Tối ưu hóa hệ thống bơm nước biển

Hệ thống bơm nước biển tại Nhà máy có 6 bơm với 5 bơm dẫn động bằng động cơ điện và 1 bơm dẫn động bằng động cơ dầu diesel. Trong cơ chế vận hành hàng ngày, có 4 bơm điện hoạt động liên tục để cung cấp nước biển tới các phân xưởng trong toàn Nhà máy. Chế độ 4 bơm vận hành cung cấp lưu lượng nước biển làm mát dao động trong khoảng 32.000÷40.000 m3/h, công suất điện tiêu thụ cho mỗi bơm khoảng 2 MW (tổng 4 bơm là 8 MW).

Thông số lịch sử vận hành hệ thống nước biển làm mát từ năm 2008 đến 2020 (trước khi áp dụng giải pháp), cho thấy sự thay đổi nhiệt độ nước biển có tính chu kỳ tự nhiên hằng năm. Theo đó, nhiệt độ nước biển cấp cho Nhà máy hằng năm được chia làm 2 giai đoạn rõ rệt. Giai đoạn 1, từ tháng 1 đến tháng 8, nhiệt độ nước biển giảm xuống còn từ 20°C đến 27°C, lưu lượng nước biển cần để giải nhiệt cho các thiết bị sử dụng cũng giảm theo, chỉ cần khoảng 32.000÷33.000 m3/h. Trong giai đoạn này, 4 bơm sẽ luôn ở trạng thái non tải (vùng hiệu suất thấp) so với công suất thiết kế, đó là cơ hội để thực hiện nghiên cứu tối ưu hệ thống.

5 tháng còn lại trong năm từ tháng 6 đến tháng 12, nhiệt độ nước biển tăng lên từ 28°C đến 31°C, lưu lượng nước biển cần để giải nhiệt cho các thiết bị sử dụng cũng nhiều hơn trong khoảng 36.000÷39.000 m3/h, nhằm đảm bảo duy trì áp suất chân không của các bình ngưng hơi và nhiệt độ nước ngọt làm mát của Nhà máy không vượt ngưỡng cảnh báo vận hành an toàn. Lúc này, chế độ vận hành 4 bơm đảm bảo công suất đủ tải so với thiết kế.

Kỹ sư Phạm Văn Phóng – Ban Nghiên cứu Phát triển Công ty CP Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) cho biết: Nguồn dữ liệu sử dụng để nghiên cứu giải pháp được thu thập là các thông số vận hành thực tế, lưu trữ trên hệ thống điều khiển (DCS), hệ thống thông tin quá trình công nghệ (PI) và các thông số ghi chép tại hiện trường quản lý trong các sổ ghi chép, nhật ký vận hành của nhân viên vận hành v.v... Từ đó, số liệu đo đạc lưu trữ trên hệ thống và số liệu ghi chép tại hiện trường sau đó được kiểm tra, đối chiếu và đánh giá nhằm loại bỏ các số liệu bất thường để đảm bảo tính chính xác của thông tin đưa vào nghiên cứu.

Sau một thời gian tìm hiểu, nhóm nghiên cứu đã lập và triển khai giải pháp “Tối ưu chế độ vận hành cho hệ thống làm mát bằng nước biển”. Khi giải pháp này được đưa ra bàn thảo, đã được lãnh đạo Công ty và các ban chức năng hoan nghênh, nhận thấy đây là giải pháp rất khả thi nhằm tiết kiệm điện cho quá trình hoạt động các máy bơm nước biển.

Kỹ sư Phạm Văn Phóng cho biết thêm: “Mục đích của giải pháp đó là khai thác cơ hội nhu cầu tiêu thụ nước biển thấp trong “Giai đoạn 01” để nghiên cứu tối ưu chế độ vận hành hệ thống làm mát bằng nước biển dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ nước biển (có tính chu kỳ) nhằm tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho Nhà máy.

Bản chất của giải pháp được thể hiện rõ nét với việc vận hành linh hoạt, gián đoạn chế độ 3 bơm (8-10 tháng) và 4 bơm (2-4 tháng) trong năm, căn cứ trên các nghiên cứu cụ thể như sau: Đánh giá, phân tích và đo đạc được chu kỳ thay đổi nhiệt độ nước biển theo quy luật hàng năm tại phân xưởng cung cấp nước biển cho Nhà máy; Tính toán lượng nước biển tối thiểu cần cung cấp từ hệ thống bơm nước biển và lựa chọn hợp lý số lượng bơm vận hành ứng với sự thay đổi nhiệt độ nước biển (chế độ 3 bơm hay 4 bơm); Đưa ra các điều kiện lựa chọn chế độ vận hành số lượng bơm hợp lý và mang lại hiệu quả kinh tế cao cho hệ thống nước biển làm mát.

Với giải pháp tối ưu chế độ vận hành cho hệ thống bơm nước biển (chế độ 3 bơm thay vì 4 bơm) đã đem lại hiệu quả kinh tế to lớn. Công suất tiêu thụ điện năng của hệ thống bơm nước biển làm mát giảm khoảng 1.664 KW từ mức 7.953 KW với chế độ vận hành 4 bơm xuống còn 6.289 KW khi vận hành chế độ 3 bơm.

Giải pháp được áp dụng từ 12/01/2021 đến hết năm 2021, tổng thời gian áp dụng cho năm 2021 là 309 ngày, tiết kiệm khoảng 1,9 triệu USD/năm (đã loại bỏ các ngày chạy 4 bơm), tổng số điện tiết kiệm là 12,34 triệu KWh/năm 2021. Trong năm 2022, công trình đang áp dụng liên tục và số tiền tiết kiệm khoảng 44 tỷ đồng.

Không chỉ làm lợi về tiền, giải pháp còn mang lại nhiều hiệu quả kỹ thuật về thông số vận hành an toàn, ổn định, giới hạn thiết kế cho phép đối với hệ thống bơm nước biển và các thiết bị sử dụng nước biển. Chế độ vận hành 3 bơm sẽ chạy ở công suất đủ tải, hiệu suất cao, giảm được độ rung và ồn so với chế độ vận hành 4 bơm. Giải pháp còn mang lại giá trị lớn trong việc bảo vệ môi trường khi tiết kiệm điện năng vì điện tiêu thụ cho hệ thống bơm nước biển của Nhà máy lọc dầu Dung Quất là điện tự sản xuất từ các máy phát điện hơi với nguồn năng lượng sơ cấp để sinh hơi dẫn động cho các turbine phát điện. Do đó, giải pháp đã tiết kiệm điện năng đồng nghĩa với việc tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch, làm giảm phát thải và có lợi cho môi trường.

Ứng dụng công nghệ biến tần

Có một giải pháp nữa khá hữu hiệu trong giảm tiêu thụ điện, gia tăng hiệu suất làm việc của các thiết bị trong Nhà máy lọc dầu Dung Quất, đó là nhiệm vụ “Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng công nghệ biến tần vào Nhà máy lọc dầu Dung Quất“. Qua khảo sát hơn 100 động cơ trung thế, trong đó có 11 động cơ quạt, 16 động cơ máy nén và 84 động cơ bơm, nhóm nghiên cứu của BSR thấy rằng: Dải công suất các động cơ nhỏ nhất là 150 kW và lớn nhất là 4.500 kW. Đánh giá 3 phụ tải PM-5207, PM-5204, PM-5201 cho thấy các bơm có đặc điểm còn sử dụng van bypass và van tiết lưu nhằm điều chỉnh lưu lượng nên việc sử dụng biến tần là hoàn toàn khả thi về kỹ thuật và kinh tế.

Nhóm nghiên cứu lựa chọn được bơm PM-5207 để thực hiện đầu tư lắp đặt biến tần. Lý do bơm PM-5207 có thời gian hoạt động trong năm nhiều hơn so với 2 loại còn lại, nên thời gian hoàn vốn đảm bảo yêu cầu. Khi lắp đặt biến tần trung thế 6kV cho bơm PM-5207 A để điều khiển tốc độ động cơ thay cho sử dụng van bypass và van tiết lưu sẽ giúp tiết kiệm năng lượng điện; kết quả xác định năng lượng tiết kiệm cho bơm PM-5207A đạt 1.539.829 kWh/năm, thời gian hoàn vốn 1,84 năm. Nếu lấy giá điện trung bình làm cơ sở tính toán, thì số tiền một năm tiết kiệm được khoảng hơn 3 tỷ đồng.

Giải giáp sử dụng biến tần để thay đổi tốc độ động cơ phù hợp với lưu lượng cần dùng, khi đó van tiết lưu đường ống đẩy mở 100%, tổn hao áp lực đẩy do van không còn. Lưu lượng tỷ lệ thuận với tốc độ, do vậy khi giảm tốc độ vòng quay của bơm giảm thì lưu lượng sẽ giảm đến mức mong muốn, từ đó giảm công suất thực động cơ và tiết kiệm năng lượng.

Sau khi lựa chọn bơm PM-5207 đầu tư biến tần, nhóm nghiên cứu lựa chọn ra 5 phụ tải tiềm năng để đầu tư biến tần trong thời gian tới là: PM-3301, PM-3401, PM-5103, PM-5204, PM-5201. Các kết quả thiết kế, tính toán mô phỏng khi áp dụng biến tần cho 5 phụ tải tiềm năng và khẳng định việc lắp đặt biến tần sẽ không ảnh hưởng tới kết cấu của mạng điện hiện tại của Nhà máy. Nếu áp dụng thành công 5 biến tần, BSR có thể tiết kiệm thêm hơn 3,5 triệu kWh/năm.

Tiết kiệm điện góp phần tiết kiệm năng lượng

Tiết kiệm điện là một phần trong tiết kiệm năng lượng nói chung ở Nhà máy lọc dầu Dung Quất. Hiện tại, Nhà máy đang áp dụng chỉ số EII (Energy Intensive Index) của tổ chức quốc tế Solomon để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng. Ông Lê Hải Tuấn – Trưởng ban NCPT BSR cho biết: “Chỉ số EII là kết quả so sánh tương đối giữa hiệu quả sử dụng năng lượng của một nhà máy lọc dầu so với hiệu quả sử dụng năng lượng của nhóm các nhà máy lọc dầu có cấu hình tương đương trong khu vực hoặc trên thế giới”.

Sau khi đưa Nhà máy lọc dầu Dung Quất vào vận hành thương mại từ năm 2009, nhờ vào việc triển khai đồng loạt các giải pháp tiết kiệm năng lượng mà chỉ số EII của Nhà máy đã giảm từ mức trên 118% năm 2014 xuống mức trung bình 104% - 105% như hiện nay. Đặc biệt, năm 2017 chỉ số này đã giảm xuống mức thấp nhất là 103,5%. Theo đánh giá của tổ chức Solomon, hiệu quả sử dụng năng lượng của Nhà máy lọc dầu Dung Quất đang ở phân vị giữa mức 3 và 4 trong nhóm so sánh (nhóm so sánh có 4 phân vị, nhà máy thuộc nhóm phân vị số 1 có hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhất).

Để lập kế hoạch và quản lý sử dụng năng lượng một cách có hệ thống, tập trung vào việc cải tiến hiệu suất năng lượng, góp phần tăng cường hiệu quả năng lượng, đồng thời giúp sử dụng năng lượng một cách có kiểm soát, BSR đã áp dụng tiêu chuẩn ISO 50001. Tiêu chuẩn này dựa trên khuôn khổ cải tiến liên tục Hoạch định – Thực hiện – Kiểm tra – Hành động (PDCA) để cải thiện hiệu suất năng lượng một cách liên tục và kết hợp quản lý năng lượng vào thực tiễn hàng ngày.

BSR đã thường xuyên nghiên cứu, triển khai, áp dụng nhiều giải pháp tối ưu hóa năng lượng và giảm phát thải có hiệu quả lớn áp dụng cho Nhà máy lọc dầu Dung Quất. Từ 2015 đến nay, BSR đã triển khai thành công hơn 60 giải pháp tối ưu hóa năng lượng, tiết kiệm cho Nhà máy khoảng trên 500 tỷ đồng/năm, trong đó có hàng chục giải pháp về tiết kiệm điện nói riêng.

Đức Chính