THÔNG TIN THƯ MỤC VÀ TỔNG QUAN NỘI DUNG GIÁO TRÌNH: MÁY THỦY KHÍ I

  • Tên giáo trình / mô đun: Vận hành Máy thủy khí I
  • Mã mô đun: PETR56107 (Mã tương đương: PETRS4107)
  • Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Dầu khí (PVMTC) – Tập đoàn Dầu khí Việt Nam
  • Quyết định ban hành: Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022
  • Ban biên soạn: GV. Phạm Thị Hải Yến (Chủ biên), ThS. Hồ Quang Phổ, ThS. Chu Thị Ngọc Anh, TS. Nguyễn Huỳnh Đông, KS. Phạm Công Quang
  • Nghề đào tạo: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí
  • Trình độ đào tạo: Cao đẳng / Trung cấp chuyên nghiệp
  • Thời lượng đào tạo: 150 giờ (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận: 106 giờ; Kiểm tra: 16 giờ) – 06 tín chỉ

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vận hành Máy thủy khí I là tài liệu giảng dạy chính thức thuộc khối kiến thức chuyên môn nghề trong chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí. Trong tiến trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau các môn học kỹ thuật cơ sở và mô đun Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109); đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi học sinh, sinh viên tiếp cận các mô đun chuyên sâu như Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt (PETR53111), Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115), Vận hành phân xưởng chế biến dầu (PETR56116) và Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118).

Về mục tiêu học tập (Learning Outcomes), giáo trình trang bị cho người học ba nhóm chuẩn đầu ra cụ thể:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Trình bày và phân tích được cấu tạo chi tiết, nguyên lý động học, đặc tính làm việc của bơm ly tâm và máy nén khí kiểu piston.
  • Chuẩn kỹ năng (B1, B2): Thực hiện đúng quy trình khởi động, vận hành ổn định, dừng hệ thống, ghép nối thiết bị và bảo dưỡng định kỳ các loại bơm ly tâm và máy nén khí piston; phát hiện và xử lý được các sự cố kỹ thuật phổ biến.
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C2, C3): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), nội quy nhà xưởng; thực hiện quy trình thao tác chuẩn xác, bảo đảm an toàn cho thiết bị cơ khí, hệ thống điện và hệ thống điều khiển tự động hóa liên quan.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 bài học được thiết kế theo mô hình tích hợp lý thuyết - thực hành, trong đó thời lượng thực hành và thực tập thao tác chiếm 106/150 giờ (trên 70% tổng thời lượng). Cách tiếp cận này giúp chuyển hóa trực tiếp kiến thức thủy lực, khí nén lý thuyết thành năng lực điều khiển, kiểm tra và bảo trì thiết bị trong môi trường công nghiệp lọc - hóa dầu và chế biến khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được phân bổ thành 5 bài học với tiến trình logic từ cấu tạo lý thuyết, quy trình vận hành - bảo dưỡng đến thực hành trực tiếp trên thiết bị:

Bài 1: Cấu tạo & Nguyên lý bơm ly tâm (10h)
  • Bài 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm (10 giờ lý thuyết): Giới thiệu định nghĩa bơm ly tâm là máy thủy lực cánh dẫn; phân tích ưu nhược điểm; phân loại theo cột áp ($H < 20\text{ m}$, $H = 20 - 60\text{ m}$, $H > 60\text{ m}$), theo số cấp (bơm 1 cấp, bơm nhiều cấp đến 8–12 bánh công tác), theo cánh dẫn vào (bơm 1 miệng hút, 2 miệng hút), theo trục bố trí (trục ngang, trục đứng). Phân tích 5 thông số làm việc cơ bản: Lưu lượng ($Q$), Cột áp ($H = \frac{P}{\gamma}$), Công suất ($N$), Hiệu suất ($\eta = \eta_Q \cdot \eta_h \cdot \eta_m$) và Chiều cao hút cho phép ($H_{cp} \le 10\text{ m}$ cột nước). Mô tả chi tiết cấu tạo bánh công tác (dạng hở, nửa hở, dạng kín), vỏ bơm (vỏ tròn, vỏ xoắn ốc volute casing), vòng bù độ mòn (wear rings), hộp làm kín (packing box), vòng bôi trơn (lantern rings), đệm cơ học (mechanical seal), ổ bi chống chuyển động ngang (thrust bearing) và ổ trượt.
  • Bài 2: Quy trình vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (5 giờ: 4 giờ LT, 1 giờ kiểm tra): Trình bày quy trình kiểm tra trước khởi động, kỹ thuật mồi bơm, thao tác dừng bơm; hướng dẫn bảo dưỡng phần ngoài và phần trong thân bơm; phân loại các nguyên nhân và biện pháp khắc phục sự cố kỹ thuật: lưu lượng và áp suất đầu ra thấp, mất tác dụng mồi sau khởi động, rò rỉ hộp làm kín, tiêu hao công suất quá mức, hiện tượng rung chấn và tiếng ồn, mất đường hút liên tục và hiện tượng xâm thực (cavitation).
  • Bài 3: Thực hành vận hành và bảo dưỡng bơm ly tâm (60 giờ: 53 giờ TH, 7 giờ kiểm tra): Thực hành quy trình khởi động và dừng hệ thống bơm; vận hành hệ thống ghép bơm song song (cùng cột áp $H_1 = H_2 = \dots = H_i$, lưu lượng $Q_c = Q_1 + Q_2$) và ghép bơm nối tiếp (cùng lưu lượng $Q_1 = Q_2 = \dots = Q_i$, cột áp $H_c = H_1 + H_2$); thực hành thao tác chuyển đổi bơm (chuyển bơm); thực hiện quy trình tháo lắp, kiểm tra độ mòn và sửa chữa các chi tiết cơ khí của bơm ly tâm theo sơ đồ công nghệ PFD.
  • Bài 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston (10 giờ: 9 giờ LT, 1 giờ kiểm tra): Định nghĩa máy nén khí và trạm máy nén; phân loại theo số chiều nén trong xylanh (tác dụng đơn, tác dụng kép), theo cấp số nén (máy nén 1 cấp, máy nén nhiều cấp); khảo sát chi tiết kết cấu van hút, van xả, đĩa van, xylanh, ống lót xylanh, vòng chèn kim loại (xéc măng), nắp hộp vòng chèn, thanh truyền, con trượt, cổ biên, ổ bi; phân tích hệ thống bôi trơn (kiểu vung tóe, kiểu cưỡng bức) và hệ thống làm mát (làm mát bằng cánh tản nhiệt không khí, làm mát bằng nước tuần hoàn); nguyên lý làm việc của máy nén có con trượt và không có con trượt.
  • Bài 5: Vận hành và bảo dưỡng máy nén khí piston (65 giờ: 5 giờ LT, 53 giờ TH, 7 giờ kiểm tra): Quy định an toàn vận hành trạm nén khí; tiêu chuẩn nhiên liệu, dầu mỡ bôi trơn chuyên dụng; trình tự khởi động, giám sát áp suất, nhiệt độ và dừng 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 thiết lập hệ thống cơ sở lý thuyết thủy lực học và động lực học chất khí ứng dụng:

  • Phương trình Euler (Ơle) cho máy thủy lực cánh dẫn: Thiết lập phương trình cột áp lý thuyết của bánh công tác có vô số cánh mỏng ($Z = \infty$): $$H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u} - u_1 c_{1u}}{g}$$ Khi dòng chất lỏng vào bánh công tác theo hướng kính ($\alpha_1 = 90^\circ \Rightarrow c_{1u} = 0$), phương trình có dạng tối ưu: $$H_{l\infty} = \frac{u_2 c_{2u}}{g}$$
  • Ảnh hưởng của số cánh hữu hạn và tổn thất thủy lực: Cột áp thực tế ($H$) được xác định thông qua hệ số cánh dẫn hữu hạn $\varepsilon_z$ theo công thức Prôskua (1931) và hiệu suất cột áp $\eta_h$: $$\varepsilon_z = 1 - \frac{\psi}{Z} \cdot \beta_2 \quad (\varepsilon_z \approx 0{,}8)$$ $$H = \varepsilon_z \cdot \eta_h \cdot \frac{u_2 c_{2u}}{g} \quad (\eta_h = 0{,}7 - 0{,}9)$$
  • Định luật đồng dạng và quan hệ tương tự trong bơm ly tâm: Mô tả biến thiên thông số khi thay đổi số vòng quay ($n$), đường kính bánh công tác ($D$) và trọng lượng riêng ($\gamma$):
Thông số Khi $\gamma$ thay đổi Khi $n$ thay đổi Khi $D$ thay đổi Khi $\gamma, n, D$ cùng thay đổi
Lưu lượng ($Q$) $Q_2 = Q_1$ $Q_2 = \left(\frac{n_2}{n_1}\right) Q_1$ $Q_2 = \left(\frac{D_2}{D_1}\right) Q_1$ $Q_2 = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)\left(\frac{D_2}{D_1}\right) Q_1$
Cột áp ($H$) $H_2 = H_1$ $H_2 = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2 H_1$ $H_2 = \left(\frac{D_2}{D_1}\right)^2 H_1$ $H_2 = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2\left(\frac{D_2}{D_1}\right)^2 H_1$
Công suất ($N$) $N_2 = \left(\frac{\gamma_2}{\gamma_1}\right) N_1$ $N_2 = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3 N_1$ $N_2 = \left(\frac{D_2}{D_1}\right)^5 N_1$ $N_2 = \left(\frac{\gamma_2}{\gamma_1}\right)\left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3\left(\frac{D_2}{D_1}\right)^5 N_1$
  • Lý thuyết đường đặc tính và điểm làm việc: Thiết lập các đường đặc tính lý thuyết $H_{l\infty} = a - b \cot \beta_2 \cdot Q_t$ theo các góc ra cánh dẫn ($\beta_2 < 90^\circ, \beta_2 = 90^\circ, \beta_2 > 90^\circ$), đường đặc tính thực nghiệm ($H-Q, N-Q, \eta-Q, [H_{ck}]-Q$), đường đặc tính tổng hợp (đường đẳng hiệu suất); nguyên lý xác định điểm làm việc $A(H_A, Q_A)$ là giao điểm của đường đặc tính bơm và đường đặc tính lưới ($H_{lưới}-Q$); các phương pháp điều chỉnh: điều chỉnh bằng van tiết lưu trên ống đẩy, điều chỉnh bằng biến thiên tốc độ quay ($n$), điều chỉnh bằng gọt bánh công tác (giới hạn gọt $< 10%$).
  • Lý thuyết cân bằng lực hướng trục: Xác định áp lực dọc trục tổng cộng $P = P_t - P_{ph} - P_u$ do chênh lệch áp suất tại đĩa trước, đĩa sau và sự đổi hướng dòng chảy; thiết lập giải pháp triệt tiêu lực: bánh công tác hai miệng hút, vành lót kín thứ hai có lỗ cân bằng áp suất (3–6 lỗ), bố trí bánh công tác đối xứng, piston cân bằng và đĩa cân bằng thủy lực.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn (Technical skills): Thao tác chính xác quy trình khởi động, điều chỉnh thông số lưu lượng/áp suất, dừng và cô lập hệ thống bơm ly tâm và máy nén khí piston; thực hiện chuẩn xác thao tác tháo dỡ, kiểm tra khe hở vòng bù mòn, thay thế vòng đệm cơ học (mechanical seal), kiểm tra xéc măng và đĩa van máy nén.
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán (Analytical skills): Phân tích đồ thị đặc tính làm việc, xác định vùng làm việc ổn định (nằm bên phải điểm giới hạn $T$), phát hiện các dấu hiệu bất thường như xâm thực bọt khí, rung chấn cơ khí, lệch trục hoặc tụt áp suất dầu bôi trơn.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Làm việc an toàn với thiết bị áp lực và lưu chất công nghiệp; thực hiện bảo dưỡng định kỳ cấp I, cấp II; ghi chép nhật ký vận hành và lập báo cáo kỹ thuật xử lý sự cố tại xưởng thực hành.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Tiếp cận sư phạm

Chương trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực, tích hợp chặt chẽ giữa giảng dạy lý thuyết ngắn, nêu vấn đề, làm mẫu thao tác kỹ thuật và thực hành trực tiếp trên thiết bị thật tại xưởng:

[Giảng lý thuyết ngắn / Nêu vấn đề] 
     [Giáo viên làm mẫu thao tác]
[Phân nhóm thực hành trên thiết bị thật (8-10 HSSV)]
[Thảo luận sự cố & Báo cáo kỹ thuật nhóm]

Tổ chức bài tập và thực hành xưởng

  • Mô hình tổ chức: Người học được chia thành các nhóm nhỏ từ 8–10 thành viên. Nhóm trưởng phân công nhiệm vụ cho từng cá nhân chuẩn bị bài học, tìm hiểu sơ đồ PFD, chuẩn bị dụng cụ cơ khí trước khi bước vào ca thực hành.
  • Thực hành thiết bị thật: Thực hiện tại xưởng thực hành chuyên môn hóa trang bị hệ thống bơm công nghiệp, máy nén khí piston nhiều cấp và các mô hình mô phỏng công nghệ chế biến dầu khí.
  • Bài tập tình huống: Nhóm thực hành xử lý các tình huống giả định như tụt áp suất buồng hút, máy nén phát sinh tiếng gõ kim loại, bơm bị quá tải nhiệt ổ đỡ.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo theo hệ thống tín chỉ (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH):

TỔNG ĐIỂM MÔ ĐUN (Thang điểm 10 quy đổi sang Thang điểm 4 & Điểm chữ)

Quy định tự học và chuyên cần

  • Chuyên cần: Người học bắt buộc tham dự tối thiểu 70% tổng số giờ lý thuyết và 100% tổng số buổi thực hành tại xưởng. Trường hợp vắng quá 30% lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào ($> 0%$) đều không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun.
  • Nhiệm vụ tự học: Nghiên cứu bài giảng và tài liệu chuyên ngành trước khi đến lớp; hoàn thành đầy đủ báo cáo thảo luận nhóm và bài tập tình huống theo đúng thời hạn quy định.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa chương trình đào tạo nội bộ: Giáo trình ban hành năm 2022 kế thừa, chuẩn hóa và tích hợp nội dung từ các tài liệu lưu hành nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí gồm: Giáo trình Vận hành bơm (2017), Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm (2017), Giáo trình Vận hành máy nén khí (2017) và Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí (2017).
  • Tích hợp tài liệu chuyên khảo quốc tế: Nội dung lý thuyết động lực học và bảo dưỡng thiết bị được đối chiếu, tham khảo từ các tài liệu kỹ thuật chuẩn quốc tế:
    • Pump Handbook (Ấn bản lần thứ 4, McGraw-Hill, 2008).
    • A Practical Guide to Compressor Technology của Heinz P. Bloch (Ấn bản lần thứ 2, 2005).
    • Reciprocating Compressors của Hoefner (1996).
  • Tính ứng dụng công nghiệp trực tiếp: Giáo trình không giảng dạy lý thuyết cơ học lưu chất thuần túy mà đi thẳng vào kết cấu cơ khí thực tế (vỏ volute, vòng mòn, phốt cơ khí, van hút xả dạng đĩa, xéc măng kim loại) và các sơ đồ công nghệ PFD sử dụng phổ biến trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy xử lý khí và trạm tăng áp dầu khí.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Học sinh, sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng ngành Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, Công nghệ kỹ thuật hóa học, Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và các ngành kỹ thuật cơ khí động lực liên quan.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng trong chương trình khung đào tạo:
    • Vẽ kỹ thuật (MECM52003)
    • Điện kỹ thuật (ELEI53011)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111)
    • An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001)
    • Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005)
    • Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109)
  • Giảng viên và cán bộ kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy lý thuyết và hướng dẫn thực hành tại xưởng; làm căn cứ xây dựng ngân hàng đề thi vấn đáp, trắc nghiệm và phiếu đánh giá kỹ năng thực hành nghề.
  • Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp: Làm tài liệu tra cứu kỹ thuật về quy trình khởi động, chuyển đổi bơm, kiểm tra rò rỉ làm kín và quy trình bảo dưỡng máy nén tại các phân xưởng sản xuất thực tế.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho người học bậc Cao đẳng và Trung cấp nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho công nhân, kỹ thuật viên vận hành hệ thống máy thủy khí tại các nhà máy công nghiệp.

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

Người học cần nắm vững kiến thức về đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí, nguyên lý điện công nghiệp, an toàn vệ sinh lao động và kỹ thuật vận hành hệ thống đường ống, van, bể chứa công nghiệp.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình Máy thủy khí thông thường?

Giáo trình tập trung chuyên biệt vào hai nhóm máy công tác cụ thể là bơm ly tâm và máy nén khí piston, phân bổ hơn 70% thời lượng cho thực hành thao tác vận hành trên sơ đồ PFD, quy trình ghép bơm song song/nối tiếp và bảo trì xưởng thực tế thay vì đi sâu vào tính toán thiết kế chế tạo máy.

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

Cần kết hợp đọc kỹ lý thuyết về các công thức tính toán cột áp Euler, đường đặc tính $H-Q$ với việc quan sát hình vẽ bóc tách chi tiết cấu tạo (hộp làm kín, vòng đệm, đĩa van); chuẩn bị trước phương án thao tác trước mỗi ca thực hành tại xưởng.

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

Các tài liệu tham khảo kèm theo gồm các bộ Tài liệu hướng dẫn thực hành bơm, Tài liệu hướng dẫn thực hành máy nén khí nội bộ của PVMTC và các tài liệu chuyên ngành quốc tế như Pump Handbook (McGraw-Hill) và A Practical Guide to Compressor Technology (Heinz P. Bloch).

Kết luận

Giáo trình Vận hành Máy thủy khí I (Mã mô đun: PETR56107) cung cấp hệ thống kiến thức cấu tạo, cơ sở thủy lực ứng dụng và kỹ năng thực hành vận hành, bảo dưỡng đối với hai thiết bị truyền dẫn lưu chất trung tâm trong công nghiệp lọc - hóa dầu: bơm ly tâm và máy nén khí piston.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học bao gồm: hoàn thành lý thuyết động lực học và cấu tạo thiết bị (Bài 1, Bài 4) $\rightarrow$ nắm vững quy trình thao tác và an toàn (Bài 2, Bài 5) $\rightarrow$ hoàn thành 106 giờ thực hành vận hành, chuyển bơm, ghép bơm và bảo dưỡng chi tiết cơ khí tại xưởng (Bài 3, Bài 5) $\rightarrow$ chuyển tiếp sang các mô đun chuyên môn vận hành phân xưởng công nghệ chưng cất và chế biến khí. Người học có thể tra cứu mở rộng các thông số chuyên sâu thông qua các ấn bản sổ tay kỹ thuật Pump Handbook (McGraw-Hill) và tài liệu Reciprocating Compressors (Hoefner) được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo.