Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp hóa dầu, bồn chứa dầu đóng vai trò then chốt trong việc lưu trữ nguyên liệu và sản phẩm, đồng thời hỗ trợ các hoạt động kiểm tra chất lượng và phân tích trước khi xuất hàng. Theo ước tính, sau 3-5 năm sử dụng, lớp cặn dưới đáy bồn chứa có thể tích tụ lên đến hàng mét, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng chứa và chất lượng dầu. Việc làm sạch bồn chứa dầu không chỉ giúp thu hồi dầu trong cặn, tăng thể tích chứa mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt là nguy cơ ô nhiễm biển do dầu tràn.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và xây dựng một mô hình hệ thống làm sạch bồn chứa dầu trong công nghiệp, đáp ứng các yêu cầu về hiệu quả làm sạch, an toàn và thân thiện môi trường. Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng công nghệ làm sạch bằng hóa chất kết hợp dầu FO và nước, đồng thời tham khảo hệ thống làm sạch bồn chứa dầu của hãng Scanjet – một trong những đơn vị hàng đầu trong lĩnh vực này. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế phần cứng, phần mềm điều khiển và mô phỏng hệ thống, với dữ liệu thu thập và phân tích tại các bồn chứa dầu công nghiệp trong khoảng thời gian gần đây.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số như giảm thời gian làm sạch, tăng hiệu suất thu hồi dầu, giảm thiểu lượng nước thải và khí thải độc hại, đồng thời nâng cao độ an toàn cho công nhân và thiết bị vận hành. Các chỉ số này góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường trong ngành công nghiệp dầu khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về công nghệ làm sạch bồn chứa dầu và mô hình điều khiển tự động trong công nghiệp.

  1. Lý thuyết công nghệ làm sạch bồn chứa dầu: Bao gồm các phương pháp làm sạch như rửa dầu thô (COW - Crude Oil Washing), làm sạch bằng áp lực cao và sử dụng hóa chất vi nhũ tương (Microemulsion). Trong đó, COW được đánh giá cao nhờ khả năng hòa tan cặn dầu, giảm lượng nước sử dụng và hạn chế ăn mòn bồn chứa. Hóa chất vi nhũ tương SAS102SC được sử dụng để tăng hiệu quả tách dầu khỏi cặn và nước, không độc hại, không gây cháy nổ và không ăn mòn thiết bị.

  2. Mô hình điều khiển tự động PLC (Programmable Logic Controller): PLC được ứng dụng để điều khiển các thiết bị trong hệ thống làm sạch như bơm, van, cảm biến áp suất, lưu lượng và nhiệt độ. PLC giúp hệ thống vận hành tự động, ổn định và dễ dàng giám sát qua giao diện màn hình cảm ứng.

Các khái niệm chính bao gồm: áp lực làm sạch, lưu lượng dòng chảy, nhiệt độ làm sạch, tách dầu/nước/chất rắn, và an toàn lao động trong môi trường có nguy cơ cháy nổ cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu kỹ thuật của hãng Scanjet, các tiêu chuẩn công nghiệp và thực tế vận hành tại các bồn chứa dầu công nghiệp. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các module thiết bị chính trong hệ thống làm sạch như bơm, nồi hơi, máy phát điện, mô đun tách dầu nước, tách chất rắn và khí trơ.

Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng hệ thống trên phần mềm chuyên dụng, kết hợp với phân tích kỹ thuật các thông số vận hành như áp suất (12 bar), lưu lượng (370 m3/h), công suất nồi hơi (300 BHP) và công suất máy phát điện (400 kW). Thời gian nghiên cứu kéo dài trong vòng 6 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu quả hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả làm sạch bằng hóa chất vi nhũ tương: Hệ thống sử dụng hóa chất SAS102SC với nồng độ 7-15% khối lượng, nhiệt độ làm việc từ 50°C đến 100°C, giúp tách dầu khỏi cặn và nước hiệu quả. Kết quả cho thấy lượng dầu thu hồi tăng khoảng 20% so với phương pháp làm sạch truyền thống bằng nước.

  2. Tối ưu hóa lưu lượng và áp suất bơm: Hệ thống bơm với lưu lượng thiết kế 372 m3/h và áp suất vận hành 12 bar đảm bảo khả năng tuần hoàn dung môi làm sạch và hóa chất, giảm thời gian làm sạch xuống khoảng 30% so với quy trình thủ công.

  3. Khả năng tách chất rắn và dầu nước: Mô đun tách chất rắn có thể xử lý hạt rắn kích thước đến 400 µm với lưu lượng lên đến 2895 m3/h, trong khi mô đun tách dầu nước đạt chất lượng nước thải ≤ 15 ppm, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt.

  4. An toàn và tự động hóa: Việc ứng dụng PLC điều khiển các module giúp giảm thiểu rủi ro an toàn, tăng độ chính xác trong vận hành và giảm nhân công trực tiếp xuống dưới 50%, đồng thời đảm bảo vận hành liên tục 24/7.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả làm sạch cao là do sự kết hợp đồng bộ giữa công nghệ hóa chất vi nhũ tương và hệ thống bơm áp lực cao, giúp dung môi tiếp xúc tối ưu với bề mặt bồn chứa, hòa tan và loại bỏ cặn dầu hiệu quả. So với các nghiên cứu trước đây chỉ sử dụng nước hoặc dầu thô, phương pháp này giảm thiểu ô nhiễm môi trường và chi phí nhiên liệu.

Việc sử dụng PLC trong điều khiển giúp hệ thống vận hành ổn định, dễ dàng giám sát và điều chỉnh thông số theo yêu cầu thực tế, phù hợp với các bồn chứa có kích thước và cấu trúc phức tạp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lưu lượng và áp suất theo thời gian, cũng như bảng so sánh hiệu quả làm sạch giữa các phương pháp.

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thiểu tác động môi trường và tăng cường an toàn lao động trong ngành công nghiệp dầu khí.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống làm sạch tự động sử dụng hóa chất vi nhũ tương: Áp dụng trong các bồn chứa dầu có dung tích lớn để tăng hiệu quả làm sạch và giảm thời gian vận hành. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: các công ty dầu khí và nhà thầu kỹ thuật.

  2. Nâng cấp hệ thống điều khiển PLC và giám sát từ xa: Đầu tư vào phần mềm và phần cứng điều khiển để tăng tính tự động hóa và giảm thiểu rủi ro an toàn. Thời gian: 3-6 tháng. Chủ thể: phòng kỹ thuật và công nghệ thông tin.

  3. Đào tạo nhân sự chuyên môn về an toàn và vận hành thiết bị làm sạch: Tổ chức các khóa đào tạo định kỳ nhằm nâng cao kỹ năng và nhận thức về an toàn lao động trong môi trường nguy hiểm. Thời gian: liên tục hàng năm. Chủ thể: phòng nhân sự và an toàn lao động.

  4. Xây dựng quy trình kiểm tra và đánh giá chất lượng làm sạch chuẩn hóa: Sử dụng thiết bị đo nồng độ khí, hàm lượng thủy ngân và phân tích mẫu nước thải để đảm bảo tiêu chuẩn môi trường. Thời gian: 3 tháng để hoàn thiện quy trình. Chủ thể: phòng kiểm soát chất lượng và môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia trong ngành công nghiệp dầu khí: Nghiên cứu cung cấp giải pháp kỹ thuật làm sạch bồn chứa dầu hiệu quả, giúp cải thiện quy trình vận hành và bảo trì.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách môi trường công nghiệp: Thông tin về công nghệ làm sạch và kiểm soát ô nhiễm hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn và quy định phù hợp.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Tài liệu tham khảo về ứng dụng PLC trong hệ thống công nghiệp và thiết kế mô hình điều khiển.

  4. Các nhà thầu và nhà cung cấp thiết bị công nghiệp: Cung cấp cơ sở dữ liệu kỹ thuật và mô hình thiết kế hệ thống làm sạch bồn chứa dầu, hỗ trợ phát triển sản phẩm và dịch vụ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp làm sạch bồn chứa dầu nào hiệu quả nhất hiện nay?
    Phương pháp sử dụng hóa chất vi nhũ tương kết hợp với dầu FO và nước áp lực cao được đánh giá cao nhờ khả năng hòa tan và tách cặn dầu hiệu quả, giảm thời gian và chi phí làm sạch so với phương pháp truyền thống.

  2. Hệ thống điều khiển PLC có vai trò gì trong quá trình làm sạch?
    PLC giúp tự động hóa quá trình vận hành, điều khiển bơm, van và cảm biến, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, an toàn và dễ dàng giám sát từ xa.

  3. Làm thế nào để đảm bảo an toàn lao động trong quá trình làm sạch bồn chứa dầu?
    Cần trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ, sử dụng khí trơ để giảm nguy cơ cháy nổ, đào tạo nhân viên chuyên môn và sử dụng thiết bị đo nồng độ khí độc như H2S, CO trước khi vào bồn.

  4. Thiết bị nào được sử dụng để kiểm tra hiệu quả làm sạch?
    Thiết bị phân tích quang học L&I Wave II và thiết bị đo nồng độ khí Eagle được sử dụng để đánh giá mức độ tạp chất, hàm lượng thủy ngân và khí độc trong quá trình làm sạch.

  5. Hệ thống làm sạch có thể áp dụng cho các loại bồn chứa nào?
    Hệ thống thiết kế linh hoạt, có thể áp dụng cho bồn chứa trên cạn và ngoài khơi, bồn mái nổi và cố định với nhiều kích thước và cấu trúc khác nhau.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã thiết kế thành công mô hình hệ thống làm sạch bồn chứa dầu sử dụng công nghệ hóa chất vi nhũ tương và điều khiển tự động PLC.
  • Hệ thống đạt hiệu quả làm sạch cao, giảm thời gian vận hành khoảng 30% và tăng khả năng thu hồi dầu lên 20%.
  • Các module thiết bị như bơm, nồi hơi, máy phát điện và mô đun tách dầu nước, tách chất rắn được tích hợp đồng bộ, đảm bảo vận hành ổn định và an toàn.
  • Đề xuất triển khai hệ thống trong thực tế với kế hoạch đào tạo nhân sự và xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng chuẩn hóa.
  • Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế, tối ưu hóa hệ thống và mở rộng ứng dụng trong các nhà máy dầu khí khác.

Hãy áp dụng các giải pháp nghiên cứu để nâng cao hiệu quả làm sạch bồn chứa dầu, bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn trong sản xuất công nghiệp.