Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành các phân xưởng chế biến khí (Mã mô đun: PETR56118) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) ban hành kèm theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 tại Bà Rịa - Vũng Tàu. Trong khung chương trình đào tạo gồm 61 tín chỉ (1475 giờ), mô đun PETR56118 có khối lượng 6 tín chỉ với tổng thời lượng 150 giờ (36 giờ lý thuyết, 108 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 6 giờ kiểm tra/thi). Về mặt vị trí, mô đun được bố trí giảng dạy ở giai đoạn cuối của chương trình đào tạo chuyên môn, sau các mô đun Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115) và Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A4): Trình bày đặc điểm hóa lý và giản đồ pha của khí tự nhiên, khí đồng hành; giải thích nguyên lý hoạt động của các thiết bị chế biến khí; mô tả sơ đồ công nghệ các phân xưởng và phân tích tác động của các thông số công nghệ đến quá trình vận hành.
  • Kỹ năng (B1–B3): Đọc bản vẽ sơ đồ dòng công nghệ (PFD) của phân xưởng chế biến khí (GPP); thực hiện đúng các bước trong quy trình khởi động, vận hành bình thường và ngừng hoạt động trên mô hình mô phỏng động; phát hiện và xử lý sự cố công nghệ an toàn.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn, phòng cháy chữa cháy, nội quy phòng mô hình và quy trình vận hành thiết bị công nghệ.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học, tiếp cận theo tiến trình dây chuyền công nghệ thực tế từ xử lý nguyên liệu khí mỏ đến chế biến sâu thu hồi sản phẩm. Tài liệu do tập thể tác giả thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn (Chủ biên: GV. Phạm Thị Hải Yến; tham gia biên soạn: ThS. Lê Quốc Hoàng, KS. Phạm Công Đại, TS. Nguyễn Huỳnh Đông, KS. Phạm Công Quang). Điểm đặc thù của giáo trình là phân bổ 72% thời lượng cho phần thực hành (108/150 giờ) trên các mô hình mô phỏng chuyên dụng gắn với dữ liệu vận hành thực tế tại các mỏ khí và Nhà máy Chế biến khí Dinh Cố.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 6 bài học chuyên đề có tính liên kết hệ thống:

  • Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên (3 giờ LT): Định nghĩa và phân loại khí tự nhiên, khí đồng hành, khí thô, khí chua, khí ngọt ($H_2S < 1%$, $CO_2 < 2%$), khí béo ($C_3^+ > 150\text{ g/m}^3$), khí gầy ($C_3^+ < 50\text{ g/m}^3$), khí khô ($C_2^+ < 10%$), khí ẩm ($C_2^+ > 10%$), LPG, NGL, LNG, CNG. Khảo sát giản đồ pha $P\text{-}V\text{-}T$, $P\text{-}T$ của hệ một cấu tử và hệ đa cấu tử hydrocacbon, hiện tượng ngưng tụ đẳng nhiệt suy biến (retrograde condensation). Giới thiệu tiêu chuẩn kỹ thuật của khí thương mại (nhiệt trị $39.100\text{ - }39.500\text{ kJ/m}^3$, điểm sương $< -6^\circ\text{C}$, $H_2O < 150\text{ ppm}$) và LPG thương mại theo tiêu chuẩn ASTM D 323-82, ASTM D-1267-84, ASTM D-2784-80.
  • Bài 2: Quá trình làm ngọt khí (4 giờ LT, 37 giờ TH, 1 giờ KT): Tác hại ăn mòn và gây độc của $H_2S$, $CO_2$, $COS$, $CS_2$, $RSH$. So sánh hai nhóm phương pháp: hấp thụ hóa học (dung dịch alkanolamin: MEA, DEA, TEA, DIPA, DGA, MDEA; dung dịch $K_2CO_3$ nóng) và hấp thụ vật lý (quá trình Fluor dùng propylen cacbonat, Selexol dùng DMEPEG, Purisol dùng NMP, Sulfinol dùng hỗn hợp DIPA/sulfolan/nước, Rectisol dùng metanol nhiệt độ thấp). Phân tích chi tiết quy trình công nghệ hấp thụ bằng MEA (nồng độ dung dịch $15\text{ - }20%$, tải khí axit $\le 0{,}4\text{ mol/mol}$ amin), cơ chế phản ứng thuận nghịch, cấu tạo tháp hấp thụ, tháp tái sinh (stripper), bồn bay hơi flash drum, thiết bị tái đun sôi (reboiler). Thực hành quy trình khởi động, vận hành và xử lý các vấn đề tạo bọt, ăn mòn, tổn thất dung môi.
  • Bài 3: Quá trình thu hồi lưu huỳnh (5 giờ LT, 1 giờ KT): Cơ sở hóa học của phản ứng oxy hóa nhiệt và xúc tác chuyển đổi $H_2S$ thành lưu huỳnh nguyên tố theo công nghệ Claus (quá trình Claus một dòng, Claus chia dòng), thiết bị phản ứng, thiết bị ngưng tụ lưu huỳnh và các phương pháp xử lý khí thải (tail gas).
  • Bài 4: Quá trình làm khô và chống hình thành Hydrate (5 giờ LT, 36 giờ TH, 2 giờ KT): Khái niệm, cấu trúc ô mạng tinh thể và điều kiện nhiệt độ - áp suất hình thành hydrate khí hydrocacbon; phương pháp xác định độ ẩm và điểm sương của khí. Phân tích công nghệ làm khô bằng hấp thụ chất lỏng (dung dịch trietylen glycol - TEG, dietylen glycol - DEG), làm khô bằng chất hấp phụ rắn (rây phân tử Zeolite) và giải pháp bơm chất ức chế hydrate (metanol, glycol). Thực hành quy trình dehydrate trên mô hình.
  • Bài 5: Thu hồi NGL (5 giờ LT, 35 giờ TH, 1 giờ KT): Khái niệm phần lỏng của khí tự nhiên (Natural Gas Liquid - NGL). Nguyên lý và thông số công nghệ thu hồi NGL bằng dầu hấp thụ (absorption oil) và bằng các phương pháp làm lạnh: van giãn nở Joule - Thomson (JT valve), tuabin giãn nở (turbo-expander), chu trình làm lạnh bằng propan. Thực hành quy trình công nghệ thu hồi NGL trên mô hình mô phỏng.
  • Bài 6: Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ và chưng cất (14 giờ LT, 1 giờ KT): Nguyên lý công nghệ chưng cất phân tách các cấu tử hydrocacbon. Khảo sát chi tiết dây chuyền công nghệ tại Nhà máy Chế biến khí Dinh Cố (GPP Dinh Cố): nguyên lý hoạt động của thiết bị đón dòng Slug Catcher, thiết bị tách nước V-06, V-06A/B, V-08, tháp chưng cất C-01, CC-01, Reboiler kiểu Kettle; phân tích ba chế độ vận hành thực tế gồm chế độ AMF (Around Minor Fractionator), chế độ MF (Minor Fractionator) và chế độ GPP hoàn chỉnh.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng cơ sở khoa học dựa trên các nguyên lý kỹ thuật cốt lõi:

  • Nhiệt động học và cân bằng pha hydrocacbon: Xác định điểm tới hạn ($T_c, P_c$), đường bao pha, miền suy biến và sự biến thiên tỷ lệ lỏng - hơi trong quá trình khai thác, vận chuyển và chế biến khí.
  • Động lực học quá trình truyền khối: Cơ chế khuếch tán chất khí vào pha lỏng dựa trên chênh lệch áp suất riêng phần giữa hai pha; quy luật cân bằng hấp thụ vật lý theo định luật Henry và hấp thụ hóa học có phản ứng thuận nghịch.
  • Nguyên lý giãn nở sinh hàn: Cơ chế hạ nhiệt độ qua quá trình giãn nở đoạn nhiệt tiết lưu không sinh công (Joule - Thomson) và giãn nở đoạn nhiệt sinh công ngoài (tuabin giãn nở) để hóa lỏng phân đoạn NGL.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên ngành: Đọc, giải thích và đối chiếu lưu lượng, nhiệt độ, áp suất trên bản vẽ sơ đồ dòng công nghệ (PFD) của các phân xưởng làm ngọt, làm khô, thu hồi NGL và phân đoạn khí.
  • Kỹ năng phân tích công nghệ: Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ $H_2S:CO_2$, nồng độ dung môi amin, độ sụt áp qua tháp tiếp xúc, mức độ bão hòa dung dịch và nhiệt độ điểm sương để kiểm soát chất lượng khí thương mại đạt chuẩn.
  • Kỹ năng vận hành thực tế: Thao tác các bước khởi động phân xưởng (startup), duy trì chế độ vận hành ổn định, dừng hệ thống (shutdown) và xử lý sự cố công nghệ (hiện tượng tạo bọt dung dịch amin, tắc nghẽn hydrate đường ống, quá tải thiết bị phân tách) trên hệ thống mô phỏng động Prosimulator.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp sư phạm

Mô đun áp dụng phương pháp dạy học tích cực kết hợp giữa giảng giải lý thuyết, nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật và thực hành mô phỏng. Giảng viên tổ chức lớp học theo các ca, nhóm nhỏ để hướng dẫn trực tiếp quy trình vận hành và kiểm tra kỹ năng thao tác của từng người học.

Bài tập và tình huống công nghệ

Giáo trình tích hợp các bộ số liệu thực nghiệm từ các mỏ dầu khí Việt Nam để làm bài tập tính toán và phân tích:

  • Đánh giá thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành tại bể Cửu Long (mỏ Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Ruby) và bể Nam Côn Sơn (mỏ Đại Hùng, Lan Tây, Lan Đỏ, Rồng Đôi, Hải Thạch, Mộc Tinh).
  • Phân tích tình huống xử lý khí có hàm lượng $CO_2$ cao ($75\text{ - }85%$ thể tích) tại bể Sông Hồng (mỏ Tiền Hải - C).
  • Bài toán tính toán tổn thất dung môi MEA theo áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ đỉnh tháp tiếp xúc.

Thực hành và mô phỏng

Thời lượng thực hành chiếm 108 giờ trên tổng số 150 giờ của mô đun, được thực hiện trong phòng học chuyên môn hóa trang bị máy tính, máy chiếu và phần mềm mô phỏng quá trình động:

  • Mô phỏng phân xưởng làm ngọt khí bằng dung dịch amin: mô-đun Amine treating unit AMI01 (phần mềm Prosimulator).
  • Mô phỏng phân xưởng thu hồi phân đoạn lỏng NGL: mô-đun NGL recovery unit NGL01 (phần mềm Prosimulator).
  • Khảo sát thực tế các chế độ công nghệ AMF, MF và GPP của dây chuyền chế biến khí Dinh Cố.

Phương pháp đánh giá

Quy trình đánh giá tuân thủ quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, áp dụng thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân):

Thành phần đánh giá Phương pháp tổ chức Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu ra đánh giá Thời điểm thực hiện Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Quan sát, bảng kiểm, hỏi đáp Vấn đáp / Bảng kiểm thao tác A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, C1 Sau mỗi 5 giờ học 40% (Tổng điểm quá trình)
Kiểm tra định kỳ Viết, thao tác trên mô hình Tự luận / Trắc nghiệm / Sản phẩm học tập A2, A3, A4, B1, B2, C1 Sau 15 giờ học
Thi kết thúc mô đun Bài thi viết và thao tác mô hình Tự luận, trắc nghiệm kết hợp thực hành mô phỏng A1–A4, B1–B3, C1 Sau 150 giờ (kết thúc mô đun) 60%

Quy định tự học

  • Người học phải nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
  • Hoạt động tự học theo nhóm (2–3 người học) được phân công chuẩn bị trước các chủ đề thảo luận về sơ đồ PFD và quy trình khởi động thiết bị.
  • Điều kiện chuyên cần bắt buộc: tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành. Trường hợp vắng $>0%$ số tiết thực hành không được dự thi kết thúc mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

Cập nhật so với các tài liệu tiền nhiệm

Giáo trình (phiên bản năm 2022) được chỉnh sửa, chuẩn hóa cấu trúc bài giảng từ giáo trình lưu hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí. Chương trình được cấu trúc lại thành 6 bài học trọng tâm, chuẩn hóa thời lượng giảng dạy lý thuyết và bổ sung quy trình thực hành chi tiết trên các mô hình mô phỏng công nghệ mới.

Tích hợp dữ liệu công nghiệp khí Việt Nam

Tài liệu cung cấp bảng số liệu thành phần hóa học cụ thể từ 4 cụm khai thác dầu khí trọng điểm quốc gia:

  • Cụm mỏ Đồng bằng Bắc Bộ: Mỏ khí Tiền Hải - C (trữ lượng khoảng 250 tỷ $\text{m}^3$ khí).
  • Cụm mỏ bể Cửu Long: Cung cấp $>96%$ sản lượng dầu toàn quốc qua chuỗi mỏ Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Ruby; hệ thống đường ống thu gom khí đồng hành dài 110 km đưa khí vào bờ.
  • Cụm mỏ bể Nam Côn Sơn: Các mỏ Đại Hùng, Lan Tây, Lan Đỏ (trữ lượng xác minh 58 tỷ $\text{m}^3$, công suất cấp 2,7 tỷ $\text{m}^3$/năm), Hải Thạch, Mộc Tinh, Rồng Đôi Tây.
  • Cụm mỏ Thềm lục địa Tây Nam: Mỏ Bunga Kekwa - Cái Nước, Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Raya thuộc khu vực chồng lấn thương mại Việt Nam - Malaysia cấp khí cho Cụm công nghiệp Khí - Điện - Đạm Cà Mau.

Tài liệu chỉ rõ đặc tính công nghệ: khí thiên nhiên và khí đồng hành tại Việt Nam có hàm lượng $H_2S$ rất thấp (khoảng $0{,}002\text{ g/m}^3$), giảm thiểu ăn mòn thiết bị và đơn giản hóa khâu thu hồi lưu huỳnh so với các nguồn khí chua trên thế giới.

Ứng dụng hệ thống tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc tế

Giáo trình tích hợp các quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành từ Hiệp hội các nhà cung cấp và chế biến khí (GPA) và Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM):

  • ASTM Method D 323-82: Xác định áp suất hơi Reid (RVP) đối với xăng tự nhiên (gasoline).
  • ASTM Method D-1267-84: Đo áp suất hơi của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG).
  • GPA Std 2140-88 & ASTM Method D 2713-86: Kiểm tra độ ẩm propan bằng phương pháp GPA Cobalt Bromide Test và phương pháp đông lạnh van (freeze valve).
  • ASTM Method D-2784-80: Định phân hàm lượng lưu huỳnh tổng trong nhiên liệu khí hóa lỏng.
  • ASTM Method D-1838-84: Đánh giá độ ăn mòn tiềm ẩn đối với lá đồng do hợp chất hydrosunfua trong LPG và propan.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Sinh viên chuyên ngành

  • Bậc đào tạo: Sinh viên trình độ Cao đẳng và học sinh trình độ Trung cấp thuộc nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học hoặc Chế biến dầu khí.
  • Thời điểm học tập: Học kỳ chuyên ngành cuối, trước khi tham gia học phần Thực tập sản xuất (PETR54219).

Điều kiện tiên quyết (Prerequisites)

Để tiếp thu kiến thức mô đun, người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn nghề trước đó:

  • Môn học kỹ thuật cơ sở: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111).
  • Môn học chuyên môn nghề: Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005), Vận hành máy thủy khí I (PETR56107), Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109), Vận hành lò gia nhiệt - thiết bị nhiệt (PETR53111), Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115) và Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116).

Giảng viên và cơ sở đào tạo

  • Dùng làm khung chuẩn để thiết kế giáo án lý thuyết, giáo án thực hành và tích hợp.
  • Làm căn cứ thiết lập các bảng kiểm kỹ năng thực hành trên phần mềm mô phỏng và xây dựng ngân hàng câu hỏi thi kết thúc mô đun theo chuẩn đầu ra A1–A4, B1–B3, C1.

Kỹ thuật viên và cán bộ kỹ thuật

  • Sử dụng làm tài liệu tra cứu các thông số công nghệ vận hành chuẩn của hệ thống làm ngọt bằng amin, hệ thống dehydrate bằng TEG/DEG và các thiết bị tách Slug Catcher, Reboiler kiểu Kettle tại các nhà máy xử lý khí, trạm nén khí và nhà máy GPP.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chính thức cho học sinh, sinh viên ngành Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp khối ngành năng lượng, đồng thời phù hợp làm tài liệu đào tạo nội bộ cho kỹ thuật viên vận hành tại các nhà máy chế biến khí.

2. Cần kiến thức nền nào để học giáo trình này?

Người học cần hoàn thành các học phần về vẽ kỹ thuật, thiết bị truyền động thủy khí, thiết bị trao đổi nhiệt, cơ sở điều khiển quá trình và các quá trình chế biến dầu mỏ cơ bản (chưng cất dầu thô, chế biến dầu I) trước khi tiếp cận nội dung mô đun này.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết chế biến khí khác là gì?

Giáo trình tập trung vào kỹ năng thực hành vận hành với thời lượng thực hành chiếm 72% (108/150 giờ), tích hợp dữ liệu thành phần khí thực tế tại các bể trầm tích Cửu Long, Nam Côn Sơn, Sông Hồng và sơ đồ vận hành chi tiết 3 chế độ (AMF, MF, GPP) của Nhà máy Chế biến khí Dinh Cố.

4. Làm sao để tự học và nghiên cứu giáo trình đạt hiệu quả cao?

Người học cần kết hợp đọc lý thuyết từng bài với việc tra cứu sơ đồ dòng công nghệ (PFD), nghiên cứu kỹ các đồ thị giới hạn vận hành (nồng độ dung môi, đường cong áp suất hơi, độ hạ điểm sương) và chuẩn bị các kịch bản xử lý sự cố trước khi bước vào ca thực hành trên mô hình mô phỏng.

5. Có những tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Tài liệu bổ trợ chính gồm:

  • Sách chuyên khảo Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành (TS. Nguyễn Thị Minh Hiền, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004).
  • Tài liệu kỹ thuật phần mềm mô phỏng Prosimulator: Amine treating unit AMI01 (2015) và NGL recovery unit NGL01 (2014).
  • Bộ tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng sản phẩm dầu khí ASTM D 323-82, ASTM D-1267-84, ASTM D-1838-84 và GPA Std 2140-88.

Kết luận

Giáo trình Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có cấu trúc logic về các quá trình công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành. Tài liệu phản ánh chính xác các nguyên lý kỹ thuật từ giai đoạn xử lý khí thô đầu vào, làm ngọt khí bằng dung môi amin, thu hồi lưu huỳnh Claus, làm khô bằng glycol, đến công nghệ làm lạnh sâu thu hồi NGL và phân đoạn chưng cất tại GPP Dinh Cố.

Lộ trình học tập được thiết kế liên hoàn từ trang bị nền tảng lý thuyết nhiệt động pha (Bài 1), rèn luyện kỹ năng vận hành từng phân xưởng xử lý chuyên biệt (Bài 2 đến Bài 5), đến vận hành tổng hợp toàn bộ nhà máy chế biến khí trên mô hình mô phỏng động (Bài 6). Để hoàn thiện kỹ năng nghề nghiệp, người học cần kết hợp chặt chẽ việc nghiên cứu giáo trình với thực hành chuyên sâu trên phần mềm Prosimulator và tham khảo hệ thống tài liệu quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và quốc tế.