TÍNH CẤN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Việt Nam, với một tiềm năng dầu khí dồi dào, đang phát triển mạnh mẽ công nghiệp khai thác, chế biến nguồn tài nguyên quý giá này thành các sản phẩm có giá trị, trong đó có khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), góp phần quan trọng vào sự phát triển của đất nước. Từ nguồn LPG trong nước do các NM chế biến khí Dinh Cố, NM lọc dầu Dung Quất chế biến và cung cấp, các cơ sở sử dụng LPG trong sản xuất và đời sống ngày càng phát triển. LPG là loại nhiên liệu sạch và cao cấp được sử dụng trong sản xuất đã làm thay đổi hình ảnh khói đen luôn gắn liền với các xí nghiệp công nghiệp; sử dụng trong các khu đô thị, khu dân cư, các nhà hàng, khách sạn, bếp ăn tập thể, hộ gia đình…đã làm thay đổi thói quen tiêu thụ nhiên liệu truyền thống là củi, than ... góp phần đáng kể vào công tác BVMT và sức khỏe nguời dân. Tuy nhiên, bên cạnh vai trò đóng góp những giá trị KT-XH vô cùng to lớn, quá trình chế biến và sử dụng LPG luôn tiềm ẩn nguy cơ gây SCMT và thực tế trên thế giới đã xảy ra các sự cố rò rỉ, cháy, nổ LPG gây hậu quả nghiêm trọng, làm chết và bị thương nhiều người, phá hủy tài sản và gây ô nhiễm môi trường như sự cố nổ TB chứa propane trên đường vận chuyển tại Tây Ban Nha năm 1978 làm chết 200 người và bị thương 120 người [14]; sự cố trật bánh tàu hỏa chở propane (và clorine) gần Toroto, Canada tháng 11/1979 làm 250.000 người phải sơ tán và nhiều người bị ngộ độc phải nhập viện [14]; sự cố nổ TB chứa LPG ở khu dân cư của thành phố Mexico ngày 19/11/1984 làm chết 450 người, trên 30.000 người mất nhà cửa phải sơ tán [125]; sự cố cháy tàu hoả ngày 20/02/2002 tại Ai Cập làm gần 400 người bị chết, hàng trăm người bị thương do nổ bình LPG để nấu ăn trong toa căng tin [125]; sự cố nổ bình chứa LPG làm sập nhà tại thành phố St. Peterburg – Nga vào ngày 03/06/2003 làm sập toà nhà 9 tầng, gây chết và bị thương nhiều người [125]. Ở Việt Nam, mặc dù các sự cố đã xảy ra trong chế biến và sử dụng LPG chưa mang tính thảm họa nhưng cũng là những dấu hiệu cảnh báo sẽ xảy ra những SCMT nghiêm trọng trong tương lai nếu chúng ta không có biện pháp phòng ngừa. Trong thời gian tới, khi các cơ sở lọc hóa dầu trọng điểm của đất nước dần đi vào hoạt động ổn định làm cho lượng LPG được chế biến trong nước ngày càng tăng lên thì số cơ sở sử dụng LPG trong sản xuất và đời sống ngày càng nhiều; trạm cung cấp LPG trung tâm trong khu chung cư cao tầng ngày càng tăng và nhất là khi chủ trương chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu truyền thống (xăng, dầu … ) sang sử dụng LPG cho các phương tiện giao thông vận tải (GTVT) được thực hiện rộng rãi nhằm cải thiện chất lượng môi trường không khí tại các thành phố lớn của nước ta, các thiết bị chứa LPG được lắp đặt trong các đô thị, khu dân cư ngày càng nhiều thì nguy cơ xảy ra SCMT trong sử dụng LPG sẽ ngày càng tăng, thiệt hại sẽ ngày càng lớn.

Để quản trị rủi ro (QTRR) trong chế biến và sử dụng hiệu quả, một trong những công việc quan trọng là phải xây dựng được phương pháp đánh giá SCMT một cách định lượng trên cơ sở khoa học, thiết lập quy trình đánh giá sự cố, nêu và phân tích các nguy cơ gây SCMT trong sử dụng LPG, dự báo khả năng xảy ra và mức độ thiệt hại khi sự cố xảy ra, trong đó một chỉ tiêu rất quan trọng là dự báo phạm vi ảnh hưởng thông qua việc xác định khả năng phát tán chất ô nhiễm môi trường sau sự cố. Nhưng xác định khả năng phát tán chất nguy hại bằng cách đo đạc trong thực tế khi một sự cố xảy ra là điều mà chúng ta không mong đợi. Bởi lẽ, SCMT trong sử dụng LPG nếu xảy ra thì thiệt hại mà nó gây ra đối với con người, môi trường sẽ rất lớn; thậm chí còn rất nghiêm trọng như các sự cố đã xảy ra trên thế giới và thiệt hại có thể còn lớn hơn mà chúng ta chưa lường hết. Cùng với việc xác định nguy cơ, mức độ ảnh hưởng, xác suất xảy ra sự cố cần đề ra những giải pháp phòng ngừa sự cố trong chế biến và sử dụng LPG một cách hữu hiệu.

Trên thế giới, các nước có nền công nghiệp dầu khí phát triển đã có nhiều nghiên cứu về đánh giá SCMT trong chế biến và sử dụng LPG nhưng các nghiên cứu này chưa đề cập hoặc đề cập chưa đầy đủ, định lượng tới các tác động mà SCMT, đặc biệt là sự cố nổ vật lý trong chế biến và sử dụng LPG gây ra. Còn ở Việt Nam, vấn đề này hầu như chỉ được đề cập một cách định tính hoặc chưa đầy đủ về mặt định lượng như đã thể hiện trong các tiêu chuẩn, quy định, văn bản quy phạm pháp luật của Nhà nước, các báo cáo tác động môi trường của các dự án quan trọng trong tồn trữ, phân phối LPG, các cơ sở sử dụng LPG trong sản xuất và đời sống.

Do vậy, việc nghiên cứu xây dựng phương pháp đánh giá SCMT trong sử dụng LPG, đề ra các giải pháp phòng ngừa SCMT trong sử dụng LPG một cách đồng bộ, hệ thống, bằng nhiều công cụ đa dạng, thích hợp với sự tham gia của các đối tượng liên quan, có khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam là cần thiết, bởi lẽ, nếu để SCMT xảy ra thì hoặc là không khắc phục được hoặc nếu khắc phục được cũng hết sức tốn kém và khi đó đã tổn thất về nguời, thiệt hại về tài sản, ảnh hưởng tới môi trường. Luận án được thực hiện nhằm đáp ứng yêu cầu cấp thiết trên.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá SCMT và giải pháp bảo đảm an toàn, phòng ngừa SCMT trong sử dụng LPG nhằm hạn chế xảy ra SCMT và giảm thiểu tác động đến con người, thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến môi trường phù hợp với điều kiện Việt Nam cũng như các nước có điều kiện tương tự.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1. Tổng quan về LPG, tình hình chế biến và sử dụng LPG ở Việt Nam; phân tích nguy cơ gây sự cố và hồi cứu một số sự cố đã xảy ra trong chế biến và sử dụng LPG trên thế giới và ở Việt Nam;
2. Đề xuất tiêu chí xây dựng kịch bản sự cố và lựa chọn kịch bản sự cố nổ hoàn toàn thiết bị chứa LPG là sự cố có nguy cơ xảy ra rất cao trong sử dụng LPG ở Việt Nam và gây thiệt hại nghiêm trọng về con người, tài sản và môi trường;
3. Xây dựng cơ sở khoa học đánh giá tác động tới con người và môi trường khi nổ thiết bị chứa LPG; nghiên cứu trường hợp điển hình: đánh giá sự cố nổ bồn chứa 20 tấn LPG năm 2007 tại Hà Nội.
4. Xây dựng quy trình đánh giá SCMT trong sử dụng LPG dựa trên các cơ sở khoa học và phù hợp với điều kiện Việt Nam.
5. Nghiên cứu đề xuất khái niệm, quan điểm và xây dựng cơ sở khoa học quản trị rủi ro kỹ thuật trong sử dụng LPG ở Việt Nam.
6. Đánh giá thực trạng, phân tích nguyên nhân gây sự cố và đề xuất giải pháp phòng ngừa SCMT trong sử dụng LPG phù hợp với thực tế Việt Nam và những nước có điều kiện tương tự.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là phương pháp đánh giá SCMT trong sử dụng LPG. Khi thực hiện nghiên cứu này, cần thực hiện trên các đối tượng được khảo sát là LPG và thiết bị chứa LPG:

• LPG thương mại trong sản xuất và đời sống (gồm thành phần chính là propane hoặc butane hoặc hỗn hợp propane và butane với tỷ lệ propane: butane là 50%: 50% theo thể tích và một lượng nhỏ các khí, tạp chất khác [89]. Trong tính toán, luận án lấy LPG công nghiệp với thành phần chính là propane 100% hoặc LPG có tỷ lệ propane: butane là 50%: 50% theo thể tích) được chứa trong thiết bị ở trạng thái bão hòa, gồm hỗn hợp lỏng và hơi, trong điều kiện có áp suất và nhiệt độ trên nhiệt độ sôi bình thường của nó.

• Thiết bị chứa LPG bao gồm các bồn chứa LPG trong các hệ thống cấp khí đốt trung tâm trong nhà ở có dung tích chứa nước từ 0,45 m³ trở lên [11], bồn chứa LPG trên các xe bồn chuyên dụng [72] và bồn chứa LPG lắp đặt cố định tại các cơ sở công nghiệp và thương mại có dung tích chứa nước từ 150 lít trở lên [73].

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

SCMT trong sử dụng LPG là một lĩnh vực khá rộng và phức tạp, do vậy, luận án thực hiện trong phạm vi nghiên cứu sau:

• LPG được đề cập trong luận án là LPG thương phẩm, sử dụng trong sản xuất và đời sống [89]; thiết bị chứa LPG đặt trong môi trường không khí, áp suất khí quyển lấy ở điều kiện tiêu chuẩn 760 mmHg;
• Điều kiện khí tượng lấy khu vực điển hình có nguy cơ cao xảy ra sự cố trong sử dụng LPG là khu vực Hà Nội và Tp.Hồ Chí Minh.
• Sự cố xảy ra là sự cố nổ vật lý do tác động cơ học từ bên ngoài hoặc do bản thể thiết bị không bảo đảm an toàn làm vỡ bồn chứa LPG [49]. Đây là sự cố có nguy cơ xảy ra rất cao trong sử dụng LPG ở nước ta và những nước có điều kiện KT-XH tương tự;
• Do số liệu thống kê về các sự cố đã xảy ra trong sử dụng LPG ở Việt Nam chưa bảo đảm độ tin cậy để đánh giá xác suất nên luận án tập trung xây dựng phương pháp đánh giá thiệt hại khi nổ thiết bị chứa LPG;
• Quá trình nổ thiết bị chứa LPG giảm áp suất từ áp suất làm việc của LPG trong thiết bị tới áp suất khí quyển diễn ra nhanh chóng, sự trao đổi nhiệt giữa môi chất với môi trường bên ngòai coi như không đáng kể nên quá trình nổ thiết bị được coi là quá trình dãn nở đọan nhiệt;
• Thông số làm việc của LPG:

• Trước khi xảy ra sự cố, LPG chứa trong thiết bị ở trạng thái lỏng bão hoà, có các thông số kỹ thuật sau: khối lượng m_LPG (kg), nhiệt độ bão hòa T_o của LPG (phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường bên ngoài và thành phần của LPG). Luận án lấy giá trị nhiệt độ bão hòa của LPG khoảng 303K và áp suất p₁ (bar) làm việc của LPG trong thiết bị là áp suất bão hòa tương ứng của LPG khoảng 6 bar [89]. Trong thực tế, áp suất này có thể thay đổi tùy thuộc thành phần và nhiệt độ bên ngoài;
• Sau khi nổ, LPG giảm áp suất tới áp suất khí quyển ở nhiệt độ sôi T_b; lượng LPG lỏng hóa hơi sau khi thoát ra khỏi bình chứa là (kg). Phần LPG lỏng cuốn theo đám mây hơi coi như không đáng kể.

• Trong phạm vi sai số cho phép và để thuận tiện trong tính toán, hơi LPG được coi là khí lý tưởng [135], do vậy một số thông số nhiệt động của LPG như nhiệt dung riêng … được coi là hằng số; lượng không khí đủ để coi chế độ cháy là hoàn toàn ở điều kiện đẳng áp.

Ý nghĩa khoa học

• Góp phần xây dựng cơ sở khoa học để đánh giá SCMT một cách định lượng trong chế biến và sử dụng LPG và các môi chất tương tự.
• Góp phần bổ sung cơ sở khoa học về quản trị rủi ro kỹ thuật để bảo đảm an toàn, phòng ngừa SCMT do thiết bị chứa LPG nói riêng và TBAL nói chung.
• Là cơ sở để xây dựng phần mềm tính sức bền thiết bị chứa LPG nói riêng và chứa môi chất có đặc tính tương tự nói chung; phần mềm tính phát tán LPG do sự cố sự cố nổ thiết bị chứa LPG với đặc điểm là năng lượng cao, phát tán nhanh, gián đoạn … Ứng dụng để tính toán đối với các môi chất được chế biến và sử dụng ở nhiệt độ trên nhiệt độ sôi bình thường của môi chất.
• Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung, hoàn thiện tài liệu trong giảng dạy, đào tạo, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ trong lĩnh vực an toàn, đánh giá rủi ro, đánh giá tác động môi trường.

Ý nghĩa thực tiễn

• Nêu và phân tích nguyên nhân một số bất cập, đề ra giải pháp đồng bộ, mang tính hệ thống, góp phần đáp ứng yêu cầu bảo đảm an toàn, phòng ngừa sự cố trong sử dụng LPG ở Việt Nam và những nước có điều kiện KT-XH tương tự.
• Xác định tiêu chí xây dựng kịch bản sự cố trong sử dụng LPG ở Việt Nam và lựa chọn kịch bản sự cố nổ thiết bị chứa LPG là sự cố có nguy cơ xảy ra cao và gây thiệt hại nghiêm trọng về con người, tài sản và môi trường.
• Góp phần bổ sung, hoàn thiện cơ sở xây dựng tiêu chuẩn ATMT trong sử dụng LPG và môi chất có đặc tính, điều kiện chế biến, sử dụng tương tự.
• Xây dựng phương pháp đánh giá SCMT trong sử dụng LPG. Kết quả nghiên cứu của luận án (công thức tính lượng hơi tạo thành, công sinh ra khi nổ thiết bị chứa LPG, hệ số tiêu thụ oxy, hệ số tiêu thụ không khí lý thuyết, hệ số phát thải CO₂, hệ số phát thải khói khi cháy 1 m³ LPG ở trạng thái hơi …) góp phần bổ sung cơ sở khoa học để đánh giá tác động môi trường khi triển khai các dự án có liên quan tới LPG; dự báo khả năng ảnh hưởng của các sự cố có thể xảy ra khi xây dựng các cơ sở sử dụng LPG cũng như sử dụng hóa chất nguy hại khác có đặc tính tương tự như LPG.

Đáp ứng yêu cầu đánh giá rủi ro kỹ thuật cho các dự án có sử dụng LPG đang ngày càng phát triển ở nước ta, đề ra các giải pháp phòng ngừa sự cố trong sử dụng LPG ở Việt Nam.

Có thể vận dụng phương pháp đánh giá cho công nghiệp hóa chất, kỹ thuật lạnh và điều hoà không khí.

• Bổ sung cơ sở khoa học và thực tiễn để góp phần quy hoạch công nghiệp, quy họach môi trường, quy họach đô thị, khu dân cư, dự báo sự cố, quản lý môi trường … khi triển khai các dự án có sử dụng LPG.
• Phương pháp đánh giá SCMT được đề xuất giúp các nhà quản lý nhìn nhận toàn diện hơn về công tác ATMT, góp phần ra quyết định đúng để quản lý ATMT trong sử dụng LPG nói riêng và TBAL nói chung. Từ đó, có chiến lược ngăn ngừa và ứng cứu sự cố nhằm giảm thiểu thiệt hại, đảm bảo an toàn, BVMT.

Ý NGHĨA KINH TẾ-XÃ HỘI

Chế biến và sử dụng LPG đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của đất nước. Tuy nhiên, chế biến và sử dụng LPG cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây SCMT nghiêm trọng. Sự cố nổ thiết bị chứa LPG là một trong những sự cố đó. Trong thực tế đã xảy ra nhiều sự cố nổ thiết bị chứa LPG trên thế giới, gây thiệt hại nghiêm trọng về người, tài sản và môi trường do không lường hết mức độ nguy hại của các rủi ro tiềm ẩn trong chế biến và sử dụng LPG. Do vậy, cần có những nghiên cứu dự báo định lượng đầy đủ hơn về các tác động tiêu cực khi đánh giá rủi ro, đánh giá tác động môi trường trong quy họach, xây dựng cơ sở sử dụng LPG; đề ra giải pháp QTRR, phòng ngừa SCMT trong sử dụng LPG ở Việt Nam, góp phần ổn định trật tự xã hội, phát triển đất nước bền vững.

TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Đóng góp khoa học quan trọng và đầu tiên của luận án về lý thuyết là đã xây dựng được cơ sở khoa học để đánh giá SCMT khi nổ thiết bị chứa LPG, gồm các vấn đề: xây dựng công thức tính lượng hơi LPG tạo thành, công dãn nở khi nổ thiết bị chứa LPG được tồn trữ ở trạng thái bão hòa, tồn tại cả hai pha trong thiết bị; xây dựng hệ số tiêu thụ oxy, hệ số tiêu thụ không khí lý thuyết, hệ số phát thải CO₂, hệ số phát thải khói khi cháy 1 m³ LPG ở trạng thái hơi …; nghiên cứu ứng dụng mô hình nguồn phát thải gián đoạn, phát tán dạng đám mây hơi vào trường hợp LPG.
2. Một trong những đóng góp nữa về lý thuyết của luận án là đã xây dựng cơ sở khoa học quản trị rủi ro kỹ thuật (TERM) trong sử dụng LPG, góp phần bổ sung cơ sở lý luận quản trị rủi ro công nghiệp.
3. Cùng với những đóng góp quan trọng trên đây, luận án đã đề xuất khái niệm “an toàn môi trường thiết bị” là khái niệm mới trên cơ sở tích hợp các vấn đề về an toàn thiết bị, an toàn con người, an toàn môi trường. Từ đó, đề xuất quan điểm về ATMT là lấy an tòan thiết bị làm trung tâm để phòng ngừa SCMT. Luận án cũng đã đề xuất tiêu chí phân loại và thực hiện phân loại thiết bị chứa LPG theo mức độ an toàn; từ đó đề xuất phương pháp dự báo sự thay đổi về chất và lượng của thiết bị chứa LPG theo thời gian để dự báo khả năng xảy ra SCMT một cách định lượng.
4. Bên cạnh những đóng góp về lý thuyết, luận án có những đóng góp mang tính thực tiễn như: xác định tiêu chí xây dựng kịch bản sự cố, tổng hợp các kịch bản sự cố có thể xảy ra và lựa chọn kịch bản sự cố nổ hoàn toàn thiết bị chứa LPG là sự cố có nguy cơ xảy ra rất cao và có thể gây thiệt hại nghiêm trọng về người, tài sản và môi trường trong điều kiện sử dụng LPG ở Việt Nam; xây dựng hoàn thiện quy trình đánh giá SCMT trong sử dụng LPG ở Việt Nam mang tính khả thi; xây dựng quy trình tính toán sức bền thiết bị chứa LPG, thuận tiện trong sử dụng để tính toán thiết kế, kiểm tra thiết bị chứa LPG, tạo cơ sở để xây dựng phần mềm tính sức bền thiết bị chứa LPG và phần mềm tính phát tán quả cầu lửa phù hợp với đặc điểm trong sử dụng LPG ở Việt Nam.