Giáo trình Hệ thống khí nén (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

Giáo trình Hệ thống khí nén nghề Khoan khai thác dầu khí dành cho hệ cao đẳng được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Tổng quan về hệ thống khí nén; Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén; Vận hành và bảo dưỡng hệ thống khí nén. Mời các bạn cùng tham khảo!

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ



GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: HỆ THỐNG KHÍ NÉN NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số: 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022

của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022

(Lưu hành nội bộ)

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình “Hệ thống khí nén” được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề

“Khoan khai thác dầu khí” của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ lôgic chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn

Hệ thống khí nén là một trong những hệ thống thiết bị, thiết bị không thể thiếu trong Khoan dầu khí, là thiết bị cần thiết phục vụ cho việc tạo ra những giếng khoan

để có thể thăm dò và để có thể khai thác được nguồn tài nguyên quý giá này Việc vận hành hệ thống quay cần đòi hỏi phải có đội ngũ công nhân, kỹ sư vận hành lành nghề,

có nhiều kinh nghiệm để có thể luôn nắm vững quy trình vận hành và xử lý được các

Giáo trình sẽ phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy và học tập của giáo viên và sinh viên trong Trường

Với lòng mong muốn giáo trình này có thể góp phần nâng cao chất lượng học tập mô đun “Hệ thống khí nén”, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp nhận những

ý kiến đóng góp của các em sinh viên và đồng nghiệp về những thiếu sót không thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn./

Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2022

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Ks Lý Tòng Bá

2 Ks Vũ Xuân Thạch

3 Ks Bùi Đức Sơn

MỤC LỤC

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 13

1.1 CHỨC NĂNG 13

1.2 SƠ ĐỒ, NGUYÊN LÝ TỔ HỢP HỆ THỐNG KHÍ NÉN 15

BÀI 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHÍ NÉN 19

2.1 MÁY NÉN KHÍ 19

2.2 THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN 85

2.3 BÌNH CHỨA KHÍ NÉN 95

2.4 VAN ĐIỀU ÁP 98

BÀI 3: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG KHÍ NÉN 100

3.1 VẬN HÀNH HỆ THỐNG KHÍ NÉN 100

3.2 PHÁT HIỆN VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ 105

3.3 BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG KHÍ NÉN 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống khí nén trên giàn MSP 8 17

Hình 2-1: Cách lắp ghép trục khuỷu vào máy nén khí 23

Hình 2-2: Máy nén piston đối đỉnh 23

Hình 2-3: Kết cấu máy nén piston kiểu W 24

Hình 2-4: Van hút và van xả 25

Hình 2-5: Cấu tạo van hút và van xả 26

Hình 2-6: Cấu tạo đĩa van 27

Hình 2-7: Van đặt 28

Hình 2-8: Xilanh và ống lót xilanh 29

Hình 2-9: Lỗ cung cấp dầu bôi trơn 30

Hình 2-10: Piston 30

Hình 2-11: Piston gang 31

Hình 2-12: Cấu tạo piston 32

Hình 2-13: Xécmăng 33

Hình 2-14: Cấu tạo xécmăng 33

Hình 2-15: Cấu tạo vòng chèn kim loại 35

Hình 2-16: Các kiểu vòng chèn kim loại 36

Hình 2-17: Sơ đồ cung cấp dầu bôi trơn cho vòng chèn kim loại 36

Hình 2-18: Ống xả khí 37

Hình 2-19: Nắp hộp vòng chèn 37

Hình 2-20: Trục khuỷu 39

Hình 2-21: Cấu tạo thanh truyền 40

Hình 2-22: Con trượt và chốt con trượt 41

Hình 2-23: Liên kết thanh truyền và cán piston nhờ con trượt 42

Hình 2-24: Bôi trơn kiểu vung tóe 42

Hình 2-25: Bôi trơn cổ biên 43

Hình 2-26: Bôi trơn cưỡng bức 43

Hình 2-27: Thiết bị trao đổi nhiệt 44

Hình 2-28: Làm mát bằng cánh tản nhiệt 45

Hình 2-29: Làm mát bằng nước 46

Hình 2-30: Làm mát trung gian 46

Hình 2-31: Màng an toàn 47

Hình 2-32: Van an toàn 48

Hình 2-33: Cấu tạo van an toàn 49

Hình 2-34: Van điều chỉnh và bộ khống chế tốc độ cao 50

Hình 2-35: Bầu lọc không khí của máy nén khí 51

Hình 2-36: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén khí piston loại có con trượt tác dụng đơn, một cấp nén 52

Hình 2-37: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của một máy nén khí piston loại có con trượt tác dụng kép, một cấp nén 53

Hình 2-38: Cấu tạo của máy nén trục vít 54

Hình 2-39: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu trục vít 55

Hình 2-40: Quá trình ăn khớp 55

Hình 2-41: Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén kiểu trục vít 55

Hình 2-42: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy nén roto cánh gạt 56

Hình 2-43: Máy nén khí ly tâm 57

Hình 2-44: Cấu tạo vỏ tháo ngang 58

Hình 2-45: Cấu tạo vỏ tháo dọc 59

Hình 2-46: Khả năng rò rỉ khí của hai loại vỏ tháo ngang và tháo dọc 60

Hình 2-47: Các loại bánh công tác 61

Hình 2-48: Bánh công tác lắp trên trục bằng mối ghép độ dôi 62

Hình 2-49: Màng ngăn 62

Hình 2-50: Làm mát màng ngăn bằng nước 63

Hình 2-51: Cánh dẫn hướng 64

Hình 2-52: Cánh dẫn hướng có khả năng điều chỉnh 65

Hình 2-53: Vòng làm kín khuất khúc 66

Hình 2-54: Sự rò rỉ khí vận tốc thấp qua vòng làm kín 66

Hình 2-55: Sự rò rỉ khí vận tốc cao qua vòng làm kín 67

Hình 2-56: Vòng đệm kín kiểu khuất khúc được sử dụng thêm giữa vỏ máy và trục máy 68

Hình 2-57: Vòng làm kín khuất khúc mà cả trục lẫn vòng làm kín đều được tạo răng ăn khớp 68

Hình 2-58: Vòng làm kín kiểu khuất khúc có rãnh để hứng khí rò rỉ (khí độc hại, nguy hiểm) 69

Hình 2-59: Vòng làm kín kiểu khuất khúc được dẫn khí trơ áp suất cao hơn áp suất trong máy nén vào rãnh 70

Hình 2-60: Cấu tạo vòng đệm kín giới hạn 71

Hình 2-61: Cấu tạo vòng kín tiếp xúc cơ học 71

Hình 2-62: Cấu tạo đệm màng lỏng 73

Hình 2-63: Chuyển động của trục máy nén 73

Hình 2-64: Hai loại ổ bi dùng để chống lại chuyển động theo phương bán kính 74

Hình 2-65: Ổ bi dùng để chống lại chuyển động theo trục 74

Hình 2-66: Lực do áp suất tác dụng lên hai bên của mỗi tầng công tác 75

Hình 2-67: Cấu tạo ngăn cân bằng 76

Hình 2-68: Sơ đồ hệ thống bôi trơn 77

Hình 2-69: Làm mát bên trong máy nén 78

Hình 2-70: Làm mát trung gian 79

Hình 2-71: Làm mát sau khi nén 79

Hình 2-72 Van xả 80

Hình 2-73: Van by-pass 80

Hình 2-74: Bộ điều chỉnh tốc độ 81

Hình 2-75: Điều chỉnh tốc độ bằng bộ điều tốc ly tâm 82

Hình 2-76: Bộ phận ngừng hoạt động của tuabin hơi nước 83

Hình 2-77 Nguyên lý làm việc máy nén ly tâm một cấp 84

Hình 2-78 Nguyên lý làm việc máy nén ly tâm nhiều cấp 85

Hình 2-79: Các giai đoạn xử lý khí nén 88

Hình 2-80: Các phương pháp xử lý khí nén và lĩnh vực ứng dụng 89

Hình 2-81: Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước 90

Hình 2-82: Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh 91

Hình 2-83: Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt 92

Hình 2-84: Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ 93

Hình 2-85: Quá trình vận hành của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ 93

Hình 2-86: Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hóa học 94

Hình 2-87: Mặt cắt dọc của bình chứa khí nén 96

Hình 2-88: Mặt cắt ngang của bình chứa khí nén 97

Hình 2-89: Bình chứa khí nén và các phụ kiện 98

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

1 Tên mô đun: Hệ thống khí nén

2 Mã mô đun: PETD62139

3 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

3.1 Vị trí: Là mô đun thuộc phần môn học, mô đun chuyên môn nghề của chương

trình đào tạo Môn đun này được dạy trước mô đun hệ thống nâng hạ, hệ thống tuần

hoàn dung dịch và sau các môn học, mô đun như: Cơ sở khoan, hệ thống phát lực

3.2 Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức, kỹ năng về vận hành và xử lý hệ khí

nén

3.3 Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Là mô đun bắt buộc, giúp sinh viên thao tác

thành thạo trong vận hành, bảo dưỡng hệ thống khí nén

4 Mục tiêu của mô đun:

4.1 Về kiến thức:

A1 Trình bày được chức năng của hệ thống khí nén;

A2 Mô tả được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston

không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị

5 Nội dung của mô đun

Thời gian đào tạo (giờ)

Tổng

số

Trong đó

Lý thuyết

SAEN52001 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0

II

Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề

II.1 Môn học, mô đun kỹ

AUTM52111 Cơ sở điều khiển quá

II.2

Môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề

PETD62036 Nguyên lý phá hủy đất đá 2 30 28 0 2 0 PETD53137 Thí nghiệm dung dịch

đá

PETD54143 Hệ thống chống ống và trám xi măng 4 105 14 87 1 3 PETD55144 Hệ thống kiểm soát

TT Nội dung tổng quát

Thời gian (giờ)

Tổng

số thuyết Lý

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn

6.3 Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình học tập,…

6.4 Các điều kiện khác: không có

7 Nội dung và phương pháp đánh giá:

7.1 Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

7.2 Phương pháp:

Người học được đánh giá tích lũy mô đun như sau:

7.2.1 Cách đánh giá

- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số

09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và

Xã hội

- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau:

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)

+ Điểm thi kết thúc mô đun 60%

Chuẩn đầu ra đánh giá

Số cột

Thời điểm kiểm tra

Thường xuyên Viết/

Tự luận/

Trắc nghiệm và Thực hành

A1, A2, B1, C1, C2, C3

1 Sau 12 giờ

Kết thúc mô

đun

Viết/ Thuyết trình và Thực hành

Tự luận/

Trắc nghiệm

và Thực hành

A1, A2, B1, C1, C2,

C3

1 Sau 45 giờ

7.2.3 Cách tính điểm

- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân

- Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ

số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ

8 Hướng dẫn thực hiện mô đun

8.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng Dầu khí

8.2 Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun

8.2.1 Đối với người dạy

* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu

vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…

* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra

* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra

* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm

tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm

8.2.2 Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:

- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học mô đun này (trang web, thư viện, tài

đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về

1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm

- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ

- Tham dự thi kết thúc mô đun

- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học

9 Tài liệu tham khảo:

- Tài liệu tiếng Việt:

[1] Nguyễn Công Tuyển (1995), Bơm, máy nén, quạt công nghiệp, NXB Khoa học

và kỹ thuật

[2] Hà Cao Đàm, Nguyễn Hữu Bính, Trạm máy nén khí di động

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN

❖ GIỚI THIỆU BÀI 1

Bài 1 giới thiệu tổng quan về hệ thống khí nén

- Tuân thủ nội quy, quy định nơi làm việc

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1

- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận

và bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm)

- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mô đun, giáo trình, tài liệu

tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan

- Các điều kiện khác: Không có

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1

- Nội dung:

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: không có

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có

❖ NỘI DUNG BÀI 1

1.1 CHỨC NĂNG

Khí nén đã có nhiều ứng dụng từ rất xa xưa, ngay từ trước Công Nguyên Tuy nhiên, do sự phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu không có hoặc còn thiếu, cho nên phạm

vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cùng với năng lượng điện, vai trò năng lượng bằng khí nén ngày càng trở nên quan trọng Tất cả những cơ sở sản xuất lớn, thậm chí cả trong nhiều lĩnh vực thông dụng của cuộc sống hàng ngày cũng không thể thiếu được nguồn năng lượng khí nén Việc sử dụng năng lượng bằng khí nén đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng năng lượng điện sẽ nguy hiểm; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhưng truyền động với vận tốc lớn; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những thiết bị như búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh, và nhiều nhất là dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy…

Trong ngành công nghiệp dầu khí, vai trò của năng lượng khí nén càng trở nên đặc biệt quan trọng, nhất là đối với các giàn khoan-khai thác dầu khí trên biển Sở dĩ như vậy là do các quá trình sản xuất, các công đoạn công nghệ trong công nghiệp dầu khí đặc biệt nguy hiểm, luôn tiềm ẩn những nguy cơ cháy, nổ, phun trào… có thể gây

ra tai nạn chết người, phá hủy thiết bị, công trình, thậm chí là những thảm họa môi trường nghiêm trọng cho cả một khu vực rộng lớn Với những đặc tính ưu việt của năng lượng khí nén, như:

- An toàn với môi trường độc hại, môi trường nguy hiểm khí, dễ cháy nổ;

- Cung cấp nguồn khí có áp suất phù hợp cho các thiết bị khoan;

- Dùng để vận chuyển xi măng trong quá trình bơm trám, gia cố giếng khoan;

- Cung cấp nguồn khí cho các thiết bị đo và hệ thống tự động điều khiển các thiết bị trên hệ thống công nghệ khai thác như: cung cấp nguồn khí nén cho

hệ thống đóng mở các van cầu; cung cấp khí trong quá trình thử các van an toàn, thông thổi các đường ống;

- Cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển các thiết bị khoan;

- Cung cấp khí nén cho cho hệ thống khởi động khí nén như khởi động động

- Trạm máy nén khí 4BУ 1-5/9 ở BM-15: gồm 2 máy: 1- Được dẫn động bằng động cơ Diezel; 1- Được dẫn động bằng động cơ điện; nhằm cung cấp khí nén áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2) cho các thiết bị tự động hóa & đo lường, và các thiết bị phục vụ cho công nghệ khoan, như roto tháo lắp cần khoan, phanh tời khoan, đóng/ngắt các ly hợp khí nén của các bơm dung dịch УM-8

- Trạm máy nén khí ВП2-9/10 ở BM-7B: gồm 4 máy (được dẫn động bằng động cơ điện) và một hệ thống sấy và làm khô khí (khá phức tạp), cung cấp khí nén khô, sạch, áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2) cho hệ thống vận chuyển xi măng, phục vụ cho quá trình công nghệ khoan

- Trạm máy nén khí ЭКП-70/25 ở BM-7A: gồm 2 máy (được dẫn động bằng động cơ điện) cung cấp khí nén áp suất trung bình (30 ÷ 50 kG/cm2) cho hệ thống khởi động động cơ Diezel 8ЧН 25/34-3 của trạm phát điện chính (BM-7A) của giàn

“MIM”, các trạm điều khiển (ACS, TOE ) đóng/mở các van dập giếng, dẫn động cho các bơm hóa phẩm… của hệ thống công nghệ khai thác dầu khí + Cụm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2): loại 4BУ1-5/9, gồm 1 ÷ 2 máy Đây là loại máy nén khí có lưu lượng trung bình (Q ≈ 5 m3/phút), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho các thiết bị, dụng cụ dẫn động bằng khí nén (máy mài, máy khoan, máy bắn rỉ, các máy bơm thủy lực cao áp…) và chủ yếu là làm nhiệm vụ ép nước kỹ thuật phục vụ sinh hoạt trên giàn

- Trong thời gian gần đây, trên các giàn cố định của Xí nghiệp Liên doanh

“Vietsovpetro”, người ta đã đưa vào lắp đặt và sử dụng các trạm nén khí hiện đại, như GA-75 (của hãng Atlas-Copco), hoặc SSR MH-75 (của hãng Ingersoll-Rand) Các trạm này có thể cung cấp khí nén trong dải áp suất làm việc từ 6 ÷ 13 kG/cm2 và lưu lượng tương đối lớn (Q ≈ 13,59 ÷ 11,61

m3/phút, đối với trạm SSR MH-75; Q ≈ 11,8 m3/phút, đối với trạm GA-75) Chúng được trang bị thêm hệ thống xử lý làm sạch và sấy khô khí khá hoàn hảo nên chất lượng khí nén rất tốt, đảm bảo đủ lưu lượng và chất lượng để có thể sử dụng cho hệ thống vận chuyển xi măng, phục vụ cho quá trình công nghệ khoan; ép nước kỹ thuật cung cấp cho sinh hoạt và các hệ thống làm mát; cũng như cho các thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động , các thiết bị được dẫn động bằng khí nén khác… Vì vậy, với một trạm nén khí có

2 máy loại này (GA-75 của hãng Atlas-Copco, hoặc SSR MH-75 của hãng Ingersoll-Rand) được lắp đặt ở BM-7B, có thể thay thế cho toàn bộ các cụm, trạm máy nén khí áp suất thấp khác (như ВП2-9/10; BУ-0,6/8; BУ-0,6/13; 4BУ1-5/9; Ingersoll-Rand T 30/7100…) trước đó, ở trên giàn

- Trạm máy nén khí áp suất cao (100 ÷ 150 kG/cm2): loại Kp-2T (hoặc BT 0,3/150), gồm 2 máy Đây là loại máy nén khí cao áp, có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 1,5 ÷ lít/phút), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển đóng/mở các van cầu ở các blok công nghệ (BM-1;2) và hệ thống khởi động cho các động cơ Diezel của các máy bơm dung dịch và máy bơm trám ximăng, nén khí cho các bình điều hòa lưu lượng của các máy bơm piston Nguồn khí nén cao áp này còn được sử dụng trong công tác kiểm tra, kiểm định các van an toàn, vận hành các bộ đồ gá chuyên dụng …

1,5-Ngoài ra, trên một số giàn (như CTP-2; CTP-3 ) còn được lắp đặt, vận hành một số trạm nén khí chuyên dụng để sản xuất, cung cấp khí trơ (N2) phục vụ cho các công đoạn công nghệ xử lý dầu khí

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống khí nén trên giàn MSP 8

Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:

- Chức năng của hệ thống khí nén

- Sơ đồ nguyên lý tổ hợp hệ thống khí nén

❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 1

Câu hỏi 1 Ghép hợp các thuật ngữ cho sẵn với nội dung tương ứng

1 Hệ thống khí nén trên giàn

KHÔNG sử dụng vào mục đích

2 Hệ thống bôi trơn trong máy nén

khí có tác dụng

3 Chuông báo động của hệ thống bôi

trơn trong máy nén khí hoạt động khi

e Truyền mô men quay cho cột cần khoan

Câu hỏi 2 Ưu điểm của năng lượng khí nén là gì?

Tình huống 3 Năng lượng khí nén thường được sử dụng ở những lĩnh vực gì?

BÀI 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

KHÍ NÉN

❖ GIỚI THIỆU BÀI 2

Bài 2 giới thiệu tổng quan về hệ thống khí nén

- Tuân thủ nội quy, quy định nơi làm việc

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2

- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận

và bài tập bài 2 (cá nhân hoặc nhóm)

- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 2) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 2 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 2

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mô đun, giáo trình, tài liệu

tham khảo, giáo án và các tài liệu liên quan

- Các điều kiện khác: Không có

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 2

- Nội dung:

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 bài kiểm tra (Hình thức: Kiểm tra miệng)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có

❖ NỘI DUNG BÀI 2

2.1 MÁY NÉN KHÍ

2.1.1 Định nghĩa

Máy nén khí là máy thủy khí tạo ra khí nén với áp suất P ≥ 3 at

2.1.2 Phân loại máy nén khí

a Dựa vào cấu tạo

Được phân làm 3 loại:

- Máy nén khí kiểu piston;

- Máy nén khí kiểu roto;

- Máy nén khí kiểu ly tâm

b Dựa theo nguyên lý khí nén

Được phân làm hai loại:

- Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc biến đổi động năng: Với loại máy nén khí này, khí được truyền với một vận tốc lớn và được nén nhờ sự biến đổi động năng của dòng khí chuyển động thành công nén (máy nén khí ly tâm);

- Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc giảm thể tích chứa: Với loại máy nén khí này, khí lấy từ không gian có áp suất nhỏ đưa vào một không gian kín (không gian công tác) sau đó được nén và tăng áp suất do giảm thể tích (máy nén khí kiểu piston và máy nén khí kiểu roto)

c Dựa theo áp suất khí nén

Được phân làm 4 loại:

- Máy nén khí áp suất thấp: Là những máy nén khí dùng để nén khí với áp suất

P = 3 – 10 at

- Máy nén khí áp suất trung bình: Là những máy nén khí dùng để nén khí với

áp suất P = 10 – 100 at

- Máy nén khí áp suất cao: Là những máy nén khí dùng để nén khí với áp suất

P = 100 – 1000 at

- Máy nén khí áp suất siêu cao: Là những máy nén khí dùng để nén khí với áp suất P > 1000 at

d Dựa vào phương án dẫn động

- Máy nén khí dẫn động bằng động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diezel)

- Máy nén khí dẫn động bằng động cơ điện (động cơ 1 pha hoặc 3 pha)

- Máy nén khí dẫn động bằng tuabin (tuabin hơi hoặc tuabin khí)

e Dựa vào năng suất

- Máy nén khí năng suất thấp: Từ 0,04 – 10 m3/phút

- Máy nén khí năng suất trung bình: Từ 10 – 100 m3/phút

- Máy nén khí năng suất cao: Từ 100 m3/phút trở lên

f Dựa theo cấp số nén

- Máy nén khí 1 cấp: Khí nén được nạp và nén 1 lần đem ra sử dụng

- Máy nén khí nhiều cấp: Khí nén được nạp và nén nhiều lần Muốn có áp suất khí nén lớn thì càng phải có nhiều cấp nén

- Sử dụng yêu cầu lưu lượng lớn, áp suất nhỏ

2.1.4 Các thông số cơ bản của máy nén khí

Trên thực tế khi sử dụng máy nén khí thì có rất nhiều loại với nguyên lý làm việc và cấu tạo khác nhau nhưng dù là loại nào cũng có các thông số đặc trưng sau:

-  : Tỷ số nén

g Công suất N (KW)

Là công suất tiêu hao để nén và truyền khí:

m v

L Q N





 1000

Trong đó:

- N: Công suất của máy nén khí (KW)

- Q: Năng suất của máy nén khí (m3/s)

- L: Năng lượng của máy nén khí (J/kg)

-  : Hiệu suất thể tích tổn hao do rò rỉ qua khe hở v

-  : Hiệu suất cơ học, dùng để tính công suất tổn hao do ma sát cơ học và các mthành phần bổ trợ khác

-  : Mật độ phân tử khí đi vào máy nén khí (KG/m3)

Giá trị  và v  phụ thuộc vào kiểu máy nén khí m

h Hiệu suất máy nén khí

Hiệu quả làm việc của máy nén khí không được đánh giá bằng hiệu suất công suất quy ước mà nó là tỉ số giữa năng lượng cấp cho khí và năng lượng tiêu thụ trong quá trình làm việc của máy nén khí

2.1.5 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nén khí

a Máy nén khí piston

❖ Cấu tạo:

Trong máy nén khí piston, khí được nén nhờ sự chuyển động qua lại của piston trong xilanh Để đáp ứng yêu cầu đó, xilanh có thể được lắp khít với ống lót Phần cuối của xilanh thường được trang bị với đầu có khả năng di chuyển Những đầu đó có thể chứa chất lỏng để làm nguội ra bên ngoài xilanh Phần cuối cán piston (tay quay) bao gồm một bộ vòng làm kín bằng kim loại để ngăn sự rò rỉ của khí xung quanh cán piston

Hình vẽ dưới dây trình bày cách lắp ghép trục khuỷu vào máy nén khí

Hình 2-1: Cách lắp ghép trục khuỷu vào máy nén khí

Cán piston được kẹp chặt với con trượt Con trượt được dùng để liên kết cán piston với thanh truyền Con trượt được trang bị với ống lót bằng hợp kim babit, ống lót này làm nhiệm vụ dẫn hướng cho con trượt trượt qua lại Thanh truyền chuyển động nhờ trục khuỷu Khi trục khuỷu quay, thanh truyền chuyển động qua lại Chuyển động quay của trục khuỷu đã được biến đổi thành chuyển động tịnh tiến của piston nhờ vào thanh truyền và con trượt

Máy nén khí nhiều xilanh có một vài xilanh trên cùng một cơ cấu Mỗi piston được truyền lực thông qua cùng một trục khuỷu

Hình vẽ dưới đây là một máy nén piston đối đỉnh:

Hình 2-2: Máy nén piston đối đỉnh

Tay quay được bố trí sao cho chuyển động của mỗi piston được giữ cân bằng nhờ sự chuyển động của piston đối diện với nó Loại máy nén này thường được dẫn động bên ngoài nhờ động cơ hay môtơ điện thông qua dây đai thang Khi dẫn động bằng môtơ hay tuabin cần có thêm hộp giảm tốc

Một số máy nén được chế tạo chung một vỏ với động cơ dẫn động Năng lượng được truyền từ piston của động cơ sang piston của máy nén nhờ trục khuỷu Trong kết cấu này piston của máy nén thường được bố trí nằm ngang

Xilanh của động cơ có thể thẳng đứng hay nghiêng một góc hình chữ V so với xilanh của máy nén

Hình 2-3: Kết cấu máy nén piston kiểu W

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu cấu tạo của một số chi tiết chính trong máy nén khí piston:

▪ Các te

Hầu hết các-te của máy nén khí được đúc bằng gang Các-te là nơi chứa dầu bôi trơn, là nơi gá lắp chi tiết và cụm chi tiết Tùy thuộc vào hình thức bố trí xy lanh của máy nén khí thành một dãy Chữ V hoặc chữ W mà phía trên các-te có 1, 2 hoặc 3 mặt

phẳng Trên các mặt phẳng có gia công các lỗ chính xác để lắp xi lanh Những các te không tháo rời được thì thành bên có các cửa rộng và nắp đậy Nơi đó để tháo lắp thanh truyền Không gian bên trong các-te thông với khí quyển qua ống thông hơi Ống này đồng thời là chỗ đổ dầu bôi trơn

Đặc biệt một số máy nén khí đường thông hơi này thông với đường ống nạp cấp

I Như vậy không khí trong các te luôn luôn được hút vào xy lanh cấp I Làm như vậy

để cho khí ở trong các te luôn thay đổi làm giảm nhiệt độ dầu bôi trơn, bảo vệ được dầu bôi trơn và làm cho áp lực trong buồng các te không quá lớn

▪ Van hút và van xả

Hình 2-4: Van hút và van xả Các máy nén lớn thường sử dụng van như minh họa ở hình vẽ dưới đây:

Bộ phận dùng để đóng tỳ sát vào bệ đỡ van là một đĩa kim loại phẳng Van được kẹp giữa mặt tựa và đĩa chặn, đĩa van tì vào mặt tựa van nhờ lò xo

Hình 2-5: Cấu tạo van hút và van xả

Chẳng hạn với hình vẽ dưới đây, khi áp suất phía trên lớn hơn phía dưới, đĩa van tì vào mặt tựa nên không có khí đi qua, khi áp suất phía dưới lớn hơn phía trên thì đĩa van bị đẩy lên và khí đi qua Đĩa chặn có mục đích giữ đĩa van lại

Hình 2-6: Cấu tạo đĩa van

Một kiểu van khác cũng được sử dụng như minh họa ở hình vẽ dưới đây Nó có hình dạng giống như xupap trong động cơ ôtô, gọi là van đặt Chúng được sử dụng riêng rẽ và được đặt tỳ sát xung quanh lỗ bên trong bệ đỡ van

Hình 2-7: Van đặt

Vật liệu chế tạo loại van đặt thường là bakêlit hay một số loại vật liệu khác có

ma sát thấp Loại van này có mức giảm áp thấp, thường được sử dụng khi tỷ số nén thấp và phù hợp với lưu lượng lớn

Van là một bộ phận quan trọng của máy nén piston Khi van bị ma sát và hao mòn, khí sẽ bị rò rỉ ngược trở lại Nếu giảm nhiệt độ đột ngột tại đầu van có thể gây ra

vỡ đĩa van do ứng suất nhiệt gây ra Bụi bẩn có thể làm cho van không đóng kín Van phải được lắp đặt hợp lý Van hút phải mở khi áp suất trong xilanh thấp hơn áp suất của khí trong miệng hút Van hút và van xả phải được lắp đặt thích hợp để có thể đẩy đĩa vào theo hướng tâm của xilanh đối với van hút và đi ra xa tâm của xilanh đối với van xả Nếu lắp ngược chiều thì van sẽ không thể hoạt động được, ngoài ra còn có thể gây hư hại máy do khí nén không đi ra ngoài được

Khi máy nén đang hoạt động, van sẽ rất nóng, nếu khí đi có chất lỏng đi theo vào sẽ có tác dụng làm lạnh nhanh van gây hư hỏng van Vì vậy cần bảo đảm trong khí không có chất lỏng

▪ Xilanh và ống lót xilanh

Xilanh có nhiệm vụ tạo ra không gian hút và nén khí nó làm việc với nhiệt độ

và áp suất luôn thay đổi Khi nhiệt độ khí nén không quá 90C thì xilanh có thể đúc liền với cánh tản nhiệt để làm nguội bằng không khí Khi nhiệt độ hơi nén cao hơn 90C thì xilanh được làm mát bằng nước

Để giảm chi phí cho việc sửa chữa khi xilanh mòn, người ta thường đặt thêm

ống lót vào xilanh Ống lót xilanh phải được gắn chặt để không bị trượt trong ổ đặt của

nó

Hình 2-8: Xilanh và ống lót xilanh Xilanh hoặc ống lót thường bị mòn ở đầu nơi mà các xécmăng luôn luôn tỳ sát vào nó Do trọng lượng của piston, sự mài mòn thường xảy ra nhiều hơn ở phần đáy

theo phương ngang của xilanh

Ống lót xilanh thường được nong rộng gần cuối của hành trình piston, nơi xécmăng dừng lại và piston đổi chiều Trừ khi xécmăng vượt quá hành trình ống lót xilanh, gờ có thể được tạo thành bên trong ống lót tại điểm xécmăng kết thúc hành trình Việc nong rộng đầu ống lót giúp ngăn ngừa sự hình thành của gờ trong ống lót

Ngoài ra, khi đặt ống lót xilanh cần phải đặt chính xác để không che khuất lỗ cung cấp dầu bôi trơn

Hình 2-9: Lỗ cung cấp dầu bôi trơn

Khi thay đổi hay lắp đặt lại thanh truyền, vị trí của piston có thể thay đổi so với ống lót xilanh, vì vậy cần phải điều chỉnh

▪ Piston

Hình 2-10: Piston Với các máy nén có tốc độ thấp (<300 vòng/phút) và tốc độ trung bình (300 -

600 vòng/phút) thì piston thường được chế tạo bằng gang hoặc nhôm

Với piston gang có đường kính nhỏ hơn 7 in thường là đặc, còn với loại lớn hơn 7 in thường rỗng bên trong như minh họa ở hình vẽ dưới đây:

Hình 2-11: Piston gang

Nhiều piston lớn hơn 9 in được chế tạo bằng nhôm Mục đích chế tạo bằng nhôm và rỗng là để giảm trọng lượng của piston Nhiều piston lớn được chế tạo bằng thép nhưng được phủ đồng hoặc hợp kim babit Trong piston nhôm, xécmăng bằng vật liệu teflon được sử dụng để nén oxi và một số chất khí khác mà cần phải loại bỏ khỏi dầu bôi trơn

Hình vẽ dưới đây mô tả cấu tạo của một kiểu piston:

Hình 2-12: Cấu tạo piston

Phần đầu của cán piston để liên kết với piston được vuốt thon và liên kết với piston bằng ốc hãm Xécmăng được đặt trong rãnh đặt xécmăng được bố trí trên piston Khi máy nén làm việc trong phạm vi nhiệt độ, piston và cán piston giãn nở nhiều hơn so với xilanh Khe hở giữa piston và xilanh phải đủ lớn để không gây ra bó kẹt piston trong xilanh nếu máy nén bị quá nhiệt sẽ có thể đánh giá được trong khi vận hành Các nhà sản xuất thường ghi rõ giá trị khe hở yêu cầu giữa piston và thành xilanh Khi lắp ghép piston ở nhiệt độ thấp, cần để khe hở lớn hơn ở đầu cuối của xilanh

Hình 2-13: Xécmăng

Xécmăng làm bằng kim loại có thể là một mảnh có khe hở miệng hoặc nhiều mảnh như minh họa dưới đây

Hình 2-14: Cấu tạo xécmăng

Các khe hở miệng này cho phép lắp xécmăng vào piston dễ dàng và còn có tác dụng khác là cho phép chúng có thể giản nở nhiệt

Khi làm việc, xécmăng có xu hướng bung ra và tì vào thành xilanh (hoặc ống lót) tạo thành vòng đệm kín

Trên thành xilanh có các lỗ nhỏ để cung cấp dầu bôi trơn, dầu được bơm vào và xécmăng sẽ phân phối lại dầu lên bề mặt xilanh Dầu bôi trơn không đủ sẽ làm cho xécmăng và thành piston bị mòn rất nhanh Ngoài chức năng bôi trơn, dầu còn tác

dụng làm cho kín khe hở giữa xécmăng và thành xilanh

Có nhiều trường hợp không sử dụng được dầu bôi trơn (không cho phép khí nén chứa hơi của dầu), người ta sử dụng xécmăng là teflon, loại vật liệu này có hệ số ma sát nhỏ

Hình 2-15: Cấu tạo vòng chèn kim loại Các vòng chèn đi theo cặp trong từng mũ chụp Vòng chèn được chế tạo thành nhiều mảnh

Hình 2-16: Các kiểu vòng chèn kim loại

Vòng B được lắp đặt gần với áp suất còn vòng T thì tì lên đáy của mũ chụp tiếp theo Vòng B ngăn rò rỉ dọc theo trục còn vòng T ngăn rò rỉ từ xung quanh vào trục Dầu bôi trơn cũng phải cung cấp cho các vòng chèn như minh họa ở hình vẽ dưới đây

Hình 2-17: Sơ đồ cung cấp dầu bôi trơn cho vòng chèn kim loại

Các vòng chèn có thể được chế tạo bằng sợi, nhựa hay kim loại Trong trường hợp không cho phép sử dụng dầu bôi trơn thì có thể sử dụng teflon để làm vòng chèn Khi thay vòng chèn mới cần sử dụng dầu có độ nhớt lớn hơn bình thường

Mặc dù đã có các vòng chèn nhưng một phần nhỏ khí vẫn có thể đi qua, vì vậy phải có ống xả khí

Hình 2-18: Ống xả khí

Khí này phải xả đến một nơi an toàn Các vòng chèn mòn càng nhiều thì lượng khí rò rỉ ra càng lớn Vì vậy có thể đo lượng khí rò rỉ ra để dự đoán tình trạng mòn của các vòng chèn Trong trường hợp các ống xả này gắn cố định vào một đường ống khác, khi đó kiểm tra nhiệt độ của ống có thể dự đoán được rò rỉ nhiều hay ít (càng nóng rò rỉ càng nhiều)

Nắp hộp vòng chèn có liên kết với nước làm mát, dầu bôi trơn, đường xả khí rò

rỉ và có lỗ gắn nhiệt kế

Hình 2-19: Nắp hộp vòng chèn

▪ Trục khuỷu và bánh đà

Trục khuỷu nhận chuyển động quay tròn từ phần dẫn động, rồi cùng với thanh truyền tạo ra chuyển động qua lại của piston Trục khuỷu chịu tải trọng uốn và xoắn

Độ lệch tâm của trục khuỷu bằng một nửa quãng đường chạy của piston Bên trong trục khuỷu được khoan tạo đường dẫn dầu bôi trơn cho biên, ổ đỡ hộp đệm kín Ổ đỡ của trục khuỷu có thể là ổ trượt hoặc ổ lăn

Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tải nặng nên nó phải bảo đảm những yêu cầu sau:

- Có sức bền, độ cứng vững, tính chống mài mòn cao, phải cân bằng tốt

- Độ chính xác về mặt kích thước phải cao

- Vật liệu chế tạo thông thường là thép 40, 45 hay 40X phôi trục khuỷu được chế tạo bằng phương pháp rèn hoặc dập nóng Các kích thước của trục được chế tạo bằng gia công cơ nguội Các ngõng trục lắp biên, ổ đỡ được tôi bằng dòng điện cao tần có độ thấm sâu 2-2mm Độ cứng bề mặt sau khi tôi là HRC48-58 đối vớI thép 40 và HRC 52-62 đối với thép 45

Kích thước của trục khuỷu phụ thuộc vào số xilanh và cách bố trí xilanh Có thể phân trục khuỷu thành các phần như sau: đầu trục, cổ trục, cổ khuỷu, (Cổ biên), má khuỷu và đuôi trục khuỷu

Bánh đà được lắp vào đầu trục khuỷu để làm cho trục khuỷu chuyển động đều dựa vào nguyên lý tích và phóng năng lượng ở dạng động năng

▪ Thanh truyền, con trượt

Khi chế tạo và lắp ráp thì trục của thanh truyền phải vuông góc với trục chính, hai lỗ đầu to và đầu nhỏ phải song song với trục chính

Hai đầu thanh truyền đều có bạc lót để giảm ma sát và mài mòn như minh họa ở