Untitled Soá 11 naêm 2019 35 60 năm KH&CN Việt Nam Giải pháp kiểm soát và nâng cao độ an toàn vận hành nhà máy NMLD Dung Quất (được vận hành bởi Công ty lọc hóa dầu Bình Sơn BSR) là công trình hiện đạ[.]
60 năm KH&CN Việt Nam Dấu ấn kh&cn ngành lọc - hóa Dầu GS Hồ Sĩ Thoảng Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất - đứa đầu lòng ngành cơng nghiệp chế biến dầu khí Việt Nam, cơng trình trọng điểm quốc gia lớn đưa vào vận hành giai đoạn đầu kỷ XXI Từ vận hành đến (2008-2019), nhà máy nộp ngân sách tỷ USD, chế biến khoảng 68 triệu dầu thô, cho thị trường 62 triệu sản phẩm; hàng năm cung cấp từ 30-40% nhu cầu sản phẩm xăng dầu cho đất nước, góp phần đảm bảo an ninh lượng quốc gia; thúc đẩy cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, tạo tảng cho phát triển công nghiệp khu vực miền Trung Trong trình xây dựng, vận hành Nhà máy, hoạt động khoa học công nghệ (KH&CN) đội ngũ kỹ sư, cơng nhân đóng vai trị đặc biệt quan trọng, lần Việt Nam tiếp nhận điều hành cơng trình đồ sộ với cơng nghệ, kỹ thuật đại phức tạp Bài viết khái quát số thành tựu sáng tạo kỹ thuật cơng nghệ việc hồn thiện tối ưu hóa quy trình sản xuất, làm lợi hàng trăm triệu USD đặc biệt vận hành Nhà máy an tồn, ổn định Giải pháp kiểm sốt nâng cao độ an toàn vận hành nhà máy NMLD Dung Quất (được vận hành Công ty lọc - hóa dầu Bình Sơn BSR) cơng trình đại, quy mô lớn, công nghệ phức tạp, với chuỗi kết nối hàng trăm nghìn thiết bị sản xuất từ nhiều nước giới lần xuất Việt Nam Trong đội ngũ nhân nhà máy chưa có kinh nghiệm tổ chức, quản lý, vận hành NMLD Vì vậy, từ đầu, vấn đề then chốt BSR đặt tập trung nghiên cứu xử lý vấn đề kỹ thuật, cải tiến công nghệ để nâng cao độ ổn định, độ tin cậy vận hành thiết bị hệ thống công nghệ nhà máy Các nghiên cứu thực tảng kết hợp phân tích lý thuyết kiểm nghiệm thực tế Theo thống kê tổ chức Marsh, từ năm 1974 đến năm 2013, ngành cơng nghiệp dầu khí giới chứng kiến 10.000 vụ tổn thất lớn tai nạn, cố Trong số 100 vụ tổn thất lớn gây tổng thiệt hại khoảng 34 tỷ USD, nhà máy lọc - hóa dầu chiếm khoảng 52% với nguyên nhân chủ yếu cháy, nổ Số tai nạn độ tin cậy mặt bích chiếm tỷ lệ khoảng 30% Việc kiểm sốt rị rỉ, nâng cao độ tin cậy vận hành cho mặt bích xác định biện pháp để giảm nguy cháy nổ Các van nguồn phát khí thải, chiếm đến 50% tổng khí thải từ nhà máy, khoảng 90% rò rỉ từ phận làm kín van Tại Mỹ, khí thải từ rị rỉ van, bơm mặt bích đánh giá 300.000 tấn/năm chiếm khoảng 1/3 tổng thất thoát hợp chất hữu từ nhà máy hóa chất Ngồi ảnh hưởng mơi trường, cịn tổn thất mặt kinh tế, lượng nhiên liệu giá trị Với mục tiêu khắc phục nhược điểm phương pháp quản lý rò rỉ, BSR tập trung nghiên cứu xây dựng hệ thống quản lý rị rỉ mặt bích, triển khai áp dụng giải pháp kỹ thuật cơng nghệ kiểm sốt rị rỉ hiệu nhằm đảm bảo an toàn vận hành, nâng cao độ tin cậy giảm thiểu chi phí bảo dưỡng sửa chữa nhà máy Các giải pháp quản lý rò rỉ hydrocarbon BSR nghiên cứu triển khai áp dụng bao gồm nội dung sau: (a) Nghiên cứu đặc tính vật lý hóa học hợp chất dễ cháy đường ống công nghệ; (b) Phân tích điều kiện địa lý, thời tiết nhà máy nhận dạng nguy rò rỉ, hậu rò rỉ xảy ra; (c) Đánh giá sở hạ tầng hệ thống quản lý thiết bị nhà máy lựa chọn giải pháp phù hợp mặt kinh tế hiệu 35 Soá 11 naêm 2019 60 năm KH&CN Việt Nam sử dụng; (d) Đánh giá thực trạng trình độ chuyên môn, kỹ nghề nghiệp để triển khai công tác đào tạo chuyển giao sử dụng phù hợp; (e) Kế thừa kinh nghiệm kết nghiên cứu giới để áp dụng linh hoạt Kiểm sốt rị rỉ mặt bích tổ hợp giải pháp sau: i) Quản lý mối ghép mặt bích: lập quản lý hồ sơ chi tiết mặt bích, mặt bích quan trọng; kiểm tra bảo dưỡng định kỳ mối ghép; thực chương trình LDAR (phương pháp phát dị tìm rị rỉ: dùng máy chụp ảnh khí để qt rị rỉ máy dị khí để định lượng rị rỉ); ii) Xây dựng cơng nghệ thực hành: thời gian tháo lắp thiết bị, lựa chọn thực hành giải pháp kỹ thuật lắp ráp siết chặt bu lông bảo đảm chất lượng mối ghép mặt bích đơi với việc nâng cao nhận thức quy trình thực hành tồn nhà máy; iii) Đánh giá mức độ quan trọng phân loại mặt bích ứng với tần suất kiểm tra rò rỉ phù hợp; iv) Tất nhân liên quan đến tính an tồn mối ghép mặt bích đào tạo kiến thức nâng cao lực quản lý, kiểm soát mục tiêu, xử lý cố trường; v) Cải tiến hoàn thiện quy định kiểm sốt rị rỉ áp dụng giải pháp Thực tế cho thấy, kỹ thuật kiểm tra theo chương trình LDAR thể tính ưu việt trở thành phương pháp chi phối hoạt động kiểm tra rò rỉ khẩn cấp Trong phương pháp chụp ảnh khí cho phép kiểm tra nhanh, hiệu rị rỉ vị trí có nhiệt độ cao/ở cao mà bình thường khơng thể tiếp cận phương pháp đo định lượng cho phép kiểm sốt tính tốn 36 Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất lượng rị rỉ cách xác để dùng cơng cụ máy tính tính tốn tổn thất theo dõi xu hướng rò rỉ Kết đạt hàng tháng chủ động phát hàng chục trường hợp rò rỉ lớn xử lý kịp thời, ngăn ngừa cố cháy nổ xảy ra, đảm bảo nhà máy vận hành an toàn, ổn định đạt hiệu cao Để đảm bảo tuân thủ chất lượng thực cơng tác quản lý mặt bích, quy trình siết mặt bích với tiêu chí “khơng rị rỉ” xây dựng triển khai rộng rãi, đặc biệt giai đoạn bảo dưỡng tổng thể Công tác quản lý mặt bích tăng thêm hiệu cách sử dụng nhân có lực cơng tác tháo lắp Các hoạt động xác định lực siết, công cụ siết thủy lực, phương pháp lắp ráp tối ưu cho nhóm vật liệu kích cỡ mặt bích thực góp phần đảm bảo độ tin cậy mặt bích sau lắp đặt lại Số 11 năm 2019 Nghiên cứu lựa chọn dầu thơ thay dầu Bạch Hổ NMLD Dung Quất thiết kế để chế biến 6,5 triệu tấn/năm với 100% dầu thô Bạch Hổ hỗn hợp 85% dầu Bạch Hổ 15% dầu Dubai Tuy nhiên, với cấu hình cơng nghệ tại, nhà máy có phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) cơng suất tấn/ ngày khơng có cụm thiết bị khử lưu huỳnh DeSOx khử nitơ DeNOx (được sử dụng trường hợp chế biến dầu thơ hỗn hợp), chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ dầu thô tương đương Khi vào hoạt động năm 2009, BSR phải đối mặt với nguy thiếu nguyên liệu mỏ Bạch Hổ vào thời kỳ suy giảm sản lượng nên lượng dầu thô cung cấp cho nhà máy giảm dần hàng năm Ngoài ra, chất lượng dầu Bạch Hổ ngày thay đổi theo chiều hướng xấu dầu nặng, tạp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại tăng, nên nhà máy không 60 năm KH&CN Việt Nam thể tiếp nhận, chế biến toàn khối lượng dầu thơ Bạch Hổ Trước tình đó, nhiệm vụ cấp bách BSR phải kịp thời tìm kiếm nguồn dầu thơ thích hợp để pha trộn với dầu Bạch Hổ Một đề tài nghiên cứu tiến hành với phối hợp Viện Dầu khí Việt Nam Kết khảo sát đánh giá 2.000 mẫu thử nghiệm cho thấy, khơng có loại dầu có tính chất tương đương dầu Bạch Hổ Như vậy, giải pháp phối trộn số loại dầu khác với dầu Bạch Hổ theo tỷ lệ định Đây toán vơ khó, việc mua dầu thơ từ nguồn khác thị trường thương vụ phức tạp khó khăn, phụ thuộc vào ý muốn chủ quan người mua Trước hết, phải xây dựng phương pháp luận đề tài để tối ưu hóa đường khảo sát thực nghiệm dẫn đến công thức phối trộn phù hợp với cấu hình cơng nghệ nhà máy, bao gồm: khả nhập, tồn chứa phối trộn dầu thô; tính chất ăn mịn; phân bố sản phẩm chưng cất; ảnh hưởng điều kiện vận hành phân xưởng công nghệ; phối trộn sản phẩm; hiệu kinh tế Với phương pháp luận đó, đánh giá 67 loại dầu thô thay dầu Bạch Hổ (bao gồm loại dầu nội địa 58 loại dầu nhập khẩu), bước thực nghiệm tiến hành sau: Đánh giá sơ loại (carbon condradson CCR, lưu huỳnh, độ acid, Hg kim loại khác ) → Đánh giá khả chế biến (sử dụng phần mềm LP) để loại bỏ loại dầu không đáp ứng) → Đánh giá ảnh hưởng vận hành phân xưởng công nghệ (sử dụng phần mềm Petrosim) → Đánh giá hiệu kinh tế → Mua, chế biến thử nghiệm → Đánh giá sau thử nghiệm Kết cho thấy, số 19 loại dầu chế biến thử nghiệm, có 14 loại dầu (từ mỏ Việt Nam nước ngồi) có khả phối trộn với dầu Bạch Hổ với tỷ lệ khác đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu chế biến cho nhà máy Tuy nhiên, số loại dầu thơ đánh giá chế biến với dầu Bạch Hổ số lượng dầu có khả phối trộn với tỷ lệ cao có sản lượng thấp nên khó đảm bảo nguồn cung ổn định Ngoài ra, dựa vào việc phối trộn đơn lẻ loại dầu với dầu Bạch Hổ kế hoạch sản xuất hiệu kinh tế bị ràng buộc vào nguồn cung Vì vậy, thiết phải nghiên cứu giải pháp phối trộn từ hai loại dầu khác với dầu Bạch Hổ để tăng tính linh động Việc thực giải pháp tóm lược sau: (i) Xếp loại dầu tiềm vào nhóm (07 nhóm) khác theo ngun tắc dầu thơ nhóm phải có tính chất, chất lượng tương tự nhau; (ii) Đánh giá khả chế biến phối trộn dầu nhóm với theo nguyên tắc bổ trợ cho nhau, ví dụ dầu có hàm lượng CCR cao, lưu huỳnh thấp, phối trộn với loại dầu có hàm lượng CCR thấp, lưu huỳnh cao; dầu naphtha, nhiều residue phối trộn dầu có nhiều naphtha, residue…; (iii) Lập hàm mục tiêu theo tính chất dầu thơ giới hạn vận hành phân xưởng, thiết bị để xác định công thức phối trộn tối ưu nhóm dầu; hỗn hợp nguyên liệu sau phối trộn có tính chất/chất lượng tương đương dầu Bạch Hổ phù hợp với cấu hình cơng nghệ nhà máy Bằng cách xác định nhóm dầu thơ phối trộn hợp lý xây dựng tổ hợp nguyên liệu với tỷ lệ cao dầu khảo sát, chí lý thuyết, thay hoàn toàn dầu Bạch Hổ làm nguyên liệu cho Nhà máy Kết thực nghiệm cho thấy, với ba đến bốn loại dầu thô khảo sát, tổng tỷ lệ phối trộn đạt tới 60-70% cao Việc nghiên cứu áp dụng thành công giải pháp đánh giá lựa chọn dầu thô phối trộn góp phần đảm bảo nguồn dầu thơ cung cấp đủ cho nhà máy vận hành 100% công suất thiết kế cao bối cảnh sản lượng dầu Bạch Hổ ngày sụt giảm mang lại hiệu kinh tế cao Tổng giá trị làm lợi mang lại từ giải pháp năm 2015 37 triệu USD so với trường hợp chế biến 100% dầu Bạch Hổ Nghiên cứu tối ưu hóa cấu sản phẩm Trong trình vận hành nhà máy lọc dầu, yếu tố thành phần dầu thô, tiêu chuẩn chất lượng, nhu cầu giá bán loại sản phẩm ln thay đổi Vì vậy, việc điều chỉnh cấu sản phẩm đáp ứng linh hoạt theo nhu cầu thị trường mang lại hiệu kinh tế cao thách thức lớn nhà máy Để thực điều này, BSR phải nghiên cứu tìm giải pháp điều chỉnh đồng chế độ vận hành phân xưởng công nghệ, thành phần nguyên liệu công thức phối trộn sản phẩm Theo thiết kế nhà máy, phân xưởng cơng nghệ có độ linh động định công suất điều kiện vận hành Với 37 Số 11 năm 2019 60 năm KH&CN Việt Nam thành phần tính chất dầu thơ ngun liệu đưa vào chế biến biến đổi, BSR phải nghiên cứu để đưa điều chỉnh chế độ vận hành phân xưởng công nghệ phù hợp với thành phần dầu thô chế biến tận dụng hết công suất vận hành phân xưởng để cho cấu sản phẩm cuối tạo có hiệu kinh tế cao nhất, đặc biệt tỷ lệ xăng diesel, nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường Các tính tốn phương án vận hành tối ưu thực mơ hình quy hoạch tuyến tính LP kết hợp tinh chỉnh phần mềm mô công nghệ Petrosim Ở phân xưởng cơng nghệ chính, điểm giới hạn thiết bị điều kiện vận hành có ảnh hưởng đến cấu sản phẩm nghiên cứu để tận dụng tối đa giới hạn thiết kế nhằm mang lại cấu sản phẩm tốt Trong mơ hình LP, việc tính tốn thay đổi tính chất loại sản phẩm rút từ tháp chưng cất thực kỹ thuật điều chỉnh điểm cắt phân đoạn trung gian (swing-cut) Dầu nguyên liệu vào tháp chưng cất phân chia thành phân đoạn có khoảng nhiệt độ sơi (TBP) liên tiếp Các phân đoạn trung gian xen phân đoạn rút từ tháp chưng cất điều chỉnh đưa lên phân đoạn có khoảng nhiệt độ sôi thấp (tăng điểm cắt) đưa xuống phân đoạn có khoảng nhiệt độ sơi cao (giảm điểm cắt) để tính tốn tính chất dịng sản phẩm rút Các phân xưởng cơng nghệ có xảy q trình biến đổi hóa học mô kỹ thuật base-delta (so sánh kết mô với liệu vận hành thực tế để dự đốn thay đổi điều kiện cơng 38 nghệ trường hợp mô khác nhau) sử dụng shift vector (các phương trình thực nghiệm tạo từ phần mềm Petrosim) để mô tả thay đổi hiệu suất tính chất sản phẩm theo tính chất ngun liệu Như vậy, cơng tác nghiên cứu tập trung vào điều chỉnh sau đây: (i) Điều chỉnh chế độ vận hành phân xưởng chưng cất khí CDU (điều chỉnh điểm cắt naphtha - kerosene, điểm cắt kerosene - gasoil nhẹ, điểm cắt gasoil nặng HGO - cặn chưng cất khí quyển); (ii) Điều chỉnh chế độ vận hành phân xưởng cracking RFCC (nhiệt độ phản ứng, nhiệt độ nguyên liệu đầu vào, lượng xúc tác bổ sung); (iii) Điều chỉnh chế độ vận hành phân xưởng reforming CCR (mối tương quan độ khắt khe với hiệu suất trị số octane xăng); (iv) Điều chỉnh công thức phối trộn sản phẩm (xây dựng công thức biểu diễn mối quan hệ thành phần phối trộn tính chất cần có sản phẩm, ví dụ, tỷ lệ phối trộn sản phẩm reformate với phân đoạn naphtha từ chưng cất trực tiếp CDU giá trị octane RON áp suất RVP; (v) Điều chỉnh thành phần nhiên liệu sử dụng nhà máy (tối ưu hóa việc kết hợp sử dụng khí thải fuel gas phụ phẩm làm nhiên liệu cho phân xưởng) Tính tốn để tìm phương án vận hành tối ưu ln yêu cầu bắt buộc nhà máy lọc dầu Khơng có cơng thức chung cố định để vận hành nhà máy lọc dầu hiệu quả, cấu hình nhà máy khác nhà máy yếu tố đầu vào, đầu luôn biến đổi Những nghiên cứu giúp BSR chủ động việc lập kế hoạch sản xuất tối ưu điều kiện dầu thô chế biến Số 11 năm 2019 ngày đa dạng, đảm bảo cấu chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu ngày cao khách hàng mang lại hiệu kinh tế cao Ngoài giải pháp trình bày đây, BSR cịn nghiên cứu áp dụng giải pháp KH&CN khác để nhà máy vận hành an tồn với cơng suất vượt 100% (thực tế đạt 110%) hiệu kinh tế cao, tiết kiệm hàng trăm triệu USD Đó kết nỗ lực không ngừng việc triển khai nghiên cứu khoa học ứng dụng giải pháp kỹ thuật, công nghệ để nhận diện nguy cơ, rủi ro tiềm ẩn nhằm đảm bảo nhà máy vận hành an toàn, ổn định; giải toán khả cung cấp chất lượng nguồn nguyên liệu dầu thô; đồng thời không ngừng nâng cao hiệu sản xuất, kinh doanh cho BSR bối cảnh thị trường sản phẩm xăng dầu nước ngày cạnh tranh yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày cao, đặc biệt thỏa thuận hội nhập kinh tế Việt Nam áp dụng Các thành nêu minh chứng cho định hướng, sách hồn tồn đắn BSR không ngừng phát huy tối đa tiềm lực trí tuệ, kiến thức chun mơn tinh thần say mê nghiên cứu khoa học, tìm tịi, học hỏi, sáng tạo đội ngũ cán bộ, kỹ sư, công nhân viên, non trẻ tràn đầy nhiệt huyết, để triển khai đề tài khoa học, sáng kiến, cải tiến kỹ thuật có tính ứng dụng cao trình sản xuất thực tế tiến tới nhanh chóng làm chủ nhà máy lọc dầu Việt Nam ? ... triệu USD so với trường hợp chế biến 100% dầu Bạch Hổ Nghiên cứu tối ưu hóa cấu sản phẩm Trong trình vận hành nhà máy lọc dầu, yếu tố thành phần dầu thô, tiêu chuẩn chất lượng, nhu cầu giá bán... hành phân xưởng chưng cất khí CDU (điều chỉnh điểm cắt naphtha - kerosene, điểm cắt kerosene - gasoil nhẹ, điểm cắt gasoil nặng HGO - cặn chưng cất khí quyển); (ii) Điều chỉnh chế độ vận hành phân... bình thường khơng thể tiếp cận phương pháp đo định lượng cho phép kiểm sốt tính tốn 36 Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất lượng rị rỉ cách xác để dùng cơng cụ máy tính tính tốn tổn thất theo dõi xu