Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun "Vận hành van" (Mã mô đun: PETP53151) do Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) biên soạn và ban hành theo Quyết định số 210/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 tại Bà Rịa - Vũng Tàu. Tài liệu do Ks. Phạm Thế Anh làm chủ biên cùng tác giả Hoàng Trọng Quang xây dựng nhằm phục vụ công tác đào tạo học sinh, sinh viên ngành Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng.

Trong chương trình khung đào tạo chuyên ngành, mô đun có thời lượng 3 tín chỉ (tương đương 75 giờ đào tạo, gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 3 giờ kiểm tra). Mô đun được xếp sau môn học Cơ sở khai thác (PETD53034), Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111) và bố trí giảng dạy trước các mô đun chuyên sâu như Vận hành Bơm (PETP54153), Vận hành máy nén (PETP53154), Vận hành thiết bị tách dầu khí (PETP54155).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới 3 chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1): Phân loại các nhóm van công nghiệp (van tay, van an toàn, van điều khiển); trình bày cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của từng dòng thiết bị.
  • Về kỹ năng (B1): Thao tác vận hành, tháo lắp, kiểm tra áp suất, phát hiện sai hỏng và bảo dưỡng van đúng quy trình kỹ thuật.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy trong xưởng thực hành và không để xảy ra sự cố thiết bị.

Giáo trình được thiết kế theo mô hình mô đun kỹ thuật thực hành, tối ưu hóa tỷ trọng rèn luyện kỹ năng nghề với 77.3% tổng thời lượng dành cho xưởng thực hành. Nội dung bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp quốc tế và quy chuẩn vận hành nội bộ của ngành dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 2 bài học lớn với tiến trình logic từ tổng quan ký hiệu đến chi tiết kết cấu và quy trình thao tác kỹ thuật:

  • Bài 1: Khái quát chung về van (2 giờ): Giới thiệu khái niệm van như một thiết bị cơ khí điều chỉnh dòng lưu chất (dầu, nước, hỗn hợp lỏng - khí, gas). Phân loại van theo 3 tiêu chí: nguyên lý chuyển động (linear valve - chuyển động tịnh tiến, rotating valve - chuyển động quay); chức năng công nghệ (block valve - chặn dòng, throttling valve - tiết lưu, safety/relief valve - an toàn); cơ cấu tác động (hand valve - van tay, control valve - van điều khiển). Hướng dẫn đọc ký hiệu van trên bản vẽ sơ đồ công nghệ (P&ID) và bản vẽ lắp đường ống không gian (Isometric).
  • Bài 2: Vận hành và bảo dưỡng van (73 giờ): Phân tích sâu cấu tạo cơ khí và nguyên lý hoạt động của các nhóm van công nghiệp:
    1. Van cổng (Gate valve): Cấu tạo ngoài (nắp van - bonnet, thân van - body, mặt bích - flanged, bu lông - bolts, tay quay - handwheel, gioăng - gasket) và cấu tạo trong (cổng van - gate, trục van - stem, hộp làm kín - stuffing box, vòng đệm - packing, ống lót - stem bushing). Kết cấu trục van ren ngoài, ren trong nắp van hoặc ren cổng van. Phân tích cổng van liền khối (solid) và cổng van chế tạo rời (parallel discs, cổng nêm, solid split). Cơ chế dòng chảy tầng và yêu cầu không vận hành ở chế độ tiết lưu.
    2. Van cầu (Globe valve): Kết cấu đĩa van dạng đĩa nút (plug disc hình côn), đĩa mở nhanh (quick-opening), đĩa tiết lưu (lỗ chữ V, equal percentage plug, dạng tuyến tính, dạng kim), đĩa composite đàn hồi và đĩa kim loại rắn. Nguyên lý dòng chảy đổi hướng gây chảy rối, giảm áp suất và yêu cầu chiều dòng chảy đi từ dưới đĩa van lên.
    3. Van chốt (Plug valve): Kết cấu chốt kim loại có lỗ xuyên suốt (port opening), vận hành góc 90 độ, cơ chế bôi trơn giảm ma sát và dạng chốt nâng hạ không cần bôi trơn, van chốt nhiều cửa phân dòng.
    4. Van bi (Ball valve): Kết cấu bi cầu khoan lỗ xuyên tâm, thân van 1 mảnh (1 piece), 2 mảnh (2 piece), 3 mảnh (3 piece), bi có ngõng trục hoặc không có ngõng trục; vật liệu vòng đệm làm kín (seat ring) bằng Teflon (PTFE), plastic, nylon, cao su hoặc kim loại/gốm.
    5. Van bướm (Butterfly valve): Đĩa kim loại xoay 90 độ quanh trục đối xứng, thang chỉ thị góc mở và cơ cấu định vị khi điều tiết lưu lượng.
    6. Van màng (Diaphragm valve): Kết cấu màng đàn hồi gắn piston, hoạt động như màng ngăn cách lưu chất ăn mòn với cơ cấu truyền động.
    7. Van một chiều (Check valve): Van một chiều dạng bản lề (cửa lật), dạng đặt nằm ngang (horizontal lift check), đặt thẳng đứng (vertical check) và dạng bi (ball check).
    8. Van điều khiển (Control valve): Cấu trúc cơ cấu dẫn động (actuator khí nén, mô tơ điện, cuộn hút solenoid, thủy lực), thiết bị điều khiển (controller), cơ cấu định vị (positioner), thân van đơn (single-port) và thân van đôi (double-port), cơ chế thường đóng (fail-close) và thường mở (fail-open).
    9. Van an toàn (Safety/Relief valve): Cấu tạo lò xo và đĩa xả áp suất quá hạn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết kỹ thuật vững chắc:

  • Lý thuyết cơ học chất lưu trong đường ống: Cơ chế chuyển động của chất lỏng qua van (chảy tầng ở van cổng, chuyển động hỗn loạn gây giảm áp ở van cầu, tổn thất áp suất cực tiểu ở van bi toàn phần).
  • Nguyên lý tiếp xúc và làm kín cơ khí: Sự phân bố ứng suất nén của gioăng đệm (gasket), vật liệu hộp chèn trục van (packing), tương tác ma sát giữa đĩa van và ổ đặt (seat ring) trong điều kiện môi chất có lẫn hạt rắn lơ lửng.
  • Hệ thống tiêu chuẩn vật liệu và chế tạo: Tham chiếu hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế gồm ASTM (American Society for Testing and Materials), ANSI (American National Standards Institute), ASME (American Society of Mechanical Engineers).

Kỹ năng phát triển

Thông qua 58 giờ thực hành xưởng, người học hình thành các nhóm kỹ năng:

  • Kỹ năng kỹ thuật cơ khí: Đọc hiểu sơ đồ P&ID và Isometric; tháo lắp đúng trình tự các cụm chi tiết van cổng, van cầu, van bi, van bướm, van an toàn; thay thế vòng làm kín, căn chỉnh nắp van và siết bu lông mặt bích đối xứng.
  • Kỹ năng vận hành và xử lý công nghệ: Vận hành van cỡ lớn bằng hộp số giảm tốc bánh răng; thao tác van trên cao; vận hành đường ống cân bằng áp suất (equalizing line); nhận diện và ngăn ngừa hiện tượng va đập thủy lực (water hammer); kiểm tra áp lực chịu thử theo Bảng 2.1.
  • Năng lực phân tích và đánh giá: Chẩn đoán dạng mòn cục bộ do sử dụng sai chế độ tiết lưu; đánh giá hiện tượng rò rỉ qua thân hoặc trục van; kiểm tra độ kín bề mặt tiếp xúc bằng dưỡng kiểm và áp suất thủy tĩnh.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo kết hợp chặt chẽ giữa giảng dạy tích cực và rèn luyện kỹ năng tại xưởng mô hình:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học nêu vấn đề kết hợp phương tiện trực quan (máy chiếu, mô hình thiết bị thật, bản vẽ cắt bổ). Giờ lý thuyết tập trung vào việc giải thích nguyên lý làm việc và phân tích nguyên nhân hư hỏng cơ học.
  • Bài tập tình huống và thảo luận: Học viên được giao xử lý các tình huống thực tế trong tài liệu như: phân tích trạng thái làm việc khi vòng làm kín giữa thân và nắp bằng hợp kim màu; khắc phục hiện tượng kẹt nêm van cổng do biến dạng giãn nở nhiệt đường ống; giải pháp xử lý dòng lưu chất chứa cặn rắn mài mòn bằng đĩa composite hoặc đĩa kim loại rắn.
  • Huấn luyện thực hành: Tổ chức học tập tại Xưởng thiết bị dầu khí hoặc Phòng mô hình khai thác dầu khí. Học viên chia thành các nhóm nhỏ (8-10 người) để thực hành tháo lắp, đo đạc khe hở mài mòn, lắp đặt gioăng đệm và thử áp suất theo từng bảng quy trình kiểm tra chuẩn cho van cổng, van chốt, van bi, van một chiều và van an toàn.
  • Quy chế đánh giá: Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Cơ cấu điểm số gồm:
    • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Gồm 1 cột kiểm tra thường xuyên (hỏi miệng/thuyết trình sau 8 giờ) và 1 cột kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành (sau 14 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tổ chức sau 75 giờ với hình thức thi lý thuyết (tự luận/trắc nghiệm) kết hợp chấm thao tác kỹ năng thực hành xưởng. Thang điểm 10 được làm tròn đến 1 chữ số thập phân và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4.
  • Quy định chuyên cần: Học viên bắt buộc tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại mô đun) và tham dự 100% thời lượng thực hành xưởng (vắng bất kỳ buổi thực hành nào đều phải học lại toàn bộ mô đun mới được dự thi).

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các yêu cầu kỹ thuật thực tế của hệ thống công nghệ thu gom, vận chuyển và chế biến dầu khí:

  • Cập nhật cấu trúc học liệu: Giáo trình kế thừa và nâng cấp từ phiên bản Giáo trình Vận hành van (lưu hành nội bộ năm 2017) và Tài liệu hướng dẫn thực hành van (2017) của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời tổng hợp nội dung chuyên môn từ tài liệu quốc tế Handbook of Valves của tác giả Philip A. Schweitzer (Nhà xuất bản Industrial Press Inc.).
  • Tích hợp công nghệ van điều khiển tự động: Bên cạnh các loại van cơ khí đóng mở thủ công, giáo trình dành dung lượng đáng kể cập nhật kết cấu van điều khiển hiện đại, bao gồm các cụm cơ cấu dẫn động khí nén (pneumatic actuator), mô tơ điện (motorized actuator), cuộn hút điện từ (solenoid), hệ dẫn động thủy lực cùng bộ định vị van (positioner) hỗ trợ phản hồi vị trí chính xác.
  • Gắn liền giải pháp an toàn công nghiệp: Giáo trình phân tích các hiện tượng sự cố công nghiệp đặc thù như hiện tượng va đập thủy lực (water hammer), sự tích tụ áp suất giữa hai bề mặt cổng van và giới thiệu các biện pháp kỹ thuật kiểm soát như lắp đặt đường cân bằng áp suất (equalizing line), sử dụng choòng van chuyên dụng và lắp đặt bộ truyền động bánh răng trợ lực cho các cụm van áp lực cao.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Vận hành van được biên soạn cho các đối tượng và mục đích sử dụng cụ thể:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành: Học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc các nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần kỹ thuật cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật (MECM52003 - nắm vững cách đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111) và Cơ sở khai thác (PETD53034 - hiểu cấu trúc hệ thống khai thác mỏ).
  • Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu đóng vai trò là giáo trình chuẩn để xây dựng kế hoạch bài giảng, lập bảng hướng dẫn thao tác (job sheet), thiết kế đề thi định kỳ và phiếu đánh giá kỹ năng thực hành xưởng theo chuẩn đầu ra A1, B1, C1.
  • Kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Dùng làm tài liệu tham khảo tra cứu quy trình kỹ thuật, thông số áp suất thử nghiệm van và phương pháp tháo lắp, khắc phục lỗi rò rỉ van tại các giàn khai thác, nhà máy lọc dầu và trạm phân phối khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được xây dựng chính thức cho học sinh, sinh viên theo học nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí ở bậc Trung cấp và Cao đẳng nghề, đồng thời phù hợp làm tài liệu đào tạo nội bộ cho kỹ thuật viên cơ khí, công nhân vận hành đường ống tại các công trình dầu khí.

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

Người học cần trang bị kiến thức từ môn Cơ sở khai thác (PETD53034), kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí từ môn Vẽ kỹ thuật (MECM52003) và các nguyên lý đo lường - điều khiển cơ bản trong môn Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111).

3. Điểm khác biệt giữa van cổng và van cầu trong giáo trình là gì?

Theo nội dung Bài 2, van cổng có dòng chảy thẳng (chảy tầng), trở lực thủy lực thấp, chỉ được vận hành ở vị trí mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn (không dùng để tiết lưu vì gây mòn không đều cổng van). Ngược lại, van cầu có dòng chảy đổi hướng qua thân van (chảy rối, tổn thất áp suất cao hơn) nhưng cho phép điều tiết lưu lượng chính xác và chịu mài mòn đều hơn ở chế độ mở một phần.

4. Quy định đánh giá và tự học mô đun như thế nào?

Người học phải nghiên cứu bài học trước khi đến lớp, làm việc theo nhóm 8-10 người để thảo luận chuyên đề. Điểm mô đun gồm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (40%) cùng bài thi kết thúc mô đun (60%). Bắt buộc tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và 100% số tiết thực hành để đủ điều kiện thi.

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

Giáo trình kết hợp đồng bộ với Tài liệu hướng dẫn thực hành van (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2017) và tài liệu tham khảo quốc tế Handbook of Valves của Philip A. Schweitzer làm tài liệu mở rộng về kết cấu van công nghiệp.

Kết luận

Giáo trình mô đun Vận hành van (PETP53151) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về kết cấu, phân loại ký hiệu (P&ID, Isometric) và quy trình tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa các loại van công nghiệp. Tài liệu định hình năng lực thao tác cơ khí chuẩn xác, tuân thủ an toàn lao động trong môi trường kỹ thuật dầu khí.

Sau khi hoàn thành mô đun này, học viên có đầy đủ kiến thức và kỹ năng nền tảng để tiếp tục học tập các mô đun thiết bị công nghệ tiếp theo trong chương trình đào tạo chuyên ngành dầu khí.