Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành máy thủy khí II (Mã mô đun: PETR64108) được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí ở trình độ Cao đẳng, ban hành kèm theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Bà Rịa - Vũng Tàu). Tài liệu do tập thể giảng viên chuyên môn biên soạn, bao gồm: Lý Tòng Bá (Chủ biên), Lê Quốc Hoàng, Phạm Công Đại và Phạm Công Quang.

Trong chương trình đào tạo ngành Vận hành thiết bị chế biến dầu khí gồm tổng cộng 93 tín chỉ (2290 giờ), mô đun PETR64108 có thời lượng 4 tín chỉ (100 giờ định mức). Môn học này thuộc khối kiến thức chuyên môn nghề bắt buộc, được bố trí giảng dạy sau các môn học kỹ thuật cơ sở (Vẽ kỹ thuật - 1, Điện kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Nhiệt kỹ thuật), các mô đun công nghệ nền tảng (Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học, Sản phẩm dầu mỏ, Vận hành máy thủy khí I, Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô, Vận hành phân xưởng chế biến dầu I) và được xếp học trước mô đun Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới ba chuẩn đầu ra chính:

  • Về kiến thức (A1): Trình bày chính xác cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của máy bơm piston cùng các dòng máy nén khí công nghiệp (máy nén khí ly tâm và máy nén khí trục vít).
  • Về kỹ năng (B1, B2): Thực hiện đúng quy trình vận hành và bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ đối với bơm piston, máy nén khí ly tâm và máy nén khí trục vít; xử lý các sai hỏng kỹ thuật thông thường trong quá trình vận hành.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy định về an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, nội quy phòng học, xưởng thực hành và quy trình thao tác thiết bị cơ khí - tự động hóa; bảo đảm không để xảy ra sự cố kỹ thuật đối với hệ thống thiết bị.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế gồm 6 bài học, phân bổ theo tỷ trọng: 28 giờ lý thuyết, 66 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 6 giờ kiểm tra đánh giá. Phương pháp tiếp cận đi từ cơ sở lý thuyết kết cấu, nguyên lý thủy khí động lực học đến quy trình vận hành, bảo dưỡng và xử lý sự cố trực tiếp trên thiết bị công nghiệp. Điểm đặc sắc của giáo trình là tính chuyên biệt hóa cao cho các trạm công nghệ dầu khí, tích hợp hệ thống bảng chẩn đoán hư hỏng, các quy chuẩn thử áp lực và sơ đồ điều khiển thiết bị thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             [GIÁO TRÌNH PETR64108]
  [BƠM PISTON]                                                [MÁY NÉN KHÍ]

Các chương/chủ đề chính

  • Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm piston (11 giờ lý thuyết)

    • Khái niệm và phân loại: Định nghĩa máy thủy lực thể tích hoạt động theo nguyên lý chuyển động tịnh tiến của piston trong xi lanh. Phân loại theo số chu kỳ tác dụng (tác dụng đơn, tác dụng kép, tác dụng 3 lần với góc lệch trục khuỷu $120^\circ$, tác dụng 4 lần với góc lệch $90^\circ$); theo kết cấu (piston dạng đĩa/giáp thành dùng vòng găng/xéc măng, piston dạng trụ cho áp suất cao); theo áp suất làm việc (thấp: $P < 10\text{ at}$, trung bình: $P = 10 \div 20\text{ at}$, cao: $P > 20\text{ at}$); theo lưu lượng ($Q < 15\text{ m}^3/\text{h}$, $15 \div 60\text{ m}^3/\text{h}$, $> 60\text{ m}^3/\text{h}$).
    • Cấu tạo và cơ cấu truyền động: Phân tích hệ thống dẫn động, khớp nối trung gian (đĩa ma sát, khớp răng, khớp lò xo, khớp các đăng), bộ phận thay đổi tốc độ (hộp số, hộp giảm tốc), cơ cấu truyền lực (trục khuỷu - tay biên, con trượt, thanh truyền, trục trung gian, cụm làm kín, hộp van hút/xả) và các thiết bị phụ trợ (van an toàn, van một chiều, đường hồi lưu bypass).
    • Nguyên lý và bình ổn áp: Phân tích chu kỳ làm việc với hành trình $s = 2r$. Cơ chế hạn chế dao động áp suất/lưu lượng và ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng, va đập thủy lực bằng bình ổn áp nạp khí trơ Nitơ (gồm dạng màng cao su, dạng piston và dạng không màng). Thiết lập công thức lưu lượng lý thuyết đơn $Q_1 = F \cdot n$, lưu lượng tác dụng kép $Q_1 = (2F - f) \cdot n$, lưu lượng thực tế $Q = \eta \cdot Q_1$, lưu lượng tức thời $Q = F \cdot v$ và 4 giải pháp điều chỉnh lưu lượng (thay đổi vòng quay, dùng van tiết lưu xả hồi, thay bộ đôi xi lanh - piston, thay đổi bán kính tay quay $R$ bằng bánh lệch tâm trong bơm định lượng).

  • Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm piston (4 giờ: 3 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra)

    • An toàn vận hành và giới hạn cơ học: Tiêu chuẩn an toàn trước khởi động (kiểm tra rào chắn, đồng hồ áp lực, van an toàn, áp suất khí Nitơ bình ổn áp); các điều kiện buộc ngừng máy khẩn cấp (nứt bánh đai, mòn mặt trong xi lanh $> 1{,}5\text{ mm}$ so với đường kính danh nghĩa, ty bơm cong/nứt, hỏng đệm làm kín rò rỉ qua lỗ báo hiệu A).
    • Quy chuẩn chạy thử và chạy rà: Thao tác kiểm tra mối ghép ren, tra dầu mỡ, quay tay khớp nối; đóng điện chạy thử xả ngoài; quy định thử áp lực cụm thủy lực làm việc ở $25\text{ MPa}$ ($250\text{ kG/cm}^2$) phải chịu áp suất thử nghiệm $37{,}5\text{ MPa}$ ($375\text{ kG/cm}^2$) trong 5 phút. Quy định vận hành cho phép tăng công suất tối đa $10%$ trong thời gian không quá 5 phút. Kiểm tra định kỳ van an toàn sau mỗi 10 giờ làm việc.
    • Quy trình bôi trơn và bảo dưỡng kỹ thuật: Cơ chế bôi trơn cụm xi lanh - piston bằng chính chất lỏng bơm; quy định dừng máy xả cặn mạt kim loại qua đai ốc từ tính sau 500 giờ chạy thử đầu tiên; định kỳ thay dầu mới sau 4000 giờ làm việc; duy trì mức dầu bôi trơn khoảng $2''$ trên vạch kính thăm.
    • Bảng chẩn đoán và khắc phục hư hỏng: Phân tích 6 nhóm hư hỏng đặc thù (không tạo lưu lượng, lưu lượng suy giảm, tiếng ồn/tiếng va đập cơ học khi đảo chiều, tiếng kêu réo hộp van do xói mòn đế van, ty bơm nóng do siết gioăng quá chặt, áp suất dao động đột ngột).

  • Bài 3: Vận hành và bảo dưỡng bơm piston (20 giờ thực hành)

    • Thực hành khởi động và giám sát: Trình tự chuẩn bị hệ thống làm mát, mở van hút nối thông bể chứa, xả khí, đóng điện bật công tắc ON; theo dõi chỉ số áp kế, kiểm tra độ kín piston, kiểm tra tình trạng nước làm mát khoang xa-nhích, điều chỉnh lưu lượng trên bộ vi sai.
    • Quy trình dừng hệ thống: Phân biệt dừng thông thường (tắt OFF, đóng van chặn) và dừng khẩn cấp (cô lập nhanh khi mất áp suất do lọt khí/kẹt bi van, vỡ đường ống dẫn, tắc đường hút, hỏng thiết bị bảo vệ hoặc phát hiện chất lỏng rò qua nước làm mát do vỡ đệm xa-nhích).
    • Thực hành bảo dưỡng: Thao tác kiểm tra bulong chân máy, vệ sinh phin lọc đầu vào, bôi mỡ bảo quản khớp nối, chạy thử kiểm tra ở chế độ đường hồi Bypass trước khi khép dần van đẩy nâng áp.

  • Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí ly tâm (8 giờ lý thuyết)

    • Phân loại và kết cấu vỏ máy: Phân loại máy nén đơn cấp và đa cấp. So sánh cấu tạo vỏ tháo ngang (horizontal split casing - thuận tiện bảo trì nhưng dễ rò rỉ, không dùng cho khí nhẹ như $H_2$ ở áp cao) và vỏ tháo dọc (vertical split/barrel casing - kết cấu kéo rút lõi chịu áp suất cao).
    • Bánh công tác và màng ngăn: Cấu tạo bánh công tác hở (đơn cấp), nửa hở (cấp đầu lưu lượng lớn) và bánh công tác kín (đa cấp, ghép trục bằng độ dôi). Kết cấu màng ngăn (diaphragm) chế tạo bằng gang/kim loại cứng cố định với vỏ, tích hợp đường ống nước làm mát bên trong nhằm triệt tiêu giãn nở nhiệt va quẹt cánh quạt.
    • Cánh dẫn hướng và hệ thống làm kín: Cánh dẫn hướng (guide vane/diffuser) đặt tại đầu hút (có thể điều chỉnh góc mở để điều khiển năng suất/công suất máy) hoặc cuối màng hồi. Hệ thống các bộ làm kín: vòng làm kín khuất khúc (labyrinth seal) dạng răng so le tạo không gian rối (có rãnh hứng khí độc hại hoặc dẫn khí trơ áp cao), vòng đệm kín giới hạn, vòng làm kín tiếp xúc cơ học và đệm màng lỏng đi kèm trạm dầu cấp áp lực.
    • Cơ cấu phụ trợ: Ổ bi chặn lực hướng tâm, ổ bi chặn lực dọc trục, ngăn cân bằng (balance drum) triệt tiêu lực dọc trục sinh ra do chênh áp các tầng cánh, hệ thống làm mát trung gian và làm mát sau nén.

  • Bài 5: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít (7 giờ: 6 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra)

    • Khái niệm máy nén khí trục vít thể tích.
    • Phân tích cấu tạo cặp trục vít đực - cái (male/female rotor) ăn khớp.
    • Chu trình làm việc 3 giai đoạn: hút khí, nén thể tích và đẩy khí qua cửa xả.
    • Đánh giá sự phụ thuộc giữa góc xoắn $\varphi$ với tỉ số thể tích khe hở thực tế/lý thuyết.
    • Cấu tạo và nguyên lý mạch dầu tuần hoàn: phun dầu bôi trơn ổ đỡ, làm kín khe hở trục vít, làm mát nhiệt nén và tách dầu hồi lưu.

  • Bài 6: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí (50 giờ: 46 giờ thực hành, 4 giờ kiểm tra)

    • Quy trình vận hành hệ thống máy nén khí ly tâm công nghiệp và máy nén khí trục vít chuyên dụng (hệ thống Boge C30).
    • Trình tự thiết lập thông số, khởi động, điều khiển tải và dừng hệ thống qua bảng điều khiển điện tử.
    • Thao tác bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ: kiểm tra hệ thống bôi trơn, thay thế lọc dầu, lọc khí, kiểm tra độ kín vòng làm kín và căn chỉnh khe hở kỹ thuật.

Progression logic của giáo trình phát triển chặt chẽ theo hai trục: từ thiết bị vận chuyển chất lỏng thể tích (Bài 1-3) đến thiết bị nén chất khí động năng và thể tích (Bài 4-6); đồng thời đi từ cơ sở lý thuyết cấu tạo/nguyên lý sang quy trình công nghệ và kỹ năng thực hành xưởng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nhiệt - thủy khí động lực học: Các định luật về chuyển động chất lỏng thể tích, phương trình dòng chảy, quá trình biến thiên áp suất - lưu lượng, lý thuyết nén khí đa cấp và làm mát trung gian.
  • Nguyên lý cân bằng và làm kín cơ khí: Nguyên lý triệt tiêu lực đẩy dọc trục thông qua ngăn cân bằng (balance drum); nguyên lý tạo dòng xoáy cản khí qua khe hẹp labyrinth và nguyên lý tạo màng dầu làm kín áp lực cao.
  • Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn: Quy chuẩn thử bền/thử kín cơ học ($1{,}5$ lần áp suất danh định); định mức rung động, nhiệt độ ổ đỡ và giới hạn mài mòn chi tiết máy.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc - phân tích bản vẽ cấu tạo máy nén và bơm công nghiệp; thao tác đóng cắt nguồn động lực, vận hành hệ thống van công nghệ, căn chỉnh góc mở cánh dẫn hướng và điều chỉnh lưu lượng qua bộ vi sai hoặc mạch bypass.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đo đạc, giám sát và phân tích các thông số nhiệt độ, áp suất, dòng điện; chẩn đoán nguyên nhân gây va đập thủy lực, tiếng kêu hộp van, hiện tượng xâm thực dòng chảy, rò rỉ khí độc hại hoặc nứt hỏng gioăng phớt.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành độc lập trạm bơm piston và máy nén khí ly tâm/trục vít đúng quy trình kỹ thuật; thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng phòng ngừa định kỳ (thay dầu, vệ sinh phin lọc, bảo dưỡng bình ổn áp nạp khí Nitơ, căn chỉnh bulong bệ máy).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương diện Quy định chi tiết theo chương trình mô đun
Phương pháp giảng dạy Áp dụng phương pháp dạy học tích cực: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, phân tích tình huống thực tế và hướng dẫn mẫu thao tác xưởng.
Tổ chức học tập Chia nhóm nhỏ từ 8 – 10 sinh viên; nhóm trưởng phân công nhiệm vụ nghiên cứu, chuẩn bị chủ đề thảo luận, ghi chép nhật ký kỹ thuật và thực hiện báo cáo nhóm.
Thực hành xưởng Bố trí tại Xưởng thiết bị dầu khí với các trang thiết bị chuẩn: trạm bơm piston, hệ thống máy nén khí trục vít Boge C30, máy nén khí ly tâm và hệ thống bảng điều khiển mô phỏng.
Yêu cầu chuyên cần Sinh viên bắt buộc tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết (vắng $> 30%$ phải học lại) và 100% số buổi học thực hành.

Phương thức kiểm tra và đánh giá kết quả học tập được thực hiện theo quy chế đào tạo tín chỉ (Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH) và hướng dẫn của Trường Cao đẳng Dầu khí:

TỔNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ MÔ ĐUN (Thang 10 quy đổi sang Thang 4)

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính kế thừa và cập nhật: Giáo trình biên soạn năm 2022 trên cơ sở chuẩn hóa, tích hợp và nâng cấp nội dung từ các bộ tài liệu đào tạo nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí (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 công nghệ thiết bị hiện đại: Bổ sung cấu tạo và quy trình vận hành trực tiếp trên hệ thống máy nén khí trục vít hiện đại có bảng điều khiển kỹ thuật số (điển hình là hệ máy nén khí trục vít Boge C30); phân tích chi tiết các hệ thống làm kín nâng cao như đệm màng lỏng có trạm dầu độc lập và vòng làm kín khuất khúc có rãnh cấp khí trơ bảo vệ.
  • Gắn kết thực tiễn ngành lọc hóa dầu: Nội dung bài học bám sát điều kiện vận hành tại các công trình khoan - khai thác và nhà máy chế biến dầu khí, xử lý trực tiếp các môi chất có tính chất nguy hại, độc hại, áp suất cực cao ($> 200\text{ at}$) hoặc các loại khí nhẹ ($H_2$) đòi hỏi kết cấu vỏ tháo dọc đặc thù.
  • Chuẩn hóa học thuật quốc tế: Nội dung lý thuyết và định mức kỹ thuật tham chiếu trực tiếp từ các tài liệu chuyên khảo quốc tế tiêu chuẩn trong ngành cơ khí thủy khí:
    1. Pump Handbook (McGraw-Hill, 4th Edition, 2008).
    2. A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch, 2nd Edition, 2005).
    3. Reciprocating Compressors (Hoefner, 1996).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học viên/Sinh viên: Giáo trình là tài liệu học tập chính thức cho sinh viên trình độ Cao đẳng hệ chính quy nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Môn học được giảng dạy tại giai đoạn chuyên ngành (năm thứ 2 hoặc năm thứ 3).
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở gồm:
    • Các học phần kỹ thuật nền tảng: Vẽ kỹ thuật - 1 (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002).
    • Các mô đun công nghệ chuyên ngành: Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (PETR63004), Vận hành máy thủy khí I (PETR56107), Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115), Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để thiết kế giáo án lý thuyết, đề cương hướng dẫn thực hành xưởng, lập phiếu phân tích công việc và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc mô đun.
  • Kỹ sư, công nhân vận hành: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật về quy trình thao tác máy, thông số thử áp lực, định mức thay dầu bôi trơn và bảng xử lý sự cố thiết bị tại các nhà máy lọc dầu, trạm xử lý khí và trạm nén khí công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời phù hợp làm tài liệu bồi dưỡng tay nghề cho kỹ thuật viên vận hành, bảo dưỡng cơ khí tại các phân xưởng công nghệ dầu khí.

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

Sinh viên cần tích lũy các kiến thức về vẽ kỹ thuật cơ khí, điện kỹ thuật, nguyên lý nhiệt - động lực học, quá trình truyền khối - truyền chất và đặc biệt là kỹ năng vận hành các thiết bị thủy lực cơ bản đã học trong mô đun Vận hành máy thủy khí I.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết máy thủy khí thông thường?

Giáo trình phân bổ đến 66% thời lượng cho thực hành trực tiếp trên thiết bị xưởng; tập trung giải quyết các bài toán vận hành công nghệ thực tế (như kiểm soát nạp khí Nitơ trong bình ổn áp, xử lý giãn nở nhiệt màng ngăn máy nén, ngăn ngừa rò rỉ khí độc qua vòng khuất khúc và xử lý sự cố kẹt van, rách màng đàn hồi).

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo các câu hỏi thảo luận ở cuối mỗi bài; kết hợp ghi chép sơ đồ nguyên lý với việc quan sát trực tiếp vị trí các van, phin lọc, đồng hồ đo áp trên mô hình máy thực hành; nắm vững các mốc thời gian kỹ thuật (kiểm tra van an toàn sau 10 giờ, xả dầu chạy rà sau 500 giờ, thay dầu định kỳ sau 4000 giờ).

5. Những tài liệu bổ trợ nào cần sử dụng kèm theo?

Cần kết hợp giáo trình với bộ Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm (2017) và Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (2017) của Trường Cao đẳng Dầu khí cùng các sổ tay tra cứu chuyên ngành như Pump Handbook (McGraw-Hill) và A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch).

Kết luận

Giáo trình mô đun Vận hành máy thủy khí II (PETR64108) đóng vai trò là tài liệu đào tạo chuyên môn then chốt trong chương trình Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí của Trường Cao đẳng Dầu khí. Văn bản cung cấp đầy đủ dữ liệu kỹ thuật, nguyên lý động lực học và các quy trình thao tác thực tế đối với ba dòng thiết bị cơ bản trong công nghệ lọc hóa dầu: bơm piston, máy nén khí ly tâm và máy nén khí trục vít. Lộ trình đào tạo được tổ chức liên tục từ lý thuyết kết cấu (Bài 1, 4, 5) sang chuẩn hóa quy trình an toàn - bảo dưỡng (Bài 2) và hoàn thiện năng lực thao tác xưởng (Bài 3, 6). Kết hợp cùng các tài liệu thực hành và sổ tay tra cứu chuyên ngành, giáo trình bảo đảm cho người học khả năng tiếp nhận, làm chủ và vận hành an toàn hệ thống thiết bị chế biến dầu khí trong môi trường sản xuất công nghiệp.