Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ỐNG Ở MỎ BẠCH HỔ 2 1.1 Tình hình khai thác dầu khí hiện nay ở Việt Nam 2 1.2 Sự phát triển đường ống dẫn dầu và khí ở Việt Nam 2 1.3 Giới thiệu các công trình khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ 4 1.3.1Giàn khoan cố định MSP 4 1.3.2 Giàn nhẹ BK 5 1.3.3 Giàn công nghệ trung tâm CPP2 5 1.3.4 Hệ thống trạm rót dầu không bến UBN 6 1.3.5 Hệ thống đường ống 6 1.3.6 Giàn nén khí trung tâm CCP 7 1.3.7 Trạm nén khí nhỏ MKS 8 1.4 Công nghệ thu gom vận chuyển dầu khí ở mỏ Bạch Hổ 8 1.5 Giới thiệu về đường ống vận chuyển dầu khí 11 1.5.1 Vai trò và vị trí của đường ống trong khai thác dầu khí 11 1.5.2 Thành phần của công trình đường ống 11 1.5.3 Phân loại đường ống dẫn dầu khí 12 1.5.3.1 Cấu tạo ống ngầm 13 1.5.3.2 Cấu tạo ống đứng 13 1.5.4 Vật liệu chế tạo ống 14 CHƯƠNG II: CÁC BƯỚC CƠ BẢN XÂY DỰNG TUYẾN ỐNG MSP6 MSP4 MỎ BẠCH HỔ 16 2.1 Giới thiệu chung về tuyến ống MSP6 – MSP4 mỏ Bạch Hổ 16 2.2 Các bước cơ bản xây dựng tuyến ống MSP6 – MSP4 mỏ Bạch Hổ 16 2.2.1 Công tác khảo sát tuyến ống 16 2.2.2 Tính toán công nghệ cho tuyến ống 17 2.2.2.1 Tính toán bền 17 2.2.2.2 Tính toán nhiệt 20 2.2.2.3 Nhiệm vụ tính toán thuỷ lực 24 2.3 Công tác xây lắp tuyến ống trên biển 25 2.3.1 Phương pháp thi công 25 2.3.2 Các công đoạn thi công rải ống 27 2.3.3 Phương pháp thi công tuyến ống MSP6 – MSP4 28 2.3.4 Lựa chọn phương án thi công 29 2.3.5 Quy trình thi công tuyến ống 29 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO TUYẾN ỐNG MSP6 MSP4 MỎ BẠCH HỔ 31 3.1 Thông số tuyến ống MSP6 – MSP4 31 3.2 Tính độ bền cho tuyến ống 31 3.3 Tính toán nhiệt 32 3.4 Tính toán thuỷ lực 33 CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TUYẾN ỐNG MSP6 – MSP4 36 4.1 Kế hoạch và ứng cứu sự cố 36 4.1.1 Phạm vi 36 4.1.2 Vị trí và người thực hiện 36 4.2 Các hoạt động ứng phó sự cố 37 4.3 Các cấp độ ứng phó sự cố 38 4.3.1 Rò rỉ đường ống (cấp độ 1) 38 4.3.2 Hư hại đường ống đã xác thực hay còn nghi ngờ (cấp độ 2) 40 4.3.3 Cấp độ 3 40 4.4 Công tác sửa chữa đường ống ngầm dưới biển 43 4.4.1 Tính toán trạng thái ứng suất, biến dạng khi nâng ống từ đáy biển lên mạn tàu để sửa chữa 43 4.4.2 Tính toán trạng thái ứng suất biến dạng khi nâng ống từ đáy biển lên dây chuyền rải ống của tài rải ống sau khi sửa chữa xong. 48 4.4.3 Tính toán giai đoạn đầu nâng đầu ống 49 4.4.4 Tính toán giai đoạn giữa nâng ống 52 4.4.5. Tính giai đoạn thả đầu ống đã sửa chữa xuống lại đáy biển 54 4.5 Bảo dưỡng đường ống 55 CHƯƠNG V: GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TUYẾN ỐNG MSP6 – MSP4 56 5.1 Phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống 56 5.1.1 Phương pháp bảo vệ thụ động 56 5.1.2 Phương pháp bảo vệ chủ động 57 5.1.3 Phương pháp bảo vệ kết hợp 60 5.2 Tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống từ gian MSP6 – MSP4 mỏ Bạch Hổ 60 5.2.1 Thiết kế lớp sơn phủ chống ăn mòn 60 5.2.2 Thiết kế bảo vệ chống ăn mòn điện hoá 60 5.2.2.1. Tính toán, thiết kế hệ thống anot hy sinh 61 5.3.2.2 Thiết kế các thông số hệ thống Anot 63 5.3.2.3 Yêu cầu 67 KẾT LUẬN 68
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN ANH HIẾU LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ K57 – VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU VÀ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO TUYẾN ỐNG DẪN DẦU TỪ GIÀN MSP-6 ĐẾN GIÀN MSP-4, MỎ BẠCH HỔ HÀ NỘI, - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN ANH HIẾU LỚP : THIẾT BỊ DẦU KHÍ K57 – VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU VÀ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO TUYẾN ỐNG DẪN DẦU TỪ GIÀN MSP-6 ĐẾN GIÀN MSP-4, MỎ BẠCH HỔ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TS Hoàng Anh Dũng TS Lê Đức Vinh HÀ NỘI, - 2017 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ Mạng lưới hệ thống đường ống dẫn khí phía nam TRANG Hình 1.1 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống giàn Bạch Hổ Hình 2.1 Sự thay đổi nhiệt độ, độ nhớt theo chiều dài 22 Hình 2.2 Đoạn ống tính toán nhiệt dòng chảy 23 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Sơ đồ lắp đặt đường ống biển phương pháp dùng tàu đặt ống đồng thời với việc sử dụng thiết bị đào hào kiểu cày đất Sơ đồ lắp đặt đường ống biển phương pháp kéo ống đồng thời với việc sử dụng thiết bị đào hào kiểu cày đất Tàu rải ống Nam Côn Sơn Hình 4.1 Ứng phó cấp độ – Rò rỉ đường ống 39 Hình 4.2 Hư hại đường ống hay nghi ngờ(cấp độ 2) 41 10 Hình 4.3 11 Hình 4.4 12 Hình 4.5 Giai đoạn đầu nâng ống 51 13 Hình 4.6 Giai đoạn nâng ống 51 14 Hình 4.7 Giai đoạn cuối nâng ống 52 15 Hình 5.1 Phương pháp bảo vệ catot anot hy sinh 58 16 Hình 5.2 Các kiểu anot hy sinh 58 17 Hình 5.3 Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ catot dòng 59 Sơ đồ tính toán nâng ống lên khỏi mặt nước để sửa chữa Sơ đồ tính toán (nửa phân đối xứng bên phải) nâng ống lên khỏi mặt nước để sửa chữa 26 27 29 45 45 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ HIỆU BẢNG Bảng 1.1 Thành phần phần trăm thép chịu mòn 15 Bảng 3.1 Hệ số cấp an toàn 32 Bảng 4.1 Vị trí người phụ trách 36 Bảng 4.2 Bảng 5.1 Bảng 5.2 Bảng 5.3 Bảng 5.4 Công thức xác định điện trở bề mặt anot 62 Bảng 5.5 Bảng tra hệ số sử dụng Anot, u 63 10 Bảng 5.6 Bảng số liệu loại Anot 64 11 Bảng 5.7 Quy định yếu tố a b gây phá huỷ tính toán sơn phủ 65 12 Bảng 5.8 Kết 67 TÊN BẢNG Các mối nguy tuyến ống cấp độ ứng phó Các số liệu đầu vào tuyến ống MSP6MSP4 Mật độ dòng điện thiết kế ban đầu/cuối cho phép trần đổi với vùng khí hậu khác Mật độ dòng điện thiết kế trung bình cho thép trần, A/m2 TRANG 42 61 61 62 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nhiều quốc gia, dầu khí trở thành nguồn tài nguyên thiên nhiên mang tính chiến lược quan trọng, làm xoay chuyển làm khởi sắc kinh tế quốc gia, đặc biệt kinh tế phát triển Việt Nam Theo số liệu thống kê BP (BP statistical review of world energy), Việt Nam quốc gia đứng thứ 28 tổng số 52 nước giới có tài nguyên dầu khí Tính đến hết năm 2013, trữ lượng dầu thô xác minh Việt Nam vào khoảng 4,4 tỷ thùng đứng thứ khu vực Đông Nam Á, lượng khí xác minh Việt Nam vào khoảng 0,6 nghìn tỷ m3, đứng thứ khu vực Đông Nam Á (sau Indonesia Malaysia) Với 30 năm xây dựng phát triển sớm khẳng định vị trí kinh tế quốc dân, dầu khí coi ngành kinh tế mũi nhọn Kể từ dầu khai thác vào năm 1986 mỏ Bạch Hổ, trải qua ba thập kỷ, ngành dầu khí sớm khẳng định vị trí kinh tế quốc dân, dầu khí coi ngành kinh tế mũi nhọn Do phần lớn giếng khai thác dầu khí nước ta giếng khai thác xa biển, việc thu gom, vận chuyển đòi hỏi hệ thống dẫn lớn yêu cầu làm việc hiệu quả, độ tin cậy cao Với điều kiện khai thác việc thi công, lắp đặt hệ thống đường ống dẫn khơi trở nên cấp thiết hết Xác định tầm quan trọng đó, em tiến hành xây dựng đồ án tốt nghiệp với nội dung là: “Tìm hiểu tính toán công nghệ cho tuyến ống dẫn dầu từ giàn MSP6 đến giàn MSP4, mỏ Bạch Hổ” Trong trình làm đồ án với dẫn tận tình giảng viên Hoàng Anh Dũng em thực đồ án Mặc dù thân có nhiều cố gắng thực kiến thức nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót nội dung hình thức Vì em mong góp ý thầy cô bạn Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Mỏ - Địa chất dạy dỗ em thời gian qua Đặc biệt thầy cô Bộ môn Thiết bị dầu khí Công trình, với thầy Hoàng Anh Dũng giúp đỡ em trình hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Anh Hiếu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ỐNG Ở MỎ BẠCH HỔ 1.1 Tình hình khai thác dầu khí Việt Nam Hơn 30 năm trước, ngày 3/9/1975, Chính phủ ban hành nghị định số 170/CP thành lập Tổng cục Dầu mỏ Khí đốt Việt Nam, tiền thân Tập Đoàn dầu khí Quốc gia Việt Nam ngày Một năm sau ngày thành lập, ngày 25/7/1976, ngành dầu khí phát nguồn khí thiên nhiên giếng khoan số 61 Vùng Trũng Sông Hồng, năm sau vào tháng năm 1981, dòng khí công nghiệp mỏ khí Tiền Hải khai thác để đưa vào phục vụ sản xuất; 10 năm sau ngày thành lập, ngày 26/6/1986 Xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt - Xô khai thác dầu từ mỏ Bạch Hổ, ghi nhận mốc dấu quan trọng - Việt Nam có tên danh sách nước khai thác xuất dầu thô giới, khẳng định tương lai phát triển đầy hứa hẹn cho ngành công nghiệp dầu khí đất nước Kể từ nay, toàn ngành dầu khí khai thác 205 triệu dầu thô 30 tỷ mét khối khí, mang lại doanh thu 40 tỉ USD, nộp ngân sách nhà nước gần 25 tỉ USD, tạo dựng nguồn vốn chủ sở hữu 80 nghìn tỷ đồng Trong xí nghiệp Liên doanh dầu khí Việt Xô khai thác 80% tổng lượng dầu khai thác toàn ngành Hiện việc tìm kiếm thăm dò chia lô đánh giá trữ lượng tiến hành toàn thềm lục địa Việt Nam Trong thời gian tới, ngành dầu khí Việt Nam phấn đấu xây dựng phát triển để trở thành ngành kinh tế kỹ thuật quan trọng, đồng bao gồm: tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ xuất nhập Xây dựng tập đoàn dầu khí vững mạnh, kinh doanh đa ngành nước quốc tế 1.2 Sự phát triển đường ống dẫn dầu khí Việt Nam Mạng lưới đường ống dẫn dầu khí Việt Nam dù phát triển có thành tựu đáng kể Ban đầu xây dựng tuyến ống dẫn dầu khí nội mỏ Bạch Hổ, sau xây dựng tuyến ống dẫn dầu, khí nối mỏ Rồng, Rạng Đông với mỏ Bạch Hổ tuyến đường ống dẫn khí vào bờ phục vụ cho nhu cầu lượng bờ Hình 1.1: Mạng lưới hệ thống đường ống dẫn khí phía nam Tại mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng, Xí nghiệp Liên doanh (XNLD) xây dựng 93 tuyến ống ngầm loại với tổng chiều dài gần 260km Hiện XNLD thiết kế, xây dựng thành công tuyến ống dẫn dầu bọc cách nhiệt từ CTP2 đến UBN-4, đảm bảo tổn thất nhiệt trình vận chuyển thấp (vận chuyển 14000T/ngày đường ống Φ426 × 16mm quãng đừng dài gần 6km, nhiệt độ dầu đầu vào đường ống 500C, đầu cuối đường ống 48 0C) khoảng 20C, không bọc cách nhiệt tổn thất nhiệt tuyến ống nêu khoảng 24 0C Hiện XNLD thiết kế, xây dựng xong đưa vào sử dụng đường ống dẫn khí Rạng Đông – Bạch Hổ, với chiều dài 46 km cấp chứng quốc tế Một số tuyến ống dẫn khí vào bờ xây dựng thành công đưa vào hoạt động, thực nhiệm vụ cung cấp khí đồng hành khí tự nhiên (khí không kèm với dầu thô) cho nhu cầu sản xuất điện, đạm khí đốt phục vụ đời sống: + Tuyến đường ống dẫn Bạch Hổ - Phú Mỹ dài gần 150km dẫn khí từ giàn nén khí trung tâm mỏ Bạch Hổ bờ, qua trạm chế biến khí Dinh Cố, nhà máy điện Bà Rịa, đến trung tâm phân phối khí Phú Mỹ Đây tuyến ống dẫn khí Việt Nam từ biển vào bờ nằm dự án đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Thủ Đức + Tuyến ống dẫn khí PM3- Cà Mau có đường kính 475mm, chiều dài gần 325km (gồm 298km biển 26,7km bờ), công suất vận chuyển khí theo thiết kế tỷ m3/năm Đường ống làm nhiệm vụ vận chuyển khí từ mỏ PM3 thuộc khu vực khai 10 - - thác chung Việt Nam - Malaysia, mỏ Cái Nước vào bờ cung cấp khí cho Tổ hợp Điện Đạm Cà Mau + Đường ống dẫn khí từ mỏ Lan Tây – Lan Đỏ bể Nam Côn Sơn vào bờ, công ty BP Anh thiết kế, xây dựng với chiều dài gần 400km đường ống ngầm biển Đây đường ống hai pha có khả vận chuyển khí lẫn chất lỏng ngưng tụ, đường ống xây dựng với công suất thiết kế tỷ m 3khí/năm Cho đến dự án khí Nam Côn Sơn đưa vào hoạt động Đối với công trình đường ống dẫn khí bờ nước hoàn thành đấu nối Long Hải vào tháng 6/2002 Điểm cuối đường ống nhà máy xử lý khí Dinh Cố với công suất 13,2 triệu m 3/ ngày 1.3 Giới thiệu công trình khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ Để phục vụ cho khoan thăm dò khai thác dầu khí biển mỏ Bạch Hổ, Xí nghiệp liên doanh VietsovPetro xây dựng hệ thống công trình bao gồm: Giàn công nghệ trung tâm CPP, giàn khoan cố định MSP, giàn nhẹ BK, trạm rót dầu không bến UBN, hệ thống tuyến đường ống nội mỏ Hiện nay, Xí nghiệp Liên doanh VietsovPetro cải tạo giàn MSP trước lắp đặt thêm thiết bị khai thác, xây dựng lắp đặt thêm thiết bị khai thác, xây dựng thêm số giàn nhẹ 1.3.1 Giàn khoan cố định MSP Giàn MSP giàn khoan cố định, giàn bố trí tháp khoan di động có khả khoan nhiều giếng khoan Về mặt công nghệ, giàn MSP khoan, khai thác xử lý Hệ thống công nghệ giàn cho phép đảm nhiệm nhiều công tác, từ xử lý sơ sản phẩm dầu khí tách lọc sản phẩm dầu thương phẩm hay xử lý sơ khí đồng hành Mức độ xử lý tuỳ thuộc vào hệ thống thiết bị giàn Sản phẩm dầu khí xử lý giàn MSP từ giếng khoan thu gom từ giàn nhẹ BK Về mặt cấu tạo giàn khoan gồm có phần móng cứng, khối chân đế phần kết cấu thượng tầng Phần móng cứng gồm hai khối nối với sàn chịu lực (MSF) phía cố định xuống đáy biển cọc Khối chân đế kết cấu thép không gian làm từ thép ống, thượng tầng có cấu trúc module lắp ghép sàn chịu lực + Mỗi chân đế có ống (đường kính 812,8 × 20,6 mm) Phần chân đế cọc trụ có ống dẫn hướng cho cọc phụ Các phần tử cấu thành mạng Panel ống giằng ngang chân đế từ ống có đường kính từ 426 × 12mm đến 720 × 16 mm Những chỗ tiếp giáp với đáy biển cọc cọc phụ trang thiết bị bơm trám xi măng Module chịu lực (sàn chịu lực MSF) dầm thép 61 Chiều dài nhỏ dây cáp căng ngược đầu kéo ống từ đầu kéo ống đến đầu giá đỡ ống lT, mà chiều dài đảm bảo an toàn thả đầu ống xuống đáy biển không cần lực kéo căng ống, xác định theo công thức: lT = hB − h0 − hc sin y lI (4.43) Trong đó: hc : khoảng cách từ mặt nước đến đầu giá nâng ống; hB : khoảng cách từ mặt nước đến đáy biển 4.5 Bảo dưỡng đường ống Việc bảo dưỡng tuyến ống phải tiến hành theo chương trình nội dung chi tiết quan vận hành lập nên Kế hoạch bảo dưỡng phải đạt mục tiêu: - Kéo dài tuổi thọ công trình - An toàn vận hành - Chi phí bảo dưỡng tối thiểu Kế hoạch bảo dưỡng cần phải lập cho vùng riêng biệt, bao gồm: - Tuyến ống biển - Tuyến ống bờ - Các thiết bị đường ống cỏc trạm phân phối khí… 62 CHƯƠNG V GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TUYẾN ỐNG MSP6 – MSP4 Ăn mòn loại hư hỏng hệ thống đường ống, thường nguy hiểm Hệ thống ống bị ăn mòn giảm khả chống chịu lại ngoại lực hay làm nghiêm trọng thêm điểm yếu vật liệu kết cấu Ngăn chặn trình ăn mòn cần quan tâm đến toàn trình: từ thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm suốt thời gian hoạt động Một trình ăn mòn xảy ra, việc giảm thiểu tác động lên toàn vẹn hệ thống khó khăn Do việc đưa giải phá chống ăn mòn cho tuyến ống dẫn dầu Msp6 đến Msp4 điêu cần thiêt nhằm nâng cao hiệu qur sử dụng tuyên ống Thường tách biệt dự án vận hành gây khó khăn cho việc kiểm soát ăn mòn Dự án thường cố gắng việc tạo hệ thống đường ống có khả làm việc khung thời gian tài cần thiết Như vậy, trình vận hành phải nhận hệ thống không tối ưu chi phí chống ăn mòn cao Luôn tồn cân nguồn vốn chi phí vận hành, cần phải phân tích cẩn thận để lựa chọn phương pháp chống ăn mòn để đạt cân kinh tế tốt 5.1 Phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống 5.1.1 Phương pháp bảo vệ thụ động Được tiến hành cách tạo lớp bảo vệ ngăn cách môi trường chất lưu với bề mặt ống, ta sử dụng cho phía lẫn phía Các lớp bảo vệ ống thành nhằm ngăn không cho ống thép tiếp xúc trực tiếp với đất, nước, không khí thường chia làm hai nhóm vật liệu bitum polime Chất lượng phải đảm bảo yêu cầu: - Có độ bám dính tốt (liên kết bền) với kim loại - Có khả cách điện, cách nước (không thấm) tốt - Đảm bảo độ bền học khả chống lại tác động học trình thi công biến dạng nhiệt độ ống 63 - Giá hợp lý Ở phía đường ống, khảo sát cố ta thường thấy phá hủy han gỉ có đặc tính cục bộ, phía thấp để lại rãnh cong vênh, gồ ghề Trong ống dẫn nhũ tương, phá hủy gây chất phá nhũ chế độ chảy dòng, phần thấp không tiếp cận với dầu mà nước xâm thực làm ống gỉ nhanh Nếu thực chế độ chảy rối ống bảo vệ tốt Ngoài để chống gỉ phía đường ống người ta dùng loại sơn, nhựa epoxy, silicat kẽm hóa chất ức chế Đặc biệt chất ức chế chiếm vị trí hàng đầu tạo rào cản môi trường vật liệu Hiệu chất ức chế có thể đạt đến từ 92 - 98% 5.1.2 Phương pháp bảo vệ chủ động Được thực bề mặt tiếp xúc với môi trường, chủ yếu mặt thiết bị Do tác động môi trường, biện pháp thụ động đảm bảo bảo vệ đường ống suốt thời gian sử dụng, sau - 10 năm tác dụng Vì tùy theo tính chất môi trường kết khảo sát, sau thời gian phải dùng protector bảo vệ catot, thực theo nguyên tắc ăn mòn điện hóa thân đường ống mà vật liệu lắp đặt chủ động đường ống * Bảo vệ protector: dùng cho tuyến ống dài, qua vùng xa nguồn điện Việc bảo vệ không cần cung cấp điện dọc theo tuyến ống người ta lắp đặt (chôn) kim loại có điện âm cao sắt, chẳng hạn kẽm, hợp kim magiê, nhôm …, chúng đóng vai trò anot Đường ống nối với kim loại dây dẫn có bọc cách điện Khi dây xuất dòng điện, anot bị gỉ nhanh so với trường hợp không đấu dây Còn han gỉ ống (catot) ngược lại hoàn toàn không xảy Dòng điện xuất hiệu điện protector đường ống tạo ống điện âm cao so với trường hợp bảo vệ - Ưu điểm: • Phương pháp cho kết chống ăn mòn mong muốn • Lắp đặt đơn giản • Dùng cho tuyến ống dài, qua vùng xa nguồn điện • Nguyên vật liệu đơn giản - Nhược điểm: • Trong điều kiện biển có sinh vật sống ký sinh, bề mặt anot bị che phủ làm giảm khả chống ăn mòn mong muốn • Phải khảo sát định kỳ để đánh giá lại khả còn, chống ăn mòn anot 64 Hình 5.1: Phương pháp bảo vệ catot anot hy sinh - Các loại anot thường sử dụng: • Anot hình vành khuyên thường sử dụng cho đường ống bọc gia tải • Anot hình thang sử dụng cho loại công trình không bọc lớp gia tải phân bố • Vật liệu để chế tạo anot thường nhôm, kẽm hợp kim chúng - Các sơn phủ thường sử dụng Việt Nam: • Glass flake epoxy • Fusion bonded epoxy (FBE) • Coal tar epoxy • Asphalt Enamel kết hợp Polyetylen (hoặc Polypropylen) - Các kiểu Anot hy sinh hay sử dụng: • Kiểu hình trụ: “Slender stand - off” ( Hình 5.2.a) • Kiểu hình thang: “Elongated flush mounted” ( Hình 5.2.b) • Kiểu hình bán khuyên: “Half shell bracelet” ( Hình 5.2.c) a) b) c) Hình 5.2: Các kiểu anot hy sinh * Bảo vệ catot: cần có nguồn điện chiều, anot không cần đến kim loại có điện âm thấp mà cần dùng sắt bình thường Các sắt 65 chôn dọc theo tuyến ống nối với cực dương nguồn dây dẫn có bọc cách điện Các trở thành anot, từ dòng điện truyền qua đất vào đường ống qua điểm bị bong lớp bảo vệ, tới điểm hồi vào theo dây dẫn cực âm nguồn Đường ống phải có độ dẫn điện tốt điểm có điện trở lớn đầu nối, mặt bích, van… cần phải tăng thêm độ dẫn điện, tránh biến chúng thành vùng anot Nguồn điện dùng cho bảo vệ catot máy phát chiều lấy từ lưới xoay chiều với nắn dòng Lượng điện tiêu thụ tăng theo xuống cấp lớp bảo vệ, khoảng cách nguồn từ ÷ 25 km tùy theo điện trở lớp bảo vệ - Ưu điểm: • Chủ động công tác chống ăn mòn • Độ an toàn - Nhược điểm: • Phụ thuộc vào điều kiện vị trí vật bảo vệ so với nguồn điện, khó cho việc bảo vệ công trình chạy dài, xa khu vực có khả cung cấp nguồn điện ổn định • Khó kiểm soát hệ thống chống ăn mòn theo loại Hình 5.3: Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ Catot dòng 66 5.1.3 Phương pháp bảo vệ kết hợp Trong thực tế người ta không sử dụng biện pháp bảo vệ chống ăn mòn mà thường sử dụng kết hợp phương pháp cho hợp lý, mang lại hiệu kinh tế cao Như là: - Để bảo vệ kết cấu kim loại làm việc nước biển người ta thường dùng kết hợp phương pháp sơn phủ bảo vệ với phương pháp bảo vệ protector dòng điện bên - Để bảo vệ ống dẫn đặt ngầm người ta kết hợp sử dụng lớp bảo phủ ngăn cách (bitum, xi măng) với bảo vệ dòng điện bên protector Phương pháp bảo vệ kết hợp có ưu điểm sau: - Phân bố dòng điện bảo vệ tốt - Kinh tế phương pháp riêng lẻ - Tránh hạn chế phương pháp dùng riêng lẻ - Giảm tốc độ hoà tan anot 5.2 Tính toán thiết kế chống ăn mòn cho tuyến ống từ gian MSP6 – MSP4 mỏ Bạch Hổ 5.2.1 Thiết kế lớp sơn phủ chống ăn mòn Tuyến ống sơn phủ loại sơn Asphalt Enamel với chiều dày 5mm Tính chất lý loại sơn này: - Trọng lượng riêng γ = 1400 kG/m3 - Độ dẫn nhiệt 0,3 W/m.oC * Ta định chọn loại sơn : - Các loại sơn Coal tar epoxy, Fusion bonded epoxy (FBE), Glass flake epoxy chế tạo sở nhựa epoxy biến tính, loại Glass flake epoxy có chứa sợi thuỷ tinh có đặc tính chống ăn mòn cao có độ bền tốt tác động học Tuy nhiên hạn chế thời hạn làm việc loại sơn xấp xỉ 10 năm - Các loại sơn Intumescent epoxy, Asphalt Enamel giữ ưu điểm trình bày mà có tuổi thọ cao đáp ứng yêu cầu công trình đường ống đặt 5.2.2 Thiết kế bảo vệ chống ăn mòn điện hoá Ăn mòn công trình kim loại môi trường nước biển ăn mòn điện hoá chủ yếu chất oxy hoá hoà tan nước biển gây Nguyên nhân dẫn đến việc 67 kim loại bị ăn mòn điện hoá xuất dòng chuyển dịch điện tích từ kết cấu ống làm vật liệu kim loại môi trường chênh lệch điện (xuất cặp pin), kim loại ống trở thành anot bị ăn mòn Nguyên lý bảo vệ chống ăn mòn điện hoá cho kim loại tìm cách bù đắp vào lượng điện tích mà anot bị lượng điện tích khác từ bên vào thay kim loại ống kim loại khác có điện cao (đóng vai trò làm anot thay cho kim loại ống) 5.2.2.1 Tính toán, thiết kế hệ thống anot hy sinh * Cơ sở tính toán - Cơ sở cho việc tính toán chống ăn mòn anot theo quy phạm DnV RPB401, Recommended Practice RP-B401 Cathodic Protection Design 2005 - Tuổi thọ hệ thống bảo vệ tuổi thọ công trình, lấy 30 năm - Các điều kiện môi trường biển - Hệ số phá huỷ sơn, fC , phụ thuộc vào đặc tính chất sơn phủ lấy theo bảng DnV RP-B401 * Diện tích bảo bề mặt tuyến ống cần bảo vệ A, m2 A = π.D.L (m2) (5.1) Bảng 5.1 Các số liệu đầu vào tuyến ống MSP6 -MSP4 Số Liệu Đầu Vào L(m) D(m) A(m2) Loại thép Tuổi thọ(năm) 1284 0.325 1311 CT2O 30 * Mật độ dòng điện bảo vệ ic, A/m2 Mật độ dòng điện bảo vệ (thiết kế ban đầu) phụ thuộc vào thay đổi độ sâu đáy biển nhiệt độ vùng cần bảo vệ, lấy theo bảng sau: Bảng 5.2 Mật độ dòng điện thiết kế ban đầu /cuối cho thép trần vùng khí hậu khác nhau, (A/m2) Độ sâu Nhiệt đới Cận nhiệt đới Ôn đới Vùng lạnh m >20oC 12o ÷ 20oC 7o ÷ 12o C < 7o C ÷ 30 0,15 0,09 0,17 0,11 0,2 0,13 0,25 0,17 > 30 0,12 0,08 0,15 0,09 0,18 0,11 0,22 0,13 68 Bảng 5.3 Mật độ dòng điện thiết kế trung bình cho thép trần, A/m2 Độ sâu Nhiệt đới Cận nhiệt đới Ôn đới Vùng lạnh m >20oC 12o ÷ 20oC 7o ÷ 12o C < 7o C ÷ 30 0,07 0,08 0,1 0,12 > 30 - 100 0,06 0,07 0,08 0,1 Theo điều kiện vùng thuộc nhiệt đới, độ sâu công trình 56m lớn 30 m nên ic = 0,06 A/m2 * Cường độ dòng điện yêu cầu - IYC (A) IYC = A ic fC (5.2) Lựa chọn loại anot theo quy phạm DnV RP-B401, tuỳ loại anot chọn mà công thức xác định điện trở khác xác định theo bảng sau: Bảng 5.4 Công thức xác định điện trở bề mặt anot Loại Anot Công thức xác định điện trở La ≥ 4.ra La ≤ 4.ra Ra = ρ 2.La Ra = ln 2.π La ρ 2.π La L a ln − 1 1 + + L a La ≥ δ (bề dày) Dạng hình bán khuyên Ra = Ra = r − + a + 2.La 2.La 2 ρ 2.S 0,315ρ Aa Trong đó: Ra: Điện trở bề mặt anot, Ohm ρ: Điện trở môi trường, Ohm.m La: Chiều dài anot, m ra: Bán kính anot, m Nếu anot không dạng hình trụ = C/2 π, với C chu vi mặt cắt ngang anot S: Trung bình chiều rộng dài anot, m Aa: Diện tích bề mặt anot, m2 * Dòng điện anot - Ia , A 69 E ac − E ao U Ia = = Ra Ra (A) (5.3) c Trong đó, U hiệu điện điện làm việc tối thiểu anot E a tuỳ o thuộc vào loại anot chọn điện nhỏ để bảo vệ thép trần E a 0.8V * Số lượng anot Na Na = I yc I a u (5.4) * Khối lượng anot sử dụng, M Ma = N a ma u (5.5) ma: Là khối lượng tính anot u: Hệ số sử dụng anot, phụ thuộc loại anot Bảng 5.5 Bảng tra hệ số sử dụng Anot , u Loại anot Hệ số sử dụng (u) La ≥ 4.ra 0,9 La ≤ 4.ra 0,85 La ≥ δ (bề dày) 0,85 Dạng hình bán khuyên 0,8 5.3.2.2 Thiết kế thông số hệ thống Anot * Các thông số thiết kế - Các thông số bảo vệ : + Điện bảo vệ tối thiểu để bảo vệ thép trần khỏi bị ăn mòn E a là: -800mV theo điện cực Ag/AgCl/nước biển) + Mật độ dòng điện để bảo vệ thép trần khỏi ăn mòn: 0,06 - 0,065 A/m2 - Các thông số sử dụng tính toán : + Điện thép cacbon nước biển là: - 650mV theo điện cực so sánh Ag/AgCl/nước biển + Hệ số phá hủy sơn lấy theo DnV RP-B401 70 + Hệ số sử dụng anot hy sinh tiếp nhận 90% * Số lượng, phân bố lắp đặt anot - Số anot cần bảo vệ phần ngập nước phụ thuộc vào dung lượng điện hoá anot, thời gian vận hành công trình hệ số phá huỷ sơn - Phân bố anot tuân theo vẽ thiết kế - Lắp đặt anot tuân theo quy trình kỹ thuật ANSI/AWA D1.1- 94 * Các số liệu đầu vào - Lớp sơn phủ + Vật liệu sơn : Asphalt Enamel + Chiều dày : mm - Môi trường nước biển + Nhiệt độ : 40oC + Điện trở riêng : ρ = 0,2 Ohm.m * Lựa chọn loại Anot sử dụng cho đường ống dẫn dầu MSP6 -MSP4 mỏ Bạch Hổ: Bảng 5.6 Bảng số liệu loại Anot Loại Anot Đường kính (mm) Đường kính (mm) Chiều dài (mm) Khối lượng (kg) AFA B200 118 198 416 20/25 AFA B126 170 250 235 12.6/16 AFA B186 170 250 368 18.6/16 AFA B235 225 315 410 23.5/28.4 AFA B333 223,5 303,5 475 33,3/37,7 AFA B280 280 360 325 28/35 AFA B380 280 360 450 38/35 AFA B292 328 408 290 29,2/34 AFA B790 363 453 860 90 AFA B1200 410 492 800 120/135 AFA B350 435 515 280 35/47,5 AFA B610 512 592 450 61/85 AFA B520 520 610 315 55/69 AFA B550 550 640 300 55/70 71 ⇒ Anot AFA B790 chọn sử dụng cho tuyến ống với thông số sau : + Khối lượng hợp kim nhôm 90 kg + Đường kính 363 mm + Đường kính 453 mm + Chiều dài Anot 860 mm + Chiều rộng anot 40 + Điện dung anot 2000A.h/kg + Sơn bề mặt bên (CTE) dày 100 μ m + Cáp điện 16 mm2/PVC c + E a = 1,09 V điện thiết kế mạch kín Anot * Tính toán thông số Anot - Diện tích bề mặt tuyến ống A = 1311 m2 - Hệ số phá huỷ sơn , fC : tf + Giai đoạn đầu : fC = a + b (5.6) + Giai đoạn cuối : fC = a + b.tf (5.7) tf tuổi thọ thiết kế công trình, 30 năm Bảng 5.7 Quy định yếu tố a b gây phá huỷ tính toán sơn phủ Quy định yếu tố a b gây phá huỷ tính toán sơn phủ Độ sâu (m) Các giá trị a b cho cấp bọc I, II III I II III (a = 0.10) 0-30 b = 0.10 >30 b=0.05,b=0.01 Các hệ số a, b tra theo Bảng 5.7 (a = 0.05) b = 0.025 b = 0.015 (a = 0.02) b = 0.01 b = 0.008 Ta lấy a = 0,05; b = 0,015 sơn ta dùng sơn Asphalt Enamel có chiều dày lớp sơn 100 μ m 30 + Giai đoạn đầu: fC = 0,05+ 0,015 = 0,275 + Giai đoạn cuối: fC = 0,05+ 0,015.30 = 0,50 72 - Mật độ dòng điện bảo vệ chọn 0,06 A/m2 - Cường độ dòng điện yêu cầu bảo vệ, A: I yc = A f C ic = 1311 0,5.0,06 = 39,33(A) * Thông số tính toán Anot AFA B350 - Chiều dài ống cần bảo vệ 1284 (m) - Diện tích bề mặt tuyến ống, A (m2) A = π Do L = π 0,325.1284 = 1311 m - Cường độ dòng điện yêu cầu, Iyc (A) I yc = A f C ic = 1311 0,5.0,06 = 39,33(A) - Điện trở cua anot Ra = 0,315ρ Aa = 0,1009 - Dòng anot , Ia (A) Ia = U E c − Ea0 1,09 − 0,8 = a = = 2,07( A) Ra Ra 0,1009 - Số lượng anot , Na Na = 39,33 = 22,35( Anot ) 2,07.0,85 ⇒ chọn số lượng Anot Na = 22 - Khoảng cách anot, Da (m) Da = 1284.47 − 0,86 = 57,53(m) 22 (5.8) - Khối lượng anot sử dụng Ma : Ma = N a m a u Trong ma la khối lượng anot Ta có bảng kết sau: Bảng 5.8 Kết (5.9) 73 Chiều dài đường ống (m) Cường đọ dòng điện yêu cầu (A) Cường độ dòng anot (A) Điện trở anot (Ω) Hệ số sử dụng anot Số lượng anot (chiếc) Khối lượng tịnh anot (kg) Khoảng cách anot (m) Tổng khối lượng anot sử dụng (kg) Lt Iyc Ia Ra U Na ma L Ma 1284,47 39.33 2,07 0,1009 0,85 22 133,932 57,53 3466,475 Kết luận : Đường ống ngầm mặt nước biển cần có 22 anot hy sinh ,khoảng cách anot 57,53 m tổng khối lượng anot hi sinh 3466,475 kg 5.3.2.3 Yêu cầu Chi tiết Anot phải thỏa mãn yêu cầu sau : - Anot dễ dàng tìm kiếm thị trường, giá hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật - Anot phải bố trí để có phân bố đồng dòng Đặc biệt khoảng cách Anot không vượt 150 m KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tham khảo tài liệu với hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn Thầy Hoàng Anh Dũng thầy cô giáo môn Thiết bị Dầu khí, em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp Trong đồ án em trình bày tính toán lựa chọn thi công cho tuyến ống vận chuyển dầu từ giàn MSP6-MSP4 nội mỏ Bạch Hổ Đồ án tìm hiểu, giới thiệu phương pháp thi công tuyến ống sử dụng lựa chọn phương pháp thi công phù hợp cho tuyến ống phương pháp thi công sử dụng tàu rải ống Nam Côn Sơn, tính toán đảm bảo độ bền cho tuyến ống Đồng thời đưa giải pháp nâng cao hiệu sử dụng tuyến ống MSP6-MSP4 phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống Việc chống ăn mòn cho tuyến ống dẫn dầu yêu cầu cần thiết nhằm nâng cao khả vận chuyển dầu làm giảm chi phí sản xuất 74 Đồ án có ý nghĩa thực tiễn trình khai thác vận chuyển dầu, khí Tuy nhiên trình độ kiến thức có hạn, vấn đề nghiên cứu thuộc lĩnh vực rộng, nên đồ án tránh khỏi sai sót Rất mong thầy cô giáo bạn đóng góp ý kiến để bổ xung thiếu sót nhằm hoàn thiện tốt đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Thầy Hoàng Anh Dũng thầy cô giáo môn Thiết bị Dầu khí Công trình bạn học giúp đỡ em hoàn thành đồ án 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS – TS Võ Xuân Minh Giáo trình sở kỹ thuật nhiệt, ĐH Mỏ Địa Chất (2003) [2] PGS – TS Lê Xuân Lân Giáo trình thu gom xử lý dầu - khí - nước ĐH Mỏ Địa Chất (2005) [3] TH.Sĩ – Nguyễn Văn Thịnh Giáo trình đường ống bể chứa ĐH Mỏ Địa Chất [4] Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ ĐH Bách Khoa TP.HCM (2005) [5] Nguyễn Hữu Chi Cơ học chất lỏng ứng dụng tập 1, (1973) [6] Viện dầu khí: Tuyển tập báo cáo hội nghị KHCN “Viện dầu khí 25 năm xây dựng trưởng thành” [7] Tuyển tập báo cáo 35 năm ngành dầu khí Việt Nam [8].Quy phạm vận hành ,kiểm tra ,bảo dưỡng cho đường ống công nghệ khơi tuyến ống biển Xí nghiệp liên doanh VIETSOVPERO [9] TS Lê Việt Trung , ThS Phạm Văn Chất: Tổng quan nghành công nghiệp dầu khí Việt Nam