Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun: Vận hành van (Mã mô đun: KKT19MĐ50) được ban hành theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do Ks. Phạm Thế Anh làm chủ biên cùng tác giả Hoàng Trọng Quang tham gia biên soạn tại Bà Rịa – Vũng Tàu.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, mô đun có khối lượng 3 tín chỉ với tổng thời lượng 75 giờ (bao gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 3 giờ kiểm tra). Về vị trí phân bổ, mô đun được giảng dạy sau môn học Cơ sở khai thác (KKT19MH34) và đóng vai trò tiên quyết, cung cấp kiến thức nền tảng trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên ngành tiếp theo như Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác (KKT19MĐ51), Vận hành bơm (KKT19MĐ52), Vận hành máy nén (KKT19MĐ53), Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54) và Hệ thống thu gom và vận chuyển dầu khí (KKT19MĐ56).

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

  • Kiến thức (A1): Phân loại các nhóm van công nghiệp (van tay, van điều khiển, van an toàn); mô tả cấu tạo cơ khí và giải thích nguyên lý hoạt động của từng dòng van.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành, bảo dưỡng, tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa van theo đúng quy trình kỹ thuật.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC); thực hiện đúng quy trình thao tác trên thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa, hạn chế tối đa nguy cơ xảy ra sự cố hư hỏng.

Cách tiếp cận của tài liệu được xây dựng theo mô hình mô đun hóa tích hợp thực hành chuyên sâu (thời lượng thực hành chiếm 77,3%), kết hợp các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế trong ngành dầu khí (ASTM, ANSI, ASME) vào quy trình kiểm tra và bảo dưỡng van.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 02 bài học chính với tiến trình logic từ tổng quan lý thuyết đến thực hành thao tác chi tiết:

  • Bài 1: Khái quát chung về van (2 giờ lý thuyết):

    • Trình bày định nghĩa van là thiết bị cơ khí điều chỉnh dòng lưu chất (dầu, nước, khí gas, hỗn hợp đa pha) trong hệ thống đường ống.
    • Phân tích vai trò: liên kết ống, phân chia dòng chảy và điều chỉnh lưu lượng.
    • Phân loại van theo 3 tiêu chí: theo nguyên lý chuyển động (tịnh tiến - linear valve, chuyển động quay - rotating valve); theo chức năng (van chặn - block/root valve, van tiết lưu - throttling valve, van an toàn - safety/relief valve); theo cơ cấu tác động (van tay - hand valve, van điều khiển - control valve).
    • Quy chuẩn đọc và nhận diện ký hiệu van trên bản vẽ công nghệ P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) và bản vẽ lắp đặt Isometric.

  • Bài 2: Vận hành và bảo dưỡng van (73 giờ: 12 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành, 3 giờ kiểm tra):

    • Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại van công nghiệp:
      1. Van cổng (Gate valve): Cấu tạo ngoài (nắp van - bonnet, thân van - body, mặt bích - flanged, bu lông, tay quay - handwheel, gioăng - gasket) và cấu tạo trong (cổng van, trục van - stem, hộp làm kín - stuffing box, vòng làm kín - packing, ống lót trục - stem bushing). Phân tích 3 cơ cấu truyền động trục (trục liên kết ren với ống lót tay quay, ren với nắp van, ren với cổng van) và các dạng cổng van (cổng liền một khối có xẻ rãnh, cổng đĩa rời song song hình nêm, cổng solid split). Cơ chế dòng chảy tầng, lực cản thấp; nguyên lý không vận hành ở vị trí tiết lưu nhằm tránh mòn lệch đĩa van.
      2. Van cầu (Globe valve): Kết cấu đĩa côn, đĩa nút (plug) gồm dạng lỗ chữ V, equal percentage plug, dạng tuyến tính, dạng kim, đĩa composit và đĩa kim loại. Cơ chế đổi hướng dòng chảy (chảy rối, sụt áp), quy tắc cấp dòng chảy từ dưới đĩa lên để ổn định vận hành và đáp ứng khả năng điều tiết lưu lượng.
      3. Van chốt (Plug valve): Kết cấu chốt quay liền khối có lỗ xuyên suốt (port opening), vận hành đóng/mở nhanh góc 90 độ; phân loại van chốt bôi trơn dầu, van chốt không cần bôi trơn và van chốt nhiều hướng.
      4. Van bi (Ball valve): Kết cấu bi cầu khoan lỗ xuyên tâm, vòng đệm làm kín (seat ring) bằng Teflon (PTFE), Nylon, cao su, kim loại hoặc gốm. Phân loại theo trục (có/không có ngõng trục), theo thân (thân 1 mảnh, 2 mảnh, 3 mảnh); đặc tính tổn thất áp suất thấp nhất.
      5. Van bướm (Butterfly valve): Đĩa van quay 90 độ quanh trục, cơ cấu gài góc độ và vạch chỉ thị góc mở khi làm việc ở chế độ tiết lưu.
      6. Van màng (Diaphragm valve): Piston điều khiển màng đàn hồi, cơ cấu làm kín cách ly lưu chất với chi tiết truyền động, ứng dụng cho môi trường ăn mòn hoặc chất yêu cầu độ tinh khiết cao.
      7. Van một chiều (Check valve): Dạng đĩa bản lề, dạng đặt (nằm ngang/thẳng đứng) và dạng bi (nằm ngang/thẳng đứng), hoạt động tự động nhờ chênh lệch áp suất và trọng lượng bản thân.
      8. Van điều khiển (Control valve): Cơ cấu dẫn động (actuator khí nén, thủy lực, cuộn dây điện từ, mô tơ điện), thiết bị điều khiển (controller), bộ định vị (positioner); phân loại thân đơn, thân đôi và cơ chế thường đóng (fail-close)/thường mở (fail-open).
      9. Van an toàn (Safety valve): Cấu tạo lò xo xả áp tự động để bảo vệ đường ống khi áp suất vượt ngưỡng cài đặt.
    • Thực hành vận hành cơ khí và bảo dưỡng:
      • Kỹ thuật thao tác cơ khí: vận hành van lớn, van trên cao, nối dài trục van, sử dụng bộ truyền bánh răng giảm lực, ứng dụng choòng van.
      • Xử lý các hiện tượng thủy lực: hiện tượng va đập thủy lực (water hammer), hiện tượng tăng áp giữa hai bề mặt van đóng kín, kỹ thuật lắp đặt đường cân bằng áp suất (bypass).
      • Quy trình kỹ thuật tháo lắp, kiểm tra hư hỏng, thay thế chi tiết làm kín và thử nghiệm áp suất cho từng loại van.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ học chất lưu ứng dụng trong đường ống: Cơ chế dòng chảy tầng, dòng chảy rối, sự suy giảm áp suất qua các tiết diện van và hiện tượng va đập thủy lực trong hệ thống kín.
  • Nguyên lý động học và cơ cấu máy: Các bộ truyền động trục ren - đai ốc, cơ cấu đóng mở nhanh 90 độ, cơ cấu nêm ép góc, cơ cấu đòn bẩy và truyền động bánh răng trợ lực.
  • Khoa học vật liệu và công nghệ làm kín: Đặc tính chịu nhiệt, chống ăn mòn của thép đúc theo tiêu chuẩn ASTM; tính chất cơ lý của vật liệu làm kín phi kim (Teflon, cao su, nhựa tổng hợp) và cơ chế mài mòn ma sát tại ổ đặt (seat ring) và hộp chèn (stuffing box).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc hiểu chính xác ký hiệu van trên sơ đồ công nghệ P&ID và bản vẽ cơ khí Isometric; xác lập quy trình tháo lắp các bộ phận cơ khí đúng trình tự kỹ thuật.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích dạng mài mòn, rỗ xước bề mặt kim loại do lưu chất chứa hạt rắn; đánh giá nguyên nhân rò rỉ tại mặt bích hoặc trục van; chẩn đoán sai lệch vị trí của cơ cấu định vị trên van điều khiển.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thực hiện bảo dưỡng bôi trơn, thay thế gioăng đệm làm kín; sử dụng dụng cụ chuyên dụng (choòng van, đòn bẩy, dụng cụ siết lực mặt bích); vận hành kiểm tra áp suất van theo Bảng 2.1; hiệu chỉnh van an toàn và van điều khiển khí nén.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng quy trình đào tạo kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tích cực và rèn luyện kỹ năng xưởng:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm:

    • Đối với giảng viên: Áp dụng các kỹ thuật dạy học tích cực như thuyết trình ngắn, phương pháp nêu vấn đề kỹ thuật thực tế, hướng dẫn sinh viên tra cứu tiêu chuẩn công nghiệp và điều phối thảo luận nhóm.
    • Đối với người học: Đọc và nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp; tham gia làm việc nhóm (phân chia nhóm từ 8–10 người) để giải quyết các chủ đề kỹ thuật được giao.

  • Hệ thống bài tập và nghiên cứu tình huống (Case studies):

    • Cung cấp câu hỏi ghép thuật ngữ kỹ thuật với nguyên lý làm việc tương ứng (ví dụ: liên hệ giữa độ mài mòn kim loại, cơ chế làm kín seatring và chế độ tiết lưu).
    • Đưa ra các tình huống kỹ thuật cụ thể: phân tích ảnh hưởng của áp suất dòng chất lỏng lên cổng van liền khối khi mở một phần, xử lý hiện tượng van bị kẹt do giãn nở nhiệt của đường ống, giải pháp làm kín khi nắp và thân van sử dụng gioăng hợp kim màu.

  • Tổ chức thực hành (Practical exercises):

    • Thực hiện 58 giờ tại Xưởng thiết bị dầu khí và Phòng mô hình khai thác dầu khí của Trường Cao đẳng Dầu khí.
    • Sinh viên trực tiếp thao tác trên các trạm van thực tế: tháo dỡ các cụm chi tiết (bonnet, stem, packing, disc), kiểm tra độ rỗ xước, căn chỉnh khe hở, thay thế vật liệu làm kín, siết bu lông mặt bích đối xứng và tiến hành thử áp lực van.

  • Phương pháp đánh giá kết quả học tập:

    • Tuân thủ Quy chế đào tạo hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
    • Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, đánh giá sau 8 giờ học bằng hình thức hỏi miệng/viết) và điểm kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành (hệ số 2, đánh giá sau 14 giờ học đối với chuẩn đầu ra A1, A2, B1, C1, C2, C3).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tổ chức sau khi hoàn thành 75 giờ đào tạo, gồm bài thi lý thuyết (tự luận/trắc nghiệm) kết hợp bài thi thực hành thao tác trên thiết bị. Thang điểm 10 được quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4.

  • Quy định chuyên cần và tự học:

    • Sinh viên bắt buộc tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (nghỉ quá 30% phải học lại mô đun) và 100% thời lượng thực hành xưởng (vắng thực hành không được dự thi).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính kế thừa và chuẩn hóa tài liệu: Giáo trình năm 2020 được biên soạn dựa trên việc kế thừa, hệ thống hóa và cập nhật trực tiếp từ hai tài liệu đào tạo nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí gồm: Giáo trình Vận hành van (2017) và Tài liệu hướng dẫn thực hành van (2017), kết hợp tham khảo tài liệu chuyên ngành quốc tế Handbook of Valves của tác giả Philip A. Schweitzer (Industrial Press Inc.).

  • Tích hợp các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Giáo trình đưa vào các tiêu chuẩn công nghiệp được áp dụng phổ biến trong ngành năng lượng và cơ khí đường ống:

    • ASTM (American Society for Testing and Materials): Quy định tiêu chuẩn vật liệu chế tạo các chi tiết van (thân van, nắp van, đĩa van, đệm làm kín).
    • ANSI (American National Standards Institute): Tiêu chuẩn kích thước, cấp áp suất và kết nối mặt bích đường ống.
    • ASME (American Society of Mechanical Engineers): Tiêu chuẩn thiết kế cơ khí và an toàn bình bồn, hệ thống van áp lực.

  • Hệ thống bảng biểu và quy trình kiểm định đồng bộ: Tài liệu chuẩn hóa các bảng quy trình kỹ thuật cho từng loại thiết bị, tiêu biểu gồm:

    • Bảng 2.1: Áp suất kiểm tra cho một số loại van công nghiệp.
    • Bảng quy trình kiểm tra van cổng, van chốt, van bi, van một chiều, van an toàn.
    • Bảng tiêu chuẩn vật liệu van cầu và vật liệu các chi tiết van bướm theo ASTM.

  • Gắn liền với thực tiễn vận hành dầu khí: Nội dung giải quyết trực tiếp các vấn đề kỹ thuật đặc thù trong khai thác dầu khí như: chống mài mòn xói mòn do cát và tạp chất rắn, kỹ thuật chống kẹt van do giãn nở nhiệt bằng đĩa solid split, kiểm soát hiện tượng áp suất tích tụ giữa hai bề mặt van và vận hành thiết bị điều khiển tự động trong môi trường dễ cháy nổ.

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 khai thác dầu khí, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí và Kỹ thuật thiết bị mỏ dầu khí.
    • Học sinh, sinh viên các ngành kỹ thuật cơ khí động lực, tự động hóa quá trình hoặc kỹ thuật đường ống dẫn dầu khí có nhu cầu nghiên cứu thiết bị đóng mở dòng chảy.

  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites):

    • Để tiếp thu hiệu quả giáo trình, người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở trong chương trình đào tạo: An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01 - để đọc bản vẽ P&ID và Isometric), Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12) và môn Cơ sở khai thác (KKT19MH34).

  • Giảng viên và cán bộ đào tạo:

    • Dùng làm giáo trình chính thức để biên soạn bài giảng lý thuyết, giáo án thực hành xưởng, lập phiếu hướng dẫn công việc (bảo dưỡng, tháo lắp van) và xây dựng ngân hàng đề thi đánh giá năng lực nghề nghiệp.

  • Kỹ thuật viên và công nhân vận hành:

    • Tài liệu phục vụ cho công tác tự học, bồi dưỡng tay nghề, nâng bậc thợ cho kỹ thuật viên, công nhân vận hành đường ống và thiết bị phụ trợ tại các giàn khai thác, kho cảng xăng dầu, nhà máy xử lý khí và nhà máy lọc dầu.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?
Giáo trình được thiết kế chính thức cho học sinh, sinh viên trình độ trung cấp và cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác và chế biến dầu khí, đồng thời phù hợp làm tài liệu đào tạo nội bộ cho kỹ thuật viên cơ khí đường ống công nghiệp.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?
Người học cần hoàn thành kiến thức về an toàn vệ sinh lao động, vẽ kỹ thuật cơ bản (nhận diện bản vẽ công nghệ P&ID và bản vẽ lắp đặt Isometric), điện kỹ thuật cơ sở và môn học Cơ sở khai thác.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết chung về thiết bị đường ống là gì?
Giáo trình tập trung vào quy trình vận hành và thao tác thực hành cơ khí (chiếm hơn 77% thời lượng), cung cấp bảng thông số thử áp suất (Bảng 2.1), quy trình kiểm tra tháo lắp cho từng loại van và hướng dẫn xử lý các hiện tượng kỹ thuật đặc thù như va đập thủy lực, tăng áp giữa hai bề mặt van và cơ cấu đường cân bằng bypass.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?
Người học cần kết hợp nghiên cứu lý thuyết trong giáo trình với việc làm việc nhóm từ 8–10 người để giải quyết các bài tập tình huống kỹ thuật; đối chiếu hình vẽ sơ đồ cấu tạo với mô hình thiết bị thực tế tại xưởng thực hành và tuân thủ các quy định an toàn PCCC.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình để tra cứu mở rộng?
Tài liệu tham khảo bổ trợ gồm có: Giáo trình Vận hành van (Trường CĐDK, 2017), Tài liệu hướng dẫn thực hành van (Trường CĐDK, 2017) và tài liệu tiếng Anh chuyên khảo Handbook of Valves của Philip A. Schweitzer (Nhà xuất bản Industrial Press Inc.).

Kết luận

Giáo trình mô đun: Vận hành van (Mã mô đun: KKT19MĐ50) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành năm 2020 cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo, nguyên lý làm việc và quy trình kỹ thuật vận hành, bảo dưỡng các loại van công nghiệp (van cổng, van cầu, van chốt, van bi, van bướm, van màng, van một chiều, van điều khiển, van an toàn).

Lộ trình học tập đề xuất yêu cầu người học nắm vững phân loại và ký hiệu van tại Bài 1, phân tích chi tiết cấu tạo cơ khí và nguyên lý động học tại Bài 2, sau đó hoàn thành toàn bộ 58 giờ rèn luyện kỹ năng tháo lắp, xử lý sự cố tại xưởng thực hành trước khi chuyển tiếp sang các mô đun chuyên sâu như Vận hành bơm, Vận hành máy nén và Vận hành thiết bị tách dầu khí.

Để mở rộng kiến thức chuyên môn, người học nên kết hợp tra cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM, ANSI, ASME và chuyên khảo Handbook of Valves của Philip A. Schweitzer.