Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Vận hành van (Mã mô đun: KKT19MĐ50) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí ở trình độ Cao đẳng. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 192/QĐ-CĐDK ngày 10 tháng 3 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Bà Rịa - Vũng Tàu). Trong khung chương trình đào tạo, mô đun này có khối lượng 3 tín chỉ với tổng thời lượng 75 giờ, được bố trí giảng dạy sau môn học Cơ sở khai thác (KKT19MH34) và trước các mô đun chuyên sâu tiếp theo như Vận hành bơm (KKT19MĐ52) và Vận hành máy nén (KKT19MĐ53).

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

  • Kiến thức (A1): Phân loại các nhóm van công nghiệp (van tay, van an toàn, van điều khiển); trình bày chi tiết cấu tạo, nguyên lý vận hành và đặc tính thủy lực của từng loại van trong hệ thống đường ống công nghệ.
  • Kỹ năng (B1): Thực hiện đúng quy trình kỹ thuật về vận hành, tháo lắp, kiểm tra, bảo dưỡng và xử lý các sự cố cơ học của van.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, nội quy xưởng thực hành và quy trình vận hành thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa; bảo đảm không để xảy ra sự cố kỹ thuật trong quá trình thao tác.

Giáo trình được cấu trúc thành 2 bài học chính theo trình tự từ lý thuyết tổng quan đến quy trình thực hành chuyên sâu. Điểm đặc thù của tài liệu là tỷ trọng thực hành chiếm phần lớn thời lượng đào tạo (58 giờ thực hành trên tổng số 75 giờ, tương đương 77,3%), kết hợp hệ thống thuật ngữ kỹ thuật, ký hiệu đồ họa theo tiêu chuẩn quốc tế và các sơ đồ phân loại van công nghiệp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được biên soạn bởi tập thể tác giả thuộc Khoa Dầu khí (Chủ biên: Ks. Phạm Thế Anh, tham gia biên soạn: Hoàng Trọng Quang), phân bổ trong hai bài học trọng tâm:

1. Bài 1: Khái quát chung về van (Thời lượng: 2 giờ lý thuyết)

  • Khái niệm và vai trò: Định nghĩa van là thiết bị cơ khí điều chỉnh dòng lưu chất (dầu, nước, hỗn hợp lỏng - khí, khí đốt) trong đường ống. Xác định ba vai trò chính: nối ghép đoạn ống, phân chia dòng chuyển động và điều chỉnh lưu lượng.
  • Phân loại van: Phân loại theo nguyên lý hoạt động (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).
  • Ký hiệu kỹ thuật: Quy chuẩn biểu diễn van trên bản vẽ sơ đồ công nghệ P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) và bản vẽ lắp đặt không gian ba chiều Isometric.

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

  • Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại van công nghiệp:
    • Van cổng (Gate valve): Cấu tạo ngoài (nắp van bonnet, thân van body, mặt bích flanged, bu lông, tay quay handwheel, gioăng làm kín gasket) và cấu tạo trong (cổng van, trục van stem, hộp làm kín stuffing box, vòng làm kín packing, ống lót trục stem bushing). Cơ cấu trục ren liên kết với ống lót tay quay, nắp van hoặc cổng van; cổng van liền khối (solid gate có rãnh trượt) và cổng van chế tạo rời (đĩa ghép song song, cổng hình nêm, cổng solid split đàn hồi). Cơ chế dòng chảy tầng và yêu cầu không vận hành ở vị trí tiết lưu để tránh mòn không đều.
    • Van cầu (Globe valve): Kết cấu đĩa nút hình côn (plug disc), đĩa lỗ chữ V, đĩa tuyến tính (linear plug), đĩa equal percentage, đĩa kim (needle plug), đĩa composite (vật liệu mềm cao su dùng cho lưu chất có hạt rắn) và đĩa kim loại rắn. Nguyên lý dòng chảy đổi hướng gây chảy rối (turbulent flow), sụt áp lớn, bề mặt tiếp xúc song song dòng chảy, đặc tính chịu mòn đều phù hợp cho chế độ tiết lưu.
    • Van chốt (Plug valve): Chốt kim loại liền khối có lỗ xuyên tâm (port opening), vận hành đóng mở nhanh bằng góc quay 90 độ, van chốt bôi trơn và van chốt không bôi trơn (non-lubricated plug valve), kết cấu van chốt nhiều hướng để phân chia dòng chảy.
    • Van bi (Ball valve): Phần tử điều tiết dạng bi cầu khoan lỗ xuyên trục, vận hành quay 90 độ, tổn thất áp suất thấp. Cấu tạo vòng đệm làm kín (seat ring) bằng vật liệu Teflon (PTFE), nylon, cao su, kim loại hoặc gốm. Phân loại theo kết cấu trục (bi có ngõng trục, bi không có ngõng trục) và thân van (thân 1 mảnh, 2 mảnh, 3 mảnh, van nhiều cửa).
    • Van bướm (Butterfly valve): Đĩa kim loại quay 90 độ quanh trục đối xứng, cơ cấu định vị và thang chỉ thị góc mở, ứng dụng cho đóng/mở nhanh hoặc điều tiết lưu lượng có chốt khóa góc.
    • Van màng (Diaphragm valve): Cơ cấu màng đàn hồi liên kết piston đẩy, ngăn cách hoàn toàn lưu chất với bộ phận chuyển động, chuyên dùng cho môi chất ăn mòn hoặc yêu cầu độ sạch cao.
    • Van một chiều (Check valve): Ngăn dòng chảy ngược; phân loại theo dạng bản lề (swing check), van một chiều dạng đặt nằm ngang, van một chiều dạng đặt thẳng đứng và van một chiều dạng bi (ball check valve).
    • Van điều khiển (Control valve): Hệ thống gồm cơ cấu dẫn động (actuator dẫn động bằng khí nén, điện từ solenoid, mô tơ điện hoặc thủy lực), thiết bị điều khiển (controller), bộ định vị (positioner); phân loại thân van đơn và thân van đôi.
    • Van an toàn (Safety/Relief valve): Cấu tạo lò xo và cơ chế tự động xả áp bảo vệ đường ống.
  • Thực hành vận hành, tháo lắp, kiểm tra và bảo dưỡng: Kỹ thuật thao tác cơ khí (vận hành van kích thước lớn, van trên cao, trục nối dài, hộp số bánh răng giảm lực); các hiện tượng thủy lực như va đập thủy lực (water hammer), chênh lệch áp lực và giải pháp sử dụng đường ống cân bằng (bypass/equalizing line), choòng van. Thực hành quy trình tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa chi tiết cho từng loại van từ bảng 2.1 đến bảng 2.8.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành nền tảng kiến thức kỹ thuật cơ sở thông qua ba trụ cột:

  1. Thủy lực học đường ống: Nguyên lý chuyển động dòng chảy tầng, chuyển động chảy rối, tổn thất áp suất cục bộ qua các tiết diện cản, hiện tượng va đập thủy lực và biến đổi áp suất bên trong thân van.
  2. Khoa học vật liệu và tiêu chuẩn cơ khí: Đặc tính chịu mài mòn, chịu nhiệt, độ đàn hồi của vật liệu kim loại, hợp kim màu, vòng đệm polymer (Teflon/PTFE), cao su kỹ thuật theo hệ thống tiêu chuẩn ASTM (American Society for Testing and Materials), ANSI (American National Standards Institute), ASME (American Society of Mechanical Engineers).
  3. Nguyên lý điều khiển tự động hóa: Cơ chế chuyển đổi tín hiệu điều khiển điện, khí nén, thủy lực sang chuyển động cơ học tịnh tiến hoặc quay của trục van.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Đọc bản vẽ công nghệ P&ID và bản vẽ Isometric; thao tác tháo lắp các cụm chi tiết van cổng, van cầu, van bi, van bướm, van một chiều, van điều khiển đúng trình tự kỹ thuật; căn chỉnh độ đồng tâm trục, thay thế vòng đệm làm kín (packing) trong hộp stuffing box, siết bu lông mặt bích đối xứng đúng mô men lực.
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán: Nhận diện dạng mài mòn cơ học trên đĩa van và ổ đặt (seat ring); phát hiện hiện tượng kẹt cổng van do biến dạng nhiệt của đường ống; xác định nguyên nhân rò rỉ lưu chất qua nắp van hoặc thân van.
  • Kỹ năng vận hành thực tế: Vận hành van điều khiển và van an toàn theo đúng thông số áp suất; sử dụng tay vặn trợ lực, choòng van và van nhánh cân bằng áp suất đúng quy định an toàn.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Mô đun áp dụng phương pháp dạy học tích cực, kết hợp thuyết trình ngắn, phương pháp nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, giải quyết bài tập tình huống và tổ chức thảo luận nhóm. Người học được chia thành các nhóm nhỏ từ 8 đến 10 thành viên, phân công nhóm trưởng điều hành thảo luận và viết báo cáo chuyên đề trước giờ học lý thuyết và thực hành.

       QUY TRÌNH HỌC TẬP VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ ĐUN

Điều kiện và môi trường thực hành

  • Phòng học và xưởng thực hành: Giảng dạy lý thuyết tại phòng học tiêu chuẩn trang bị máy chiếu, máy tính; giảng dạy thực hành tại Xưởng thiết bị dầu khí và Phòng mô hình khai thác dầu khí của Trường Cao đẳng Dầu khí.
  • Phương tiện học tập: Hệ thống van công nghiệp thực tế, các mô hình van cắt bổ hiển thị chi tiết bên trong, bộ dụng cụ cơ khí chuyên dụng cho công tác tháo lắp và bảo dưỡng.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội), tính theo thang điểm 10 quy đổi sang thang điểm 4:

Thành phần đánh giá Hình thức và nội dung Chuẩn đầu ra đánh giá Thời điểm tổ chức Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Viết / Tự luận / Trắc nghiệm / Hỏi miệng A1, C1 Sau 08 giờ học 40% (gồm cả định kỳ)
Kiểm tra định kỳ Lý thuyết và Thao tác thực hành xưởng A1, B1, C1 Sau 14 giờ học
Thi kết thúc mô đun Viết / Thuyết trình kết hợp Thực hành A1, B1, C1 Sau 75 giờ học 60%

Yêu cầu đối với người học

  • Nghiên cứu bài giảng và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
  • Tham dự tối thiểu 70% thời lượng các buổi giảng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại mô đun).
  • Tham dự 100% thời lượng các buổi học thực hành tại xưởng (vắng thực hành phải học lại mô đun).
  • Hoàn thành đầy đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ và kỳ thi kết thúc mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cập nhật chương trình đào tạo: Giáo trình biên soạn năm 2020 trên cơ sở kế thừa và chuẩn hóa nội dung từ Giáo trình Vận hành van (2017) và Tài liệu hướng dẫn thực hành van (2017) lưu hành nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí, phù hợp với khung chương trình cao đẳng theo quy định mới.
  • Tích hợp tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế: Đưa vào các tiêu chuẩn vật liệu và chế tạo van của Hoa Kỳ gồm ASTM (American Society for Testing and Materials), ANSI (American National Standards Institute), ASME (American Society of Mechanical Engineers), thể hiện qua bảng tiêu chuẩn vật liệu van cầu và các bảng kiểm tra áp suất kỹ thuật.
  • Tính ứng dụng thực tế trong ngành dầu khí: Nội dung tập trung vào hệ thống van làm việc trong môi trường khai thác dầu khí có tính chất khắc nghiệt (áp suất cao, môi chất ăn mòn, hỗn hợp lỏng-khí-hạt rắn). Mô tả chi tiết cách xử lý dòng lưu chất chứa tạp chất bằng van đĩa composite hoặc van màng, cũng như kiểm soát rò rỉ qua vòng đệm Teflon.
  • Mô tả chuyên sâu các giải pháp kỹ thuật hiện trường: Phân tích nguyên nhân và giải pháp hạn chế các hiện tượng cơ - thủy lực thực tế như:
    • Hiện tượng kẹt van cổng do biến dạng nhiệt của đường ống.
    • Hiện tượng mài mòn không đều khi dùng van cổng, van chốt ở chế độ tiết lưu.
    • Hiện tượng va đập thủy lực (water hammer) và cách dùng đường ống bypass cân bằng áp suất trước khi mở van chính.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí; học viên các khóa đào tạo kỹ thuật công nghệ dầu khí, vận hành đường ống và trạm công nghệ.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn gồm:
    • Vẽ kỹ thuật - 1 (CK19MH01): Đọc và hiểu bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ P&ID, bản vẽ Isometric.
    • Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11): Nắm bắt nguyên lý cấp nguồn cho cơ cấu dẫn động điện.
    • Cơ sở điều khiển quá trình (TĐH19MĐ12): Nắm nguyên lý van điều khiển tự động.
    • Cơ sở khai thác (KKT19MH34): Hiểu đặc tính lưu chất và công nghệ khai thác dầu khí.
    • An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01): Nắm vững quy định an toàn công nghiệp.
  • Giảng viên: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính thức để biên soạn giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành tại xưởng và thiết lập ngân hàng câu hỏi đánh giá chuẩn đầu ra.
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Kỹ thuật viên, công nhân vận hành thiết bị tại các giàn khai thác, trạm thu gom và xử lý dầu khí sử dụng để tra cứu cấu tạo, quy trình bảo dưỡng và xử lý sự cố thiết bị van.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với những đối tượng nào?

Tài liệu được thiết kế làm giáo trình chính thức cho học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu đào tạo cho công nhân, kỹ thuật viên vận hành hệ thống đường ống công nghệ.

2. Người học cần có kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận giáo trình?

Người học cần hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm Vẽ kỹ thuật (để đọc ký hiệu bản vẽ P&ID và bản vẽ Isometric), Điện kỹ thuật cơ bản, Cơ sở điều khiển quá trình, Cơ sở khai thác và An toàn vệ sinh lao động.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu về cơ khí đường ống nói chung là gì?

Giáo trình tập trung trực tiếp vào các dòng van chuyên dụng trong ngành khai thác dầu khí, phân tích các hiện tượng làm việc với lưu chất đặc thù (dầu thô, khí gas, lưu chất có hạt rắn lơ lửng). Thời lượng thực hành chiếm tới 77,3% tổng số giờ học, gắn liền với các quy trình tháo lắp, kiểm tra áp suất cụ thể từ bảng 2.1 đến bảng 2.8.

4. Làm thế nào để tự học và tiếp thu mô đun này đạt hiệu quả?

Người học cần kết hợp đọc trước lý thuyết phân loại và cấu tạo trong Bài 1 và Bài 2; chuẩn bị các chủ đề thảo luận theo nhóm từ 8-10 người; tham dự đầy đủ 100% các buổi thực hành tại xưởng để trực tiếp thao tác trên các mô hình van cắt bổ và cụm van thực tế.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và nguồn tham khảo nào đi kèm?

Giáo trình tham khảo và đối chiếu từ các nguồn:

  • Giáo trình Vận hành van (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2017).
  • Tài liệu hướng dẫn thực hành van (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2017).
  • Handbook of Valves (Tác giả Philip A. Schweitzer, Nhà xuất bản Industrial Press Inc.).
  • Hệ thống tiêu chuẩn kiểm tra vật liệu và áp suất ASTM, ANSI, ASME.

Kết luận

Giáo trình mô đun Vận hành van (Mã: KKT19MĐ50) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo, nguyên lý làm việc và kỹ năng thao tác cơ khí đối với 8 loại van công nghiệp phổ biến trong khai thác dầu khí. Nội dung tài liệu đáp ứng trực tiếp mục tiêu đào tạo thực hành kỹ thuật, bảo đảm người học nắm vững quy chuẩn an toàn lao động và quy trình vận hành thiết bị.

Về lộ trình học tập, mô đun này giữ vai trò tiền đề kỹ thuật bắt buộc để học viên tiếp tục thực hiện các mô đun công nghệ tiếp theo trong chương trình đào tạo, gồm Vận hành bơm (KKT19MĐ52), Vận hành máy nén (KKT19MĐ53), Vận hành thiết bị tách dầu khí (KKT19MĐ54) và các học phần Vận hành hệ thống khai thác trên mô hình (KKT19MĐ58, KKT19MĐ59). Việc kết hợp giữa giáo trình lý thuyết, phiếu thực hành xưởng và tài liệu chuyên khảo quốc tế tạo nên chỉnh thể tài liệu phục vụ đào tạo nghề dầu khí.