GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: VẬN HÀNH BƠM (MÃ MÔ ĐUN: KKT19MĐ52)

Nghề: Vận hành thiết bị khai thác dầu khí
Trình độ đào tạo: Cao đẳng
Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Dầu khí – Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Ban hành kèm theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 25/03/2020)
Chủ biên: Ks. Bùi Đức Sơn

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Giáo trình mô đun Vận hành Bơm (mã số: KKT19MĐ52) là học liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng. Trong tiến trình đào tạo, mô đun này có khối lượng 4 tín chỉ với tổng thời lượng 105 giờ (gồm 14 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thảo luận, 1 giờ kiểm tra lý thuyết và 3 giờ kiểm tra thực hành). Mô đun được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở và chuyên môn như Vận hành van (KKT19MĐ50), Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (KKT19MĐ51), đồng thời cung cấp nền tảng vận hành thiết bị động lực trước khi người học tiếp cận mô đun Vận hành máy nén (KKT19MĐ53).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác lập cụ thể trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Trình bày có hệ thống về khái niệm, phân loại, kết cấu chi tiết và nguyên lý làm việc thủy lực của các dòng bơm công nghiệp (trọng tâm là bơm ly tâm và bơm piston).
  • Kỹ năng (B1, B2): Thực hiện đúng quy trình khởi động, điều chỉnh, dừng, bảo dưỡng thiết bị bơm và có khả năng chẩn đoán, phát hiện, khắc phục các sự cố kỹ thuật phát sinh trong vận hành.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, quy chuẩn vận hành hệ thống cơ khí – điện – tự động hóa, đảm bảo vận hành liên tục và không để xảy ra sự cố hư hỏng thiết bị.

Cấu trúc giáo trình phân bổ theo tỷ trọng thực hành cao (thực hành chiếm 82,8% tổng thời lượng), kết nối lý thuyết động lực học chất lỏng với kỹ năng thao tác trên thiết bị và sơ đồ công nghệ trạm bơm thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được thiết kế theo tiến trình logic 3 bài học:

  1. Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm (12 giờ lý thuyết):

    • Phân loại thiết bị: Phân nhóm theo cột áp ($H < 20\text{ m}$: thấp, $H = 20 \div 60\text{ m}$: trung bình, $H > 60\text{ m}$: cao); theo số cấp bánh công tác (đơn cấp, đa cấp từ 2 đến 8 hoặc 12 cấp); theo hướng dẫn dòng vào (bơm một miệng hút công-xon, bơm hai miệng hút đối xứng); theo phương bố trí trục (trục ngang, trục đứng).
    • Chi tiết cấu tạo: Khảo sát các dạng bánh công tác (dạng kín, hở, nửa hở); các dạng vỏ bơm (vỏ tròn, vỏ xoắn ốc volute chuyển hóa động năng thành áp năng); hệ thống làm kín và phụ trợ (vòng bù độ mòn wear rings, hộp làm kín packing box, vòng phân phối bôi trơn lantern rings, bộ đệm cơ học mechanical seal gồm mặt chà kim loại - carbon và vòng đệm chữ O cao su, gối đỡ trục gồm vòng bi chặn thrust bearing và ổ trượt).
    • Đặc tính và điều chỉnh: Xây dựng đường đặc tính thực nghiệm ($H-Q, N-Q, \eta-Q, [H_{CK}]-Q$), đường đặc tính tổng hợp, xác định điểm làm việc và các phương pháp điều chỉnh hệ thống (tiết lưu bằng van đẩy, biến tần thay đổi số vòng quay $n$, gọt đường kính bánh công tác trong giới hạn 10%).

  2. Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (3 giờ: 2 giờ LT, 1 giờ kiểm tra):

    • Trình tự kiểm tra tiền vận hành, khởi động mồi bơm và quy trình ngừng máy an toàn.
    • Hướng dẫn bảo dưỡng định kỳ phần ngoài thân máy và kiểm tra cơ cấu bên trong buồng bơm.
    • Nhận diện và quy trình xử lý 9 sự cố vận hành điển hình: tụt áp và lưu lượng đầu ra, mất tác dụng mồi sau khởi động, rò rỉ hộp làm kín, tiêu hao công suất quá mức, rung giật và tiếng gõ cơ khí, suy giảm công suất liên tục, mất áp suất đường hút, và hiện tượng bọt khí xâm thực (cavitation).

  3. Bài 3: Thực tập vận hành và bảo dưỡng bơm (90 giờ: 87 giờ TH, 3 giờ kiểm tra):

    • Huấn luyện kỹ năng thực hành phân đoạn gồm 6 nội dung (mỗi nội dung 15 giờ): Khởi động hệ thống; Dừng hệ thống; Ghép bơm ly tâm nối tiếp; Ghép bơm ly tâm song song; Thao tác chuyển đổi bơm vận hành; Quy trình tháo, kiểm tra, sửa chữa và lắp ráp bơm ly tâm trên hệ thống đường ống công nghệ PFD.
[Bài 1: Cơ sở lý thuyết & Cấu tạo]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Phương trình cột áp lý thuyết Ơle: $$H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u} - u_1 c_{1u}}{g}$$ Khi dòng vào bánh công tác chuyển động theo hướng kính ($\alpha_1 = 90^\circ \Rightarrow c_{1u} = 0$), phương trình có dạng: $$H_{lc} = \frac{u_2 c_{2u}}{g}$$
  • Cột áp thực tế: Xác định qua tổn thất và số cánh dẫn hữu hạn theo công thức Prôskua: $$H = \eta_H \cdot \eta_Z \cdot H_{l\infty} \quad \text{với} \quad \eta_Z = 1 - \frac{\pi}{Z}\sin\beta_2$$ (trong đó $Z$ là số cánh dẫn, $\beta_2$ là góc ra của cánh dẫn, $\eta_H = 0{,}7 \div 0{,}9$).
  • Định luật đồng dạng và tương tự thủy lực: Thiết lập bảng quan hệ tương tự khi biến thiên số vòng quay $n$, đường kính ngoài $D$ và trọng lượng riêng chất lỏng $\gamma$: $$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{n_2}{n_1}\left(\frac{D''}{D'}\right)^3; \quad \frac{H_2}{H_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2\left(\frac{D''}{D'}\right)^2; \quad \frac{N_2}{N_1} = \frac{\gamma_2}{\gamma_1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3\left(\frac{D''}{D'}\right)^5$$
  • Lý thuyết cân bằng lực hướng trục: Tính toán lực dọc trục tổng hợp $P = P_I - P_{II}$ và nguyên lý làm việc của các cơ cấu cân bằng: bánh công tác hút hai phía, vành lót kín thứ hai khoét 3-6 lỗ thông buồng hút, bố trí cánh đối xứng, ống cân bằng piston và đĩa cân bằng thủy lực tự điều chỉnh khe hở $b'$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc hiểu bản vẽ PFD hệ thống bơm mỏ; thao tác van tiết lưu; vận hành trạm bơm đơn, trạm ghép song song (tăng lưu lượng khi đặc tính lưới thoải) và trạm ghép nối tiếp (tăng cột áp khi đường đặc tính dốc).
  • Kỹ năng phân tích: Tính toán điểm làm việc tối ưu trên vùng hiệu suất $[\eta_{\max} - 7%]$; phân tích điều kiện hút chân không $[H_{CK}]$ để bố trí vị trí đặt bơm; chẩn đoán sai lệch khe hở qua rung động và áp suất.
  • Kỹ năng thực hành bảo dưỡng: Thao tác tháo/lắp căn chỉnh trục; thay thế phớt đệm, vòng O-ring cao su, vòng đệm carbon; kiểm tra độ mòn cơ học và bảo dưỡng hệ thống bôi trơn làm mát ổ bi.

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Phương pháp sư phạm

Giáo trình định hướng quy trình giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết và thực hành xưởng:

  • Đối với giảng viên: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực (thuyết trình ngắn gọn, nêu vấn đề, hướng dẫn phân tích tài liệu kỹ thuật và xử lý bài tập tình huống thực tế).
  • Tổ chức thảo luận nhóm và tự học: Sinh viên được tổ chức thành các nhóm nhỏ từ 8 đến 10 người. Nhóm trưởng chịu trách nhiệm phân công thành viên nghiên cứu các chủ đề kỹ thuật trước giờ lên lớp, thu thập tài liệu, tổng hợp báo cáo và bảo vệ kết quả thảo luận.

Quy định chuyên cần và tự học

  • Sinh viên bắt buộc tham dự tối thiểu 70% tổng số tiết lý thuyết (vắng trên 30% phải học lại mô đun).
  • Sinh viên phải tham dự 100% thời lượng các buổi thực hành tại xưởng máy.

Quy chế và phương thức đánh giá kết quả

Hệ thống đánh giá áp dụng theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội) với cơ cấu trọng số:

Thành phần đánh giá Trọng số Thời điểm kiểm tra Hình thức và chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% Sau 08 giờ học Vấn đáp/Tự luận/Trắc nghiệm (Chuẩn A1, C1)
Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) Sau 30 giờ học Tự luận/Trắc nghiệm kết hợp Thực hành (Chuẩn A1, B1, B2, C1, C2, C3)
Thi kết thúc mô đun 60% Sau 105 giờ học Viết/Thuyết trình và Thao tác thực hành trực tiếp (Chuẩn A1, B1, B2, C1, C2, C3)

Điểm tổng kết tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) và được quy đổi sang thang điểm chữ (A, B, C, D, F) cùng thang điểm số 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Giáo trình Vận hành Bơm phiên bản năm 2020 của Trường Cao đẳng Dầu khí thể hiện các điểm cập nhật chuyên môn:

  • Hệ thống hóa tài liệu nội bộ: Nội dung được hoàn thiện và tái cấu trúc dựa trên cơ sở hai bộ tài liệu lưu hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí gồm Giáo trình Vận hành bơm và Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm, nhằm chuẩn hóa các quy trình thao tác và tiêu chí đánh giá chuẩn đầu ra.
  • Tích hợp tài liệu chuyên ngành quốc tế: Bổ sung các khung lý thuyết, công thức tính toán và dữ liệu kỹ thuật từ cẩm nang chuyên ngành thế giới Pump Handbook (McGraw-Hill, Fourth Edition, 2008) của các tác giả Igor J. Karassik, Joseph P. Messina, Paul Cooper, Charles C. Heald. Đồng thời, tài liệu liên kết kiến thức với các tài liệu chuẩn về công nghệ máy nén công nghiệp của Heinz P. Bloch (2005) và Hoefner (1996).
  • Mô phỏng ứng dụng thực tế trong công nghệ dầu khí: Cung cấp chi tiết sơ đồ công nghệ trạm bơm PFD (Process Flow Diagram), giúp người học nhận diện vị trí và chức năng của bơm ly tâm trong các hệ thống công nghệ thu gom, xử lý cơ học và vận chuyển dầu khí tại các mỏ khai thác.
  • Tiêu chuẩn hóa quy trình xử lý sự cố công nghiệp: Mô tả chi tiết nguyên nhân, sơ đồ diễn biến và biện pháp phòng ngừa đối với các sự cố xâm thực (cavitation), rò rỉ qua các vòng chèn trục, tổn thất năng lượng do lực dọc trục và hiện tượng dịch chuyển điểm làm việc do thay đổi trở lực mạng ống.

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho các nhóm đối tượng trong hệ thống đào tạo và sản xuất công nghiệp:

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên theo học hệ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí. Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng về máy thủy lực để sinh viên tiếp tục học các mô đun chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo như:
    • Vận hành máy nén (KKT19MĐ53)
    • Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54)
    • Vận hành thiết bị nhiệt (KKT19MĐ55)
    • Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (KKT19MĐ56)
    • Vận hành hệ thống khai thác trên mô hình 1 & 2 (KKT19MĐ58, KKT19MĐ59)
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học: Để tiếp thu tốt mô đun này, người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở gồm: An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), Hóa đại cương (CNH19MH09), Địa chất cơ sở (KKT19MH31), Cơ sở khai thác (KKT19MH34), cùng hai mô đun kỹ thuật liền trước là Vận hành van (KKT19MĐ50) và Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (KKT19MĐ51).
  • Giảng viên và kỹ thuật viên: Dùng làm tài liệu khung để soạn giáo án lý thuyết, tổ chức phân trạm thực hành xưởng và xây dựng bộ đề kiểm tra, thi kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật tại các mỏ dầu khí: Sử dụng làm tài liệu tra cứu các thông số kỹ thuật, quy trình thao tác và hướng dẫn xử lý sự cố thiết bị bơm tại hiện trường sản xuất.

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

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

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, đồng thời cung cấp tài liệu tra cứu nghiệp vụ cho kỹ thuật viên vận hành trạm bơm tại các cơ sở khai thác, xử lý dầu khí.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật cơ bản, Cơ sở điều khiển quá trình, An toàn lao động) và các mô đun kỹ thuật khai thác giếng, đặc biệt là kỹ năng vận hành van công nghiệp.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết bơm thông thường là gì?

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào kỹ năng thực hành nghề nghiệp (87 giờ thực hành/105 giờ tổng thể), giảng dạy chi tiết 6 quy trình thực nghiệm (khởi động, dừng, ghép nối tiếp, ghép song song, chuyển bơm, bảo dưỡng tháo lắp) trực tiếp trên sơ đồ công nghệ PFD.

4. Làm sao để tự học và tiếp thu mô đun này hiệu quả?

Người học cần kết hợp nghiên cứu trước lý thuyết tại nhà, tham gia đầy đủ các buổi làm việc nhóm (8-10 sinh viên), tích cực giải quyết các bài tập tình huống sự cố và đảm bảo 100% thời lượng thao tác trực tiếp trên thiết bị xưởng.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và tham khảo nào đi kèm?

Giáo trình đi kèm bộ Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2017), Giáo trình Vận hành máy nén khí (2017) và tài liệu chuẩn quốc tế Pump Handbook (McGraw-Hill, 4th Edition, 2008).

Kết luận (150 từ)

Giáo trình mô đun Vận hành Bơm (mã số: KKT19MĐ52) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp hệ thống dữ liệu kỹ thuật hoàn chỉnh về máy thủy lực cánh dẫn, kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết thủy động lực học và các quy trình vận hành, bảo dưỡng, xử lý sự cố công nghiệp.

Về lộ trình đào tạo, mô đun đóng vai trò bản lề giúp sinh viên làm chủ thiết bị bơm trước khi bước vào các nội dung phức tạp hơn như vận hành máy nén khí, bình tách công nghệ, thiết bị nhiệt và hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí, chuẩn bị cho giai đoạn thực tập sản xuất (KKT19MĐ60) và khóa luận tốt nghiệp (KKT19MĐ61). Người học có thể khai thác thêm các tài liệu bổ trợ chuyên ngành máy thủy lực tại thư viện nhà trường và các ấn bản kỹ thuật của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.