (R)ÑOÄ NHÔÙT CUÛA HOÃN HÔÏP KHÍ

µm = [Σ µi yi (MWi)0.5

]/ [Σ yi (MWi)0.5

]µm ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp khíµi ñoä nhôùt cuûa töøng thaønh phaànyi phaàn moles thaønh phaàn iMWi khoái löôïng phaân töû thaønh phaàn i






Hình 2.23:Ñoà thò tra ñoä nhôùt cuûa gas ôû aùp suaát STD theo MW vaø nhieät ñ phaàn sau ñoù caàn phaûi hieäu chænh theo aùp suaát thöïc teá.

Trong tính toaùn khi coù MWi hayγi ta tra raµi sau ñoù tính raµm =µ1 laø ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïñieàu kieän chuaån , sau ñoù tính PR , TR, tra ñoà thò ta coùµ / µ1töø ñoù tính raµ ôû P,T. Hoaëc ñôn giaûnlaø tính MW cuûa hoãn hôïp roài tra raµm =µ1

Hình 2.24: Ñoà thò traµ / µ1 cho khí töï nhieân






Ví duï: tính ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp khí H-C coù MW=22, ôû P=6895kpa(abs), To C, T c =226,9 o K,P c =4885kpa(abs)Giaûi: MW=22 tra ñoà thò 2.23 ta coùµ1 = 0,0105mPa.sP R = 6895/4885=1.411 vaø T R = (40+273)/226,9=1.38 tra ñoà thò 2.24 raµ / µ1 = 1,21Do ñoù ñoä nhôùt hoãn hôïp khí ôû P=6895kpa(abs), T=40 o C laøµ =µ1 * 1,21 =0,0105*1,21=0,0127mNeáu hoãn hôïp khí coù nhieàu thaønh phaàn khoâng phaûi goác hydrocacbon thì t

Neáu Tr>1,5 thìNeáu Tr <=1,5 thìSau ñoù tính raµ1 =µA Ví duï:

yi MWi yi*MWi Pci yi*Pci Tci yi*Tci vci Vci=MWi*vci yi*Vci Zci=Pci*Vci/8.31/Tci yi*Zci

CH4 0.8 16.04 12.8344 4599 3679.2 190.56 152.45 0.00617 0.09898531 0.07919 0.287320276 0.229856

N2 0.15 28.01 4.20195 3398 509.7 126.21 18.932 0.00318 0.08908134 0.01336 0.288456421 0.043268

CO2 0.05 44.01 2.2005 2374 118.7 304.11 15.206 0.00214 0.0941814 0.00471 0.088425804 0.004421

1 19.23685 186.59 0.09726 0.277546

MW Tcm Vcm ZcmT(K)= 283 P(kpa)= 6200

Pcm= Zcm*R*Tcm/Vcm= 4427.063

ξ = 21,74(Tcm^(1/6)/MW^0,5/Pcm^2/3)= 0.0439

Tr=T/Tcm= 1.517

if Tr>1,5 then ξµ A = 0.000489 µ A = 0.01112 mPa.s viscosity at 101,325kpa and T= 283

if Tr<=1,5 then ξµ A = 0.000492 µ A = 0.0112 mPa.s viscosity at 101,325kpa and T= 283

Pr=P/Pcm= 1.4

tra ñoà thò 2.24 ta coù µ/µ A = 1.15 neân µ= 1.15 *µ A

Solution 18






Hình 2.25: Ñoà thò tra ñoä nhôùt cuûa gas theo aùp suaát vaø nhieätÑOÄ NHÔÙT HYDROCACBON LOÛNG

µm = [Σ µi xi]1/3

µm ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng centipoice (cp)µi ñoä nhôùt cuûa töøng thaønh phaàn i tra ñoà thò hình 2.26:xi phaàn moles thaønh phaàn i






Hình 2.26: Ñoà thò tra ñoä nhôùt caáu töû hydrocacbon loûng tuyø theoÑoái vôùi daàu thoâ ñoä nhôùt tính nhö sau:

logµ =α-0,035oAPI)µ ñoä nhôùt (cp)α laáy tuyø nhieät ñoä nhö sau

oC α 38 2,05

54 1,8371 1,5588 1,3104 1,08

(oAPI) =141,5/ γ - 131,5

Tính ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp daàu thoâ khi bieát nhieät ñoä soâi trung bình Tb vaø tæ troïngγ:heä soá Watson Kw = [ Tb 1,8)1/3]/γ Tb =∑Tbi*xiTbi tra baûngγ tæ troïng ôû STD






Ví duï: Hoãn hôïp daàu thoâ coù Tb (nhieät ñoä soâi trung bình) laø 163oC vaøγ = 0,7688 haõy tính ñoä nhôhoãn hôïp daàu thoâ aáy ôû 40oC vaø 100oC

Giaûi:

ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp daàu thoâ aáy ôû 40oC laø 0,909 cs vaø ôû 100oC laø 0,513csMuoán bieát chính xaùc ngöôøi ta tính toaùn qua caùc thí nghieäm trong phoøng thí nNHIEÄT ÑOÄ SOÂI, NHIEÄT ÑOÄ TÔÙI HAÏN, AÙP SUAÁT TÔÙI HAÏN TnH2n+2 Moät caùch töông ñoái ta coù theå tính caùc thoâng soá treân qua coâng thöùc giaû

Ts(K)= (193.3-0.05*n)*(n-1)^0.91-121*n+232.7Tc(K)= 391.7*(n-1)/(2.645+(n-1)^0.785)+190.7Pc(kpa)= 49510/(7.977+n^1.2)

Chuù yù Ts(K) tính theo coâng thöùc treân coù aùp suaát laø ôû ÑKC (101,325kpaKeát quaû tính toaùn:

n CnH2n+2 Ts(K) Tc(K) Pc(kpa)1 C1 111.7 190.7 5515.2062 C2 183.9 298.1623 4818.7743 C3 232.6376 370.046 4226.4974 C4 273.4623 425.0701 3735.1855 C5 309.3233 469.7857 3328.2586 C6 341.5722 507.4833 2989.2267 C7 370.9862 540.0801 2704.3698 C8 398.0693 568.7978 2462.8499 C9 423.1742 594.4654 2256.238

10 C10 446.5614 617.6718 2077.98811 C11 468.4308 638.8504 1922.99212 C12 488.9407 658.33 1787.23413 C13 508.2191 676.3653 1667.53114 C14 526.3721 693.1583 1561.33415 C15 543.4884 708.8712 1466.59






Ñoái vôùi hoãn hôïp khí hydrocacbon thìPc =∑yiPci ; Tc =∑yiTciChính xaùc hôn caùc thoâng soá naøy coù trong baûng tra

Hình : Giaûn ñoà pha cuûa khí hoãn hôïpNhìn treân giaûn ñoà pha khi hoãn hôïp ñang trong traïng thaùi loûng, ta taêng nhievôùi nhieät ñoä Ts(P) thì baét ñaàu coù hôi hình thaønh ta goïi nhieät ñoä naøy laø aùp suaát P, ñieåm naøy coù traïng thaùi laø loûng soâi, neáu tieáp tuïc taêng nhieätñeán ñieåm 2 thì toaøn boä hoãn hôïp loûng hoaù hôi hoaøn toaøn ñoù laø ñieåm hôtrung gian trong ñieåm 1 vaø 2 laø traïng thaùi trung gian coù traïng thaùi hôi baõoNeáu goïi Ml laø khoái löôïng loûng trong hoãn hôïp thì ñöôøng phaàn traêm loûng tínhl /Mmix Khi ñi töø traùi sang phaûi giaûn ñoà pha ñöôøng phaàn traêm loûng giaûm daàn tö

Hieäu chænh Tc, Pc cho khí khi coù maët ñaùng keå H2S, CO2Chính xaùc hôn khi coù maët H2S, CO2 ( sour gas) thì caùc aùp suaát vaø nhieät ñchænh nhö sau:Tc’ = Tc -ε Töø % H2S vaø CO2 tra ra ñoà thò raε Pc’ = (Pc*Tc’)/(Tc+B(1-B)ε)B laø phaàn mole cuûa H2SA laø phaàn mole cuûa H2S coäng phaàn mole cuûa CO2

Coù theå tínhε nhö sauε = 66,667(A0,9

– A1,6

) + 8,333(B0,5

– B4

) (o

K)






Hình 2.27: Ñoà thò traε

AÙP SUAÁT HÔI BAÕO HOAØÑaïi löôïng naøy phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä tính toaùn theo phöông trình Antoine

trong ñoù: P: aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa hoãn hôïp loûng (psia) ôû nhieät ñoä T Tc nhieät ñoä tôùi haïn (R)Tb nhieät ñoä soâi trung bình (R)

Hoaëc tra ñoà thò hình 2.28 hay 2.29 cho caáu töû nguyeân chaát ta seõ coù.






Hình 2.28: Ñoà thò tra aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa khí hydrocacbon ôû n






Hình 2.29: Ñoà thò tra aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa khí hydrocacbon ôû Khi bieát soá lieäu veà chính xaùc cuûa Ts, Pc, Tc coù theå xaùc ñònh Phbh theo caùc coâng thöùc sau:Ln(Phbqd) ={β-0,015+1,397(Tr-δ)2+5,813(Tr-δ)4}(1-1/Tr)Phbqd = Pbh /Pc ; (Pbh or Pvp)δ= -0,1018+0,3806β - 0,02861β2 β= Tsr*lg(0,96784Pc)/(1-Tsr)






Tsr = Ts/TcVí duï : tính Pbh cuûa caùc caáu töû ôû T=50oC

Ts(K) Tc(K) Pc(kpa) Tsr Beta deva ln(Pbhqd) Pbh(kpa) Tr T(k) Ts(C)C1 111.48 190.55 4604 0.58504 5.144602 1.099017 2.607919 62477.38 1.695 323 -161.5C2 184.42 305.43 4880 0.6038 5.59954 1.132323 0.304213 6615.09 1.058 323 -88.58C3 230.93 369.82 4249 0.62444 6.009085 1.152176 -0.88969 1745.44 0.873 323 -42.07

iC4 261.19 408.13 3648 0.63997 6.306419 1.160577 -1.7368 642.37 0.791 323 -11.81nC4 272.51 425.16 3797 0.64096 6.364656 1.16163 -2.12765 452.30 0.76 323 -0.49iC5 300.84 460.39 3381 0.65345 6.627434 1.163968 -3.05271 159.69 0.702 323 27.84nC5 309.06 469.6 3369 0.65813 6.76356 1.163625 -3.34174 119.19 0.688 323 36.06C6 341.74 507.4 3012 0.67351 7.147244 1.156954 -4.5311 32.44 0.637 323 68.74C7 371.42 540.2 2736 0.68756 7.532532 1.141778 -5.67495 9.39 0.598 323 98.42nC8 398.67 568.4 2490 0.70139 7.943811 1.116205 -6.74072 2.94 0.568 323 125.67nC9 423.82 594.7 2280 0.71266 8.293207 1.086877 -7.7383 0.99 0.543 323 150.82nC10 447.16 617.7 2100 0.72391 8.673716 1.04699 -8.65027 0.37 0.523 323 174.16Baèng caùch tra ñoà thò ta cuõng coù keát quaû gaàn töông töïÑoái vôùi hoãn hôïp Pv =∑ Pvi*xi

Khi hoãn hôïp loûng coù nhieät ñoä soâi trung bình (Tb) xaùc ñònh thì aùp suaát hñoà thò 2.30 sau:

Hình 2.30: Aùp suaát hôi baõo hoaø theo nhieät ñoä khi bieát TbHEÄ SOÁ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ

W = - log(Pvp /Pc)-1Trong ñoù Pvp laø aùp suaát hôi baõo hoaø ôû TR = 0,7Ñoái vôùi hoãn hôïp W=∑yiwiVí duï tính wi cuûa caùc caáu töû:Baèng caùch tra Pvp ôû Tr = T/Tc =0,7 sau ñoù tính W = - log(Pvp /Pc) –1

Tc(K) Pc(kpa) Pvp(kpa) Tr T(k) f(Pvp)-w wC1 190.55 4604 449.51 0.7 133 0.00 0.0104C2 305.43 4880 389.51 0.7 214 0.00 0.0979C3 369.82 4249 299.29 0.7 259 0.00 0.1522






iC4 408.13 3648 238.15 0.7 286 0.00 0.1852

nC4 425.16 3797 239.85 0.7 298 0.00 0.1995iC5 460.39 3381 200.01 0.7 322 0.00 0.228nC5 469.6 3369 188.84 0.7 329 0.00 0.2514C6 507.4 3012 151.17 0.7 355 0.00 0.2994C7 540.2 2736 122.38 0.7 378 0.00 0.3494nC8 568.4 2490 99.65 0.7 398 0.00 0.3977nC9 594.7 2280 81.93 0.7 416 0.00 0.4445nC10 617.7 2100 67.98 0.7 432 0.00 0.4898

Neáu tính baèng coâng thöùc giaûi tích thì ta coù nhö sau:Ts(K) Tc(K) Pc(kpa) Tsr beta deva ln(Pbhqd) Pvp(kpa) Tr T(k) Ts(C) w

C1 111.48 190.55 4604 0.585 5.1446 1.09902 -2.35688 436.10 0.7 133 -161.5 0.02355C2 184.42 305.43 4880 0.6038 5.59954 1.13232 -2.5923 365.28 0.7 214 -88.58 0.12579C3 230.93 369.82 4249 0.6244 6.00909 1.15218 -2.79546 259.58 0.7 259 -42.07 0.21402

iC4 261.19 408.13 3648 0.64 6.30642 1.16058 -2.93544 193.75 0.7 286 -11.81 0.2748

nC4 272.51 425.16 3797 0.641 6.36466 1.16163 -2.962 196.38 0.7 298 -0.49 0.28634iC5 300.84 460.39 3381 0.6534 6.62743 1.16397 -3.07823 155.68 0.7 322 27.84 0.33682nC5 309.06 469.6 3369 0.6581 6.76356 1.16363 -3.13604 146.41 0.7 329 36.06 0.36192C6 341.74 507.4 3012 0.6735 7.14724 1.15695 -3.29031 112.18 0.7 355 68.74 0.42892C7 371.42 540.2 2736 0.6876 7.53253 1.14178 -3.43354 88.31 0.7 378 98.42 0.49112

nC8 398.67 568.4 2490 0.7014 7.94381 1.11621 -3.57653 69.66 0.7 398 125.7 0.55322nC9 423.82 594.7 2280 0.7127 8.29321 1.08688 -3.69322 56.76 0.7 416 150.8 0.6039nC10 447.16 617.7 2100 0.7239 8.67372 1.04699 -3.81908 46.10 0.7 432 174.2 0.65856

TÆ TROÏNGÑoái vôùi hoãn hôïp khíγ= ρgas / ρair = MW/MWair MW air = 29, Ôû ÑKC moät mole khí coù theå tích 23,64m3 do ñoùρair = 29/23,64 = 1,227kg/m3ρgas, ρair ñeàu ôû ñieàu kieän chuaån (STD 1 atm = 101,325kpa , 15oC)Ñoái vôùi hoãn hôïp loûngγ= ρ liquid / ρwater ρwater = 1000kg/m3

ngöôøi ta coù theå xaùc ñònh moät caùch töông ñoái tæ troïng cuûa moät soá heä htöû naëng C6+ theo nhieät ñoä vaø aùp suaát thoâng qua tra caùc ñoà thò döôùi ñaâkhi bieát heä soá Watson

Kw = [ Tb 1,8)1/3]/γ Tb =∑Tbi*xiTbi tra baûng sau:Tb nhieät ñoä soâi trung bình (K)γ tæ troïng ôû STD

Tb (K)C6 63.9C7 91.9C8 116.7C9 142.2C10 165.8C11 187.2C12 208.3C13 227.2C14 246.4C15 266






C16 283C17 300C18 313C19 325C20 338

Ngoaøi ra giaù trò Tb coøn coù theå öôùc löôïng nhö sau:

Pc kpa) = 5,53x109

x Tb)-2,31

γ)2,32

Tc K) = 19,1 x Tb)0,59 γ)0,36 Hoaëc theo caùc coâng thöùc cuûa CAVETT nhö sau:

Tc: nhieät ñoä tôùi haïn: (R)Pc: aùp suaát tôùi haïn (psia)Tb: nhieät ñoä soâi trung bình (F)API: tæ troïng API






Hình 2.31: Tæ troïng heä hydrocacbon loûng theo nhieät ñoä vaø aùp






Hình 2.32: Tæ troïng heä hydrocacbon parafin loûngbaõo hoaø theo nhieät ñoä






Hình 2.33: Tæ troïng heä hydrocacbon loûng theo nhieät ñoä






Hình 2.34: Tæ troïng heä hydrocacbon loûng theo nhieät ñoä






Hình 2.35: Moái töông quan cuûa nhieàu thoâng soá cuûa chaát loû






Hình 2:36 Töông quan tæ troïng – nhieät ñoä cuûa chaát loûng.ENTHANPYTrong khi thöïc hieän caùc baøi toaùn veà nhieät ñoäng hoïc ta thöôøng gaëp bieåunaøy coù teân laø entanpy hTrong nhieàu tröôøng hôïp löôïng bieán ñoåi H mang yù nghóa naêng löôïng.Trong caùc phöông phaùp giaûi tích xaùc ñònh enthanpy ngöôøi ta söû duïng phöôphöông trình traïng thaùi cuûa Redlich-Kwong-Barxuk aùp duïng cho heä hydrocaccoù chöùa N2, CO2, H2S. enthanpy ñöôïc tính theo bieåu thöùcH= { ∑yiHoi +RT(Z-1) – R{∑yi[Bi + 2Ci(Tc/T - 1)]Tc}ln(1+m/Z) }/MW (kJ/kg)

Hoi = 4,187[A1T/100 + A2(T/100)2+A3(T/100)3+A4(T/100)4+A5(T/100)5+A6(T/100)6]kJ/kmole

Ngöôøi ta cuõng laäp saün caùc ñoà thò tra enthanpy cuûa hoãn hôïp hydrocacbon hình 2.37 ñeán hình 2.45






Hình 2.37: Ñoà thò tra Enthanpy cuûa hydrocacbon loûng theo MW v






Hình 2.40 Ñoà thò tra Enthanpy cuûa khí hydrocacbon theo MW vaø T vôùi






Hình 2.41: Ñoà thò tra Enthanpy cuûa khí hydrocacbon theo MW vaø T vôùi P=14






Hình 2.42: Ñoà thò tra Enthanpy cuûa khí hydrocacbon theo MW vaø T vôùi P






Hình 2.45: Ñoà thò tra Enthanpy cuûa khí hydrocacbon theo MW vaø T vôùi P=13






ENTROPYEntropy laø loaïi thoâng soá traïng thaùi maø löôïng bieán ñoåi cuûa noù trong moäñoù coù giaù trò baèng dS=δQ/TTrong caùc phöông phaùp giaûi tích xaùc ñònh entropy ngöôøi ta söû duïng phöôngphöông trình traïng thaùi cuûa Redlich-Kwong-Barxuk aùp duïng cho heä hydrocaccoù chöùa N2, CO2, H2S. entropy ñöôïc tính theo caùc phöông trình

Shh = {Sohh + Rrln(1+m/Z)+Rln[(Z-m)/P]}/MW +2.23 kJ/kg.KSohh =∑yiSoi - R∑(yi * lnyi)r=∑ri =∑yi[4,934-Bi+Ci-Ci(Tci/T)2]Soi = 4,187[A1lnT +2A2(T-1)/100+1,5A3(T2-1)/1002+4/3*A4(T3-1)/1003+

5/4*A5(T4-1)/1004+6/5*A6(T5-1)/1005]/100 kJ/kmoleGiaù trò caùc tham soá:

Bi CiC1 7.5000 0.35C2 8.2000 0.7C3 8.8200 0.5iC4 8.8000 1nC4 8.9000 1iC5 9.4000 1.25nC5 9.5000 1.25nC6 10.0000 1.4nC7 10.5000 1.3nC8 11.0000 1.4nC9 11.2000 1.4nC10 11.6000 1.4CO2 9.8000 0.3H2S 8.3000 0.8N2 7.66 0.3

A1 A2 A3 A4 A5 A6C1 832.5838 -33.218390 8.34748 0.000000 0.0000000 0.0000000C2 834.4148 -50.739260 42.38703 -4.475561 0.2133584 -0.0039638C3 747.6758 54.580940 43.12740 -5.077400 0.2514270 -0.0047700iC4 918.6402 109.745800 49.68894 -6.266520 0.3147684 -0.0060000nC4 918.6402 109.745800 49.68894 -6.266520 0.3147684 -0.0060000iC5 1125.8500 135.701300 59.75617 -7.185797 0.3649476 -0.0070000nC5 1125.8500 135.701300 59.75617 -7.185797 0.3649476 -0.0070000nC6 1257.6060 183.095000 69.43283 -8.740665 0.4452560 -0.0086000nC7 1349.2500 232.769000 73.62374 -9.448433 0.4839200 -0.0093900nC8 1513.1110 303.029500 76.88945 -9.400066 0.4392000 -0.0111000

nC9 1677.6660 335.148100 92.05947 -12.074470 0.6240000 -0.0122000nC10 1799.4750 399.898500 95.56796 -12.646240 0.6490000 -0.0125000CO2 718.3000 32.200000 0.00000 0.000000 0.0000000 0.0000000H2S 680.6000 20.000000 0.00000 0.000000 0.0000000 0.0000000

NHIEÄT DUNG RIEÂNGNhieät dung rieâng cuûa moät chaát laø löôïng nhieät caàn thieát ñeå naâng moät ñ1oCNhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp hydrocacbon khí ñöôïc xaùc ñònh töø phöông tCp =∑Copi yi +∆Cp






Cp nhieät dung mole cuûa hoãn hôïp khí hydrocacbon ôû P,TCopi nhieät dung mole cuûa caáu töû i ôû traïng thaùi lí töôûng ôû T tìm baèng caùc∆Cp ñaïi löôïng hieäu chænh cho aùp suaát P tìm baèng caùch tra ñoà thò hình 2.47Khí töï nhieân coù tæ troïng 0,65 ñeán 0,75 khi coù P,T ta coù theå tra ñoà thò hìnhp Ñoái vôùi hydrocacbon loûng ta coù theå tính nhieät dung rieâng theo coâng thöùcCp = 2,96 – 1,34γ + T(0,0062-0,00234γ) (kJ/kg.oC)

Hoaëc tra ñoà thò hình 2.48T laø nhieät ñoäOC

Hình 2.46: Ñoà thò nhieät dung rieâng C p cuûa caùc khí hydrocacbon ôû aùp suaát khí quyeån






Hình 2.47: Ñoà thò tra∆C p theo nhieät ñoä vaø aùp suaát qui ñoåi






Hình 2.48: Nhieät dung rieâng cuûa caùc hydrocacbon loûng .

Hình 2.49: Ñoà thò tra nhieät dung rieâng cuûa khí thieân nhieân coù tæ troVí duï : tính nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp khí coùγ = 0,7 ôû T = 75oC, P = 3MpaTra ñoà thò 2.49 ta coùγ = 0,7 ôû T = 75oC, P = 3Mpa thì Cp = 2,49 (kJ/kg.oC)

Neáu tính theo caùch khaùc Copi ôû T=75 tìm baèng caùch tra ñoà thò hình 2.46 thì Copi = 2,3Tci(k) Pci yi MWi Mwi*yi Pci*yi Tci*yi P T Pr Tr Cop dtCp Cp

C1 190.56 4599 0.77 16.04 12.353 3541.2 146.7 3000 348 0.653 1.56 2.3 0.13637 2.4364C2 305.41 4880 0.14 30.07 4.2098 672 42.76C3 369.77 4240 0.09 44.1 3.9687 381.6 33.28

Total 1 20.5316 4594.8 222.8

Solution 62

Keát quaû Cp = 2,44 (kJ/kg.oC)






Ví duï tính Cp cuûa hoãn hôïp daàu thoâ coùγ = 0,8 ôû T = 100oCAùp duïng Cp = 2,96 – 1,34γ + T(0,0062-0,00234γ) (kJ/kg.oC) ta coùCp = 2,96-1,34*0,8+100(0,0062-0,8*0,00234) = 2,32 (kJ/kg.oC) Hoaëc tra ñoà thò hình 2.48 vôùiγ = 0,8 ôû T=100oC ta tra ra Cp = 2,32 (kJ/kg.oC)NHIEÄT TRÒ:

Nhieät trò: ñaây laø moät giaù trò ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng thöông maïi cuû

Baûng döôùi ñaây seõ cho bieát nhieät trò cuûa ñôn chaát ôû STDCaáu töûû GHV ôû STDC1 37,694 MJ/m3C2 66.032C3 93.972iC4 121.426nC4 121.779iC 5 149.319nC 5 149.654C6 177.556C7 205.431

Nhieät chaùy cao GHV hay HHV) :Ñoái vôùi hoãn hôïp khí paraffin hydrocacbon ta aùp duïng coâng thöùc sauGHV =∑GHVi*yiCoù theå öôùc löôïng: GHV (Btu/ft3) (14,696psia, 60oF ) = 53,93 (HC mol Wt) + 148Chæ soá Wobble No = GHV/(γ)1/2

Hai hoãn hôïp hydrocacbon coù cuøng chæ soá Wobble seõ coù cuøng nhieäNhieät chaùy thaáp LHV) :Ñoái vôùi hoãn hôïp khí paraffin hydrocacbon ta aùp duïng coâng thöùc sauLHV =∑NHVi*yiLHV (Btu/ft3) (14,696psia, 60oF ) = 50,33 (HC mol Wt) + 105Löu yù: 1 Btu = 1,055056kJ, 1m3 = 35,31467 ft3Ví duï: tính nhieät trò cuûa moät hoãn hôïp gas sau:

Yi Nhieät trò MJ/m3 toång nhieät trò MJ/m3N2 0.023 0 0C1 0.887 37.694 33.434578C2 0.056 66.032 3.697792C3 0.021 93.972 1.973412iC4 0.003 121.426 0.364278nC4 0.006 121.779 0.730674

C5+ 0.004 163.521 0.654084Total GHV 1 40.854818Solution 63

GIÔÙI HAÏN CHAÙY NOÅ CUÛA KHÍ HYDROCACBON:Ôû aùp suaát khí quyeån vaø nhieät ñoä phoøng moãi ñôn chaát H-C coù giôùi haïn

Giôùi haïn döôùi % theå tích Giôùi haïn treân % theå






C1 5 15C2 2.9 13C3 2.1 9.5C4 1.8 8.4C5 1.4 8.3C6 1.2 7.7

H2S 4.3 45.5Ñoái vôùi hoãn hôïp khí gas ñeå döï ñoaùn giôùi haïn chaùy noå döôùi (LEL) ta dun1/N1 + n2/N2 + n3/N3 = 1trong ñoù N1, N2, N3 laø giôùi haïn chaùy noå döôùi cuûa C1, C2, C3 ôû baûng trn1, n2, n3 laø % theå tích ( hay phaàn mole) cuûa C1, C2, C3Ví duï: tính giôùi haïn chaùy noå döôùi cuûa hoãn hôïp gas sau:

% theå tíchC1 92C2 5.5C3 2.5

Giaûi: Ñaët Y laø giôùi haïn chaùy noå döôùi ta coù:92Y/5 + 5,5Y/2,9 + 2,5Y/2,1 = 100% => Y = 4,63%

Hình 2.50: Tra nhanh giôùi haïn chaùy noå cuûa khí hoãn hôïp khi bieNHIEÄT LÖÔÏNG:Tính nhieät löôïng theo söï thay ñoåi entropiEntropy laø loaïi thoâng soá traïng thaùi maø löôïng bieán ñoåi cuûa noù trong moäñoù coù giaù trò baèng dS=δQ/TÑoái vôùi 1kg moâi chaát coâng thöùc vieát laïi nhö sau ds=δq/TTa cuõng coù quan heä dS=G*dsds löôïng bieán ñoåi entropy trong quaù trình thuaän nghòch voâ cuøng beù vôùi kh






dS löôïng bieán ñoåi entropy trong quaù trình thuaän nghòch voâ cuøng beù vôùi kTính nhieät löôïng theo söï thay ñoåi nhieät ñoäKhi coù söï trao ñoåi nhieät löôïng giöõa hoãn hôïp khí vaø moâi tröôøng nhieät ñthay ñoåi. Nhieät löôïng trao ñoåi naøy coù theå tính qua coâng thöùc Q=ΣCi * mi *∆TiCi laø nhieät dung rieâng khoái löôïng cuûa caáu tö û i (coù theå laø CP hay CV tuyø tröôøng hôïp ñaúng aùpñaúng tích)

QUAÙ TRÌNH TIEÁT LÖU QUA VANTieát löu laø quaù trình hoãn hôïp ñi qua moät tieát dieän co heïp ñoät ngoät nhö vanhieät löôïng trao ñoåi giöõa hoãn hôïp vaø moâi tröôøng raát beù, entropy seõ taênnhöõng doøng xoaùy vaø ma saùt raát maïnh laøm giaûm aùp suaátKhi boû qua bieán ñoåi theá naêng vaø nhieät löôïng trao ñoåi giöõa löu chaát vaø trình:

h1-h2 =(ω22 -ω1

2)/2ω laø vaän toác doøngtuy nhieân thöïc teá giaù trò toác ñoä thay ñoåi khoâng nhieàu cho neân h1= h2 söï bieán ñoåi nhieät ñoä vaø aùp suaát qua quaù trình tieát löu ñöôïc Joule-Thomsöùng Joule-Thomson. Theo oâng khi qua van tieát löu thì aùp suaát phaûi giaûm cotaêng hay giaûm tuyø thuoäc vaøo nhieät ñoä ban ñaàu cuûa löu chaát

Hình 2.51 : Döï ñoaùn suït giaûm nhieät ñoä khi aùp suaát gas giaûm quaHOÃN HÔÏP THEO DOØNGThoâng thöôøng thì aùp suaát hoãn hôïp nhoû hôn aùp suaát cuûa töøng doøng thaøcoù caáu taïo ñaëc bieät thì doøng hoãn hôïp coù aùp suaát lôùn hôn aùp suaát cuûaphaûi nhoû hôn aùp suaát moät doøng

m(h+ω2 /2) =Σmi(hi +ωi2 /2)

Trong thöïc teá thì coù theå boû qua ñoäng naêng cuûa doøng löu chaát khi ñoù phö






m*h =Σ mi(hi)

QUAÙ TRÌNH GIA NHIEÄTKhi caáp nhieät cho doøng hoãn hôïp thì entanpy taêng vaø nhieät ñoä taêng leân ntrình gia nhieät laø Q= m∆h , hay Q = Cm∆T

QUA MAÙY NEÙN KHÍ, MAÙY BÔM, EXPANDERÑaây laø moät quaù trình ñaúng entropy s2=s1Coâng daãn ñoäng maùy neùn laø∆H = -W

KHI QUA BÌNH TAÙCH∆H = 0löu yù khi qua bình taùch coù söï phaân chia khí loûng khi ñoù enthanpy cuûa cuønpha seõ khaùc nhaukhi tính toaùn hi = yi*hVi + xi*hLiVí duï: tính enthanpy cuûa doøng propan 60% hôi, 40% loûng taïi 10 barhi = yi*h Vi + xi*h Li tra ñoà thò hình 2.52 hay 2.53h = 0,6x900 + 0,4x550 = 760 kj/kg






Hình 2.52: ñoà thò tra entanpy vaø entropy cuûa Propan C3






Hình 2.53: ñoà thò tra entanpy vaø entropy cuûa Propan C3

AÅN NHIEÄT (latent heat):Aån nhieät chính laø anthanpy (∆h) caàn thieát ñeå chuyeån pha töø loûng sang hôi hoaøn tomuoán hoaù hôi thì phaûi cung caáp nhieät, ngöôïc laïi ñeå ngöng tuï ta phaûi laáy Ñoà thò 2.54 sau ñaây seõ cho ta giaù trò aån nhieät cuûa hoãn hôïp chaát loûng ôû






Hình 2.54: Ñoà thò tra nhieät aån theo nhieät ñoä soâi trung bìnhCoâng thöùc ñeå öôùc löôïng aån nhieät (latent heat) nhö sau (ôû P = 1at):

T laø nhieät ñoä soâi trung bình (K)M laø khoái löôïng phaân töû.∆hL aån nhieät (kJ/kg)Tuy nhieân neáu aùp suaát cuûa heä thoáng P (Mpa) khaùc 1at thì ta phaûi hieäu c

∆hL,P =∆hL – 17xPVí duï: Moät hoãn hôïp hydrocacbon loûng baõo hoaø coù API = 50 o , Mw = 120 hoaù hôi hoaøn toaønMpa. Tính aån nhieät.Giaûi: töø caùc thoâng soá Mw vaø API tra ra∆h L = 302 KJ/kg, Tb = 143 o C = 416 o KVì P = 2 Mpa neân∆h L,P =∆h L – 17xP = 302 – 17x2 = 268 kJ/kg

Neáu aùp duïng coâng thöùc= 4,19(416/120)(8,75+4,57log 416) = 301 kJ/kg

Ví duï: Tính nhieät löôïng caàn thieát ñeå hoaù hôi Propan loûng baõo hoaø ôû P= Giaûi: tra ñoà thò 2.53∆h L = 764 – 428 = 336 kJ/kg.






PHAÀN 3LÖU GIÖ HYDROCACBON LONG

Löu tröõ daàu moûThieát bò löu tröõ: thuøng chöùa, taøu chöùaAùp suaát löu tröõ: xem hình 3.1

Hình 3.1: Baûng tra aùp suaát toàn tröõ moät vaøi saûn phaåm daàuaùp suaát laøm vieäc cuûa thieát bò chöùa:aùp suaát laøm vieäc cuûa thieát bò chöùa phaûi ñaûm baûo sao cho söï hoaù hôi cuthieåu coù lôïi cho kinh teá vaø moâi tröôøngaùp suaát laøm vieäc phuï thuoäc vaøo aùp suaát hôi cuûa saûn phaåm, nhieät ñoä bvaø ñieåm ñaët cuûa ven ra moâi tröôøng. Phöông trình nhö sau:

φ laø aùp suaát taøng tröõ yeâu caàu: (kpa abs)Bmax laø aùp suaát hôi cuûa chaát loûng (TVR) taïi nhieät ñoä lôùn nhaát treân beà mBmin laø aùp suaát hôi cuûa chaát loûng (TVR) taïi nhieät ñoä beù nhaát treân beà m∆ laø aùp suaát tuyeät ñoái trong thieát bò chöùa ôû traïng thaùi môû vent (kpa abs)Tmax laø nhieät ñoä trung bình lôùn nhaátoCTmin laø nhieät ñoä trung bình beù nhaátoCPa laø aùp suaát khí quyeån (kpa abs)phöông trình treân aùp duïng khi Bmin <∆ khi ñoù khoâng khí seõ xaâm nhaäp thieát bò chöùaKhi Bmin ≥ ∆ (khoâng khí khoâng xaâm nhaäp ñöôïc) thì ta duøng coâng thöùc

φ = Bmax - Pa ñeå tieän trong vieäc xaùc ñònh aùp suaát laøm vieäc cuûa thieát bò chöùa saûn phsaün moät soá ñoà thò nhö hình 3.2 sau:






Hình 3.2 : TVP theo nhieät ñoä cuûa moät LPG vaø gasolines

Qua ñoà thò ta deã daøng xaùc ñònh aùp suaát hôi thöïc TVP cuûa moät soá saûn pgasolines … taïi nhöõng nhieät ñoä thay ñoåi. Qua ñoà thò ta cuõng öôùc löôïng ñöthieát ñeå duy trì chaát loûng caàn toàn tröõ ôû daïng loûng khi nhieät ñoä thay ñoåñoåi giöõa aùp suaát RVP vaø TVPTVP: laø aùp suaát trong thuøng chöùa kín taïi moät nhieät ñoä vaø ôû ñoù pha khíRVP: laø aùp suaát hôi ñöôïc xaùc ñònh bôûi phöông phaùp ASTM D323 ôû 37,8oC






Ví duï: xaùc ñònh TVP cuûa hoãn hôïp gasoline coù RVP = 83kpa, xaùc ñònh aùp chöùa khi nhieät ñoä lôùn nhaát laø 49oCtöø truïc hoaønh 38oC doùng thaúng cho ñeán khi chaïm ñöôøng cuûa gasoline RVP=83ktruïc tung ôû tung ñoä coù TVP= 91 kpa(abs). Töø nhieät ñoä lôùn nhaát 49oC treân truïc hoaønh ta doùngcho ñeán khi chaïm ñöôøng cuûa gasoline RVP=83kpa thì ta doùng sang truïc tung 125 kpa(abs) do ñoù thuøng chöùa phaûi ñöôïc thieát keá ñeå aùp suaát vaän haønh

trôû leân vôùi giaù trò thaáp nhaát laø 1,1 TVP(ga) nhö vaäy trong tröôøng hôïp nachöùa vaøo khoaûng 28kpa(ga) hay 128 kpa(abs)löu yù taïi 37,8oC thì:

Hình 3.3 : Ñoà thò chuyeån ñoåi RVP vôùi TVP cuûa daàu thoâ theo n






Toån thaát trong thieát bò chöùa daàu do hoaù hôi nhö hình aûnh sau:

Toån thaát trong thieát bò chöùa daàu thoâ do hoaù hôi coù theå tích coá ñònh öôùc löôïng nhö sau:

Vieäc maát maùt coøn dieãn ra khi bôm chaát loûng vaøo thuøng chöùa möïc chaátra ngoaøi.






PHAÀN 4LÖÔÏNG NÖÔÙC TRONG KHÍ HYDROCACBO

Khí ñoàng haønh vaø khí thieân nhieân khai thaùc töø loøng ñaát thöôøng blöôïng hôi nöôùc phuï thuoäc vaøo aùp suaát, nhieät ñoä vaø thaønh phaàn hoãn hôheä seõ töông öùng vôùi haøm löôïng hôi nöôùc cöïc ñaïi coù theå coù nhaát ñònh.hôi nöôùc baõo hoaø toái ña ñöôïc goïi laø caân baèng.Ngöôøi ta phaân chia ñoä aåm cuûa khí thaønh ñoä aåm töông ñoái vaø tuyeät ñoái

- Ñoä aåm tuyeät ñoái (g/m3, kg/ trieäu m3): laø khoái löôïng hôi nöôùc thöïc teá coù trongtích khí hoaëc ñôn vò khoái löôïng moãi ñieàu kieän aùp suaát, nhieät ñoä. Ñôn vò 3 hoaëc g/kg khí

− Ñoä aåm baõo hoøa (g/m3, kg/ trieäu m3) : laø löôïng hôi nöôùc toái ña coù theå toàn tatích khí taïi moãi ñieàu kieän cuûa heä.

− Ñoä aåm töông ñoái (RH) (%) : laø tyû leä giöõa khoái löôïng hôi nöôùc thöïña (baõo hoaø). Coù nghóa laø tyû leä giöõa ñoä aåm tuyeät ñoái treân treânhay phaàn ñôn vò.

− Nhieät ñoä ñieåm söông (oC) : laø nhieät ñoä taïi aùp suaát cho tröôùc maø taïi ñongöng tuï.

Ñeå thuaän tieän trong vieäc xaùc ñònh nhanh löôïng hôi nöôùc trong hoãn hôïpta söû duïng caùc ñoà thò löôïng hôi nöôùc baõo hoøa phuï thuoäc vaøo aùp suanhieân coù haøm löôïng H2S, CO2nhoû vaø tæ troïng laø 0,6. Khi tæ troïng cuûa khí lôùn hômuoái trong nöôùc thì haøm löôïng aåm tra töø ñoà thò naøy caàn phaûi nhaân töôKhi tæ troïng khí vaø haøm löôïng muoái taêng thì löôïng hôi nöôùc trong khí sgioáng nhau). Khi hoãn hôïp khí coù maët H2S, CO2 haøm löôïng ñaùng keå thì cao hôn, khi coù maët N2 thì haøm löôïng aåm thöïc teá laïi giaûm.






Hình 4.1 Ñoà thò löôïng hôi nöôùc baõo hoøa trong hoãn hôïp ga






Trong heä thoáng coâng ngheä neáu coù hieän töôïng ngöng tuï nöôùc tö do dolöôïng hôi nöôùc baõo hoaø thì coù theå saûy ra hieän töôïng hydrat taïo ra caùc tiñoùng cuïc gaây taéc thieát bò, hay di chuyeån vôùi vaän toác cöïc lôùn phaù huycoù theå keát hôïp vôùi H2S, CO2 taïo ra caùc axit aên moøn thieát bò.Khi hoãn hôïp khí coù maët H2S, CO2 thì haøm löôïng aåm baõo hoaø tínW = yWhc + yH2SWH2S + yCO2WCO2

Trong ñoù Whc laø löôïng hôi nöôùc tính ñöôïc do tra baûngy phaàn mol cuûa caùc hydrocacbonWH2S löôïng hôi nöôùc gia taêng do H2S tra ñoà thò hình 4.2yH2S phaàn mol cuûa H2SWCO2 löôïng hôi nöôùc gia taêng do CO2 tra ñoà thò hình 4.3yCO2 phaàn mol cuûa CO2ñoâi khi ngöôøi ta coøn qui ñoåi %CO2 sang H2S theo coâng thöùc %H2S 0,75*%CO2sau ñoù duøng ñoà thò hình 4.4 tra ra heä soá nhaân löôïng hôi aåm rkhi ñoù W = rWhc Ví duï: öôùc löôïng hôi nöôùc baõo hoaø cuûa khí hydrocacbon coùγ = 0,6 coù chöùa 5% H2S vaø 20taïi 60oC vaø 10000kpaGiaûi:W = yW hc + y H2S W H2S + y CO2 W CO2 Trong ñoù W hc laø löôïng hôi nöôùc tính ñöôïc do tra baûng laø 2050kg/10 6 std m3 y phaàn mol cuûa caùc hydrocacbon = 0,75W H2S löôïng hôi nöôùc gia taêng do H2S tra ñoà thò hình 4.2 laø 3300kg/10 6 std m3 y H2S phaàn mol cuûa H2S = 0,05W CO2 löôïng hôi nöôùc gia taêng do CO2 tra ñoà thò hình 4.3 laø 2800kg/10 6 std m3 y CO2 phaàn mol cuûa CO2 = 0,2W = 0,75x2050 + 0,2x2800 + 0,05x3300 = 2260 kg/10 6 std m3

Phöông phaùp duøng qui ñoåi CO2 sang H2S theo coâng thöùc%H2S(qui ñoåi) = %H2S + 0,75*%CO2 = 5+0,75x20= 20%sau ñoù duøng ñoà thò hình 4.4 tra ra heä soá nhaân löôïng hôi aåm r = 1,1khi ñoù W = rW hc = 1,1x2050 = 2255kg/10 6 std m3






Hình 4.2 Ñoà thò tra löôïng nöôùc do coù maët H2S

Hình 4.3 Ñoà thò tra löôïng nöôùc do coù maët CO2






Hình 4.4 Ñoà thò tra heä soá nhaân r






PHAÀN 5GAS HYDRATE

Khaùi nieäm vaø ñieàu kieän taïo gas hydrateHydrate nhöõng taäp hôïp chaát coù theå toàn taïi beàn vöõng döôùi daïng tin

dung dòch raén, trong ñoù caùc phaân töû nöôùc dung moâi nhôø caùc lieân keát htrong caùc khoang cuûa khung naøy caùc phaân töû coù khaû naêng taïo hydrate nhisobutan, nitô, H2S, CO2, seõ chieám choã. Caùc hydrocacbon coù phaân töû lôùn taïo hydrate. Gas hydrate coù caùc ñaëc tính (bieåu hieän) beân ngoaøi gioáng nhölaøm taéc ngeõn ñöôøng oáng vaø caùc thieát bò.ñieàu kieän thaønh taïo hydrate chæ khi hoäi ñuû caùc sau:

− Coù nöôùc ôû töï do, vaø coù söï tieáp xuùc giöõa khí vaø nöôùc.− Ñieàu kieän nhieät ñoä nhoû hôn nhieät ñoä taïo hydrate.− Coù thaønh phaàn nhö meâtan, etan, propane, isobutan, nitô, H2S, CO2.− Coù söï thay ñoåi aùp suaát nhö qua van giaûm aùp.− Coù moâi tröôøng vaø ñuû thôøi gian.

Xaùc ñònh ñieàu kieän aùp suaát nhieät ñoä taïo hydrate

Phöông phaùp ñoà thò: Ñaây laø phöông phaùp thöôøng duøng ñeå öôùc ñoaùn sô neáu bieát ñöôïc tyû troïng khíγ cuûa hoãn hôïp khí ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñieàu kieän

Hình 5.1 Ñoà thò tra nhanh ñieàu kieän taïo hydrate cuûa khí hydrocacbon theo aPhöông phaùp haèng soá caân baèng: do Katz phaùt trieån, phöông phaùp naøy söû duïng cho

töø 0 – 70 bar.Ngöôøi ta thieát laäp heä soá caân baèng khí – raén Kv-s cho caùc ñôn chaát coù theå taïo hydrate (C1-C4, N2,CO2, H2S), Kv-s phuï thuoäc vaøo aùp suaát vaø nhieät ñoä xaùc ñònh baèng tra ñoà thhình thaønh hydrate coù Kv-s=∞ taïi ñieàu kieän P, T baét ñaàu taïo hydrate :

∑ yi/Kv-s) = 1yi :thaønh phaàn mole cuûa caáu töû i






Hình 5.2 : Ñoà thò tra haèng soá caân baèng khí raén cuûa Meth

Hình 5.3: Ñoà thò tra haèng soá caân baèng khí raén cuûa Ethane






Hình 5.4 Ñoà thò tra haèng soá caân baèng khí raén cuûa Propane






Hình 5.5 : Ñoà thò tra haèng soá caân baèng khí raén cuûa i-Butane






Hình 5.6 : Ñoà thò tra haèng soá caân baèng khí - raén cuûa n-Butane v2

Hình 5.7 : Ñoà thò tra haèng soá caân baèng khí raén cuûa H 2 S Phöông phaùp Trekell-CampbellPhöông phaùp naøy döï ñoaùn cho ñieàu kieän thaønh taïo hydrate ôû aùp suaát caokpa, phöông phaùp naøy cuõng tra ñoà thò öùng vôùi moãi aùp suaát thì moãi caáuvôùi moät phaàn∆T khaùc nhau. Rieâng ñoái vôùi C5+ thìyC5+ = 100*yC5+ /(1- yC1 - yC5+)






Hình 5.8 : Ñoà thò döï ñoaùn nhieät ñoä taïo hydrate ôû 6,9 MPa






Hình 5.14 : Ñoà thò döï ñoaùn nhieät ñoä taïo hydrate cuûa thaønh phaàn C5 + ôû 6,9MPa

Hình 5.15 : Ñoà thò döï ñoaùn nhieät ñoä taïo hydrate cuûa thaønh phaàn C 5 + ôû 13,8->41,4 Mpa






Khi khí hydrocacbon giaõn nôû ngöôøi ta cuõng xaây döïng caùc ñoà thò döï ñoaùnhydrate nhö sau:

Hình 5.16: Döï ñoaùn ñieàu kieän hình thaønh hydrate cho khí giaõn nôû γ = 0,6






Hình 5.19: Döï ñoaùn ñieàu kieän hình thaønh hydrate cho khí giaõn nôû γ = 0,9 Ví duï: moät hoãn hôïp khí gasγ = 0,7 aùp suaát ban ñaàu 10000kpa (abs) qua JT van giaõn kpa (abs) hoûi nhieät ñoä khí tröôùc khi qua van toái thieåu laø bao nhieâu ñeå khoGiaûi:Tra ñoà thò hình 5.17 treân ( γ = 0,7) ta döï ñoaùn nhieät ñoä caàn toái thieåu laø 44 o C

Sau khi aùp duïng caùc phöông phaùp döï ñoaùn ñieàu kieän thaønh taïo hydrate tacong hydrate FGH phaàn beân traùi cuûa ñöôøng cong laø phaàn coù theå hình thaneân vaän haønh cheá ñoä coâng ngheä ôû vuøng naøy maø khoâng coù caùc bieän

Hình 5.20 : Ñöôøng ñaëc tính taïo hydrate cuûa khí gas






PHAÀN 6DEHYDRATE-CHONG HYDRATE HOA

Choáng taïo hydrate baèng caùc chaát öùc cheáNhaèm ngaên ngöøa söï hình thaønh caùc hydrate toát nhaát laø phaûi laøm

qua caùc thieát bò coâng ngheä, tuy nhieân ñieàu naøy khoù thöïc hieän ñöôïc. Mvaøo doøng khí caùc chaát öùc cheá nhö methanol, glycol…ñeå chuû ñoäng haï nduïng caùc chaát öùc cheá ngöôøi ta laép caùc ñaàu phun vaøo doøng khí. Methacao, do vaäy raát khoù taùch noù ra khoûi doøng khí, vieäc taùi sinh noù raát khoù laø khaù lôùn, methanol chuû yeáu duøng trong caùc oáng vaän chuyeån nhaèm pngoaøi ra noù coøn duøng trong coâng ngheä phaân ly nhieät ñoä thaáp ñeå ngaêtrong khi laøm laïnh khí nhaèm taùch caùc hydrocacbon naëng, vaø hôi nöôùc. Ghoaø raát thaáp neân khaû naêng thu hoài laø raát cao baèng phöông phaùp coâ ñaë

Phöông phaùp tính toaùn chaát öùc cheá metanol1. Tính mW (kg) : khoái löôïng nöôùc töï do trong heä thoáng

WH2Otaïi PSAT, TSAT = AWH2Otaïi PCOLT, TCOLT = BmW = F(A-B)

2. Tính d : nhieät ñoä caàn haïd = HFT - TCOLT HFT nhieät ñoä taïo hydrate ôû taïi PCOLT

3. Tính noàng ñoä chaát öùc cheá ngöôøi ta ñaõ xaây döïng coâng thöùc thöïc nghXR = d.Mw/(Ki + d.Mw) (100)

Coâng thöùc naøy chæ toát khi XR< 26%XR (%): % khoái löôïng chaát öùc cheá trong hoãn hôïp nöôùc.Mw : Khoái löôïng phaân töû chaát öùc cheá.

d (o

C) : Nhieät ñoä caàn haï (Xaùc ñònh baèng nhieät ñoä taïo hydrate HFtrong heä thoáng TCOLT)Ki : Heä soá, Ki = 1297Khi XR> 25% ta aùp duïng coâng thöùc d=-72ln(xH2O)xH2Olaø phaàn mol cuûa nöôùc trong hoãn hôïp nöôùc – methanolsau ñoù qui ñoåi ra XRqua ñoà thò 6.1:

4. Tính khoái löông chaát öùc cheá ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau:mI = mWXR /(XL-XR) mI (kg): khoái löôïng chaát öùc cheá caàn phaûi bôm.mW(kg): khoái löôïng nöôùc töï do trong heä thoáng.XR (%): % khoái löôïng chaát öùc cheá trong hoãn hôïp nöôùcXL (%) : % khoái löôïng nguyeân chaát cuûa chaát öùc cheá

5. Phaàn Methanol boác hôi bò maát theo pha khí vaø loûng ñöôïc xaùc ñònh theomaát trong pha loûng HCLIQ = 0,4kgMeOH/m3 chaát loûngmaát trong pha khí HCVAP = C*F*XR C tra hình 6.26. mI_TOTAL=( mI WATER+ mI HC LIQUID+ mI VAPOR) SF






SF heä soá an toaøn 1,1 ñeán 1,2Thoâng soá cô baûn cuûa moät soá chaát öùc cheá thoâng duïng:

Methanol EGEthylene glycol

DEGDiethylene glycol

Khoái löôïng phaân töû, Mw 32 62 106

Tyû troïng kg/m3

800 1110 1120Ví duï:Hoãn hôïp khí töï nhieân löu löôïng 3.5x106 std m3/ngaøy, ra khoûi maùy neùn ôû P=8000kpaoC, sauñoù ñöôïc giaûm aùp vaø laøm laïnh taïi P=6500kpa, T= 5oC ñeå taùch hydrocarbon loûng ñöôïc 606 stdm3. Tính löôïng Methanol noàng ñoä XL =100% caàn thieát ñeå traùnh taïo hydrate taïi P=40oCGiaûi:3. Tính mW (kg) : khoái löôïng nöôùc töï do trong heä thoáng

WH2Otaïi P= 8000kpa, T = 40oC = 1000kg/106 std m3WH2Otaïi PCOLT= 6500kpa, TCOLT = 5oCmW = F(A-B) = 3,5x(1000 – 160) = 2940kg H2O/d

4. Tính dd = HFT - TCOLT = 17-5=12HFT nhieät ñoä taïo hydrate = 17oC

3. Tính noàng ñoä chaát öùc cheá ngöôøi ta ñaõ xaây döïng coâng thöùc thöïc nghXR = d.Mw/(Ki + d.Mw) (100)

= 12x32x100/(1297+12x32) = 23%4. Tính khoái löông chaát öùc cheá ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau:

mI = mWXR /(XL-XR) = 2940x23/(100-23)=880kg/d

5. Phaàn Methanol boác hôi bò maát theo pha khí vaø loûng ñöôïc xaùc ñònh theo:

maát trong pha loûng HCLIQ = 0,4x60x3,5=80kg/dmaát trong pha khí HCVAP = C*F*XR = 17x3,5x23 = 1370 kg/dC = 17 tra hình 6.26.mI_TOTAL=( mI WATER+ mI HC LIQUID+ mI VAPOR) SF

=(880+1370+80)1,1 = 2563kg/d






Hình 6.1 Ñoà thò qui ñoåi phaàn mole cuûa nöôùc ra phaàn traêm khoái löôïng m

Hình 6.2 ñoà thò tra heä soá C






PHAÀN 7ÑIEÀU KHIEÅN COÂNG NGHEÄ VA THIEÁT BÒ Ñ

CAC CHE ÑO ÑIEU KHIEN VA LAM THE NAO ÑE ÑIEU KHIEN ON ÑÒNHQuaù trình laøm vieäc treân giaøn neùn khí trung taâm coù quaù trình laøm vieäc cbò ñieàu khieån khoâng caàn söï tham gia tröïc tieáp cuûa con ngöôøi ñoù laø quaùMoãi phaàn töû ñieàu khieån nhaän moät tín hieäu vaøo töø moät soá boä phaän cuneân moät tín hieäu ra ñöa vaøo phaàn töû khaùc. Caùc tín hieäu coù theå laø: doønñoä, löu löôïng, vaän toác, gia toác, vò trí…quó ñaïo cuûa tín hieäu coù theå laø socô….Heä thoáng hôû vaø heä thoáng kín:Heä thoáng hôû laø heä thoáng khoâng so saùnh keát quaû thöïc teá vôùi trò soá mong mñoäng ñieàu khieån.Heä thoáng kín laø heä thoáng taïo neân moät taùc ñoäng ño löôøng giöõa tín hieäu vaøtín hieäu ra (giaù trò thöïc). Sai leäch giöõa hai tín hieäu naøy ñöôïc duøng laøm tínkhieån.

Hình: heä thoáng ñieàu khieån kínMaïch phaûn hoài baét ñaàu töø tín hieäu ra Y ñöôïc ño (caûm bieán) bôûi thieát bòtemperature, flow transmitter ,detector… , qua cô caáu chuyeån ñoåi (cuõng chính bò ño löôøng) ñeå bieán thaønh tín hieäu ñöôïc chuyeån ñoåi Y’ tæ leä vôùi Y. tín hhieäu vaøo taïo neân sai leäch (error)ε = X-Y’ = giaù trò caàn – giaù trò thöïc ñöôïc tính toaùnsaùnh (laø cô caáu cuûa boä ñieàu khieån). Thieát bò ñieàu khieån bieán ñoåiε thaønh tín hieäu taùc ñoäng u

caáu ñieàu khieån. Tín hieäu taùc ñoäng laø tín hieäu vaøo cuûa heä thoáng ñöôïc vaøo cô caáu taùc ñoäng, cô caáu taùc ñoäng thöôøng coù hai phaàn laø boä chuyeåñieàu khieån (van, quaït, bôm…) laøm thay ñoåi quaù trình laø moät ñoái töôïng ñisai leäch ñaõ hình thaønh.Cô caáu ñieàu khieån thöïc hieän caùc cheá ñoä ñieàu khieån nhö sau: cheá ñoä ñietích phaân (I), cheá ñoä ñaïo haøm (D). Cheá ñoä P coù theå söû duïng rieâng bieäthai cheá ñoä khaùc. Cheá ñoä I coù theå duøng rieâng reõ nhöng thöïc teá ít duøng.rieâng reõ. Caùc toå hôïp hay duøng laø PI, PD, PID.

Tuyeán tính vaø phi tuyeán






Khi phaân tích vaø thieát keá haàu heát caùc heä thoáng ñieàu khieån ñöôïc coi laøphaàn töû ñieàu khieån cho tín hieäu ratæ leä thuaän vôùi tín hieäu vaøo. Tuy nhieâkhaùc nhau xuaát hieän trong caùc phaàn töû ñieàu khieån nhö : treã, khoaûng cheácuûa noù ñöôïc theå hieän qua hình:

Hình: moái quan heä giöõa tín hieäu vaøo/ra (I/O) cuûa phaàn töû ñieà- a: tuyeán tính: laø moái quan heä giöõa tín hieäu vaøo/ra (I/O) cuûa phaàn töû

moät ñöôøng thaúng- b: phi tuyeán : coù theå thay theá gaàn ñuùng baèng moät ñöôøng thaúng, ñöô

beù nhaát.- c: Daûi cheát laø moät daõy caùc giaù trò maø ôû ñoù tín hieäu vaøo X khoân- d: Treã laø tính phi tuyeán daãn ñeán giaù trò tín hieäu ra Y khoâng truøng nh

hay giaûm.- e: Treã vaø cheát theå hieän sai leäch lôùn nhaát cuûa tín hieäu ra ôû giôùi ha- f: Baõo hoaø laø giôùi haïn cuûa moät daõy caùc giaù trò tín hieäu ra Y. Moähaïn baõo hoaø khi tín hieäu vaøo thay ñoåi tín hieäu ra khoâng thay ñoåi.

Giaûm chaán vaø oån ñònhÑoä khuyeách ñaïi cuûa boä phaän ñieàu khieån xaùc ñònh moät ñaëc tính quan trolaø daïng giaûm chaán. Ñaëc tính naøy ñöôïc heä thoáng theå hieän ra nhö laø moäbeân ngoaøi. Ñaùp öùng cuûa heä thoáng ñieàu khieån theå hieän theo naêm daïng






Hình: caùc daïng ñaùp öùng

Khi ñoä khuyeách ñaïi taêng ñaùp öùng cuûa heä thoáng thay ñoåi theo caùc daïng a: quaù giaûm chaán, b: giaûm chaán tôùi haïn, c: giaûm chaán taét daàn, d: ñaùp ööùng bieân ñoä taêng daàn

Ba loaïi ñaàu ñaëc tröng cho heä thoáng oån ñònh, hai loaïi sau ñaëc tröng cñònh. Kó thuaät oån ñònh ñöôïc duøng ñeå laøm taêng ñoä giaûm chaán trong heäñöôïc ñoä khuyeách ñaïi cao. YÙù töôûng chung laø tìm moät tín hieäu choáng laïñieàu khieån. Tín hieäu ñoù laø toác ñoä thay ñoåi ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån. bieán laø toác ñoä thay ñoåi cuûa bieán ñoù vaø tín hieäu laøm oån ñònh naøy ñlöôïng ñöôïc ñieàu khieån. Ñoä giaûm chaán taêng neáu ñaïo haøm cuûa ñaïi löôïnkhoûi tín hieäu sai leäch tröôùc khi vaøo cô caáu ñieàu khieån. Moät tín hieäu laøcuûa tín hieäu sai leäch, neáu ñaïi löôïng ñieàu chænh laø moät haèng, tín hieäu nhaøm ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån. Giaûm chaán taêng neáu ñaïo haøm ñoä sai sai leäch tröôùc khi vaøo cô caáu ñieàu khieån.Muïc tieâu cuûa heä thoáng ñieàu khieån:

Hình : ñaùp öùng taûi baäc thang






Laøm giaûm toái ña giaù trò cuûa tín hieäu sai leäch, moät soá heä thoáng sai leächcaùc heä thoáng khaùc ñoøi hoûi sai leäch döεd ñeå buø cho söï thay ñoåi cuûa phuï taûi. Trong caheä thoáng ñieàu khieån caàn ñöa trò soá sai leäch veà giaù trò oån ñònh, trò soá khMuïc tieâu thöù hai laø giaûm ñeán möùc toái thieåu thôøi gian oån ñònh toâ Muïc tieâu thöù ba laø giaûm ñeán möùc toái thieåu sai leäch döεd sau khi ñaït ñöôïc traïng thaùi oån ñòÑaùnh giaù heä thoáng ñieàu khieån :

Cho thay ñoåi phuï taûi theo haøm baäc thang sau ñoù quan saùt ñoà thò neáu bieânbaèng ¼ bieân ñoä cuûa ñænh döông tröôùc noù khi ñoù dao ñoäng laø taét daàn ho

Hình: Suy giaûm ¼ bieân ñoä khi coù taûi baäc thang

Caùc ví duï ñieàu khieån treân giaøn neùn khí trung taâm:

- heä thoáng ñieàu khieån möùc bình:






- heä thoáng ñieàu khieån aùp suaát

- heä thoáng ñieàu khieån löu löôïng:






- heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä

Cheá ñoä ñieàu khieån tæ leä P:Cheá ñoä ñieàu khieån tæ leä taïo neân tín hieäu ra ôû boä ñieàu khieån tæ leä vôùiε. Chuùng coùmoái quan heä tuyeán tính coá ñònh giöõa ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån vaø vò trí

u = Pε + uo qua coâng thöùc treân trong heä thoáng ñieàu khieån möùc caùc bình taùch neáu tacaàn moät sai leäch beù hôn cuûaε cuõng ñuû ñeå van môû 100%, noùi caùch khaùc ñoä khuyñoä sai leäch nhoû ñeå ñaït ñöôïc vò trí cuûa van caàn thieát cho vieäc caân baèng qñoä khuyeách ñaïi naøy cuõng daãn ñeán xu höôùng taêng dao ñoäng cuûa ñaïi löôcaàn choïn phöông aùn dung hoaø.Cheá ñoä naøy ñöôïc duøng cho nhöõng quaù trình coù dung löôïng nhoû vaø thay choïn ñuû lôùn ñeå traùnh dao ñoäng.Cheá ñoä ñieàu khieån tích phaân I

u = I êot εdt + uo

cheá ñoä ñieàu khieån tích phaân laøm thay ñoåi tín hieäu ra u tæ leä vôùi tích phaâñoä naøy taïo neân moät taùc ñoäng ñieàu khieån laøm taêng lieân tuïc taùc ñoäng ñoä sai leächε nhoû cheá ñoä taêng I coù taùc duïng hieäu chænh chaäm, neáu ñoä sai lε lôùn cheá ñoä I taênduïng hieäu chænh nhanh hôn. I laø toác ñoä tích phaân (1/s)ñaëc tính I/O nhö sau:






hình : ñaëc tính I/O cuûa cheá ñoä Icheá ñoä I haàu nhö luoân duøng vôùi PCheá ñoä ñieàu khieån ñaïo haøm D

u = D dε/dt)D laø haèng soá thôøi gian ñaïo haøm

Hình : Ñaùp öùng böôùc vaø ñoä doác cuûa cheá ñoä D lí töôûngCheá ñoä ñieàu khieån ñaïo haøm cho tín hieäu ra u tæ leä vôùi vaän toác thay ñoåiε chính laø dε /dt cheá ñoäD ngaên chaën moät sai leäch lôùn baèng caùch taïo neân moät taùc ñoäng hieäu chcuûa noù. Cheá ñoä D chæ taùc ñoäng vaøo tín hieäu ra cuûa boä ñieàu khieån khi ε thay ñoåi (tínhieäu ra khoâng phuï thuoäc vaøo giaù trò cuûa ñoä sai leäch). Vì theá cheá ñoä D keát hôïp vôùi cheá ñoä khaùc. Ñaùp öùng böôùc vaø ñoä doác cuûa cheá ñoä ñaïohình ôû baát cöù thôøi ñieåm naøo, tín hieäu ra cuûa boä ñieàu khieån D luoân tæthay ñoåi cuûa ñoä sai leächε. Ñaùp öùng böôùc chæ ra nguyeân nhaân laøm cho cheá ñoä Dtrong thöïc teá vì ôû moãi vò trí thay ñoåi böôùc tín hieäu ra u coù ñoä doác voâ cö

Cheá ñoä ñieàu khieån PI u = Pε + PI êot εdt + uo






Hình: Ñaëc tính I/O cuûa cheá ñoä PICheá ñoä PI laø toå hôïp cuûa cheá ñoä P vaø I . ÔÛ ñaây khi thay ñoåi tín hieäu vanhö khaâu tæ leä töùc laø tín hieäu ra u tæ leä vôùi sai leächε , sau ñoù cheá ñoä I taïo ra söï thay ñoåi btín hieäu ra töùc laø laøm cho noù tæ leä vôùi tích phaân cuûa tín hieäu sai leäch. Tcuûa thôøi gian caàn thieát ñeå cheá ñoä I thích öùng laïi söï thay ñoåi cuûa tín hieäCheá ñoä I coù xu höôùng laøm taêng dao ñoäng cuûa ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khiephaûi giaûm khi keát hôïp cheá ñoä I. Ñieàu naøy laøm giaûm khaû naêng cuûa bothay ñoåi nhanh cuûa phuï taûi. Neáu quaù trình coù thôøi gian treã lôùn tín hieäu sthôøi sai leäch hieän coù trong quaù trình, söï treã naøy seõ daãn ñeán quaù hieäu cthay ñoåi tín hieäu ra cuûa boä ñieàu khieån sau khi ñoä sai leäch ñaõ giaûm ñeán 0Cheá ñoä PI thöôøng duøng ôû quaù trình coù thay ñoåi phuï taûi lôùn khi moät mìnaêng giaûm dao ñoäng vaø cheá ñoä I taïo neân taùc ñoäng hieäu chænh ñeå trieätCheá ñoä ñieàu khieån PD

u = Pε + PD dε/dt) -αD du/dt) + uo α heä soá giôùi haïn cuûa ñaïo haøm

Cheá ñoä keát hôïp naøy cho pheùp giaûm xu höôùng dao ñoäng vaø cho pheùp taêcheá ñoä PD, khaâu P taïo neân söï thay ñoåi cuûa tín hieäu ra tæ leä vôùi tín hieäuthay ñoåi boå sung cuûa tín hieäu ra tæ leä vôùi vaän toác thay ñoåi cuûa tín hieäu trò môùi cuûa tín hieäu sai leäch vaø thay ñoåi tín hieäu ra moät caùch töông öùng.laøm cho khaâu D raát höõu duïng trong ñieåu khieån quaù trình coù phuï taûi thayCheá ñoä ñieàu khieån PID

u = Pε + PI êot εdt + PD dε/dt) + uo

Khaâu I duøng ñeå trieät tieâu sai leäch tæ leä khi thay ñoåi phuï taûi. Khaâu D giangaên chaën söï thay ñoåi tín hieäu sai leäch. Vì theá PID ñöôïc duøng ôû quaù trìnngoät, möùc ñoä thay ñoåi lôùn .Caùc boä PID thöïc teá coù chen heä soá giôùi haïn ñaïo haømα vaøo khaâu PD neân u seõ laø

u = Pε + PI êot εdt + PD dε/dt) -αD du/dt) + uo






VANHai loaïi van thoâng duïng laø van tröôït vaø van xoayVan tröôït tieâu bieåu laø van caàu (globe valve), van xoay tieâu bieåu laø van böôù

Hình 7.1 Van ñieàu khieånTuyø thuoäc yeâu caàu coâng ngheä maø ngöôøi ta duøng van coù ñaàu xaû (plug) ñaàu xaû coù khaû naêng cho moâi chaát ñi qua tuyø haønh trình töông ñoái cuûa v

Hình 7.2: Caùc loaïi ñaàu xaû cuûa van






Hình 7.3 : Ñoä môû vaø löu löôïng cuûa van-ñöôøng ñaëc tính vanKích cô van :

Choïn van coù kích côõ ñuùng laø raát quan troïng, neáu van quaù nhoû noù yeâu caàu cho doøng löu chaát ñi qua, neáu quaù lôùn seõ laõng phí vaø laøm vieäcMoãi van ñieàu khieån ñeàu coù moät heä soá Cvkhaùc nhau phuï thuoäc vaøo kích côõ vaø loaïi vÑeå choïn ñöôïc ñuùng van phaûi bieát ñieàu kieän doøng chaûy thöïc teá vaø phöôvyeâucaàu.Caùc coâng thöùc ñeå tính kích thöôùc van ñöôïc chuaån hoaù bôûi ISA ñöôïc söû ñoái vôùi chaát loûng doøng baùn tôùi haïnkhi∆P <∆Ps *FL2)

doøng theå tích

doøng khoái löôïng:

ñoái vôùi chaát loûng doøng tôùi haïnkhi∆P >=∆Ps *FL2)doøng theå tích

doøng khoái löôïng






ñoái vôùi chaát khí doøng baùn tôùi haïnkhi∆P < P1 /2*FL2)doøng theå tích:


ñoái vôùi chaát khí doøng tôùi haïnkhi∆P >= P1 /2*FL2)doøng theå tích:


Chuù yù: khi van kieåu xoay ñöôïc laép ñaët giöõa hai ñaàu giaûm thì ta phaûi duøng CvRFp thay vì CvR(trongbaûng )

TÍNH CV KHI CO HIEU CHÆNH VÌ ÑO NHÔT VA SO REYNOLEKhi chaát loûng coù ñoä nhôùt cao treân 40cSt hay trong ñieàu kieän löu löôïng thav nhö sau:






khi Cv<= 0,1 ta phaûi hieäu chænh, cuõng neân hieäu chænh khi löu löôïng khí ôû m

Sau ñoù choïn CVR ít nhaát baèng 2 laàn Cv turbulent sau ñoù thay vaøo coâng thöùc ñeå tính toaùn FR vaø FR’ (khitính ra CVcorectedneáu chöa ñaït thì taêng tieáp CVR leân (choïn van lôùn hôn) cho ñeán khi tính rVcorectedbeù hôn 80% CVRlaø ñaït yeâu caàu khoâng neân beù hôn 5% CVR).

Tính FR nhö sau:ñoái vôùi doøng oån ñònh (CVR>0,5):

ñoái vôùi doøng oån ñònh (CVR =<0,5):

ñoái vôùi doøng chuyeån tieáp (vôùi moïi CVR ):

FR seõ laáy baèng giaù trò nhoû cuûa FR vaø FR’

n laáy nhö sau:

ñoái vôùi doøng beù CVR <= 0,5 thì n baèng:

löu yù min n = 2trong coâng thöùc tính FR

’ treân khoâng duøng khi soá Reynolds Rev <10soá Reynolds Rev tính nhö sau:

ν ñoä nhôùt ñoäng hoïc (centistokes) neáu ñoä nhôùt laø centipoiseµ thìν =µ /Gf

ñoái vôùi khí gas thìν ôû ñieàu kieän khí quyeånmoät soá heä soá hieäu chænh khaùc xaùc ñònh nhö sau:






Toùm laïi: khi baïn tính ra Cv, neáu vöôït quaù 80% CvR(giaù trò naøy trong hoà sô van khi noù mta neân choïn loaïi van coù kích côõ lôùn hôn, ta cuõng khoâng neân choïn van coùv beù hôn 5% CvR van laépgiöõa hai ñaàu giaûm thì CVR= CVRFp ví duï: choïn van ñieàu khieån cho hoãn hôïp daàu thoâ C coù caùc tham soá nhö sa

Giaûi:

giaû söû choïn van caàu 1 ½” coù CVR = 28 ( ít nhaát baèng 2 laàn CVturbulent) coù FL = 0,9, Fd = 0,46

Ví duï: Haõy choïn van cho ñöôøng hoài chính treân giaøn neùn khí trung taâm (PClaø 40000 scmh aùp suaát tröôùc van laø 10000kpa, sau van laø 5000kpa, nhieät ño CGiaûi:P 1 = 10000kpa = 1450psiP 2 = 50000kpa = 725 psi∆P = P 1 - P 2 = 725psiT = 104 o F= 564 o RQ = 40000 scmh = 1412586 scfhG tæ troïng khí 0,75Ta coù F L

2 ~ 0,98*0,98 = 0,96Cho neân∆P> F L 2 P 1 /2chaát khí doøng tôùi haïn ( khi∆P >= P 1 /2*F L

2 )doøng theå tích:






thay soá C V = 1412586 (0,75x564) 0,5 /(834x0,9x1450)= 26,7Xem baûng taøi lieäu do haõng saûn xuaát van cung caáp beân döôùi:Neân choïn van 3” class 900 coù CvR = 34,4 , FL = 0,98van môû khoaûng 80% (coù theå choïn vCVthöïc teá =1412586 (0,75x564) 0,5 /(834x0,98x1450) = 24,5CVthöïc teá / CvR = 71% chaáp nhaän ñöôïc.

Baûng tra Cvcho van kieåu HPT haõng fisher cung caáp

CAC CONG THÖC KHACKích thöôùc van duøng cho chaát loûng:Moãi loaïi van duøng cho chaát loûng ñeàu coù heä soá van Cv do nhaø cheá taïo cung caáp heä soá navò trí môû cuûa van (% open), heä soá naøy coù lieân quan ñeán löu löôïng qua mo

Cv = q/0,0865)γ/∆P)0,5

q löu löôïng (m3/h)∆P cheânh aùp qua van (kpa)γ tæ troïng chaát loûng ôû ñieàu kieän nhieät ñoä doøng chaûy =ρL(T)/ρH2O = 1000Ví duï : haõy choïn van ñeå ñieàu khieån cho bình chöùa condensate löu löôïng trucheânh aùp khoaûng 690kpa,γ = 0,78Giaûi:C v = (q/0,0865)( γ / ∆P) 0,5






= (100/0,0865)(0,78/690) 0,5 = 38,8Nhaø saûn xuaát cung caáp hoà sô van

Cv@ % openBodysize

Travel10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

3” 1 ½” 4,5 5,78 9,96 17,7 26,5 36,6 52,7 71,7 91,5 4” 1 ½” 8,26 13,5 19,9 30,9 44,1 72,5 113 152 182

Neáu choïn van 3” thì van môû khoaûng 62%, trong khi choïn van 4” thì ñoä môû kKích thöôùc van duøng cho chaát khí:Ñoái vôùi chaát khí thì ta duøng thuaät ngöõ C g vaø C 1 thay cho C v , heä soá naøy coù lieân quan ñeán lqua moái lieân heä:

m = 0,0475Cg (ρ1P1)0,5 sin[(3471/C1) (∆P/P1)]Degm löu löôïng khoái löôïng (kg/h)∆P cheânh aùp qua van (kpa)ρ1 tæ troïng chaát loûng ôû ñieàu kieän vaøo vanC 1 (heä soá hoài phuïc aùp suaát) = 25 ñoái vôùi van böôùm

= 28 ñoái vôùi van bi= 33->35 ñoái vôùi van caàu

Trong coâng thöùc treân sin[(3471/C 1 ) ( ∆P/P 1 )] Deg phaûn aùnh doøng qua van laø tôùi haïn[(3471/C 1 ) ( ∆P/P 1 )] Deg ≥ 90 o khi ñoù ta laáy [(3471/C 1 ) ( ∆P/P 1 )] Deg = 90 o ñeå tính toaùn

Ñeå choïn ñöôïc chính xaùc kích côõ van ta coøn phaûi kieåm tra xem caùc tieâu chuachuaån choáng xaâm thöïc van.






PHAÀN 8VAN AN TOAN

Coù ba daïng phoå bieán sau:Van an toaøn daïng khoâng caân baèng

Ñaây laø daïng van an toaøn coù caáu taïo ñôn giaûn nhaát, thöôøng ñöôïc söthoáng khoâng coù aùp suaát hoaëc ra moâi tröôøng.

Vì khoâng coù cô caáu caân baèng neân söï hoaït ñoäng cuûa van bò aûnh höthoáng xaû (aùp suaát ngöôïc).

Khi aùp suaát heä thoáng xaû (aùp suaát ngöôïc) lôùn hôn 10% aùp suaát ñaëkhoâng caân baèng khoâng ñöôïc söû duïng.Van an toaøn daïng caân baèng

Söï khaùc bieät giöõa van caân baèng vaø khoâng caân baèng laø ôû choã vankeá theâm moät pitong hoaëc moät oáng sinphoâng ñaët phía treân ñóa laøm kín nhaùp suaát ngöôïc leân ñóa laøm kín.

Hình 8.1 Van an toaøn daïng khoâng caân baèng






Hình 8.2 : Van an toaøn daïng caân baèngVan an toaøn daïng ñieàu khieån pilot

Hai daïng van caân baèng vaø khoâng caân baèng trình baøy ôû treân ñeàu dutieáp leân ñóa laøm kín, khi aùp löïc töø döôùi thaéng ñöôïc löïc loø xo thì van seõ lôùn vaø löu löôïng lôùn ñoøi hoûi loø xo phaûi coù kích côõ lôùn töông öùng, do ñvan an toaøn.

Ñieåm öu vieät cuûa van an toaøn daïng ñieàu khieån pilot laø duøng moät “vñieàu khieån van chính, do ñoù khoâng caàn duøng loø xo taùc ñoäng tröïc tieáp le

AÙp suaát nguoàn seõ taùc ñoäng ñoàng thôøi leân beà maët treân vaø beà m(pitong), do tieát dieän tieáp xuùc cuûa maët treân lôùn hôn maët döôùi neân khi lakín seõ bò taùc ñoäng ñoùng chaët. Khi aùp suaát taêng vöôït quaù aùp suaát ñaët c(daïng loø xo), phaàn aùp suaát phía treân ñóa laøm kín seõ bò xaû ñi, aùp suaát ph

Van an toaøn daïng ñieàu khieån pilot bò haïn cheá söû duïng trong caùc tröônhieàu taïp chaát baån coù theå gaây taéc caùc oáng daãn ñieàu khieån.






Hình 8.3 : Van an toaøn daïng ñieàu khieån pilotXaùc ñònh löu löôïng van an toaøn phuïc vuï cho khí hydrocacbon:

w = B)CKoAP1[Mw/ ZT)]0,5

w: löu löôïng khoái löôïng qua van kg/hB heä soá = 7,6x10-5 C: heä soá phuï thuoäc vaøo tæ soá nhieät dung rieâng k= Cp /CvKo: hieäu suaát xaû aùp van do nhaø cheá taïo van cung caápA: tieát dieän cöûa xaû cuûa van mm2

P1 : aùp suaát tröôùc van kpa(a)Mw: khoái löôïng phaân töû cuûa khíZ : heä soá neùn taïi ñieàu kieän laøm vieäcT : nhieät ñoä tröôùc van oKAÙp suaát P1 seõ laáy baèng aùp suaát ñaët coäng vôùi löôïng vöôït aùp cho pheù

thöôøng laø 10% aùp suaát laøm vieäc cho pheùp). Do ñoù thoâng thöôøng P = 1.1.Tieát dieän coù ích cuûa van xaùc ñònh töø chöõ caùi kyù hieäu qui öôùc treâ

orifice Tieát dieän mm2

D 71E 126,5

F 198,1G 324,6H 506,5J 830,3K 1186






Ví du:ï treân van kyù hieäu 3 J 4 coù nghóa maët bích ñaàu vaøo 3”, maët bíích cuûa van A= 830,30 mm 2 .Heä soá C xaùc ñònh nhö sau:

k C1 315

1,1 3271,16 3331,2 3371,25 3421,3 3471,35 3511,4 356

Ví duï : xaùc ñònh löu löôïng qua van an toaøn coù caùc thoâng soá sau:Kích côõ: 2 H 3. AÙp suaát ñaët P set = 2700 kpa. Vöôït aùp cho pheùp 10%. T = 40o C, Mw = 22, Z = 0,92Giaûi:

w = (B)CKoAP1[Mw/(ZT)]0,5 A = 506.5 mm 2 .P = 1.1 x 2700 = 2970 kpaγ = Mw/Mwair = 22/29 = 0,76k = 1,3 – 0,31(γ-0,55) = 1,3 – 0,31(0,76-0,55) = 1,2C = 337K o = 0,97w =7,6 x 10 -5 337x0.97x506,5x2970x (22/(0.92x313)) 0,5 w = 10392 kg/h






PHAÀN 9ÑO LÖU LÖÔNG

Ño löu löông bang orifice .Ñaây laø phöông phaùp ño löu löôïng khí hay duøng nhaát hieän nay

Orifice ñaët vuoâng goùc vôùi höôùng doøng chaûycaùc thieát bò ño keøm theo : ño aùp suaát tröôùc orifice, ño cheânh aùp tröôùc v

Hình 9.1 Caáu taïo orificesau khi coù caùc thoâng tin töø caùc thieát bò ño ta coù coâng thöùc tính toaùn nhö

Q m3/h Löu löôïng tính ôû ñieàu kieän chuaånhw mm H2O Cheânh aùp qua orificePf kpa(abs) Aùp suaát tröôùc orificeFb Heä soá orifice Tra baûng 3-16, phuï thuoäc vaø

vaø ñöôøng kính oáng thoâng soá nañöôøng kính orifice

Fpb Heä soá aùp suaát ñieàu kieän chuaån,

Fpb = 101.325/Pb = 1

Aùp suaát ñieàu kieän chuaån Pb=101.325 kpa

Ftf Heä soá hieäu chænh nhieät ñoä so vôùinhieät ñoä ñieàu kieän chuaån,Ftf = (288/(273 + Tf

oC))0.5

Nhieät ñoä ñk chuaån = 15oC.Tf = nhieät ñoä doøng khí

Fpv Heä soá phuï thuoäc vaøo heä soá neùn ZFpv = (1/Z)0.5

Fg Heä soá phuï thuoäc vaøo tyû troïngγ γ : tyû troïng töông ñoái cuûa khí ôû oC






Fg = (1/ γ)0.5 Fr Heä soá phuï thuoäc vaøo heä soá Reynold

(cheá ñoä doøng chaûy) = 1+ b/(hwPf )0,5 b tra baûng

Y Heä soá giaõn nôû cuûa oáng vaø orifice phuïthuoäc vaøo aùp suaát Y∼ 1

Ftb Heä soá nhieät ñoä ñieàu kieän chuaån, Ftb =

1 ñoái vôùi nhieät ñoä chuaån baèng 15o

CFa Heä soá giaõn nôû nhieät cuûa orifice =1khi Tf <120oF.

TmeasTæ soá giöõa ñöôøng kính trong cuûa oáng vaø ñöôøng kính orifice toát nhaát vaøo

Pipe taps Flange taps0,2->0,67 0,15->0,7






Hình 9.2 : Boä ño löu löôïng qua taám loã

Ño löu löông kieu turbineÑo löu löôïng kieåu turbine coù öùng duïng roäng raõi, ngoaïi tröø cho chaát loûng vieäc turbine seõ quay maø toác ñoä quay phuï thuoäc vaøo löu löôïng vaø tính cha

Xaùc ñònh ñöôïc toác ñoä cuûa turbine laø seõ xaùc ñònh ñöôïc löu löôïng. Dbaèng turbine laø thieát bò ño toác ñoä quay cuûa turbine.

Moãi voøng quay seõ töông öùng vôùi moät löu löôïng theå tích, ñöôïc xaùc

Hình 9.3 : Boä ño löu löôïng kieåu turbine






Hình 9.4 : B aûng tra heä soá F b






Hình 9.5 : B aûng tra heä soá F b






Hình 9.6 : B aûng tra heä soá b






Hình 9.7: B aûng tra heä soá b






PHAÀN 10LÖU LÖÔÏNG VAØ ÑÖÔØNG OÁNG

1. Cheá ñoä doøng chaûyÔÛ caùc toác ñoä thaáp, caùc phaàn töû cuûa moâi chaát chuyeån ñoäng theo

vaø thaúng haøng. Toác ñoä cuûa doøng chaûy ñaït cöïc ñaïi ôû taâm ñöôøng oáng oáng. Cheá ñoä doøng chaûy naøy ñöôïc goïi laø doøng chaûy taàng

Neáu taêng toác ñoä doøng chaûy tôùi moät möùc ñoä naøo ñoù, caùc phaàn chuyeån ñoäng hoãn loaïn (khoâng coøn thaúng haøng so vôùi phöông doøng chaûñöôïc goïi laø doøng chaûy roái.Ñeå xaùc ñònh cheá ñoä doøng chaûy, Reynold ñaõ ñöa ra moät heä soá khoâng ñô

Re = dvρ / µ = 4qρ /(πdµ) = 4m/(πdµ)d (m): ñöôøng kính trong cuûa oáng.v (m/s) :vaän toác doøng chaûy.ρ (kg/m3): tyû troïng moâi chaát taïi ñieàu kieän doøng chaûy.µ (kg/(m.s): ñoä nhôùt moâi chaát. (1cp=0,001kg/m.s)m (kg/s) : löu löôïng khoái löôïng

q(m3/s) : löu löôïng theå tíchS (m2) : thieát dieän trong cuûa oánggc heä soá chuyeån ñoåi khoái löôïng/löïc = 1(kg.m/N.s2)g: gia toác troïng tröôøng = 9,81m/s2

P (Pa) : aùp suaátf: ñoä nhaùm∆X (m) : hieäu ñoä cao (h2-h1)

Neáu Re< 2000 : cheá ñoä doøng chaûy taàng oån ñònh, f=16/Re.Re> 4000 :cheá ñoä doøng chaûy roái, f=0,042Re0,194 (duøng cho oáng lôùn d>20cm, 8in) Re> 4000 :cheá ñoä doøng chaûy roái, f=0,042Re0,172 (duøng cho oáng nhoû d<=20cm, 8in4000> Re> 2000 : Cheá ñoä chuyeån tieáp, coù theå laø oån ñònh hoaëc roái.

Toån hao aùp löïc ñoái doøng chaûy chaát loûngToån hao aùp löïc cuûa doøng chaûy ñöôïc chia thaønh 3 thaønh phaàn sau:

− Toån hao aùp löïc do ma saùt∆Pf .− Toån hao aùp löïc do thay ñoåi theá naêng∆PX. ∆PX ∼ (∆X)ρg/gc − Toån hao aùp löïc do thay ñoåi ñoäng naêng∆Pv. ∆Pv∼ (∆V2)/(2g)∆P =∆Pf +∆PX + ∆Pv Trong heä thoáng ñöôøng oáng ñoàng nhaát, söï thay ñoåi toác ñoä doøng cñoù phaàn toån hao do ñoäng naêng∆Pv ~ 0. Thöïc teá trong tính toaùn toån hao aùp löïthöôøng khoâng ñaùng keå vaø ñöôïc boû qua.

Toån hao do thay ñoåi theá naêng chính laø coät aùp thuyû tónh do thay ñoåi

xaùc ñònh deã daøng, tyû leä vôùi thay ñoåi ñoä cao vaø tyû troïng.∆PX = (∆X)ρ(g/gc).Phaàn toån hao aùp löïc do ma saùt∆Pf laø phaàn quan troïng nhaát. Phöông trình toångñònh toån hao aùp löïc do ma saùt coù daïng nhö sau:

∆Pf = -2f.ρ.L.v2.ρ/ gcd)L (m): chieàu daøi oáng

Toùm laïi sau khi boû qua phaàn toån hao aùp löïc do thay ñoåi ñoäng naêng ta coù toåruùt goïn nhö sau:






∆P= P2-P1) =∆Pf +∆Px = -2f.ρ.L.v2.ρ/ gcd)-∆X)ρ g/gc).d = 1,265q0,4.{f.Lρ/ ∆Pf.gc)}0,2

neáu chöa bieát f ta neân duøng coâng thöùc sau:cho oáng nhoû:

d = 0,647.q0,397.ρ0.172.µ0.036.{L/∆Pf .gc)}0,207 cho oáng lôùn:

d = 0,647.q0,376.ρ0.168.µ0.041.{L/∆Pf .gc)}0,208

ví duï: Tính toaùn ñöôøng kính cho oáng daãn daàu 0,0416m3/s,γ=0.79, toån hao aùp toaøn tuyeán laL=20km, ñoä nhôùt 10cp, duøng oáng lôùn.Giaûi:

d = 0,647.q0,376.ρ0.168.µ0.041.{L/(∆Pf .gc)}0,208 thay soá:

d = 0,647.(0,0416) 0,376 .(790) 0.168 .(10x0,001) 0.041 .{20000/(500000x1)} 0,208 = 0,255m

Tính löu löôïng vaän chuyeån:cho oáng nhoû:q = [3,127d2,64/ ρ0.453.µ0.094)][∆Pf .gc)/L}0,547 cho oáng lôùn:

q = [3,18d2,661/ ρ0.446.µ0.107)][∆Pf .gc)/L}0,554

Tính toån hao aùp suaát:cho oáng nhoû:

∆Pf/L = q1,828.ρ0.828.µ0.172/ 8,038.gc. d4.828)cho oáng lôùn:

∆Pf/L = q1,806.ρ0.806.µ0.194/ 8,081.gc. d4.806)

ví duï: Tính toaùn toån hao aùp suaát tuyeán oáng, ñöôøng kính trong d=0,254m, lö0,0416m3/s,γ=0.79, L=20km, ñoä nhôùt 10cp, duøng oáng lôùn.Giaûi:cho oáng lôùn:∆Pf = L. q 1,806 .ρ0.806 .µ0.194 /(8,081.g c . d 4.806 )

= 20000x0,0416 1,806 .790 0.806 .(10x0,001) 0.194 /(8,081x1. 0,254 4.806 )= 510000Pa

Toån hao aùp löïc ñoái doøng chaûy chaát khíCô sôû tính toaùn cuõng töông töï nhö ñoái vôùi chaát loûng, nhöng phöùc ta

neùn, caùc tính chaát (tyû troïng, ñoä nhôùt, ñoä neùn…) thay ñoåi theo aùp suaát vToån hao aùp löïc cuõng gioáng nhö ñoái vôùi chaát loûng tuy nhieân:Toån hao do thay ñoåi ñoäng naêng khoâng ñaùng keå ñöôïc boû qua.Toån hao do thay ñoåi theá naêng khí coù tyû troïng raát nheï do ñoù phaàn nP1(kpa): aùp suaát ñieåm ñaàuP2(kpa): aùp suaát ñieåm cuoáiPsc(kpa): aùp suaát ñieàu kieän chuaån






Pm: (kpa) aùp suaát trung bìnhT1 (oK): nhieät ñoä ñieåm ñaàuT2 (oK): nhieät ñoä ñieåm cuoáiTm (oK): nhieät ñoä trung bìnhTg (oK): nhieät ñoä moâi tröôøng quanh oángTsc (oK): nhieät ñoä ôû ñieàu kieän chuaånq

sc (m3 /d): löu löôïng ôû ñieàu kieän chuaån

γ : tyû troïng töông ñoái cuûa khíf : heä soá ma saùt.L (m): chieàu daøi oángd (m): ñöôøng kính trong cuûa oángZm: heä soá neùn trung bình taïi ñieàu kieän doøng chaûy.K: heä soáE: heä soá hieäu quaû ñöôøng oáng, E= 0.88 - 0.95Re: soá Reynols

Pm = Pavg =2/3[ P1+ P2) - P1 P2/ P1 +P2)]Tm = Tavg = [ T1 - T2)/ln{ T1 -Tg)/ T2 -Tg)]} + Tg

Zm = Zavg Ñeå ñôn giaûn trong vieäc tính toaùn thöïc teá ngöôøi ta ñaõ thaønh laäp caùc coânchuyeån cuûa ñöôøng oáng nhö sau:






Ví duï: ñöôøng oáng khí veà bôø töø giaøn neùn khí trung taâm coù caùc thoâng sovaän chuyeån cuûa ñöôøng oáng.

P1 kpa) P2 kpa) d m) rel den L m) T1 K) T2 K) T round T mean P mean Z mean E 12500 6000 0.38 0.78 110000 318 303 298308.82 9630.630.528521 0.9 8889068.6

coâng thöùc Panhandle BLöu yù : treân ñöôøng oáng coù caùc thieát bò nhö valve , co, cuùt, ñaàu noái… taïsaùt seõ lôùn hôn do thay ñoåi höôùng doøng chaûy vaø thieát dieän thu nhoû, thöô

boä. Thoâng thöôøng ngöôøi ta seõ qui ñoåi caùc thieát bò treân thaønh caùc ñoaïnvaøo ñoä daøi thöïc teá thaønh ñoä daøi töông ñöông ñeå tính toaùn.

Baûng sau höôùng daãn qui ñoåi caùc thieát bò ñöôøng oáng thaønh caùc ñoaïn oá






Hình 10.1: Toån hao aùp löïc qui ñoåi cuûa van, ñaàu noái.Ví duï: tính toaùn chieàu daøi qui ñoåi ñoaïn oáng sau ñeå tính toån hao aùp löïc:

Giaûi:Töø hình 10.110” ball valve L e = 1,8 m






10” 90 o S.R. el L e = 8,2m10” tee L e = 18mchieàu daøi qui ñoåi laø L = 5 + 1,8 + 15 + 8,2 + 2 + 18 +10 = 60mÑeå tính khaû naêng vaän chuyeån cuûa caùc heä thoáng oáng maéc song song hayqui ñoåi chieàu daøi vaø ñöôøng kính oáng nhö sau:Hai oáng loaïi lôùn A vaø B maéc song song seõ töông ñöông vôùi oáng E theo phD

e

2.661 /Le

0.554

= D

A

2.661 /LA

0.554

+ D

B

2.661 /LB

0.554

Hai oáng loaïi nhoû A vaø B maéc song song seõ töông ñöông vôùi oáng E theo phDe

2.641 /Le0.547

= DA2.641 /LA

0.547 + DB

2.641 /LB0.547

Ví duï: hai oáng 10” vaø 12” maéc song song 6km neáu duøng oáng 14” thì chieàunhieâu:Giaûi:D e

2.661 /L e 0.554

= D A2.661 /L A0.554

+ D B 2.661 /L B

0.554

14 2.661 /L e 0.554

= 10 2.661 /6 0.554 + 12 2.661 /6 0.554

ta ñöôïc L e = 5,3 km Oáng nhoû B seõ töông ñöông oáng A theo phöông trình:DA = DB(LA /LB)0,207 hoaëc LA = LB(DA /DB)4,828 Oáng lôùn B seõ töông ñöông oáng A theo phöông trình:DA = DB(LA /LB)0,208 hoaëc LA = LB(DA /DB)4,806 Ví duï: oáng B coù D=200mm daøi 2000m töông ñöông oáng A coù D=100mm theL A = L B (D A /D B ) 4,828 L A = 2000(100/200) 4,828 = 70,4m






PHAÀN 11ÑÖÔNG ONG, MAT BÍCH, ÑAU NOI…

Hình 11.1 : Maët bích vaø caùc thoâng soáNominal size: laø kích thöôùc danh nghóa cuûa maët bích.Pressure rating: laø caáp chòu aùp löc thöôøng coù caùc caáp nhö sau: class 150, 302500.Material designation: vaät lieäu cheá taïo maët bích ví duï A105, A 105 M-96, A 1896, A350…

Hình : Khaû naêng chòu aùp suaát cuûa vaät lieäu suy giaûm theo nh






KHA NANG CHÒU AP SUAT THEO NHIET ÑO CUA MAT BÍCHPRESSURE-TEMPERATURE RATINGSFOR STEEL PIPE FLANGES AND FLANGEDFITTINGS

CLASS 150 300 400 600 900 1500 2500

Hydrostatic test pressure psig 450 1125 1500 2225 3350 5575 927temperature F max allowable non shock pressure psig100 285 740 990 1480 2220 3705 6170200 260 675 900 1350 2025 3375 5625300 230 655 875 1315 1970 3280 5470400 200 635 845 1270 1900 3170 5280500 170 600 800 1200 1795 2995 4990600 140 550 730 1095 1640 2735 4560650 125 535 715 1075 1610 2685 4475

700 110 535 710 1065 1600 2665 4440750 95 505 670 1010 1510 2520 4200800 80 410 550 825 1235 2060 3430850 65 270 355 535 805 1340 2230900 50 170 230 345 515 860 1430950 35 105 140 205 310 515 8601000 20 50 70 105 155 260 430

Coâng thöùc tính aùp suaát thöû thuyû löïc ñöôøng oáng

P = 2St/D

D = ñöôøng kính cuûa oáng inchsP= aùp suaát laøm vieäc psiS1= öùng suaát doïc truïc psi = PD/4tS1= öùng suaát chu vi psi = PD/2tt= ñoä daøy cuûa oáng inchsS ñöôïc laáy baèng % cuûa cöôøng ñoä chòu uoán toái thieåu (min yield strength)

grade Size

percent of specified min yield

strengthA & B 23/8in(60,3mm) vaø lôùn hôn 60%X42 59/16in(141,3mm) vaø nhoû hôn 60%

65/8in (168,3mm) vaø 85/8in (219,1mm) 75%ñeán

103 /4in (273mm) vaø 185/8in (457mm) bao goàm85%






X80** 20in (508mm) vaø lôùn hôn 90%

grade min tension strength Mpa min yield stength MpaA 330 205B 415 240

AÙP SUAÁT LAØM VIEÄC LÔÙN NHAÁT CHO PHEÙP CUÛA OÁNGP: aùp suaát laøm vieäc lôùn nhaát cho pheùp (Psig) = 2SEt/ D+1.2t) S:=15000 psig öùng suaát cuûa haàu heát vaät lieäu oáng thoâng thöôøng ôû nhieätE = 1 hieäu suaát lieân keát cho oáng ñuùc khoâng haønD= ñöôøng kính trong cuûa oáng khoâng haønt:= ñoä daøy oáng thaáp nhaát, inches (0,875 times the nominal thichness)

ÑO DAY TOI THIEU min) CUA ONGt: ñoä daøy toái thieåu cuûa oáng (in):t=PR/ SE-0.6P) P: aùp suaát oáng (psig)S=15000 öùng suaát cho haàu heát caùc loaïi oáng coù nhieät < 650 ñoä FE hieäu suaát noái cuûa oáng ñuùc lieànR baùn kính trong cuûa oáng

BAÛNG TRA ORING KIEÅU R KHI BIEÁT MAËT BÍCH VAØ CLASNPS CLASS 150 300 400 600 900 1500 25001/2 R11 R11 R11 R12 R133/4 R13 R13 R13 R14 R16

1 R15 R16 R16 R16 R16 R181 1/4 R17 R18 R18 R18 R18 R211 1/2 R19 R20 R20 R20 R20 R23

2 R22 R23 R23 R23 R24 R262 1/2 R25 R26 R26 R26 R27 R28

3 R29 R31 R31 R31 R31 R35 R323 1/2 R33 R34 R34 R34

4 R36 R37 R37 R37 R37 R39 R385 R40 R41 R41 R41 R41 R44 R42

6 R43 R45 R45 R45 R45 R46 R478 R48 R49 R49 R49 R49 R50 R5110 R52 R53 R53 R53 R53 R54 R5512 R56 R57 R57 R57 R57 R58 R6014 R59 R61 R61 R61 R62 R6316 R64 R65 R65 R65 R66 R67






18 R68 R69 R69 R69 R70 R7120 R72 R73 R73 R73 R74 R7524 R76 R77 R77 R77 R78 R79

Chuù yù : chæ soá Rxx ñaõ ñöôïc in treân thaân Oring, do ñoù khi coù class vaø NPchoïn ra ñuùng loaïi Oring theo Rxx. (Phaûi chaéc chaén bích duøng oring loaïi R)

Hình 11.2 : Maët caét cuûa caùc loaïi Oring kieåu BX, RX, R






Hình 11.3 : Oáng vaø caùc thoâng soá ghi treân thaân






Hình 11.4 : Ñaàu noái

Hình 11.5: Maët Bích

Hình 11.6: gaskets amiang (flat gaskets) vaø spiral woundCuõng nhö Oring thì treân spiral wound coù in class vaø NPS do ñoù khi bieát maëthì choïn spiral wound coù cuøng class vaø NPS laø ñöôïc.






Hình 11.7: Moät soá hình aûnh veà van






Hình 11.8 : Thieát bò ño möùc chaát loûng

Hình 11.9: Toång hôïp






BAÛNG TRA CAÙC THOÂNG SOÁ OÁNG COÂNG NGHEÄ: (ví duï minh hoa

Hình: Baûng tra caùc thoâng soá cuûa oángKHAÛ NAÊNG CHÒU AÙP SUAÁT CUÛA VAN THEO CAÁP ÑOÄ VAØ VAÄ






PHAÀN 12BÌNH TAÙCH DAÀU KHÍ.

THIEÁT BÒ PHAÂN LY KHÍ LOÛNG:Caùc thieát bò taùch khí vaø daàu laø moät boä phaän cuûa thieát bò khai thaùc trecaùc saûn phaåm khai thaùc töø caùc gieáng daàu vaø khí thaønh chaát loûng vaø kñöôïc laép ñaët treân saøn khai thaùc, ñöôøng oáng phaân phoái hay caùc boàn chöhoaøn chænh cuûa heä thoáng khai thaùcCAÙC DAÏNG BÌNH TAÙCH:

Theo hình daùng caùc bình taùch thöôøng coù caùc hình daùng sau: Bình taùngang, bình taùch hình caàu.

Theo soá pha thì coù bình taùch hai pha, bình taùch ba pha.Ñeå choïn ñöôïc ñuùng loaïi bình taùch phaûi döïa vaøo caùc öùng duïng kó t

kinh teá, öu, nhöôïc ñieåm cuûa töøng loaïi

Hình 12.1: Bình taùch ngang vaø ñöùng






Hình 12.2 : Maøn chaén söông

CAÁU TAÏO BÌNH TAÙCHTaám chaén loái vaøo ñeå ñoåi höôùng doøng giuùp taùch chaát loûng theo nguyeâMaøn söông chaén loái khí ra giuùp lieân keát caùc gioït chaát loûng nhoû bò cuoáhôn roài rôi xuoáng nôi chöùa chaát loûng.Thieát bò ño möùc chaát loûng ñeå giaùm saùt khi vaän haønh.Van an toaøn nhaèm baûo veä bình taùch khoûi aùp suaát cao vöôït quaù aùp suaát Caùc thieát bò töï ñoäng khaùc….

Caùc bình taùch thöôøng bao goàm 4 khu vöïcKhu vöïc 1: phaàn taùch khí chuû yeáu , nôi xaûy ra quaù trình taùch chuû ye

trong doøng hoãn hôïp loûng khí.Phaàn 2: phaàn laéng chaát loûng.Phaàn 3: phaàn chöùa chaát loûng. Phaàn 4: Phaàn baãy caùc gioït chaát loûng lieân keát chuùng laïi vaø rôi xuo

BÌNH TAÙCH ÑÖÙNG:

Saûn phaåm vaøo bình taùch phaûi qua boä phaän daãn höôùng gaây ra vieäc taùchthôøi: troïng löïc, ly taâm, va chaïm. Khí ñöôïc taùch bay leân phía treân, trong khichöùa, caùc gioït loûng nhoû ñöôïc thu hoài nhôø maøn chaén söôngÖu ñieåm: bình taùch ñöùng coù theå ñieàu khieån löôïng töông ñoái lôùn chaát loûdoøng khí, noù ñieàu khieån möùc toát hôn. Thöôøng duøng cho nhöõng gieáng cotrung bình. Bình taùch ñöùng cuõng coù theå kieåm soaùt caùt, haït raén, khuynh hlaïi ñöôïc giaûm thieåu vì dieän tích maët caét ngang beù, ñaây cuõng laø moät öu ñgian ngang beù phuø hôïp giaøn khai thaùc chaät heïp.Nhöôïc ñieåm: chi phí cheá tao, vaän chuyeån ñeán nôi laép ñaët cao. Khi hai bình thì bình taùch ñöùng thöôøng coù kích thöôùc lôùn hôn bình taùch ngang.BÌNH TAÙCH NGANGLoaïi naøy coù theå daïng oáng ñôn hay oáng keùp.Trong bình taùch oáng ñôn saûn phaåm qua loái vaøo ñeán taám chaén taïi ñaây cuboä, chaát loûng rôi xuoáng nôi chöùa, nôi khí ra cuõng coù maøn chaén söông.Trong bình taùch oáng keùp, oáng treân hoaït ñoäng nhö bình taùch trong khi oángchaát loûng. Khí di chuyeån oáng treân vôùi vaän toác cao hônÖu ñieåm: bình taùch loaïi naøy coù theå taùch ba pha khí-daàu-nöôùc bình taùch ndaàu khí lôùn , cho pheùp khí thoaùt nhanh hôn, vì theá noù coù theå xöû lyù theå thieäu suaát cao, chi phí cheá taïo reû, chi phí vaän chuyeån thaáp hôn so vôùi bình thuaän lôïi hôn choù vieäc laép ñaët vaø baûo haønh. Bình taùch ngang haïn cheá dmoät coâng suaát cho tröôùc bình taùch ngang nhoû hôn vaø reû hôn bình taùch ñö

duøng cho nhöõng gieáng coù tæ leä khí–daàu (GOR) cao.Nhöôïc ñieåm: vieäc ñieåu khieån möùc laø moät vaán ñeà khoù trong bình taùch nmöùc bò giôùi haïn. Vieäc laøm saïch gaëp khoù khaên vaø vì theá khoâng tieän chtaùch ngang chieám khoâng gian lôùn tuy nhieân coù theå giaûm thieåu baèng xeápBÌNH TAÙCH CAÀU






Bình taùch caàu ñöôïc cheá taïo ñeå toái öu coâng duïng cuûa nhöõng thieát bò taùbò höôùng doøng theo tieáp tuyeán vôùi voû bình, chaát loûng taùch ra do bò giaûmnôi khí ra cuõng coù maøn chaén söông.Öu ñieåm: bình taùch kieåu naøy chi phí khoâng cao, reû hôn so vôùi daïng ñöùng caân ñoái, nhoû , goïn, thích hôïp cho nhöõng gieáng coù GOR trung bình.

NGUYEÂN LYÙ TAÙCHCoù nhieàu kyõ thuaät khaùc nhau öùng duïng vaøo vieäc xöû lyù taùch daàu-khí ntaùch cô hoïc vaø taùch hoaù phaåm döïa treân nguyeân taéc caân baèng nhieät ñoätheo ba cô cheá: taùch nhôø troïng löïc, taùch nhôø ly taâm, taùch nhôø va ñaäp.

Hình 12.3: Bình taùch caáu taïo vaø laøm vieäcTHIEÁT KEÁ CHOÏN LÖÏA BÌNH TAÙCHXaùc ñònh ñoä daøy thaønh bình:Coâng thöùc cô baûn ñeå xaùc ñònh ñoä daøy bình taùch (ASME )Ñoái vôùi phaàn thaân hình truï:

t= PDI/ 2SE-1,2P) +C






t= PDo/ 2SE+0,8P) +CÑoái vôùi phaàn thaân hình caàu:

t= PR/ 2SE-0,2P) +Ct: ñoä daøy thaønh bình (mm)P aùp suaát thieát keá (Mpa) thöôøng thì aùp suaát thieát keá P =1,1 aùp sua

trong khi aùp suaát lôùn nhaát khi vaän haønh = 1,1 aùp suaát vaän haønh bình thöD

I ñöôøng kính trong thaønh bình (mm)

Do ñöôøng kính ngoaøi thaønh bình (mm)E heä soá gheùp noáiS (Mpa) öùng suaát cho pheùp lôùn nhaát = 1/3,5 Ts (Ts cöôøng ñoä chòu löï

thöôøng neáu duøng theùp cacbon (A-515, Gr 70) Ts = 483Mpa do ñoù S = 138MpC ñoä aên moøn cho pheùp (mm)

Heä soá gheùp noái EHaøn giaùp moái hai maët EKieåm tra khuyeát taät toaøn boä 1Kieåm tra khuyeát taät löïa choïn 0.85Khoâng kieåm tra khuyeát taät 0.7

THIEÁT KEÁ KÍCH THÖÔÙC BÌNH TAÙCH THEO NGUYEÂN LYÙ TROÏNGCoâng thöùc xaùc ñònh kích côõ bình taùch nguyeân lyù troïng löïc döïa treân toácsöï cuoán caùc gioït loûng theo pha khí khoâng xaûy ra:

v = Ks ρ l -ρg)/ρg)0.5 ρ l khoái löôïng rieâng pha loûng ôû ñieàu kieän bình taùch laøm vieäc kg/m3ρg khoái löôïng rieâng pha khí ôû ñieàu kieän bình taùch laøm vieäc kg/m3v vaän toác cho pheùp cuûa doøng khí m/sKs heä soá bình taùch m/s heä soá naøy phuï thuoäc vaøo kích côõ gioït loûng coùthieát bò beân trong bình…heä soá Ks coù theå laáy theo baûng sau:

Daïng bình taùch Giaù trò Ks Ks thöôDaïng bình taùch ñöùng 0.055 – 0.107Daïng bình taùch ngang 0.122 – 0.152

Ñöôøng kính bình taùch ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:v = qa /A = 4qa /(πd2Fg)

do ñoùd = 4qa/ πvFg))0.5

Qa Löu löôïng thöïc teá taïi ñieàu kieän laøm vieäc m3 /sA Tieát dieän maët caét bình m2

D Ñöôøng kính trong bình mFg Tyû leä giöõa phaàn khoaûng khoâng cho doøng khí

vaø ñöôøng kính bình. Bình taùch ñöùng Fg = 1.

Baûng tra Fg:






h/d Fg h/d Fg0 1 0,3 0,748

0,05 0,981 0,35 0,6880,1 0,948 0,4 0,6260,15 0,906 0,45 0,5640,2 0,858 0,5 0,5

0,25 0,804 0,55 0,436Löu yù :

qa = m/ 3600ρg)qa = qs/86400) Ps/P) T/Ts)z

khi thieát keá neân laáyqa = qa Edf m: löu löôïng khoái löôïng (kg/h)ρg khoái löôïng rieâng khí (kg/m3)qs löu löôïng theå tích khí STD std m3/dPs aùp suaát std (kpa)P aùp suaát laøm vieäc (kpa)T nhieät ñoä laøm vieäc (K)Ts nhieät ñoä tieâu chuaån (K)Z heä soá neùn @ P,TEdf heä soá thieát keá 1,1 ~1,2

Coâng thöùc xaùc ñònh khaû naêng cuûa bình taùch nhö sau:qs = 67842 Ks) Fg) P/Ps) Ts/T) 1/z)ρ l -ρg)/ρg)0.5

Ví duï: tính toaùn kích côõ cho bình taùch ñöùng trung gian 1-V-252 treân giaøn nelöôïng q s = 1,7x10 6 std m3/d.ρ l = 620kg/m3,ρ g =38kg/m3 ,γ = 0,76, MW = 22 ( solution 42 )

Giaûi:Löu yù: löu löôïng theå tích106 scmd khi chuyeån qua löu löôïng khoái löôïngm (kg/h) = 51060γgas = 1762 MWgas

M = 51060x1,7x0,76 = 65969 kg/hLaáy E df heä soá thieát keá = 1,1q a = E df m/(3600 ρ g ) = 1,1x65969/(3600x38) = 0,53m3/sv = K s (( ρ l -ρ g )/ ρ g ) 0.5 = 0,07((620-38)/38) 0,5 = 0,274 m/sd = (4q a /( πvFg)) 0.5

= [4x0,53/(3,14x0,274x1)] 0,5 = 1,57 m

LÖU LÖÔÏNG CHAÁT LOÛNGLöu löôïng chaát loûng cuûa moät bình taùch phuï thuoäc vaøo phaàn theå tích coùgian maø chaát loûng löu laïi trong bìnhVL = qL(t)/1440VL theå tích chaát loûng trong bình (m3)qL löu löôïng chaát loûng (m3/d)t thôøi gian chaát loûng löu laïi (minutes)ñoái vôùi bình taùch ngang thìVL = 3,14d2/4) 1-Fg)L






ñoái vôùi bình taùch ñöùng:VL = 3,14d2/4) h

thôøi gian löu truù laáy nhö sau:Daàu coùγ phuùtDöôùi 0,85 10,85 – 0,93 1-2

0,93 –1 2-4Taùch daàu khí nöôùc aùp cao 2~5 phuùtTaùch daàu khí nöôùc aùp thaáp 5~15 phuùt (nhieät ñoä caøng lôùn thôøi gian caøn

Thoâng thöôøng tyû leä L/D naèm trong khoaûng 3~8

SÔ ÑOÀ COÂNG NGHEÄ VAØ ÑIEÀU KHIEÅN BÌNH TAÙCH:

Hình 12.4: Sô ñoà coâng ngheä ñieàu khieån bình taùch 3 pha






PHAÀN 13LAM KHOÂ KHÍ BANG GLYCOL

Khí ñöôïc laøm khoâ vôùi muïc ñích taùch hôi nöôùc ra khoûi khí gas ñeå trado xuaát hieän trong heä thoáng (nöùôc laø nguoàn goác cuûa hieän töôïng hydratekhí coù nhieät ñoä ñieåm söông theo nöôùc thaáp hôn so vôùi nhieät ñoä cöïc tiechuyeån hay cheá bieán. Trong coâng nghieäp caùc phöông phaùp laøm khoâ khduïng: haáp thuï baèng caùc chaát loûng huùt aåm nhö diethylene glycol (DEG), monoethylene glycol (MEG), tetraethylene glycol (TREG), haáp thuï hôi nöôùc baraén hoaït tính, ngöng tuï aåm do neùn, hoaëc (vaø) laøm laïnh khí.

Vôùi öu ñieåm cuûa TEG coù ñoä huùt aåm cao, taïo ñöôïc ñieåm söông cho(-47 oC) . khi taùi sinh deã daøng thu ñöôïc dung dòch coù noàng ñoä khoái löôïng cduøng trong haàu heát caùc heä thoáng laøm khoâ khí.

Sô ñoà coâng ngheä tieâu bieåu cho cuïm laøm khoâ khí nhö sau:






Hình 13.1: Sô ñoà coâng ngheä heä thoáng laøm khoâ khí baèng NOÀNG ÑOÄ TOÁI THIEÅU CUÛA GLYCOL SAÏCH :Noàng ñoä cuûa glycol saïch laø yeáu toá aûnh höôûng maïnh nhaát ñeán ñ

cao hôn ngay caû khi baïn taêng löu löôïng tuaàn hoaøn glycol. Trong thaùp tieápsaïch chæ tieáp xuùc vôùi khí gas taïi maâm treân cuøng coøn ôû caùc maâm döôùñaõ haáp thuï nöôùc do ñoù trong thaùp tieáp xuùc ñieåm söông thöïc teá cuûa khí oC ñeán 12oC so vôùi ñieåm söông caân baèng. Thoâng thöôøng laøm khoâ khí baènñeán ñieåm söông khoâng thaáp hôn –25 oC ñeán –35oC. Muoán laøm khoâ trieät ñeå thì caàn duncoù ñoä saïch caøng cao. Ñeå choïn noàng ñoä yeâu caàu cuûa glycol saïch ñeå ñayeâu caàu cuûa khí gas sau laøm khoâ ta coù ñoà thò 13.2

Hình 13.2: Ñoà thò tra noàng ñoä glycol saïch yeâu caàu

Giaû söû nhieät ñoä ñieåm söông sau khi laøm khoâ khí gas laø –5 oC nhieät ñoä thaùp tieáp xuùc oCñeå ñaït ñöôïc caùc yeàu nhieät ñoä ñieåm söông naøy trong khi tra ñoà thò ta laáyxuoáng theâm 10 oC vaäy khi ñoù nhieät ñoä ñieåm söông laø –15 oC. Toïa ñoä cuûa ñieåm söông caâ15oC vaø nhieät ñoä thaùp tieáp xuùc 46oC rôi vaøo ñöôøng noàng ñoä glycol saïch laø 99.5%noàng ñoä glycol saïch yeâu caàu .

Ñöôøng noàng ñoä ñöùt ñoaïn öùng vôùi noàng ñoä 98.5% ñaây laø giôùi hataùi sinh ôû 204oC aùp suaát bình taùi sinh laø aùp suaát ñieàu kieän tieâu chuaån. Khi msau khi taùi sinh lôùn hôn thì phaûi ñöôïc taùi sinh trong ñieàu kieän aùp suaát chahoaëc (vaø)ø coù söï tham gia cuûa khí stripping gas. Cöù giaûm ñi 1 kpa trong bphaàn traêm khoái löôïng glycol saïch taêng theâm 0.014% Khí stripping gas naøyñöa vaøo thieát bò taùi sinh vôùi muïc ñích laø laøm giaûm aùp suaát hôi nöôùc tresöï boác hôi nöôùc ra khoûi dung dòch . Trong thieát bò taùi sinh glycol nhieät ñoä190 oC -204 oC neáu ôû 206.7 oC thì TEG seõ bò phaân huyû. Neáu ôû bình taùi sinh coù a






kpa thì döôùi caùc ñieàu kieän veà nhieät ñoä vaø aùp suaát nhö vaäy ta coù theå ñoä khoái löôïng côõ 99.5%

Nhieät ñoä giôùi haïn treân trong thaùp tieáp xuùc ñöôïc xaùc ñònh baèng glycol do bay hôi vaø trong thöïc teá nhieät ñoä naøy vaøo khoaûng 38 oC . Coøn giôùi haïn döôùi phvaøo söï giaûm khaû naêng huùt aåm cuûa glycol gaây ra bôûi söï taêng ñoä nhôùnaøy vaøo khoaûng 10 oC

Trong haàu heát caùc heä thoáng laøm khoâ khí baèng glycol löu löôïng glyc15-40 lites TEG cho 1 kg H2O taùch ra, ñaây laø daûi giaù trò ñöôïc cho laø coù kinh teá

Ñeå tính toaùn löu löôïng glycol tuaàn hoaøn ta theo caùc böôùc sau ñaây:1. Töø nhieät ñoä ñieåm söông yeâu caàu cuûa khí gas sau khi laøm khoâ tröoC vaø

nhieät ñoä thaùp tieáp xuùc ta tra ra noàng ñoä Xgl (%) yeâu caàu qua ñoà th2. Tính löôïng nöôùc baõo hoaø cuûa khí gas khi vaøo thaùp tieáp xuùc W_inl6 std m3)3. Tính löôïng nöôùc baõo hoaø cuûa khí gas khi ra khoûi thaùp tieáp xuùc W_6 std m3)

Böôùc 2 & 3 tra ñoà thò hình 4.14. Tính tæ soá (W_inlet - W_outlet)/ W_inlet sau ñoù coù soá taàng lyù thuyeá

ñoà thò 13.5 ñeán 13.9 ta coù löu löôïng tuaàn hoaøn cuûa TEG (m3 TEG/kg H2O)5. Density cuûa TEG = 1.12kg/liter6. Ñeå tra löu löôïng stripping gas ta duøng ñoà thò 13.3

Hình 13.3 : Ñoà thò tra löu löôïng khí stripping cho still columnVí duï baøi toaùn:Heä thoáng laøm khoâ khí cho doøng khí 3x106 std m3 /d,γ=0,6, aùp suaát 12500kpa vaø 40oC, nhieät

ñoä ñieåm söông yeâu caàu –5 oC contactor coù soá maâm lí thuyeát N=1.5. Tính toaùn ncuûa glycol saïch vaø löu löôïng tuaàn hoaøn






Ñeå ñaït ñöôïc nhieät ñoä ñieåm söông caân baèng laø -5 oC thì trong tính toaùn ta phaûi laáy ñieåm söông tính toaùn thaáp ñi theâm 10 oC khi ñoù nhieät ñoä ñieåm söông tính toaùn laøoC. Tra ñoàthò 13.2 öùng vôùi nhieät ñoä ñieåm söông -15 oC vaø nhieät ñoä bình contactor 40 oC ta tra ra noàng ñglycol saïch yeâu caàu laø Xgl = 99.2%

Löôïng nöôùc baõo hoaø cuûa khí gas khi vaøo contactor (12500kpa, 40 oC) tra ñoà thò 4.1 W_in700kg nöôùc /1 trieäu m3 khí gas

Löôïng nöôùc baõo hoaø cuûa khí gas khi ra contactor (12500kpa, -5 oC) tra ñoà thò 4.1 W_ou60kg nöôùc /1 trieäu m3 khí gas

(W_inlet - W_outlet)/ W_inlet = (700-60)/700) = 0,914tra hình 13.6 ra löu löôïng TEG tuaàn hoaøn laø 0,031 m3TEG/kg H2Olöôïng nöôùc taùch ra töø doøng khí laø 3x(700-60)/24 = 80kg/hvaäy löôïng TEG saïch tuaàn hoaøn laø 31(liter)x80 = 2480 lit/hÑeå tra löu löôïng stripping gas ta duøng ñoà thò 13.3 tra ñöôïc 1 std m3 stripping gas/ m3TEG x

2,48 = 2,48 std m3 /hTính toaùn kích côõ contactor:Vaän toác cho pheùp cuûa khí gas khi qua contactor:v= Ks[(ρL -ρg)/ ρg]0,5 Ks = 0,055m/s neáu contactor duøng bublecaps= 0,09->0,105 contactor duøng structured packingρL khoái löôïng rieâng pha loûng vôùi heä TEG-H2O thì = 1120kg/m3ρg khoái löôïng rieâng pha khí ôû ñieàu kieän contactor kg/m3rieâng ñoái vôùi contactor duøng structured packing thì coù theå duøng v= 3/ρg)0,5

khi ñoù ñöôøng kính toái thieåu cuûa contactor laød = [4qact /(πv)]0,5

d: ñöôøng kính contactor (m)qact löu löôïng khí thöïc teá (m3/s)löu yù:

qact = m/ ρg qact = qstd PstdTactZact /(86400PactTstd)m (kg/s) löu löôïng khoái löôïng doøng khí gasqstd (std m3/d) löu löôïng theå tích doøng khíVí duï: TEG vaøo contactor ñeå laøm khoâ doøng khí gas 1x10 6 std m3/d ôû 40 o C, 7000kpa, heä s

neùn cuûa khí laø z=0,85, Mw = 19 tính kích côõ contactor duøng bublecaps, strGiaûi:

ρ g = 7000x19/(0,85x8,314x313) = 60 kg/m3v= K s [( ρL - ρ g )/ ρ g ] 0,5 contactor duøng bublecapsv= 0,055[(1120-60)60] 0,5 = 0,23 m/s(K s = 0,055m/s neáu contactor duøng bublecaps)q act = q std P std T act Z act /(86400P act T std )

= 1000000x101x313x0.85/(86400x7000x288)=0.154m3/sd = [4q act /( πv)] 0,5

= [4x0,154/(0,23x3,14)] 0,5 = 0,92mcontactor duøng structured packing(K s = 0,09->0,105)






v=0,095[(1120-60)60] 0,5 =0,39m/shoaëcv= 3/( ρ g ) 0,5 = 3/60 0,5 = 0,39d = [4q act /( πv)] 0,5 = [4x0,154/(0,39x3,14)] 0,5 = 0,71m

Hình 13.4: Structured Parking vaø Bubble cap






Hình 13.5: Ñoà thò tra löu löôïng glycol saïch (N = 1)

Hình 13.6 : Ñoà thò tra löu löôïng glycol saïch (N = 1.5 )







Hình 13.8 Ñoà thò tra löu löôïng glycol saïch (N = 2.5)






PHAÀN 14LAØM KHOÂ KHÍ BAÈNG CHAÁT HAÁP

Laøm khoâ khí baèng glycol hay öùc cheá taïo hydrate baèng methanol thöôøng ñökhí gas vaøo ñöôøng oáng vaän chuyeån ñi xa, coøn laøm khoâ khí baèng chaát haácaáp khi khí coù yeâu caàu cao chaúng haïn nhö dewpoint –50oC tröôùc khi vaøo nhaø maùy NGL, Lphaûi loaïi boû caùc thaønh phaàn khoâng coù lôïi nhö CO2, H2S, COS… ñeå laømquaù trình taäp trung khí gas cho tieáp xuùc vôùi caùc chaát coù khaû naêng giöõ ncaùc chaát haáp phuï naøy laïi nhaû nöôùc khi nhieät ñoä taêng cao. Caùc chaát haáxuùc raát lôùn töø 500 ñeán 800m2 /g.Caùc haát haáp phuï coù theå chia thaønh caùc loai sau:Boxit: laø caùc khoaùng chaát thieân nhieân chöùa chuû yeáu laø Oxyt nhoâm Al2O3 Alumina Oxyt nhoâm hoaït hoaù ñoù laø caùc boxit ñaõ laøm saïch.Gel: laø caùc hôïp chaát caáu taïo töø SiO2,hay alumina gelMolecular Sieves: laø caùc zeolite cuûa potassium, sodium,calciumCharcoal: Than hoaït tính.Choïn löïa chaát haáp phuï:

Vieäc choïn löïa loaïi chaát haáp phuï naøo phuï thuoác vaøo nhieàu yeáu toálöôïng H2S, CO2,…yeâu caàu kinh teá…Theo dewpoint hôi aåm ta coù theå tham khaûo khaû naêng moät vaøi chaát haáp p

Chaát haáp phuï Dewpoint ñaït ñöôïcoCAlumina -73Silica gel -60Molecular sieves -100

Molecular sieves coøn coù theå haáp phuï caû caùc hoãn hôïp chöùa sulfua song nonhieät ñeå giaûi haáp cuõng cao.

Baûng ñaëc tính cuûa caùc chaát haáp phuï tieâu bieåu

Heä thoáng coâng ngheä tieâu bieåu:






Hình 14.1: Sô ñoà coâng ngheä minh hoaï cho cuïm laøm khoâ khí baèng cVôùi heä thoáng ñôn giaûn nhaát goàm hai thaùp thì moät thaùp haáp phuï nöôùc ckhí gas nhieät ñoä cao, thaùp haáp phuï seõ laøm vieäc cho ñeán khi baõo haøo nöô8~24 giôø. Heä thoáng laøm khoâ khí baèng chaát haáp phuï thöôøng phaûi chi phínhö khi vaän haønh hôn heä thoáng laøm khoâ khí baèng glycol, tuy nhieân noù laï

dewpoint thaät thaáp, khi söû lyù H2SChaát haáp phuï ñöôïc taùi sinh baèng caùch thoåi gas (hay khí trô) vaøo thaùp giaû230~320 ñoái vôùi molecule sieve, ñoái vôùi zeolite thì nhieät ñoä leân ñeán 316~3oCDIEÃN BIEÁN TRONG THAÙP HAÁP PHUÏ:






Hình 14.2: caùc vuøng trong thaùp haáp phuïKhi khí gas aåm ñi vaøo thaùp thì toàn taïi ba vuøng trong coät haáp phuï: vuøng 1vuøng naøy chaát haáp phuï ñaõ baõo hoaø nöôùc, vuøng 2 (vuøng MTZ) laø vuøn100% coøn bôø döôùi laø 0%, vuøng 3 laø vuøng hoaït tính hoaøn toaøn khoâng ngMTZ di chuyeån ñeán ñaùy cuûa coät haáp phuï thì quaù trình haáp phuï trong thaùkhoâng löôïng nöôùc trong gas seõ gia taêng.KHAÛ NAÊNG CUÛA CHAÁT HAÁP PHUÏ:Khaû naêng haáp phuï nöôùc cuûa chaát haáp phuï ñöôïc hieåu laø khoái löôïng nökhoái löôïng chaát haáp phuï.Khaû naêng haáp phuï nöôùc tónh: laø khaû naêng haáp phuï nöôùc cuûa chaát haámôùi ôû traïng thaùi tónhfluid flow) (hình 14.3)

Hình:14.3: Ñoà thò tra khaû naêng haáp phuï nöôùc tónh cuûa chaát haáp p Khaû naêng haáp phuï nöôùc ñoäng: laø khaû naêng haáp phuï nöôùc cuûa chaát ha(fluid flow) thöôøng laáy baèng khoaûng 50~70% (Khaû naêng haáp phuï nöôùc tóKhaû naêng höõu ích: ñoù laø khaû naêng cuûa chaát haáp phuï thöïc teá coøn laïi luùc coøn môùi (hình 14.4 cho silica gel)






Hình 14.4: Khaû naêng haáp phu ïhöõu ích suït giaûm theo thôøi gian cuû Khaû naêng höõu ích cuûa chaát haáp phuï coù theå öôùc löôïng nhö sau:x) hB)= xs) hB)-0,45 xs) hZ)

x: Khaû naêng höõu ích toái ña cuûa chaát haáp phuï (wt%)xs: Khaû naêng haáp phuï nöôùc ñoäng trong traïng thaùi baõo hoaø (wt%) = 50~70tónh)hZ: chieàu daøi MTZhB: chieàu daøi coät haáp phuïKhaû naêng höõu ích (x) cuûa moät vaøi chaát haáp phuï coù theå laáy nhö sau:

x (wt%)Nhoâm hoaït tính 5~12Silica gel 5~8Molecular sieve (4A) 7~14

Ñoái vôùi silica gel vaø nhoâm hoaït tính thì xs coøn phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, ñoà thò 14.5. Xnhaân hieäu chænh cho xs






Hình14.5: ñoà thò tra heä soá nhaân hieäu chænh vì nhieät ñoä cho khaû naêng hs cuûasilicagel vaø nhoâm hoaït tính

Ñoái vôùi molecular sieve khi nhieät ñoä beù hôn 70oC thì khoâng caàn phaûi hieäu chænh xs Chieàu daøi MTZ : chieàu daøi MTZ phuï thuoäc thaønh phaàn khí, vaän toác khí, RH, ñoä saïch cuûa coät haáp phuï.Chieàu daøi MTZ coù theå öôùc löôïng nhö sau:

hZ= C)0,115[q

std

0,2389W0,7895RH0,5249/d0,4778][P/ Tz)]0,5506 qstd löu löôïng khí 106std m3/dW löôïng nöôùc baõo hoaø trong khí ôû P,T kgRH ñoä aåm töông ñoái cuûa khí %D ñöôøng kính thaùp haáp phuï mP aùp suaát khí kpaT nhieät ñoä khí oKZ: heä soá neùn khíC heä soá tuyø töøng chaát : silica gel C=1; nhoâm hoaït tính C=0,8; molecular sievTHIEÁT KEÁ THAÙP HAÁP THUÏVôùi heä thoáng giaûn ñôn chæ goàm hai thaùp chæ neân aùp duïng cho löu löôïngkhí ngaøy, khi löu löôïng khí lôùn thì coù theå duøng heä thoáng 3~4 thaùp. Thôøi r vaø thôøi gianhaáp thuï lieân heä nhö sau: tr = ta /(n-1) vôùi n laø soá thaùp. Nhö vaäy soá thaùp n phaûi phgian taùi sinh. Neáu khí baõo hoaø nöôùc thì moät chu kì haáp thuï thöôøng laø 8~khoâ baèng glycol tröôùc ñoù thì moät chu kyø haáp thuï laø khoaûng 24~30 giôøKích thöôùc cuûa thaùp lieân quan ñeán vaän toác khí, suït giaûm aùp suaát cho phPhöông trình Ergun cho ta ñoä suït giaûm aùp suaát theo chieàu daøi nhö sau:

∆P/L = Bµvg+Cρgvg2

∆P/L aùp suaát suït giaûm theo chieàu daøi (kpa/m) [thöôøng vaøo khoaûng 7~10 k∆P khoâng neân vöôït quaù 70kpa.µ ñoä nhôùt khí (cp)

vg vaän toác khí beà maët (m/s)ρg khoái löôïng rieâng khí (kg/m3)B vaø C tuyø theo hình daùng kích côõ haït haáp thuï nhö sau

vg öôùc löôïng nhö sau vg = A/ρg0,5

A = 67 (haït caàu 1/8”)

A = 48 (haït caàu 1/16”)Ñöôøng kính thaùp: d= 4qa/π/vg)0,5 qa löu löôïng thöïc teá ôû aùp suaát vaø nhieät ñoä laøm vieäc (m3/minus)

qa = qs/1440) Ps/P) T/Ts)z (m3/minus)khi ñöôøng kính thaùp ñaõ coù thì chieàu cao coät haáp thuï tính nhö sau:

hB = 400mw/ πxρBd2)hB chieàu cao coät haáp thuï (m)






mw khoái löôïng nöôùc bò haáp thuï trong moät chu kì (kg)x khaû naêng haáp phuï höõu ích (%)ρB khoái löôïng rieâng cuûa chaát haáp phuï (kg/m3)d ñöôøng kính thaùp (m)Chieàu cao cuûa thaùp haáp phuï seõ goàm chieàu cao coät haáp phuï coäng vôùi cñònh vaø khoaûng khoâng caàn thieát (chieàu cao theâm vaøo khoaûng 1~1,5m) xe

Hình 14.6: Caáu taïo cuûa moät thaùp haáp phuïToát nhaát tæ soá hB /d khoaûng 2,5~6

Ví duï: Tính toaùn sô boä cho heä thoáng laøm khoâ khí baèng molecular sieve côõkhí qs= 1x106 std m3/d, T=30oC, P= 6000kpa, z=0.86,γ=0.65,µ=0.014cp, W=720kg/106std m3, giaûsöû duøng hai thaùp song song vaø 12 giôø cho chu kyø haáp phuï.






Hình14.7: Sô ñoà coâng ngheä minh hoaï cho cuïm laøm khoâ khí baèng c Giaûi:ρg = P.Mw/(zRT) = 6000x0,65x28,97/(0,86x8,314x303) = 52,1 kg/m3A = 67 (haït caàu 1/8”)vg = A/ ρg

0,5 = 67/(52,1)0,5 = 9,3 m/minqa = (qs /1440)(Ps /P)(T/Ts)z (m3/minus) = (1000000/1440)(101,3/6000)(303/288)0,86 =Ñöôøng kính thaùp: d= (4qa / π /vg)0,5

= (4x10,6/3,14/9,3)0,5 = 1,2 mLöôïng nöôùc bò haáp phuï trong moät chu kyø laø:mw = (1x106std m3/day)(12h/24h)(720kg/106std m3) = 360 kg H2O/chu kyøchieàu cao coät haáp thuï tính nhö sau:

giaû söû x=10%hB = 400mw /(πxρBd2) = 400x360/(3,14x10x705x1,2x1,2) = 4,5 mtæ soá hB /d = 4,5/1,2 = 3,8 OK!Kieåm trañoä suït giaûm aùp suaát theo chieàu daøi nhö sau:∆P/L = Bµvg+Cρgvg

2 = (4,16)(0.014)(9,3)+(0,00135)(52,1)(9,3)2 = 6,6 kpa / m OK![thöôøng vaøo khoaûng 7~10 kpa/m]

∆P = 6,6x4,5 = 30 kpa khoâng neân vöôït quaù 70kpa. OK!Chieàu daøi MTZ coù theå öôùc löôïng nhö sau:hZ= (C)0,115[qstd

0,2389W0,7895RH0,5249 /d0,4778][P/(Tz)]0,5506 =0,6x0,115[10,23897200,78951000,5249 /1,20,4778][6000/(303x0,86)]0,5506 = 970 mm

giaû söû Khaû naêng haáp phuï nöôùc ñoäng xs khoaûng 63% cuûa(Khaû naêng haáp phuï nöôùc tóKhaû naêng haáp phuï nöôùc tónh tra ñoà thò = 22 % do ñoù xs = 0,63x22 = 14%Thay vaøo (x)=[ (xs)(hB)-0,45(xs)(hZ)]/ hB

= [14x4,5-0,45x14x0,97]/4,5 = 12,6 wt% töông ñöông x giaû söû 10 wtthaùp ñaït yeâu caàu laøm vieäc.






PHAÀN 16MAÙY BÔM

NGUYEÂN LYÙ VAØ PHAÂN LOAÏI BÔM:Nguyeân lyù theå tích:Nguyeân lyù naøy laø taïo ra moät theå tích thay ñoåi töø nhoû ñeán lôùn vaø ngöôbaèng khoâng taêng daàn ñeán giaù trò lôùn nhaát ñoù laø quaù trình naïp löu chaátrò khoâng laø quaù trình neùn ñaåy löu chaát. Cöù moät chu kyø huùt ñaåy bôm vlöu chaát coá ñònh. Trong quaù trình bôm laøm vieäc söï thay ñoåi traïng thaùi cuûcoâng thöùc sau:

PV = const vaø PVk = const.P laø aùp suaát löu chaát, V laø theå tích, k = 1,4 heä soá.Caùc loaïi bôm aùp duïng nguyeân lyù naøy laø: bôm piston, bôm baùnh raêng, bômNguyeân lyù ly taâm:

Hình 14.1 : Maët caét bôm ly taâm nhieàu taàng caùnhNguyeân lyù caùnh naâng:Nguyeân lyù naøy duøng trong thieát keá caùnh maùy bayDoøng chaát loûng chuyeån ñoäng ñeán caùnh vaø bao truøm leân caùnh, caùnh ñöδ so vôùidoøng chaát loûng neân phía treân löng caùnh taïo neân caùc xoaùy löu theå chính taùc ñoäng leân caùnh moät löïc naâng R

Loaïi bôm tieâu bieåu: bôm caùnh naâng (hay bôm höôùng truïc)Nguyeân lyù phun tia:






Nguyeân lyù naøy döïa treân nguyeân taéc baûo toaøn naêng löôïng cuûa doøng löuleân thì aùp suaát giaûm ñi hoaëc ngöôïc laïi, nhö vaäy taïi choã doøng chaûy cuûangoät thì aùp suaát seõ giaûm ta taïo ra khoâng gian coù oáng thoâng vôùi nôi caàn haáy seõ bò huùt theo doøng löu theå vì taïi choã cuïc boä naøy aùp suaát thaáp. CAÙC THOÂNG SOÁ CHÍNH CUÛA BÔM:Coät aùp H head):

Moái lieân heä giöõa ñoä cheânh aùp suaát∆P qua bôm vôùi coät aùp H xaùc ñònh nhö sau:∆P = A. ρ.HH = chieàu cao coät aùp thuyû tónh, m;∆P = P2 - P1 löôïng aùp gia taêng qua bôm kpaA heä soá = 9.81ρ = khoái löôïng rieâng chaát loûng ôû ñieàu kieän ñaàu ra Kg/m3

Coâng suaát yeâu caàu cuûa bôm:Power (kW) = A.(q)(P2- P1)/EA haèng soá heä ñôn vò: = 1E: hieäu suaát cuûa bôm phuï thuoäc loaïi bômq: löu löôïng theå tích qua bôm m3/sCoät aùp huùt choáng xaâm thöïc NPSH:

NPSH (Net Positive Suction Head) taïm goïi laø coät aùp huùt ñaàu vaøo laø

quan troïng trong laép ñaët vaø vaän haønh bôm. Neáu coät aùp huùt ñaàu vaøo bôbôm laøm vieäc hay saûy ra hieän töôïng xaâm thöïc bôm.Xaâm thöïc laø söï phaù huyû lieân tuïc cuûa löu chaát ñoái vôùi beà maët va

huùt ñaàu vaøo höõu ích NPSHA nhoû laøm aùp suaát ñaàu vaøo bôm giaûm xuoáöùng vôùi nhieät ñoä hieän taïi cuûa chaát loûng. Sö bay hôi maõnh lieät cuûa chaáraát lôùn lieân tuïc taùch ra khoûi beà maët vaät lieäu tieáp xuùc vôùi doøng chaåy khoâng ngöøng lao vaøo ñeå theá choã caùc boït khí taùch ra neân va ñaäp thuyû lökim loaïi.

Ñeå traùnh rôi vaøo vuøng hai pha vaø taùch khí, ngöôøi ta phaûi taïo cho suaát boå sung buø cho söï toån hao treân baèng caùch taïo coät aùp thuyû tónh Hbôm nhö hình döôùi






NPSHA ( NPSH höõu ích) seõ ñöôïc tính toaùn cuï theå nhö sau:NPSHA = A(Ps - Pv -∆Pf )/ γ + Hs – Hm - Hac Yeâu caàu : NPSHA> NPSHR

Töø caùc thoâng soá ñaëc tính cuûa bôm ta seõ bieát ñöôïc ñoä cao choáng yeâu caàu : nhaø saûn xuaát cung caáp theo ñoà thò ñaëc tính khi bôm laøm vieäc)thöïc teá phaûi lôùn giaù trò treân.

Hình 14.2: ví duï ñöôøng ñaëc tính laøm vieäc cuûa bôm ly taâmÑieàu khieån löu löôïng maùy bôm ly taâm.

Thay ñoåi aùp suaát baèng caùch ñieàu khieån caøi ñaët aùp suaát ñaàu ra laøñoùng môû van ñaùp öùng nhö hình sau:

Thay ñoåi toác ñoä voøng quay:






Tuaàn hoaøn: trong moät soá tröôøng hôïp khi coâng suaát cuûa maùy bôm lôphaûi hoài moät phaàn chaát loûng töø ñaàu ra bôm trôû laïi ñaàu vaøo bôm ñeå cocaàu coâng ngheä.Ñieàu khieån löu löôïng bôm piston

− Tuaàn hoaøn: hoài löu löôïng.− Thay ñoåi toác ñoä voøng quay truïc.− Thay ñoåi quaõng chaïy cuûa piston.

Hình 14.3 : Bôm nhieàu taàng caùnh naèm ngang hay thaúng ñöù






Hình 14.4 : Bôm moät taàng caùnhSÔ ÑOÀ COÂNG NGHEÄ ÑIEÀU KHIEÅN BÔM:

Hình 14.5 Sô ñoà coâng ngheä ñieàu khieån bôm






PHAÀN 17MAÙY NEÙN KHÍ

1.GIÔÙI THIEÄU:Thöôøng phaûi duøng caùc maùy neùn khí nhaèm gia taêng aùp suaát ñeå vaä

oáng vaän chuyeån. Moät öùng duïng nöõa cuûa maùy neùn khí laø laøm giaûm thevieäc vaän chuyeån khí baèng taøu hay toàn tröõ , maùy neùn khí coù theå taïo aùptrôû laïi væa ñeå duy trì aùp suaát væa. Hai loaïi maùy neùn khí thöôøng duøng troneùn ly taâm vaø maùy neùn piston, ngoaøi ra moät loaïi ñaëc bieät khaùc hay duønMAÙY NEÙN KIEÅU PISTONLoaïi naøy goàm coù piston di ñoäng trong xilanh, chuùng coù hai kieåu: kieåu haøkeùp. Ngoaøi piston vaø xilanh coøn coù caùc van xaû, van huùt, van huùt seõ môûgiaûm xuoáng thaáp hôn aùp suaát khí daãn vaøo, van xaû seõ môû khi aùp suaát traùp suaát xaû.MAÙY NEÙN KHÍ LY TAÂMKieåu maùy neùn ly taâm goàm caùc boä caùnh troän, boä caùnh naøy coù chong ctaám chaén. Caùc chong choùng naøy quay seõ taùc ñoäng vaøo khí laøm taêng aùLoaïi maùy neùn naøy cho doøng lieân tuïc, aùp suaát xaû töø giai ñoaïn ñôn laø 10ñeán 100000sfmLoaïi naøy thích hôïp vôùi qui trình neùn nhieàu giai ñoaïn.EJECTOREjector goàm coù moät voøi phun khí hay hôi ñoäng löïc. Voøi phun naøy phun tia huùt vaøo boä khuyeách taùn coù daïng oáng ventuari:

Hình 17.1 : Ejecter

Khí neùn ñöôïc ñöa vaøo nhôø moät voøi phun khaùc trong buoàng huùt. Hai doønhoãn hôïp coù vaän toác cao, coù aùp suaát cuûa khí ñoäng löïc. Boä khuyeách taùn

thoâng qua vieäc bieán ñoåi vaän toác hoãn hôïp thaønh aùp suaát, laøm cho vaän ttheo chieàu daøi ejector. Nhieät ñoä thay ñoåi gioáng nhö aùp suaát thay ñoåi






CHOÏN LÖÏA MAÙY NEÙNCoù nhieàu thoâng soá caàn ñöôïc xem xeùt khi choïn löïa maùy neùn tuyø thuoäc Heä thoáng neùn khí nhieàu giai ñoaïn coù theå duøng nhieàu maùy neùn kieåu khaPhaàn naøy seõ tìm hieåu caùc ñieàu löu yù khi choïn maùy neùn khí ñoù laø:Tính chaát khíTính chaát khí chaúng haïn nhö laø tæ soá nhieät dung rieâng, tính neùn hay löôïngaûnh höôûng ñeán vieäc choïn maùy neùn khí, tuy nhieân khí coù tæ troïng thaáp thtaâm vaø coù theå caàn phaûi neùn nhieàu giai ñoaïn. Trong khi ñoù khoái löôïng pkhí khoâng aûnh höôûng ñeán loaïi maùy neùn kieåu piston.

Löu löôïng doøng khí:Ñoái vôùi doøng khí löu löôïng cao maùy neùn li taâm coù theå ñöôïc duøng cho cmaùy neùn piston cho caùc giai ñoaïn neùn sau cho aùp suaát cao hôn. Ñoái vôùi dñoái thaáp, maùy neùn piston coù theå duøng trong moïi giai ñoaïn neùn.Khi doøng khí coù löu löôïng thay ñoåi, maùy neùn khí piston coù theå khoâng bò maùy neùn li taâm khoâng laøm vieäc hieäu quaû döôùi 50 ñeán 90% coâng suaát t

Tæ soá neùn vaø aùp suaát vaän haønhDuøng maùy neùn ly taâm coù aùp suaát neùn vöøa phaûi vaø tæ soá neùn thaáp, kcao hôn neân duøng maùy neùn khí piston.Söï thay ñoåi aùp suaát huùt vaø aùp suaát xaû laø raát quan troïng. Ñoái vôùi loaïikhí huùt vaøo thaáp trong khi aùp suaát xaû duy trì khoâng ñoåi, coâng suaát toaøncheânh aùp cuûa toaøn boä caùc giai ñoaïn tröø giai ñoaïn cuoái cuøng bò thaáp ñi,nhieät ñoä ôû giai ñoaïn cuoái cuøng laïi taêng leân. Neáu aùp suaát huùt gia taêng löôïng toaøn boä heä thoáng gia taêng trong khi söï cheânh aùp vaø nhieät ñoä gia tgiaûm ñi.

Trong maùy neùn ly taâm aùp suaát huùt taêng thì aùp suaát xaû cuõng taêng, neáuneùn naøy khoâng neùn ñeán aùp suaát xaû ñöôïc.

Nhieät ñoä vaän haønhMaùy neùn ly taâm neùn keùm hieäu quaû ôû nhieät ñoä cao hay thaáp so vôùi maùpiston coù giôùi haïn nhieät ñoä nhôø nhôùt, tuy nhieân nhieät ñoä xaû phaûi giôùi traùnh cracking daàu nhôøn. Khoâng loaïi maùy naøo khaéc phuïc ñöôïc vaán ñeà ntrung gian giöõa cac giai ñoaïn neùn.

Thieát bò daãn ñoäng maùy neùnNguoàn naêng löôïng ñeå chaïy thieát bò daãn ñoäng maùy neùn cuõng coù taùc ñoneùn. Thoâng thöôøng boä phaän daãn ñoäng ñöôïc choïn döïa vaøo nguoàn naênglöôïng laø ñieän thì coù theå chaïy moâtô ñieän ñeå daãn ñoäng maùy neùn piston, khí ñeå daãn ñoäng maùy neùn ly taâm.Ñoä rung beà maët saønCaùc maùy neùn ly taâm caàn dieän tích maët saøn ít hôn vaø coù ñoä rung töông ñpiston thöôøng sinh ra caùc löïc khoâng caân baèng laøm rung saøn, thieát bò…Caùc chi phí






Chi phí ban ñaàu cho maùy neùn ly taâm thöôøng thaáp hôn maùy neùn khí piston,thaáp neân caùc chi phí söû duïng coù theå cao hôn.CAÁU TAÏO VAØ LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY NEÙN KHÍ LY TAÂM:

Hình 17.2: Caáu taïo vaø laøm vieäc cuûa maùy neùn ly taâmGhi chuù: 1. Loái vaøo cuûa khí thaáp aùp

2. Ñöôøng daãn vaø caùnh daãn giuùp phaân phoái gas ñeàu khaép tröôtieân

3. Taàng caùnh ñaàu tieân gaén vôùi truïc neân ñöôïc quay vôùi vaän totoác gas laøm gia taêng ñoäng naêng, taêng aùp suaát cho gas.

4. Sau ñoù gas ñi vaøo boä khuyeách taùn (diffuser) vaän toác seõ giaûm5.

6.7.8.9.10.11. Loái ra cuûa khí gas coù aùp suaát cao.






CAÁU TAÏO VAØ LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY NEÙN KHÍ PISTON:

Hình 17.3 Caáu taïo maùy neùn piston






Hình 17.4: Van huùt maùy neùn khí piston

Hình 17.5: Moät soá hình aûnh veà maùy neùn khí ly taâm






TÍNH TOAÙN MOÄT SOÁ THOÂNG SOÁ TRONG VIEÄC CHOÏNCoâng suaát maùy neùn khí:Söû duïng moái töông quan ñaúng entropy (tra ñoà thò hay tính toaùn h) ñeå tính co






Wtheor = m(h2isen – h1)m: löu löôïng gas qua maùy neùn (kg/s)h2isen enthanpy ñaàu ra maùy neùn kJ/kg (naèm treân ñöôøng ñaúng entropy s2 = s1h1 enthanpy ñaàu vaøo maùy neùn kJ/kgWact= Wtheor /EE laø hieäu suaát maùy neùnNgöôøi ta coù theå giaûi baøi toaùn naøy qua ñoà thò laäp saün enthanpy vaø entro

Hình 17.6 : Ñoà thò tra h vaø s theo P vaø T cuûa khí töï nhieânVí duï: moät maùy neùn neùn 1x10 6 std m3/d,γ = 0,7, Z = 0,98 töø P1=1Mpa, T1 = 30 0 C leân P2= 3MpaTính coâng suaát vaø nhieät ñoä ñaàu ra, cho E(isentropic)=78% , E (total)= 75%






Giaûi:Töø hình 17.6 taïi P1=1Mpa, T1 = 30 0 C thì h1 = 1000kJ/kmols1=s2 = -18,8kj/(kmol. K)Theo ñöôøng s2 vaø P2= 3Mpa thì h2 isen = 3800 kj/kmol, T2 isen = 100 0 Cm= 1000000/23,64/24 = 1762 kmol/hW act= W theor /E = W theor = m(h2 isen – h1)/E = 1762(3800-1000)/3600/0,75= 1800kWh2

act = h1 + (h2

isen – h1)/E = 1000 + (3800-1000)/0,78= 4600kj/kmol

Taïi h2 act = 4600 vaø P2 = 3Mpa T2 isen = 114 0 C Giaûi theo caùc coâng thöùc giaûi tích nhö sau:

∆hisen = T1zaR[ P2/P1) k-1)/k - 1]k/ k-1)/Mw∆hisen bieán thieân entanpy (kj/kg)T1 nhieät ñoä ñaàu huùt (oK)za heä soá neùn trung bình = (z1+z2)/2 coù theå duøng hình 17.7

Hình 17.7: Ñoà thò tra heä soá neùn z theo P vaø T cuûa khí töï nhieân coùγ khoaûng 0,65~0,75k soá muõ ñoaïn nhieät (soá muõ ñaúng entropy) = Cp/Cv tính nhö sau:

k = ∑yiCpi)/[∑yiCpi)-R]Cpi nhieät dung mol (hình 2.46, 2.47) hoaëc tra töø baûng sau:






Ngoaøi ra khí thieân nhieân ta öôùc löôïng k = 1,3 – 0,31(γ-0,55)Hoaëc khi bieát Mw (lbm/lb-mole) vaø cP (BTU/lb-oF) ta tính k = (Mw*cP)/( Mw*cP – 1,986)

Hoaëc tra ñoà thò hình 17.8 sau:

Hình 17.8: Ñoà thò tra k theo Mw vaø T cho khí hoãn hôïp hydrocacbk ta tra ôû nhieät ñoä T laø giaù trò trung bình ñaàu vaøo vaø ñaàu ra cuûa maùy neNhieät ñoä ñaàu ra maùy neùn öôùc löôïng nhö sau :

Td = T1{1+[ P2/P1) k-1)/ k

-1]/Eisen}Solution 61Eisenlaø hieäu suaát ñaúng entropy ñoái vôùi maùy neùn khí ly taâm vaøo khoaûng 0khí piston toác ñoä cao vaøo khoaûng 0,7~0,75, vôùi maùy neùn khí piston toác ño0,83~0,9. tuy nhieân nhaø cung caáp hay söû duïng hieäu suaát ña höôùng (polytroEisenlaø hieäu suaát ñaúng entropy do ñoù khi caàn chuyeån ñoåi thì duøng ñoà thò h






Hình 17.10 : Moái quan heä giöõaEisen vaø Epoly Ví duï: theo ví duï treân:k = 1,3 – 0,31( γ-0,55) = 1,3 – 0,31(0,7-0,55) = 1,25

∆h isen = T1z aR[(P2/P1) (k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw = 303x0,98x8,314[(3/1) 0,2 -1]x1,25/0,25/(0,7x28,97)= 150 kj/kg

m = (1000000/23,64)(0,7x28,97)/86400 = 9,93 kg/sW = 9,93x150/0,75 = 1986kWT d = T1{1+[(P2/P1) (k-1)/k -1]/E isen }= 303[1+(3 0,2 -1)/0,78] = 398 0 K = 125 0 CTheo coâng thöùc giaûi tích tröïc tieáp sau:

Power/Stage kW) = A/E) [k/ k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[ P2/P1) k-1)/k - 1]A = 11,57 heä soá chuyeån ñoåiE: hieäu suaát toång theå heä thoángQstd

löu löôïng 106 std m3/dza = (z1+z2)/2ví duï : cuõng baøi toaùn treânPower/stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]q std {P s /T s }T 1 z a[(P 2 /P 1 ) (k-1)/k - 1]

=(11,57/0,75)(1.25/0.25)(1)(101.3/288)(303)[(3/1) 0,2 - 1](0,98) = 1980 kW

MOÄT SOÁ THOÂNG SOÁ KHAÙC CHO MAÙY NEÙN LY TAÂMSoá taàng caùnh vaø toác ñoä:Naêng löôïng gia taêng qua moãi taàng caùnh laø :∆h =µu2 /(2A)∆h (kj/kg)µ heä soá naêng löôïng 0,8~1,1u toác ñoä ñænh caùnh (m/s); umax vaøo khoaûng 250~300m/sA haèng soá 1000 J/kg






Ñoái vôùi maùy neùn khí ly taâm nhieàu giai ñoaïn neùn khí töï nhieânµ ~ 1, duøng u = 275m/s thì löôïn∆hgia taêng qua moãi taàng caùnh laø khoaûng 38 kJ/kgÑeå öôùc löôïng ñöôøng kính baùnh coâng taùc nhö sau:d = (q/0,05/u)0,5 d: ñöôøng kính baùnh coâng taùc (m)q: löu löôïng khí ñaàu vaøo (m3/s)Toác ñoä quay maùy neùn coù theå tính nhö sau:N = 60u/d/ π N : rpmVí duï: Caàn moät maùy neùn khí ñeå neùn 2,5x10 6 scmd, khí töï nhieân coùγ = 0,65, aùp suaát huùt 1500aùp suaát xaû 4500kpa, nhieät ñoä khí vaøo 35 0 C , Z avg = 0,95, hieäu suaát E isen = 0,75, haõy tính:

Coät aùp , coâng suaát, nhieät ñoä ñaàu ra, soá baùnh coâng taùc, ñöôøng kínquay.Giaûi:k = 1,3 – 0,31( γ-0,55) = 1,3 – 0,31(0,65-0,55) = 1,27(k-1)/k=0,2126Coät aùp∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw=308x0,95x8,314x[(4500/1500) 0,2126 –1}x1,27/0,27/0,65/29 = 160kJ/kgPower/Stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k - 1]

= (11,57/0,75)(1,27/0,27)2,5(101,3/288)308x0,95[(4500/1500) 0,27/1,27 -1] = 4912kWnhieät ñoä ñaàu ra: T d = T1{1+[(P2/P1) (k-1)k -1]/E isen }

=308[1+(3 0,27/1,27 –1)/0,75]= 416 o K = 143 o Csoá baùnh coâng taùc laø 160/38 ~ 5löu löôïng: q = (2,5x10 6 /86400)(101/1500)(308/288) = 1,98 m3/s

d = (q/0,05/u) 0,5 = (1,98/0,05/275) 0,5 = 0,38 mN = 60u/d/ π

= 60x275/0,38/3,14 = 13785rpmÑIEÀU KHIEÅN LÖU LÖÔÏNG CHO MAÙY NEÙN KHÍ LY TAÂMÑieàu hieån nhieân laø neáu aùp suaát huùt, aùp suaát xaû cuõng nhö löu löôïng khñoåi thì khoâng caàn ñieàu khieån löu löôïng maùy neùn. Nhöng thöïc teá luoân coneân caàn phaûi ñieàu khieån löu löôïng.Caùc thoâng soá thay ñoåi ñoù laø:

Ñieàu kieän huùt: nhieät ñoä, aùp suaát, löu löôïng.Ñieàu kieän xaû: nhieät ñoä, aùp suaát, löu löôïng.Tæ soá neùn: aùp suaát xaû tuyeät ñoái / aùp suaát huùt tuyeät ñoái.Khoái löôïng rieâng khí: ñoái vôùi maùy neùn khí ly taâm aùp suaát taêng leâ

rieâng taêng leân, ñieàu naøy laïi khoâng aûnh höôûng gì vôùi maùy neùn piston.ÑIEÀU KHIEÅN LÖU LÖÔÏNG CHO MAÙY NEÙN ÑÔN (khoâng thay ñoåi toTrong tröôøng hôïp naøy löu löôïng coù theå ñöôïc ñieàu chænh nhôø thay ñohoaøn moät phaàn khí ôû ñaàu ra maùy neùn ngöôïc trôû veà ñaàu vaøo maùy neùn

Coù hai caùch phoå bieán ñeå thay ñoåi tæ soá neùn:-ñieàu chænh khí xaû ra-ñieàu chænh khí huùt vaøo






Caû hai phöông phaùp naøy ñöôïc ñieàu khieån bôûi thieát bò ñieàu khieån noái vôluoân nhaän bieát aùp suaát huùt. Khi coù söï giaûm löu löôïng khí vaøo maùy neùñieàu khieån bieát ñöôïc ñoä suït giaûm aùp suaát lieàn gôûi tín hieäu ñeán van ñielaøm noù ñoùng bôùt laïi taïm thôøi, ñieàu naøy laøm aùp suaát xaû taêng leân cuõgiaûm löu löôïng maùy neùn phuø hôïp vôùi traïng thaùi laøm vieäc môùi. Ngöôïc töông ñöông löu löôïng vaøo maùy taêng leân, thieát bò ñieàu khieån leänh môû thlöôïng ñaàu ra laøm taêng theâm löu löôïng, giaûm aùp suaát huùt, giaûm tæ soá neSô ñoà ñieàu khieån nhö sau:

Thieát bò ñieàu khieån aùp suaát huùt cuõng coøn ñöôïc duøng ñeå ñieàu chænh vatreân ñöôøng oáng huùt (ñaàu vaøo maùy neùn khí) nhö sô ñoà coâng ngheä sau:

Hoaït ñoäng cuûa thieát bò ñieàu khieån van nhö sau: khi löu löôïng khí taêng, aùpñieàu khieån laäp töùc ra leänh cho van tieát löu ñoùng bôùt laïi. khi löu löôïng khíthieát bò ñieàu khieån laäp töùc ra leänh cho van tieát löu môû lôùn hôn.






Thieát bò ñieàu khieån aùp suaát huùt cuõng coøn ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån vañoà

Khi löu löôïng khí giaûm, aùp suaát huùt giaûm, thieát bò ñieàu khieån laäp töùc ra

lôùn hôn ñeå gia taêng löu löôïng khí baèng caùch ñöa moät phaàn löu löôïng ñaàuneùn.ÑIEÀU KHIEÅN LÖU LÖÔÏNG NHÔØ THAY ÑOÅI TOÁC ÑOÄ PHAÀN DAToác ñoä phaàn daãn ñoäng thöôøng ñöôïc ñieàu chænh ñeå giöõ cho aùp suaát huùsau:

Neáu löu löôïng ñeán maùy gia taêng, aùp suaát huùt taêng, thieát bò ñieàu khieån laøm taêng toác ñoä phaàn daãn ñoäng, hay ngöôïc laïi thieát bò ñieàu khieån toác Toác ñoä thay ñoåi phaûi phuø hôïp vôùi giôùi haïn toác ñoä cuûa maùy neùn. Khi thì toác ñoä daãn ñoäng taêng hay giaûm tuyø theo löôïng gas nhieân lieäu cung ca






Hình 17.11: Maùy neùn ly taâm coù phaàn daãn ñoäng laø turbine k

Hình 17.12: Ñöôøng ñaëc tính laøm vieäc cuûa maùy neùn khí ly taÑOÁI VÔÙI MAÙY NEÙN PISTONPhöông phaùp hoài löu löôïng : aùp suaát ñaàu vaøo ñöôïc duy trì baèng vieäc hoài laïi moälaïi ñaàu vaøo caùch naøy khaù ñôn giaûn song khoâng kinh teá vaø laøm nhieät ñoPhöông phaùp duøng van taûi : laø cô caáu kieåm soaùt söï ñoùng môû cuûa caùc van huùt tlöu löôïng (aùp suaát) ít ñi thì moät hay nhieàu van huùt seõ bò laøm keânh (luoân






khí vaøo xilanh bao nhieâu laïi bò ñaåy ra veà khoang huùt baáy nhieâu. Caùc van khieån töï ñoäng phuï thuoäc vaøo aùp suaát hoaëc löu löôïng. Quaù trình thay ñoåtöøng baäc (0%, 50%, 75%, 100%) töông öùng vôùi (0%, 50%, 75%, 100%) soá vaPhöông phaùp ñieàu chænh soá voøng quay cuûa truïc maùy (ñoái vôùi phaàn daãn ñoäng laø ñohay turbine khí thì deã ñieàu chænh toác ñoä hôn laø ñoäng cô ñieän)CHU TRÌNH LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY NEÙN KHÍ PISTON:






PHAÀN 18TURBINE KHÍ

TURBINE KHÍNguyeân lyù hoaït ñoäng turbin khí

Turbine khí laø moät loaïi ñoäng cô nhieät, bieán nhieät naêng thaønh cô naêngtrình nhieät ñoäng (Brayton).Veà caáu truùc: heä thoáng turbine khí goàm ba boä phaän chính sau ñaây:

Maùy neùn khoâng khí duøng ñeå neùn doøng khoâng khí leân aùp suaát caoñoát chaùy nhieân lieäu trong buoàng ñoát.

Buoàng ñoát laø nôi ñoát chaùy nhieân lieäu taïo neân saûn phaåm chaùy coùTurbine khí: ñaây laø nôi maø saûn phaåm chaùy töø buoàng ñoát vaøo oáng

tónh gaén treân thaân turbine), qua oáng taêng toác nhieät ñoä vaø aùp suaát doønñoäng naêng doøng khí taêng leân, sau ñoù doøng khí ñöôïc thoåi vaøo heä thoánturbine (caùnh ñoäng) ôû ñaây ñoäng naêng cuûa doøng khí bieán ñoåi thaønh cô nCaùc quaù trình nhieät ñoäng cuûa ñoäng cô turbine:






Hình 18.1: Chu trình chuyeån ñoåi naêng löôïng cuûa ñoäng cô turbiQuaù trình neùn:

Khoâng khí ñöôïc maùy neùn cuûa turbine huùt vaø neùn leân aùp suaát coù thevuï cho vieäc ñoát chaùy hôi nhieân lieäu, laøm maùt, ñieàu khieån vaø laøm kíntrình naøy ñöôïc bieåu dieãn baèng ñöôøng 1-2.Quaù trình ñoát:

Khí nhieân lieäu ñöôïc hoøa troän ñeàu bôûi löôïng khoâng khí naïp ñöôïc tính tcuûa ñoäng cô vôùi löôïng nhieân lieäu ñöôïc phun vaøo theo tyû leä nhaát ñònh rcuûa turbine. Ñaây laø quaù trình chaùy ñaúng aùp. Treân ñoà thò hình 18.2, quabaèng ñöôøng 2-3.Quaù trình giaõn nôû:

Hoãn hôïp khí chaùy giaõn nôû qua caùc caùnh höôùng doøng (gioáng nhö c

18.3) roài qua caùc taàng caùnh cuûa turbine löïc. Trong quùa trình giaõn nôû vaätheo ñoäng naêng doøng khí taêng leân. Khi taùc ñoäng leân beà maët cuûa caùc cchuyeån hoùa thaønh cô naêng (cuï theå laø moâ men quay). Treân ñoà thò hình 18vôùi ñöôøng 3-4.Quaù trình xaû:

Hoãn hôïp khí chaùy sau khi ñaõ giaõn nôû qua caùc taàng caùnh cuûa turbinTöông öùng vôùi ñöôøng 4-1 treân hình 18.2.






Hình 18.2: Chu trình nhieät ñoäng Brayton- Taïi ñaàu vaøo cuûa maùy neùn: khoâng khí coù nhieät ñoä vaø aùp suaát töông cuûa moâi tröôøng.- Nhieät ñoä vaø aùp suaát cuûa khoâng khí taêng daàn (gaàn nhö tuyeán tính) kmaùy neùn vaø noù ñaït giaù trò cöïc ñaïi taïi buoàng neùn.- Khi ñi vaøo trong buoàng ñoát, khí neùn ñöôïc hoøa troän vôùi hôi nhieân lieäu ñoä cuûa hoãn hôïp khí taêng nhanh sau ñoù giaûm daàn khi giaõn nôû doïc theonhanh hôn khi hoãn hôïp khí chaùy giaõn nôû qua caùc taàng caùnh cuûa turbine

hoùa naêng löôïng (töø ñoäng naêng vaø aùp suaát chaùy cuûa doøng khí bieán thquay cuûa roâto turbine).

Hình 18.3: Taùc duïng caùnh höôùng doøng (nozzle) turbine- Quaù trình giaõn nôû cuûa doøng khí trong buoàng ñoát laø quaù trình ñaúng aùpñoåi töø khi baét ñaàu ñoát cho ñeán khi baét ñaàu ñi vaøo caùc caùnh cuûa turbingoät khi doøng khí giaõn nôû qua caùc taàng caùnh cuûa turbine.- Nhieät ñoä vaø aùp suaát tieáp tuïc giaûm daàn khi doøng khí tieáp tuïc giaõn nôû






Hình 18.4: Quaù trình nhieät ñoäng cuûa ñoäng cô turbine khí






Hình 18.5: Caáu taïo ñoäng cô turbine khí

CHU TRÌNH TURBINE KHÍ CAP NHIET ÑANG AP:Sô ñoà nguyeân lyù:

Hình 18.6 : Chu trình caáp nhieät ñaúng aùp trong turbine khíTöø sô ñoà nguyeân lyù ta thaáy: maùy neùn khoâng khí laøm nhieäm vuï cun

ñoát 2, nhieân lieäu gas ñöôïc phun tröïc tieáp vaøo buoàng ñoát. Quaù trình chaùtrình ñaúng aùp (P = const). Löôïng khoâng khí do maùy neùn khoâng khí cung ctrình chaùy, moät phaàn ñeå laøm giaûm nhieät ñoä cuûa saûn phaåm chaùy tröôù600~800oC.

Saûn phaåm töø buoàng ñoát ñöôïc giaõn nôû ñoaïn nhieät qua oáng taêng toác khi qua oáng taêng toác coù toác ñoä cao ñöôïc thoåi vaøo taàng caùnh ñoäng gabieán thaønh cô naêng laøm quay turbine

Caùc quaù trình nhieät ñoäng cuûa chu trình: (hình 18.2)1-2: quaù trình neùn khí ñoaïn nhieät (s= const) trong maùy neùn khoâng khí, Tm

vôùi m = (k-1)/k2-3: quaù trình caáp nhieät ñaúng aùp (P = const) xaûy ra trong buoàng ñoát. Ncp(T3-T2)

3-4: quaù trình giaõn nôû ñoaïn nhieät trong tuabine khí. T4/T3 = (P4/P3)m do P2 = P3, P1 = P4 neân T4/T3 = (P1/P2)m => T1/T2 = T4/T34-1: quaù trình thaûi nhieät ñaúng aùp ra moâi tröôøng xung quanh. Nhieät löôïnp(T4-T1)Hieäu suaát nhieät lyù thuyeát cuûa chu trình:

Etheor = q1-q2)/q1 = 1- T1/T2) = 1- T4/T3) =1- [1/ P2/P1)m]T: nhieät ñoä (oK)P: aùp suaát tuyeät ñoái (kpa)Nhö vaäy hieäu suaát nhieät seõ taêng khi tæ soá neùn khoâng khí P2/P1 taê

tröôøng khoâng khí T1 cao cuõng laøm giaûm ñaùng keå hieäu suaát.Hieäu suaát nhieät thöïc teá cuûa chu trình:

Ethermal = Wact/ mfLHV)Wact laø coâng thöïc sinh ra treân truïc turbine löïc (kW)mf löu löôïng khoái löôïng cuûa khí gas nhieân lieäu (kg/s)LHV: nhieät chaùy thaáp (kJ/kg)






Ví duï: chu trình caáp nhieät ñaúng aùp lyù töôûng cho turbine Mars 100 coù cavaøo maùy neùn coù aùp suaát 1 bar, t1 = 27 o C, aùp suaát sau khi ra khoûi maùy neùn 16 bar, nhbuoàng ñoát Tmax = 1120 o C. xaùc ñònh nhieät ñoä vaø aùp suaát taïi caùc ñieåm ñaëc trötieâu hao cho maùy neùn khoâng khí vaø hieäu suaát cuûa chu trình:

Giaûi:

Giaûn ñoà T-sP1 = P4 = 1 barP2 = P3 = 16 barT1 = 300 o KT3 = 1393 o KKhoâng khí ñöôïc xem laø khí lyù töôûng loaïi coù hai nguyeân töû neân k = 1,4P = 1,0035kJ/kg ñoäCoâng thöùc tính h = C P Tk = 1,4 => m = 0,2857Coâng tieâu hao cho maùy neùn khoâng khí W comp_air = h2 – h1 = c P (T2-T1)Quaù trình neùn khoâng khí ñöôïc xem laø quaù trình ñoaïn nhieät lyù töôûng sT1/T2 = (P1/P2) m = (1/16) m = 0,45288 (coù theå xem coâng thöùc tính nhieät ñoä

neùn khí)=> T2 = T1/0,45288 = 662 o K






c P = 1,0035kJ/kg ñoäW comp_air = h2 – h1 = c P (T2-T1) = 1,0035(662 – 300) = 363 kJ/kgÑoái vôùi turbine khí thì W turbine = h3 – h4 = c P (T3-T4)T4/T3 = (P4/P3) m = 0,45288 = > T4 = T3x0,45288 = 631 o KW turbine = h3 – h4 = c P (T3-T4) = 1,0035(1393 – 631) = 765kJ/kgCoâng sinh ra cuûa chu trình (cho turbine löïc) W = W turbine - W comp_air= 765 – 363 = 402 kJ/kgHeä soá coâng suaát töï duøng: bwr = W

comp_air / W

tuabine= 363/765 = 0,47 (47%) nhö vaäy pha

coâng suaát ñöôïc duøng cho maùy neùn khoâng khí.Nhieät löôïng caáp vaøo: q1 = c p (T3-T2) = 1,0035(1393 – 662) = 733 kJ/kgNhieät löôïng thaûi ra: q2 = c p (T4-T1) = 1,0035(631 – 300) = 332 kJ/kg.Hieäu suaát nhieät lyù thuyeát cuûa chu trình:E theor = (q1-q2)/q1 = (733 - 332)/733 = 0,55Hay E theor= 1- (T1/T2) = 1- 300/662 = 0,55Hay E theor = W/q1 = 402 / 733 = 0,55 (hieäu suaát naøy bao goàm coâng chaïy m

coâng sinh ra treân truïc turbine löïc)LVH: 1142 Btu/scf1BTU = 1.055056 kJ1 scf = 0.02831685 scm1142 Btu/scf = 1142x1,055056/ 0.02831685 = 42550 kJ/scmPower(site) maát 11% coøn 9935 kW (tính toaùn beân döôùi)löu löôïng khí nhieân lieäu 1,3 m 3 /phuùt

Ethermal = Wact /(mf LHV)= 9935/(1,3x42550) = 0,18 (18%) (18 % nhieät löôïng chaùy ñeå sinh coâng tre

Moät soá loaïi turbine treân theá giôùi:






Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán coâng suaát turbine:Khi noùi ñeán coâng suaát turbine ngöôøi ta thöôøng noùi tôùi coâng suaát höõu

löïc, thoâng soá coâng suaát maø nhaø cheá taïo ñöa ra laø coâng suaát max ôû ñieà(international standards organization) nhö sau:

Nhieät ñoä xung quanh: 15oCÑoä cao so vôùi maët bieån: 0 m






Aùp suaát xung quanh: 101,325 kpa (abs)Ñoä aåm töông ñoái: 0 %Chaát löôïng nhieân lieäu.Trong moät ñieàu kieän thöïc teá thì coâng suaát höõu ích thöïc teá treân truïc p

soá nhaân nhö sau: (hình 18.7 )

Hình 18.7: ñoà thò tra heä soá hieäu chænh coâng suaát höõu ích treân tr






Ví duï: tính coâng suaát höõu ích toái ña cuûa turbine Mars 100 ôû ñieàu kieän laømNhieät ñoä xung quanh: 27 o CÑoä cao so vôùi maët bieån: 50 mCheânh aùp khí vaøo: 100 mm nöôùcÑoä aåm töông ñoái: 0%Cheânh aùp oáng saû : 50mm nöôùc

Coâng suaát ISO 11185 kWGiaûi:Tra ñoà thò hieäu chænh cho ñoä cao 50m heä soá nhaân laø 0,99Cheânh aùp oáng saû : 50mm nöôùc thì heä soá nhaân laø 0,9965Cheânh aùp khí vaøo: 100 mm nöôùc thì heä soá nhaân laø 0,984Nhieät ñoä xung quanh: 27 o C thì heä soá nhaân laø 0,915Do ñoù Power (site max) laø 11185x0,99x0,9965x0,984x0,915 = 9935 kW (maá

Heä thoáng ñieàu khieånHeä thoáng ñieàu khieån ñieän töû nhaèm töï ñoäng hoaù caùc hoaït ñoäng cuûa

duïng. Noù cho pheùp khôûi ñoäng, döøng maùy, vaøo taûi, nhaû taûi cho maùy theñoäng töø caùc vò trí taïi choã hoaëc töø xa. Heä thoáng ñieàu khieån bao goàm thiñieàu khieån ñöôïc laép ñaët trong caùc heä thoáng coù caû heä thoáng ñieän. Caùcbò ñieän, cô - ñieän töû vaø cô – ñieän - thuyû löïc cô baûn. Caáu thaønh chính cuû- Caûm bieán (sensor) caùc loaïi nhö nhieät ñoä, aùp suaát, löu löôïng vaø möùc cuCaûm bieán vò trí, toác ñoä, ñoä rung, nhieät ñoä cuûa keát caáu kim loaïi. Caùc tíntöï (analog) hoaëc tín hieäu soá (digital). Tín hieäu ra ñöôïc chuyeån ñoåi vaø truyetrung taâm PLC hoaëc thieát bò ñieàu khieån vôùi söï hoã trôï cuûa caùc boä truyeàthieát bò baûo veä cô caáu chaáp haønh (safety barrier) hoaëc caùc thieát bò tín hie

Hình 18.8: Sô ñoà heä thoáng ñieàu khieån turbine






Hình 18.9: Sô ñoà heä thoáng ñieàu khieån vaø baûo veä turbine Heä thoáng ñieàu khieån löu löôïng gas nhieân lieäu

Hình 18.10: Sô ñoà ñieàu khieån heä thoáng cung caáp nhieân lieä






Caùc caûm bieán Ngp, Npt, T5, T1, boä so saùnh CJ vaø Ngp setpoint cung cakhieån. Boä ñieàu khieån xöû lyù caùc tín hieäu vaø ñöa ra leänh yeâu caàu baèngcô caáu chaáp haønh (actuator). Actuator ñieàu khieån van tieát löu cung caáp gasquaù trình.

Boä ñieàu khieån naøy goàm caùc chöùc naêng tieáp nhaän tín hieäu ñaàu vaøoñieàu khieån ñuùng, xaùc ñònh möùc ñoä yeâu caàu, tính toaùn tín hieäu ra vôùi gchaáp haønh. Phaân chia ñeán ñaàu ra cô caáu chaáp haønh, mode ñieàu khieån, Ngp, Npt vaø khoái ñieàu khieån coù hoài tieáp cuûa T5.

Hình 18.11: Turbine daãn ñoäng maùy neùn khí






PHAÀN 19EXPANDER

Hình 19.1: Expander

Hình 19.2: Baùnh coâng taùc turbine wheel






Hình 19.3: Maët caét toå hôïp expander-CompressorGas ñi vaøo expander chui qua caùc caùnh theo kieåu höôùng truïc vaø rôøi khoûi truïc. Khi qua caùc caùnh thì khí sinh coâng laøm quay caùc baùnh töø ñoù laøm qusinh ra treân truïc naøy seõ daãn ñoäng maùy neùn khí ly taâm, hoaëc laø maùy phaexpander laø khaù cao ñeán 85% (Eisen)ÖÙNG DUÏNG:Expander ñöôïc duøng trong coâng ngheä thu hoài NGL (C2+, C3+), hay giaùm sa

Hình 19.4 : Coâng ngheä duøng expander giaùm saùt dewpoint.






Hình 19.5: Sô ñoà coâng ngheä ñôn giaûn duøng expander trong thu hoQUI TRÌNH TÍNH TOAÙN EXPANDER:

Döõ lieäu ñaõ bieát laø thaønh phaàn khí vaøo yi, T1, P1, P2

töø P1, T1 tính ra h1, s1vì laø ñaúng entropy neân s2 = s1coù s2, P2 tính ra T2, h2 = h2isen coâng sinh ra W = m(∆hisen)Eisen = m(h2-h1)Eisen = m(h2isen – h1)Eisen Tính laïi h2act = h3 = h1+ (h2isen – h1)Eisen Coù P2, h3 = h2act tính T3 = Tact






Tuy nhieân khí qua expander nhieät ñoä giaûm raát nhieàu neân doøng khí ra thöôøtính toaùn seõ trôû neân raát phöùc taïp do ñoù ngöôøi ta thöôøng giaûi quyeát treâVí duï: Moät doøng khí 1x10 6 std m3/d Mw = 16, qua expander P1 = 70bar, P2 = 20 bar, T1o C,E isen = 0,82Giaûi:Töø P1, T1 tính h1 = 518kJ/kg vaø s1 = 9,08 kJ/kg.o Ks2 = s1 = 9,08 kJ/kg.o Kcoù s2, P2 tính ra T2 = -70 o C , h2 = h2 isen = 380 kJ/kgm = 1x1762x16 = 7,83 kg/scoâng sinh ra -W = m( ∆h isen )E isen = m(h2-h1)E isen = m(h2 isen – h1)E isen

= 7,83 (380 – 518)0,82 = -890 kWcoâng sinh ra laø 890 kWh2 act = h3 = h1+ (h2 isen – h1)E isen = 518 + (380 – 518)0,82 = 405 kJ/kgCoù P2, h3 = h2 act tính T3 = T act = -60 o C






PHAÀN 20HE THONG LAM LANH

Heä thoáng laïnh laø caàn thieát trong caùc coâng ngheä daàu khí döôùi ñaây:- Laøm laïnh doøng khí trong vieäc chieát xuaát NGL- Laøm laïnh doøng khí trong vieäc giaùm saùt dewpoint

- Baûo quaûn saûn phaåm LPG

- Hoaù loûng khí LNG -

Trong coâng ngheä daàu khí heä thoáng laïnh ñöôïc söû duïng nhieàu ñoù laø heä tnhö hình 20.1 sau:

Hình 20.1: Heä thoáng laøm laïnh ñôn giaûn duøng maùy neùn ñôTrong sô ñoà treân taùc nhaân laïnh qua JT van giaõn nôû nhieät ñoä giaûm suoángoC thaáp hônnhieät ñoä caàn haï cuûa khí coâng ngheä. Trong thieát bò trao ñoåi nhieät (chiller)chuùng seõ nhaän nhieät, khi ra khoûi chiller seõ laøhôi baõo hoaø, hôi naøy vaøo hôi quaù nhieät neân caàn laøm maùt (condenser) cho hôi trôû veà loûng baõo hoaøBieåu dieãn quaù trình treân treân giaûn ñoà P-H nhö sau:

ñeå laøm laïnh saâu hôn ngöôøi ta hay duøng expander nhö ví duï sau:





Hình 20.2 : Duøng expander trong yeâu caàu dewpoint thaápÑeå tính toaùn caùc quaù trình treân ta aùp duïng caùc qui trình, coâng thöùc ñaõ nCuïm JT van vaø Chiller


giáo trình công nghệ khai thác dầu khí

Documents