Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học: Lò Gia Nhiệt và Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt (Mã môn học: MECM65017) được biên soạn theo Quyết định số 212/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Công trình do tập thể giảng viên chuyên ngành thực hiện, bao gồm: Chủ biên Lê Anh Dũng cùng các tác giả Trần Kim Khánh và Đào Thị Phương Hoa.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ (PVU / PVMTC)                    |
|       Quyết định ban hành: Số 212/QĐ-CĐDK ngày 01/03/2022               |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  Môn học: LÒ GIA NHIỆT VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT (Mã: MECM65017)       |
|  Nghề đào tạo: Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí                       |
|  Thời lượng: 5 tín chỉ (Tổng: 75 giờ | LT: 70 giờ | KT: 5 giờ)          |
+-------------------------------------------------------------------------+

Về vị trí trong chương trình đào tạo, đây là môn học chuyên môn bắt buộc thuộc khối kiến thức chuyên ngành của nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí (SCTBCBDK), trình độ cao đẳng. Môn học được bố trí giảng dạy trước các học phần thực tế nâng cao như Tiểu luận chuyên môn nghề và Thực tập sản xuất.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể trên ba phương diện:

  • Về kiến thức (A1–A5): Trang bị kiến thức về định nghĩa, phân loại, cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của các loại lò gia nhiệt công nghiệp và thiết bị trao đổi nhiệt; phân tích các dạng hư hỏng cơ bản; trình bày sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu (khí gas, dầu D.O, dầu F.O), hệ thống xả thải và các chủng loại đầu đốt công nghiệp.
  • Về kỹ năng (B1–B6): Phát triển năng lực nhận diện thiết bị; phán đoán hư hỏng vận hành; thiết lập quy trình kiểm tra, bảo dưỡng đầu đốt; thực hiện phương pháp tháo lắp bó ống, nắp chụp và các cụm chi tiết cơ khí.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C2): Định hình tính cẩn trọng, kỷ luật lao động và ý thức tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn vệ sinh lao động trong môi trường công nghiệp dầu khí.

Cấu trúc giáo trình gồm 10 chương, chia thành 2 phần: Phần 1 tập trung vào Lò gia nhiệt (Chương 1 đến Chương 6) và Phần 2 nghiên cứu Thiết bị trao đổi nhiệt (Chương 7 đến Chương 10). Cách tiếp cận đi từ cơ sở lý thuyết nhiệt động, đặc tính quá trình cháy đến cấu tạo cơ khí chi tiết và quy trình vận dưỡng thiết bị trong thực tế nhà máy.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được thiết kế theo tiến trình kỹ thuật với 10 chương chuyên đề:

                            GIÁO TRÌNH MECM65017 (75 GIỜ)
  PHẦN 1: LÒ GIA NHIỆT (30 GIỜ)                               PHẦN 2: THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT (45 GIỜ)
  • Chương 1: Tổng quan về lò gia nhiệt (3 giờ LT): Giới thiệu chức năng của lò gia nhiệt trong công nghiệp luyện kim và chế biến dầu khí. Phân loại cấu hình lò dạng hộp (Box heater) và lò hình trụ (Cylindrical heater) theo kiểu bố trí ống: Type A (ống dạng vòm - arbour coil), Type D (ống đứng), Type E (lò trụ ống đứng), Type F (ống nằm ngang).
  • Chương 2: Nhiên liệu và quá trình cháy (3 giờ LT): Trình bày phản ứng oxy hóa hydrocarbon ($\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{Nhiệt}$), phân tích hiện tượng cháy thiếu oxy sinh ra khí độc $\text{CO}$, kiểm soát tỷ lệ oxy dư (1–5%), và 3 cơ chế truyền nhiệt: dẫn nhiệt qua vách, đối lưu, bức xạ nhiệt theo định luật Stefan-Boltzmann.
  • Chương 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò gia nhiệt (6 giờ LT): Cấu tạo buồng đốt, tường lò lót gạch chịu lửa/cách nhiệt (giữ nhiệt độ vỏ ngoài ở mức $70 - 80^\circ\text{C}$), dàn ống bức xạ, dàn ống đối lưu, van điều tiết ống khói; phân tích cơ chế lò đốt gián tiếp (dùng môi chất trung gian nước, dầu nóng, muối eutectic cho nhiệt độ làm việc $< 260^\circ\text{C}$, hệ số truyền nhiệt $U = 250 - 300\text{ W/m}^2^\circ\text{C}$, nhiệt thông giới hạn $28\text{ kW/m}^2$) và lò đốt trực tiếp dải công suất 150 kW đến 150 MW.
  • Chương 4: Đầu đốt trong lò gia nhiệt (5 giờ LT, 1 giờ KT): Kết cấu vòi đốt khí (buồng hòa trộn Venturi, cửa gió sơ cấp và thứ cấp, ống mồi pilot), đầu đốt súng phun dầu (tán sương bằng hơi bão hòa, khí nén, bơm cao áp bánh răng $20 - 26\text{ kG/cm}^2$, mỏ đốt ly tâm chén xoay SAACKE), đầu đốt hỗn hợp dầu - khí và đầu đốt hai giai đoạn (staged combustion) nhằm khống chế phát thải khí $\text{NO}_x$.
  • Chương 5: Hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống xả thải trên lò gia nhiệt (6 giờ LT): Sơ đồ công nghệ tách ẩm, thu hồi $\text{H}_2\text{S}$ cho khí gas; hệ thống cấp dầu D.O và F.O tích hợp bộ sấy điện trở ($70 - 100^\circ\text{C}$), phin lọc, van điện từ, hệ thống giám sát ngọn lửa qua cảm biến quang (mắt thần), bộ điều khiển chương trình và động cơ Modutrol chỉnh tỷ lệ gió - dầu.
  • Chương 6: Vận hành và bảo dưỡng lò gia nhiệt (5 giờ LT, 1 giờ KT): Quy trình sấy lò, tăng nhiệt, kiểm tra áp suất buồng cháy, đo nồng độ oxy dư và bảo dưỡng đầu đốt.
  • Chương 7: Tổng quan về truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt (4 giờ LT): Khái niệm chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, đối lưu tầng, đối lưu rối, chiều dòng chảy (cùng chiều, ngược chiều).
  • Chương 8: Thiết bị trao đổi nhiệt qua bề mặt (16 giờ LT, 1 giờ KT): Cấu tạo chi tiết theo tiêu chuẩn TEMA cho thiết bị dạng vỏ bọc ống chùm (loại đầu cố định, đầu di động, ống chữ U, phân bố ống dạng tam giác và vuông, vách ngăn màng đơn/màng đôi - double tubesheet), thiết bị dạng ống lồng ống, ống xoắn ruột gà, cánh mỏng và thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (PHE) gồm các đĩa kim loại dập sóng xoay $180^\circ$ cùng gioăng đệm làm kín.
  • Chương 9: Thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp (10 giờ LT, 1 giờ KT): Cơ chế trao đổi nhiệt tiếp xúc pha trực tiếp không qua vách ngăn, ứng dụng ngưng tụ và thiết bị làm mát.
  • Chương 10: Vận hành thiết bị trao đổi nhiệt (12 giờ LT, 1 giờ KT): Quy trình tháo nắp chụp, rút bó ống (tube bundle), phương pháp làm sạch cáu cặn bề mặt ống truyền nhiệt, kiểm tra rò rỉ và nghiệm thu sửa chữa.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết truyền nhiệt - Nhiệt động lực học: Định luật bức xạ Stefan-Boltzmann, hệ số truyền nhiệt tổng quát $U$, cơ chế đối lưu tự nhiên và cưỡng bức của lưu chất trong ống và ngoài vỏ.
  • Nguyên lý động học cháy: Cân bằng phương trình cháy hydrocacbon, các yếu tố duy trì sự cháy (nhiên liệu, chất oxy hóa, nguồn nhiệt), cơ chế hình thành và giải pháp giảm thiểu $\text{NO}_x$, $\text{SO}_x$.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp: Khung tiêu chuẩn quốc tế của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API - American Petroleum Institute) và Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm (TEMA).
          HỆ THỐNG KIẾN THỨC NỀN TẢNG VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Nhận diện và phân loại chính xác các kiểu lò gia nhiệt (Type A, D, E, F) và thiết bị trao đổi nhiệt (ống chùm, tấm PHE, ống lồng); đọc và phân tích sơ đồ công nghệ cung cấp nhiên liệu khí gas, dầu D.O, F.O.
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán: Phán đoán nguyên nhân sự cố thông qua tín hiệu ngắt an toàn của mắt thần, hiện tượng giảm áp suất qua phin lọc dầu, áp suất buồng đốt bất thường hoặc cáu cặn bề mặt truyền nhiệt.
  • Kỹ năng thực hành bảo dưỡng: Thực hiện các bước tháo lắp nắp chụp, căn chỉnh góc mở bướm gió, vệ sinh béc phun dầu F.O/D.O, kiểm tra độ kín của đĩa trao đổi nhiệt dạng tấm và bảo dưỡng cụm van điện từ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định phương pháp tổ chức giảng dạy tích cực kết hợp giữa thuyết trình lý thuyết chuyên đề, phân tích sơ đồ hệ thống và thị phạm mô phỏng.

+-----------------------------------------------------------------------------+
|               CƠ CẤU PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP                       |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|  NGƯỜI DẠY:                                                                 |
|  - Thuyết trình ngắn, nêu vấn đề kỹ thuật thực tế                           |
|  - Làm mẫu quy trình kiểm tra, bảo dưỡng cụm thiết bị                       |
|  - Hướng dẫn thường xuyên, phân tích sai hỏng kỹ thuật                      |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|  NGƯỜI HỌC:                                                                 |
|  - Làm việc cá nhân và tổ chức thảo luận nhóm (2 sinh viên/nhóm thực hành)  |
|  - Nghiên cứu trước nội dung bài học và tài liệu tham khảo                  |
|  - Nhật ký ghi chép, theo dõi và rút kinh nghiệm kỹ năng tay nghề           |
+-----------------------------------------------------------------------------+
  • Tổ chức học tập: Áp dụng phương pháp làm việc nhóm kết hợp trách nhiệm cá nhân. Trong các bài tập tình huống, người học được chia thành nhóm nhỏ (2 sinh viên/nhóm) để cùng vận hành, theo dõi thông số, rút kinh nghiệm thao tác sửa chữa.
  • Bài tập và tình huống thực hành: Tập trung vào các ca sự cố thực tế như xử lý dầu F.O không đạt nhiệt độ phun sương ($70 - 100^\circ\text{C}$), hiện tượng buồng đốt tích tụ muội than, kiểm soát áp suất phun từ bơm bánh răng ($20 - 26\text{ kG/cm}^2$), hoặc xử lý biến dạng đệm làm kín ở thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm PHE.
  • Hình thức và thang điểm đánh giá: Thực hiện theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Điểm số chấm theo thang điểm 10 làm tròn đến 1 chữ số thập phân, sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4:
    • Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, chiếm 40% trọng số môn học): Thực hiện bài kiểm tra lý thuyết/trắc nghiệm sau 15 giờ học (đánh giá chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2) và kiểm tra định kỳ sau 65 giờ học (đánh giá A4, B1, C2).
    • Thi kết thúc môn học (Chiếm 60% trọng số môn học): Bài thi tập trung sau 75 giờ, đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra A1–A5, B1–B4, C1, C2.
  • Quy định chuyên cần và tự học: Sinh viên bắt buộc tham dự 100% thời lượng các buổi thực hành (vắng $> 1%$ phải học lại môn) và tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng $> 31%$ không đủ điều kiện dự thi kết thúc học phần).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp công nghệ đốt và kiểm soát phát thải hiện đại: Giáo trình cập nhật nguyên lý của các đầu đốt hai giai đoạn (Staged Combustion) ứng dụng phản ứng giữa hydrocarbon giai đoạn hai với oxy dư thừa để triệt tiêu việc oxy liên kết với nitơ ở nhiệt độ cao, khống chế nồng độ phát thải khí $\text{NO}_x$.
  • Chi tiết hóa hệ thống tự động hóa buồng đốt: Mô tả chi tiết sơ đồ điều khiển vòng lặp kín sử dụng cảm biến nồng độ $\text{O}_2$ trong khí thải, truyền tín hiệu đến bộ điều khiển trung tâm (bộ thảo chương) để điều khiển động cơ Modutrol-motor, tự động định lượng độ mở của bướm gió và lượng nhiên liệu cấp.
                    HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LÒ GIA NHIỆT
  • Chuẩn hóa cấu trúc theo tiêu chuẩn quốc tế: Tài liệu phân loại rõ ràng các kết cấu thiết bị theo tiêu chuẩn TEMA (với các sơ đồ chi tiết về nắp chụp cố định, đầu di động, tấm phân dòng, vách ngăn chống rung) và hệ tiêu chuẩn thiết kế của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API).
  • Vật liệu cách nhiệt và tối ưu năng lượng: Cập nhật các thông số thiết kế buồng đốt sử dụng gạch chịu lửa và vật liệu cách nhiệt thế hệ mới, đảm bảo nhiệt độ vỏ kim loại của lò chỉ dao động trong khoảng $70 - 80^\circ\text{C}$, giảm thiểu tổn thất nhiệt lượng ra môi trường xung quanh.

Đối tượng sử dụng giáo trình

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                      ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG VÀ YÊU CẦU TIÊN QUYẾT                |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|  ĐỐI TƯỢNG CHÍNH:                                                           |
|  - Sinh viên hệ Cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí            |
|  - Học viên các chương trình đào tạo kỹ thuật viên cơ khí hóa chất / nhiệt  |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|  ĐIỀU KIỆN TIÊN QUYẾT (MÔN HỌC ĐÃ HOÀN THÀNH):                             |
|  - Dung sai (MECM53001)                - Vật liệu cơ khí (MECM53002)        |
|  - Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (MECM52003/62012)  - Cơ kỹ thuật (MECM64011)            |
|  - Sức bền vật liệu                   - Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055)   |
+-----------------------------------------------------------------------------+
|  CÁN BỘ GIẢNG DẠY VÀ KỸ SƯ DOANH NGHIỆP:                                    |
|  - Giảng viên: Khung chuẩn bài giảng, ngân hàng câu hỏi, thiết kế xưởng     |
|  - Kỹ thuật viên bảo trì: Tài liệu tra cứu thông số béc phun, chuẩn TEMA    |
+-----------------------------------------------------------------------------+
  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên theo học nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo ngành kỹ thuật cơ khí dầu khí, nhiệt luyện, công nghệ hóa lọc dầu.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Để tiếp thu được nội dung giáo trình, người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở khối ngành cơ khí gồm: Vẽ kỹ thuật 1 và 2 (MECM52003, MECM62012), Vật liệu cơ khí và công nghệ kim loại (MECM53002), Dung sai (MECM53001), Cơ kỹ thuật (MECM64011) và Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055).
  • Giảng viên: Sử dụng giáo trình làm khung chuẩn để xây dựng kế hoạch bài giảng, phiếu đánh giá kỹ năng, đề thi định kỳ và ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm/tự luận.
  • Kỹ thuật viên tại nhà máy: Dùng làm tài liệu tra cứu quy trình kỹ thuật khi thực hiện công tác bảo dưỡng định kỳ đầu đốt lò gia nhiệt, kiểm tra độ ăn mòn màng ngăn và làm sạch thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, dạng tấm trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy chế biến khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn cho đối tượng đào tạo nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên trình độ cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), đồng thời phù hợp làm tài liệu đào tạo kỹ thuật viên bảo dưỡng cơ khí trong các nhà máy công nghiệp.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình?

Người học cần hoàn thành các môn học khoa học tự nhiên cơ bản cùng các môn học cơ sở ngành kỹ thuật cơ khí: Dung sai, Vật liệu cơ khí và công nghệ kim loại, Cơ kỹ thuật, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Sức bền vật liệu và Điện kỹ thuật cơ bản.

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

Tài liệu tập trung trực tiếp vào các thiết bị thực tế trong dây chuyền chế biến dầu khí: lò gia nhiệt kiểu hộp/trụ đứng theo phân loại Type A/D/E/F, thiết bị gia nhiệt dầu thô, tháp chưng cất đáy, hệ thống cung cấp dầu F.O với bộ xông nhiệt ($70 - 100^\circ\text{C}$), hệ thống xử lý khí chua tách $\text{H}_2\text{S}$, mỏ đốt ly tâm SAACKE, cùng các quy chuẩn kỹ thuật quốc tế như TEMA và API.

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức trong giáo trình hiệu quả?

Người học cần đọc trước nội dung từng chương theo đề cương chi tiết, đối chiếu các sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu và cấu tạo đầu đốt với danh mục hình vẽ đính kèm, hoàn thành các câu hỏi ôn tập cuối chương và tham gia đầy đủ 100% thời lượng các buổi thực hành tháo lắp, kiểm tra thiết bị.

5. Giáo trình có những tài liệu tham khảo chính thống nào đi kèm?

Giáo trình trích dẫn và đối chiếu trực tiếp từ các nguồn học thuật và tiêu chuẩn kỹ thuật:

  • Thiết bị trao đổi nhiệt (Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hàn Mạnh Thư, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2001).
  • Thiết bị truyền nhiệt và truyền khối (Nguyễn Văn May, NXB Khoa học và Kỹ thuật).
  • Tiêu chuẩn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (Heat Exchanger of API - American Petroleum Institute).
  • Tiêu chuẩn của Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm (TEMA).

Kết luận

Giáo trình môn học: Lò Gia Nhiệt và Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt (MECM65017) là tài liệu giảng dạy chuyên môn của Trường Cao đẳng Dầu khí, chuẩn hóa toàn diện cấu tạo, nguyên lý vận hành và kỹ thuật sửa chữa các thiết bị nhiệt trong ngành chế biến dầu khí.

                    LỘ TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ SCTBCBDK

Về lộ trình học tập, sau khi hoàn tất 75 giờ của học phần này, người học có đủ cơ sở lý thuyết và kỹ năng để tiếp tục thực hiện các học phần Tiểu luận chuyên môn nghề, Thực tập sản xuất (MECM54210, 180 giờ) và Khóa luận tốt nghiệp (MECM63222, 135 giờ). Việc nghiên cứu giáo trình kết hợp với các tiêu chuẩn công nghiệp API và TEMA cung cấp năng lực chuyên môn cần thiết phục vụ công tác vận hành, bảo dưỡng thiết bị tại các công trình dầu khí.