Tổng quan về giáo trình

Giáo trình "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 ở trình độ Cao đẳng, được ban hành kèm theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên biên soạn gồm: GV. Phạm Thị Hải Yến (Chủ biên), Lê Quốc Hoàng, Phạm Công Đại, Nguyễn Huỳnh Đông và Phạm Công Quang.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo, PETR56118 là mô đun chuyên môn được bố trí giảng dạy sau các mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên ngành như Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115) và Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116). Đây là mô đun chuyên môn hoàn tất khối kiến thức công nghệ trước khi sinh viên bước vào giai đoạn Thực tập sản xuất (PETR54219) và Khóa luận tốt nghiệp (PETR66220). Mô đun có khối lượng 6 tín chỉ với tổng thời lượng 150 giờ, trong đó lý thuyết chiếm 36 giờ, thực hành/thí nghiệm/thảo luận chiếm 108 giờ và kiểm tra chiếm 6 giờ.

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, tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành; giải thích nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong phân xưởng chế biến khí; mô tả sơ đồ công nghệ và phân tích tác động của các thông số kỹ thuật 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); vận hành đúng quy trình khởi động, vận hành ổn định và ngừng hệ thống trên mô hình mô phỏng; phát hiện và xử lý các sự cố kỹ thuật trong quá trình vận hành.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, quy trình vận hành thiết bị điện - tự động hóa và đảm bảo an toàn thiết bị công nghệ.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học được thiết kế theo chuỗi công nghệ chế biến khí thực tế, liên kết từ việc nghiên cứu tính chất nguyên liệu đến các quá trình xử lý tạp chất, tách lỏng và chế biến sâu.

Nội dung kiến thức cốt lõi

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN KHÍ                              |
|                                                                                   |
|  Khí thô đầu vào                                                                  |
|        |                                                                          |
|        v                                                                          |
|  [Nén & Tách cơ học] (Xyclon, Scrubber, Slug Catcher)                             |
|        |                                                                          |
|        v                                                                          |
|  [Làm ngọt khí] (Hấp thụ MEA/DEA/MDEA, Selexol, Zeolit) ---> Khí axit (H2S, CO2) |
|        |                                                           |              |
|        |                                                           v              |
|        |                                                 [Thu hồi lưu huỳnh]      |
|        |                                                   (Quá trình Claus)      |
|        v                                                                          |
|  [Làm khô khí & Chống Hydrate] (Hấp thụ Glycol DEG/TEG, Tiêm Methanol)            |
|        |                                                                          |
|        v                                                                          |
|  [Thu hồi NGL] (Làm lạnh Joule-Thomson, Tuabin giãn nở, Dầu hấp thụ)             |
|        |                                                                          |
|        v                                                                          |
|  [Chưng cất & Phân tách] (Tháp tách C-01, CC-01 tại GPP Dinh Cố)                  |
|        |                                                                          |
|        +---> Khí thương mại (Sales Gas / Khí khô)                                 |
|        +---> Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG: Propan, Butan)                             |
|        +---> Condensate (Hydrocarbon C5+)                                         |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 bài học với logic phát triển từ cơ sở hóa lý đến vận hành công nghệ chuyên sâu:

  1. Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên (3 giờ lý thuyết): Phân định các khái niệm kỹ thuật (khí tự nhiên, khí đồng hành, khí thô, khí ngọt, khí chua, khí béo, khí gầy, khí khô, khí ẩm, LPG, NGL, LNG, CNG); phân tích số liệu thành phần khí thực tế tại các bể trầm tích Cửu Long, Nam Côn Sơn, Sông Hồng; thiết lập giản đồ pha $P-V-T$ và $P-T$ của hệ một cấu tử và đa cấu tử hydrocacbon; xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật của khí thương mại, LPG và condensate.
  2. Bài 2: Quá trình làm ngọt khí (42 giờ: 4 LT, 37 TH, 1 KT): Trình bày tác hại ăn mòn và độc tính của các hợp chất axit ($H_2S, CO_2, COS, CS_2, RSH$); cơ chế quá trình hấp phụ bằng rây phân tử zeolit; nguyên lý hấp thụ hóa học bằng alkanolamin (MEA, DEA, DIPA, DGA, MDEA); nguyên lý hấp thụ vật lý (Selexol, Fluor, Sulfinol, Purizol); phân tích các hiện tượng kỹ thuật trong vận hành dung dịch amin như sự ăn mòn, sự tạo bọt, mức tiêu hao dung môi, hiện tượng đông hóa và quy trình khởi động - ngừng hệ thống.
  3. Bài 3: Quá trình thu hồi lưu huỳnh (6 giờ: 5 LT, 1 KT): Cơ sở hóa học của phản ứng chuyển hóa $H_2S$ thành lưu huỳnh nguyên tố; cấu trúc dây chuyền công nghệ quá trình Claus một dòng, quá trình Claus chia dòng và công đoạn xử lý khí thải đuôi (tail gas).
  4. Bài 4: Quá trình làm khô và chống hình thành Hydrate (43 giờ: 5 LT, 36 TH, 2 KT): Khái niệm, cấu trúc mạng tinh thể và điều kiện hình thành hợp chất hydrate; phương pháp xác định độ ẩm và điểm sương; các giải pháp công nghệ gồm làm khô bằng dung dịch glycol (DEG, TEG), làm khô bằng chất hấp phụ rắn và phương pháp tiêm chất ức chế (methanol, glycol).
  5. Bài 5: Thu hồi NGL (41 giờ: 5 LT, 35 TH, 1 KT): Bản chất phân đoạn lỏng NGL; phương pháp thu hồi bằng dầu hấp thụ; các công nghệ làm lạnh sâu gồm quá trình giãn nở Joule - Thomson qua van tiết lưu, làm lạnh bằng tuabin giãn nở và hệ thống làm lạnh bằng chu trình propan.
  6. Bài 6: Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ và chưng cất (15 giờ: 14 LT, 1 KT): Cơ sở phân tách các phân đoạn hydrocarbon bằng tháp hấp thụ và tháp chưng cất; nghiên cứu cấu trúc thiết bị và 3 chế độ vận hành (AMF, MF, GPP) tại Nhà máy Xử lý Khí Dinh Cố (GPP Dinh Cố), khảo sát thiết bị bẫy lỏng Slug Catcher, bình tách $V-06, V-08$, tháp $C-01, CC-01$ và nồi đun lại Reboiler kiểu Kettle.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình xây dựng nền tảng lý thuyết kỹ thuật dựa trên:

  • Nhiệt động học cân bằng pha: Giản đồ trạng thái lỏng - hơi $P-T$, điểm tới hạn ($T_c, P_c$), điểm sương, điểm sôi và hiện tượng ngưng tụ đẳng nhiệt suy biến trong các mỏ khí condensate.
  • Hiện tượng chuyển khối liên pha: Nguyên lý khuếch tán phân tử giữa pha khí và pha lỏng dựa trên chênh lệch áp suất riêng phần của cấu tử so với áp suất cân bằng.
  • Động học và nhiệt động phản ứng hóa học: Phản ứng thuận nghịch giữa khí axit và dung dịch alkanolamin phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ:

$$\text{Amin} + \text{H}_2\text{S} \rightleftharpoons \text{Muối amin} + \text{Nhiệt}$$

$$\text{Amin} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \rightleftharpoons \text{Muối amin} + \text{Nhiệt}$$

  • Hóa lý chất ức chế và dung môi: Mối liên hệ giữa nồng độ dung dịch (MEA 15–20% khối lượng), tỷ trọng, độ nhớt, áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ đông đặc.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc và phân tích sơ đồ công nghệ PFD; thao tác vận hành các thiết bị chính như tháp tiếp xúc, tháp tái sinh, thiết bị tách ba pha, máy nén đầu vào, hệ thống bơm dung môi trên mô hình mô phỏng.
  • Kỹ năng phân tích: Đánh giá độ sụt áp qua tháp để phát hiện hiện tượng sủi bọt dung môi; tính toán tỷ lệ nạp khí axit (mol axit/mol amin, giới hạn 0,3–0,4 mol/mol); kiểm soát nhiệt độ đáy tháp tái sinh (dưới $290^\circ\text{C}$ đối với MEA) để tránh phân hủy nhiệt dung môi.
  • Kỹ năng xử lý sự cố: Khắc phục tình trạng nghẹt đường ống do tinh thể hydrate; xử lý hiện tượng nhiễm tạp chất cơ học, hydrocacbon lỏng gây bọt trong dung dịch amin; kiểm soát ăn mòn do giải phóng khí axit ở nhiệt độ cao.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình PETR56118 áp dụng phương pháp đào tạo tích hợp giữa lý thuyết và thực hành, trong đó thời lượng thực hành chiếm 72% tổng chương trình (108/150 giờ).

+--------------------------------------------------------------------+
|               CƠ CẤU THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN PETR56118                   |
|                                                                    |
|  [Lý thuyết: 36h (24%)]                                            |
|  [Thực hành / Thí nghiệm / Thảo luận: 108h (72%)]                 |
|  [Kiểm tra định kỳ & Kết thúc: 6h (4%)]                            |
|  ==> TỔNG CỘNG: 150 GIỜ (6 TÍN CHỈ)                                |
+--------------------------------------------------------------------+

Phương pháp sư phạm đối với người dạy

  • Sử dụng phương pháp dạy học tích cực: Nêu vấn đề kỹ thuật từ thực tế vận hành nhà máy khí, giao bài tập tình huống công nghệ và điều phối thảo luận nhóm.
  • Tổ chức giảng dạy phân chia theo ca và nhóm nhỏ phù hợp với số lượng thiết bị và giao diện điều khiển tại phòng mô hình mô phỏng.
  • Hướng dẫn sinh viên khai thác các sơ đồ PFD, quy trình vận hành tiêu chuẩn (SOP) và tài liệu kỹ thuật của các phân xưởng xử lý khí.

Yêu cầu học tập đối với người học

  • Nghiên cứu giáo trình, bài giảng và tài liệu chuyên ngành trước khi tham gia giờ học trên lớp.
  • Làm việc theo nhóm nhỏ (2–3 người học/nhóm) để giải quyết các chủ đề thảo luận, thực hiện thao tác vận hành mô hình và viết báo cáo kỹ thuật.
  • Yêu cầu chuyên cần: Tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết và 100% thời lượng thực hành. Trường hợp vắng quá 30% giờ lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào (>0%), sinh viên bắt buộc phải học lại mô đun.

Điều kiện cơ sở vật chất và phương tiện dạy học

  • Phòng học chuyên môn hóa và phòng mô hình mô phỏng vận hành công nghệ chế biến khí.
  • Trang thiết bị: Máy tính, máy chiếu, mô hình mô phỏng tháp làm nguội, lò gia nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt, phần mềm mô phỏng phân xưởng làm ngọt amin và phân xưởng thu hồi NGL.

Phương thức kiểm tra và đánh giá

Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân:

Thành phần đánh giá Trọng số Hình thức & Phương pháp Chuẩn đầu ra đánh giá Thời điểm thực hiện
Kiểm tra thường xuyên 40% (Hệ số 1) Quan sát, hỏi đáp, bảng kiểm thao tác (2 cột điểm) A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, C1 Sau mỗi 5 giờ học
Kiểm tra định kỳ 40% (Hệ số 2) Tự luận, trắc nghiệm, bài kiểm tra thực hành trên mô hình (5 cột điểm) A2, A3, A4, B1, B2, C1 Sau mỗi 15 giờ học
Thi kết thúc mô đun 60% Tự luận kết hợp thực hành thao tác trên mô hình động A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, C1 Sau 150 giờ học

Điểm nổi bật và cập nhật

1. Tích hợp dữ liệu mỏ thực tế của ngành Dầu khí Việt Nam

Giáo trình cung cấp các số liệu phân tích thành phần dòng khí khai thác thực tế từ các bể trầm tích dầu khí trọng điểm tại Việt Nam, làm cơ sở tính toán công nghệ cho người học:

+------------------------------------------------------------------------------+
|                 THÀNH PHẦN KHÍ TẠI CÁC BỂ TRẦM TÍCH VIỆT NAM                 |
|                                                                              |
|  * BỂ CỬU LONG (Khí đồng hành):                                              |
|    - C1: 76,54 - 84,77% | C2: 6,89 - 11,87% | C3: 3,46 - 8,25%               |
|    - C4: 0,78 - 2,83%   | C5+: 0,32 - 1,30% | H2S: Vết (~0,002 g/m3)         |
|                                                                              |
|  * BỂ NAM CÔN SƠN (Khí tự nhiên / Khí đồng hành):                            |
|    - C1: 77,25 - 93,90% | C2: 2,30 - 9,49%  | C3: 0,50 - 3,38%               |
|    - CO2: 1,20 - 5,64%  | N2: 0,08 - 4,50%  | C5+: 0,20 - 4,70%              |
|                                                                              |
|  * BỂ SÔNG HỒNG (Mỏ Tiền Hải - C): CO2 chiếm hàm lượng cao (75 - 85% thể tích)|
+------------------------------------------------------------------------------+

Số liệu từ mỏ Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Ruby (Bể Cửu Long) và mỏ Đại Hùng, Lan Tây, Lan Đỏ, Rồng Đôi, Hải Thạch, Mộc Tinh (Bể Nam Côn Sơn) cho thấy khí đồng hành Việt Nam có đặc tính ít tạp chất $H_2S$, thuận lợi cho quá trình làm ngọt và giảm thiểu mức độ ăn mòn thiết bị.

2. Chuẩn hóa theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế

Nội dung đánh giá chất lượng sản phẩm khí và phương pháp phân tích kiểm nghiệm được đối chiếu theo các tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành:

  • ASTM D 323-82: Phương pháp đo áp suất hơi Reid (RVP) đối với condensate và gasoline tự nhiên.
  • ASTM D 1267-84: Phương pháp xác định áp suất hơi đối với khí hóa lỏng LPG.
  • ASTM D 2713-86: Phương pháp kiểm tra độ khô và đông lạnh van đối với sản phẩm propan thương mại.
  • ASTM D 2784-80: Phương pháp xác định tổng hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu khí hóa lỏng.
  • ASTM D 1838-84: Phương pháp đánh giá độ ăn mòn tấm đồng do hợp chất lưu huỳnh trong LPG.
  • GPA Std 2140-88: Tiêu chuẩn kiểm tra hàm lượng ẩm bằng phương pháp Cobalt Bromide của Hội các nhà cung cấp và chế biến khí.

3. Nghiên cứu sâu dây chuyền công nghệ Nhà máy Xử lý Khí Dinh Cố

Giáo trình dành riêng Bài 6 để phân tích cấu trúc thiết bị và thông số kỹ thuật thực tế tại Nhà máy Xử lý Khí Dinh Cố (GPP Dinh Cố), bao gồm:

  • Thiết bị tiếp nhận và phân tách sơ bộ dạng bẫy lỏng Slug Catcher.
  • Cụm bình tách nước và hydrocarbon lỏng $V-06A/B, V-08$.
  • Tháp chưng cất khử ethan $C-01$, tháp tách propan/butan $CC-01$ và Reboiler kiểu Kettle.
  • Phân tích chi tiết 3 chế độ vận hành công nghệ: Chế độ AMF (chế độ thu hồi lỏng tối đa), Chế độ MF (chế độ thu hồi lỏng trung bình) và Chế độ GPP (chế độ vận hành đầy đủ của nhà máy).

Đối tượng sử dụng giáo trình

+---------------------------------------------------------------------------------+
|                       ĐỐI TƯỢNG VÀ ĐIỀU KIỆN TIÊN QUYẾT                         |
|                                                                                 |
|  [HỌC PHẦN TIÊN QUYẾT]                                                          |
|                                                                                 |
|  [ĐỐI TƯỢNG TRỰC TIẾP]                                                          |
|                                                                                 |
|  [ĐỐI TƯỢNG THAM KHẢO]                                                          |
+---------------------------------------------------------------------------------+
  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên năm cuối trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo ngành kỹ thuật dầu khí, hóa chất.
  • Điều kiện tiên quyết về kiến thức (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành và chuyên ngành trước khi học mô đun này, bao gồm:
    • Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (PETR63004)
    • Nhiệt kỹ thuật (PETR52002)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111)
    • Vận hành máy thuỷ khí I và II (PETR56107, PETR64108)
    • Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETR62110)
    • Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115)
    • Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116)
  • Giảng viên và kỹ thuật viên: Giảng viên sử dụng tài liệu để biên soạn giáo án lý thuyết, thiết kế bài tập tình huống và kịch bản thực hành trên hệ thống mô phỏng. Cán bộ kỹ thuật và nhân viên vận hành tại các công trình khí có thể sử dụng tài liệu để tra cứu thông số quy trình và phương pháp xử lý sự cố.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn phục vụ cho chương trình đào tạo nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ mô đun PETR56118 thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí ở trình độ Cao đẳng, ban hành theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK của Trường Cao đẳng Dầu khí.

2. Sinh viên cần đáp ứng những điều kiện tiên quyết nào để học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy các học phần kỹ thuật cơ sở và chuyên môn như Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, Nhiệt kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Vận hành máy thủy khí, cũng như các mô đun vận hành phân xưởng chưng cất và chế biến dầu.

3. Cấu trúc bài học của giáo trình có đặc điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết thuần túy?

Giáo trình phân bổ 108/150 giờ cho hoạt động thực hành, thí nghiệm và thảo luận. Nội dung lý thuyết gắn liền với quy trình vận hành trên mô hình mô phỏng phân xưởng xử lý khí bằng dung môi amin (AMI01), phân xưởng thu hồi NGL (NGL01) và sơ đồ công nghệ thực tế của Nhà máy GPP Dinh Cố.

4. Quy định đánh giá và điều kiện tham dự thi kết thúc mô đun được quy định như thế nào?

Người học phải tham dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết và 100% số giờ thực hành. Điểm tổng kết mô đun gồm điểm kiểm tra thường xuyên (40%), kiểm tra định kỳ (hệ số 2) và thi kết thúc mô đun (60%), đánh giá kết hợp cả phần thi lý thuyết và thực hành trên mô hình.

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

Tài liệu tham khảo chính được trích dẫn gồm:

  • Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến khí (Trường Cao đẳng Dầu khí, Lưu hành nội bộ, 2017).
  • Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành (TS. Nguyễn Thị Minh Hiền, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004).
  • Bộ tài liệu hướng dẫn mô phỏng công nghệ của Prosimulator: Amine treating unit AMI01 (2015) và NGL recovery unit NGL01 (2014).

Kết luận

Giáo trình "Vận hành các phân xưởng chế biến khí" (PETR56118) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về công nghệ xử lý khí tự nhiên và khí đồng hành, bao gồm các công đoạn làm ngọt, thu hồi lưu huỳnh, làm khô, ngăn ngừa tạo hydrate, thu hồi NGL và chưng cất phân đoạn.

Lộ trình học tập của mô đun được tổ chức logic:

  • Bắt đầu từ nghiên cứu các tính chất nhiệt động và giản đồ pha của hệ hydrocacbon;
  • Tiếp tục chuyển giao sang các quy trình vận hành và kiểm soát thông số trên mô hình mô phỏng động;
  • Kết thúc bằng việc phân tích cấu trúc thiết bị và các chế độ vận hành thực tế tại Nhà máy Xử lý Khí Dinh Cố.

Tài liệu kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết chuyển khối, số liệu phân tích mỏ thực tế tại Việt Nam, hệ thống tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc tế (ASTM, GPA) và các hướng dẫn thực hành chuyên môn, đáp ứng chuẩn đầu ra của chương trình đào tạo nghề dầu khí ở trình độ Cao đẳng.