Chương 5: Vận Chuyển Khí — Đường Ống và CNG

5.1 Giới Thiệu

Khí thiên nhiên sau xử lý được vận chuyển đến thị trường bằng hai phương thức chính: đường ống (pipeline) và tàu CNG (Compressed Natural Gas). Đường ống là lựa chọn kinh tế tối ưu cho khoảng cách ngắn đến trung bình (dưới ~3.000 km). CNG biển phù hợp cho mỏ khí nhỏ đến trung bình ở khoảng cách 500–3.000 km khi không đủ kinh tế cho LNG.

5.2 Đường Ống Khí

5.2.1 Tính Kích Thước Đường Ống

Phương trình Weymouth (đơn giản, lưu lượng thấp đến trung bình):

qg = 433,45 × Tb/pb × (p₁²−p₂²)/(G×Tavg×L×Zavg)0,5 × D8/3

Phương trình Panhandle A & B: phù hợp hơn cho đường ống dài, áp suất cao, khí nhẹ.

Phương trình AGA (American Gas Association): chính xác nhất, dùng ma sát Moody với hệ số truyền tải F.

Quy trình thiết kế thực tế:

1. Xác định lưu lượng thiết kế (MMscf/d) và chiều dài đường ống.
2. Chọn áp suất đầu vào p₁ và áp suất tối thiểu tại điểm nhận p₂.
3. Tính đường kính D từ phương trình dòng chảy.
4. Chuẩn hóa theo kích thước ống thương mại (API 5L).
5. Kiểm tra vận tốc xói mòn: v < 6,1/√ρ_g m/s.
6. Kiểm tra nhiệt độ điểm sương để đảm bảo không ngưng tụ lỏng.

5.2.2 Trạm Nén Khí

Máy nén khí bù áp suất tổn thất dọc đường ống. Hai loại chính:

• Máy nén ly tâm (Centrifugal compressor): lưu lượng lớn, phù hợp khí thiên nhiên sạch, liên tục.
• Máy nén pittong (Reciprocating compressor): tỷ số nén cao, linh hoạt với lưu lượng thay đổi.

Công nén đoạn nhiệt lý tưởng (per unit mass):

Ws = ZRT₁/(k−1) × [(p₂/p₁)(k−1)/k − 1]

Trong đó k = C_p/C_v (tỷ số nhiệt dung). Hiệu suất máy nén thực tế η_ad = 75–85%.

5.3 Vận Chuyển CNG Đường Biển

5.3.1 Tàu CNG

CNG biển lưu trữ khí nén ở áp suất 100–250 bar, nhiệt độ môi trường. Khác với LNG không cần làm lạnh, nhưng chi phí đầu tư tàu cao hơn/đơn vị khí. CNG phù hợp cho:

• Mỏ khí vừa và nhỏ (0,5–3 Bscf trữ lượng).
• Khoảng cách 500–3.000 km (tùy thiết kế).
• Thị trường thiếu hạ tầng LNG.

5.3.2 Tối Ưu Hóa Lịch Trình Tàu CNG

Bài toán tối ưu hóa năng lực tàu và hành trình (CNG fleet optimization) bao gồm:

• Lựa chọn kích thước tàu phù hợp với lưu lượng khai thác và khoảng cách vận chuyển.
• Tối ưu số lượng tàu trong đội: Trade-off giữa chi phí đầu tư và linh hoạt vận hành.
• Mô hình hóa lịch trình vòng: cân đối thời gian nạp khí, hành trình, phân phối và quay trở lại.
• Tính kinh tế: so sánh CAPEX/OPEX CNG vs. LNG vs. pipeline theo IRR và NPV.