TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN VẬN HÀNH THIẾT BỊ TÁCH DẦU KHÍ (PETR62110)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành thiết bị tách dầu khí (Mã mô đun: PETR62110) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 06 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Giáo trình do tập thể tác giả thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn, bao gồm ThS. Lê Thùy Dung (Chủ biên) cùng các tác giả Hồ Quang Phổ, KS. Phạm Công Đại, Huỳnh Việt Triều và Phạm Công Quang.

Trong chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, mô đun PETR62110 có thời lượng 2 tín chỉ (tổng cộng 45 giờ đào tạo, gồm 14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 2 giờ kiểm tra). Mô đun được bố trí giảng dạy sau các môn học/mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn như Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005), Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt (PETR53111), đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi học viên tiếp cận mô đun Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình tập trung vào việc hình thành các chuẩn đầu ra cụ thể:

  • Kiến thức (A1, A2): Trình bày và phân loại được các loại thiết bị tách dầu khí; giải thích nguyên lý tách pha; phân tích các yếu tố ảnh hưởng và mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc của từng dạng thiết bị.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành thiết bị tách dầu khí theo đúng quy trình công nghệ; phát hiện và xử lý các sự cố vận hành điển hình.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C2, C3, C4): Tuân thủ quy định an toàn, phòng cháy chữa cháy; thực hiện đúng quy trình kỹ thuật cơ khí, điện, tự động hóa; hoàn thành nhiệm vụ được giao và có khả năng hướng dẫn, kèm cặp nhân viên vận hành bậc thấp hơn.

Giáo trình được cấu trúc thành 3 bài học theo trình tự logic: từ lý thuyết phân tách chất lưu (Bài 1), cấu tạo cơ khí chi tiết của thiết bị (Bài 2), đến quy trình kiểm soát thông số công nghệ và quy chuẩn an toàn vận hành (Bài 3). Điểm đặc thù của tài liệu là sự liên kết chặt chẽ giữa hệ thống lý thuyết thủy lực, cân bằng pha với bản vẽ cấu tạo cơ khí thực tế và sơ đồ công nghệ đo lường - điều khiển trong công nghiệp dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bố chi tiết qua 3 bài học chuyên đề:

  • Bài 1: Khái quát về thiết bị tách dầu khí (6 giờ lý thuyết):

    • Định nghĩa bình áp suất phân tách chất lưu giếng khoan; phân loại bình nốc ao, bình bẫy, buồng Flat (tách khí nhanh ở áp suất thấp, đóng vai trò thiết bị cấp hai/ba), bình giãn nở (tách lạnh bậc một có gia nhiệt chống hydrat), bình lọc khí kiểu khô và kiểu ướt.
    • Phân loại theo chức năng (thiết bị 2 pha, 3 pha, dạng bẫy, tách từng giai đoạn, tách lọc) và hình dạng (trụ đứng, trụ nằm ngang, hình cầu).
    • Nguyên lý tách dầu ra khỏi khí dựa trên cơ chế trọng lực, va đập tấm chắn, thay đổi hướng và tốc độ dòng, lực ly tâm xoáy lốc, đệm đông tụ và vật liệu xốp thấm. Nguyên lý tách khí ra khỏi dầu bằng giải pháp cơ học (rung động, dàn mỏng trên tấm lệch dòng, lắng trọng lực), giải pháp nhiệt (gia nhiệt qua nước nóng) và giải pháp hóa học (hóa chất giảm sức căng bề mặt, chống tạo bọt).
    • Phân tích ảnh hưởng của áp suất vận hành (cao, trung bình, thấp), nhiệt độ sôi, tỷ trọng dầu ($D_4^{20}$, $D_4^{15}$, $^\circ\text{API}$) và số bậc tách (2 đến 3 bậc).

  • Bài 2: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị tách dầu khí (5 giờ: 4 giờ LT, 1 giờ KT):

    • Cấu tạo 4 vùng chức năng trong bình tách: Bộ phận tách cơ bản (A) với cơ cấu cửa vào hướng tâm (ống đục lỗ, vòi phun, tấm chặn) hoặc ly tâm tiếp tuyến; Bộ phận tách thứ cấp (B) lắng trọng lực có các tấm lệch dòng nằm nghiêng; Bộ phận lưu giữ chất lỏng (C); Bộ phận chiết sương (D) kiểu đồng tâm, kiểu nan chớp lượn sóng, dạng cánh thép góc và đệm đông tụ lưới thép.
    • 4 giai đoạn phân tách pha chung: Giai đoạn 1 (gạt va chạm đầu vào), Giai đoạn 2 (lắng trọng lực giọt lỏng dạng hơi), Giai đoạn 3 (đông tụ sương), Giai đoạn 4 (phân lớp tỷ trọng lỏng - lỏng).
    • Cấu tạo chi tiết của thiết bị tách 2 pha: thiết bị đứng (có tấm chắn góc inlet element, bộ phận chiết sương cấp 1 dạng cone/vanes và cấp 2 dạng lưới, loại có cửa vào tiếp tuyến hoặc tấm chắn nghiêng), thiết bị nằm ngang (angle baffle, defoaming element, secondary mist extractor), thiết bị 2 ống nằm ngang (upper tube và lower tube), thiết bị hình cầu (inlet deflector, sàn phân tầng đục lỗ).
    • Cấu tạo thiết bị tách 3 pha: thiết bị đứng (phao không trọng lượng non-weighted float, van điều khiển mức dầu và mức nước riêng biệt), thiết bị nằm ngang (vách ngăn và đập tràn phân ly dầu - nước), thiết bị hình cầu 3 pha.

  • Bài 3: Vận hành thiết bị tách dầu khí (34 giờ: 4 giờ LT, 29 giờ TH, 1 giờ KT):

    • Kỹ thuật điều chỉnh mức chất lỏng: Bộ điều khiển cơ học (phao, hệ thống đòn bẩy, thanh cữ levers, tăng đơ turnbuckle); Hệ thống tự động (bộ truyền tín hiệu transmitter $4\text{--}20\text{ mA}$, bộ điều khiển controller thuật toán PID, công tắc báo mức bảo vệ dừng khẩn cấp LSHH, LSLL, van điều khiển).
    • Kỹ thuật điều chỉnh áp suất: Van màng tác dụng trực tiếp (cân bằng tải trọng weight và chốt pivot), van màng thường đóng tác động lò xo, van điều khiển bằng khí nén (ống cong đàn hồi bourdon tube tác động thanh kim loại trước vòi phun).
    • Quy trình vận hành và an toàn: Công tác chuẩn bị khởi động (thông báo điều khiển trung tâm, kiểm tra nguồn điện, nguồn khí nuôi, hệ thống P&ID, hệ thống cảnh báo cháy/khí, xả nước, tháo bích mù); Quy chuẩn kiểm định kỹ thuật an toàn bình chịu áp lực (hiệu chỉnh van an toàn PSV mỗi quý 1 lần; kiểm tra vận hành 1 năm/lần; kiểm tra trong/ngoài 3 năm/lần; thử thủy lực 6 năm/lần; kẻ khung sơn kích thước $150 \times 200\text{ mm}$ ghi thông số).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ sở động học chất lưu và phân ly pha: Sự chênh lệch tỷ trọng giữa pha khí và dầu (ở điều kiện chuẩn, giọt dầu nặng hơn khí tự nhiên từ 400 đến 1600 lần; ở áp suất 50 bar giảm xuống còn 6 đến 10 lần; các hạt chất lỏng kích thước $\ge 100\ \mu\text{m}$ được tách bằng cơ chế lắng trọng lực cơ bản, hạt nhỏ hơn cần cơ cấu chiết sương).
  • Cân bằng áp suất hơi riêng phần: Tác động của nhiệt độ và áp suất làm việc đến độ bay hơi của các cấu tử nhẹ và hiện tượng cuốn lỏng vào pha khí.
  • Hệ thống phân loại dầu mỏ theo tỷ trọng: Tiêu chuẩn xác định tỷ trọng $D_4^{20}$ (so sánh khối lượng riêng của dầu ở $20^\circ\text{C}$ với nước ở $4^\circ\text{C}$), dải tỷ trọng dầu mỏ từ $0{,}650$ đến $1{,}000$ (dầu rất nhẹ: $0{,}7\text{--}0{,}8$; dầu nhẹ: $0{,}8\text{--}0{,}9$; dầu nặng: $>0{,}9$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện, đọc hiểu sơ đồ công nghệ P&ID; thực hiện thao tác cân chỉnh cơ cấu phao đòn bẩy, tăng đơ, tải trọng van màng và cài đặt điểm đặt (setpoint) trên bộ điều khiển tự động PID.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích nguyên nhân và phương án xử lý sự cố chất lỏng bị cuốn theo dòng khí ra đỉnh bình, sự cố quá tải chất lỏng đáy bình, hiện tượng tắc nghẽn lưới lọc do đóng cặn parafin.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thực hiện đúng các bước chuẩn bị, kiểm tra trạng thái van công nghệ trước khi đưa lưu chất vào bình; kiểm tra vận hành hệ thống van an toàn PSV; tuân thủ chu kỳ kiểm định định kỳ bình chịu áp lực.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp sư phạm của giảng viên

  • Giảng dạy lý thuyết tích cực: Áp dụng phương pháp nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu chuyên ngành, sử dụng bài tập tình huống thực tế tại mỏ và nhà máy lọc dầu.
  • Diễn trình làm mẫu: Giảng viên thực hiện thao tác mẫu về quy trình kiểm tra van, hiệu chỉnh thiết bị đo mức và thiết bị đo áp suất trên mô hình mô phỏng.
  • Tổ chức thảo luận nhóm: Chia lớp thành các nhóm nhỏ ($2\text{--}3$ học viên), giao đề tài nghiên cứu trước buổi học để học viên thuyết trình và phản biện.

Hoạt động của người học và tự học

  • Nghiên cứu tài liệu: Học viên bắt buộc phải tự nghiên cứu giáo trình, bản vẽ P&ID và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
  • Quy định chuyên cần: Tham dự tối thiểu $70%$ số tiết lý thuyết và $100%$ số tiết thực hành/thảo luận. Trường hợp vắng quá $30%$ lý thuyết hoặc bất kỳ buổi thực hành nào ($>0%$), học viên phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi.
  • Làm việc nhóm: Phân công thành viên giải quyết các tình huống kỹ thuật (ví dụ: điều chỉnh điểm đặt mức nước khi hàm lượng nước trong nguyên liệu tăng), ghi chép và nộp báo cáo nhóm.

Phương pháp và hình thức đánh giá

Căn cứ theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, quy trình đánh giá gồm các cột điểm:

Hình thức kiểm tra Thời điểm Phương pháp & Hình thức tổ chức Chuẩn đầu ra đánh giá Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Sau 5 giờ Quan sát, bảng kiểm, vấn đáp trực tiếp A1, A2, A3, B1, B2 $40%$ (Điểm quá trình)
Kiểm tra định kỳ Sau 15 giờ Viết / Trắc nghiệm / Đánh giá sản phẩm học tập A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2, C3 (Tính chung điểm quá trình)
Thi kết thúc mô đun Sau 45 giờ Tự luận kết hợp trắc nghiệm hoặc đánh giá trên mô hình A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2, C3 $60%$

Điểm đánh giá thành phần và điểm tổng kết mô đun được tính theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Kế thừa và chuẩn hóa tài liệu nội bộ: Giáo trình cập nhật và hoàn thiện trên cơ sở giáo trình Vận hành thiết bị tách ban hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí, chuẩn hóa hệ thống danh mục ký hiệu P&ID (PSV, LSHH, LSLL, PSHH).
  • Tích hợp giải pháp điều khiển tự động hóa: Nội dung bổ sung hệ thống điều khiển mức và áp suất bằng tín hiệu điện chuẩn $4\text{--}20\text{ mA}$, bộ điều khiển PID kết hợp hệ thống cảnh báo (Alarm) và công tắc bảo vệ dừng khẩn cấp thiết bị.
  • Chi tiết hóa các dạng cấu trúc cơ khí đặc thù: Phân tích sâu các cơ cấu tách chuyên dụng như: thiết bị tách 2 pha 2 ống nằm ngang (Upper/Lower tube), thiết bị tách 3 pha ly tâm tiếp tuyến, bộ chiết sương kiểu nan chớp lượn sóng và đệm đông tụ lưới đan kim loại.
  • Gắn kết quy chuẩn kỹ thuật an toàn công nghiệp: Giáo trình đưa vào các mốc thời gian pháp lý bắt buộc trong vận hành bình chịu áp lực: hiệu chỉnh van PSV hàng quý, kiểm tra vận hành 1 năm/lần, kiểm tra trong - ngoài 3 năm/lần và thử nghiệm thủy lực 6 năm/lần; quy cách sơn biển thông số $150 \times 200\text{ mm}$.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên trình độ Cao đẳng: Giáo trình phục vụ trực tiếp cho sinh viên chuyên ngành Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời làm tài liệu học tập bổ trợ cho sinh viên ngành Vận hành thiết bị khai thác dầu khí.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức kỹ thuật cơ sở và chuyên môn gồm: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002), Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (PETR63004), Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005), Vận hành máy thủy khí I & II (PETR56107, PETR64108), Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109).
  • Giảng viên và kỹ thuật viên vận hành: Làm tài liệu giảng dạy lý thuyết, xây dựng bài thực hành trên phòng mô hình mô phỏng; cung cấp tài liệu tự nghiên cứu cho công nhân vận hành tại các giàn khoan, trạm xử lý dầu khí và nhà máy lọc hóa dầu nhằm thực hiện việc kèm cặp, hướng dẫn nhân viên bậc dưới.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí và Vận hành thiết bị khai thác dầu khí thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu đào tạo nội bộ cho kỹ thuật viên, công nhân vận hành thiết bị tách tại các cơ sở sản xuất dầu khí.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Học viên cần nắm vững các môn học kỹ thuật tiên quyết: Nhiệt kỹ thuật, Điện kỹ thuật, Vẽ kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Sản phẩm dầu mỏ, Vận hành máy thủy khí và Vận hành hệ thống đường ống - bể chứa.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Tài liệu tập trung vào kỹ năng vận hành công nghệ thực tế, phân tích cấu tạo chi tiết các bộ phận bên trong bình tách (bộ phận tách cơ bản, lắng thứ cấp, lưu giữ, chiết sương), hướng dẫn hiệu chỉnh cơ cấu cơ học (phao, đòn bẩy, van màng, ống cong khí nén) và gắn liền với quy chuẩn an toàn bình áp lực theo luật định.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Học viên cần nghiên cứu lý thuyết bài học trước khi lên lớp, phân tích sơ đồ nguyên lý P&ID, làm việc nhóm từ $2\text{--}3$ người để chuẩn bị báo cáo chuyên đề và thực hiện đầy đủ $100%$ các bài tập thực hành trên mô hình mô phỏng thiết bị tách.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình đối chiếu và trích dẫn các tài liệu chuyên ngành:

  • Giáo trình Vận hành thiết bị tách (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2017).
  • TS. Lê Xuân Lân, Thu gom xử lý Dầu - Khí - Nước, Hà Nội, 2005.
  • TS. Hoàng Anh Dũng, Thiết bị xử lý các sản phẩm khai thác Dầu khí, Hà Nội, 2012.
  • Keith Roper, Separation Process Principles.
  • Maurice Stewart & Ken Arnold, Gas–Liquid and Liquid–Liquid Separators, Elsevier, 2008.

Kết luận

Giáo trình mô đun Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETR62110) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ cơ sở lý thuyết phân tách pha chất lưu, phân loại, cấu tạo cơ khí chi tiết (thiết bị 2 pha, 3 pha dạng đứng, nằm ngang, hình cầu) đến quy trình kiểm soát thông số mức - áp suất và quy chuẩn kiểm định an toàn bình áp lực.

Lộ trình học tập đề xuất cho học viên:

  1. Tiếp thu lý thuyết tách pha và các yếu tố công nghệ (Bài 1).
  2. Khảo sát cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng chủng loại bình tách (Bài 2).
  3. Luyện tập kỹ năng điều chỉnh van, kiểm soát thông số trên mô hình mô phỏng và xử lý sự cố vận hành (Bài 3).
  4. Chuyển tiếp sang mô đun Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115).

Học viên có thể mở rộng kiến thức chuyên sâu qua các tài liệu chuyên khảo về thiết bị xử lý bề mặt của TS. Lê Xuân Lân, TS. Hoàng Anh Dũng và giáo trình quốc tế Gas–Liquid and Liquid–Liquid Separators của Maurice Stewart và Ken Arnold.