Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hệ thống khí nén (Mã mô đun: KKT19MĐ39) là tài liệu học tập chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Khoan khai thác dầu khí ở trình độ cao đẳng. Giáo trình được ban hành kèm theo Quyết định số 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do kỹ sư Bùi Đức Sơn chủ biên. Trong cấu trúc chương trình đào tạo gồm 87 tín chỉ (2040 giờ), mô đun này có thời lượng 2 tín chỉ (45 giờ), được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở như Cơ sở khoan (KKT19MH33), Hệ thống phát lực (KKT19MĐ38), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), đồng thời là học phần điều kiện tiên quyết trước khi học viên tiếp cận mô đun Hệ thống nâng hạ (KKT19MĐ40) và Hệ thống tuần hoàn dung dịch (KKT19MĐ41).

Mục tiêu học tập của mô đun được cụ thể hóa theo ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức: Trình bày được đầy đủ chức năng của hệ thống khí nén trong công nghệ khoan – khai thác (chuẩn A1); mô tả được chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston cùng các dòng máy nén công nghiệp khác (chuẩn A2).
  • Kỹ năng: Vận hành, phát hiện sự cố và thực hiện bảo dưỡng được hệ thống khí nén theo đúng quy trình kỹ thuật (chuẩn B1).
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ các quy định về an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), nội quy nhà xưởng và quy trình vận hành thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa; hoàn thành khối lượng công việc được giao mà không để xảy ra sự cố hư hỏng (chuẩn C1).

Cấu trúc giáo trình gồm 3 bài học lớn với phương pháp tiếp cận từ tổng quan sơ đồ tổ hợp công nghệ, phân tích cấu tạo chi tiết thiết bị cơ khí, đến quy trình thao tác kỹ thuật vận hành và bảo dưỡng. Điểm đặc thù của giáo trình là toàn bộ nội dung được thiết kế gắn liền với thực tế trang thiết bị trạm khí nén lắp đặt trên các công trình biển của Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro (điển hình như giàn MSP 8, CTP-2, CTP-3).

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 3 bài học theo trình tự logic từ nguyên lý hệ thống đến chi tiết thiết bị và thực hành vận hành:

  • Bài 1: Tổng quan về hệ thống khí nén. Sơ đồ, nguyên lý tổ hợp hệ thống khí nén (2 giờ lý thuyết)
    Trình bày các chức năng chính của khí nén trên công trình dầu khí: gọi dòng giếng khai thác, cung cấp khí nén cho thiết bị khoan (roto tháo lắp cần, phanh tời, ly học khí nén bơm dung dịch УM-8), vận chuyển xi măng trám giếng, dẫn động thiết bị đo lường và điều khiển tự động (hệ thống van công nghệ MIM, ACS, TOE), khởi động động cơ Diezel (như động cơ 8ЧН 25/34-3), nén khí cho bình điều hòa lưu lượng máy bơm piston và môi chất truyền nhiệt. Chương này cũng phân tích sơ đồ tổ hợp các trạm khí nén tại các khối công nghệ (block modul) trên giàn cố định: trạm áp suất thấp (6–8 kG/cm²) gồm máy 4BУ 1-5/9 (tại BM-15, BM-6), trạm ВП2-9/10 (tại BM-7B), trạm BУ-0,6/8, BУ-0,6/13 hoặc Ingersoll-Rand T 30/7100 (tại BM-6); trạm áp suất trung bình (30–50 kG/cm²) gồm máy ЭКП-70/25 (tại BM-7A); trạm áp suất cao (100–150 kG/cm²) gồm máy Kp-2T hoặc BT 1,5-0,3/150; trạm máy nén khí trục vít thế mới GA-75 (Atlas Copco) và SSR MH-75 (Ingersoll-Rand); cùng hệ thống máy nén khí trơ ($N_2$) chuyên dụng trên giàn CTP-2 và CTP-3.

  • Bài 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén (10 giờ lý thuyết)
    Tập trung phân loại máy nén theo cấu tạo (piston, roto, ly tâm), nguyên lý làm việc (biến đổi động năng và giảm thể tích), dải áp suất (thấp: 3–10 at, trung bình: 10–100 at, cao: 100–1000 at, siêu cao: >1000 at), số cấp nén (1 cấp, nhiều cấp) và năng suất. Giáo trình giải thích chi tiết cấu tạo máy nén khí piston: thân máy và các-te đúc bằng gang; trục khuỷu bằng thép 40, 45 hoặc 40X (ngõng trục tôi cao tần đạt HRC48–62); thanh truyền và con trượt dẫn hướng lót hợp kim babit; xilanh và ống lót xilanh; piston gang/nhôm (kết cấu đặc hoặc rỗng); hệ thống xécmăng (kim loại, cacbon, teflon); cụm vòng chèn kim loại dọc trục kèm ống xả rò rỉ; hệ thống van hút – van xả (đĩa van kim loại phẳng có lò xo tì hoặc van đặt bằng bakelit); hệ thống bôi trơn (vung tóe và bôi trơn cưỡng bức trang bị lọc thô, lọc tinh, van xả by-pass, van hằng nhiệt duy trì 125–150°F); hệ thống làm mát (cánh tản nhiệt, áo nước làm mát, làm mát trung gian và làm mát sau nén); các cơ cấu an toàn (van an toàn đặt ở mức 110% áp suất làm việc, màng an toàn, van một chiều, bộ khống chế tốc độ). Ngoài ra, bài 2 còn cung cấp nguyên lý cấu tạo máy nén trục vít, máy nén roto cánh gạt, máy nén ly tâm (kết cấu vỏ tháo ngang/tháo dọc, bánh công tác, màng ngăn, cánh dẫn hướng, vòng làm kín khuất khúc, ngăn cân bằng lực trục), thiết bị xử lý khí nén (bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước, thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh, thiết bị sấy hấp thụ/hóa học) và bình chứa khí nén.

  • Bài 3: Vận hành và bảo dưỡng hệ thống khí nén (33 giờ: 2 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra)
    Gồm 3 nội dung trọng tâm: quy trình vận hành hệ thống khí nén (kiểm tra trước khởi động, trình tự khởi động, theo dõi áp suất, nhiệt độ, mức dầu và dừng máy); quy trình phát hiện và xử lý sự cố kỹ thuật (nhiệt độ dầu cao, áp suất dầu bôi trơn thấp, tắc lọc tinh, rò rỉ vòng chèn, gãy đĩa van do ứng suất nhiệt, rung động bất thường); quy trình bảo dưỡng định kỳ (vệ sinh bầu lọc khí, thay thế căn lá thép 0,25 mm chỉnh khe hở bạc biên, thay dầu bôi trơn, bảo dưỡng van an toàn và van một chiều).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học và thủy khí ứng dụng thông qua:

  • Nguyên lý giảm thể tích không gian công tác tạo áp suất cao ($P \ge 3\text{ at}$) và nguyên lý chuyển hóa động năng dòng khí sang áp năng trong máy nén ly tâm.
  • Công thức tính các thông số cơ bản: Tỷ số nén $\varepsilon = \frac{P_2}{P_1}$, công suất tiêu hao của máy nén: $$N = \frac{Q \cdot L \cdot \rho}{\eta_v \cdot \eta_m}$$ (trong đó $Q$ là năng suất, $L$ là công nén, $\rho$ là mật độ khí, $\eta_v$ là hiệu suất thể tích, $\eta_m$ là hiệu suất cơ học).
  • Nguyên lý cân bằng lực cơ cấu máy (bố trí piston đối đỉnh, góc lệch trục chữ V, chữ W, đối trọng má khuỷu, ngăn cân bằng áp suất dọc trục).
  • Cơ chế trao đổi nhiệt và truyền nhiệt trong quá trình nén đa cấp, làm mát trung gian và tách ẩm vật lý/hóa học.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc hiểu sơ đồ nguyên lý tổ hợp hệ thống khí nén trên giàn khoan; đo đạc và kiểm tra khe hở nhiệt, độ mài mòn của xilanh, ống lót, bạc lót thanh truyền; tháo lắp và căn chỉnh các chi tiết cơ khí (van hút, van xả, vòng chèn, xécmăng teflon).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đánh giá tình trạng kỹ thuật của máy nén qua thông số nhiệt độ đường xả, áp suất dầu bôi trơn; phân tích nguyên nhân hư hỏng đĩa van, nguyên nhân tạo bọt dầu trong cácte do ngưng tụ hơi ẩm (<125°F) hoặc suy giảm độ bền ổ đỡ (>150°F).
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành chuẩn xác các trạm máy nén khí áp suất thấp, trung bình và cao; thực hiện quy trình bảo dưỡng phòng ngừa; xử lý sự cố công nghệ đảm bảo an toàn PCCC trên các công trình dầu khí biển.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Mô đun Hệ thống khí nén áp dụng phương pháp dạy học tích cực nhằm kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ sở và thao tác thực hành:

  • Phương pháp giảng dạy của giáo viên:
    Áp dụng hình thức thuyết trình ngắn kết hợp nêu vấn đề, hướng dẫn học viên đọc tài liệu kỹ thuật, phân tích sơ đồ công nghệ và xử lý bài tập tình huống thực tế sản xuất. Trong giờ thực hành, giáo viên phân chia nhóm nhỏ, thao tác mẫu quy trình tháo lắp, hướng dẫn kiểm tra thông số kỹ thuật và giám sát an toàn lao động.

  • Phương pháp học tập của sinh viên:
    Sinh viên thực hiện chuẩn bị bài trước khi lên lớp theo tài liệu được cung cấp. Hoạt động tự học và thảo luận nhóm được tổ chức theo từng nhóm từ 8 đến 10 người; mỗi nhóm được giao chủ đề kỹ thuật cụ thể để phân công thành viên nghiên cứu, viết báo cáo chuyên đề và trình bày thảo luận.

  • Thời lượng và tỷ trọng thực hành:
    Tổng thời lượng mô đun là 45 giờ, trong đó lý thuyết chiếm 14 giờ (31,1%) và thời lượng dành cho thực hành, thí nghiệm, bài tập, thảo luận chiếm 29 giờ (64,4%), cùng 2 giờ kiểm tra kết thúc.

  • Phương pháp và hình thức đánh giá:
    Thực hiện theo Quy chế đào tạo cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH) với thang điểm 10 quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4:

    • Điểm đánh giá quá trình (trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, đánh giá sau 3 giờ học bằng hình thức viết/thuyết trình hoặc kiểm tra miệng chuẩn A1, A2, C1) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, đánh giá sau 12 giờ học bằng hình thức viết/trắc nghiệm kết hợp thực hành thao tác chuẩn A1, A2, B1, C1).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Tổ chức sau 45 giờ học, kết hợp kiểm tra viết/thuyết trình lý thuyết và bài thi thực hành tay nghề (đánh giá toàn diện các chuẩn A1, A2, B1, C1).

  • Quy định chuyên cần:
    Học viên bắt buộc tham dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết (vắng >30% phải học lại) và bắt buộc tham dự 100% các buổi thực hành tại xưởng để đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp sơ đồ trang thiết bị thực tế ngành Dầu khí:
    Giáo trình sử dụng trực tiếp tài liệu kỹ thuật và sơ đồ công nghệ trạm khí nén từ các công trình dầu khí thực tế của Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro (như trạm máy nén khí giàn MSP 8, hệ thống máy nén BM-15, BM-7A, BM-7B, BM-6).

  • Cập nhật công nghệ thiết bị mới song song thiết bị truyền thống:
    Bên cạnh các dòng máy nén khí piston kinh điển của Liên Xô trước đây (4BУ 1-5/9, ВП2-9/10, ЭКП-70/25, BУ-0,6/8, BУ-0,6/13), giáo trình cập nhật chi tiết cấu tạo và thông số hoạt động của các trạm nén khí trục vít công nghiệp hiện đại đang vận hành phổ biến:

    • Trạm máy nén khí Atlas Copco model GA-75 (lưu lượng xấp xỉ $11,8\text{ m}^3/\text{phút}$, áp suất làm việc 6–13 kG/cm²).
    • Trạm máy nén khí Ingersoll-Rand model SSR MH-75 (lưu lượng $11,61 - 13,59\text{ m}^3/\text{phút}$, dải áp suất 6–13 kG/cm²).
    • Trạm máy nén khí Ingersoll-Rand model T 30/7100 ($Q = 1,42\text{ m}^3/\text{phút}$).

  • Mở rộng các ứng dụng áp suất cao và khí trơ chuyên dụng:
    Nội dung mô đun làm rõ quy trình làm việc của trạm máy nén cao áp Kp-2T và BT 1,5-0,3/150 đạt áp suất 100–150 kG/cm² dùng cho điều khiển van đóng mở block công nghệ, nén bình điều hòa lưu lượng và kiểm định van an toàn; đồng thời giới thiệu hệ thống sản xuất khí trơ Nitơ ($N_2$) phục vụ xử lý an toàn công nghệ trên giàn CTP-2 và CTP-3.

  • Tiêu chuẩn an toàn công nghiệp nghiêm ngặt:
    Mô tả chi tiết cấu tạo các thiết bị bảo vệ chuyên dụng: van an toàn tác động ở mức 110% áp suất thiết kế dẫn về đuốc đốt (flare), màng nổ an toàn chống quá áp, van một chiều ngăn tổn hao khí nén và bộ khống chế tự động dừng máy khi động cơ vượt tốc độ cho phép.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành:
    Sinh viên hệ Cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo chuyên ngành dầu khí hoặc cơ khí thiết bị áp lực.
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học:
    Người học cần hoàn thành các môn học/mô đun nền tảng trong chương trình đào tạo gồm: Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Cơ sở khoan (KKT19MH33) và Hệ thống phát lực (KKT19MĐ38).
  • Giảng viên và cán bộ giảng dạy:
    Sử dụng làm căn cứ chuẩn để lập đề cương bài giảng, thiết kế bài giảng lý thuyết chuyên môn, xây dựng phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và ngân hàng đề thi đánh giá quá trình/kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên và bạn đọc tự học:
    Tài liệu có giá trị tham khảo kỹ thuật trực tiếp cho đội ngũ công nhân, kỹ sư vận hành trạm khí nén tại các giàn khoan, giàn khai thác và nhà máy xử lý khí thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên trình độ cao đẳng nghề Khoan khai thác dầu khí, đồng thời phù hợp làm tài liệu đào tạo nội bộ cho kỹ thuật viên vận hành trạm nén khí trên công trình dầu khí.

2. Cần hoàn thành những môn học nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy kiến thức từ các môn học: Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), Cơ sở khoan (KKT19MH33) và Hệ thống phát lực (KKT19MĐ38).

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các giáo trình máy khí nén công nghiệp thông thường?

Tài liệu tập trung trực tiếp vào các trạm khí nén chuyên dụng trong công nghệ dầu khí biển: tích hợp các sơ đồ trạm khí nén thực tế của Vietsovpetro (MSP 8, CTP-2, CTP-3), máy nén cao áp 100–150 kG/cm², hệ thống khí trơ Nitơ và các thiết bị chống cháy nổ theo tiêu chuẩn ngành khoan – khai thác.

4. Phương pháp tự học mô đun này như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Học viên cần nghiên cứu lý thuyết theo đề cương từng bài học trước khi lên lớp, tham gia thảo luận nhóm 8–10 người theo bài tập tình huống, bám sát các chỉ số vận hành thực tế (nhiệt độ dầu 125–150°F, áp suất làm việc) và thực hiện đầy đủ 100% thời lượng thực hành thao tác tại xưởng.

5. Giáo trình có danh mục tài liệu tham khảo bổ trợ nào?

Giáo trình chỉ định hai tài liệu tham khảo chuyên ngành:

  1. Nguyễn Công Tuyển (1995), Bơm, máy nén, quạt công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.
  2. Hà Cao Đàm, Nguyễn Hữu Bính, Trạm máy nén khí di động.

Kết luận

Giáo trình Hệ thống khí nén (KKT19MĐ39) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về nguyên lý tổ hợp trạm khí nén, cấu tạo cơ khí chi tiết và quy trình kỹ thuật vận hành, bảo dưỡng hệ thống máy nén công nghiệp dầu khí. Học phần giữ vai trò bản lề giúp người học hình thành năng lực thực hành nghề nghiệp trước khi chuyển tiếp sang các mô đun chuyên ngành nâng cao: Hệ thống nâng hạ (KKT19MĐ40), Hệ thống tuần hoàn dung dịch (KKT19MĐ41), Hệ thống kiểm soát giếng khoan (KKT19MĐ44, KKT19MĐ45) và giai đoạn Thực tập sản xuất (KKT19MĐ46). Để tối ưu hóa hiệu quả học tập, học viên cần kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các tài liệu tra cứu chuyên ngành về máy thủy khí và trạm máy nén di động được nhà trường ban hành.