GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: VẬN HÀNH MÁY THỦY KHÍ II (MÃ MÔ ĐUN: PETR64108)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vận hành máy thủy khí II (Mã mô đun: PETR64108) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, 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 tập thể giảng viên khoa chuyên ngành biên soạn, gồm Chủ biên Lý Tòng Bá và các tác giả Lê Quốc Hoàng, Phạm Công Đại, Phạm Công Quang.

Trong khung chương trình đào tạo chuyên ngành chế biến dầu khí, mô đun PETR64108 có thời lượng 4 tín chỉ (tổng số 100 giờ đào tạo, bao gồm 28 giờ lý thuyết, 66 giờ thực hành/thảo luận và 6 giờ kiểm tra định kỳ/kết thúc). Về tiến trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau các mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn cơ bản như Vẽ kỹ thuật - 1 (MECM52003), Điện kỹ thuật 2 (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), 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); đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên sâu như Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (PETR64117), Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118) và Thực tập sản xuất (PETR54219).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn đầu ra kiến thức (A1): Trình bày và phân tích được cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động của máy bơm piston và các dạng máy nén khí công nghiệp (máy nén khí ly tâm, máy nén khí trục vít).
  • Chuẩn đầu ra kỹ năng (B1, B2): Thực hiện chuẩn xác các thao tác kiểm tra, khởi động, điều chỉnh thông số, chuyển đổi chế độ, dừng hệ thống và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị bơm piston, máy nén ly tâm và máy nén trục vít theo đúng quy trình công nghệ và kỹ thuật an toàn.
  • Chuẩn đầu ra năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng chống cháy nổ (PCCC), nội quy nhà xưởng công nghiệp dầu khí; có khả năng độc lập xử lý các sai lệch kỹ thuật thông thường và ghi chép nhật ký vận hành ca kíp.

Cấu trúc giáo trình phân bổ thời lượng với tỷ trọng thực hành cao (chiếm 66% tổng quỹ thời gian), liên kết trực tiếp giữa các thông số động lực học chất lưu với các kịch bản vận hành và bảo dưỡng tại trạm công nghệ. Điểm đặc thù của tài liệu là tiếp cận trực tiếp cấu tạo cơ khí chi tiết và các dạng hư hỏng vật lý của thiết bị áp lực cao làm việc với môi chất dầu nhờn, hydrocarbon lỏng và khí công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 bài học được phân chia theo logic từ cơ sở lý thuyết cấu tạo đến quy trình vận hành và kỹ thuật bảo dưỡng chuyên sâu cho từng nhóm thiết bị:

  • Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm piston (11 giờ lý thuyết): Giới thiệu định nghĩa bơm thể tích hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển thể tích của piston trong xylanh qua hệ thống van hút - van xả; phân tích ưu điểm (tạo áp suất cao trên $200\text{ at}$, độ cao nâng lớn) và nhược điểm (lưu lượng không đều, kết cấu cồng kềnh, rung động); phân loại theo số lần tác dụng (đơn, kép, 3 lần lệch pha $120^\circ$, 4 lần lệch pha $90^\circ$), theo kết cấu (dạng đĩa giáp thành dùng séc-măng cao su/kim loại, dạng trụ chịu áp cao), theo áp suất ($<10\text{ at}$, $10\text{–}20\text{ at}$, $>20\text{ at}$) và theo lưu lượng ($<15\text{ m}^3/\text{h}$, $15\text{–}60\text{ m}^3/\text{h}$, $>60\text{ m}^3/\text{h}$). Trình bày cấu tạo chi tiết các bộ phận: hệ thống dẫn động, ly hợp đĩa ma sát/khớp nối răng/lò xo/trục các đăng, hộp giảm tốc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền, con trượt, xylanh, cụm van hút - van xả, van an toàn; cấu tạo và nguyên lý của bình ổn áp hút/đẩy (loại có màng cao su, loại piston, loại không màng nạp khí trơ Nitơ); công thức xác định lưu lượng trung bình $Q_1 = F \cdot n$ (tác dụng đơn), $Q_1 = (2F - f) \cdot n$ (tác dụng kép), lưu lượng tức thời $Q = F \cdot v$; các phương pháp điều chỉnh lưu lượng (thay đổi số vòng quay động cơ, dùng hộp số, dùng đường tuần hoàn bypass qua van tiết lưu, thay đổi kích thước bộ đôi xylanh - piston, thay đổi chiều dài hành trình qua bánh lệch tâm).

  • Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm piston (3 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Quy định an toàn vận hành (kiểm tra rào chắn an toàn, áp kế, van an toàn, áp suất khí Nitơ trong bình điều hòa, dừng vận hành khi nứt bánh đai, xói mòn đường kính xylanh $>1{,}5\text{ mm}$, ty bơm cong gãy); quy trình chạy thử và chạy rà mối ghép sau sửa chữa (thử áp lực tĩnh hộp thủy lực ở $37{,}5\text{ MPa}$ trong 5 phút với áp suất làm việc $25\text{ MPa}$); kiểm tra định kỳ van an toàn sau mỗi 10 giờ làm việc; chế độ bôi trơn máy bơm (dầu nhờn, mỡ bôi trơn, quy định thay dầu lần đầu sau 500 giờ chạy rà qua đai ốc xả từ tính và chu kỳ định kỳ sau 4000 giờ làm việc, kiểm tra mực dầu duy trì ở mức $2\text{ inch}$ trên vạch chỉ thị); bảng phân tích nguyên nhân và biện pháp khắc phục các dạng hư hỏng (bơm không tạo lưu lượng, lưu lượng suy giảm, tiếng gõ thủy lực, nóng ty bơm, áp suất đường ống biến đổi đột ngột).

  • Bài 3: Vận hành và bảo dưỡng bơm piston (20 giờ thực hành): Thực hành thao tác chuẩn bị, xả khí (mồi bơm), kiểm tra hệ thống làm mát, mở van công nghệ; thao tác khởi động hệ thống; giám sát độ kín cụm gioăng phớt, tình trạng xích-măng, đệm làm kín (xa-nhích); quy trình dừng bơm thông thường và dừng khẩn cấp (khi phát hiện va đập cơ học do thiếu dầu bôi trơn, lưu chất rò rỉ vào nước làm mát do hỏng xa-nhích, mất áp suất, tắc nghẽn đường ống hoặc hỏng hệ thống bảo vệ); thực hành bảo dưỡng định kỳ các cụm chi tiết và thử tải chế độ bypass nâng dần áp suất.

  • Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí ly tâm (8 giờ lý thuyết): Phân loại máy nén ly tâm đơn cấp và nhiều cấp; cấu tạo thân vỏ dạng tháo ngang (phù hợp bảo dưỡng nhanh nhưng giới hạn khi nén khí nhẹ như $\text{H}_2$ ở áp suất cao) và vỏ tháo dọc (chịu áp lực cao, hạn chế rò rỉ khí độc hại); các chủng loại bánh công tác (impeller: hở, nửa hở, kín; phương pháp ghép then đơn cấp và ghép độ dôi nhiều cấp); cấu tạo màng ngăn (diaphragm) chế tạo bằng gang/thép hợp kim có tích hợp khoang nước làm mát tuần hoàn chống giãn nở nhiệt; cánh dẫn hướng (guide vane/diffuser) dạng cố định và dạng điều chỉnh góc mở để điều biến lưu lượng; các dạng kết cấu vòng làm kín (seal): vòng làm kín kiểu khuất khúc (labyrinth seal) dạng răng cưa kim loại mềm, vòng làm kín có rãnh hứng khí rò rỉ hoặc dẫn khí trơ áp lực cao, vòng đệm kín giới hạn, vòng làm kín tiếp xúc cơ học, đệm màng lỏng; nguyên lý ngăn cân bằng khử lực dọc trục; hệ thống bôi trơn cưỡng bức và hệ thống làm mát khí nén (làm mát trong, làm mát trung gian intercooler, làm mát sau aftercooler); phương thức ghép nối trạm máy nén song song và nối tiếp.

  • Bài 5: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít (6 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Khái niệm và phân loại máy nén trục vít (loại không dầu/ngập dầu; loại trục vít đơn/trục vít đôi); cấu tạo cặp rotor trục vít biên dạng răng ăn khớp (trục đực - male rotor và trục cái - female rotor), cửa hút, cửa xả; nguyên lý làm việc chu kỳ 3 giai đoạn: hút khí, nén thể tích và đẩy khí; mối quan hệ giữa góc xoắn $\varphi$ với tỷ số thể tích khe hở lý thuyết và thực tế; sơ đồ hệ thống máy nén trục vít có vòng tuần hoàn dầu bôi trơn/tách dầu; khảo sát cấu tạo và bảng điều khiển máy nén khí trục vít công nghiệp Boge C30.

  • Bài 6: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí (46 giờ thực hành, 4 giờ kiểm tra): Thực hành quy trình kiểm tra các điều kiện công nghệ trước khởi động; thao tác khởi động máy nén ly tâm và máy nén trục vít; giám sát nhiệt độ khí nén, áp suất dầu bôi trơn, độ rung trục máy; thực hiện các thao tác chuyển đổi tải, dừng máy thông thường và dừng sự cố; thực hiện quy trình bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ hệ thống máy nén khí ly tâm và trục vít.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống kiến thức nền tảng dựa trên:

  1. Lý thuyết thủy lực và nhiệt động học chất khí: Nguyên lý trao đổi năng lượng dạng thể tích (áp lực thủy tĩnh) của piston/trục vít và trao đổi năng lượng dạng động lực học (biến đổi động năng vận tốc thành áp năng thông qua bánh công tác ly tâm và cánh khuếch tán diffuser).
  2. Cơ học truyền động và kết cấu máy: Động học cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến (trục khuỷu - thanh truyền, bánh lệch tâm), cơ cấu ăn khớp trục vít xoắn, tính toán mối ghép cơ khí chịu tải động và cân bằng lực dọc trục máy nén bằng ngăn cân bằng khí động.
  3. Kỹ thuật làm kín và bôi trơn công nghiệp: Cơ chế tạo màng dầu bôi trơn thủy động, ma sát trượt và mài mòn vật liệu; nguyên lý cản trở rò rỉ chất lưu qua mê cung áp suất của vòng đệm khuất khúc (labyrinth) và vòng làm kín màng chất lỏng.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện chính xác tên gọi, vị trí và chức năng của từng chi tiết cơ khí bên trong máy thủy khí; đọc hiểu bản vẽ mặt cắt kết cấu bơm piston, máy nén khí ly tâm nhiều cấp và máy nén trục vít Boge C30.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích đồ thị dao động áp suất và lưu lượng; tính toán các thông số làm việc cơ bản ($Q_1, Q, \text{áp suất thử nghiệm } 37{,}5\text{ MPa}$); chẩn đoán nguyên nhân gây sự cố qua các dấu hiệu âm học (tiếng gõ va đập thủy lực, tiếng rít hộp van), thông số đo lường (độ sụt áp, quá nhiệt, rò rỉ dung dịch).
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thực hiện đúng trình tự chuẩn bị, khởi động, điều chỉnh, dừng và cô lập thiết bị; vận hành hệ thống van công nghệ, van bypass; thay thế dầu bôi trơn qua rốn xả từ tính theo định mức giờ máy; kiểm tra khe hở và bảo dưỡng các mối liên kết cơ khí trong phân xưởng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp đào tạo tích hợp mô đun nghề nghiệp, kết hợp giữa bài giảng lý thuyết chuyên đề và thực hành trực tiếp tại trạm máy:

  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực gồm thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu kỹ thuật; chia nhóm học tập từ 8 đến 10 sinh viên để thực hiện các bài tập tình huống và thảo luận chuyên đề trước các buổi thao tác thực hành.
  • Bài tập và xử lý tình huống kỹ thuật (Case studies): Các câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài học tập trung vào giải quyết các bài toán kỹ thuật thực tế, ví dụ: phân tích sự cố áp suất đường ống tăng/giảm đột ngột, xử lý hiện tượng chất lỏng thoát ra đường nước làm mát do vỡ đệm xa-nhích, biện pháp nạp và duy trì khí trơ Nitơ trong bình ổn áp để ngăn ngừa cháy nổ và triệt tiêu dao động lưu lượng.
  • Bài tập thực hành (Practical exercises): Bố trí 66 giờ thao tác trực tiếp tại Xưởng thiết bị dầu khí với trang thiết bị thực tế (hệ thống bơm piston, hệ thống máy nén khí trục vít Boge C30 và bảng điều khiển). Sinh viên thực hiện tuần tự: kiểm tra an toàn cơ khí, cân chỉnh độ chặt bulông liên kết, tra mỡ các khớp động, khởi động hệ thống theo quy trình chuẩn, vận hành chế độ tuần hoàn bypass và cô lập thiết bị khi xảy ra sự cố giả định.
  • Phương pháp đánh giá kết quả học tập (Assessment methods): Áp dụng theo Quy chế đào tạo Cao đẳng chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội).
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, chiếm 40% trọng số): Gồm 1 bài kiểm tra vấn đáp/viết/trắc nghiệm sau 10 giờ học (đánh giá chuẩn đầu ra A1, C1).
    • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) và Điểm thi kết thúc mô đun (chiếm 60% trọng số): Tổ chức đánh giá toàn diện sau 100 giờ đào tạo bằng hình thức tự luận/trắc nghiệm kết hợp thực hành thao tác kỹ thuật trực tiếp tại xưởng (đánh giá các chuẩn đầu ra A1, B1, B2, C1).
    • Thang điểm đánh giá là thang điểm 10 (làm tròn một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.
  • Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines): Người học bắt buộc nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp; tham gia tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại) và bắt buộc tham dự 100% thời lượng các buổi thực hành tại xưởng; chủ động ghi chép và nộp báo cáo kết quả thảo luận nhóm theo đúng tiến độ quy định.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cập nhật dữ liệu kỹ thuật: Giáo trình kế thừa và chuẩn hóa nội dung từ các bộ giáo trình nội bộ giai đoạn 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), bổ sung cập nhật các tiêu chuẩn quy trình kỹ thuật theo chương trình đào tạo nghề của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội ban hành năm 2022.
  • Tích hợp tài liệu chuyên khảo quốc tế: Nội dung lý thuyết và tính toán được đối chiếu với các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành chuẩn mực trên thế giới, bao gồm:
    • Pump Handbook (McGraw-Hill, Tái bản lần thứ 4, năm 2008).
    • A Practical Guide to Compressor Technology của tác giả Heinz P. Bloch (Tái bản lần thứ 2, năm 2005).
    • Chuyên khảo Reciprocating Compressors của tác giả Hoefner (năm 1996).
  • Mức độ gắn kết với thực tế công nghiệp dầu khí: Giáo trình phản ánh trực tiếp các quy chuẩn vận hành và thiết bị đặc thù đang hoạt động trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy chế biến khí và trạm khai thác:
    • Bổ sung cấu tạo chi tiết các dạng làm kín phức hợp (vòng làm kín khuất khúc có rãnh thu hồi khí độc hại, vòng đệm màng lỏng) sử dụng cho dòng khí công nghiệp chứa tạp chất hoặc dễ bắt cháy.
    • Hướng dẫn vận hành trên dòng máy nén khí trục vít công nghiệp Boge C30, bao gồm giao diện màn hình điều khiển và các chu kỳ bảo dưỡng màng lọc, tách dầu thực tế.
    • Quy định áp suất thử nghiệm tĩnh ($37{,}5\text{ MPa}$) và thử tải chịu áp ($25\text{ MPa}$), đảm bảo mức độ an toàn cơ học nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chính quy: Sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí (năm thứ 2 và năm thứ 3). Tài liệu cung cấp toàn bộ kiến thức và kỹ năng nền tảng phục vụ cho giai đoạn làm đồ án môn học, thực tập sản xuất tại doanh nghiệp dầu khí và thi tốt nghiệp.
  • Kiến thức tiên quyết cần có (Prerequisites): Người học cần nắm vững kiến thức các môn học: Vẽ kỹ thuật - 1 (đọc bản vẽ cụm chi tiết máy), Điện kỹ thuật 2 (động cơ điện dẫn động), Nhiệt kỹ thuật (nhiệt động học quá trình nén và giãn nở khí), Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học và Vận hành máy thủy khí I (các dạng bơm động năng cánh dẫn).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để xây dựng đề cương bài giảng chi tiết, kế hoạch giảng dạy lý thuyết, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành tại xưởng và làm cơ sở biên soạn ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá định kỳ, kết thúc mô đun.
  • Cán bộ kỹ thuật và người tự học: Tài liệu là nguồn tham khảo phục vụ công tác đào tạo nội bộ, thi nâng bậc thợ cho kỹ thuật viên, công nhân vận hành thiết bị quay (rotating equipment) tại các trạm nén khí, phân xưởng công nghệ lọc - hóa dầu và các nhà máy chế biến khí công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề ngành Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên kỹ thuật và công nhân vận hành các trạm máy nén khí, bơm áp lực cao trong các nhà máy công nghiệp.

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

Người học cần tích lũy các kiến thức cơ sở về vẽ kỹ thuật cơ khí, điện kỹ thuật, nhiệt động học chất khí, cơ cấu truyền động và đã hoàn thành mô đun Vận hành máy thủy khí I (nghiên cứu về máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm).

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

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào các dòng máy nén khí áp lực cao (ly tâm, trục vít) và bơm piston thể tích làm việc trong điều kiện công nghiệp dầu khí; cung cấp chi tiết quy trình chạy rà mối ghép, thử áp lực tĩnh ($37{,}5\text{ MPa}$), xử lý rò rỉ khí độc qua vòng làm kín khuất khúc và hướng dẫn trực tiếp trên thiết bị công nghiệp Boge C30.

4. Làm sao để tự học và tiếp thu tốt nội dung giáo trình?

Người học cần kết hợp đọc trước lý thuyết phân loại, cấu tạo từng cụm chi tiết máy; vẽ lại sơ đồ dòng chảy chất lưu và chu kỳ hoạt động; liên hệ các thông số vận hành với các câu hỏi thảo luận về xử lý sự cố cơ học và tuân thủ tuyệt đối quy trình an toàn khi thực hành tại xưởng.

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

Kèm theo giáo trình là hệ thống giáo án thực hành, mô hình cắt bổ thiết bị tại xưởng, quy trình vận hành máy nén Boge C30 và các tài liệu tham khảo chuyên ngành như Pump Handbook (McGraw-Hill, 2008), A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch, 2005) và các tài liệu hướng dẫn thực hành bơm, máy nén của Trường Cao đẳng Dầu khí (2017).

Kết luận

Giáo trình Vận hành máy thủy khí II (PETR64108) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và quy chuẩn kỹ thuật vận hành, bảo dưỡng đối với máy bơm piston, máy nén khí ly tâm và máy nén khí trục vít. Với việc tích hợp cân đối giữa lý thuyết cơ học chất lưu và 66% thời lượng thao tác thực hành, giáo trình thiết lập tiến trình học tập chặt chẽ: tiếp cận cấu tạo $\rightarrow$ phân tích nguyên lý $\rightarrow$ quy trình vận hành an toàn $\rightarrow$ kỹ thuật bảo dưỡng định kỳ và xử lý sự cố. Đây là cơ sở học liệu phục vụ hiệu quả cho việc phát triển năng lực thực hành nghề nghiệp của sinh viên chuyên ngành chế biến dầu khí cũng như công tác vận hành thiết bị tại các nhà máy công nghiệp.