Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Máy thủy khí I (tên gọi khác: Vận hành máy thủy khí I, mã mô đun: CNH19MĐ18) được ban hành theo Quyết định số 191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do ThS. Phạm Thế Anh làm chủ biên cùng ban biên soạn gồm KS. Phạm Công Đại, Lê Quốc Hoàng, Huỳnh Việt Triều và Phạm Công Quang. Đây là giáo trình chuyên môn ngành bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí ở trình độ trung cấp và cao đẳng kỹ thuật.

Trong sơ đồ phân bổ chương trình đào tạo (tổng khối lượng 61 tín chỉ / 1475 giờ), mô đun CNH19MĐ18 có thời lượng 6 tín chỉ (150 giờ đào tạo), được bố trí giảng dạy sau mô đun Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (CNH19MĐ17) và trước các mô đun công nghệ chuyên sâu như Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt (CNH19MĐ20), Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (CNH19MĐ22), Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (CNH19MĐ23), Vận hành các phân xưởng chế biến khí (CNH19MĐ25) và Thực tập sản xuất (CNH19MĐ26).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc chuẩn hóa 3 nhóm năng lực theo chuẩn đầu ra:

  1. Kiến thức (A1): Trình bày có hệ thống cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của hai loại thiết bị vận chuyển lưu chất điển hình: bơm ly tâm và máy nén khí kiểu piston.
  2. Kỹ năng (B1): Thực hiện đúng quy trình khởi động, điều chỉnh chế độ công tác, dừng hệ thống, ghép nối thiết bị, chuyển bơm dự phòng, kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ các cụm chi tiết máy thủy khí.
  3. Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, quy trình vận hành thiết bị cơ - điện - tự động hóa trong môi trường phân xưởng dầu khí.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 bài học tích hợp, tiếp cận theo trình tự logic từ cơ sở lý thuyết thủy lực, nguyên lý cấu tạo đến quy trình thao tác và kỹ năng thực hành xưởng, trong đó thời lượng thực hành chiếm 106 giờ trên tổng số 150 giờ.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ chi tiết qua 5 bài học chính:

  • Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm (10 giờ lý thuyết): Khái quát về định nghĩa máy thủy lực cánh dẫn, ưu nhược điểm, phạm vi làm việc (cột áp $H$ từ 10 đến hàng nghìn mét, lưu lượng $Q$, công suất $N$, số vòng quay $n$). Phân loại bơm theo cột áp (thấp, trung bình, cao), theo số cấp (bơm 1 cấp, bơm nhiều cấp 2–12 bánh công tác), theo số miệng hút (1 miệng hút, 2 miệng hút) và trục (ngang, đứng). Khảo sát cấu tạo bánh công tác (kín, hở, nửa hở), vỏ bơm (tròn, xoắn ốc), vòng bù mòn (wear rings), hộp làm kín (packing box), vòng bôi trơn (lantern ring), đệm cơ học (mechanical seal), vòng bi chặn và ổ đỡ trượt. Trình bày phương trình Euler, tam giác vận tốc, quan hệ tương tự, đường đặc tính làm việc, điểm làm việc, các phương pháp điều chỉnh chế độ công tác, kỹ thuật ghép bơm và các giải pháp cân bằng lực hướng trục.
  • Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (5 giờ: 4 LT, 1 TH/KT): Quy định các bước kiểm tra trước khi khởi động, quy trình khởi động và ngừng hoạt động; bảo dưỡng định kỳ phần ngoài và phần trong bơm; chẩn đoán 9 sự cố điển hình (áp suất/lưu lượng thấp, mất mồi, rò rỉ hộp làm kín, tiêu hao công suất cao, rung động/khua gõ, mất đường hút, hiện tượng xâm thực).
  • Bài 3: Thực tập vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (60 giờ: 53 TH, 7 KT): Huấn luyện kỹ năng thực hành khởi động/dừng hệ thống theo sơ đồ công nghệ PFD (18 giờ); thực hành ghép bơm song song và ghép nối tiếp (16 giờ); thao tác chuyển đổi bơm dự phòng (8 giờ); thực hành tháo, kiểm tra khe hở, thay thế chi tiết mòn và lắp ráp hoàn thiện bơm (18 giờ).
  • Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston (10 giờ: 9 LT, 1 KT): Khái niệm, phân loại máy nén khí theo số cấp nén, theo số chiều nén (tác dụng đơn, tác dụng kép), theo cơ cấu truyền động (có con trượt, không có con trượt); cấu tạo van hút, van xả, đĩa van, xy lanh, ống lót xy lanh, vòng chèn kim loại, thanh truyền, con trượt; hệ thống bôi trơn (vung tóe, cổ biên, bôi trơn cưỡng bức) và hệ thống làm mát (tản nhiệt khí, làm mát bằng nước tuần hoàn).
  • Bài 5: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí piston (65 giờ: 5 LT, 53 TH, 7 KT): Quy chuẩn an toàn vận hành áp lực cao, quy cách nhiên liệu - dầu bôi trơn; quy trình thao tác đóng mở máy nén piston (32 giờ); quy trình bảo dưỡng hàng ngày, bảo dưỡng cấp I và bảo dưỡng cấp II (33 giờ).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp nền tảng toán học và nhiệt thủy động lực học ứng dụng trong kỹ thuật dầu khí:

  • Phương trình cột áp lý thuyết Euler: $$H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u} - u_1 c_{1u}}{g}$$ Khi dòng vào hướng kính ($\alpha_1 = 90^\circ, c_{1u} = 0$), phương trình có dạng $H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u}}{g}$.
  • Hệ số hiệu chỉnh Prôskua ($\mu_z$): Tính toán ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn ($Z = 6 \div 12$) và tổn thất dòng xoáy: $$\mu_z = 1 - \frac{\pi}{Z}\sin\beta_2$$ (với $\mu_z \approx 0{,}8$; hiệu suất cột áp $\eta_H = 0{,}7 \div 0{,}9$).
  • Định luật tương tự thủy lực (Bảng 1.1): Mối quan hệ giữa lưu lượng ($Q$), cột áp ($H$) và công suất ($N$) khi thay đổi số vòng quay ($n$), đường kính bánh công tác ($D$) hoặc khối lượng riêng lưu chất ($\gamma$): $$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{n_2}{n_1}\left(\frac{D''}{D'}\right)^3; \quad \frac{H_2}{H_1} = \frac{\gamma_2}{\gamma_1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2\left(\frac{D''}{D'}\right)^2; \quad \frac{N_2}{N_1} = \frac{\gamma_2}{\gamma_1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3\left(\frac{D''}{D'}\right)^5$$
  • Cơ chế lực hướng trục và giải pháp cân bằng: Xác định áp lực dọc trục $P = P_I - P_{II}$ tác dụng lên đĩa trước và đĩa sau của bánh công tác; nguyên lý triệt tiêu lực bằng bánh công tác 2 miệng hút, bố trí bánh công tác đối xứng, vành lót kín thứ hai có lỗ giảm áp, buồng piston cân bằng và đĩa cân bằng thủy lực.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác mồi bơm chân không/bể cao; vận hành trạm bơm theo sơ đồ PFD; điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu trên ống đẩy, biến tần thay đổi vòng quay ($n$) hoặc tính toán giới hạn gọt bánh công tác ($D \le 10%$); phối ghép song song hai bơm ($H_1 = H_2$, tổng lưu lượng $Q_C = Q_{1C} + Q_{2C} < Q_1 + Q_2$) hoặc ghép nối tiếp ($Q_1 = Q_2$, $H_C = H_1 + H_2$).
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán (Analytical skills): Phân tích giao điểm đường đặc tính bơm ($H-Q$) và đặc tính đường ống ($H_{lưới}-Q$); xác định vùng làm việc ổn định qua điểm phân giới $T$ ứng với góc ra $\beta_2 < 90^\circ$; nhận diện nguồn gốc gây bọt khí và ăn mòn xâm thực ($[H_{ck}] = f(Q)$); phân tích nguyên nhân tụt áp hoặc tăng dòng động cơ.
  • Kỹ năng thực hành bảo dưỡng (Practical competencies): Thực hiện quy trình tháo lắp các chi tiết hộp đệm chèn, vòng chắn mòn, cụm van lá/đĩa van máy nén khí; kiểm tra khe hở nhiệt xy lanh - piston; căn chỉnh dầu bôi trơn tuần hoàn và thay thế bộ lọc khí.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức giảng dạy và học tập tích hợp giữa lý thuyết và xưởng thực hành:

  • Phương pháp sư phạm của giảng viên: Áp dụng mô hình giảng dạy tích cực bao gồm thuyết trình ngắn, trực quan hóa qua bản vẽ/phim tư liệu kỹ thuật, phương pháp nêu vấn đề và giải quyết tình huống kỹ thuật (Problem-based Learning). Trong các giờ thực hành (Bài 3 và Bài 5), giảng viên đóng vai trò diễn trình, làm mẫu quy trình an toàn, chia trạm thao tác và giám sát học viên xử lý trên hệ thống thiết bị thực.
  • Phương pháp học tập và tự học: Học viên được tổ chức thành các nhóm từ 8–10 người. Trước mỗi buổi học, nhóm trưởng phân công nhiệm vụ nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, sơ đồ PFD và trả lời câu hỏi chuyên đề. Trong xưởng thực hành, các thành viên luân phiên giữ vai trò vận hành chính, phụ trợ và ghi chép nhật ký thông số áp suất - nhiệt độ.
  • Quy định chuyên cần và điều kiện học tập:
    • Học viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng số giờ lý thuyết.
    • Bắt buộc tham dự 100% số giờ thực hành xưởng. Trường hợp vắng mặt bất kỳ buổi thực hành nào (>0%), học viên không đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun và phải đăng ký học lại.
  • Quy trình kiểm tra và đánh giá: Đánh giá kết quả học tập tuân theo quy định đào tạo tín chỉ tại Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH:
    • Điểm quá trình (trọng số 40%): Bao gồm 01 cột điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, hỏi miệng/tự luận sau 10 giờ học) và 01 cột điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, kết hợp trắc nghiệm lý thuyết và thao tác thực hành sau 15 giờ).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Đánh giá tổng hợp sau 150 giờ đào tạo bằng hình thức kết hợp viết/thuyết trình và kiểm tra tay nghề thực hành trên trạm bơm/máy nén khí. Kết quả chấm theo thang điểm 10, quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa hệ thống tài liệu chuyên ngành: Giáo trình được hoàn thiện trên cơ sở tích hợp, kế thừa và cập nhật từ 4 tài liệu lưu hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí, gồm: Giáo trình Vận hành bơm, Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm, Giáo trình Vận hành máy nén khí và Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí.
  • Đối chiếu tiêu chuẩn quốc tế: Nội dung lý thuyết và thông số tính toán được tham chiếu từ các tài liệu chuyên khảo uy tín trên thế giới:
    • Pump Handbook (Igor Karassik et al., McGraw-Hill, Xuất bản lần thứ 4, 2008) đối với phần thủy động lực học và tính toán bánh công tác bơm ly tâm.
    • A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch, Xuất bản lần thứ 2, 2005) và Reciprocating Compressors (Hoefner, 1996) đối với nguyên lý cấu tạo và công nghệ máy nén khí chuyển động tịnh tiến.
  • Bám sát dây chuyền công nghệ thực tế: Sơ đồ công nghệ dòng chảy (PFD), quy trình chuyển bơm, hệ thống bôi trơn - làm mát được xây dựng đồng bộ với mô hình trang thiết bị thực tế trong các cụm phân xưởng công nghệ của ngành dầu khí (như trạm tiếp nhận dầu thô, tháp chưng cất, cụm nén khí đồng hành).
  • Trọng tâm thao tác thực tế: Cắt giảm các phần chứng minh giải tích phức tạp, tập trung vào bảng tương tự (Bảng 1.1), các đường đặc tính thực nghiệm $H-Q$, phương pháp đọc biểu đồ làm việc và kỹ thuật xử lý sự cố kẹt trục, hỏng đệm kín, xâm thực khí.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Áp dụng cho học sinh, sinh viên theo học trình độ trung cấp và cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, hoặc các ngành kỹ thuật liên quan như Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, Kỹ thuật sửa chữa thiết bị cơ khí lọc hóa dầu.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu hiệu quả giáo trình CNH19MĐ18, người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn trước đó trong chương trình khung:
    • An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01 - 2 tín chỉ).
    • Vẽ kỹ thuật - 1 (CK19MH01 - 2 tín chỉ).
    • Điện kỹ thuật (KTĐ19MH10 - 3 tín chỉ).
    • Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12 - 2 tín chỉ).
    • Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (CNH19MĐ17 - 6 tín chỉ).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy chính thức; làm căn cứ lập kế hoạch bài giảng, biên soạn phiếu hướng dẫn thực hành (Job sheets) và xây dựng ngân hàng đề thi đánh giá kỹ năng nghề.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên, công nhân vận hành tại các nhà máy lọc dầu, trạm phân phối khí, hệ thống xử lý nước và kho cảng xăng dầu cần củng cố quy chuẩn an toàn, vận hành và bảo dưỡng máy thủy khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho người học trình độ trung cấp và cao đẳng chuyên ngành Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành trạm bơm và máy nén khí công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Học viên cần có kiến thức cơ bản về an toàn lao động, vẽ kỹ thuật cơ khí, mạch điện điều khiển và đã hoàn thành mô đun CNH19MĐ17 (Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa).

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình cấu trúc theo mô đun tích hợp với tỷ lệ thực hành chiếm 70,7% (106/150 giờ). Các ví dụ và bài tập thực hành bám sát quy trình công nghệ chuẩn PFD và môi trường vận hành thực tế tại nhà máy dầu khí.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Học viên cần nghiên cứu bài đọc trước giờ lên lớp, nắm vững các công thức thực nghiệm (định luật Euler, tỷ số tương tự, hệ số Prôskua) và đối chiếu trực tiếp cấu tạo lý thuyết với quy trình tháo lắp, bảo dưỡng thực tế tại xưởng.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình đi kèm danh mục tài liệu thực hành nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí (2017) và tài liệu tham khảo quốc tế như Pump Handbook (McGraw-Hill, 2008) và A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch, 2005).

Kết luận

Giáo trình mô đun Máy thủy khí I (mã số: CNH19MĐ18) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo, nguyên lý làm việc và kỹ năng vận hành, bảo dưỡng hai nhóm thiết bị động lực dòng chảy: bơm ly tâm và máy nén khí piston.

Lộ trình học tập 150 giờ được tổ chức chặt chẽ từ nắm vững thông số thủy khí, đường đặc tính làm việc đến thành thạo thao tác thực tế tại xưởng trên sơ đồ PFD. Đây là mô đun chuyên môn bắt buộc, tạo tiền đề kỹ thuật trực tiếp để người học tiếp cận các phân xưởng công nghệ phức tạp trong dây chuyền chế biến dầu và khí. Người học có thể tra cứu song song các tài liệu thực hành của Trường Cao đẳng Dầu khí cùng các giáo trình chuyên khảo quốc tế được liệt kê trong danh mục tham khảo.