Tiết kiệm năng lượng thời số hóa: ‘Đốt kép’ tại Lọc dầu Dung Quất giúp tiết kiệm 400 tỷ đồng

Đi tìm lời giải cho các lò hơi

Trong vận hành một nhà máy lọc dầu, cân bằng năng lượng là bài toán phức tạp. Các dòng nhiên liệu được sinh ra, thu hồi và sử dụng ở nhiều công đoạn khác nhau. Chỉ một thay đổi về công suất, loại dầu thô hay chế độ vận hành cũng có thể làm thay đổi cân bằng này.

Tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (thuộc Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam - BSR), bài toán đó càng rõ nét sau nhiều năm vận hành thương mại. Để đa dạng hóa nguồn nguyên liệu và tối ưu hiệu quả sản xuất, nhà máy đã thử nghiệm, đưa vào chế biến nhiều loại dầu thô. Tại phân xưởng công nghệ, khí nhiên liệu (Fuel Gas - FG) được thu hồi và sử dụng làm nhiên liệu cho lò đốt, lò hơi. Đây là nguồn nhiên liệu nội tại có vai trò quan trọng trong việc tối ưu năng lượng của nhà máy. Tuy nhiên, lượng khí sinh ra không phải lúc nào cũng cân bằng với nhu cầu sử dụng.

Khi nhà máy tăng công suất, thử nghiệm dầu thô có hàm lượng kim loại cao, FG được tạo ra nhiều hơn. Lượng khí dư buộc phải xả ra đuốc để đốt cháy nhằm bảo đảm an toàn môi trường đã gây ra nghịch lý trong vận hành.

Một mặt, nhà máy có khí nhiên liệu dư phải đốt bỏ, với tổn thất năng lượng được ước tính gần 2,5 triệu USD mỗi năm. Mặt khác, tại cụm lò hơi, nhà máy vẫn phải sử dụng thêm dầu nhiên liệu FO - loại nhiên liệu có giá trị thương phẩm. Có khí nhưng vẫn phải dùng dầu trở thành bài toán cần được giải quyết.

Trong khi đó, cụm lò hơi tại Phân xưởng Điện - Hơi của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thiết kế với 4 lò hơi siêu cao áp. Mỗi lò hơi có 3 đầu đốt và có thể sử dụng khí hoặc dầu. Tuy nhiên, thiết kế ban đầu chỉ cho phép tại mỗi thời điểm đốt một loại nhiên liệu.

Cấu hình vận hành phổ biến trước đây gồm: 2 lò đốt khí FG và 1 lò đốt dầu FO. Trong những thời điểm lượng FG phát sinh nhiều, phần khí dư vẫn phải xả bỏ, trong khi dầu FO vẫn được sử dụng. Giới hạn về cấu hình đầu đốt khiến việc tận dụng nguồn khí nội tại chưa đạt hiệu quả tối ưu.

Để giải quyết vấn đề, BSR từng đề xuất với nhà sản xuất thiết bị phương án cải hoán đầu đốt để có thể đốt đồng thời 2 loại nhiên liệu. Tuy nhiên, chi phí cải hoán khoảng 60.000 USD cho mỗi đầu đốt. Với 12 đầu đốt của 4 lò hơi, tổng chi phí lên tới 720.000 USD, tương đương hơn 18 tỷ đồng. Mức đầu tư lớn khiến phương án này không được triển khai.

Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào phương án của nhà sản xuất, nhóm kỹ sư BSR tiếp tục tìm kiếm cách tiếp cận khác, không thay đổi toàn bộ thiết bị mà nghiên cứu giải pháp điều khiển để tận dụng tốt hơn hệ thống hiện hữu.

Đây là lúc sáng kiến “Tối ưu đốt nhiên liệu cho lò hơi, lò đốt và giảm phát thải trong Nhà máy Lọc dầu Dung Quất” ra đời. Theo kỹ sư Nguyễn Ngọc Thanh, Ban Vận hành Sản xuất BSR là một trong những tác giả sáng kiến, điểm đột phá của giải pháp nằm ở việc nhóm nghiên cứu tự phát triển hoàn toàn logic điều khiển mà không cần sự hỗ trợ từ nhà sản xuất. Nhóm tác giả thiết kế, xây dựng và hoàn thiện quy trình vận hành cho chế độ đốt kép, sau đó tích hợp vào hệ thống điều khiển tự động của nhà máy. Giải pháp được đưa vào áp dụng chính thức từ tháng 10/2020.

“Từ một hạn chế trong thiết kế ban đầu, chúng tôi tìm cách khai thác khả năng vận hành linh hoạt hơn của hệ thống. Thay vì lựa chọn cứng giữa khí và dầu, lò hơi có thể sử dụng đồng thời 2 loại nhiên liệu theo điều kiện thực tế của mạng khí”, anh Thanh cho biết.

Giảm hơn 19.000 tấn CO2 mỗi năm

Nếu giá trị kinh tế là kết quả dễ nhìn thấy nhất, tác động môi trường lại cho thấy một chiều sâu khác của sáng kiến. Nhà máy Lọc dầu Dung Quất có mức phát thải CO2 trung bình hơn 1,6 triệu tấn mỗi năm. Trong đó, hệ thống lò hơi chiếm tới hơn 423 nghìn tấn CO2 mỗi năm.

Trong bối cảnh yêu cầu giảm phát thải ngày càng đặt ra rõ nét đối với hoạt động sản xuất, việc nâng hiệu quả sử dụng nhiên liệu tại hệ thống tiêu thụ năng lượng lớn trở thành yêu cầu quan trọng. Với giải pháp “đốt kép”, việc tận dụng khí nhiên liệu dư giúp giảm lượng khí CO2 phát thải khoảng 19 nghìn tấn mỗi năm. Cùng một giải pháp, BSR đạt được đồng thời 2 mục tiêu: Giảm chi phí nhiên liệu và giảm phát thải.

Đây cũng là điểm khiến sáng kiến không chỉ dừng lại ở một cải tiến kỹ thuật đơn thuần. Từ việc giải quyết lượng khí FG dư và giảm sử dụng dầu FO, giải pháp tạo ra hiệu quả trên cả 3 phương diện kinh tế, kỹ thuật và môi trường.

Một trong những giá trị đáng chú ý của giải pháp “đốt kép” nằm ở quá trình hình thành sáng kiến. Khi phương án cải hoán thiết bị từ nhà sản xuất có chi phí lớn và không được triển khai, kỹ sư BSR không dừng lại ở việc chấp nhận giới hạn của hệ thống. Nhóm nghiên cứu chuyển hướng sang bài toán điều khiển, nghiên cứu logic vận hành phù hợp với điều kiện thực tế của nhà máy.

Sau quá trình nghiên cứu, quy trình vận hành chế độ đốt kép được xây dựng, hoàn thiện và tích hợp vào hệ thống điều khiển tự động.

Theo kỹ sư Nguyễn Ngọc Thanh, việc tự phát triển logic điều khiển mà không cần sự hỗ trợ của nhà sản xuất là điểm đột phá của sáng kiến. Điều này cho thấy năng lực công nghệ trong một nhà máy không chỉ được đo bằng số lượng thiết bị hiện đại được đầu tư. Khả năng hiểu sâu hệ thống, nhận diện điểm nghẽn và tự tìm ra giải pháp phù hợp cũng là một dạng năng lực công nghệ.

Theo ông Cao Tuấn Sĩ, Giám đốc Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, giải pháp không chỉ nâng cao hiệu quả vận hành cho cụm lò hơi mà còn góp phần tối ưu hóa toàn bộ hệ thống sản xuất. Giải pháp góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, củng cố uy tín và vị thế cạnh tranh của BSR trên thị trường.

Việc tận dụng nguồn khí FG dư giúp giảm đáng kể lượng dầu FO phải sử dụng, với mức tiết kiệm khoảng 6.128 tấn mỗi năm. Tính từ thời điểm áp dụng đến tháng 5/2025, tổng giá trị làm lợi đạt gần 392 tỷ đồng. Đáng chú ý, giải pháp không đòi hỏi BSR thực hiện phương án cải hoán đầu đốt với chi phí khoảng 720.000 USD như đề xuất ban đầu từ nhà sản xuất.