TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HĨA KỸ THUẬT
NGÀNH: Cơng Nghệ Chế Biến Dầu & Khí

ĐỀ TÀI
Thiết kế hệ thống bảo vệ thiết bị và hệ thống gom khí xả (Flare)
cho giàn ST-PIP

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Thanh
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Bá Hùng
Lớp: 10H5


Đồ Án Tốt Nghiệp

2

Ngành CNHH Dầu & Khí

Lời Cảm Ơn
-----  ----Được cầm trên tay tập báo cáo đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay, niềm mơ ước từ cách
đây rất lâu rồi, những cảm xúc thật khó tả, sự vui sướng và niềm biết ơn vô cùng.
Bởi lẻ không có sự thành cơng nào mà khơng gắn liền với sự hỗ trợ và giúp đỡ dù ít
hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp
Em xin chân thành gởi lời biết ơn sâu sắc nhất tới các thầy cô trong bộ mơn Cơng
nghệ chế biến Dầu & Khí trường đại học BKĐN, các thầy cơ, bằng tấm lịng của
mình đã truyền thụ cho em những kiến thức quý báu về các mơn học, và hơn thế
nữa, đó là những kiến thức về cuộc sống để chúng em vững bước trên đường đời.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đến ban lãnh đạo cơng ty Technip Viet
Nam đã cho em cơ hội được làm đồ án tốt nghiệp tại cơng ty. Trong q trình làm
việc tại đây đã hỗ trợ em rất nhiều, tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành đề tài này.

Chân thành cảm ơn anh TS Lê Bá Hùng – Kĩ sư công nghệ, công ty Technip Viet
Nam, là người trực tiếp hướng dẫn em trong đề tài này. Tuy trong thời gian này, dù
bận rộn công việc rất nhiều nhưng lúc nào anh cũng nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn và
truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý giá của mình cho em.
Cảm ơn anh Ngọc, anh Trực, chị Phượng là những cựu sinh viên khóa trước đang
làm việc tại công ty, cùng các anh chị trong phịng kĩ thuật của cơng ty đã giải đáp
tận tình những lúc em gặp khó khăn. Các anh chị cũng đã giúp em hịa nhập vào
mơi trường làm việc cơng ty khi những ngày đầu cịn bỡ ngỡ.
Xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln là điểm tựa, nguồn động viên giúp em vượt qua
nhiều khó khăn trong thời gian qua.
Cuối cùng, em xin chúc quý thầy cô, ban lãnh đạo công ty Technip Viet Nam, các
anh chị trong phịng kĩ thuật của cơng ty ln dồi dào sức khỏe và có nhiều thành
cơng trong cơng việc, niềm hạnh phúc trong cuộc sống.
Chân thành cảm ơn!

Nguyễn Văn Thanh

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

3

Ngành CNHH Dầu & Khí

Mục Lục
LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
LỜI MỞ ĐẦU
TỪ VIẾT TẮT

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

4

Ngành CNHH Dầu & Khí

Danh Mục Các Bảng Biểu

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

5

Ngành CNHH Dầu & Khí


Danh Mục Các Hình Ảnh

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

6

Ngành CNHH Dầu & Khí

Lời Mở Đầu
Khai thác và sử dụng các sản phẩm dầu khí là một bước tiến vĩ đại trong lịch sử
phát triển của loài người, là một cuộc cách mạng về năng lượng. Nó thực sự được
bắt đầu là từ năm 1859 khi giếng dầu đầu tiên ‘Drake Well’ được khoan thành công,
và cuối thế kỉ thứ 19, việc sử dụng các sản phẩm dầu mỏ đã dần thay thế các nguồn
năng lượng khác trong nền công nghiệp thế giới. Nhu cầu về năng lượng này mỗi
ngày một tăng và trở thành một trong những lĩnh vực được ưu tiên hàng đầu của
mỗi quốc gia.
Tại Việt Nam, từ khi mỏ Bạch Hổ chính thức cho dòng sản phẩm đầu tiên vào ngày
26/6/1986, ngành khai thác dầu khí của chúng ta đã phát triển không ngừng từ việc
tăng cường sản lượng khai thác và tìm kiếm khai thác thêm nhiều mỏ mới, bên cạnh
đó công tác nghiên cứu, chuyển giao công nghệ cũng được chú trọng phát triển. Với
chủ trương hiện nay, khuyến khích các cơng ty nước ngồi tham gia đầu tư cũng
nhưng tăng cường năng lực cạnh tranh của các công ty dầu khí trong nước, ngành
dầu khí của chúng ta đang có một tương lai phát triển đầy hứa hẹn.
Với bản thân tơi, thật may mắn khi được có cơ hội học tập và thực hiện đồ án tốt
nghiệp tại Công ty Technip Việt Nam – là công ty hàng đầu về tư vấn và thiết kế

dầu khí với đề tài: “Thiết kế hệ thống bảo vệ thiết bị và hệ thống gom khí xả (Flare)
cho giàn ST-PIP”. Đây là một đề tài thiết thực, liên quan trực tiếp đến vấn đề khai
thác dầu khí và có những ứng dụng rộng rãi, có thể được áp dụng vào cho các giàn
khai thác trên biển cũng như các nhà máy liên quan đến việc sử dụng dầu mỏ và khí
trên bờ.
Trong quá trình làm việc, với sự hỗ trợ hết sức nhiệt tình từ các anh chị trong cơng
ty và sự nổ lực phấn đấu của bản thân, tuy nhiên vì là một đề tài mới nên bài báo
cáo sẽ không tránh khỏi thiếu sót. Kính mong q thầy cơ, anh chị và các bạn đóng
góp ý kiến để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn!

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

7

Ngành CNHH Dầu & Khí

Từ Viết Tắt:
ANSI: American National Standard Institude
API: American Petroleum Institude
BDV: Blowdown Valve
CLJOC: Cưu Long JOC (Joint Operating Company)
DN: Diameter Nominal
EPCI: Engineering Procurement Construction Installation
FEED: Front End Engineering Design

FPSO: Floating Production Storage and Offloading
FWS: Full well stream
GOR: Gas/Oil Ratio
HC: Hydrocarbon
HP - LP: Hight Pressure – Low Pressure
ID: Inside Diameter
JT: Joule Thomson
MMSCFD: Milion Standard Cubic Feet per Day
MPFM: Multi-Phase Flow Meter
OD: Outside Diameter
PCV: Pressure Control Valve
PFD: Process Flow Diagram
PSV: Pressure Safety Valve
P&ID: Piping and Instrument Diagram
SDV: Shutdown Valve
ST-PIP: Sư Tử Trắng – Production Injection Platform
STV: Sư Tử Vàng
VTA: Vendor To Advise
WGR: Water/gas Ratio

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

8

Ngành CNHH Dầu & Khí


Các Đơn Vị Sử Dụng Trong Bài Báo Cáo
Đại lượng

Hệ SI

Nhiệt độ

K

Khối lượng

Kg

Thời gian

Công thức chuyển đổi
K = oC + 273.25
°R = 5/9.K
1 lb = 0.4535924 kg

Đơn vị khác
o

C
R
lb

o


1 MT = 103 kg

MT

1 bar = 105 Pa

Bar

1 Psi = 6894.757 Pa

Psi

1 inch = 0.0254 m
1 ft = 0,3048 m
1 bbl = 0.1589873 m3
1 MMSCF = 28316.88 m3
1 MMSCFD = 1179.87
m3/h
1 BPD = 0.00662447 m3/h

inch
ft
bbl
MMSCF

s

Áp suất

Pa


Chiều dài

m

Thể tích

m3

Lưu lượng thể
tích

m3/h

Năng lượng

MMSCFD
BPD

j

Cơng suất

W

1 HP = 74517 W

HP

Độ nhớt động lực


Pa.s

1 cP = 10-3 Pa.s

cP

Góc

rad
1 rpm = π/30 rad/s

rpm

Vận tốc quay

rad/s

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 1.

9

Ngành CNHH Dầu & Khí


GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Công ty technip viet nam
Technip là một trong những công ty lớn nhất, chuyên cung cấp các dịch vụ thiết kế
công nghệ và xây dựng liên qua đến dầu khí, hóa dầu và các ngành cơng nghiệp
khác. Với đội ngũ nhân lực khoảng 23000 người trên toàn thế giới, lợi nhuận hằng
năm vào khoảng 6 tỷ EUR và trải rộng trên khắp năm châu lục. Technip dẫn đầu tại
Châu Âu và nằm trong top 5 trên thế giới trong lĩnh vực này.
Technip có mặt tại Việt Nam từ năm 1994 khi ký hợp đồng giám sát về kỹ thuật,
mua sắm và xây dựng (EPC) của nhà máy xi-măng Bút Sơn cho Tổng công ty tư
vấn xây dựng Việt Nam (VNCC) sử dụng công nghệ độc quyền của Technip.
Sau đó, Technip mở hai văn phịng đại diện, một ở Hà Nội, một ở thành phố Hồ Chí
Minh nhằm hỗ trợ sự phát triển kinh doanh của mình tại Việt Nam.
Năm 2002, Technip Italy - một chi nhánh của tập tồn Technip đã ký hợp đồng trọn
gói EPC cho việc xây dựng khu phức hợp nhà máy đạm tại Phú Mỹ.
Năm 2005, Technip lại giành được hợp đồng uy tín trọn gói EPC để xây dựng nhà
máy lọc dầu cho Tập đồn Dầu khí Việt Nam, nhà máy lọc dầu Dung Quất. Hợp
đồng này vào khoảng 2 tỷ USD là hợp đồng EPC lớn nhất từ trước tới giờ tại Việt
Nam.
Tháng 1/2010, Technip đã đăng ký thành lập công ty tại Việt Nam nhằm cung cấp
các dịch vụ kỹ thuật cho cơng nghiệp dầu và khí, cả trên đất liền và ngồi khơi cũng
như các nghành cơng nghiệp khác nói chung.
Hiện nay văn phịng cơng ty nằm tại: 72-74 Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 3, Tp Hồ
Chí Minh.
Các bộ phận trong cơng ty Technip Việt Nam
-

Kế tốn (Accounting)
Nhân sự (Admin & HR)

Phát triển kinh doanh (Business Development)
Xây dựng/Dân dụng (Construction/Civil)
Điện (Electrical)
Mơi trường, an tồn, sức khỏe (HSE)
Điều khiển tự động (Instrument)
Cơng nghệ thơng tin (IT)
Cơ khí (Mechanical)
Thiết kế đường ống (Piping)

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

-

10

Ngành CNHH Dầu & Khí

Dự án (Planning)
Cơng nghệ (Processing)
Mua sắm trang thiết bị (Procurement)
Thư ký (Secrectary)
Kết cấu (Structural)

1.2 Tổng quan về các quá trình trong offshore


Hình 1.1: Tổng quan các quá trình trong offshore
Thuyết minh quá trình: dầu và khí được khai thác từ các giếng trong lòng đất dưới
đáy biển theo các ống dẫn lên trên các đầu giếng (Wellheads), sau đó chúng được
dẫn vào hệ thống ống Manifold (Production/Test manifold) để đưa về giàn xử lý. Ở
đây, hỗn hợp dầu và khí được tách sơ bộ bằng các thiết bị tách dạng bình
(Separator) cho giàn chính hay dạng đường ống (Slug Catcher) cho giàn phụ (giàn
thu gom). Khí tách ra được đưa qua các quá trình xử lý khí như: tách khí axit (H 2S),
loại bỏ thủy ngân, tách nước bằng dung môi (TEG) hay bằng chất làm khô tùy
thuộc vào thành phần của các cấu tử này cũng như yêu cầu của từng công nghệ. Có
một phần khí được điều chỉnh nhiệt độ điểm sương bằng các phương pháp như cho
dịng khí qua van JT, qua thiết bị giãn nở, hay thiết bị làm lạnh để tách lỏng, tránh
hiện tượng xuất hiện lỏng trong q trình nén khí. Tiếp đó, khí được nén đến áp suất
cần thiết rồi đi vào đường ống dẫn khí. Dầu được tách ra từ thiết bị tách được đưa
qua tháp ổn định để tách triệt để thêm các phần nhẹ có trong dầu. Dịng dầu được

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

11

Ngành CNHH Dầu & Khí

đưa đến đường ống dẫn để bán hoặc được xử lý thành các sản phẩm khác nhau tại
các nhà máy trong bờ. Nước được đưa đến quá trình xử lý nước như: tách dầu có
trong nước bằng thiết bị tách dầu dạng tấm gợn sóng (Corrugated Plate Interception
- CPI) hay loại bỏ các chất rắn có trong nước bằng các thiết bị tách rắn trong lỏng

(Hydrocyclones). Nước có thể đổ ra biển (khi đạt tiêu chuẩn môi trường) hoặc bơm
vào lại các giếng dầu đã bỏ.
1.3 Giàn khoan
Là một cấu trúc được dùng để khoan các giếng để khai thác và xử lý dầu, khí thiên
nhiên, và chứa dầu tạm trong khi chờ chuyên chờ đến nơi chế biến hoặc bán ra thị
trường hoặc kết nối với các hệ thống ống dẫn sản phẩm vào bờ. Trong nhiều trường
hợp, giàn khoan còn các phân khu chức năng khác như nhà ở cho đội ngũ nhân
viên.
Tùy theo hồn cảnh, giàn khoan có thể được cố định với đáy biển hoặc có thể ở chế
độ trơi nổi.

Hình 1.2: Các loại giàn khoan trong khai thác dầu khí
1, 2) Giàn khoan cố định truyền thống:
3) Tháp khoan
4, 5) vertically moored tension leg and mini-tension leg platform
6) Spar
7,8) bán tiềm thủy
9) Hệ thống chứa nổi
10) sub-sea completion and tie-back to host facility.

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

12

Ngành CNHH Dầu & Khí


1.4 Dự án su tu trang full field development - phase 1
Dự án phát triển toàn mỏ STT giai đoạn 1 là dự án nằm trong kế hoạch phát triển
mỏ Sư Tử Trắng do Cửu Long JOC làm chủ đầu tư, PTSC M&C là nhà thầu mua
sắm vật tư, thi công, chế tạo. Mỏ STT được phát triển từ năm 2012 với giàn WHPC, tồn bộ sản phẩm (gồm condensate: 6000 BBD, khí đồng hành: 50 MMSCFD)
được dẫn về xử lý tại CPP của mỏ STV thông qua đường ống hai pha 12’’.
Mục đích của dự án này là tăng cường sản lượng khai thác của condensate mà vẫn
giữ nguyên sản lượng khí trong khi áp suất mỏ mỗi ngày một giảm, đây cũng là
thách thức của dự án. Bởi vì, trong quá trình khai thác, áp suất của mỏ sẽ bị giảm,
làm dầu không thể tự phun lên được. Để giải quyết vấn đề này, ta phải nén lại một
phần của dòng khí khai thác được trở lại mỏ.
Trong dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 01, PTSC M&C sẽ thực hiện
tổng thầu EPCI cho các hạng mục: Giàn nén ST PIP gồm 01 Chân đế 4 chân, nặng
khoảng 2500 MT; 01 khối thượng tầng nặng khoảng 4100 MT, hệ thống cọc khoảng
1600 MT, hệ thống ống tách nước 300 MT; giàn nhà ở ST-LQ với chân đế khoảng
950MT và khối thượng tầng khoảng 1250 MT; 02 cầu dẫn từ giàn nén ST PIP nối
tới giàn nhà ở ST-LQ và từ giàn nén ST PIP nối tới giàn STT LTPTP (đã có sẵn),
mỗi cầu dẫn dài khoảng 100m, nặng 120 MT.
Sau khi hoàn thành, dự án sẽ đáp ứng sản lượng khai thác của condensate: 25000
BBD, khí đồng hành: 50 MMSCFD (khai thác lên 150 MMSCFD và tiến hành nén
trở lại bể 100 MMSCFD).
1.5 Hệ thống flare trên giàn ST-PIP
1.5.1 Các mức cảnh báo sự cố trên giàn
Trong q trình hoạt động của giàn, ta khơng thể biết được sự cố sẽ xuất hiện lúc
nào và mức độ ra sao? Để đảm bảo an toàn, các giả định được đặt ra và các thao tác
xử lý tương ứng ln là điều rất quan trọng cho q trình vận hành an tồn. Vì vậy,
trong q trình thiết kế, việc phân tích các sự cố để có những hệ thống an tồn được
vận hành nhằm xử lý sự cố đó cũng vơ cùng cần thiết.
Trong q trình xử lý sự cố, tiến hành cách ly và tạm dừng hệ thống là cách làm
nhanh và an toàn nhất, tuy nhiên việc khởi động lại hệ thống cũng là rất tốn kém và

phức tạp, ảnh hưởng đến lợi nhuận của công ty. Bởi lẻ đó, những hệ thống an tồn
trên giàn được sắp xếp theo những cấp độ khác nhau. Lấy một ví dụ: Khi có một
đám cháy nhỏ xảy ra gần bình tách, khi tín hiệu chưa được người vận hành tiếp

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

13

Ngành CNHH Dầu & Khí

nhận và xử lý thì rủi ro vỡ bình tách do áp suất trong bình tăng đột ngột. Vì vậy, quá
trình thiết kế ta phải tính tốn lắp đặt PSV cho bình tách, khi đó, dù người vận hành
chưa can thiệp gì thì PSV cũng đã tự động bảo vệ bình tách cho người vận hành có
thời gian xử lý tiếp theo tùy vào mức độ của sự cố.
Trên giàn ST-PIP, các mức sự cố được chia ra thành những cấp, mức độ như sau:
• Mức ESD 4: Tạm dừng cụm thiết bị.
• Mức ESD 3: Dừng tồn bộ hệ thống cơng nghệ theo đúng trình tự vận hành,
đóng tất cả các SDV, XV (van chặn), dừng tất cả các bơm, máy nén. Các q
trình cơng nghệ dừng hồn tồn nhưng chưa tiến hành Blowdown
• Mức ESD 2: Dừng khẩn cấp hệ thống cơng nghệ và mở hệ thống Blowdown
tồn giàn.
• Mức ESD 1A/B: Dừng toàn bộ hệ thống đang làm việc trên giàn, xả khí khẩn
cấp.
• Mức PAF: Chuẩn bị rời bỏ giàn, bảo đảm tính mạng của con người.
Chú ý: Các mức cảnh báo nguy hiểm hơn được chuẩn bị trong tư thế sẵn sàng

nhưng sẽ tiến hành các mức thấp hơn trước để đảm bảo trong tình huống xấu nhất.
1.5.2 Hệ thống flare và vai trị của nó
Là hệ thống các PSVs, BDVs, các đường ống dẫn, bình tách KO drum, flare tip
được kết nối với nhau thành một hệ thống liên tục, khơng bị nghẽn.

Hình 1.3: Hệ thống flare

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

14

Ngành CNHH Dầu & Khí

Nhiệm vụ chính của hệ thống flare là thu gom các nguồn HC xả ra từ hệ thống cơng
nghệ trong q trình vận bình thường hoặc trong quá trình xử lý sự cố sau đó dẫn về
bình tách (KO drum) thu hồi dịng HC lỏng bị kéo theo, rồi sau đó đốt gần như tồn
bộ lượng khí HC để đáp ứng u cầu về chất lượng khí thải, tránh thải trực tiếp ra
mơi trường tự nhiên.
Trên giàn ST-PIP, hai hệ thống flare là HP Flare và LP flare đảm bảo nhiệm vụ bảo
vệ thiết bị và an toàn cho giàn. Thu gom và đốt lượng khí xả để đảm bảo các tiêu
chuẩn mơi tường trước khi thải ra

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh



Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 2.

15

Ngành CNHH Dầu & Khí

MƠ PHỎNG SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ

2.1 Cơ sở dữ liệu
2.1.1 Thơng số về mỏ STT
Số liệu về mỏ được cung cấp từ phía nhà đầu tư (Cửu Long JOC).
Bảng 2.1: Thơng số về điều kiện tự nhiên của mỏ Sư Tử Trắng

Trong q trình mơ phỏng có các chú ý như sau:
• Cho trường hợp tính tốn an tồn hay trường hợp nhiệt độ thấp nhất ta lấy
nhiệt độ mỏ là 80oC
• Áp suất và nhiệt độ trong q trình mơ phỏng giàn tính tại ‘CHOCK
DOWNSTREAM’ là 91 barg, 118/80 oC (Max/Min)
• Số liệu về CGR ở điều kiện (90 barg/118 oC ) tại bình tách thì được thống
nhất theo hợp đồng với CLJOC kí ngày 5/9/2014
• Số liệu tỉ số WGR lấy tại điều kiện của bình tách

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh



Đồ Án Tốt Nghiệp

16

Ngành CNHH Dầu & Khí

2.1.2 Thành phần của dòng từ miệng giếng
Thành phần của HC được cho trong bảng sau:
Bảng 2.2: Thành phần của mỏ Sử Tử Trắng

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

17

Ngành CNHH Dầu & Khí

2.1.3 Mơ hình nhiệt động
Với hệ cấu tử của mỏ chủ yếu là các HC, điều kiện áp suất và nhiệt độ cao nên lựa
chọn mơ hình Peng Robinson cho q trình mơ phỏng.
2.2 Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ công nghệ của giàn ST-PIP gồm các thiết bị nhằm thực hiện các nhiệm vụ
sau:
• Bình tách khí-lỏng để tách pha
• Hệ thống máy nén khí quay lại giếng dầu (máy nén 2 cấp)

• Cụm Fuel gas cung cấp khí đốt cho các máy nén cũng như nhu cầu năng
lượng cho toàn giàn ST-PIP và ST-LQ.
• Hệ thống phụ trợ (khơng tiến hành mơ phỏng)

Hình 2.4: Sơ đồ cơng nghệ của giàn
Thuyết minh sơ đồ: Dịng FWS từ production manifold được dẫn về bình tách, tại
đây, khí-lỏng sẽ được tách ra dưới áp suất 91 barg, nhiệt độ khoảng 118 oC. Dòng
lỏng (condensate) được dẫn về export line để vận chuyển về CPP của giàn STV.
Q trình cơng nghệ trên giàn chủ yếu là xử lý dịng khí để cung cấp fuel gas cho
giàn, cung cấp dịng khí nén lại mỏ. Dịng khí được chia làm 3 dòng:

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

18

Ngành CNHH Dầu & Khí

• Dịng khí sản phẩm: 50 MMSCFD được dẫn export line để vận chuyển cùng
dịng condensate về CPP của mỏ STV.
• Dịng khí làm nguyên liệu cho cụm xử lý fuel gas. Đầu tiên là làm lạnh dịng
khí sau đó dẫn qua van giảm áp để giảm áp suất của dòng xuống 38 barg
trước khi vào bình tách lỏng. Phần lỏng sau đó được bơm đẩy về export line
để vận chuyển cùng dòng condensate. Phần khí tiếp tục được dẫn qua filter
để loại bỏ sách các tạp chất mang theo trước khi được gia nhiệt. Mục đích
của việc gia nhiệt nhằm nâng nhiệt độ của dịng khí lên trên nhiệt độ điểm

sương trước khi cung cấp cho các nơi tiêu thụ như power generator turbin,
gas compressor turbin thông qua ống phân phối. Lưu ý rằng, fuel gas cũng
cung cấp khí để purging đường ống header của HP/LP flare, ignitor sau khi
đã qua van giảm áp
• Dịng khí chủ yếu là dịng đến hệ thống máy nén để tăng áp rồi nén lại vào
trong mỏ. Hệ thống máy nén gồm hai cấp nâng áp suất của dịng khí lên 525
barg. Các hệ thống intercooler và bình tách lỏng được lắp trước mỗi cấp nén
để bảo vệ máy nén. Máy nén sử dụng động cơ turbin sử dụng fuel gas để
hoạt động.
2.3 Mô phỏng công nghệ giàn ST-PIP bằng hysys
Để tiến hành mô phỏng, ta bám sát theo các dữ liệu đã được trình bày ở trên, mục
đích của sơ đồ mơ phỏng này là để có các số liệu dịng phục vụ cho q trình tính
tốn, thiết kế hệ thống HP Flare và LP Flare nên sẽ không đi sâu vào các chi tiết
không cần thiết.
2.3.1 Tạo dòng nguyên liệu khai thác từ mỏ
Bước 1: Lựa chọn cấu tử và thiết lập thêm các cấu tử giả theo bảng thành phần đã
trình bày ở mục 2.1.2
• Trong phần thêm cấu tử, các cấu tử ‘traditional component’ có sẵn trong
hysys ta chỉ việc lựa chọn và add vào
• Đối với các ‘hypocomponent’ ta vào mục Hypothetical và tạo ra một
hypogroup rồi tiếp tục tạo thêm các hypocomponent với các thông số Normal
boiling point, Molecular weight, Liquid density.
Bước 2: Chọn mơ hình nhiệt động.
Ở đây ta sử dụng 2 mơ hình nhiệt động Peng Robinson theo mặt định của Hysys và
mơ hình PengRobinson có hiệu chỉnh Tuning Factor bằng 1.2

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh



Đồ Án Tốt Nghiệp

19

Ngành CNHH Dầu & Khí

Bước 3: Tạo dịng ngun liệu
Với thành phần đã cho chỉ có phần khô (dry basic), ta phải bổ sung nước vào cho
tới đúng tỉ lệ. Vì trong thực tế, ln ln có một phần nước còn lẫn trong dầu và tỉ
lệ này được cho là 10 bbl/MMSCF. Để xử lý việc này ta sử dụng cơng cụ Adjust cụ
thể như sau.
• Tạo dịng có tên ‘feed’ với thành phần đã cho trong bảng thành phần của HC
trong mỏ như mục 2.1.2. Điều kiện áp suất, nhiệt độ sẽ là 91 barg, 118 oC. Vì
lưu lượng chưa được xác định nên ta nhập một con số bất kỳ (sẽ được hiệu
chỉnh lại trong phần sau)
• Tạo một dịng nước ‘free water’ với áp suất cũng là 91 barg.
• Trộn hai dịng trên lại với nhau bằng thiết bị mix ta có dịng ‘real feed’với
nhiệt độ cài đặt là 118 oC. Nhiệm vụ đặt ra ở đây là điều chỉnh lượng nước
sao cho tỉ lệ WGR của dịng ‘real feed’ là 10 bbl/MMSCF
• Dùng spread sheet, khởi tạo các biến như sau.

Hình 2.5: Các biến tính WGR và CGR trong spread sheet.
Như vậy ta sẽ tính đơn giản cho WGR của dịng ‘real feed’ chính bằng B 1/B3
và CGR = B2/B3.
• Sử dụng cơng cụ Adjust để thay đổi lưu lượng dòng ‘free water’ sao cho tỉ số
WGR = 10 bbl/MMSCF. Kiểm tra lại CGR = 169.1 bbl/MMSCF.

GVHD: TS. Lê Bá Hùng


SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

20

Ngành CNHH Dầu & Khí

Hình 2.6: Sơ đồ mơ phỏng dịng ‘real feed’
Dịng ‘real feed’ bây giờ đã có đầy đủ các thống số về thành phần, nhiệt độ và áp
suất nhưng chú ý là lưu lượng vẫn chưa xác định được
2.3.2 Bình tách (Production separator)
Nhiệm vụ của bình tách là phân chia dịng ‘real feed’ thành hai dịng, dịng khí
‘prod vapour’ và dịng lỏng ‘prod liq’. Áp suất và nhiệt độ thiết kế là 91 barg,
118oC.
Chọn bình tách loại ‘Two – phase separator’ và liên kết các dòng vào và dòng ra,
dòng ‘prod vapour’ sẽ được chia làm 3 dòng để đi đến fuel gas system, reinjection
gas, và một dòng được dẫn về export line. Cụ thể, dịng đến export line sẽ có lưu
lượng là 50 MMSCFD, dòng đến fuel gas được điều chỉnh để đảm bảo lưu lượng
sau khi ra khỏi Fuel scruber là 5.5 MMSCFD, phần còn lại sẽ được dẫn qua hệ
thống máy nén.
2.3.3 Fuel gas system
Nhiệm vụ của cụm này là xử lý dịng khí từ bình tách (tách HC nặng, lọc các tạp
chất) trước khi phân phối đến các nơi tiêu thụ.
Cụm gồm các thiết bị làm mát, bình tách lỏng, thiết bị lọc, sau đó là gia nhiệt. Ở đây
ta không mô phỏng thiết bị lọc.
Trên sơ đồ mô phỏng, thêm vào thiết bị làm lạnh cho dòng ‘Fuel gas’ và cài nhiệt độ
đầu ra là 65oC. Nhiệt độ này vừa đủ để đảm bảo cho tính tốn thiết bị cooler là nhỏ
nhất đồng thời đảm bảo nhiệt độ của dịng khí sau khi ra khỏi super heater là


GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

21

Ngành CNHH Dầu & Khí

khoảng 83oC (trên 300C so với nhiệt độ điểm sương của dịng khí – yêu cầu kĩ thuật
của hệ thống fuel gas)
Van giảm áp sẽ được sử dụng thay cho PCVs trong quá trình mơ phỏng để giảm áp
suất của dịng xuống 38 barg.
Bình tách fuel separator sử dụng loại two – phase separator, với dòng vào là dòng
sau van giảm áp. Dòng khí được tiếp tục đưa qua thiết bị lọc nhưng ta khơng mơ
phỏng thiết bị này, vậy nên dịng khí được dẫn tiếp qua thiết bị super heater. Còn
dòng lỏng thì được đưa vào nhập với dịng export line sau khi được bơm lên áp suất
47.5 barg. Áp suất này được tính ngược từ áp suất yêu cầu của giàn STV nhờ sự hỗ
trợ của phần mềm pipesim.
Super heater được cài đặt để đảm bảo chênh lệch nhiệt độ là 30 oC, ở đây ta sử dụng
công cụ ‘set’ để cài đặt sự chênh lệch này. Dịng khí sau đó được dẫn đến tee để
phân phối đến các nơi có nhu cầu là Gas compressor turbin và power generator
turbin.
Sử dụng cơng cụ ‘Adjust’ để đạt được lưu lượng khí sau khi ra khỏi bình tách là 5.5
MMSCFD bằng cách thay đổi lưu lượng dòng ‘fuel gas’.
2.3.4 Hệ thống máy nén hai cấp
Hệ thống máy nén hai cấp thực hiện nhiệm vụ nâng áp suất của dịng khí để có thể

nén trở lại mỏ ở áp suất 520 barg. Yêu cầu sau khi qua hai cấp nén dịng khí phải
đạt áp suất 525 barg (lớn hơn áp suất mỏ 5 barg để bù lại trở lực trên đường ống).
Trước khi qua máy nén, dịng khí được dẫn qua thiết bị làm lạnh xuống nhiệt độ
50oC, nhằm đảm bảo nhiệt độ ra khỏi máy nén cấp 1 thấp hơn 145 oC, nhiệt độ thiết
kế của hệ thống máy nén. Lượng lỏng sinh ra sau thiết bị làm lạnh sẽ được tách ra
tại bình tách pha và được dẫn về gộp chung với các dòng lỏng khác để dẫn về
export line. Cụm làm lạnh và tách lỏng sau máy nén cấp 1 cũng được cài đặt tương
tự.
Ở máy nén, ta chưa thể xác định được số vịng quay của nó cũng như áp suất đầu ra
ở mỗi cấp nén. Vì vậy, quá trình mô phỏng cần xác định được các thông số này.
Ở đây ta sử dụng máy nén kiểu ly tâm nên cần quan tâm tới đường đặt tuyến của
máy nén. Ứng với mỗi số vịng quay nhất định, có những mối quan hệ giữa lưu
lượng, áp suất và hiệu suất của máy nén.

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

22

Ngành CNHH Dầu & Khí

Hình 2.7: Đường đặt tuyến của máy nén ly tâm
Chú ý: Vì thực tế ta sử dụng máy nén hai cấp đồng trục (1 turbin) mà khi mô phỏng
ta lại sử dụng 2 máy nén riêng biệt nên hai máy nén này phải có cùng số vịng quay.
Khi mơ phỏng để đạt được áp suất đầu ra sau hai cấp nén là 525 barg, ta phải dùng
cơng cụ Adjust, thay đổi số vịng quay của máy nén 1 đến khi đạt áp suất đầu ra, set

số vòng quay của hai máy nén bằng nhau. Q trình tính tốn vịng lặp của hysys
cho ta kết quả là số vòng quay của máy nén và áp suất đầu ra của mỗi cấp nén.
Theo số liệu của vendor ta có đường đặt tuyến làm việc của máy nén và nhập vào
cho từng máy nén. Cụ thể như hình sau.

Hình 2.8: Nhập đường đặt tuyến cho máy nén.

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

23

Ngành CNHH Dầu & Khí

Sau khi thiết lập sơ đồ, cài đặt các thông số cho mỗi thiết bị như trên và sử dụng các
công cụ Adjust, Set, ta có sơ đồ mơ phỏng đầy đủ cho cụm máy nén như sau.

Hình 2.9: Sơ đồ mơ phỏng cụm nén khí.
Sau khi chạy hysys ta có kết quả cho cụm máy nén như bảng sau:
Bảng 2.3: Kết quả mô phỏng cụm máy nén
Thiết bị
st

1 compressor

2nd compressor


Thông số

Đơn vị

Giá trị

Áp suất vào/ra

Barg

90.3/247.2

Nhiệt độ vào/ra

o

C

50/136

Số vòng quay

rpm

12573

Áp suất vào/ra

Barg


246.5/525

Nhiệt độ vào/ra
Số vòng quay

o

C

50/107

rpm

12573

Nhiệt độ thiết kế của hệ thống máy nén là 145 oC. Theo kết quả tính tốn ta thấy tất
cả các dòng sau máy nén đều thấp hơn 145oC, bên cạnh đó, hệ thống Injection cũng
có nhiệt độ thiết kế là 145oC, vì vậy ta khơng cần có thiết bị làm mát sau máy nén
cấp 2
2.3.5 Tính tốn lưu lượng dòng ‘real feed’.
Như đã đặt vấn đề ở trên, dịng ‘real feed’ chưa có thơng số chính xác về lưu lượng.
Yêu cầu lưu lượng của dòng này là cung cấp khí cho cụm nén khí, lưu lượng đảm
bảo năng suất 100 MMSCFD.
Dựa vào tiêu chí này, trong quá trình mơ phỏng, ta sử dụng cơng cụ Adjust, điều
chỉnh lưu lương dòng ‘feed’ sao cho lưu lượng dòng ‘Reinjection to oil well’ là 100
MMSCFD
Sau khi chạy hysys ta có kết quả: Lưu lượng dòng ‘real feed’ là 318607.5 kg/h

GVHD: TS. Lê Bá Hùng


SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 3.

24

Ngành CNHH Dầu & Khí

TÍNH TỐN HỆ THỐNG FLARE CHO GIÀN ST-PIP

3.1 PSVs
3.1.1 Giới thiệu PSVs
Cấu tạo: Van an toàn là một cơ cấu van dùng để tự động xả khí, hơi từ trong lị hơi,
bồn chứa, bình tách, thiết bị gia nhiệt hoặc những hệ thống khác khi áp suất và nhiệt
độ vượt quá giới hạn cho phép đã cài đặt trước đó.

Hình 3.10: Van an toàn (PSV)
Nhiệm vụ: Đảm bảo sự an toàn cho một thiết bị hay một cụm thiết bị nào đó bằng
cách giữ cho áp suất của thiết bị hay cụm thiết bị đó khơng vượt q giới hạn an
tồn cho phép.
Nguyên lý làm việc: Van an toàn là loại van thường xuyên đóng, nó chỉ làm việc (tự
động) và bắt buộc phải làm việc ở một áp suất tối thiểu nào đấy (áp suất cài đặt).
Điều đó có nghĩa là khi áp trong hệ thống đạt đến giá trị cài đặt của van an tồn thì
van an tồn sẽ tự động mở để làm giảm áp suất trong hệ thống.
Các trường hợp quá áp do các nguyên nhân như sau:


GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh


Đồ Án Tốt Nghiệp

25

Ngành CNHH Dầu & Khí

• Block discharge: Đầu ra của thiết bị hay hệ thống ống bị chặn, làm tăng áp
suất bên trong thiết bị hay hệ thống ống.
• Fire case: Do những sự cố ngồi ý muốn, đám cháy xuất hiện sẽ cấp nhiệt
cho các hydrocacbon có trong thiết bị hay hệ thống đường ống có thể làm
giản nỡ khí, làm bốc hơi phần lỏng. Và áp suất vì đó sẽ tăng cao
• Control valve failure
Level control failure: Mức bị tụt, làm khí từ thiết bị áp suất cao có thể
thổi qua thiết bị, hệ thống ở áp suất thấp thông qua đầu ra của pha
lỏng và làm tăng áp của chúng.
Inlet control valve failure: Khi valve điều khiển dòng vào bị hỏng và
ở mức cao (100% open), lưu lượng đầu vào tăng cao trong khi đầu ra
được điều khiển không đổi, do vậy sẽ làm tăng áp của thiết bị.
• Ống trao đổi nhiệt bị vỡ: Điều này làm cho áp suất tăng lên ở bên áp thấp và
tiềm ẩn nhiều mối nguy hiểm.
• Sự giãn nở vì nhiệt: khi hệ thống ống hay thiết bị chứa đầy lỏng và bị khóa
hai đầu, lỏng ban đầu được đưa vào ở nhiệt độ thấp. Do những nguồn nhiệt
từ bên ngoài như đám lửa, bức xạ mặt trời,… sẽ làm chúng nóng lên và giãn
nở. Hay những thiết bị trao đổi nhiệt, dịng nguội bị đóng lại trong khi dịng
nóng vẫn cịn cũng làm chúng giãn nở tăng thể tích dẫn đến tăng áp.

3.1.2 Tính tốn PSVs
Mục đích: dựa vào lưu lượng và tính chất của dịng qua lỗ xả, ta tính diện tích xả
hơi hiệu quả (The effective discharge area) và lựa chọn loại lỗ tiết lưu (Orifice) cho
PSV theo tiêu chuẩn. Sau đó, tiếp tục tính đường ống cho các PSV.
Cơ sở tính tốn:
• Phương pháp tính tốn và chọn các loại PSV dựa theo cơ sở chuẩn API 520
và API 521 về thiết kế và chọn PSV [4] [5].
• Phương pháp tính đường ống cho các PSV dựa vào cơ sở chuẩn API 14E về
thiết kế đường ống [6].
Các khái niệm liên quan:
• Set Pressure là áp suất cài đặt mà tại đó van an tồn bắt đầu hoạt động tức
mở ra.
• Accumulation là áp suất tăng trong thiết bị vượt quá áp suất cài đặt trong q
trình giảm áp. Được tính bằng % áp suất cài đặt. Trường hợp thông thường
lấy là 10%, cịn trong trường hợp cháy lấy bằng 21%.
• Relieving pressure là áp suất trong thiết bị tại thời điểm van toàn mở.

GVHD: TS. Lê Bá Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Thanh