Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (Mã mô đun: KKT19MĐ56) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí trình độ trung cấp và cao đẳng tại Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Giáo trình được ban hành chính thức kèm theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 do nhóm tác giả gồm Ks. Trần Thanh Huy (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Thanh Trung và Hoàng Trọng Quang biên soạn.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo, mô đun KKT19MĐ56 có khối lượng 3 tín chỉ với tổng thời lượng 75 giờ (bao gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 3 giờ kiểm tra). Mô đun này được bố trí giảng dạy sau các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn như Cơ sở khai thác (KKT19MH34), Vận hành van (KKT19MĐ50), Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (KKT19MĐ51), Vận hành bơm (KKT19MĐ52), Vận hành máy nén (KKT19MĐ53), Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54); đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận mô đun Vận hành hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình (KKT19MĐ58) và Thực tập sản xuất (KKT19MĐ60).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình xác định rõ chuẩn đầu ra trên ba phương diện:

  • Kiến thức: Phân loại và trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của đường ống dẫn, các loại bể chứa (bể trụ nằm ngang, bể trụ đứng) và tàu chứa dầu khí (ký hiệu chuẩn A1, A2).
  • Kỹ năng: Vận hành hệ thống đường ống, thiết bị phụ trợ, bể chứa và tàu chứa đúng quy trình công nghệ; phát hiện và xử lý được các sự cố kỹ thuật thường gặp (ký hiệu chuẩn B1, B2).
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ các quy định về an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), nội quy xưởng thực hành và quy trình vận hành thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa (ký hiệu chuẩn C1).

Cấu trúc giáo trình gồm 3 bài học chính kết hợp giữa lý thuyết cấu tạo thiết bị và thực hành vận hành quy trình. Điểm đặc thù của tài liệu là thiết kế thời lượng thực hành chiếm 77,3% tổng số giờ, đồng thời tích hợp các dữ liệu kỹ thuật thực tế từ các công trình dầu khí tại Việt Nam và quy chuẩn kỹ thuật quốc tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được chia thành 3 bài học theo trình tự logic từ cấu trúc cơ khí đến vận hành và xử lý sự cố:

(Khái niệm, phân loại,       (Cấu tạo bể bullet, tank,        (Thổi N2, khởi động trạm/LPG,
 vật liệu, fitting, coat)     tàu chứa, tính toán bền)          xuất nhập, khắc phục sự cố)

  • Bài 1: Đường ống (4 giờ: 2 giờ lý thuyết, 2 giờ thực hành):

    • Khái niệm và phân loại: Phân loại đường ống theo phương pháp lắp đặt (ngầm, trên mặt đất, dưới nước, treo), chất chuyển tải (nước, dầu, khí, hỗn hợp), áp lực vận hành, nhiệt độ (ống lạnh $< 0^\circ\text{C}$, ống nhiệt $> 50^\circ\text{C}$), chức năng (ống thu gom, ống dẫn chính, ống nhánh) và mức độ ăn mòn ($< 0,1\text{ mm/năm}$, $0,1 - 0,5\text{ mm/năm}$, $> 0,5\text{ mm/năm}$). Phân cấp đường ống dẫn dầu và khí chính theo đường kính từ Cấp 1 đến Cấp 4 (Cấp 1: $1000\text{ mm} < D \le 1400\text{ mm}$; Cấp 4: $D \le 300\text{ mm}$) và áp suất vận hành khí (cao áp $> 2,5\text{ MPa}$, trung áp $1,2 - 2,5\text{ MPa}$, thấp áp $< 1,2\text{ MPa}$).
    • Yêu cầu cấu tạo và phụ kiện: Quy định bố trí van chắn (khoảng cách tối đa $30\text{ km}$, cách ranh giới trạm $500 - 700\text{ m}$), ống thoát khí (cao tối thiểu $3\text{ m}$, cách van chắn $15\text{ m}$ nếu $D < 1000\text{ mm}$ hoặc $50\text{ m}$ nếu $D \ge 1000\text{ mm}$), mốc định vị cao $0,7\text{ m}$ cách nhau $1\text{ km}$. Quy cách phụ kiện đường ống (fittings) theo ANSI B16.9, olet, khớp nối thủy lực, gối đỡ (pipe supports).
    • Vật liệu và bảo vệ: Thép đúc (Seamless), thép hàn (Longitudinal Seam) theo API 5L (Grade A25 đến X80) và ASTM (A53, A106). Mã màu nhận dạng đường ống theo BS 1710:1984 / BS 4800 (dầu màu nâu 06C39, khí màu vàng đất 08C35, cứu hỏa màu đỏ 04E53, nước màu xanh lá 12D45). Kỹ thuật phủ epoxy bên trong theo API RP 5L2 / ISO 15741, phủ FBE (Fusion Bonded Epoxy) và ổn định nhiệt bằng bông khoáng, bông thủy tinh, silicat.

  • Bài 2: Bể chứa và Tàu chứa (6 giờ: 5 giờ lý thuyết, 1 giờ thực hành):

    • Phân loại bồn bể: Bể theo chức năng (bể chứa, bể công nghệ); theo vị trí (ngầm, nổi, nửa ngầm, ngoài khơi); theo hình dạng (hình trụ đứng, hình trụ nằm ngang, hình cầu).
    • Bể trụ nằm ngang (Bullet): Thiết kế theo ASME Section VIII – Division 1. Các dữ kiện thực tế được nêu gồm 03 bồn LPG $450\text{ m}^3$ ($54.500 \times 27$, áp suất $27\text{ bar}$) tại Nhà máy chế biến khí Dinh Cố và 33 bồn LPG $450\text{ m}^3$ ($35.200 \times 27$, áp suất $27\text{ bar}$) tại Kho cảng Thị Vải. Công thức tính chiều dày thân bồn: $$t = \frac{PR}{2SE - 0.4t} + CA$$ Công thức tính chỏm cầu bán cầu và chỏm cầu elip: $$t = \frac{PR}{2SE - 0.2t} + CA \quad \text{và} \quad t = \frac{PD}{2SE - 0.2t} + CA$$ Bảng tra mác thép tấm chế tạo (SA-283, SA-285, SA-515, SA-516), bích/fitting (SA-105, SA-181, SA-350) và ống (SA-53, SA-106, SA-333). Quy định dung sai lắp đặt cửa thăm (Manhole: $\pm 1/2\text{ inch}$), mặt bích công nghệ ($\pm 1/4\text{ inch}$), mặt bích đo mức ($\pm 1/16\text{ inch}$), chân đỡ ($\pm 1/8\text{ inch}$) và độ ôvan thân bồn ($D_{\max} - D_{\min} \le 1% D_{\text{danh nghĩa}}$).
    • Bể hình trụ đứng (Tank): Cấu tạo 3 phần chính (đáy bể hàn trên nền móng có lớp nhựa đường chống ẩm, thân bể chịu lực thủy tĩnh tăng dần theo chiều sâu, mái nón/bán cầu chịu áp suất dư $2000\text{ Pa}$ và áp suất chân không $245\text{ Pa}$). Trang bị bể đứng gồm: ống xuất nhập ($6 - 24\text{ inch}$, vận tốc dòng $0,5 - 2,5\text{ m/s}$) với nắp vỉ ruồi và ống nâng hạ có tời; ống cân bằng áp lắp ở độ cao $6\text{ m}$; cửa đo mức/lấy mẫu dùng dây định hướng đồng/nhôm; cửa người (manhole); van hô hấp cơ học ($20\text{ mm H}_2\text{O}$ / $209\text{ Pa}$); van an toàn thủy lực (áp suất dư $588\text{ N/m}^2$, chân không $392\text{ N/m}^2$); bình ngăn lửa; lăng phun bọt; hệ thống tiếp địa chống sét; đê chắn lửa (đất/bê tông) và hệ thống phun nước làm mát thành bể.
    • Tàu chứa (FSO/FPSO): Tiếp nhận dầu thô từ giàn khai thác, xử lý thành dầu thương phẩm, xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường biển, tồn chứa và bơm xuất.

  • Bài 3: Vận hành hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí (65 giờ: 5 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra):

    • Vận hành đường ống: Chuẩn bị hệ thống, quy trình thổi khí Nitơ ($\text{N}_2$) đuổi không khí để giảm hàm lượng oxy xuống dưới 5% (thể tích $\text{N}_2$ cần nạp gấp 3 đến 5 lần thể tích đường ống, thực hiện 2–3 chu kỳ). Quy trình khởi động lần đầu từ bình tách BT1 qua van Joule-Thomson (JT) sang bình BT2, qua ống phóng thoi PT1, bơm hóa chất chống ăn mòn, mở van ngắt trên tuyến, vận hành thiết bị gia nhiệt GN-201, bình tách BT-201, bình lọc BL-201 tại trạm phân phối. Quy định áp suất van tự mở ($> 20\text{ bar}$) và áp suất khí công cụ ($> 7\text{ bar}$). Cài đặt độ sụt áp cực đại tại van hạ áp nhà máy LPG (VHA-104) và sụt áp nhỏ nhất tại trạm phân phối (VHA-206). Trình tự dừng và khởi động lại sau dừng bình thường hoặc dừng khẩn cấp (ESD).
    • Vận hành bồn bullet và bể đứng: Các bước kiểm tra an toàn (bảo hộ, tiếp địa, hướng gió, lấy mẫu dầu 3 điểm tại đỉnh – giữa – đáy), quy trình nhập dầu (Loading) và xuất dầu (Off-loading), niêm phong van chì.
    • Xử lý sự cố: Xử lý biến động nhiệt độ, áp suất, lưu lượng; khắc phục rò rỉ, sụt áp, vỡ ống; thao tác đóng van bằng tay khi hệ thống điều khiển tự động không tác động.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng nền tảng kiến thức kỹ thuật dựa trên các hệ thống tiêu chuẩn công nghiệp và nguyên lý cơ học:

  1. Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế và quy chuẩn chế tạo: Tiêu chuẩn chế tạo bình chịu áp lực ASME Section VIII – Division 1; tiêu chuẩn đường ống API 5L; tiêu chuẩn vật liệu và kích thước ASTM A53, A106, ANSI B36.10, ANSI B36.19, ANSI B16.9; tiêu chuẩn mã màu nhận dạng BS 1710:1984 / BS 4800; tiêu chuẩn lớp phủ chống ăn mòn ISO 15741 và API RP 5L2.
  2. Nguyên lý thủy lực và truyền nhiệt: Quy luật phân bố áp lực thủy tĩnh tác dụng lên thành bể chứa; cơ chế giảm ma sát dòng chảy bằng màng phủ epoxy; tính toán 3 cơ chế truyền nhiệt (dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ) nhằm ngăn ngừa hiện tượng tạo tinh thể hydrat hóa và tách pha khí – lỏng trong đường ống qua vật liệu cách nhiệt (bông khoáng, bông thủy tinh).
  3. Nguyên lý an toàn áp suất và phòng nổ: Giới hạn nồng độ oxy an toàn ($< 5%$) trong môi trường hydrocacbon; nguyên lý cân bằng áp suất khoang chứa qua van thở cơ học và van an toàn thủy lực; nguyên lý xả áp khẩn cấp tại trạm van ngắt và nhà máy xử lý khí.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills):
    • Đọc và phân tích thông số kỹ thuật trên sơ đồ công nghệ, bảng mã màu nhận dạng đường ống và mác thép vật liệu.
    • Tính toán kiểm tra chiều dày thành thân bồn và chỏm cầu bồn bullet theo tiêu chuẩn ASME.
    • Thực hiện thao tác thổi thông khí $\text{N}_2$, điều chỉnh van công nghệ, đóng/mở van ngắt trạm tuyến và van nhánh $50\text{ mm}$.
    • Thực hiện thao tác tời nâng hạ ống xuất dầu trong bể đứng và lấy mẫu dầu tại các tầng chiều cao.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills):
    • Phân tích các thông số đo lường áp suất, nhiệt độ, lưu lượng và mức chất lỏng hiển thị trên bảng điều khiển PMCS/FSS.
    • Đánh giá trạng thái cân bằng pha và hiện tượng sụt áp trên các cụm van hạ áp VHA-104 và VHA-206.
    • Xác định nguyên nhân gây mất áp, quá áp hoặc rò rỉ lưu chất trên tuyến ống và bồn chứa.
  • Năng lực thực tế (Practical competencies):
    • Vận hành độc lập hoặc phối hợp nhóm trong quy trình nhập/xuất sản phẩm tại kho bồn và trạm van.
    • Thực hiện đúng quy trình an toàn PCCC, nối đất khử tĩnh điện và xử lý dừng khẩn cấp hệ thống khi có sự cố.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng các phương pháp sư phạm tích cực, kết hợp giữa thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn tài liệu và thực hành thao tác trên mô hình thiết bị:

  • Tổ chức dạy học lý thuyết và thảo luận: Giảng viên sử dụng phương pháp nêu vấn đề thông qua các câu hỏi và tình huống kỹ thuật ở cuối mỗi bài (ví dụ: giải thích cơ chế mở nắp vỉ ruồi bằng áp lực bơm, tính toán thất thoát nhiệt của dòng lưu chất, phân tích vai trò của ống cân bằng áp). Học viên được chia thành các nhóm nhỏ từ 8 đến 10 người để nghiên cứu chủ đề, viết báo cáo và thuyết trình.
  • Tổ chức thực hành: Mô đun bố trí 58 giờ thực hành tại Xưởng thiết bị dầu khí và Phòng mô hình khai thác dầu khí. Học viên được trực tiếp thao tác trên các mô hình bồn bể, hệ thống đường ống, van công nghệ, thiết bị đo mức và hệ thống đường ống phóng thoi.
  • Quy định và điều kiện học tập:
    • Học viên phải chuẩn bị bài và nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp.
    • Yêu cầu chuyên cần: Học viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại mô đun) và tham dự 100% các buổi học thực hành (vắng thực hành phải học lại mô đun).
  • Phương pháp và cơ cấu đánh giá: Áp dụng theo quy chế đào tạo ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH. Điểm mô đun tính theo thang điểm 10 (làm tròn một chữ số thập phân) và quy đổi sang thang điểm 4, cơ cấu gồm:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%): 01 bài kiểm tra thường xuyên (sau 4 giờ học, hình thức viết/vấn đáp, đánh giá chuẩn A1, A2, C1) và 01 bài kiểm tra định kỳ (sau 61 giờ học, hình thức viết/thực hành, đánh giá chuẩn A1, A2, B1, B2, C1, C2, C3).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Thực hiện sau 75 giờ học, đánh giá kết hợp giữa tự luận/trắc nghiệm và thao tác thực hành (đánh giá toàn diện chuẩn A1, A2, B1, B2, C1, C2, C3).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa khung chương trình đào tạo: Giáo trình được ban hành năm 2020 nhằm cập nhật và chuẩn hóa hai tài liệu nội bộ ban hành năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí gồm Giáo trình Vận hành đường ống bồn bể và Tài liệu hướng dẫn thực hành đường ống bồn bể.
  • Dữ liệu kỹ thuật từ công trình thực tế: Tích hợp số liệu và thông số vận hành thực tế tại các cơ sở thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, cụ thể là:
    • Cụm 03 bồn chứa LPG bullet dung tích $450\text{ m}^3$ đặt trên trụ đỡ có bọc cách nhiệt tại Nhà máy chế biến khí Dinh Cố (PVGas).
    • Cụm 33 bồn chứa LPG bullet dung tích $450\text{ m}^3$ đặt chìm trong lòng cát tại Kho cảng Thị Vải (PVGas).
  • Tích hợp tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Đưa vào các tiêu chuẩn quốc tế làm cơ sở tính toán và nhận diện thiết bị:
    • Tiêu chuẩn ASME Section VIII – Division 1 trong tính toán áp lực và chiều dày bồn bể.
    • Hệ thống mác thép ASTM (SA-515, SA-516 cho thép tấm; SA-105 cho mặt bích; SA-106 cho ống).
    • Tiêu chuẩn API RP 5L2 và ISO 15741 trong kiểm soát chất lượng lớp phủ epoxy lòng trong đường ống nhằm giảm ma sát và chống bám lắng parafin.
    • Tiêu chuẩn BS 1710:1984 và BS 4800 về bảng mã màu nhận diện dòng lưu chất trong công nghiệp.
  • Mô tả chi tiết hệ thống tự động hóa và an toàn: Giáo trình đề cập cụ thể quy trình tương tác với hệ thống điều khiển PMCS, hệ thống an toàn phòng cháy FSS, hệ thống ngắt khẩn cấp ESD, cơ chế xả áp trạm qua hầm đốt có mồi lửa và cơ chế điều áp của van thở cơ học kết hợp van an toàn thủy lực.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên:
    • Học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc chuyên ngành Vận hành thiết bị khai thác dầu khí tại các trường đào tạo kỹ thuật.
    • Học viên các khóa đào tạo nghề ngắn hạn hoặc đào tạo lại cho công nhân kỹ thuật trong ngành dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites):
    • Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở: An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12).
    • Người học cần có kiến thức từ các mô đun chuyên ngành: Cơ sở khai thác (KKT19MH34), Vận hành van (KKT19MĐ50), Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (KKT19MĐ51), Vận hành bơm (KKT19MĐ52), Vận hành máy nén (KKT19MĐ53), Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54).
  • Giảng viên chuyên ngành:
    • Sử dụng làm giáo trình giảng dạy chính thức cho mô đun KKT19MĐ56.
    • Làm căn cứ để xây dựng đề cương chi tiết, giáo án lý thuyết, bảng hướng dẫn thực hành tại xưởng và ngân hàng câu hỏi kiểm tra, đánh giá định kỳ và kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên và cán bộ vận hành:
    • Làm tài liệu tham khảo cho nhân viên vận hành tại các trạm thu gom dầu khí, trạm phân phối khí, kho cảng bồn bể và giàn khai thác ngoài khơi trong công tác tra cứu quy trình vận hành, bảo dưỡng và xử lý sự cố.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được thiết kế cho học sinh, sinh viên hệ trung cấp và cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí; đồng thời phù hợp làm tài liệu bồi dưỡng chuyên môn cho công nhân kỹ thuật vận hành hệ thống đường ống và kho bồn bể dầu khí.

2. Người học cần đáp ứng kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (An toàn lao động, Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật, Điều khiển quá trình) và các mô đun chuyên ngành về thiết bị khai thác (Cơ sở khai thác, Vận hành van, Thiết bị hoàn thiện giếng, Vận hành bơm, Máy nén, Thiết bị tách dầu khí).

3. Giáo trình có điểm gì khác biệt về mặt dữ liệu kỹ thuật so với tài liệu lý thuyết thông thường?

Giáo trình trích xuất trực tiếp các công thức tính toán và bảng tra vật liệu theo tiêu chuẩn quốc tế (ASME Section VIII, API 5L, ASTM, BS 1710), đồng thời sử dụng các số liệu thực tế từ các công trình vận hành của PVGas tại Dinh Cố và Thị Vải để làm dẫn chứng học tập.

4. Phương pháp tự học mô đun này như thế nào để đạt hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo các câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài; tuân thủ quy định tham dự tối thiểu 70% giờ lý thuyết và 100% giờ thực hành; tham gia tích cực vào nhóm thảo luận (8–10 học viên) để giải quyết các bài tập tình huống vận hành và quy trình xử lý sự cố.

5. Giáo trình sử dụng những tài liệu tham khảo chính thức nào?

Giáo trình tham khảo tài liệu nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí (2017) và các chuyên khảo quốc tế:

  • Alireza Bahadori (2017), Oil and Gas Pipelines and Piping Systems, Australian Oil and Gas Services.
  • Sunil Pullarcot (2015), Above Ground Storage Tanks, Taylor & Francis Group.
  • Håvard Devold (2013), Oil and Gas Production Handbook, Edition 3.
  • Antaki (2003), Piping and Pipeline Engineering.

Kết luận

Giáo trình mô đun Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (Mã mô đun: KKT19MĐ56) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo, tính toán kỹ thuật và quy trình vận hành các hạng mục đường ống, bồn bể (bullet, tank) và tàu chứa dầu khí. Việc hoàn thành mô đun này trang bị cho người học đầy đủ các chuẩn đầu ra về kiến thức phân loại thiết bị, kỹ năng thao tác quy trình nhập xuất, kỹ năng thổi thông khí trơ $\text{N}_2$ và năng lực xử lý sự cố áp suất, rò rỉ tại hiện trường.

Trong lộ trình đào tạo, mô đun là mắt xích hoàn thiện khối kiến thức chuyên môn kỹ thuật trước khi học viên chuyển sang giai đoạn thực hành tổng hợp trên mô hình mô phỏng (Vận hành hệ thống khai thác dầu khí trên mô hình - KKT19MĐ58) và thực tế tại doanh nghiệp (Thực tập sản xuất - KKT19MĐ60). Các kỹ sư, giảng viên và học viên có thể khai thác bổ sung các nguồn tài liệu tham khảo chuyên ngành của Alireza Bahadori, Sunil Pullarcot và Håvard Devold để mở rộng kiến thức chuyên sâu về thiết kế và kỹ thuật công trình dầu khí.