GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: VẬN HÀNH MÁY NÉN

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành máy nén (Mã mô đun: PETP53154) được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề "Vận hành thiết bị khai thác dầu khí" và "Vận hành thiết bị chế biến dầu khí" ở trình độ Cao đẳng, ban hành kèm theo Quyết định số 210/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do Ks. Bùi Đức Sơn làm chủ biên.

Trong chương trình đào tạo chuyên môn gồm 50 tín chỉ (1.305 giờ), mô đun có thời lượng 3 tín chỉ (75 giờ đào tạo, bao gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 3 giờ kiểm tra). Trong tiến trình đào tạo, môn học này được bố trí giảng dạy sau các mô đun Vận hành van (PETP53151), Vận hành Bơm (PETP54153) và học trước mô đun Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETP54155).

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng đến ba chuẩn đầu ra chính:

  • Kiến thức (A1): Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, quy trình vận hành và quy chuẩn bảo dưỡng các dòng máy nén khí công nghiệp (piston, ly tâm, trục vít).
  • Kỹ năng (B1, B2): Thực hiện thành thạo các thao tác khởi động, giám sát vận hành và dừng máy nén khí; phát hiện nguyên nhân và xử lý sự cố kỹ thuật trong quá trình làm việc.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy chuẩn an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), an toàn bình chịu áp lực, thực hiện đầy đủ quy chế vận hành thiết bị cơ - điện - tự động hóa tại xưởng và nhà máy.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 bài học tích hợp logic từ phân tích cấu tạo cơ khí, nguyên lý nhiệt động học đến thực hành thao tác vận hành, đo kiểm và bảo dưỡng sửa chữa chi tiết máy trên mô hình thực nghiệm.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 5 bài học chuyên đề:

  • Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston (6 giờ lý thuyết): Khái quát định nghĩa máy nén khí ($P \ge 3\text{ at}$), phân loại máy nén theo nguyên lý làm việc (biến đổi động năng, giảm thể tích), áp suất xả (thấp $3\text{–}10\text{ at}$, trung bình $10\text{–}100\text{ at}$, cao $100\text{–}1000\text{ at}$, siêu cao $>1000\text{ at}$), nguồn dẫn động (động cơ đốt trong, động cơ điện, tuabin) và năng suất. Phân tích chi tiết cơ cấu cơ khí: cụm van hút/xả (đĩa van kim loại tựa lò xo, van đặt bakelit), kết cấu xy lanh và ống lót nong rộng tránh tạo gờ, piston gang/nhôm rỗng/thép phủ babit, xéc măng kim loại/teflon, vòng chèn kín khí kiểu B và T, cụm thanh truyền - con trượt hợp kim babit, hệ thống bôi trơn (vung tóe, bôi trơn cổ biên, bôi trơn cưỡng bức) và hệ thống làm mát (cánh tản nhiệt, áo nước làm mát, glycol). Phân tích chu trình nhiệt động của máy nén tác dụng đơn và tác dụng kép.

  • Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng máy nén khí piston (1 giờ lý thuyết): Hướng dẫn quy trình chuẩn bị khởi động (kiểm tra mức dầu, nhiệt độ nước làm mát $>50^\circ\text{C}$ khi chạy không tải, kiểm tra van an toàn ở áp suất $5\text{–}6\text{ kg/cm}^2$, giữ cự ly công nhân $5\text{–}10\text{ m}$), lựa chọn dầu nhờn chuyên dụng 12(M) cho máy đặt đứng/áp thấp, 19(T) cho máy đặt nằm/áp cao và dầu công nghiệp 45 hoặc 50 cho cơ cấu chuyển động. Quy định an toàn bình chịu áp lực (năng lượng phá hủy của bình $70\text{ kg/cm}^2$ tương đương 38 tấn), an toàn PCCC (khoảng cách kho nhiên liệu $\ge 30\text{ m}$). Lập kế hoạch bảo dưỡng hàng ngày, bảo dưỡng cấp I (sau 100 giờ) và bảo dưỡng cấp II (sau 400 giờ, dừng máy 1–2 ngày).

  • Bài 3: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nén ly tâm (3 giờ lý thuyết): Phân loại máy nén ly tâm 1 cấp và nhiều cấp. Khảo sát cấu tạo vỏ máy (vỏ tháo ngang - horizontal split casing, vỏ tháo dọc - barrel casing), các dạng bánh công tác/impeller (hở, bán hở, kín), màng ngăn kim loại (diaphragm) có vách làm mát bằng nước, cánh dẫn hướng (guide vane), vòng làm kín khuất khúc (labyrinth seal), vòng đệm tiếp xúc cơ học, đệm màng lỏng, ổ bi chặn và gối đỡ chống dịch chuyển trục, kết cấu ngăn cân bằng (balance drum) để triệt tiêu lực dọc trục. Sơ đồ ghép nối máy nén song song và nối tiếp.

  • Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít (5 giờ: 4 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra/thực hành): Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy nén trục vít; quy trình chuẩn bị khởi động, vận hành ổn định, quy trình dừng máy và phương pháp phán đoán, khắc phục sự cố kỹ thuật của máy nén ly tâm/trục vít.

  • Bài 5: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí (60 giờ: 58 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Tổ chức thực hành vận hành trên mô hình; quy trình tháo lắp, vệ sinh, kiểm tra, phân loại chi tiết; kỹ thuật kiểm tra sửa chữa trục khuỷu (đo độ mòn, độ cong, độ ôvan), sửa chữa tay biên, nạo rà bạc lót; quy trình tháo lắp bảo dưỡng kỹ thuật máy nén 1 xi lanh, máy nén 2 xi lanh 2 cấp và máy nén nhiều xi lanh nhiều cấp (ứng dụng trên dòng máy nén 4BY-5/9); hiệu chỉnh áp suất nén và kiểm định van an toàn.

Progression Logic của Mô đun:
[Bài 1: Cấu tạo & Nguyên lý Piston] 
       ↓
[Bài 2: Quy trình Vận hành, An toàn & Bảo dưỡng Piston] 
       ↓
[Bài 3 & Bài 4: Cấu tạo & Nguyên lý Máy nén Ly tâm, Trục vít] 
       ↓
[Bài 5: Thực hành Vận hành, Đo kiểm, Tháo lắp & Sửa chữa Mô hình/Thực tế (4BY-5/9)]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nhiệt động học và động học chất khí: Xác định các thông số làm việc cơ bản gồm tỷ số nén $R = \frac{P_2}{P_1}$, năng suất $Q\ (\text{m}^3/\text{phút})$, công suất tiêu hao $N\ (\text{KW})$ phụ thuộc vào hiệu suất thể tích $\eta_v$, hiệu suất cơ học $\eta_m$, mật độ phân tử khí $\rho$ và năng lượng nén $L\ (\text{J/kg})$.
  • Nguyên lý thủy lực và truyền động cơ khí: Động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - con trượt biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến; nguyên lý biến đổi động năng thành thế năng áp suất của cánh công tác và màng ngăn trong máy ly tâm; cân bằng lực dọc trục tác dụng lên bánh công tác bằng đĩa/ngăn cân bằng.
  • Lý thuyết bôi trơn và truyền nhiệt công nghiệp: Màng dầu bôi trơn thủy động trong môi trường nhiệt độ khí nén lên đến $200^\circ\text{C}$; cơ chế làm mát trung gian giữa các cấp nén và làm mát màng ngăn để hạn chế giãn nở nhiệt cơ khí.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật cơ khí và vận hành: Thao tác khởi động máy dẫn động bằng động cơ nổ/động cơ điện, vận hành không tải nâng nhiệt độ nước làm mát $>50^\circ\text{C}$, đóng ly hợp mang tải; thao tác xả đọng cặn dầu nước ở bình làm mát trung gian và bình chứa; vận hành hệ thống van một chiều, van an toàn, bình chịu áp lực.
  • Kỹ năng đo kiểm, bảo dưỡng và sửa chữa: Sử dụng dụng cụ đo chuyên dụng kiểm tra độ mòn, độ cong, độ ôvan của cổ trục khuỷu theo Bảng quy trình công nghệ số 5; kiểm tra khe hở dầu con trượt; tháo lắp xéc măng, thay thế vòng chèn kim loại kiểu B-T, màng chắn và căn chỉnh độ dôi ghép trục.
  • Kỹ năng phân tích, xử lý sự cố: Phát hiện âm thanh lạ (tiếng gõ va đập cơ khí), nhận diện dấu hiệu tụt áp suất dầu bôi trơn, hiện tượng quá nhiệt khí nén, hiện tượng bốc khói hoặc rung động mạnh để thực hiện dừng máy khẩn cấp đúng quy chuẩn kỹ thuật.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực theo định hướng tích hợp giữa lý thuyết chuyên môn và thực hành nghề nghiệp:

  • Phương pháp giảng dạy của giáo viên: Giảng viên sử dụng phương pháp diễn giảng ngắn gọn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu kỹ thuật, sử dụng mô hình học tập, máy chiếu và phương tiện trực quan; thiết kế bài tập tình huống thực tế về các sự cố hỏng hóc cụm van, vòng chèn, bạc lót và hệ thống bôi trơn.
  • Phương pháp học tập và tự học của sinh viên: Sinh viên tổ chức học tập kết hợp cá nhân và thảo luận nhóm (quy mô 8–10 người/nhóm). Mỗi thành viên chịu trách nhiệm nghiên cứu một chuyên đề được phân công trước khi lên lớp, tham gia viết báo cáo nhóm và thuyết trình bài tập tình huống.
  • Tổ chức thực hành tại xưởng: Thời lượng thực hành chiếm ưu thế (58/75 giờ, tương đương 77.3%), tập trung vào thao tác trực tiếp trên các trạm mô hình khí nén, máy nén 1 xi lanh, 2 xi lanh 2 cấp và dòng máy nén công nghiệp 4BY-5/9.
  • Quy chế đánh giá kết quả: Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và hướng dẫn thực hiện của Trường Cao đẳng Dầu khí:
    • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Gồm 01 bài kiểm tra thường xuyên (hỏi miệng/trắc nghiệm/thuyết trình, hệ số 1, đánh giá chuẩn A1, C1 sau 6 giờ học) và 01 bài kiểm tra định kỳ (tự luận/trắc nghiệm kết hợp thực hành thao tác máy, hệ số 2, đánh giá chuẩn A1, B1, B2, C1 sau 60 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Đánh giá toàn diện lý thuyết và thực hành sau 75 giờ.
    • Yêu cầu chuyên cần: Người học phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết và 100% thời lượng thực hành; nếu không đáp ứng phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Kế thừa và chuẩn hóa tài liệu chuyên ngành: Giáo trình được ban hành năm 2022 trên cơ sở chuẩn hóa, cập nhật các tài liệu lưu hành nội bộ trước đó của Trường Cao đẳng Dầu khí gồm Giáo trình Vận hành máy nén khí (2017) và Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (2017), đáp ứng khung chương trình đào tạo nghề kỹ thuật cao đẳng mới nhất.
  • Tích hợp tài liệu công nghệ quốc tế: Tài liệu tích hợp các quy chuẩn kỹ thuật và nguyên lý công nghệ tiên tiến trích xuất từ ấn bản chuyên khảo quốc tế A Practical Guide to Compressor Technology (2nd Edition) của tác giả Heinz P. Bloch.
  • Gắn liền với điều kiện vận hành thực tế ngành Dầu khí:
    • Giải quyết bài toán ăn mòn hóa học do khí có lẫn hợp chất lưu huỳnh ($H_2S$) bằng công nghệ mạ crom bảo vệ bề mặt thanh truyền.
    • Ứng dụng vật liệu tự bôi trơn teflon chế tạo xéc măng và vòng chèn trong các ứng dụng nén oxy hoặc môi chất yêu cầu nghiêm ngặt không lẫn hơi dầu nhờn.
    • Xử lý kỹ thuật chống rò rỉ khí độc hại hoặc khí nhẹ ($H_2$) ở áp suất cao qua hệ thống vòng làm kín khuất khúc có rãnh dẫn khí trơ (áp suất cao hơn áp suất trong máy) hoặc rãnh hứng khí rò rỉ đưa về vị trí an toàn.
  • Chi tiết hóa quy trình công nghệ sửa chữa: Cung cấp trực tiếp bản vẽ kết cấu, sơ đồ phân tích lực và Bảng 5: Sơ đồ quy trình công nghệ sửa chữa mòn cổ trục khuỷu, giúp gắn kết nội dung bài học với năng lực bảo trì thực tế tại trạm nén khí mỏ và nhà máy chế biến dầu khí.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành kỹ thuật: Giáo trình phục vụ trực tiếp sinh viên trình độ Cao đẳng thuộc các nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun này, người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn:
    • Vẽ kỹ thuật - 1 (MECM52003)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111)
    • An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001)
    • Vận hành van (PETP53151)
    • Vận hành Bơm (PETP54153)
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Tài liệu đóng vai trò là giáo trình chuẩn để xây dựng kế hoạch bài giảng, phiếu hướng dẫn thực hành tháo lắp cơ khí, bảng kiểm chuẩn thao tác vận hành và đề thi đánh giá năng lực nghề nghiệp.
  • Cán bộ kỹ thuật và tự học: Tài liệu được dùng để tra cứu quy chuẩn kỹ thuật cho nhân viên vận hành, công nhân bảo trì tại các trạm máy nén khí công nghiệp, giàn khoan khai thác dầu khí và nhà máy lọc hóa dầu.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế cho người học trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời phù hợp làm tài liệu bồi dưỡng kỹ năng cho công nhân vận hành, thợ bảo dưỡng thiết bị cơ khí trạm nén khí.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần nắm vững kiến thức đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí, mạch điện cơ bản, an toàn bình áp lực - PCCC và nguyên lý vận hành hệ thống van công nghiệp đã được đào tạo trong các môn học tiên quyết (Vẽ kỹ thuật, Điện cơ bản, Vận hành van, Vận hành bơm).

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với tài liệu máy cơ khí chung là gì?

Giáo trình nhấn mạnh các đặc thù công nghệ của ngành dầu khí: kết cấu làm kín khuất khúc xử lý khí nguy hiểm/độc hại ($H_2S$, hydro), đệm màng lỏng, xéc măng teflon không dầu cho khí oxy, ngăn cân bằng lực dọc trục và quy chuẩn an toàn nổ vỡ bình chứa khí nén áp suất cao.

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

Người học cần nghiên cứu trước lý thuyết cấu tạo chi tiết và sơ đồ nguyên lý trong từng bài học; tham gia đầy đủ các buổi thảo luận nhóm (8–10 người); ghi nhớ các mốc thông số bảo dưỡng cấp I (100 giờ), cấp II (400 giờ) và nghiêm túc thực hành đo kiểm cơ khí 100% thời lượng xưởng.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Các tài liệu tham khảo chính thống được quy định gồm: Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2017) và ấn bản A Practical Guide to Compressor Technology, 2nd Edition của Heinz P. Bloch.

Kết luận

Giáo trình mô đun Vận hành máy nén (PETP53154) cung cấp đầy đủ các chuẩn kiến thức về cấu tạo, nguyên lý nhiệt động và quy trình công nghệ vận hành, bảo dưỡng máy nén khí piston, ly tâm và trục vít. Với kết cấu đào tạo tập trung vào năng lực thực hành (58/75 giờ tại xưởng và mô hình), tài liệu xác lập lộ trình học tập chặt chẽ: từ tiếp cận nền tảng cơ khí - động học, nắm vững kỹ thuật an toàn bình áp lực, đến trực tiếp thao tác vận hành, đo kiểm sai số và xử lý sự cố thiết bị. Đây là tài liệu phục vụ việc giảng dạy, học tập và tra cứu kỹ thuật chuẩn hóa trong chương trình đào tạo chuyên ngành dầu khí.