Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành máy thủy khí I (Mã mô đun: PETR56107 / PETR54107) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí ở trình độ Cao đẳng, được ban hành 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). Giáo trình do giảng viên Phạm Thị Hải Yến làm chủ biên cùng ban biên soạn gồm các tác giả: Hồ Quang Phổ, Chu Thị Ngọc Anh, Nguyễn Huỳnh Đông và Phạm Công Quang.

                  CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ VẬN HÀNH THIẾT BỊ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
                                      (TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG)

Trong cấu trúc chương trình tổng thể gồm 93 tín chỉ (2290 giờ), mô đun có thời lượng 6 tín chỉ với tổng số 150 giờ đào tạo (bao gồm 28 giờ lý thuyết, 106 giờ thực hành/thảo luận/bài tập, 2 giờ kiểm tra lý thuyết và 14 giờ kiểm tra thực hành). Về vị trí đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy sau mô đun Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109) cùng các môn kỹ thuật cơ sở; đồng thời cung cấp khối kiến thức, kỹ năng nền tảng để học viên tiếp tục học các mô đun chuyên sâu như Vận hành máy thủy khí II (PETR64108), Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETR62110), Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt (PETR53111) và các phân xưởng công nghệ chế biến dầu khí.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định rõ qua ba chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Trình bày có hệ thống cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động thủy lực, khí nén của bơm ly tâm và máy nén khí piston.
  • Kỹ năng (B1): Thực hiện đúng quy trình kỹ thuật các thao tác khởi động, chuyển bơm, dừng hệ thống, ghép nối và xử lý sự cố trong vận hành; thực hiện quy trình tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị bơm ly tâm và máy nén piston.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy trình an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), nội quy nhà xưởng thực hành và các quy chuẩn vận hành thiết bị cơ - điện - tự động hóa liên quan, đảm bảo không để xảy ra sự cố thiết bị.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp đồng bộ giữa cơ sở lý thuyết máy thủy khí và quy trình thực hành thao tác trực tiếp trên xưởng thiết bị thực tế, định hình năng lực nghề nghiệp đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành nhà máy lọc hóa dầu.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                                  CẤU TRÚC KIẾN THỨC MÔ ĐUN
                                (Thời lượng tổng số: 150 giờ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 5 bài học theo tiến trình sư phạm từ lý thuyết cơ sở đến quy trình vận hành và kỹ năng thao tác xưởng:

  • Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm (10 giờ lý thuyết): Cung cấp hệ thống phân loại bơm (theo cột áp $H < 20\text{ m}$, $20\text{--}60\text{ m}$, $> 60\text{ m}$; theo số cấp bánh công tác; theo cửa hút đơn/kép; theo hướng trục); các thông số làm việc cơ bản (lưu lượng $Q$, cột áp $H$, công suất $N$, hiệu suất toàn phần $\eta = \eta_Q \cdot \eta_H \cdot \eta_m$, chiều cao hút cho phép $H_{cp} \le 10\text{ m}$); kết cấu bánh công tác (hở, nửa hở, kín), vỏ bơm (tròn, xoắn ốc), vòng bù mòn, hộp làm kín, vòng bôi trơn, đệm cơ học, ổ đỡ trục; phương trình Euler và công thức Prôskua xác định cột áp thực tế; đường đặc tính làm việc, điểm làm việc của hệ thống; các phương pháp điều chỉnh lưu lượng; nguyên lý ghép bơm song song/nối tiếp và các phương pháp triệt tiêu lực dọc trục.
  • Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (5 giờ): Thiết lập quy trình kiểm tra trước khởi động, trình tự đóng/mở van, mồi bơm, ngừng hoạt động; quy trình bảo dưỡng phần ngoài và bên trong buồng bơm; phân loại và hướng dẫn xử lý các hư hỏng điển hình (tụt áp suất/lưu lượng, mất mồi, rò rỉ hộp chèn cáp, quá tải động cơ, rung giật cơ khí, mất đường hút, hiện tượng xâm thực).
  • Bài 3: Thực tập vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (60 giờ thực hành): Tổ chức rèn luyện thao tác khởi động, vận hành ổn định và dừng bơm ly tâm; thực hành điều phối ghép bơm nối tiếp và song song; thực hiện quy trình chuyển đổi bơm dự phòng theo sơ đồ dòng công nghệ (PFD); quy trình chuẩn hóa tháo dỡ chi tiết, kiểm tra khe hở vòng bù mòn, căn chỉnh trục và lắp ráp bảo dưỡng bơm.
  • Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston (10 giờ): Trình bày định nghĩa, phân loại máy nén theo số chiều nén khí trong xylanh (tác dụng đơn, tác dụng kép) và theo cấp số nén; cấu tạo chi tiết cụm van hút/xả, đĩa van, xylanh và ống lót xylanh, 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 (bằng không khí hoặc bằng nước); phân tích chu trình công tác của máy nén piston có/không có con trượt.
  • Bài 5: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí piston (65 giờ tích hợp): Quy định an toàn kỹ thuật điện khí nén; phân loại và tiêu chuẩn dầu bôi trơn; quy trình khởi động, giám sát áp suất/nhiệt độ từng cấp nén và ngừng máy nén; quy trình bảo dưỡng định kỳ gồm bảo dưỡng hàng ngày, bảo dưỡng cấp I và bảo dưỡng cấp II.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết thủy khí động lực học công nghiệp dựa trên các nguyên lý và mô hình toán - cơ bản:

  • Phương trình Euler cho máy thủy lực cánh dẫn: Thiết lập phương trình cột áp lý thuyết với số cánh vô hạn: $$H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u} - u_1 c_{1u}}{g}$$ Khi dòng vào hướng kính ($\alpha_1 = 90^\circ, c_{1u} = 0$), phương trình chuẩn hóa thành: $$H_{lc} = \frac{u_2 c_{2u}}{g}$$
  • Hệ số Prôskua và cột áp thực tế: Ứng dụng mô hình Prôskua (1931) để xác định hệ số ảnh hưởng của số lượng cánh dẫn hữu hạn $Z$ đến cột áp: $$\mu_Z = 1 - \frac{\pi}{Z}\sin\beta_2$$ Từ đó xác định cột áp thực tế thông qua hiệu suất thủy lực: $$H = \eta_H \cdot \mu_Z \cdot H_{l\infty}$$
  • Định luật đồng dạng thủy lực: Xây dựng bảng quan hệ tương tự cho bơm ly tâm khi biến thiên đồng thời hoặc riêng rẽ các thông số: số vòng quay $n$, đường kính bánh công tác $D$ và trọng lượng riêng chất lỏng $\gamma$:

$$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{n_2}{n_1}\left(\frac{D''}{D'}\right)^3, \quad \frac{H_2}{H_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2\left(\frac{D''}{D'}\right)^2, \quad \frac{N_2}{N_1} = \frac{\gamma_2}{\gamma_1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3\left(\frac{D''}{D'}\right)^5$$

  • Cân bằng lực hướng trục: Thiết lập bản chất lực dọc trục $P = P_I - P_{II}$ tác dụng lên rotor do chênh áp đĩa trước/đĩa sau và biến thiên động lượng dòng chảy; luận giải nguyên lý làm việc của đĩa cân bằng, piston cân bằng buồng $C$, vành lót kín thứ hai có lỗ giảm áp và kết cấu bánh công tác đối xứng.

Kỹ năng phát triển

Thông qua 106 giờ thực hành và thí nghiệm chuyên sâu, giáo trình rèn luyện các nhóm năng lực nghề nghiệp:

  • Kỹ năng kỹ thuật: Thao tác đóng mở van tiết lưu, đo kiểm lưu lượng tức thời bằng ống Venturi/tấm chắn, mồi chân không cho bơm, thay thế gioăng đệm cơ học, siết lực nắp hộp chèn, tháo lắp cụm van hút/xả máy nén piston, thay dầu bôi trơn theo cấp độ.
  • Kỹ năng phân tích: Đọc và phân tích đường đặc tính tổng hợp $H-Q, N-Q, \eta-Q, [H_{CK}]-Q$; tính toán điểm làm việc hệ thống; xác định vùng giới hạn làm việc không ổn định qua điểm tới hạn $T$; chẩn đoán nguyên nhân gây hiện tượng xâm thực (cavitation), tiếng gõ cơ khí và rung giật trục.
  • Kỹ năng năng lực thực hành: Điều động trơn tru hệ thống chuyển bơm liên tục không làm gián đoạn dòng công nghệ phân xưởng; thiết lập chế độ ghép bơm song song (để tăng lưu lượng với cùng cột áp) và ghép nối tiếp (để tăng áp lực làm việc).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp lý thuyết - thực hành, tập trung vào việc hình thành năng lực thao tác kỹ thuật thông qua các phương pháp giảng dạy tích cực:

                          TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC VÀ ĐÁNH GIÁ
  • Tiếp cận sư phạm: Người dạy triển khai thuyết trình ngắn, đặt câu hỏi nêu vấn đề, thao tác làm mẫu (diễn trình) các bước vận hành và tháo lắp thiết bị; hướng dẫn người học đọc tài liệu kỹ thuật chuyên ngành và phân tích các bài tập tình huống sự cố.
  • Tổ chức thảo luận và thực hành nhóm: Người học được chia thành các nhóm nhỏ từ 8 đến 10 thành viên. Nhóm trưởng phân công nhiệm vụ cụ thể cho từng cá nhân nghiên cứu chuyên đề, thảo luận giải pháp kỹ thuật, ghi chép nhật ký vận hành và lập báo cáo kỹ thuật chung.
  • Phương tiện và điều kiện thực hiện: Giảng dạy kết hợp máy chiếu, máy tính, bảng vẽ kỹ thuật với mô hình học tập mặt cắt, phụ tùng thay thế và hệ thống xưởng thiết bị máy bơm ly tâm, máy nén khí piston thực tế tại Trường Cao đẳng Dầu khí.
  • Quy chế chuyên cần và tự học: Người học bắt buộc phải chuẩn bị bài trước khi đến lớp, tham dự tối thiểu 70% thời lượng các buổi lý thuyết và 100% thời lượng các buổi thực hành xưởng. Trường hợp vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào (>0%), học viên không đủ điều kiện dự thi và phải học lại toàn bộ mô đun.
  • Phương pháp đánh giá: Áp dụng theo quy chế đào tạo tín chỉ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm quá trình (trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, kiểm tra miệng hoặc viết sau 10 giờ đầu về chuẩn A1, C1) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, kết hợp trắc nghiệm/tự luận và thao tác thực hành sau 15 giờ).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Tổ chức sau 150 giờ đào tạo, kết hợp thi lý thuyết tổng hợp và kiểm tra thao tác thực hành trực tiếp trên thiết bị xưởng nhằm đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra A1, B1, C1. Điểm tổng kết tính theo thang điểm 10, quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4.

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình Vận hành máy thủy khí I phiên bản 2022 kế thừa và phát triển từ hệ thống giáo trình, tài liệu hướng dẫn thực hành nội bộ giai đoạn 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời chuẩn hóa cấu trúc theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại:

  • Tích hợp nguồn tài liệu chuẩn mực quốc tế: Nội dung chuyên môn được đối chiếu và tham chiếu trực tiếp từ các tài liệu kinh điển của ngành công nghiệp chế biến khí và kỹ thuật bơm thế giới, bao gồm: Pump Handbook (Fourth Edition, Nhà xuất bản McGraw-Hill, 2008), A Practical Guide to Compressor Technology (Bloch & Heinz P., 2nd Edition, 2005) và Reciprocating Compressors (Hoefner, 1996).
  • Gắn kết chặt chẽ với sơ đồ công nghệ lọc hóa dầu: Thay vì chỉ khảo sát các máy thủy khí độc lập, giáo trình đưa vào phân tích và thực hành trên Sơ đồ dòng công nghệ (Process Flow Diagram - PFD), trang bị kỹ năng vận hành chuyển bơm ly tâm công nghiệp mà không làm gián đoạn áp suất và lưu lượng của dây chuyền chế biến liên tục.
  • Hệ thống hóa toàn diện các giải pháp cơ khí hiện đại: Cung cấp chi tiết các kết cấu làm kín tiên tiến (vòng đệm cơ học đơn và kép, vật liệu carbon - kim loại, đệm kín dầu seal oil), các giải pháp cân bằng lực dọc trục đa tầng (piston cân bằng, đĩa cân bằng buồng trung gian) và các chế độ bôi trơn chuyên dụng (bôi trơn cưỡng bức, bôi trơn cổ biên máy nén).
  • Nhấn mạnh an toàn công nghiệp và xử lý sự cố: Xây dựng hệ thống bảng biểu phân loại hư hỏng thường gặp, phân tích cơ chế tạo bọt ngưng tụ gây xâm thực khí động và quy trình bảo dưỡng phòng ngừa 3 cấp độ (hàng ngày, cấp I, cấp II) theo đúng yêu cầu bảo trì nhà máy dầu khí.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Là tài liệu học tập chính thức cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo kỹ thuật liên quan đến công nghệ hóa dầu, lọc dầu và chế biến khí.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): 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), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002), Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (PETR63004) và Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109).
  • Giảng viên và cán bộ quản lý đào tạo: Sử dụng làm giáo trình khung để biên soạn bài giảng lý thuyết, giáo án tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và ngân hàng đề kiểm tra định kỳ, đề thi tốt nghiệp mô đun.
  • Cán bộ kỹ thuật và nhân viên vận hành: Sử dụng làm tài liệu tham khảo tại chỗ tại các trạm bơm, trạm máy nén khí công nghiệp, hỗ trợ tra cứu thông số, xử lý sự cố tụt áp/xâm thực và thực hiện công tác bảo dưỡng định kỳ máy thủy khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế phục vụ cho đối tượng nào?

Giáo trình là tài liệu giảng dạy và học tập bắt buộc cho học sinh, sinh viên hệ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí; đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ thuật viên vận hành trạm bơm và trạm nén khí công nghiệp.

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

Người học phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyên môn: Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật, Nhiệt kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Cơ sở quá trình và thiết bị CNHH, cũng như mô đun Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa.

3. Giáo trình có cấu trúc phân bổ thời lượng như thế nào giữa lý thuyết và thực hành?

Mô đun có tổng thời lượng 150 giờ, trong đó lý thuyết chiếm 28 giờ (18,7%), thời lượng dành cho thực hành xưởng, thảo luận và bài tập tình huống chiếm tới 106 giờ (70,7%), phần còn lại là 16 giờ kiểm tra đánh giá định kỳ và kết thúc.

4. Học viên cần tuân thủ những yêu cầu gì để tự học và hoàn thành mô đun?

Học viên phải chủ động nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp, hoàn thành bài tập nhóm (8-10 người), tham gia tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và bắt buộc tham gia 100% số buổi thực hành xưởng; vắng quá mức quy định sẽ phải học lại toàn bộ mô đun.

5. Những tài liệu tham khảo chính yếu nào được sử dụng để xây dựng giáo trình?

Giáo trình tham chiếu các tài liệu nội bộ Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành năm 2017 cùng ba công trình quốc tế chuyên ngành: Pump Handbook (McGraw-Hill, 2008), A Practical Guide to Compressor Technology (Bloch & Heinz P., 2005) và Reciprocating Compressors (Hoefner, 1996).

Kết luận

Giáo trình Vận hành máy thủy khí I (PETR56107) cung cấp toàn diện hệ thống lý thuyết thủy khí động lực học và quy trình thực hành chuẩn xác đối với hai nhóm thiết bị cơ sở trong công nghiệp dầu khí: bơm ly tâm và máy nén khí piston. Thông qua việc tích hợp sâu sắc giữa công thức thủy lực thực nghiệm, bản vẽ mặt cắt cấu tạo và bài tập vận hành xưởng thực tế, tài liệu thiết lập nền tảng kỹ thuật vững chắc để học viên tiếp tục hoàn thiện các mô đun chuyên môn nâng cao như Vận hành máy thủy khí II, Vận hành thiết bị tách dầu khí, Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp kỹ thuật viên chế biến dầu khí.