ĐỒ án tôt NGHIỆP tổ hợp bơm ly tâm hπc 65 35 500 dùng trong vận chuyển dầu khí với chuyên đề tính toán các thông số cửa vào và cửa ra của bánh công tác

Do đó trong quá trình thực tập, nghiên cứu, đồng thời với sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, em đã được giao đề tài: “ Tổ hợ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

Sinh viên: Phạm Văn Viên Lớp cơ khí thiết bị k49

Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là đơn vị đi đầu trong công tác thăm dò, tìm kiếm, khai thác Hiện nay xí nghiệp có 12 giàn cố định và một số giàn nhẹ, tất cả đều ở trên biển do đó đòi hỏi phải có hệ thống trang thiết bị phù hợp, hiện đại Đồng thời việc nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như tuổi thọ của thiết bị cũng là nhiệm vụ hết sức quan trọng

Thiết bị dùng trong khai thác dầu khí rất đa dạng trong đó máy bơm ly tâm là thiết bị cơ bản được dùng rất phổ biến, đặc biệt là máy bơm ly tâm HΠC 65/35-500 Do đó trong quá trình thực tập, nghiên cứu, đồng thời với sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, em đã được giao đề tài: “ Tổ hợp bơm ly tâm HΠC 65/35-

500 dùng trong vận chuyển dầu khí” với chuyên đề: “ Tính toán các thông số cửa vào và cửa ra của bánh công tác ”

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Bản và các thầy trong

bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, cùng với sự cố gắng của bản thân đến nay em đã hoàn thành xong đồ án này

Mặc dù, đã rất cố gắng nhưng do kiến thức thực tế, kiến thức bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè

Qua đây, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy

Trần Văn Bản, các thầy trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, công

nhân và cán bộ kỹ sư tại giàn MSP-3 thuộc xí nghiêp liên doanh Vietsovpetro

và bạn bè đã giúp đỡ em nhiệt tình, chu đáo

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng 06 năm 2009 Sinh viên: Phạm Văn Viên

CHƯƠNG 1 CễNG TÁC THU GOM, VẬN CHUYỂN DẦU VÀ SỬ DỤNG CÁC

LOẠI BƠM LY TÂM TẠI XÍ NGHIỆP LIấN DOANH

VIETSOVPETRO 1.1 Vị trớ địa lý, địa hỡnh và điều kiện tư nhiờn tại mỏ Bạch Hổ của xớ nghiệp liờn doanh Vietsovpetro

1.1.1 Vị trớ địa lý

Xớ nghiệp liờn doanh Vietsovpetro thực hiện nhiệm vụ thăm dũ khai thỏc trờn thềm lục địa phớa nam Việt Nam, cỏch bờ biển Vũng Tàu khoảng 120km

Mỏ Bạch Hổ là một mỏ khai thỏc chớnh của Xớ nghiệp, mỏ Bạch Hổ nằm ở lụ

09 trong bồn trũng Cửu Long chiều sõu nước biển ở khu vực khai thỏc khoảng 50m, là một bộ phận quan trọng của khối nõng trung tõm trong bồn trũng Cửu Long và kộo dài theo phương Đụng Bắc - Tõy Nam

Nam Rồng

Đông Rồng Tam Đảo

Rạng đông Phương đông

Amethyst SW

Ruby Peath Jade

Sư tử đen

Topaz Sư tử vàng

Sư tử trắng Vừng Đông

Diamond

1.1.2 Địa hỡnh

Cấu tạo mỏ Bạch Hổ là một nếp lồi cú ba vũm Á kinh tuyến Múng Bạch

Hổ là đối tượng cho sản phẩm chớnh và được phõn ra làm ba khu vực vũm Bắc, vũm Trung và vũm Nam Ranh giới giữa cỏc vũm được chia một cỏch

quy ước, vì bồn trũng phân chia không rõ ràng và đứt gãy bị che lấp Cấu tạo

mỏ Bạch Hổ ở dạng dài khép kín theo dõi được các mặt phản xạ địa chấn, vỏ nền hình cấu trúc khép kín không quan sát được Vì vậy Bạch Hổ đến nay được coi là dạng cấu trúc vùi lấp

1.1.3 Điều kiện tự nhiên

Khí hậu khối không khí có chế độ tuần hoàn ổn định Mùa đông có gió Đông Nam, mùa hè có gió Tây Nam Gió Đông Nam kéo dài từ tháng 11 đến tháng 3 tiếp theo Gió thổi mạnh thường xuyên, tốc độ gió trong thời kỳ là

610 m/s Gió Tây Nam kéo dài từ tháng 6 đến tháng 9 hàng năm, gió nhẹ không liên tục tốc độ gió nhỏ hơn 5 m/s Trong mùa chuyển tiếp từ tháng 4 đến tháng 5 và tháng 10 gió không ổn định, thay đổi hướng liên tục Bão là yếu tố tự nhiên gây nguy hiểm lớn cho đất liền, đặc biêt là các công trình lớn trên biển

Bão thường xảy ra ở các tháng 7, 8, 9, 10, trong tháng 12 và tháng 1 hầu như không có bão Trung bình hàng năm có khoảng 8 cơn bão thổi qua, hướng chuyển động chính là hướng Tây Bắc, tốc độ di chuyển trung bình là 28 km/giờ cao nhất là 45 km/giờ

Trong tháng 11, sóng có chiều cao nhỏ hơn 1m là 13,38%, tháng 12 là 0,8%, trong tháng 3 sóng thấp hơn 1 m lên tới 44,83% Tần số xuất hiện sóng cao hơn 5 m là 4,08% và chủ yếu xuất hiện ở tháng 11 và tháng 1

Nhiệt độ bình quân hàng năm là 27oC cao nhất là 35,5oC và thấp nhất là 21,5oC nhiệt độ trên mực nước biển từ 24,1oC đến 30,32oC Nhiệt độ đáy biển

từ 21,7oC đến 29oC

Độ ẩm trung bình của không khí hàng năm là 82,5% số ngày mưa tập trung vào các tháng 5, 7, 8, 9, tháng 1, 2 và 3 thực tế không có mưa Số ngày

u ám tập trung nhiều nhất trong các tháng 5, 10 và 11 Trong cả năm số ngày

có tầm nhìn không tốt chỉ chiếm 25%, tầm nhìn xa từ 13 km, tập trung chủ yếu vào tháng 3 và tháng 7

1.2 Tình hình khai thác, thu gom và vận chuyển dầu tại mỏ Bạch Hổ của

xí nghiêp liên doanh Vietsovpetro

Mỏ Bạch Hổ được phát hiện dầu khí đầu tiên vào tháng 3 năm 1975 bởi giếng khoan Bạch Hổ 1 (BH – 1) bằng tàu khoan Glomar 2

Ngày 26/6/1986, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã khai thác tấn dầu đầu tiên từ mỏ và từ 6/9/1988 khai thác thêm tầng dầu trong móng granit nứt

nẻ ở các độ sâu khác nhau Đây là mỏ dầu lớn nhất Việt Nam hiện nay, bao gồm nhiều thân dầu: Miocene dưới, Oligocene và đá móng nứt nẻ trước

Đệ tam

Nhịp độ khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ ngày càng tăng, năm đầu tiên (1986) khai thác 40.000 tấn Đến ngày 16/9/1998, xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã khai thác được 60 triệu tấn dầu thô và khai thác tấn dầu thứ

75 triệu vào ngày 20/12/1999 Đến ngày 22/2/2001 khai thác tấn dầu thứ 90 triệu và ngày 4/12/2005 khai thác tấn dầu thứ 150 triệu

Hiện nay xí nghiệp đã tạo dựng được một hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật vững chắc trên bờ và dưới biển với 12 giàn khoan cố định, 2 giàn công nghệ trung tâm, 9 giàn nhẹ, 3 giàn bơm ép nước, 4 trạm rót dầu không bến, 2 giàn nén khí, 2 giàn tự nâng, với 330 km đường ống dưới biển, 17 tàu dịch vụ các loại trên biển và một căn cứ dịch vụ trên bờ với 10 cầu cảng dài tổng cộng 1.300 m, trong đó có cầu cảng trọng tải 10.000 tấn, có hệ thống kho có khả năng chứa 38.000 tấn/năm, 60.000 m2 bãi cảng, năng lực hàng hoá thông qua 12.000 tấn/năm Và tất cả các công đoạn công nghệ khoan, khai thác, vận chuyển và tồn trữ dầu khí đều diễn ra trên biển, trên các giàn cố định, giàn nhẹ và tàu chứa dầu Tất cả các đường ống chính, chủ yếu dùng trong công tác vận chuyển dầu khí đều nằm chìm dưới biển Điều đó đòi hỏi công tác vận chuyển dầu khí của chúng ta phải đạt được sự an toàn và độ tin cậy cao hơn nhiều lần so với ở đất liền

Tại các giàn khoan khai thác cố định trên biển, dầu được khai thác lên từ các giếng qua hệ thống đường ống công nghệ, vào bình tách khí áp suất cao, khoảng 3÷25 KG/cm2, sau đó chuyển đến bình tách áp suất thấp vào khoảng 0,5÷8 KG/cm2 Sau khi qua bình tách áp suất cao và áp suất thấp thì một phần lớn lượng khí đồng hành đã được tách ra, dầu đã được xử lý với hàm lượng khí hòa tan và ở trạng thái tự do thấp Rồi từ bình tách áp suất thấp dầu được các tổ hợp bơm ly tâm đặt trên giàn bơm vận chuyển đến các tàu chứa (trạm chứa dầu không bến) thông qua hệ thống đường ống ngầm dưới biển

Trong khu vực mỏ Bạch Hổ, dầu khai thác trên các giàn được vận chuyển đến

2 trạm tiếp nhận (tàu chứa dầu –FSO-1và FSO-2)

1.2.1 Trạm tiếp nhận phía Nam FSO-1

Ở đây, tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ 2 điểm là MSP-1 và giàn công nghệ trung tâm số 2 (CPP-2), cùng với các giàn nhẹ chuyển đến Đây là 2 điểm vận chuyển dầu quan trọng nhất, có khối lượng vận chuyển lớn nhất Từ CPP -2 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -1 và khu vực mỏ Rồng

Từ MSP -1 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -3, MSP -4 và MSP -8

và thông qua các điểm trung chuyển tại MSP -6 và MSP -8 nối với trạm tiếp nhận phía Bắc FSO - 2

1.2.2 Trạm tiếp nhận phía Bắc FSO -2

Tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ 2 điểm trung chuyển là MSP -6 và MSP -8 Từ MSP -6 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -4 và thông qua đó nối với MSP -3, MSP -5, MSP -7, MSP -8, MSP -10 Từ MSP -8 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -4, MSP -1, MSP -9, MSP -11 Trạm tiếp nhận FSO -2 chủ yếu tiếp nhận dầu từ các giàn MSP -4, MSP -5, MSP -3, MSP -6, MSP -7, MSP -8, MSP -9, MSP -10, MSP -11

Trong khu vực mỏ Rồng có trạm tiếp nhận dầu FSO- 3 Giữa các trạm tiếp nhận dầu FSO- 1, FSO- 2, FSO- 3 có mối liên hệ với nhau thông qua nhiều điểm trung chuyển, được trình bày trên sơ đồ tuyến đường ống vận chuyển dầu trên biển của xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro

Căn cứ theo sơ đồ đường ống vận chuyển dầu ngầm dưới biển tại 2 khu vực mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, ta nhận thấy rằng: Chỉ trừ MSP-1, MSP -2, MSP -6, MSP -8, trong những điều kiện bình thường, không có sự cố hỏng hóc tàu chứa dầu hoặc tắc nghẽn đường ống vận chuyển là có thể bơm thẳng dầu đến tàu chứa Còn lại, tất cả các giàn như MSP -3, MSP -4, MSP -5, MSP-7, MSP -9, MSP -10, MSP -11 phải bơm dầu qua những đoạn đường rất xa, qua nhiều điểm nút trung gian

Ví du: Từ MSP -5, muốn vận chuyển dầu đến trạm tiếp nhận FSO -2 chúng ta phải bơm dầu qua những quãng đường như sau: MSP-5 → MSP-3 (đường ống 325x16, L=1005m, V=68m3) → MSP-4 ( 219x13, L=877m, V=26,5m3) → MSP-6 ( 325x16, L= 1284,5m, V= 87m3) → FSO -2 ( 325x16, L=1915m, V=129m3) Tổng cộng chiều dài toàn bộ tuyến là 5081,5m, V=310,5m3, áp suất làm việc tính theo xác suất thống kê trung bình

là từ 2025Kg/cm2 Tuy nhiên, có rất nhiều giàn cùng tham việc vận chuyển dầu do đó cần phải có thời gian bố trí sao cho hợp lý Bên cạnh đó việc vận chuyển dầu còn chịu ảnh hưởng rất lớn từ các tính chất hóa, lý sau

1 Khối lượng riêng 

Hiện nay, dầu thô của chúng ta khai thác được chủ yếu tập trung ở các tầng sản phẩm Mioxen hạ, Oligen hạ và tầng móng kết tinh Chúng thuộc loại dầu nhẹ vừa phải, khối lượng riêng nằm trong khoảng giới hạn (0,830,85).103 kg/m3 Dầu thô ở khu vực mỏ Bạch Hổ có khối lượng riêng khoảng 0,8319.103 kg/m3 (38o6API), đó là một thuận lợi đối với công tác vận chuyển dầu, bởi vì mặc dù theo công thức tính lưu lượng của bơm Q= CmDb

nhỏ, việc cung cấp năng lượng (điện năng) cho các trạm bơm vận chuyển dầu giảm đáng kể

2 Độ nhớt 

Là khả năng của chất lỏng có thể chống lại được lực trượt (lực cắt), nó được biểu hiện dưới dạng lực ma sát trong (nội ma sát) khi có sự chuyển dịch

tương đối của các lớp chất lỏng kề nhau Bởi vậy, độ nhớt là tính chất đặc trưng cho mức độ di động của chất lỏng Độ nhớt của chất lỏng thay đổi trong một phạm vi rộng theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì  giảm và ngược lại

Ngoài ra, khi áp suất tăng thì độ nhớt của chất lỏng cũng tăng, trừ một vài chất lỏng đặc biệt như nước Khi vận chuyển dầu, chúng ta phải đưa chúng vào trạng thái chuyển động, muốn vậy phải đặt vào chúng một lực nhất định bằng sự tác dụng của các cánh bơm Chuyển động của chất lỏng chỉ xuất hiện khi ứng suất ma sát vượt quá một giới hạn nào đó, gọi là ứng suất trượt ban đầu Như vậy, rõ ràng độ nhớt của chất lỏng công tác ảnh hưởng rất lớn đến dòng chuyển động của nó, mặc dù trong các công thức tính toán cơ bản của các máy bơm dùng để vận chuyển chất lỏng (dầu thô) này không có mặt trực tiếp của đại lượng , nhưng chính nó là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất gây nên tổn thất của dòng chảy,  càng lớn thì tổn thất thủy lực của dòng chảy càng lớn, làm tăng tổn thất công suất và giảm lưu lượng của các máy bơm

Dầu thô của chúng ta, theo các kết quả nghiên cứu phân tích của Công ty DMC (Việt Nam ) và Viện hóa dầu COPAH ( Tomsk – CHLB Nga ), có độ nhớt khá lớn Độ nhớt động  (trong đó 





 ) của dầu tầng Mioxen ở 500C thay đổi trong một khoảng rộng từ 8,185 16,75 Cst Độ nhớt động  của dầu

ở tầng Oligoxen vào khoảng 6,614 Cst, của tầng móng vào khoảng 6,686 Cst

ở 500C Điều đó gây khó khăn rất lớn cho công tác vận chuyển dầu của chúng ta

3 Ảnh hưởng của các tính chất lý, hóa khác

Dầu thô của chúng ta là loại sạch, chứa rất ít các độc tố, các kim loại nặng như chì, Vanadium, Magiê, Lưu huỳnh Đây là một điều tốt cho hệ thống vận chuyển dầu cũng như hệ thống công nghệ của chúng ta Tuy nhiên,

từ kết quả phân tích phần cặn (chiếm một tỷ lệ khá cao, đến 21,5% trọng lượng đối với dầu thô Bạch Hổ) có nhiệt độ sôi trên 5000C trong quá trình chưng cất chân không, ta thấy dầu thô của chúng ta chứa hàm lượng Parafin rắn khá cao, đến 44,12% trọng lượng (phần cặn), điều đó làm giảm tính linh động của chúng ở nhiệt độ thấp và ngay cả ở nhiệt độ bình thường Chính sự

có mặt của Parafin với hàm lượng lớn làm cho nhiệt độ đông đặc của dầu thô tăng lên Đối với dầu thô khu vực mỏ Bạch Hổ, nhiệt độ đông đặc ở mức khá

cao, đến 330C Đây thực sự là một trở ngại lớn cho hệ thống vận chuyển dầu của chúng ta bởi chúng rất dễ làm tắc nghẽn các tuyến đường ống, nhất là ở tại các điểm nút hoặc tại các tuyến ống ở xa trạm tiếp nhận và có lưu lượng thông qua thấp, hoặc không liên tục mà bị gián đoạn trong một thời gian lâu

Đấy chính là nhược điểm căn bản trong tính chất lý, hoá của dầu thô Việt Nam, và việc xử lý, khắc phục chúng đòi hỏi cả một quá trình công nghệ phức tạp và tốn kém

Để cải thiện các tính chất lý hóa của dầu, phục vụ cho công tác vận chuyển, tồn trữ chúng, người ta sử dụng nhiều biện pháp nhằm làm giảm độ nhớt hoặc gia nhiệt cho chúng để chống sự đông đặc làm tắc nghẽn đường ống của dầu Ví dụ, bằng phương pháp cấy vi sinh vào môi trường nước ép vỉa, người ta đã làm tăng tối đa các quá trình phản ứng men ôxy hóa hydrocacbon của dầu có độ nhớt cao, điều đó làm tăng khả năng thu hồi dầu ở các tầng sản phẩm và làm tăng được tính lưu biến của chúng

Ngoài các ảnh hưởng trên, thì với yếu tố địa lý, khí hậu, thủy văn phức tạp như đã nêu (trong mục 1.1.3) cũng có sự tác động không nhỏ đối với công tác vận chuyển và các quá trình công nghệ khai thác dầu Vùng biển thềm lục địa phía Nam này chịu ảnh hưởng gió mùa nhiệt đới, hình thành 2 mùa rõ rệt :

- Mùa mưa có gió Tây- Nam, được đặc trưng bởi lượng mưa lớn và nhiều sương mù kéo dài từ khoảng tháng 4 đến tháng 10 Vào mùa này khí hậu thường nóng, do vậy dầu thô khai thác được khi qua các công đoạn xử lý công nghệ trên giàn ít bị mất nhiệt, hạn chế được khả năng đông đặc của chúng

- Vào mùa khô thường từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, có gió Bắc với cường độ lớn, gọi là mùa gió chướng Trong khoảng thời gian này, hay xuất hiện những cơn bão hay áp thấp nhiệt đới với sức gió đến 2530m/s, nhiệt độ không khí giảm xuống rõ rệt Vì vậy, ở các giàn khai thác có các giếng với sản lượng thấp thường hay xảy ra hiện thượng dầu bị đông đặc, hoặc chí ít thì tính linh động của dầu cũng giảm xuống rõ rệt, gây khó khăn cho việc vận chuyển dầu Đó là chưa kể đến những sự cố bất thường xảy đến cho tuyến vận chuyển dầu (tắc nghẽn, gẫy vỡ đường ống) và các trạm tiếp nhận cũng thường hay xảy ra trong mùa thời tiết không mấy thuận lợi này

Ngoài ra, điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm không khí lớn, và môi trường biển này hoàn toàn có hại đến tuổi thọ, độ bền của máy móc, thiết bị công nghệ cũng như các tuyến đường ống vận chuyển dầu Các cấu trúc, kết cấu kim loại của máy móc thiết bị công nghệ ngoài việc chịu tải trọng lớn khi làm việc, còn chịu tác động ăn mòn với cường độ lớn do môi trường biển gây

ra Trong thực tế, có trên 50% các trường hợp sự cố đối với các đường ống ngầm vận chuyển dầu là do tác động của ăn mòn kim loại Vì vậy khi tính toán thiết kế, lắp đặt các hệ thống thiết bị công nghệ trên các công trình biển, phải nên đặt điều kiện làm việc này (môi trường biển, độ ẩm lớn, khí hậu nhiệt đới ) lên mối ưu tiên hàng đầu

1.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí

- Nhiệm vụ của hệ thống thu gom và xử lý là:

+ Tách dầu ra khỏi khí và nước;

+ Dùng hoá phẩm để gia nhiệt hoặc hạ nhiệt độ đông đặc của dầu;

+ Phân phối dòng sản phẩm nhờ cụm Manhephon đến các thiết bị đo, kiểm tra, xử lý theo sơ đồ công nghệ

1.3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí

Hệ thống thu gom vận chuyển trên giàn cố định, cơ bản được lắp trên 6 Blốc khai thác sau đây:

Đây là hai Blốc quan trọng nhất, được lắp đặt thiết bị miệng giếng và các hệ thống đường ống thu gom sau

- 5 đường ống công nghệ chính:

+ Đường gọi dòng: dẫn về bình gọi dòng;

+ Đường làm việc chính: đưa về bình tác HC;

+ Đường làm việc phụ;

+ Đường ống xả: để xả áp suất trong trường hợp cần thiết Nếu giếng có

áp suất thấp nó dẫn về bình 100 m3 để tách;

+ Đường dẫn về bình đo

- Các đường phụ trợ:

+ Đường dập giếng;

+ Đường tuần hoàn thuận;

+ Đường tuần hoàn nghịch

Ngoài ra trên Blốc này còn được lắp đặt:

- Bình Bufe (còn gọi là bình tách áp suất thấp; bình 100 m3; bình E1):

+ Thể tích 100 m3; + Áp suất giới hạn 6 KG/cm2; + Áp suất làm việc 2,53 KG/cm2

- Hệ thống máy bơm để bơm dầu từ bình 100 m3 ra tàu chứa

- Hệ thống đường ống nối từ các bình tách đến các Blốc Modun No/1,

No/2 và Blốc Modun No/4, No/5

Được lắp đặt các hệ thống sau:

- Hệ thống hoá phẩm cho gaslift;

- Trạm phân phối khí cho các giếng gaslift;

+ Hệ thống tuốcbin đo dầu và khí

- Các máy bơm phục vụ cho công nghệ bơm ép nước;

- Hệ thống máy nén khí để duy trì áp suất cho các hệ thống tự động trên giàn

1.3.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống thu gom vận chuyển dầu

Sau khi dòng sản phẩm ra khỏi miệng giếng, nó đi qua hệ thống phân dòng (cụm Manhephon) để phân phối dòng theo các đường ống phù hợp với từng mục đích công nghệ sau

1.3.3.1 Đối với giếng gọi dòng

Sản phẩm dầu khí sau khi ra khỏi miệng giếng được phân phối về đường gọi dòng để đưa vào bình gọi dòng Tại đây:

- Dầu được tách ra và được đưa về bình 100 m3 để tách lần 2;

- Khí đưa ra phaken đốt;

- Nước, dung dịch khoan, dung dịch gọi dòng xả xuống biển

Khi thấy dầu phun lên thì người ta không đưa sản phẩm vào bình gọi dòng mà chuyển sang bình tách (HC hoặc bình 100 m3)

1.3.3.2 Đối với giếng cần đo

Khi tiến hành khảo sát giếng, kiểm tra định kỳ hoặc đột xuất, để xác lập các thông tin của vỉa giếng, nhằm xây dựng chế độ khai thác hợp lý, người ta tiến hành công tác đo

Quy trình công nghệ như sau: dầu- khí sau khi ra khỏi miệng giếng được đưa về đường đo dẫn vào bình đo Bình đo có tác dụng tách dầu riêng, khí riêng:

- Dầu sau khi qua hệ thống tuốcbin đo được đưa về bình 100 m3 để tách tiếp

- Khí sau khi qua thiết bị đo nếu:

+ Áp suất cao, nó đưa về bình HC để xử lý;

+ Áp suất thấp, nó đưa ra phaken đốt

1.3.3.3 Đối với giếng khai thác bình thường

Sản phẩm đi ra khỏi miệng giếng qua đường làm việc chính vào bình tách HC (25 m3)

- Dầu tách được sẽ chuyển sang bình 100 m3 tách tiếp, sau đó dầu được bơm ra tàu chứa, còn khí đưa lên bình sấy áp suất thấp

- Khí tách được sẽ chuyển sang bình tách tia (bình condensate):

+ Dầu thu được đưa về bình tách HC hoặc bình 100 m3;

- Nếu áp suất trong bình vượt quá giới hạn thì van an toàn nổ và xả áp suất theo đường dẫn tới phaken đốt Khi áp suất giảm tới giới hạn làm việc của bình thì van tự động đóng lại

- Trên đầu ra của dầu và khí từ các bình đều lắp hệ thống van “mim” để

tự động điều chỉnh mức dầu khí và áp suất trung bình

Để cấp khí có áp suất cao cho phương pháp khai thác gaslift người ta lắp đặt bình gaslift ở blốc No/1 và No/2 Sản phẩm của giếng có áp suất cao đi theo đường làm việc phụ đến bình gaslift

- Khí có áp suất cao được đưa vào trạm phối khí để dẫn đến giếng khai thác bằng phương pháp gaslift

- Dầu được dẫn vào bình HC để tách tiếp

Hai máy bơm HΠC 65/35 - 500 được lắp song song trong đó một máy bơm luôn ở trạng thái làm việc và một máy bơm dự phòng Việc lắp đặt này nhằm mục đích:

- Do yêu cầu công nghệ khai thác dầu khí, để đảm bảo quá trình khai thác dầu được liên tục Nếu máy bơm đang làm việc bị hư hỏng không làm việc được thì ta có thể vận hành máy dự phòng thay thế;

- Khi lưu lượng khai thác tăng thì ta cho hai máy bơm cùng làm việc để giảm nhanh lượng dầu trong bình chứa

1.4 Sử dụng bơm ly tâm trong công tác vận chuyển dầu trên hệ thống thu gom vận chuyển

Bơm ly tâm là loại máy thủy lực cánh dẫn, trong đó việc trao đổi năng lượng giữa máy với chất lỏng (gọi là chất lỏng công tác) được thực hiện bằng năng lượng thủy động của dòng chảy qua máy Bộ phận làm việc chính của bơm ly tâm là các bánh công tác trên đó có nhiều cánh dẫn để dẫn dòng chảy

Biên dạng và góc độ bố trí của các cánh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến các

thành phần vận tốc của dòng chảy nên có ý nghĩa rất quan trọng trong việc trao đổi năng lượng của máy với dòng chảy Khi bánh công tác của bơm ly tâm quay (thường là với số vòng quay lớn đến hàng ngàn vòng trong 1 phút) các cánh dẫn của nó truyền cơ năng nhận được từ động cơ (thường là động cơ điện) cho dòng chất lỏng đi qua nó tạo thành năng lượng thủy động cho dòng chảy Nói chung năng lượng thủy động của dòng chảy bao gồm 2 thành phần chính: động năng (V2/2g) và áp năng (P/ ), và chúng có mối liên quan mật thiết với nhau Trong quá trình làm việc của máy, sự biến đổi động năng bao giờ cũng kéo theo sự biến đổi của áp năng Tuy nhiên đối với máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm, đối với mỗi loại kết cấu máy cụ thể, sự biến đổi áp năng chỉ đạt đến một giới hạn nhất định Nó khác với máy thủy lực thể tích Ở máy thủy lực thể tích, năng lượng trao đổi của máy với chất lỏng có thành phần chủ yếu là áp năng, còn thành phần động năng không đáng kể Còn ở máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm, năng lượng cột áp chỉ tăng đến mức cần thiết, còn lại toàn bộ năng lượng thủy động của dòng chảy nhận được từ máy biến thành động năng Chính vì vậy, việc dùng các máy bơm ly tâm để vận chuyển chất lỏng từ một điểm này đến một điểm khác chiếm một ưu thế hơn hẳn các loại máy thủy lực khác

Với tính năng kỹ thuật cao, chỉ tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãi nên các bơm ly tâm được dùng chủ yếu trong công tác vận chuyển dầu của XNLD Vietsovpetro Tùy theo sản lượng khai thác và nhu cầu thực tế trên mỗi giàn cố định mà người ta sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâm khác nhau Hiện nay, tại các trạm bơm vận chuyển dầu trên các công trình biển của XNLD Vietsovpetro, chúng ta đang sử dụng các chủng loại bơm dầu

ly tâm như sau

1 Máy bơm HΠC 65/35 –500

Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơm được làm kín bằng các dây san nhic mềm hoặc bộ phận làm kín kiểu mặt đầu Bơm HΠC 65/35 –500 được sử dụng để bơm dầu thô, các loại khí hydrocacbon hóa lỏng, các sản phẩm dầu khí ở nhiệt độ từ -300C đến 2000C

và các loại chất lỏng khác có tính chất lý hóa tương tự Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượng không vượt quá 0,2% khối lượng Tổ hợp bơm được trang bị động

cơ điện loại BAO 22 - 280M - 2T2,5 với công suất N= 160KW, U=380V, 50Hz và các thiết bị bảo vệ, làm mát, làm kín khác theo đúng yêu cầu, quy phạm láp đặt vận hành chúng Một số các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm HΠC 65/35 –500 như sau :

- Lưu lượng định mức tối ưu (m3/h ) : 65(35)

2 Làm kín bằng salnhic (co) : 5at

- Công suất thủy lực yêu cầu của bơm (KW) : 160

- Trọng lượng của bơm (KG) : 1220

- Công suất của động cơ điện (KW) : 160

3 Máy bơm Sulzer – Ký hiệu MSD-D Model 4 x8 x10,5

Là loại bơm ly tâm có 5 cấp, nằm ngang, trong đó bánh công tác thứ nhất là loại hai cửa hút ngược chiều nhau, 4 bánh công tác còn lại là loại 1 cửa hút được chia làm 2 nhóm đối xứng, có cửa hút ngược chiều nhau Thân máy có cấu tạo gồm 2 nửa tháo được theo bề mặt phẳng ngang và được định

vị với nhau bởi các chốt côn Thân máy có nhiều khoang chứa các bánh công tác và giữ luôn vai trò của các bánh hướng dòng Phía dưới có ống giảm tải nối từ khoang chứa đệm làm kín phía áp suất cao đến khoang cửa vào cấp I của bơm Trục bơm được làm kín bằng đệm làm kín chì dạng kép, có nhiệt độ làm việc dưới 1600C Đệm làm kín này được làm mát bằng dầu Tellus 46, đồng thời dầu làm mát này có tác dụng như nêm thủy lực làm kín bổ sung cho đệm Dầu làm mát đệm làm kín trao đổi nhiệt với bên ngoài thông qua các lá đồng tản nhiệt dọc theo đường ống

Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm như sau :

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 130

- Cột áp định mức (m) : 400

- Hiệu suất hữu ích (%) : 74

- Công suất thủy lực của bơm (KW) : 147

- Lượng dự trữ xâm thực cho phép (m) : 2,1 - Công suất động cơ điện (KW) : 185

- Số vòng quay (V/ph) : 2969

- Điện áp (V) : 380 – Tần số dòng điện : 50Hz - Chiều dài khớp nối trục (mm) : 180

- Khối lượng của tổ hợp : 3940Kg 4 Máy bơm NK-200/120 Là loại bơm ly tâm dùng để bơm dầu, khí hóa lỏng, dung dịch hữu cơ và các chất lỏng khác có tỷ trọng không quá 1050Kg/m3, độ nhớt động đến 6.10-4m2/s Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượng vượt quá 0,2% và nhiệt độ trong khoảng –80oC  400oC Tổ hợp bơm gồm động cơ điện và bơm được lắp ráp trên cùng một khung dầm và được liên kết với nhau bằng khớp nối răng Đây là loại bơm ly tâm 1 tầng, có thân bơm, vấu tựa, ống hút và ống nối có áp (cửa ra) được đặt trên cùng một giá đỡ Việc làm kín trục ở phía đi ra của nó từ nắp vở bơm bằng lót ma sát mặt đầu hoặc là đệm san nhíc mềm kiểu dây quấn Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của bơm như sau : - Lưu lượng bơm (m3/h) : 200

- Cột áp định mức (m) : 120

- Hiệu suất hữu ích (%) : 67

- Lượng dự trữ xâm thực cho phép : 4,8 (m) - Công suất động cơ điện (KW) : 100

- Số vòng quay (V/ph) : 2950

- Điện áp (V), tần số dòng điện (Hz) : 380-50

5 Máy bơm NK-200/70

Là loại bơm ly tâm có cùng kiểu dạng, kết cấu như NK-200/120

6 Máy bơm ЦHC- 105/294

Là tổ hợp bơm ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng, phân đoạn Nó thường được dùng để vận chuyển dầu bão hòa khí, dầu thương phẩm lẫn nước

có nhiệt độ từ 274oK  318oK (1oC  45oC) hoặc dùng để bơm nước trong các

hệ thống công nghệ Các chất lỏng công tác dùng cho bơm ЦHC -105/294 cần phải đảm bảo các yêu cầu: Tỷ trọng không lớn quá 1060 Kg/m3 (từ 700  1060Kg/m3), độ nhớt động không lớn quá 2,5.10-4m2/s, tạp chất cơ học có kích thước không lớn quá 0,2mm và hàm lượng không quá 0,2% trọng lượng

Tổ hợp bơm ЦHC -105/294 bao gồm động cơ điện và bơm được liên kết với nhau thông qua 2 mặt bích có phần may-ơ gắn then ở 2 đầu trục Hai mặt bích này được siết chặt với nhau bởi các bulông có lót ống đệm cao su giảm chấn

Đây là loại bơm ly tâm có từ 2  10 cấp bánh công tác có cửa vào cùng chiều,

do đó để cân bằng lực dọc trục tác dụng lên rôto người ta phải bố trí ổ đỡ thủy lực ở một đầu trục phía cao áp với đường kính phù hợp với số cấp bánh công tác của bơm

Các thông số đặc đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm ЦHC -105/294 như sau

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 105

- Cột áp định mức (m) : 294

- Hiệu suất hữu ích (%) : 68

- Công suất động cơ điện (KW) : 160

- Số vòng quay (V/ph) : 2950

- Điện áp (V)- tần số dòng điện (Hz) : 380-50

Tuy nhiên, tại các giàn cố định loại, bơm này (ЦHC - 105/294) thường

chỉ được sử dụng để bơm nước

Ngoài các loại bơm ly tâm thông dụng đã nêu trên, người ta còn lắp đặt, trang bị thêm một số chủng loại bơm khác như: R360/150GM-3, R250/38GM-1 hoặc đôi khi, trong những trường hợp cần thiết các loại bơm thể tích như 9MP, ЦA-320, ЦA-400, YБН-700… Cũng có thể tham gia vào công tác vận chuyển dầu trên các công trình biển

Việc bố trí, lắp đặt các trạm bơm trên các giàn cố định hoặc giàn nhẹ được thiết kế, tính toán phù hợp với sản lượng khai thác dầu và vai trò công

nghệ của giàn trong hệ thống công nghệ chung của toàn khu mỏ Bạch Hổ và

mỏ Rồng Với sơ đồ vận chuyển dầu và các đặc điểm trong công tác này như

đã nêu (ở mục 3- chương 1), người ta bố trí kiểu loại và số lượng máy bơm ly tâm trên các giàn như sau:

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NK-200/120 - số lượng : 2

 Máy bơm SULZER - số lượng : 2

2 CPP-2 (Giàn công nghệ trung tâm số 2)

 Máy bơm SULZER - số lượng : 8

 Máy bơm R360/150 CM-3 - số lượng : 5

 Máy bơm R360/150 CM-1 - số lượng : 2

3 MSP-3 (Giàn 3)

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 1

 Máy bơm HΠC 40/400 - số lượng : 2

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm HΠC 40/400 - số lượng : 2

7 MSP-7 (Giàn 7)

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 3

8 MSP-8 (Giàn 8)

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NK-200/210 - số lượng : 2

 Máy bơm SULZER - số lượng : 2

9 MSP-9 (Giàn 9)

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 4

10 MSP-10 (Giàn 10)

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 3

 Máy bơm HΠC 40/400 - số lượng : 1



11 MSP-11 (Giàn 11)

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 4

12 RP-1 (Giàn 1 Mỏ Rồng )

 Máy bơm HΠC 65/35-500 - số lượng : 3

 Máy bơm HΠC 40/400 - số lượng : 1 Theo thống kê trên, số lượng máy bơm HΠC 65/35-500 và HΠC 40/400 là 37/60 chiếm một tỷ lệ lớn, và trong thực tế người ta vẫn

thường dùng các loại bơm HΠC và SULZER để vận chuyển dầu Đây là 2 loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm: kết cấu bền vững, độ tin cậy, độ an toàn cao, lưu lượng bơm, cột áp và hiệu suất hữu ích lớn, dễ vận hành, bảo quản, sửa chữa Ở hai loại bơm này, do cách bố trí các bánh công tác thành hai nhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau Do đó làm giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên Roto, tải trọng của các ổ đỡ trục giảm, do đó tuổi thọ của chúng tăng lên rất nhiều Tuy nhiên, do các bơm ly tâm đều làm việc ở chế độ vận tốc góc lớn (khoảng 3000v/ph) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúng đòi hỏi độ chính xác cao Ngoài ra, do lưu lượng của chúng khá lớn nên việc đưa chúng vào chế độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững và tuân thủ đúng yêu cầu của kỹ thuật vận hành để tránh hiện tượng quá tải cho động cơ điện

Công việc vận chuyển dầu đòi hỏi phải đưa một lượng lớn sản phẩm khai thác dầu khí từ các giàn cố định và giàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận là các tàu chứa trong thời gian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo sự an toàn cho các tuyến đường ống vận chuyển Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sử dụng năng lượng điện cho các trạm bơm cũng được đặt ra Do đó việc bố trí, phối hợp các chủng loại bơm trên cùng một trạm, hoặc việc phối hợp giữa các trạm bơm với nhau sao cho có thể giảm được tải trọng trên các tuyến ống vận chuyển dầu và tăng được lưu lượng thông qua của chúng

Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùng một trạm bơm ta có thể lắp đặt chúng theo nhiều cách Theo cách đặt các bơm theo kiểu mắc song song với mục đích làm tăng lưu lượng vận chuyển của trạm

Theo cách này, mặc dù đường ra của mỗi bơm ly tâm đều có van một chiều nhưng vẫn phải đòi hỏi các bơm trong hệ thống phải có các thông số đặc tính

kỹ thuật không khác xa nhau nhiều lắm, để khi cùng đồng thời vận hành

chúng không triệt tiêu lẫn nhau Theo cách đặt bơm mắc nối tiếp với mục đích làm tăng áp suất trên đường vận chuyển để có thể đưa chất lỏng đến được những điểm tiếp nhận rất xa Tuy nhiên, cách này đòi hỏi các tổ hợp bơm được mắc nối tiếp phải có lưu lượng như nhau và việc làm kín trục cho các máy bơm ở phần cuối của hệ thống rất phức tạp do áp suất đầu vào của chúng tăng lên đáng kể Ngoài ra, cũng có thể phối hợp cả 2 kiểu bố trí song song và nối tiếp trên cùng một trạm Nhưng trong thực tế, trên các giàn cố định, các trạm bơm dầu được xây dựng theo kiểu mắc song song do các kiểu bơm ly tâm đã được chọn lựa đảm bảo đủ cột áp để có thể vận chuyển được dầu thô đến vị trí tiếp nhận Tùy theo sản lượng khai thác hoặc vị trí công nghệ của mỗi giàn mà người ta sử dụng số lượng bơm ly tâm trên trạm là 2, 3 hoặc hàng chục như ở CPP-2 (15 bơm)

Trên mỗi trạm bơm, thông thường người ta dự tính từ 1/3 đến 1 2số lượng bơm ở vị trí dự phòng để khi hư hỏng, sự cố các máy bơm đang ở chế

độ làm việc, ta có thể sử dụng chúng thay thế ngay không ảnh hưởng đến sản lượng khai thác dầu Các máy bơm dự phòng này không nên để chúng ở trạng thái không làm việc trong thời gian quá lâu vì dễ gây ra hiện tượng bó kẹt roto

do dầu bị đông đặc hoặc thành phần parafin trong dầu và các tạp chất gây kết tủa khác đóng cặn lại giữa các khe hở trong bơm Tùy theo mùa và thời tiết để

có thể định ra một thời gian biểu vận hành các bơm dự phòng Việc này có thể tiến hành theo kinh nghiệm riêng, tùy theo đặc điểm công nghệ mỗi giàn

Nhưng, tốt nhất vẫn là thực hiện chế độ luân phiên làm việc cho các máy bơm trong trạm Điều đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa được dễ dàng và chủ động hơn

Như vậy:

Từ việc xem xét những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu của xí nghệp liên doanh Vietsovpetro ta có thể đề ra những yêu cầu cơ bản cho việc xây dựng những trạm bơm dầu trên các giàn cố định để thông qua đó có thể chọn lựa các chủng loại bơm ly tâm phù hợp với yêu cầu công nghệ của mỗi giàn Theo em, các máy bơm ly tâm dùng trong công tác vận chuyển dầu trong môi trường biển trên các giàn phải có độ tin cậy cao, độ bền cơ học lớn,

có khả năng chống lại tác động ăn mòn hóa học trong điều kiện khí hậu nhiệt

đới, ẩm, hơi nước có độ mặn cao, và nhất là có các đường đặc tính làm việc phù hợp với chế độ công nghệ của chúng ta

2.1.1 Sơ đồ cấu tạo máy bơm

4

6 5

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy bơm

- Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh

công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng thường gọi là mồi bơm

- Khi máy bơm ly tâm làm việc, nhờ phần khớp nối giữa động cơ dẫn động và bơm làm bánh công tác quay Các phần tử chất lỏng trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của

bơm Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vùng có chân không

và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút Đó là quá trình hút của bơm Quá trình hút và quá trình đẩy là hai quá trình liên tục, tạo lên dòng chảy liên tục qua bơm

- Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồng xoắn ốc) để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định

và còn có tác dụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết

2.1.3 Phân loại bơm ly tâm

Vì bơm ly tâm được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực khác nhau nên nó

có rất nhiều loại với nhiều hình dạng và kết cấu khác nhau Bơm ly tâm

thường được phân loại theo các cách sau đây

- Phân loại theo cột áp của bơm:

+ Bơm cột áp thấp: H < 20 m cột nước;

+ Bơm cột áp trung bình: H = (2060 ) m cột nước;

+ Bơm cột áp cao: H > 60 m cột nước

- Phân loại theo số bánh công tác lắp nối tiếp trong bơm:

+ Bơm một cấp;

+ Bơm nhiều cấp

- Phân loại bơm theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:

+ Bơm một miệng hút;

+ Bơm hai miệng hút

- Phân loại theo sự bố trí của trục bơm:

2.2.1 Chuyển động của chất lỏng trong bơm ly tâm

Qũy đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác rất phức tạp, để đơn giản trong tính toán ta giả thiết:

- Dòng chảy qua bánh công tác bao gồm các dòng nguyên tố như nhau;

- Qũy đạo chuyển động tương đối của các phần tử chất lỏng trong bánh công tác theo biên dạng cánh dẫn

Các điều kiện để có dòng chảy như giả thiết trên là:

+ Bánh công tác có số cánh dẫn nhiều vô cùng và mỗi cánh dẫn mỏng

vô cùng (không có chiều dày);

+ Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng (không có độ nhớt)

Với các giả thiết trên, chuyển động tuyệt đối của mỗi phần tử chất lỏng qua bánh công tác có thể phân tích thành hai chuyển động đồng thời: chuyển động theo (quay tròn cùng bánh công tác) và chuyển động tương đối (theo biên dạng cánh dẫn)

Chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác được đặc trưng bằng các vận tốc:

2.2.2 Phương trình cơ bản của bơm ly tâm 2.2.2.1 Phương trình cột áp lý thuyết

Ứng dụng định lý cơ học về biến thiên mômen động lượng đối với dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác, nhà bác học Ơle đã thành lập ra phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm là :

Hl =

g

c u c

u2 2u  1 1u

(2.1) Trong đó:

Hl  - Cột áp lý thuyết của bơm có số cánh dẫn vô hạn

u1, u2 - Vận tốc vòng của bánh công tác ứng với bán kính vào và ra, có phương thẳng góc với phương hướng kính

c1u, c2u - Thành phần vận tốc tuyệt đối của các phần tử chất lỏng ở lối vào

và ra bánh công tác chiếu lên phương của vận tốc vòng (u)

Tam giác vận tốc ở cửa vào là tam giác vuông:

Cột áp thực tế của bơm ly tâm H là : H= Z. H.H l (2.3)

Z

 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, được gọi là hệ số cột áp

Bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm, năm 1931 viện sĩ Prôskua

đã xác định  Z đối với bơm ly tâm, được tính theo công thức sau

 Z=1- sin2

Z (2.4) Z- Số cánh dẫn của bánh công tác

Với Z và 2 thông thường, trị số trung bình của hệ số cột áp   Z 0,8

H

 - Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố ( kích thước, kết cấu của bánh công tác và bộ phận hướng dòng…), được gọi là hiệu suất cột áp của bánh công tác

Với bơm ly tâm ( H = 0,70,9)

Nếu xét ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, cột áp lý thuyết ứng với số cánh dẫn hữu hạn là:

H1= Z.Hl  (2.5) Cột áp thực tế của bơm ly tâm là:

Trong tính toán gần đúng, có thể xác định cột áp thực tế của bơm ly tâm theo biểu thức:

H=

g

u

2 22



(2.7)

- Hệ số cột áp thực tế, phụ thuộc vào trị số ns theo bảng sau :

Q ns 50 60 60180 180 350 350580  1,56 1,24 1,24 0,71 0,71 0,51 0,50,33

Bảng 2.1 Hệ số cột áp thực tế phụ thuộc vào ns

Qua phương trình cơ bản của bơm ly tâm ta thâý muốn có cột áp có lợi nhất thì bánh công tác phải có số cánh dẫn phù hợp và góc độ kết cấu cánh dẫn hợp lý

2.3 Ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp của bơm ly tâm

Kết cấu của bánh công tác nói chung và cánh dẫn nói riêng có ảnh hưởng quyêt định đến cột áp của bơm ly tâm Hình dạng bố trí kết cấu của cánh dẫn chủ yếu phụ thuộc vào góc vào1 và góc ra 2 Ta xét ảnh hưởng của góc

1 , 2 đối với cột áp H của bơm

- Ảnh hưởng của góc 1 Góc vào 1 là góc bố trí cánh dẫn và cũng là góc biểu thị phương của vận tốc tương đối ở lối vào của bánh công tác, như ta đã biết trường hợp có lợi nhất về cột áp của bơm khi tam giác vận tốc ở lối vào là tam giác vuông (1 = 900 ), do đó 1 chỉ phụ thuộc vào u1 , c1

- Ảnh hưởng của góc 2

Góc ra 2 là góc bố trí cánh dẫn và cũng là góc biêủ thị phương của vận tốc ở lối ra của bánh công tác Trị số của góc 2 có ảnh hưởng trực tiếp đến phương và trị số các thành phần vận tốc của dòng chất lỏng trong mang dẫn, do đó có ảnh hưởng quyết định đến cột áp toàn phần H và cột áp thành phần Ht, Hđ của bơm.Vì vậy 2 có ý nghĩa cực kỳ quan trọng

Hình 2.5 Các kiểu bố trí cánh dẫn trong bánh công tác bơm ly tâm

Tùy theo trị số của 2 , bánh công tác có ba cách bố trí sau:

+ 2 < 900: cánh dẫn cong về phía sau (so với u), gọi là cánh dẫn ngoặt sau;

+ 2 = 900: cánh dẫn hướng kính ở lối ra, gọi là cánh dẫn hướng kính;

+ 2 > 900: cánh dẫn cong về phía trước, gọi là cánh dẫn ngoặt trước

Để cho bơm có thể làm việc được thì trị số của góc ra 2 phải thỏa mãn điều kiện : 2min < 2 < 2max

Tùy theo tính năng làm việc của từng loại bơm mà lựa chọn góc 2 thích hợp, bơm ly tâm thường làm việc trong phạm vi có quan hệ giữa cột áp tĩnh và cột áp động với cột áp toàn phần như sau:

 : Khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m3] Hiệu suất của máy :  =

0

N

N

với : No Công suất tiêu thụ của máy bơm [ W]

Ở máy bơm ly tâm  = 1 + 2 + 3

- Với 1: Hệ số tính đến những mất mát thủy lực do masát của chất lỏng với ống dẫn hướng, trong bánh công tác thông thường hệ số:

1 = 0,7  0,95

- 2: Hệ số tính đến những mất mát thể tích do sự rò rỉ của chất lỏng qua các khe hở giữa các ngăn của máy bơm với áp suất khác nhau, rò rỉ qua vòng làm kín giữa rôto và thân máy, rò rỉ qua Salnhic ra ngoài

Nhờ sự hoàn thiện của cơ cấu làm kín và độ chính xác ngày càng cao hiện nay nên 2 = 0,9 0,98

- 3: Hệ số tính đến sự mất mát cơ học do ma sát ở San nhic, ở ổ bi và

do ma sát giữa chất lỏng với bề mặt bên ngoài của bánh công tác

2.5 Định luật tương tự trong bơm ly tâm

Khi số vòng quay làm việc n của bơm thay đổi, các thông số làm việc khác của bơm: Q , H , N cũng thay đổi theo Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi bơm ly tâm với số vòng quay thay đổi ít (dưới 50% so với số vòng quay định mức) thì hiệu suất của bơm thay đổi tương đối ít, theo quy định trong kỹ thuật

có thể xem như không đổi  = const Mặt khác, các tam giác vận tốc đều tỷ

lệ với số vòng quay nên các tam giác vận tốc sẽ đồng dạng với nhau Do đó,các chế độ làm việc khác nhau của bơm khi số vòng quay n thay đổi ít được xem như các trường hợp tương tự

Trong thực tế, ngoài số vòng quay làm việc thay đổi còn có thể gặp trường hợp trọng lượng riêng  của chất lỏng thay đổi, đường kính ngoài D của bánh công tác thay đổi Để đáp ứng yêu cầu sử dụng, khi cần giảm cột áp

và lưu lượng so với định mức, có thể giảm bớt đường kính D (chỉ trong phạm

vi 10%) và hiệu suất của bơm coi như không đổi, nghĩa là các chế độ làm việc của bơm có thể xem như tương tự

Gọi Q1, H1, N1 – Là lưu lượng, cột áp và công suất ứng với D’, 1và n1 Gọi Q2, H2, N2 – Là lưu lượng, cột áp và công suất ứng với D”, 2và n2

Các thông số

Khi 

thay đổi

Khi n thay đổi

Khi D thay đổi

Khi  , n, D thay đổi Lưu

1 2 2

n





H1

Công suất N

1 2 1

n





N1

Bảng 2.2 Quan hệ tương tự trong một bơm ly tâm

2.6 Số vòng quay đặc trưng và phân loại máy bơm theo số vòng quay

Để việc sử dụng, thiết kế chế tạo máy bơm được thuận lợi và kinh tế thì

nó sẽ được tiêu chuẩn hóa Mỗi loại máy sản xuất ra được chia thành nhiều nhóm, trong cùng một nhóm các máy đều có đặc tính làm việc và hiệu suất như nhau Để đặc trưng cho một nhóm ta dùng một máy mẫu tượng trưng (mô hình) Do đó ta quy định mô hình có các thông số sau:

Nếu N tính bằng mẵ lực thì :

2.6.2 Phân loại máy bơm theo số vòng quay

Loại bơm Tốc độ thấp Tốc độ trung

bình

Tốc độ cao

Số vòng quay đăc trưng ( ns )

50 < ns < 80 80 < ns< 150 150 < ns < 180

Bảng 2.3: Phân loại máy bơm theo số vòng quay

2.7 Đường đặc tính của máy bơm ly tâm

Các thông số bơm như H, Q, N,  thay đổi theo các chế độ làm việc của bơm với số vòng quay n không đổi hoặc thay đổi

Các quan hệ H = f(Q), N = f(Q),  = f(Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm, được biểu diễn dưới dạng giải tích theo phương trình đặc tính, dưới dạng đồ thị được gọi là đường đặc tính của bơm

Các đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi (n = const) được gọi là đường đặc tính làm việc, ứng với nhiều số vòng quay (n biến thiên) được gọi là đường đặc tính tổng hợp

Trong ba đường đặc tính nêu trên, quan trọng nhất là đường đặc tính cột

áp H = f(Q), cho biết khả năng làm việc của bơm nên được gọi là đường đặc tính cơ bản

Từ đường H = f(Q) ta có thể suy ra N = f(Q),  = f(Q)

2.7.1 Đường đặc tính lý thuyết

Từ phương trình cơ bản có thể xây dựng đường đặc tính lý thuyết của bơm ly tâm

Theo công thức trên ta có: Hl =

c2R=

2 2

Hl =

g

g c

2 2

.

cot

Q g b D

g u





(2.16) Đối với bơm cho trước u2, b2, D2 là những đại lượng không đổi, nên phương trình đặc tính lý thuyết có dạng:

Hl =a – b.cotg2.Q1 (2.17)

a, b - Là những hằng số dương

Đường biểu diễn phương trình này được gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyết Đó là đường không đi qua gốc toạ độ, có hệ số góc tuỳ thuộc vào trị số góc ra của bánh dẫn 2

Trong trường hợp tổng quát đối với máy thuỷ lực có 3 dạng đường đặc tính lý thuyết

0 Q l

A ' A

A'' '''

'''

'' '

C B

Hình 2.7 Đường đặc tính lý thuyết và đường đặc tính tính toán

Nếu 2 > 90o, cotg2 < 0, đường AB Nếu 2 = 90o, cotg2 = 0, đường ACNểu 2 < 90o, cotg2 > 0, đường AD Đối với bơm ly tâm, 2 < 90o, do đó đường đặc tính của bơm ly tâm là đường nghịch biến bậc nhất AD Đây là đường đặc tính cơ bản lý thuyết của bơm ly tâm (đường nghịch biến bậc nhất) khi chưa xét số cánh dẫn hữu hạn

- Khi kể tới các loại tổn thất thuỷ lực của dòng chất lỏng qua bánh công tác, các loại tổn thất thuỷ lực này đều tỷ lệ với bình phương của vận tốc, nghĩa là bình phương của lưu lượng, đường đặc tính trở thành đường cong bậc hai '' ''

D

A

- Khi kể tới các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì đường đặc tính dịch

về phía trái và thấp hơn A''D'' một chút, đó là đường A''D'' Đây chính là đường đặc tính cơ bản tính toán của bơm ly tâm

2.7.2 Đường đặc tính thực nghiệm

Việc xây dựng đường đặc tính tính toán rất phức tạp và khó khăn, bởi vậy trong kỹ thuật thường xây dựng các đường đặc tính bằng các số liệu đo được khi khảo nghiệm trên các máy cụ thể Đó là đường đặc tính thực nghiệm

H



H

H(m) 40

Hình 2.8 Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm

Nhìn chung, đường đặc tính xây dựng bằng phương pháp thực nghiệm cũng có dạng giống đường đặc tính xây dựng bằng phương pháp tính toán nhưng chúng không trùng nhau Điều đó chứng tỏ bằng tính toán không xác định được đầy đủ và hoàn toàn chính xác các loại tổn thất xảy ra trong bơm

Vì thế, việc nghiên cứu các loại máy thuỷ lực nói chung và máy bơm nói riêng bằng phương pháp thuỷ lực là vô cùng quan trọng

Công dụng của đường đặc tính làm việc của bơm:

- Các đường đặc tính H – Q, N – Q,  - Q, cho phép xác định khu vực làm việc có lợi nhất ứng với hiệu suất cao nhất [max hoặc = (max – 7%)];

- Qua hình dạng của đường đặc tính có thể biết tính năng làm việc của bơm để sử dụng bơm một cách hợp lý;

- Đường đặc tính [HCK] = f(Q) để tính toán ống hút và xác định vị trí đặt bơm một cách hợp lý

2.7.3 Đường đặc tính tổng hợp

Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một số vòng quay làm việc không đổi của bơm Nếu thay đổi tốc độ làm việc (vòng/phút) thì đường đặc tính làm việc cũng thay đổi theo Để biết nhanh sự thay đổi các thông số

Q, H, N,  của bơm khi n thay đổi, cần xây dựng đường đặc tính tổng hợp

Q(m/h) 80 60 40 20 0

Hình 2.9 Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm

Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đường biểu diễn các quan hệ Q-H, N-H với các số vòng quay làm việc khác nhau, trên đó các điểm làm việc cùng hiệu suất được nối với nhau thành những đường cong gọi là đường cùng hiệu suất (đường đẳng hiệu suất)

2.8 Ảnh hưởng của khối lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng đến khả năng làm việc của bơm ly tâm

Các đường đặc tính của máy bơm cho bới lý lịch máy được xác định

khi bơm nước có  = 1.000 kg/m3 và  = 0,01cm2/s Thực tế các bơm ly tâm được sử dụng để bơm nhiều loại chất lỏng có tính chất vật lý khác nhau, cho nên khi chọn và sử dụng máy bơm ta cần tính đến ảnh hưởng của khối lượng riêng và độ nhớt đến máy

- Khối lượng riêng : + Q và H không phụ thuộc vào tỉ trọng + P, N,  thay đổi tỉ lệ thuận với tỉ trọng của chất lỏng

- Độ nhớt: Khi độ nhớt tăng nên mất mát công suất cũng tăng lên do ma sát quay và cản trở thủy lực của dòng chảy chất lỏng trong khi mất mát về thể tích giảm Khi độ nhớt tăng, cột áp và lưu lượng của bơm đều giảm

Sự thay đổi của Q, N,  phụ thuộc vào độ nhớt rất phức tạp và hầu như không thể tính bằng lý thuyết Trong thực tế nó được tính theo công thức

Q chất lỏng = Kq Q nước ; H chất lỏng = KH H nước

 chất lỏng = K nước

Các giá trị Kq, Hh , K là các hệ số chuyển đổi, được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào lưu lượng và độ nhớt của chất lỏng (phụ thuộc vào Re: Khi Re => tăng nhanh Kq – Kh – K  1)

2.9 Hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm

Hiện tượng xâm thực khí là sự phá hủy tính dày đặc của dòng chảy chất lỏng do sinh ra trong dòng chảy những khoang chứa đầy khí và hơi của chất lỏng

Hiện tượng xâm thực bắt đầu bằng sự xuất hiện trong dòng chảy dày đặc chất lỏng các bọt khí, hơi nhỏ và thể tích các bọt khí này tăng nhanh do giảm

áp suất cục bộ và tăng vận tốc của chất lỏng

Dòng chảy chất lỏng cuốn theo các bọt khí - hơi đến vùng có áp suất cao hơn, và ở đây các bọt khí - hơi được ngưng tụ vào thời điểm tiếp hợp các bọt khí sinh ra xung âm Quá trình tiếp hợp xảy ra tức thời tạo nên áp suất cục bộ cao và dưới tác dụng của áp suất này các cánh quạt, thành và các rãnh của máy bơm bị phá hủy

Hiện tượng xâm thực khí thường dễ nhận biết bằng các dấu hiệu bên ngoài bởi độ ồn, độ va đập và độ rung của máy

- Hậu quả :

+ Hiện tượng xâm thực khí dẫn đến giảm lưu lượng, cột áp- công suất

và hiệu suất của máy;

+ Máy bơm làm việc lâu ở chế độ xâm thực khí có thể bị phá hủy hoàn toàn

- Nguyên nhân:

+ Do áp suất ở một điểm nào đó của dòng chảy giảm xuống và thấp hơn cả áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở to đó nên chất lỏng bốc hơi và sinh ra các bọt khí hơi;

+ Do khí lọt vào máy bơm từ môi trường bên ngoài

- Cách phòng chống:

Khi lắp đặt và sử dụng:

+ Tăng áp suất vào máy bơm bằng cách giảm mọi mất mát về áp suất

có thể trên đường vào máy bơm (dùng đường ống vào ngắn, có đường kính lớn, ít các thiết bị chặn, chiều cao lắp máy bơm thấp…);

+ Đảm bảo để khí không lọt vào máy bơm từ bên ngoài: theo đường ống hút, qua các khe nứt

- Khi thiết kế và chế tạo:

+ Tăng đường kính vào của bánh công tác và chiều rộng của các rãnh

Các cánh quạt từ phía áp suất cao được uốn cong, ở đường vào bánh công tác thứ I đặt thêm một bánh công tác phụ trợ( bánh theo trục);

+ Sử dụng các vật liệu có độ cứng cao, thép không gỉ, đồng thau trong chế tạo

-Lượng dự trữ xâm thực khí :

Để không có xâm thực khí PB> P Thông thường

PB : áp suất tuyệt đối trên đường vào bơm;

P : Ap suất hơi bão hòa của chất lỏng

Lượng dự trữ xâm thực khí được gọi là tới hạn khi với giá trị này thì hiện tượng xâm thực khí xảy ra Để xác định giá trị tới hạn người ta dùng thực nghiệm bằng cách giữ nguyên Q,H,N,  và thay đổi chiều cao chân không của cột hút HB cho đến khi hiện tượng xâm thực xảy ra Giá trị này được gọi là chiều cao chân không giới hạn của cột hút gh

b h

Trong thực tế người ta thường sử dụng khái niệm chiều cao chân không cho phép của cột nước cp

b h

Với cp

b

gh b h h

= 1,15-> 1,25

Ta thấy khi hb < hcp

b hiện tượng xâm thực không xảy ra Các đại lượng

h hoặc hcp

b đượcxác định bằng thực nghiệm và được ghi trong lý lịch máy

2.10 Sự làm việc của các máy bơm mắc song song và mắc nối tiếp

Trong thực tế có trường hợp phải ghép nhiều bơm làm việc trong cùng một hệ thống, khi trong hệ thống có yêu cầu cột áp hoặc lưu lượng lớn hơn cột áp, lưu lượng của một bơm, có hai cách ghép sau đây

2.10.1 Ghép song song

Dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu lưu lượng lớn hơn lưu lượng của một bơm Điều kiện để các bơm ghép song song có thể làm việc được là khi làm việc, các bơm ghép có cùng một cột áp:

H1 = H2 = H3 = = Hi

Để xác định lưu lượng của bơm ghép song song làm việc trong cùng một

hệ thống, cần xây dựng đường đặc tính chung của các bơm ghép (H - QC) và biết đường đặc tính lưới (Hlưới - Q)

Đường đặc tính chung của các bơm ghép song song (H - QC) trong hệ thống được xây dựng bằng cách cộng các lưu lượng với cùng một cột áp (cộng các hoành độ trên cùng một tung độ)

Ví dụ: Khảo sát hai bơm có đường đặc tính khác nhau: (H1 – Q) và (H2 – Q) ghép song song (hình 2.10), có thể thấy với mọi cột áp H > HB trong

hệ thống chỉ có bơm 2 làm việc Khi H = HB cả hai bơm đều cùng làm việc nhưng lưu lượng của hệ thống chỉ bằng lưu lượng của bơm 2 ứng với điểm B (QB = Q2)