TỔNG QUAN HỌC THUẬT VÀ NỘI DUNG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: MÁY THỦY KHÍ I (TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Máy thủy khí I (Mã mô đun: PETR54107 / PETR56107) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí (trình độ Trung cấp và Cao đẳng). Giáo trình được ban hành kèm theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) tại Bà Rịa - Vũng Tàu, do giảng viên Phạm Thị Hải Yến làm chủ biên cùng nhóm tác giả: Hồ Quang Phổ, Chu Thị Ngọc Anh, Nguyễn Huỳnh Đông và Phạm Công Quang.

Trong chương trình khung đào tạo chuyên ngành với tổng khối lượng 61 tín chỉ (1475 giờ), mô đun chiếm thời lượng 6 tín chỉ (tương đương 150 giờ đào tạo). Về vị trí tiến trình, mô đun được bố trí học sau môn kỹ thuật cơ sở và mô đun Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109), đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên sâu gồm: Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt (PETR53111), Vận hành thiết bị tách dầu khí, Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115) và Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116).

Mục tiêu học tập của mô đun được xác định trên ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Trình bày cấu tạo chi tiết, thông số hình học, thủy lực và nguyên lý hoạt động động học của bơm ly tâm và máy nén khí piston.
  • Chuẩn kỹ năng (B1, B2): Thực hiện đúng quy trình vận hành (khởi động, điều chỉnh, ghép nối tiếp/song song, chuyển bơm, dừng hệ thống) và quy trình bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ cho bơm ly tâm và máy nén khí piston.
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C2, C3): Tuân thủ tuyệt đối các quy chuẩn an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), kỷ luật nhà xưởng; thực hiện quy trình kỹ thuật chính xác, ngăn ngừa sự cố thiết bị cơ khí và tự động hóa.

Cấu trúc tài liệu được phân bổ tỷ trọng 28 giờ lý thuyết, 106 giờ thực hành/thảo luận và 16 giờ kiểm tra định kỳ/kết thúc, xây dựng trên nguyên tắc kết hợp giữa phân tích thủy động lực học lý thuyết và thao tác thiết bị công nghiệp thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH MÁY THỦY KHÍ I (150 Giờ)
   PHẦN BƠM LY TÂM (75 Giờ)                                            PHẦN MÁY NÉN PISTON (75 Giờ)

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 5 bài học chính theo tiến trình sư phạm từ lý thuyết cấu tạo đến quy trình vận hành và thực hành bảo dưỡng:

  1. Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm (10 giờ lý thuyết): Phân loại bơm theo cột áp ($H < 20,\text{m}$, $20 - 60,\text{m}$, $> 60,\text{m}$), theo số bánh công tác (đơn cấp, đa cấp từ 2 đến 8 hoặc 12 cấp), theo cửa hút (một miệng hút côngxon, hai miệng hút). Khảo sát cấu tạo bánh công tác (kín, hở, nửa hở), vỏ bơm (hình tròn, xoắn ốc volute), hộp làm kín (packing box), vòng bù mòn (wear rings), vòng bôi trơn (lantern rings), đệm cơ học (mechanical seals) và hệ thống vòng bi (vòng bi đỡ, vòng bi chặn thrust bearing, ổ trượt).
  2. Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (5 giờ): Quy trình kiểm tra trước khởi động, kỹ thuật mồi bơm, quy trình dừng bơm. Quy trình bảo dưỡng phần ngoài và phần trong thiết bị. Phân tích nguyên nhân và biện pháp xử lý 9 dạng hư hỏng vận hành: lưu lượng/áp suất ra thấp, mất tác dụng mồi sau khởi động, rò rỉ hộp làm kín, tiêu hao công suất quá mức, rung động và tiếng gõ cơ khí, suy giảm công suất liên tục, mất đường hút liên tục và hiện tượng xâm thực (cavitation).
  3. Bài 3: Vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (60 giờ thực hành): Khởi động, vận hành và dừng hệ thống bơm theo sơ đồ công nghệ PFD; kỹ thuật ghép bơm song song (cùng cột áp $H$, cộng lưu lượng $Q$), ghép bơm nối tiếp (cùng lưu lượng $Q$, cộng cột áp $H$); quy trình chuyển đổi bơm dự phòng; thao tác tháo lắp, căn chỉnh và sửa chữa chi tiết bơm.
  4. Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston (10 giờ): Khái niệm, thông số cơ bản, phân loại máy nén piston đơn cấp, nhiều cấp, tác dụng đơn, tác dụng kép, loại có con trượt hoặc không có con trượt. Cấu tạo cụm van hút/xả dạng đĩa, xilanh và ống lót xilanh, vòng chèn kim loại, cơ cấu thanh truyền - con trượt, hệ thống bôi trơn (vung tóe, cổ biên, cưỡng bức) và hệ thống làm mát (làm mát bằng không khí qua cánh tản nhiệt, làm mát bằng áo nước).
  5. Bài 5: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí piston (65 giờ): Quy định an toàn bình chịu áp lực; tiêu chuẩn dầu nhờn bôi trơn; quy trình vận hành máy nén; quy trình bảo dưỡng định kỳ hàng ngày, bảo dưỡng cấp I và bảo dưỡng cấp II.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các cơ sở lý thuyết thủy lực và nhiệt động:

  • Phương trình cột áp lý thuyết Euler: Ứng dụng định lý biến thiên mômen động lượng cho dòng chất lỏng qua bánh công tác: $$H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u} - u_1 c_{1u}}{g}$$ Khi dòng vào hướng kính ($\alpha_1 = 90^\circ, c_{1u} = 0$), phương trình có dạng $H_{lc} = \frac{u_2 c_{2u}}{g}$.
  • Cột áp thực tế và công thức Viện sĩ Prôskua (1931): Xác định ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn ($Z = 6 \div 12$) và tổn thất thủy lực qua hệ số cột áp $\mu_Z$: $$\mu_Z = 1 - \frac{\pi}{Z} \sin\beta_2 \approx 0{,}8$$ Cột áp thực tế tính bằng: $H = \mu_Z \cdot \eta_H \cdot H_{l\infty}$ (với $\eta_H = 0{,}7 \div 0{,}9$).
  • Lưu lượng và hiệu suất lưu lượng: Phương trình lưu lượng qua bánh công tác $Q_1 = \pi \cdot D \cdot b \cdot c_m$, xác định hiệu suất lưu lượng $\eta_Q = \frac{Q}{Q + \Delta Q} = 0{,}95 \div 0{,}98$ do rò rỉ qua khe hở và vành làm kín.
  • Quan hệ tương tự trong máy thủy khí: Bộ công thức chuyển đổi khi thay đổi số vòng quay $n$, đường kính bánh công tác $D$ (phạm vi gọt bánh $\le 10%$) và khối lượng riêng chất lỏng $\gamma$: $$\frac{Q_2}{Q_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right) \left(\frac{D''}{D'}\right)^3; \quad \frac{H_2}{H_1} = \left(\frac{\gamma_2}{\gamma_1}\right) \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2 \left(\frac{D''}{D'}\right)^2; \quad \frac{N_2}{N_1} = \left(\frac{\gamma_2}{\gamma_1}\right) \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3 \left(\frac{D''}{D'}\right)^5$$
  • Lực hướng trục ($P$): Phân tích áp lực lên đĩa trước ($P_{ph}$), đĩa sau ($P_{tr}$), lực xung lượng đổi hướng dòng ($P_{II}$) dẫn đến áp lực tổng $P = P_I - P_{II}$ và tổng lực trên bơm trục đứng $A = i \cdot P \pm G$. Cơ chế triệt tiêu lực bằng bánh công tác 2 miệng hút, bố trí bánh công tác đối xứng ngược nhau, vành lót kín thứ hai kèm lỗ cân bằng (3-6 lỗ), piston cân bằng và đĩa cân bằng (cho bơm $\ge 5$ cấp).
          ĐIỀU CHỈNH ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA BƠM LY TÂM
THAY ĐỔI ĐẶC TÍNH ĐƯỜNG ỐNG                 THAY ĐỔI ĐẶC TÍNH BƠM

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thiết lập thông số vận hành trên đồng hồ đo áp suất, lưu lượng kế; thực hiện kỹ thuật mồi bơm bằng hệ thống chân không, van một chiều đường hút hoặc đường cấp liệu có áp; tháo lắp chi tiết hộp đệm kín, thay thế vòng làm kín, vòng chữ O (O-ring) và đệm carbon.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Xác định điểm làm việc của hệ thống thông qua giao điểm đường đặc tính bơm ($H-Q$) và đường đặc tính mạng đường ống ($H_{lưới}-Q$); phân biệt khu vực làm việc ổn định và không ổn định qua điểm giới hạn $T$ phụ thuộc góc ra $\beta_2$; tính toán chế độ ghép bơm song song và ghép bơm nối tiếp.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành chuyển đổi bơm trên sơ đồ công nghệ PFD không làm gián đoạn dòng chất lỏng; khắc phục hiện tượng xâm thực qua kiểm soát chiều cao hút cho phép ($H_{cp} \le 10,\text{m}$ cột nước); kiểm tra định kỳ hệ thống bôi trơn cưỡng bức, hệ thống làm mát bằng nước của máy nén khí piston.

Phương pháp giảng dạy và học tập

                    CƠ CẤU ĐÁNH GIÁ MÔ ĐUN PETR54107
KIỂM TRA QUÁ TRÌNH (40%)                            THI KẾT THÚC MÔ ĐUN (60%)

Phương pháp sư phạm

Mô đun áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực trong đào tạo kỹ thuật:

  • Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp thuyết trình ngắn, diễn trình kết hợp làm mẫu trực tiếp trên thiết bị; dạy học nêu vấn đề thông qua các tình huống sự cố thực tế (như mất áp, tụt lưu lượng, rung lắc cơ khí); hướng dẫn học viên đọc sơ đồ PFD và tài liệu kỹ thuật máy thủy khí.
  • Đối với người học: Thực hiện quy trình chuẩn bị bài trước giờ học; làm việc theo nhóm (8-10 học viên/nhóm) dưới sự điều phối của nhóm trưởng để giải quyết các bài tập tình huống kỹ thuật, ghi chép nhật ký vận hành và lập báo cáo kỹ thuật sau mỗi buổi thực hành.

Điều kiện tổ chức dạy học và cơ sở vật chất

  • Phòng học lý thuyết trang bị máy tính, máy chiếu projector, bảng và phấn.
  • Xưởng thực hành chuyên môn hóa trang bị mô hình học tập cắt bổ, xưởng máy thực tế gồm cụm bơm ly tâm đơn cấp, bơm đa cấp trục ngang/trục đứng, cụm máy nén khí piston nhiều cấp có hệ thống đo lường áp suất, lưu lượng và phụ kiện đường ống công nghiệp.

Quy định đánh giá kết quả học tập

Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội. Cơ cấu đánh giá bao gồm:

Thành phần đánh giá Trọng số Hình thức kiểm tra Thời điểm Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% (Tổng quá trình) Hỏi miệng / Viết tự luận / Trắc nghiệm Sau 10 giờ A1, C1
Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) Nằm trong 40% quá trình Tự luận/Trắc nghiệm kết hợp thao tác Thực hành Sau 15 giờ A1, B1, B2, C1, C2, C3
Thi kết thúc mô đun 60% Tự luận / Trắc nghiệm kết hợp Thực hành trạm Sau 150 giờ A1, B1, B2, C1, C2, C3

Điểm thành phần và điểm tổng kết chấm theo thang điểm 10 (làm tròn một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang thang điểm chữ (A, B, C, D, F) và thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.

Quy định chuyên cần và tự học

  • Học viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% thời lượng các buổi thực hành tại xưởng. Học viên vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào (>0%) không đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun và phải đăng ký học lại.
  • Tự học cá nhân và theo nhóm: Nghiên cứu tài liệu tham khảo, bài giảng và hoàn thành phiếu bài tập trước khi vào xưởng thực hành.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên sự cập nhật và tích hợp các nguồn tư liệu kỹ thuật chuyên ngành:

  • Kế thừa và chuẩn hóa tài liệu nội bộ: Tài liệu cập nhật và hệ thống hóa từ 4 bộ tài liệu gốc của Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn năm 2017: Giáo trình Vận hành bơm, Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm, Giáo trình Vận hành máy nén khí, Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí.
  • Tích hợp các tài liệu kỹ thuật quốc tế: Nội dung lý thuyết và tính toán công nghệ tham chiếu trực tiếp từ các tài liệu tiêu chuẩn:
    • Pump Handbook (Fourth Edition, McGraw-Hill, 2008).
    • A Practical Guide to Compressor Technology (2nd Edition, Heinz P. Bloch, 2005).
    • Reciprocating Compressors (Hoefner, 1996).
  • Tính ứng dụng thực tế trong công nghệ dầu khí: Cung cấp quy trình vận hành đồng bộ theo sơ đồ PFD của các trạm bơm - nén trong nhà máy lọc hóa dầu; mô tả cấu tạo chi tiết các cơ cấu làm kín hiện đại (vòng đệm cơ học tĩnh/động kết hợp chất bôi trơn làm mát); làm rõ giải pháp xử lý lực hướng trục bằng piston cân bằng và đĩa cân bằng cho các dòng máy bơm cao áp nhiều cấp.

Đối tượng sử dụng giáo trình

                   ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG VÀ YÊU CẦU ĐÀO TẠO
SINH VIÊN CHUYÊN NGÀNH          GIẢNG VIÊN KHOA DẦU KHÍ         KỸ THUẬT VIÊN NHÀ MÁY
  • Học sinh - sinh viên: Sử dụng cho học viên theo học nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại các cơ sở đào tạo giáo dục nghề nghiệp.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở bao gồm: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001) và mô đun Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy chính thức, định hướng thiết kế bài giảng lý thuyết, biên soạn bảng kiểm kỹ năng (checklist) và phân công trạm thực hành xưởng theo khung 150 giờ.
  • Kỹ thuật viên và cán bộ vận hành: Sử dụng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật phục vụ công tác chuẩn hóa thao tác vận hành, bảo dưỡng thiết bị máy thủy lực cánh dẫn và máy nén thể tích tại các trạm công nghệ, nhà máy xử lý khí và nhà máy lọc dầu.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn phục vụ học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành cụm bơm và máy nén tại các công trình dầu khí.

2. Người học cần đáp ứng các kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở bao gồm Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, An toàn vệ sinh lao động và mô đun kỹ thuật chuyên môn Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa.

3. Giáo trình có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết máy thủy khí thông thường?

Giáo trình thiết kế cấu trúc thời lượng nghiêng về thực hành xưởng (106 giờ thực hành/thảo luận trên tổng số 150 giờ), tích hợp trực tiếp quy trình vận hành trên sơ đồ PFD, hướng dẫn bảo dưỡng 2 cấp và các biện pháp xử lý sự cố công nghiệp (xâm thực, hỏng hộp làm kín, cân bằng lực hướng trục).

4. Người học cần thực hiện phương pháp tự học như thế nào để đạt chuẩn đầu ra?

Học viên cần nghiên cứu lý thuyết và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp, tham gia thảo luận nhóm (8-10 người) để giải quyết các bài tập tình huống, tuân thủ yêu cầu chuyên cần ($\ge 70%$ lý thuyết, $100%$ thực hành) và hoàn thành đầy đủ các bài đánh giá thường xuyên, định kỳ.

5. Những tài liệu bổ trợ nào được sử dụng kèm theo giáo trình?

Các tài liệu bổ trợ gồm: Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm (2017), Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (2017) của Trường Cao đẳng Dầu khí; Pump Handbook (McGraw-Hill, 2008); A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch, 2005) và Reciprocating Compressors (Hoefner, 1996).

Kết luận

Giáo trình Máy thủy khí I (PETR54107) cung cấp hệ thống kiến thức kỹ thuật hoàn chỉnh về thiết bị động lực dòng chảy (bơm ly tâm và máy nén khí piston), phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Tài liệu kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở thủy lực học (phương trình Euler, hệ số Prôskua, đường đặc tính kỹ thuật) với quy trình thao tác chuẩn tại xưởng thực hành.

Mô đun đóng vai trò nền tảng kỹ thuật trong chuỗi đào tạo công nghệ lọc hóa dầu, tạo tiền đề để người học tiếp thu các mô đun chuyên sâu về vận hành lò nhiệt, tháp chưng cất và phân xưởng chế biến dầu khí. Việc khai thác giáo trình cần gắn liền với các tài liệu hướng dẫn thực hành chuyên sâu và hệ thống trang thiết bị thí nghiệm - xưởng máy thực tế.