Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vận hành máy nén (mã mô đun: KKT19MĐ53) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng, được ban hành theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), lưu hành nội bộ tại cơ sở đào tạo ở Bà Rịa – Vũng Tàu. Trong khung chương trình tổng thể gồm 86 tín chỉ (2025 giờ), mô đun có thời lượng 3 tín chỉ với tổng cộng 75 giờ đào tạo, được bố trí giảng dạy sau mô đun Vận hành van (KKT19MĐ50) và trước mô đun Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến ba chuẩn đầu ra cụ thể:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Trình bày cấu tạo cơ khí, nguyên lý biến đổi năng lượng, quy trình vận hành kỹ thuật và phương pháp bảo dưỡng các chủng loại máy nén khí công nghiệp thông dụng (máy nén piston, máy nén ly tâm và máy nén trục vít).
  • Chuẩn kỹ năng (B1, B2): Thực hiện đúng quy trình khởi động, điều khiển, dừng máy trên mô hình công nghiệp; phát hiện, chẩn đoán và xử lý sai lệch thông số hoặc sự cố kỹ thuật trong quá trình vận hành.
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật an toàn áp lực, an toàn phòng cháy chữa cháy, nội quy xưởng thực hành và các quy trình công nghệ liên quan; hoàn thành nhiệm vụ được giao mà không làm hư hại thiết bị.

Giáo trình do Kỹ sư Bùi Đức Sơn chủ biên, cấu trúc thành 5 bài học tích hợp logic từ cơ sở lý thuyết đến thực hành:

  1. Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí Piston (6 giờ lý thuyết).
  2. Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng máy nén khí Piston (1 giờ lý thuyết).
  3. Bài 3: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nén ly tâm (3 giờ lý thuyết).
  4. Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít (4 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra).
  5. Bài 5: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí (58 giờ thực hành xưởng/mô hình, 2 giờ kiểm tra).

Đặc điểm tiếp cận của tài liệu là phân chia tỷ trọng giảng dạy nghiêng về rèn luyện thao tác thực tế (58/75 giờ, chiếm 77,3% thời lượng), kết nối các thông số thiết kế nhiệt động học trực tiếp với quy trình kiểm tra bảo trì thiết bị áp lực trong môi trường dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung 5 bài học trong giáo trình được thiết lập theo trình tự tích lũy kỹ thuật có cấu trúc như sau:

[Bài 1: Cấu tạo & Nguyên lý Máy nén Piston]

  • Bài 1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí Piston: Cung cấp định nghĩa máy nén khí (thiết bị thủy khí tạo áp suất $P \ge 3\text{ at}$). Phân loại theo cấu tạo (piston, roto, ly tâm), nguyên lý làm việc (giảm thể tích chứa và biến đổi động năng), dải áp suất (thấp: 3–10 at; trung bình: 10–100 at; cao: 100–1000 at; siêu cao: $>1000\text{ at}$), nguồn dẫn động (động cơ đốt trong, động cơ điện, tuabin) và năng suất ($0{,}04\text{ đến }>100\text{ m}^3/\text{phút}$). Trình bày các công thức tính toán thông số kỹ thuật:

    • Tỷ số nén: $$R = \frac{P_2}{P_1}$$
    • Công suất tiêu hao: $$N = \frac{Q \cdot L \cdot \rho}{\eta_v \cdot \eta_m} \quad (\text{kW})$$ (trong đó $Q$ là năng suất $\text{m}^3/\text{s}$, $L$ là năng lượng nén $\text{J/kg}$, $\rho$ là mật độ phân tử khí $\text{kg/m}^3$, $\eta_v$ và $\eta_m$ là hiệu suất thể tích và hiệu suất cơ học).

    Mô tả chi tiết cấu tạo các bộ phận cơ khí: cụm đĩa van phẳng kim loại, van đặt vật liệu bakêlit; ống lót xylanh và kỹ thuật nong rộng miệng ống lót; kết cấu piston gang ($<7\text{ inch}$ đặc, $>7\text{ inch}$ rỗng), piston nhôm ($>9\text{ inch}$), piston bọc babit; xéc măng kim loại và teflon; kết cấu hộp vòng chèn kim loại (cặp vòng B và vòng T); cụm thanh truyền hợp kim thép tôi mạ crom, con trượt babit; hệ thống bôi trơn (vung tóe, cổ biên, bôi trơn cưỡng bức) và hệ thống làm mát (cánh tản nhiệt, áo nước làm mát, glycol, làm mát trung gian và sau nén). Trình bày chu trình làm việc của máy nén tác dụng đơn và tác dụng kép có con trượt.

  • Bài 2 – Quy trình vận hành và bảo dưỡng máy nén khí Piston: Thiết lập quy trình vận hành chuẩn từ bước chuẩn bị, chạy không tải đạt nhiệt độ nước làm mát $>50^\circ\text{C}$, nâng áp $5–6\text{ kg/cm}^2$ đến khi mở van cấp khí. Phân tích tiêu chuẩn dầu bôi trơn: dầu 12(M) dùng cho máy đặt đứng/áp suất thấp, dầu 19(T) cho máy đặt nằm/áp suất cao nhiều cấp, dầu công nghiệp 45 hoặc 50 (tiêu chuẩn Liên Xô) cho cơ cấu truyền động; chu kỳ rửa bầu lọc 2 tháng/lần. Quy định khoảng cách an toàn cho nhân viên vận hành ($5–10\text{ m}$), quy chuẩn an toàn bình chịu áp lực (năng lượng nổ của bình $70\text{ kg/cm}^2$ tương đương 38 tấn/mét), an toàn khoảng cách kho nhiên liệu ($\ge 30\text{ m}$). Hệ thống hóa chế độ bảo dưỡng định kỳ: bảo dưỡng hàng ngày, bảo dưỡng cấp I (sau 100 giờ làm việc) và bảo dưỡng cấp II (sau 400 giờ làm việc, thời gian dừng máy 1–2 ngày).

  • Bài 3 – Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nén ly tâm: Phân loại máy nén ly tâm đơn cấp và đa cấp. Phân tích kết cấu vỏ máy: vỏ tháo ngang (dễ bảo trì nhưng rò rỉ rộng, không dùng cho khí nhẹ $\text{H}_2$ áp suất cao) và vỏ tháo dọc (chịu áp suất cao). Mô tả 3 loại bánh công tác (Impeller): hở, nửa hở và kín; phương pháp liên kết then hoặc mối ghép độ dôi trên trục. Trình bày chi tiết màng ngăn (Diaphragm), cánh dẫn hướng (Guide vane), các phương án làm kín trục: vòng làm kín khuất khúc (Labyrinth Seal có rãnh dẫn khí trơ), vòng đệm kín giới hạn, vòng tiếp xúc cơ học, đệm màng lỏng; bố trí ổ bi chặn và ổ đỡ chống dịch chuyển trục; kết cấu ngăn cân bằng lực dọc trục; phương thức ghép nối song song (tăng lưu lượng) và nối tiếp (tăng áp suất).

  • Bài 4 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít: Trình bày nguyên lý ăn khớp của cặp trục vít (rôto lồi và rôto lõm), phân loại máy trục vít không dầu và ngập dầu, quy trình kiểm soát tỷ số nén thể tích và chẩn đoán sự cố vận hành.

  • Bài 5 – Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí: Phần thực hành chuyên sâu (58 giờ) hướng dẫn thao tác vận hành thực tế trên mô hình máy nén piston và ly tâm; quy trình tháo lắp, kiểm tra phân loại chi tiết; kỹ thuật kiểm tra độ mòn, độ ôvan và nắn cong trục khuỷu; kiểm tra khe hở dầu con trượt; xử lý bạc lót; tháo lắp bảo dưỡng kỹ thuật máy nén 1 xylanh, máy nén 2 xylanh 2 cấp nén và máy nén nhiều xylanh nhiều cấp (điển hình dòng máy nén 4BY-5/9); tháo lắp kiểm tra máy nén ly tâm và hiệu chỉnh áp suất van an toàn.

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                  TỔNG QUAN PHÂN CẤP BẢO DƯỠNG MÁY NÉN PISTON TRONG GIÁO TRÌNH                     |
+----------------------+--------------------+-------------------------------------------------------+
| Cấp độ bảo dưỡng     | Định kỳ thực hiện  | Nội dung công việc kỹ thuật chính                     |
+----------------------+--------------------+-------------------------------------------------------+
| Bảo dưỡng hàng ngày  | Trước/sau mỗi ca   | Kiểm tra mức dầu, xả cặn bầu lọc, chỉnh căng dây đai, |
|                      |                    | kiểm tra tiếng gõ lạ, vệ sinh điện cực ắc quy.        |
+----------------------+--------------------+-------------------------------------------------------+
| Bảo dưỡng cấp I      | Sau 100 giờ chạy   | Kiểm tra hệ thống nhiên liệu, đánh lửa, van an toàn,  |
|                      |                    | siết gu-giông nắp máy, chỉnh khe hở nhiệt xupap.      |
+----------------------+--------------------+-------------------------------------------------------+
| Bảo dưỡng cấp II     | Sau 400 giờ chạy   | Vệ sinh muội than xylanh/piston, tháo rửa đáy các-te, |
|                      | (dừng 1-2 ngày)    | rửa bánh răng và ổ bi giảm tốc, thay mới toàn bộ dầu. |
+----------------------+--------------------+-------------------------------------------------------+

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành nền tảng nhiệt động lực học và thủy khí kỹ thuật công nghiệp thông qua các nguyên lý:

  • Nguyên lý biến đổi năng lượng: Cơ chế nén tĩnh học giảm thể tích buồng chứa (máy nén piston, trục vít) và cơ chế nén động học chuyển đổi vận tốc dòng khí thành cột áp tĩnh (máy nén ly tâm qua bánh công tác và màng khuếch tán).
  • Nguyên lý nhiệt - cơ ma sát: Tác động nhiệt khi nén khí (nhiệt độ buồng nén lên đến $200^\circ\text{C}$), hiện tượng ứng suất nhiệt gây nứt vỡ đĩa van khi gặp pha lỏng, yêu cầu về điểm chớp cháy và độ nhớt của màng dầu bôi trơn.
  • Nguyên lý cơ học kết cấu máy áp lực: Phân tích lực tác dụng dọc trục do chênh lệch áp suất các tầng cánh ly tâm và nguyên lý triệt tiêu lực bằng đĩa/ngăn cân bằng; cơ chế giãn nở nhiệt của thanh truyền, khe hở xéc măng và độ dôi lắp ghép bánh công tác.
  • Quy chuẩn an toàn công nghiệp: Pháp lệnh và quy phạm kỹ thuật nhà nước về bình chịu áp lực, kiểm định van an toàn và phòng chống cháy nổ khí hydrocarbon.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác tháo lắp đúng trình tự các cụm máy nén piston (trục khuỷu, tay biên, xéc măng, con trượt) và máy ly tâm; sử dụng dụng cụ đo chuyên dùng (thước panme, đồng hồ so) để xác định độ mòn, độ côn, độ ôvan và độ đảo trục cơ; căn chỉnh độ căng dây đai và khe hở dầu của bạc lót.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và đối chiếu số liệu áp kế, nhiệt kế tại từng cấp nén với định mức kỹ thuật; nhận diện tiếng gõ cơ khí bất thường trong động cơ; đo lưu lượng và nhiệt độ rò rỉ qua đường ống xả vòng chèn để đánh giá mức độ mòn của cặp vòng kim loại B-T.
  • Kỹ năng xử lý tình huống thực hành (Practical competencies): Thực hiện đúng các bước dừng máy khẩn cấp khi xảy ra sự cố (áp suất dầu bôi trơn tụt, nhiệt độ khí vượt ngưỡng, mất nước làm mát, rung lắc mạnh hoặc bốc khói); hiệu chỉnh áp suất đóng mở của cụm van an toàn theo tiêu chuẩn thiết kế.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình phân bổ khung thời gian cụ thể: 14 giờ lý thuyết (chiếm 18,7%), 58 giờ thực hành/thảo luận/thí nghiệm (chiếm 77,3%) và 3 giờ kiểm tra đánh giá (chiếm 4,0%).

Cơ cấu thời gian mô đun KKT19MĐ53 (75 giờ):
- Lý thuyết: 14 giờ (18.7%)
- Thực hành, thí nghiệm, thảo luận: 58 giờ (77.3%)
- Kiểm tra định kỳ & kết thúc: 3 giờ (4.0%)
  • Phương pháp đối với giảng viên: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực gồm thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu kỹ thuật, sử dụng bài tập tình huống sự cố tại trạm nén khí và tổ chức thảo luận nhóm. Giảng viên phụ trách hướng dẫn thao tác mẫu trên mô hình cắt bổ, thiết bị thực nghiệm và giám sát an toàn trong suốt 58 giờ xưởng.
  • Phương pháp đối với người học: Thực hiện quy trình kết hợp giữa tự học cá nhân và thảo luận nhóm (mỗi nhóm 8–10 sinh viên). Nhóm trưởng phân công các thành viên nghiên cứu nội dung chuyên biệt trong bài học, thảo luận, ghi chép và lập báo cáo kỹ thuật. Người học phải nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp, thực hiện đầy đủ câu hỏi thảo luận sau mỗi bài.
  • Yêu cầu chuyên cần và điều kiện tiên quyết: Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết; nếu vắng $>30%$ số tiết lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào (yêu cầu 100% thời lượng thực hành) thì bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện tham dự kỳ thi.
  • Phương pháp đánh giá kết quả: Áp dụng quy chế đào tạo tín chỉ theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm đánh giá quá trình (trọng số 40%): Gồm 01 bài kiểm tra thường xuyên (hình thức hỏi miệng sau 6 giờ học, đánh giá chuẩn A1, C1) và 01 bài kiểm tra định kỳ (hình thức trắc nghiệm/tự luận kết hợp thực hành sau 60 giờ học, đánh giá chuẩn A1, B1, B2, C1).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Thực hiện sau 75 giờ, bao gồm phần thi lý thuyết viết/vấn đáp và thao tác thực hành trực tiếp trên máy nén khí (đánh giá tổng hợp các chuẩn đầu ra).
    • Kết quả chấm theo thang điểm 10, làm tròn một chữ số thập phân, sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế đào tạo hiện hành.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các đặc tính kỹ thuật cơ khí dầu khí thông qua các chi tiết trích xuất:

  • Kế thừa và chuẩn hóa tài liệu chuyên ngành: Giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa có chọn lọc từ Giáo trình Vận hành máy nén khí (2017), Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (2017) của Trường Cao đẳng Dầu khí và tham chiếu tài liệu quốc tế A Practical Guide to Compressor Technology (2nd Edition) của tác giả Heinz P. Bloch.
  • Phân loại dầu nhớt chuyên dụng theo điều kiện vận hành: Giáo trình không nêu chung chung về bôi trơn mà chỉ định các loại dầu công nghiệp đặc thù: dầu 12(M) cho máy nén kiểu đứng và rôto áp suất thấp; dầu 19(T) có độ nhớt cao, nhiệt độ tự bốc cháy lớn cho máy nén piston nằm ngang và máy cao áp nhiều cấp; dầu 45, 50 cho cơ cấu thanh truyền trục khuỷu.
  • Kỹ thuật làm kín và giải pháp cho môi chất đặc thù: Phân tích giải pháp kỹ thuật dùng teflon thay thế bôi trơn dầu khi nén khí oxy; sử dụng vòng chèn kim loại kết hợp trích khí trơ áp suất cao để ngăn rò rỉ khí độc hại ($H_2S$) hoặc khí cháy nổ; phủ mạ crom chống ăn mòn thanh truyền trong môi trường khí có tính xâm thực.
  • Tích hợp khảo sát mô hình thực tế: Đưa vào quy trình công nghệ chi tiết tháo lắp, căn chỉnh và sửa chữa máy nén công nghiệp nhiều cấp nhiều xylanh model 4BY-5/9; bảng hướng dẫn quy trình công nghệ sửa chữa mòn cổ trục khuỷu và gối đỡ trục.
  • Tập trung vào tính toán cơ cấu vận hành áp lực cao: Thiết lập các thông số phân tích lực dọc trục trên cánh ly tâm, phân tích ứng suất nhiệt trên đế van do chất lỏng lẫn trong dòng khí, và cơ chế giải phóng năng lượng nổ bình chứa khí nén ($70\text{ kg/cm}^2$).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Học sinh – sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các trường đào tạo kỹ thuật dầu khí, kỹ thuật cơ khí động lực.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học 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) và mô đun nghiệp vụ đi trước trực tiếp là Vận hành van (KKT19MĐ50).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn hóa quy trình thao tác, xây dựng bảng kiểm kỹ năng (checklist) cho các bài thực hành tháo lắp máy piston, máy ly tâm và phân tích sự cố thiết bị tại trạm nén khí.
  • Kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Dùng làm tài liệu tra cứu nội bộ về tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn bình áp lực, quy chuẩn lựa chọn dầu nhớt, lịch trình bảo dưỡng cấp I (100 giờ), cấp II (400 giờ) cho các trạm nén khí ngoài giàn khoan hoặc nhà máy xử lý khí.

Câu hỏi thường gặp

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

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu đào tạo nội bộ cho kỹ thuật viên vận hành trạm nén khí công nghiệp.

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

Sinh viên cần tích lũy các môn cơ sở kỹ thuật như Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Điện kỹ thuật (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12), Cơ sở khai thác (KKT19MH34) và hoàn thành mô đun tiên quyết Vận hành van (KKT19MĐ50).

3. Giáo trình tập trung vào những loại máy nén khí nào?

Nội dung tập trung chi tiết vào cấu tạo, nguyên lý và bảo dưỡng 3 dòng máy chính: máy nén khí kiểu piston (đơn cấp, đa cấp, tác dụng đơn/kép), máy nén ly tâm (vỏ tháo ngang/dọc, đa cánh) và máy nén khí trục vít.

4. Quy định điều kiện học tập và đánh giá mô đun như thế nào?

Người học phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành. Kết quả đánh giá tính theo thang điểm 10 gồm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (40%) kết hợp thi kết thúc mô đun (60%), sau đó quy đổi sang thang điểm 4 theo Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH.

5. Giáo trình sử dụng các tài liệu tham khảo chính nào?

Tài liệu tham khảo nền tảng gồm Giáo trình Vận hành máy nén khí (2017), Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (2017) của Trường Cao đẳng Dầu khí và giáo trình chuyên khảo A Practical Guide to Compressor Technology (2nd Edition) của Heinz P. Bloch.

Kết luận

Giáo trình Vận hành máy nén (KKT19MĐ53) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và quy chuẩn vận hành, bảo trì các hệ thống máy nén khí piston, ly tâm và trục vít trong ngành khai thác dầu khí. Lộ trình học tập được thiết kế mạch lạc từ việc nắm vững cấu tạo cơ khí, nguyên lý nhiệt động lực học ở phần lý thuyết (14 giờ) đến rèn luyện kỹ năng tháo lắp, chẩn đoán sai lệch và hiệu chỉnh van an toàn trên mô hình thực hành (58 giờ). Để hoàn thành mô đun, người học cần kết hợp nghiên cứu giáo trình với việc tham khảo các tài liệu chuyên ngành của Trường Cao đẳng Dầu khí và công trình kỹ thuật của Heinz P. Bloch, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn thiết bị áp lực trong toàn bộ quá trình thực tập xưởng.