Gas en olieverwerking op de Noordzee: Het centrale verwerkingsplatform

Gas en olieverwerking op de Noordzee ' Het centrale verwerkingsplatform G- opdracht 1980

W-gedeelte W.J.R.Muller

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

AFDELING DER WERKTUIGBOUWKUNDE

I~

CENTRALB VBHWBRKINGSPLATPORH BILAND C

G-opdracht 1980 W-gedeelte

Student:W.J.R.Muller

Begeleider:ir.W.J.Bovan den Bergh juni 1980

' . .

I

I

Symbolenlijst:

c Specifieke warmte bij cOTlötante druk kJ/kg,K p

H Enthalpie BTUjlb en kJ/kg

k kappa .c jc p v

L

Luchtovermaatfaktor • m M massastroom Molgewicht kg/s kg/kMOL n rendement p Q R r T Vermogen Warmtestroom kvl a t t kJ /Mol Jjs.

Gasconstante 8,31 kJ /r.lol,K

DrukverhoudinB _{p /p} (5 uit in

Temperatuur °C,K,F.

Molstroom MOl/s

Inhoudsopgave 0

Io Inleiding en Conclusies

Ilo Toelichting îlovlsheet enRegeling van apparatuur III.Koelcircuit

IV.

Brandstoffen voor energieopwekking

V.

Benodigde energie op het eiland

Commerciële apparatuur Hoofdcompressor

VI.

Korte storingsanalyse Losse bijlage:Flowsheet 2 3 6 10 14 20 21

-1-I.

-2-Inleiding en conclusies :

De opdracht vpor het WerktuigboU\"kundig gedeelte van de G-opdracht bestond voor het verwerkingseiland uit de volgende onderwerpen:

-Flowsheet met bijbehorende regeling van apparatuur -De chiller

-Brandstoffen voor energieopwekking -Benodigde energie op het eiland -Korte storingsanalyse

Het flowsheet werd voorzien van regelingen,waarbij

voor-namelijk de compressoren en de flashvaten de aandacht kregen.

Het koude circuit of te wel de chiller werd berekend en er werd

een koelmiddel bepaald en wel freon 22.

Van de mogelijke energiebronnen op dit eiland werd een

keuze gemaakt uit een mengsel van de restgassen én het gas

dat biV de 1e flash vrijkomt (flownummer 17 );het zou gebruikt

worden als brandstof voor een gasturbine unit.De keuze viel op

het mengsel o.a. om de hoge verbrandingswaarde.

De andere energieverbruikers werden berek~nd en hun

aan-drijvingen bestaan uit electromotoren voor de pompen en de 2 kleine compressoren.

Het verbrandingsgas na de turbine werd benut. voor stoom-productie.

Aangezien de hele gas en olieverwerking op het eiland in

twee identieke straten geschiedt ben ik ervan uit gegaan

dat ook de energie behoefte door elke straat zelf moet worden gedragen.

In de korte storingsanalyse is een kleine overlapping

van capaciteiten beschreven,zodat in geval van uitvallen

van een onderdeel in één behandelingsstraat de taak over-genomen kan worden door

d dubbelganger van het andere traject.

. e

i

11.

-3-Toelichting Flow-sheet.

In verband met mogelijk uitvallen van apparatuur en de mogelijkheid met verminderde productie te kunnen werken

geschiedt de behandeling van g8.S en olie op dit eiland in

tvlee staten met elk hun eigen apparat],lur.Er is rekening

gehouden met het uitvallen van diverse apparatuur,Vlaarvan

de funktie dan overgenomen zou kunnen worden door de faciliteit van de andere straat.Er komt gas en condensaat binnen,wat gescheiden wordt in vat V

1 bij 62 Bar en gegeven temperatuur.

Het flashen van het condensaat gebeurt in 3 trappen naar 1 Bar met tussenverwarming,waarbij de eerste scheidin§ een nog bruikbare gassamenstelling oplev~rt en de 2e en 3 een restgas produceren van samen 0,394 m / sec,. bij gemiddeld

2,5 Bar. Dit resrgas heeft een mogelijke funktie als

brand-stof voor energieopwekking op dit eile.nd.

De gasbehandeling geschiedt door achtereenvolgens een

koude sektie (H en H6 )ter verwijdering van water door

middel van glycol en van het laatste condensaat om het gas

aan de dauwpuntspecificatie in verband met transport naar de \'1al te laten voldoen. Daarna komt de compressor C

1,welke een groot vermogen vereist,om het gas op transportdrUk te brengen.

Er zijn twee terugstromen:~~l!l van condensaat,dat uit de koude sectie komt en teruggevoerd wordt naar vat V

1en ê~n van gas dat na compressie C

1 bij de hoofdstroom gevoegd wordt. Dit gas zou ook als brandstof gebruikt kunnen worden. Het

is weliswaar lager calorisch dan ,de restgassen,maar het heeft het voordeel dat het reeds op de dr~ is die het moet hebben voor de verbranding ±14 Bar in de verbrander van de

gas-turbine.

De glycolregeneratie gebeurt in een kolom en het bodem-product wordt in een vat verzameld,waarna het met een plunjerpomp in een juiste hoeveelheid bij het gas wordt

gespoten (berekening zie T-gedeelte eiland C blz 23)0 Regeling

De apparaten waar een regeling voor moet bestaan Z1Jn de 4 scheidingsvaten,de 3-fasenscheider,de 2 compressoren de pompen en warmtewisselaars.

De 2-fasen scheidingsvaten hebben als parameters:het vloeistofniveau,de er heersende druk,de gas en vloeistof flow en de temperatuur.De variabelen die in een vat constant gehouden moeten worden voor de gewenste scheiding Z1Jn

temperatuur en druk.Het vloeistofniveau h&~gt van de vapourratio af en v~~ de vatdimensies.

De temperatuur in de flashvaten V

2 en V

4

worden geregeld

met de stoomtoevoer van de voor de vaten geplaatste

warmte-wisselaars.De temperatuur in vat V~ is niet belangrijk.

De gewenste druk in het vat V

1 on niet geregeld worden en de heersende druk is afhanke11jk van wat er van de

productieplatforms binnenkomt.De druk in

v::

at V

1,V-osen V4 wordt constant gehouden door een pressurecontrol ~alve ; de druk in vat V₂ door de compressor C~.De smoorklep van een flashvat worat geregeld afhankelijk van de toevoer ; deze is een functie van het niveau in het voorgaande vat. Het is geen aan/uit regeling;een laag vloeistofniveau

moet de smoorklep' meer doen sluiten om de ge\ ... enste

Voor het laatste vat wordt gesmoord tot atmosferische drukide gas levering hiervan wordt geregeld met een regel-klep,reagerend op de druk in V

4

.

De 3-fasenscheidcr werkt bij een temperatuur van -150 C; deze wordt bereikt door de warmtewisselaar en de chiller.

De chiller moet de uiteindelijke temperatuur vari het gas verzorgen en moet dus direct de veranderingen in de tempe-ratuur van het scheidingsvat volgen.De koelcyclus is

gemakkelijk te r egelen door de smoorklep te bedienen;een te hoge temperatuur (-13 °C.) moet opgevaneen worden door minder gas uit de smoorklep te krijgenihet t eveel aan vloeistof verdampt en zal z'n warmte onttrekken aan het productgas.De compressor die eveneens regelbaar is,zal verderop besproken worden.

-4-Het gas verlaat de scheider continu en behoeft geen regeling. De twee vloeistoffen moeten gescheiden afgevoerd worden

en er moet dus een vat geconstrueerd worden,waar een r edelijk niveau in bestaat. Het T-gedeelte Van het verslag geeft een vloeistofhoogte van 20 cm. per stofide afvoer van het

condensaat wordt geregeld door de afsluiter ~ie na de pomp komt. Het water met glycol moet afgelaten worden in druk via de smoorklep vlak voor de regeneratiekolomihet niveau bepaald hoever de klep geopend moet vlorden om tot atmos.ferische druk te dalen.

De flashvaten V2'V~ en V

4 en de 3-faoenscheider V5 zijn voorzien van een overdrukbeveiliging,die bij te hoge druk opent en een aansluiting heeft met een brancierinstallatie.

Het vat V

1heeft geen beveiliging , want de druk kan hier niet oplopen tot boven die waarvoor het vat is berekend, wegens de veiligheidskleppen die op elke toevoerleiding zijn gemonteerd.

Regeling van de compressoren.

Van de 3 op het flowsheet aanwezige compressoren is de z.g.leveringscompressor ( C

2 ) de belangrijkste ( P

.

=

4790 kWatt. ) Er zijn 2 parameters van belang en welas de inlaatdruk (de drukverhouding volgt uit deze continu

gemeten druk en de opgegeven leveringsdruk 1800 PSIA )

en de doorstromende FLOW.De aandrijvende van deze compressor is de gasturbine,welke twee assen heeft in een moderne

uitvoering;de ene met constant toerental (16000 toeren) is bestemd voor de luchtcpmpressor,de uitgaande as heeft een variabel toerental.De gewenste drukverhouding wordt bereikt door vanuit de gemeten inlaatdruk het toerental van de turbineas te variëren (dit is de speedcontrol).

De tweede regelmogelijkheid betreft meer een beveiliging van de compressor en wel op flow. Indien er weinig aanvoer ismoet er voor zorg gedragen worden dat de compressor niet 'droog' komt te staan en zal er een by-pass moeten bestaan die-reeds gecomprimeerd-gas na een regelklep in druk aflaat en weer laat comprimeren.

De temperatuur verhoging van het gas door het comprimeren

±

550 C zal langzamerhand de inlaattemperatuur te hoog

laten oplopen en er zal dus een kleine koeler in de by-pass moeten.

l

I

I

~

I

I

,

~ -

....

~.

-5-"De .tussencompre8sor (C ) wordt aangedreven met een

electromotor (F =292 kWa1t.);Indeze vermogens is een gas-turbine mogelijftsmaar met slecht rendement. Het ~eheel wordt geregeld door het toerental te variëren afhankelijk van de gemeten l everingsdruk en de gemeten druk in het vat V

2• De compressor van de koelunit is door het systeem zelf bepaald.

De 2 condensaatpompen

en

de 1e glycolpomp zijn gewone centrifugaalpompen en regelbaar via het knijpen van de persleiding met een afsluiter;toerenregeling is kostbaar.

De injectiepomp moet een persdruk van ongeveer 60 bar. leveren.De regeling kan geschieden' d.m.v. toerental,slag-lengte,zuigklep openen tijdens de persslag en by-pass, gekozen is voor by-pass,hoewel dit wel vermogensverlies geeft .•

De

5

voorverwarmers worden geregeld door de stoomtoevoer

te vari~ren:bij de reboiler wordt de flow gemeten,de

temperatuur van de kolom ligt al vast en wordt constant gehouden door de voorverwarmer H

4.De andere verwarmers meten de temperatuur in het vat of leiding erna en kunnen

deze zo bijsturen. '

De koelers worden geregeld door in de pers van het koelwatergedeelte een regelklep te bedienen,die reageert op de bereikte temperatuur van het gekoelde gas in leiding of vat.De koeler in de top van de kolom is een condensor en de meetbare grootheid is hier de druk in de toevoer-leiding.

AanvuJ_lingen:

De glycolinjectiepomp is een plunjerpomp dubbelwerkend en aangezien de inspuiting continu moet zijn,moet er een overdrukvat na de pomp komen.

De tussencompressor is een zuigercompressor en voor de gelijkmatigheid zal er een buffervat achter moeten.

lIL

-6-Koelcircuit

De berekening van de chiller bestaat uit het beschrijven

van het koelproces,de keuze van het koelmiddel,vermogen van

de compressor.

Stofgegevens uit Perry

Het. koelproces met behulp van Freon als koelmiddel

ver-loopt in een eesloten circuit,waarbij het Freon bij lage

temperatuur verdampt(2'-3) en hiervoor de warmte aan het

te koelen productiegas onttrekt,daarna wordt het gas

ee-comprimeerd (3'-4) ,wat gepaard gaat met temperatuurstijging.

Op het hoge temperatuurniveau 'dordt }'reon gecondenseerd

in een warmte'disselaar door koelwater (4-1');het smoren

(1'-2') zorgt voor de druk- en temperatuur daling naar de

verdamper.

Ben regenerator zorgt ~oor enige oververhitting (3-3')

na de verdamper om er zeker van te zijn, dat er zuiver damp de compressor binnentreedtjDit heeft tot gevolg dat er nog

enige onderkoeling (1-1') plaats heeft na de condensatie.

De keuze van het koelmiddel moest als gevolg van het·

temp. traject eemaakt worden uit R

12 en R22 koel-capaciteit Tussenkoeler t.)H 2 -15 Compr.Verhouding k-waarden(lit) Koelcapaciteit met tussenkoeler Compressie eindtemp.

T

4

met 52 120 82,4 " =4,43 18, b 12 - 25 1,148+ 1,084 max 1,148 52+ 2x4=60 =140 T =-15 3' =258 20 -1~ 73 170 4 ~ 29-1 , 29-1 9 max 73+8 BTU/lb kJ" /kg BTU/lb

---4,7 + 1 ,144 1 , 1 9 J2 -25 =81 BTU/lb =188 kJ/kg -15

°c

258 K

log p 20 12 10 fig 1. koelmiddel h

fig 3. Condensatie 4-1'

II

/;

IreGeneratie Condensor

4'

35 20

4-4':gas af~oelen n. Cond. temp 4'-1:Condensatie 1-1':Onderkoelen

-7-fie 2. 200 4

O

®

~.F

l

'

\

\ ,,' , /

/

"

~-

.

4

/ / '

3'

L

..

..

/

,

,/

1

3---+---- 2'

-5

fig 4. Verdampen 2~3

Itussenverhitter

II

verdamper -5 -15 3 2'-2 :Verdampen 2-3 !Verdampen 2 2' 3-3~ !Overhitter(i.v.m.

ingang compressor)

-15

-25

k-1 P4 T 4 =T

3'

(

-;;- )

fig3-37 (lit Specifieke Compr.Arbeid k 1 ) : R 12 313 104 110 (lit k (k-1 ) bh=8,31.T._k_ 1(r k -1)= 3,518 Arbeid Totaal afvoeren in de chiller Overdimensioneren i.v.m.uitvallen andere koelcircuit 50J~ .r.1assastroom koelmiddel Compressor As vermogen (rendement 0,9) =58.10- 3 ==60,6 ==736 ==1104 =J.J.Qi==7 88 140 ' 60,6.7,88 =530 0,9 =710 Criteria keuze koelmiddel Drukverhouding Koelcapaciteit Comp. asvermogen massastroom koelm. 4,43 140 530 7,88 R 22 -8-330 K 135 oF 1 : f'i(38) :,1 35 ol? 3,76 kJ/MOL 42.10T3 kg/Mol 89,6 kJ/kg 736 kVJatt. 1104 kvJatt.

1~~~=5,87

kg/so 89,6.5,87 585 kHatt 0,9 4,7 188 kJ/kg 585 kWatt. 5,87 kg/s. -=784 pk R

22 werd gekozen wegens grote koelcapaciteit.

Het koelsysteem is als geheel in een uitvoeringsvorm

leverbaar en mOE·t ~o geregeld kunnen word(7n dat 50% van de maximale capaci tei t aangewend kan worden voor de ene en 507~ voor de andere koude behanàelingsstraut.ln normaal gebruik zijnde werkt de chiller dan op 2/3 van de maximale capaciteit.

Drukverschillen

-9 ...

In de verdamper zal geen drukverlies optreden;in de

condensor daarentegen zal rekening moeten worden gehouden

met een drukval van 0,3 Bar.,hetgeen de vereiste einddruk

van de compressor op 140 PSIA brengt;deeindtemperatuur

wordt dan 333K;deCoDpresBorarbeid 90,55 kJ/kg,met de massastroom

5,87 kg/s koelmiddeili en een isentropen rendement 0,9:590 kW.

log p

h

Condensor

Af

te voeren Vlarmte in de condensor h4" -h

1, =122-24=

98 BTU/lb =209,3 kJ/kg jmassastroom vloelstof 5,87 kg/s

Dus 1228 kWatte dQ=

cp.m.

T

.

m 0,8 1228 _{=35,7 kg s} / 4,3.10.0,8 Verdamper c t =4,3 kJ/kg,K p,wa er 0

Tk l

_{oe w.} =10

K

n =0,8 massastroom koelwater.

Hetgas dat onder hoge druk staat moet door de pijpen

Het Freon ondergaat een fas~ overgang en stroomt door de

mantel-zijde. Gekozen is voor een U-type bundel met aan de kant van

de hoge druk de vaste pijpplaat met hoge druk pakking.

cleaning:Er bestaan schoonmaak oplosmiddelen ook voor de

IV.

-10-Beschikbare brandstoffen voor energieopwekking

Er kwamen 3 easstromen in aanmerking om als brandstof

gebruikt te worden n.l. de restgassen met flownummers 19

~n 20 en het gas met flownr. 17. De l aatste werd

mecbe-rekend,omdat deze brandstof reeds op inspuitdruk voor de

verbrandingskamer is.

Bij de bepaling van de calorische waarde van de ve

r-schillende brandstoffen is gebruik gemaakt van een

ver-eenvoudigde samenstelling met 5 componenten.Er werd tevens

een luchtovermétèttfaktor berekend gebaseerd op een

meng-temperatuur van 10000 _{K.,welke t evens inlaat temperatuur}

is van de turbine.

Gegevens verbrandingswaarden uit (li t. 1 :3-203). flow 12: ~ =0,011 kmol/sec. p =4,135 Bar T' =51°

c.

0.42 CH 4 + 0,84 °2 -t> 0,84 H20 + 0,42 0,2 C' H 2 6 + 0,7 °2 --t> 0,6 H20 + 0,4 0,17 _C· 3;H8 +0,85 °2 -p. 0,68 H20 + 0,5,' 0,13 C4H 10 + 0,845 °2 --f> 0,65 H20 + 0,52 0,08 _C'5H12

+

:"

0

1

61

_°2 --c>

°11

8 H₂0 + 01

1

1 ,00 3,875 3,25 2,25 CH 4 191 ,7 kcal/mol x 0,42 r'101/Hol BR, = C 2

H

6 341,2 x 0,2

=

C 3

HS

488,5 x 0,17 = C 4

H

10 635,4 x 0,13 = C 5

H

12 782 x 0,08 =

kJ/

=1578 1'101 Br. Gewenste eindtemp. 1000 K c p =31,8 J /IVIol Br. AT =10-J0-400=60Q K Dus: 1 Mol Br. +3,875 (1+1) O₂ +tf 3,875 (1+1) N₂

---t>

2,25 CO₂ +3,25

H

_{2 0 + 3,875.1 02 +* (1+1).3,875}

N

_{2 •} Product:20 + 18,5 1 T- 1578 3 - 31,8.10 .(20+18,5.l.) = 600 l= 3,34 CO 2 CO₂ CO 2 CO₂ CO 2 377 kcal/Mol BR. Resul.terend:1 Mol 17 Br _°2 • } _{_ _ _ -,...} {2 , 25 _{3,25 H20} CO 2 ₊₁₅₇₈

kJ/

_{Hol Br.} 64 N ...- 13 0 2 2 64 N 2 82,5Hol.

Flow 20:

0

= 12 IiJ:ol/ s p = 1 Bar T

₌

45 °C. M = 55,1 kg/kmol 0,17 C 2H6 + 0,595 °2 0,23 _C 3HS + 1 , 1 5 °2 0,32 C 4H10 + 2,08 °2 0,16 C 5H12 + 1 ,28 °2 0,12 C₆H 14 + 1 , 14 °2 1 ,00 6,245 C 2H6 C3H 8 C

4

H10 C

5

H12 C 6H14 341 ,3 kcal/mol 488,5 635,4 782 929 =2553 kJ/Mol Br. Product: 32 + 30 L AT =1000-400=600 K 600 2553 31,8.10 3.(31+30L) Resultaat: ~ 0,34 CO 2 + 0,51 H20 --t> 0,69 CO 2 + 0,92 H20 --t> 1 ,28 CO 2 + 1 ,6 H20 -C> 0,8 CO ₂ + 0,96 H 20 --Ç> 0,72 CO 2 + 0,84 H20 3,83 CO ₂ 4,83 H 20 x· 0,17 Hol/r-'Iol Br.

₌

x 0,23

₌

x 0,32

₌

x 0,16

₌

x 0,12

=

610 1 Mol Br. } 27.6 02 104 N 23 [ 3,83 4,83 20,8 104 . +25:'>3 kJ/Hol Bro 133 Vergelijking:

12

1 Mol Br.+6,245 (L+1) 02 +6,245.(L+1)21 N₂ -11-kcal/l\lol + 6,245.L 02 + 6,245. (L+1)

~~

N₂ I

~

'I

I

I

_I

_'

I

f

r Br.

~

I

I

-12-Flow 19 en 20 volledig:

C1 0,42 4,62 C2 O,~ 2,2 0,17 C3 0,17 1 , '07 0,23 C4 0,13 1 ,43 0,32 C5 0,08 0,U8 0,16 C6 0,12

-

"

-1 r-10l -1 -1 Mol 1 Nol 6.

Verbrandingswaarde: 0,2 CH 4 + 0,4 °2 0,19 C 2H6 + 0,665 °2 0,2 _C3

H

_e

+ 1 On c:. 0,23 C 4H10+ 1 ,495 °2 0,12 C 5

H

12+ 0,96 °2 0,06 C 6

H

14+ 0,57 °2 1 ,00 5,09 _°2 gemengd: 4,62 2,04 4,24 2,76 4,63 3,84 :;,27 1 ,93 2,8 1 ,44 1 ,44 12 fl10l 23 l'·Tol s. 6. --t> 0,2 CO ₂ --t> _{0,38 CO 2} --t> 0,6 CO ₂ --t> _{0,92 CO 2} ---C> 0,6 CO₂ --4>0, 36 CO 2 "' 3,06 CO 2 0,2 0,19 0,2 0,23 0,12 0,06 1 ,00 + 0,4 + 0,57 + 0,8 + 1 , 1 5 + 0,72 +0,42 4,06 1 Mol Br. +5 ,-09 (L+1) ° 2 +5,09 (L+1)* N 2 --t:> 3,06 CO 2 +4,06 H20 +5,09.L 02 +5,09.(L+1).*

N

2 (=26,27 + 24,24.L) C1 0,2 X 191,8

=

C2 0,19x 341,2

=

C3 0,2 X 488,5

=

C4 ,0,23 X 635,4

=

C5 0,12 X 782

=

C6 0,06 X 928,9 =

H

20 H 20 H 20

H

2

c)

H

20

H

20

H

20 496kcal/

_r.

_{1ol Br.=2078} kJ./ Gewenste eindtemp:1000

K

l:::.

T=600K 2078 -3

=

600 31,8.10 • (26,27 +24,24 .L) Resultaat: 1 Mol Br. }

r06, &Iol Lucht

~{3'0~

4,06 H~O COQ

17.35 02 84..1 4 N 2 +2078 108 Nol Product ", !'Iol Br. kJ.

f

l

}'low 17: fb=46 1-1ol/ s p=16 Bar. T=60o

c

0,71 CH 4 0,13 C₂H 6 0,07 C 3H8 + + + O,OB C 4H10 + Q&4. C 5 H12+ 1 , ° 1 ,42 0,455 0,35 0,325 0, 32 2,87 °2

-t>

0,71 CO 2 + °2 - ( > 0,26 CO2 + °2 -t> 0,21 CO 2 + °2 - i > 0,2 CO2 + °2

-t>

Q.,L CO + 1 ,58 2 79 Mol Br.+2,87(L+1).02 + 2,87 (L+1)21 N₂ 1,58 CO 2 +2,58 H20 + 2,87.(L+1

).~f.N2

C1 191 ,7 kcal/r'lol x 0,71 Hol/Nol Br.= C2 341 ,2 x 0,13 = C3 488,5 x 0,07 = C4 635,4 x O,Op = C5 782 x 0,04 = -13-1 ,42 H 20 0,39 H 20 0,28 H 20 0,25 H 20 ~ H 20 2,58 --t> + 2,87.L _°2 277,8 kcal/Hol Br. =1162 kJ./Hol Br.

Eindtemperatuur van de luchtcompressie:405 K =Inlaatlucht

temp. voor ~e verbranding.

Uitlaat temp. van de verbranding: 1000K :AT,,",600K

T= 1162 =600 - 3 ( ) 31,8.10 .14,95 + 13,67 L L=3,4 Resultaat: 1 Mol Br] 12,5 02 47,1 N 2 ----1[>. _{+1162 K}

Voordeel: De brandstof is reeds op gewenste druk voor de verbrandingskamer. (16 Bar.~

v.

Benodigde enereie op het eiland

1.Berekeningsmethoden 2.Rendementen

3.Dimensionering Energieafnemers.

1.Be~ekeningen m.b.v.Thermody~~~ica Turblne: P=R T ~ ( 1 - ~) • 0 ok l ' r ln T T 0

=

T 0 ( Puit k-1 ) k Ult ln Compressor P=H ° T 0 • kk 1 • ( ln -P Ot

T

0t=To

T(

~ Ul ln Po ln 2.Rendementen k-1 p -( ~) k -1 p

k-~

) k P Ot en r= --1!L Pin ) J/Hol K J/Mol K Turbine: 0,8 ET • 0,8 =p _as,T Compressor:0,8 3.Dimensionering Pc 0,8 =P as,C

Compressor voor het eindproduct

o Gegevens:To =5 C ln Po =55 Bar _ln l' 0 t = 1 24 Bar Ul

r6

=1867 I'lolls mol k =1,286 Berekend:T Ot 60 Ul

=

P

=3832

P

=4790 as =6700 resp. tussenstroom 600C 17,2 Bar 62 Bar 43 Nolls 1 ,202 140

°c

170 kWatte 213 k'v'latt 0 302 pk

-14-

-15-De beide compressoren worden ber ekend met de bedoeling

ze door een gasturbine te laten aandrijven.

Eindcompressor:

K

1 as,comp,1

1

I

lucht

Asvermogen door de turbine te leveren:

p as,compr 1 +

P

k Pas,b:::R • T1·k-1 as , cfÈ~:rr b .(

r~

-1 )=8,31.280. 1,403( 0,403 :::3,5 kJ /r1ol =3,5 .

m

-3 29.10 .0,8

=151.m

kv/att. kW. 0,403 3,5 1 ,403 -1)

P

_{as, ur •} t b =4790 +151 m k-1

Geleverde arbeid

Turbine;H.T3.k~1

(1- r k );r= -3'

~

,5

=8,31 • , 000.

~

:

;~

(1 -

(3~5)

1,36 ) =8,86 kJ /rvlol 8,86

=

-3 27,8.10 . =310 kJ/Hol =318.m kJ/s. Gelijkstelling: 0 , 8 . 318

m

=4790 + 151 m m=46,3 kg/s ) M:::27,8 .10- 3 kg/Mol)

m

:::1666 BOl/s Verbr.Lucht-P b=6991 kVlatt (:::luchtuompressorvermogen) as, P

-16-Keuze Brandstot voor de eindcompressor

flownummers:

20

19 12+20 17 Temp.

CC)

45 51 47 60 Druk (Bar) ₄ 2,5 16 Q (kJ/MolBr) 2553 157$. 207é3 1162

~m

(IVIol/ s) 12 11 23 46 II/fol Pro 133 82,5 108 61 Hol Br. Benodigd Hol Br./sec 12,5 20,2 15,4 27,3 Lucht- 3,4 3,4 3,4 3,4 overmaat(L)

"-Comprimeren van de brandstof naa.r 16 Bar:

Drukverhouding P2 16 P1 4 6,4 1 k 1 ,06 1 ,146 1 ,106 1,202 T. ~n (K) 318 324 321 333 Vermogen 7933 4082 5419 0 (J/Hol) Vermogen 99 82 83 0 (k'vl) Conclusie:

Gezien het geringe compressievermogen voor de brandstof en de overmaat aan restgas val t de keuze op het mengsel van 19 en 20.Tevens is de hoeveelheid van flow 19 alleen niet voldoende.Het benutten van het reeds gecomprimeerde gas zou tevens onvoordelig zijn, omdat alleen al voor deze compressor de helft verbruikt zal zijn.Het zal echter een economische

kwestie zijn of het gebruik van dit voorgecomprimeerde gas als brandstof overheerst op de investering van de compressor en regeltoebehoren.Er wordt n.l. een stroom van 46 MOl/sec

(=2%) bij de hoofdstroom van 1697 Mol/sec ~evoegd.

l

,

I I I

f

l

·

-

j

I

I

I

Tussencompressor:

-17-2

~:O

~

₆

-

-

_p---<tf as,comp,a

J

a 3 1000 K

- p -

·2 as,COr:1p, 1 4

T

Asvermogen door de Turbine te leveren:

P +p as,compr. 2 as,c~~t,a Pas ,a _{=R.T 1}

·k~~

(

r~

-1 0,403 _ _{1 ,403 1 403} ) -8,31.280.₀:₄₀₃( 3 , 5 ' -1) =3,51 kJh·101 =121 kJ/kg==121

m

kWatt,met r endement van 0,8 :151

m

kW.

Gelijkstelling:k~~2 +1 ?1

m

kW. met arbeid Turbb~36

'-' T k ( 1 k ) 8 3 1 000 l...L.l§. (1 1 1 ,36) 8 86 =ü. 3 k-1 - r = , 1. ·0,36 - 3~5 = , =318,7 zh k1tJ. Dus:0,8 • 319

m

=151

m

+292 en

m

=2,8 kg/s Verbr. lucht

₌

2,8

-3

27,8.,0 =101 Nol/s

Gebruik was al gemaakt

luchtcompressie T

03

Van de eindtemperatuur van de

o)tà

T

Ot =283 (3,5)1 ,403 Ul o =405 K= 133 C p =423 kWatt (= Luchtcompressorvermogen) as,a P

t ur • b =71 B kvlatt (=Geleverde asvermogen Turbine)

Conclusie:

Gezien het lage gevraagde vermogen zal een gasturbine

uni t in een uitvoeringsvorm een te laag rendE,ment hebben:

de keuze val t dus op een electromotor met toerenregelingo

Met een r endt·ment van 60jb een motorvermogen van486 kW.

-I

I

Verdere enereieverbruikers: -18-Stoom: Warmtewisselaar kWatt

H 1 1230 H 2 78 Temp. 10 naar 49 naar 65°C 55°C Berekening T-deel blz 48 T-deel blz 57 H 4 10 -15 naar100 0 C H7 20

±

270 0 C Facilities 500

_±

60°C

18j8,dit bedrag is naar boven afgerond en er is verdergerekend met een benodigde hoeveelheid stoom met 'een beschikbare warmtestroom van 2000 kJ/se

Stoomproeluctie:

Er is een verbrandingsgas beschikbaar van 1666 Mol/s van de turbine aandrijving van ele hoofdcompresf:·;or + 1179 Mol/ s. van de turbine met generator,samen 2845 Nol/s. of

m

=

-3 gas

2845.29.10 kg/sec, bij 1 Bar en de uittree temperatuur van

de turbine. m=82 kg/s.~ , T

=

~

T

(

l

)1,36= 717

K

= 4450

C.

uit,turb. in 3,5 445 verbr. 230 160 stoom gas 340 10

De stoom zal lage druk stoom zijn van 6 Rar,met een verzadi-gings temperatuur van 160oC.

De enthalpie gegevens ZlJn afkomstig uit een T,s diagram. Benodigd is een hoeveelheid stoom met een warmtestroom van 2000 kJ /s. Beschikbaar is 80 ;; van de verschilenthalpie van de oververhitte stoom,zijnde O,S. (2910-'rQO' )=lt68kJ/kg, hetgeen de benodigde hoeveelheid stoom opIevert van illkg/s

• 2000 1 I' k

I

m

=

l1

_ól

=

~

5

g s.

Het verkrijgen van deze hoeveelheid kost:

m {

d h _opwarmen +d h _verdampen + d h _{overver l} h ' t t ) _en

=

r~I

.

.3:

(

700-100 :I- 2750-700 + 2910-2750 )=; 2-1.\: Cl· i kJ /s.

l '

De maximale warmtestroom van de verbrandingsgassen: dQ

=

c

.~.m

=1 ,36.4.2.103.100.S2=47000 kJ/s.

max. p

Conclusie :Van de beschikbare verbrandingsgassen vlord t nuttig gebruik gemaakt voor de stoomproductie op het centrale verwerkingseiland.Bijna '5

%

van de maximale vlarmtestroom wordt benut.

Pompen: Nummer in flowsheet 1'2 1'1 1'3 Voor R8 H 10 kvlatt 125 1 2 10 10 Diversen ~

-19-168 kWatt,met een pomprendement van 80% een vermogen van 210 kWatto Dus een electro-motor vermogen van :550 kViatt na een 60 ~~ rendement. Chillercompressor:585 kWatt,met een electromotorrendement van 60% gevraagd 975 k\'iatt.

TussencompresGor!292 kWatt. asvermogen geleverd door een electromotor van 500 kWatte

Stroom:Een bedrag vah 500 kWatt is opgeteld bij het stroom-verbruik voor divers verbruik zoals:werkplaats,bemannings-verblijven en hijswerktuigen.

Het totaa~ komt dus op 2350 kWatt. Indien dit opgewekt wordt in een gasturbine met een generator met een totaal rendement van 27

%

vraagt dit een turbinevermogen van 8700 kWatt(=12336 pk)

De gevraagde hoeveelheid wordt ber ekend uit de volgende gelijkheid!

8700 = 0,8.318.m

Deze is afkomstig van de berekening van de eindcompressor m

=

34 kg/sec. en komt overeen met

34

=1179 MOl/s.

29.10-3

Gegeven is de Nol product-r1ol brandstofverhouding van lo [} Dit levert een gevraagde hoeveelheid brandstof van

.1J.1..;? :::.

t0/9Mol/s 0

l0'-!' \

De hoeveelheid beschikbare brandstof is

·'l..3

Hol/s, waarvan de hoofdcompressor er lt( l.\. verbruikt en er dus

1c

·6

overblijven voor electriciteitsopwekking.

1

_t6

~

w&::

ó\'lO

~!J 0.ut~,-,

Uvu.iJ.

II

?-'1-

d\)~ ~

l(

cJ'-d'

~!J

r-(M;

( f

61

I

t

[

:

Commerci~le Apparatu~r voor de leveringscompressor.

Het gevraagde asvermogen is 4790 kWatt= 6700 pk.

Er bestaan Ingersoll-Rand compressoren series GT 22,met

een vermogen van 4250 pk maximaal per stuk;wat dus

neer-komt op 2 stuks per straat.Het rendement is hoog bij dit

vermogen.Ze werken elk bij 3350 pk.

-20-Er bestaat een leveringsproeramma van compressoren in het

gebied van tot 4 à 5000 pk;tot 10000 pk is er dan weinig

te vinden,daarboven weer wel. 2

Er is een maximum gesteld aan de zuigdruk 800 lb/I =

55 Bar ,dit in verband met de afdichting.

De bijbehorende turbines zijn ook Ingersoll-Hand

leverbaar met een rendement overall van 27

%

bij een

inlaattemperatuur van 10oC;supersnel r.egelbaar 0-13000

toeren in 3,5 sec. De compressor is een z.g. pipeline

compressor, 1 waaier en hoge flow mogelijk.

Een aangebouwde afeasketel voor lage druk stoom is

mogeliwk (6 Bar,160oC ) en verhoogt ' t rendernent,evt.

zelfs nog met brandstof inspuiten 20

%

winbaar.

De revisie van de hete sektie na 30000 uur,Kerekend

met 8000 uur per jaar, een gebruikstyd van 3,75 jaar

.

,

VI~

-21-Storingsanalyse:

De situaties die kunnen ontstaan na het uitvallen van de

volgende apparaten zijn beschouwd,per straat.

1e.Storing in toe-of afvoer leiding.

2e.De chiller.

e

3 oDe glycol injectiepomp.

4e .1e en/of 2e ...,armtewisselaar van condensaat.

5

e.Hoofdcompressor.

1e .Toe of afvoer leiding.

De meest voorkomende storing zal lekkage zijn evt. verstopping

Om erger te voorkomen moeten direct de veiligheidsafsluiters

bij binnenkomst en/ of levering dicht. De behandE-~ling van gas

en condensaat moet accuut worden gestaakt.

2e.De chiller.

Indien dit deel van de koudebehandeling uitvalt en dus

de gewenste temperatuur van -15°C niet meer gehaald wordt

is er wellicht de volgende oplossing.Elke straat heeft een

50% overcapaciteit (zie blz 8 ) in koeling en werkt

dus op 66 ')b van de eigen maximale koelcapaci tei t 0

Door nu de 2 straten van 66n koelmachine te .laten gebruik

maken en deze op 100

%

te laten werken wordt nog 50

%

benut

per straat 0 Als gevolg hiervan "rerkt elke straat nog op

75

%

van de benodigde koelcapaciteit.

Indien men er bang voor is dat alsnog condensaatdruppels

de compressor kunnen binnentreden is vóór de compressor een w.w.

ontworpen,die het gevormde condensaat verdampt.Deze

moge-lijkheid vereist dus een regeling met snel ingrijpen.

3e.Glycol injectiepomp.

Het belang van deze pomp is zo groot,dat per straat 66n

reserve aansluiting moet worden aangebracht.

4e .Condensaat warmtewisselaars.

De 1 e voorver\-larmer is belangrijk om de gewenste scheiding

te behalen;indien deze uitvalt is me~ drukregeling nog iets

te bereiken;een grotere drukdaling in de 1e flash zal nog

een groot gedeelte lichte componenten eruit flashen.De

warmtewisselaar voor de 3e flash zal dan de scheiding

moeten voltooien om nog de vereiste dampspanning te behalen.

Aangezien het verwerkingseiland beschikt over

eenopslag-capaciteit,zou in geval van uitvallen vari de warmtewisselaan

H

1 ,deze bunker benut kunnen worden als buffer voorraad tot

e

5

.De hooÎdcompressor.

-22-Het belang hiervan moge duidelijk zijnjde specifikatie

( 1800 rSIA ) moet bereikt worden.Bij een mogelijke

uit-voering met 2 compressoren per straat is een overcapaciteit

van 4.(42~0-3300)= 3800 pk.totaal.Bij uitvallen van ~~n

compressor is maximaal beschikbaar 3.4250=12750 pko

Voor elke straat is dan een kwart hiervan beschikbaar, zijnde 3188 pk.

Massabal ans :

-23-3

18,03

j

10

_

-:.---

-- ---.

---

r

---

---.---+- - - 1

4

18,54

1

10

62

I

_33.3

1847

---~--- ---

-

---

-- ---

-62

, i

35,3

1906

I

5

_18,54

_-5

₆₀

,

35,3

1906

I

-15

18, 54

1 j---j-._ - - - / - - - + - - -

-+---_

7

_ + - _

1

_

_

8

_

,0

__

3

f

60. 3

_ _

8

__

~

_

~

_

~

60. 3

~

__

O

_ _

I _ _ 9

18'O

b d

60

,3 _ _ 5 _

10

18,0

149

.

~---+--- - - + - - - + - - - -

-62,8

1

~O 6

:-15

I

I

60

i

35,3

1906

!

60

0,557

33,6

1867

I

.,

69

:

0,57,

'

33,6

1867

1 I I

I

.

!

60

0,5T

33,6

1867

1

~-1

124

0,

22~

_33,6

₁₈₆₇

I

- --

J

62

13

₁₇₈

11

I 1

--62

I

13

₁₇₈

I

17

i i

11 ,6

119

I

-t

4,14

0,01

17

11 ,06

105

I

12

62.8

1

65

13

97,0

60

-~'---1-- --- - - ->--- - - -1

105,2'

636

49

- --- -- - --- - - --- -- --.-- - - - -- - - -- - - -t- - - + - - - - + - - -___+.

14

15

105,2'

60

_4,14

_.

105

--1

0,014

_10,

₂

₂

₉₀

16

1 ,439

59

~.~

_-~

-

1

-

1

-

3

-

,

-

61

-

--

7

-

2

.-

0

--

+

-

-

4

-

5

--+_---

+-24,4

60

-,-

'

- - -

1

- -

----

- -..

- - -t--- .. - - - -- - - + - - - 1 - - - :

i

~

:

18

24,4

8

10

62

1,439

59

\

-

-

--

--

- -

-_

•.

__

._._-

-

--

-

-

-

--

---

---

.. -._--- - - ----

-

---_

.. _---~-- ---I

I

19

35,27

5,58

49

4

·

0,0878

0,49

13,9

_I ~.----r---~--~---~---_+---_4---~ I1

20

55

2,04

45

-

1

10,403

0,823

15

I, ,- -- ---+----==...;:-=---:..:::-- l - - --"--l- - - 4 - - - --+-- - - - + - - - l . - ---

-I

21

45,5

-15

60

1,78

I _ _ _ +--_ _ ---'-_ _ _ --+._ . _ _ --l-_ _ _ ~ _ _ _ _ ~ _ _ _

_+_-_-

39

-

.

'

•

I

I

I

,

I

I

I

I

! 'L •

..

GAS Go\S GAS CONO€NSAAT CONllOlSUT HSEPARATOR Y2 FLASHVAT V 3 FlAS'<VA T v41FLASHVAT v 5lO;<IE"AS~N5CHEIDER v &r OPSLAG TANK \ANGVA V81WACM TT AN K HI VOORVERWARi"ER H2IVOOo'1YER'Ii:'R H 41 VOORVERwo.R",ER

H 5 WARMTEWISSELAAR (,-c;

"rOElffi

H7 REBelLER H 1~ rOPCCNCEN-SCi'l ei COMPRESSCR nTCQMPRB50R 5lOC>oO CCJ-IPRE TI TIJRBINE T2 TURBINE PI CONDENSAA P L?JM ",3 C NDENSAAT 4 ULYCOLPDM Hll KOELER Hl K

..

,

•

~

....

~,~- ----_._--=~---r---------;

,

,

r---; -, ' I • , y' ' _ _ _____ I __ .~ RESTGAS , , ---, ~~ r

,

,

t r CONtl"NSM T GA l~OIN WA

OPsLAG VOOR TRANSPOOT _{[!JOe ~BAR O~}

STOOM ':'1':'1t:::-_ FLOWSH:ET EILAND C IEONSO'E HOGé5CHOOl OOFT

~

r---

-T--~ , , , ' , ~-- - - -- -- - - - ----- --I I I I I I I I I I I I I

,

I STO<>I~ GAS ~--~---_..T .I~I----~--~ ~ Go\S CONOENSt.AT CONDE/lS.>AT STOOM

V IISEPARATOR lH3IVCXlRVËRw~ER IOlCO-;PRE5

V21FLASHVAT IH4IvOORVER .... ARMER ITIITURB'NE

VJ1Fl.ASHVAT IH SIWARM rEw,SSlöLAAR (',:G ITlITUR8'NE

V" FLASHVAT - -- -'H6 KOË-cm- - PI ONOCNSÄA. ~'r

VS G"EFASENSCHEIDER H7 RE8OI' oR ? roc

V&lOPSLAGTANK ,H8 KOELER ~J CDNQEI\OSAAT ?

V7lo.,\;l.NGV,o, T ~ 91 KCELË~

t"1

GlVCC\.-pQM

V8 W-'CHTTANK la rOPCO'<CENSO'! IHlI KOELE

Hll'lOORVE:Fl\'-rAR>'ER Ic IICOkPRES5O'l ,R12lKOITE

H21VOOriv-rn-WAfl'-'tR - - -101 COM?R"..s~OR r--------; I I , , I I ---, SlOQOI I r I I r r I r---~ r , -r r I ' I !..!:!OItjG""'" v , , 1..----

.---1

, RESTGAS RESTG4S CONOENSMT

àPSL.AG VOOR TRAN9CRT _{IIJOC ®BAR ~~} = I = I C - . _ _ _ ow

~

FlOWsteT E'LAND C lECaö!SOE l-lOGéSOiOOI. DB.fT

.--- -- --- -- - - -. - - - --- - - -- - - -- --- - - - -, L __ _ r - - - -- - -- - ---, , 1 , 1 1 r--- -- - - -- --....!..- --- -2 PUTTEN 3 PUTTEN

H1 I VOORWARMER BIJ OPSTARTARîEN H 2 I ZEEWATERKOELER

H31 WARMTEWISSELAAR

V1 I L1ClUID KNOCK OlJî

V21 LAGE TEMPERATUUR SEPARATOR

v31 SETTLER V41 SETTLER T1 I VLOEISTOFSCRL6BER H41 KOELER 2 PUTTEN RESERVE water M3 Cl P1 P2 P3 P4 M1 M2 M3 /:>. V2 ZUlGERCOMPRESSCJl temp:-POMP oF oe POMP 160 71 POMP 99 33 POMP GASSMOORKLEP 95 36 ' 8()

r-v

VLOElSTOFSMOORKLEP 30 r:;--SIANDPlJP IN ZEE P3 - - - ----1----, 1 7)

7 \

1 __ ) -druk pS.ia bAr 3400 234 96S 66.5 14.S lD 8dru~ in ~s.ia

...

[Q temp. in-f

-0f'f1. I lIIj RG. BRAAT I rrei '80 FLOWSHEET EILAND TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT AIO. WEUTUtGaOUWkUNDE gas condznsaat

o

STR:JCMjlJMMER -·::1,:"1-' B