Tàu dầu khí, cơ sở ngoài khơi và các hoạt động năng lượng hàng hải thường cần môi trường có hàm lượng oxy thấp được kiểm soát để làm trơ bồn chứa, thổi rửa đường ống, phủ khí nitơ, bảo trì và một số hoạt động chuyển vật liệu.
Đối với các tàu có nhu cầu nitơ thường xuyên, máy tạo nitơ cho tàu dầu khí có thể sản xuất nitơ ngay trên tàu từ khí nén, qua đó giảm sự phụ thuộc vào bình khí lưu trữ hoặc nguồn khí được cung cấp từ bờ.
Tuy nhiên, hệ thống nitơ hàng hải không nên được lựa chọn chỉ dựa trên độ tinh khiết. Lưu lượng nitơ, oxy dư, áp suất tại điểm sử dụng, chất lượng khí nén, lưu trữ đệm, khả năng dự phòng, môi trường lắp đặt và các yêu cầu riêng của tàu đều cần được xem xét cùng nhau.
Để có cái nhìn tổng quan hơn về lĩnh vực này, có thể tham khảo các giải pháp của Lingyu dành cho dầu khí, ngoài khơi và hàng hải.
Tại sao nitơ được sử dụng trên tàu dầu khí?
Nitơ không duy trì sự cháy và tương đối ít phản ứng trong nhiều điều kiện vận hành thông thường.
Trong các hoạt động dầu khí hàng hải, nitơ có thể được sử dụng để giảm nồng độ oxy bên trong bồn chứa, đường ống, thiết bị và một số thiết bị quy trình. Điều này có thể giúp thiết lập môi trường được kiểm soát theo yêu cầu của từng loại hàng hóa hoặc quy trình vận hành cụ thể.
Bản thân nitơ không tự động làm cho mọi hoạt động trở nên an toàn. Hiệu quả của quá trình làm trơ phụ thuộc vào các yếu tố như nồng độ oxy ban đầu, mức oxy mục tiêu, thể tích thiết bị hoặc bồn chứa, phân phối khí, phương pháp thổi rửa, lưu lượng nitơ, giám sát và đặc tính của vật liệu được xử lý.
Vì vậy, hệ thống tạo nitơ cần được tích hợp vào các quy trình vận hành và an toàn tổng thể của tàu.
Các ứng dụng dầu khí hàng hải phổ biến
Nitơ có thể hỗ trợ nhiều hoạt động khác nhau trên tàu.
Làm trơ bồn chứa hàng hoặc bồn lưu trữ sử dụng nitơ để giảm nồng độ oxy bên trong bồn trước hoặc trong một số hoạt động nhất định.
Phủ khí nitơ cho bồn duy trì một không gian khí được kiểm soát phía trên chất lỏng lưu trữ khi cần hạn chế tiếp xúc với oxy trong khí quyển.
Thổi rửa đường ống và thiết bị có thể thay thế không khí hoặc khí quy trình trước khi khởi động, dừng máy, bảo trì hoặc chuyển đổi sản phẩm.
Một số quy trình thử áp và kiểm tra rò rỉ cũng có thể sử dụng nitơ khi quy trình kỹ thuật tương ứng quy định sử dụng môi chất thử trơ.
Trong các hệ thống khai thác ngoài khơi và hoạt động kiểu FPSO, nitơ cũng có thể được phân phối đến các thiết bị quy trình cần môi trường có hàm lượng oxy thấp được kiểm soát.
Mỗi ứng dụng cần được thiết kế theo tàu, loại hàng hóa, quy trình và phương thức vận hành thực tế thay vì giả định rằng một thông số nitơ duy nhất phù hợp cho mọi hệ thống hàng hải.
Máy tạo nitơ trên tàu là gì?
Máy tạo nitơ trên tàu sử dụng khí nén làm nguồn cấp và tách nitơ để phân phối đến các điểm sử dụng nitơ trên tàu.
Danh mục sản phẩm của Lingyu mô tả công nghệ tạo nitơ bằng hấp phụ biến thiên áp suất (PSA).
Hệ thống sử dụng hai tháp hấp phụ chứa sàng phân tử carbon (CMS). Oxy được ưu tiên hấp phụ khỏi dòng khí nén, trong khi nitơ đi qua dưới dạng khí sản phẩm. Khi một tháp sản xuất nitơ, tháp còn lại tái sinh. Hai tháp tự động luân phiên dưới sự điều khiển của PLC để duy trì sản xuất liên tục.
Có thể tham khảo dòng máy tạo nitơ của Lingyu để xem các cấu hình hiện có.
Đối với người đọc cần giải thích kỹ thuật chi tiết hơn, có thể tham khảo cách công nghệ tạo nitơ PSA hoạt động.
Hệ thống nitơ hoàn chỉnh trên tàu
Máy tạo nitơ PSA chỉ là một phần của hệ thống cung cấp nitơ hoàn chỉnh.
Sơ đồ hệ thống tiêu chuẩn của Lingyu bao gồm máy nén khí, bình chứa khí, máy sấy khí lạnh, bình đệm, bình đệm nitơ, thiết bị giảm áp, thiết bị phân tích nitơ/oxy, đầu xả nitơ không đạt thông số và hệ thống điều khiển cấp nitơ cuối cùng.
Đối với lắp đặt hàng hải, có thể cần thêm thiết kế kỹ thuật liên quan đến đường ống, lưu trữ, điều khiển áp suất, thông gió, hệ thống điện, thoát nước, khả năng tiếp cận thiết bị, rung động, tác động môi trường và khả năng dự phòng.
Do đó, cấu hình cuối cùng cần được phát triển dựa trên điều kiện thực tế của tàu thay vì xem máy tạo nitơ như một thiết bị độc lập.
Nitơ cho hoạt động dầu khí hàng hải cần có độ tinh khiết bao nhiêu?
Không có một mức độ tinh khiết nitơ duy nhất phù hợp với mọi tàu dầu khí.
Danh mục PSA của Lingyu nêu độ tinh khiết nitơ khoảng 95% đến 99,999%, trong khi các cấu hình sản phẩm bao gồm các mức như 99%, 99,5%, 99,9% và 99,99%.
Độ tinh khiết yêu cầu cần được xác định dựa trên nồng độ oxy tối đa cho phép của từng hoạt động cụ thể.
Ví dụ, yêu cầu đối với quá trình phủ khí liên tục cho bồn có thể khác với quá trình làm trơ bồn ban đầu, thổi rửa đường ống hoặc một quy trình liên quan đến vật liệu nhạy cảm với oxy.
Vì vậy, máy tạo nitơ 99,5% là một cấu hình có thể được xem xét, nhưng không nên mô tả đây là yêu cầu tiêu chuẩn cho ngành hàng hải.
Việc lựa chọn độ tinh khiết cao hơn mức cần thiết có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi nitơ, nhu cầu khí nén, lưu lượng khả dụng và chi phí vận hành.
Lưu lượng và thời gian làm trơ
Đối với các ứng dụng hàng hải, công suất lưu lượng có thể quan trọng không kém độ tinh khiết.
Một máy tạo khí chủ yếu phục vụ phủ khí liên tục có thể có nhu cầu tương đối ổn định. Ngược lại, làm trơ bồn hoặc thổi rửa đường ống có thể tạo ra nhu cầu nitơ ngắn hạn lớn hơn nhiều.
Do đó, việc xác định công suất hệ thống cần xem xét thể tích bồn và thiết bị, nồng độ oxy ban đầu và mục tiêu, thời gian làm trơ hoặc thổi rửa yêu cầu, số điểm sử dụng nitơ đồng thời, hoạt động nạp hoặc dỡ hàng, nhu cầu phủ khí liên tục và công suất dự phòng yêu cầu.
Bình đệm nitơ có thể giúp xử lý các biến động ngắn hạn giữa sản lượng máy tạo khí và nhu cầu của quy trình.
Đối với các hoạt động làm trơ quy mô lớn hoặc có yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian, chỉ xác định công suất dựa trên mức tiêu thụ nitơ trung bình mỗi ngày có thể dẫn đến hệ thống thiếu công suất.
Áp suất tại điểm sử dụng phải được xác định riêng
Áp suất nitơ yêu cầu tại bồn chứa, đường ống hoặc điểm kết nối quy trình cần được xác định độc lập với áp suất khí cấp của máy tạo nitơ PSA.
Danh mục của Lingyu nêu áp suất khí nén đầu vào PSA tiêu chuẩn là 0,5–0,8 MPa.
Giá trị này là điều kiện vận hành của khí nén đi vào máy tạo nitơ. Nó không xác định áp suất nitơ khả dụng tại mọi ứng dụng hàng hải phía sau.
Nếu tàu yêu cầu áp suất nitơ phía sau cao hơn, có thể cần hệ thống lưu trữ, thiết bị điều khiển áp suất hoặc thiết bị tăng áp phù hợp.
Người dùng đang đánh giá cấu hình này có thể tham khảo hướng dẫn về máy tạo nitơ áp suất cao.
Chất lượng khí nén trên tàu rất quan trọng
Hiệu suất PSA cũng phụ thuộc vào chất lượng khí nén được cấp cho máy tạo nitơ.
Độ ẩm, dầu và hạt bụi có thể ảnh hưởng đến bộ lọc, van khí nén, thiết bị phân tích và sàng phân tử carbon trong quá trình vận hành dài hạn.
Dữ liệu vận hành PSA tiêu chuẩn của Lingyu bao gồm nhiệt độ khí đầu vào ≤40°C và điểm sương nitơ ≤−40°C trong các điều kiện được nêu trong danh mục.
Do đó, hệ thống sấy và lọc phù hợp cần được đưa vào toàn bộ thiết kế. Tùy theo cấu hình xử lý khí, bộ lọc khí nén chính xác có thể là một phần của hệ thống tiền xử lý.
Giám sát nitơ và bảo vệ khí không đạt thông số
Giám sát chất lượng khí đặc biệt quan trọng khi hoạt động phía sau phụ thuộc vào việc duy trì nồng độ oxy xác định.
Thiết kế PSA của Lingyu cung cấp khả năng giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ theo thời gian thực. Màn hình cảm ứng có thể hiển thị áp suất, độ tinh khiết nitơ, lưu lượng và trạng thái vận hành.
Nếu độ tinh khiết nitơ giảm xuống dưới giá trị quy định, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo. Nếu tình trạng khí không đạt thông số tiếp diễn trong khoảng thời gian cài đặt trước, hệ thống có thể tự động dừng để bảo vệ.
Sơ đồ hệ thống cũng bao gồm thiết bị phân tích nitơ/oxy và đầu xả nitơ không đạt thông số.
Đối với các ứng dụng hàng hải, những chức năng của máy tạo khí này cần được tích hợp phù hợp với chiến lược vận hành và điều khiển an toàn tổng thể của tàu.
Độ tin cậy, lưu trữ và khả năng dự phòng
Một số điểm sử dụng nitơ trên tàu có thể quan trọng về mặt vận hành đến mức việc mất nguồn cung nitơ không thể được xem là một gián đoạn thông thường.
Trong những trường hợp này, thiết kế hệ thống cần đánh giá dung tích lưu trữ đệm, nguồn khí dự phòng, công suất máy tạo khí dự phòng, khả năng tiếp cận để bảo trì, phụ tùng thay thế, chiến lược cảnh báo và hậu quả của việc mất khí nén hoặc nguồn điện.
Triết lý dự phòng phù hợp phụ thuộc vào từng tàu và mức độ quan trọng của các điểm sử dụng nitơ.
Vì vậy, vấn đề này cần được xác định trong quá trình thiết kế hệ thống thay vì mặc định rằng mọi tàu đều cần hoặc không cần máy tạo khí dự phòng.
Điều kiện lắp đặt hàng hải
Một dự án hàng hải cần đánh giá:
- Diện tích khả dụng trong phòng máy và khả năng tiếp cận để bảo trì
- Nhiệt độ môi trường và thông gió
- Độ ẩm và mức độ tiếp xúc với môi trường ăn mòn
- Chuyển động và rung động của tàu
- Yêu cầu về điện
- Đường ống và thoát nước
- Tích hợp hệ thống điều khiển
- Yêu cầu về tiếng ồn
- Khả năng dự phòng và nguồn cấp dự phòng
- Các yêu cầu kỹ thuật riêng của tàu, tổ chức đăng kiểm, quốc gia treo cờ và dự án
Danh mục PSA tiêu chuẩn của Lingyu nêu giới hạn nhiệt độ môi trường ≤40°C, vì vậy điều kiện thực tế trên tàu cần được kiểm tra so với cấu hình được lựa chọn.
Chứng nhận hàng hải và yêu cầu pháp lý
Đối với lắp đặt hàng hải, các yêu cầu áp dụng của tàu, quốc gia treo cờ, tổ chức đăng kiểm hàng hải, loại hàng hóa, khu vực nguy hiểm và yêu cầu riêng của dự án cần được xác nhận trong quá trình thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị.
Nếu hệ thống nitơ được lắp đặt trong khu vực nguy hiểm đã được phân loại, khái niệm bảo vệ yêu cầu và chứng nhận của thiết bị thực tế được cung cấp cũng cần được xác nhận cho dự án đó.
An toàn khi sử dụng nitơ trên tàu
Mặc dù nitơ không duy trì sự cháy, khí này có thể gây nguy cơ ngạt thở do thay thế oxy cần thiết để hô hấp trong không gian kín.
Điều này đặc biệt quan trọng trên tàu, nơi phòng máy, khoang kín, bồn chứa và các khu vực hạn chế khác có thể có khả năng thông gió thấp.
Do đó, thiết kế hệ thống có thể cần xem xét thông gió, giám sát oxy, xả khí có kiểm soát, cảnh báo, quy trình tiếp cận và các yêu cầu an toàn riêng của tàu.
Để có thêm thông tin cơ bản, có thể tham khảo hướng dẫn về tính cháy của nitơ và an toàn công nghiệp.
Tạo nitơ trên tàu so với nitơ lưu trữ hoặc được cung cấp từ bên ngoài
Sản xuất nitơ trên tàu có thể giảm sự phụ thuộc vào logistics bình khí hoặc nguồn khí bên ngoài, đặc biệt khi nhu cầu nitơ thường xuyên.
Tuy nhiên, không nên tự động xem đây là phương án có chi phí thấp nhất.
Một phép so sánh thực tế cần bao gồm mức tiêu thụ nitơ, độ tinh khiết yêu cầu, nhu cầu khí nén, ảnh hưởng của năng lượng hoặc nhiên liệu cho máy nén, số giờ vận hành, yêu cầu xử lý khí, bảo trì, lưu trữ, nguồn cung dự phòng, yêu cầu không gian phòng máy và khả năng cung cấp nitơ tại các cảng khai thác.
Giải pháp tốt nhất phụ thuộc vào chế độ vận hành của tàu.
Những thông số cần xác định trước khi lựa chọn hệ thống nitơ hàng hải
Trước khi lựa chọn thiết bị, dự án cần xác định độ tinh khiết nitơ hoặc nồng độ oxy tối đa yêu cầu, lưu lượng trung bình và cực đại, thể tích bồn hoặc đường ống, thời gian làm trơ hoặc thổi rửa cho phép, áp suất yêu cầu tại điểm sử dụng, điểm sương yêu cầu, công suất khí nén hiện có, điều kiện phòng máy, yêu cầu lưu trữ nitơ, triết lý dự phòng, điều kiện điện, phân loại khu vực nguy hiểm khi áp dụng và các yêu cầu liên quan của tàu hoặc dự án.
Các thông số này cho phép hệ thống xử lý khí nén, máy tạo nitơ PSA, bình đệm nitơ, thiết bị phân tích, thiết bị điều khiển áp suất và hệ thống phân phối phía sau được thiết kế như một giải pháp hoàn chỉnh.
Một tài liệu tham khảo tổng quát hữu ích là hướng dẫn về thông số kỹ thuật máy tạo nitơ.
Kết luận
Máy tạo nitơ cho tàu dầu khí có thể cung cấp nguồn nitơ ngay trên tàu để làm trơ bồn chứa, phủ khí nitơ, thổi rửa đường ống và các hoạt động khác yêu cầu điều kiện oxy được kiểm soát.
Hệ thống phù hợp không được xác định chỉ dựa trên độ tinh khiết nitơ.
Lưu lượng, oxy dư, áp suất tại điểm sử dụng, chất lượng khí nén, hệ thống lưu trữ đệm, giám sát chất lượng khí, khả năng dự phòng, điều kiện lắp đặt hàng hải và các yêu cầu áp dụng cho tàu hoặc dự án đều cần được đánh giá cùng nhau.
Khi được thiết kế phù hợp với tàu và chế độ vận hành thực tế, hệ thống PSA trên tàu có thể cung cấp nguồn nitơ ổn định và có khả năng kiểm soát mà không phụ thuộc hoàn toàn vào khí lưu trữ hoặc nguồn khí được giao từ bên ngoài.
