Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho cơng tác tự động hóa giàn Một số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng” Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất LỜI MỞ ĐẦU Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro thành lập phát triển suốt 30 năm qua Hàng năm, XN đóng góp cho GDP nước hàng tỷ la từ việc xuất dầu thô, làm cho ngành Dầu-Khí trở thành ngành cơng nghiệp mũi nhọn nước Để đạt thành cơng đó, XN áp dụng đưa vào dây chuyền sản xuất hàng loạt thiết bị, hệ thơngs đại Trong số đó, phải kể đến hệ thống cung cấp khí nén giàn khoan-khai thác Dầu Khí tầm quan trọng đặc biệt Trên giàn khoan khai thác Dầu Khí biển, khí nén nguồn lượng chủ yếu cung cấp cho thiết bị tự động hóa đo lường; thiết bị phục vụ cho cơng tác khoan, gọi dịng sản phẩm; hệ thống vận chuyển xi măng; hệ thống khởi động động Diezel trạm phát điện giàn; hệ thống điều khiển tự động van “MIM”; trạm điều khiển (ACS, TOE ) đóng/mở van dập giếng, dẫn động cho bơm hóa phẩm… Chính tầm quan trọng hệ thống khí nén trên, sau học tập, đào tạo thực tập XNLD Vietsovpetro, em chọn đề tài nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 (một trạm cung cấp khí nén cho hệ thống khí nén giàn) Được hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy NGUYỄN VĂN GIÁP toàn thể thầy, mơn Thiết Bị Dầu Khí kỹ sư, công nhân XNLD Vietsovpetro giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho cơng tác tự động hóa giàn Một số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng” Tuy nhiên tài liệu cịn ít, kinh nghiệm thực tế khơng nhiều nên q trình làm đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong dẫn thầy cô, bạn để giúp em hoàn thiện đồ án phục vụ cho công việc sau Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Sinh Viên thực hiện: Trần Duy Lập SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 1.1 Khái quát hệ thống khí nén trạm máy nén khí giàn khoan khai thác 1.1.1 Khái quát hệ thống khí nén Khí nén có nhiều ứng dụng từ xa xưa, từ trước Công Nguyên Tuy nhiên, phát triển khoa học kỹ thuật trước không đồng bộ, kết hợp kiến thức học, vật lý, vật liệu khơng có cịn thiếu, phạm vi ứng dụng khí nén cịn hạn chế Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, với lượng điện, vai trò lượng khí nén ngày trở nên quan trọng Tất sở sản xuất lớn, chí nhiều lĩnh vực thông dụng sống hàng ngày khơng thể thiếu nguồn lượng khí nén Việc sử dụng lượng khí nén đóng vai trò cốt yếu lĩnh vực mà sử dụng lượng điện nguy hiểm; sử dụng lượng khí nén dụng cụ nhỏ, truyền động với vận tốc lớn; sử dụng lượng khí nén thiết bị búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh, nhiều dụng cụ, đồ gá kẹp chặt máy… Trong ngành cơng nghiệp Dầu khí, vai trị lượng khí nén trở nên đặc biệt quan trọng, giàn khoan-khai thác Dầu khí biển Sở dĩ trình sản xuất, cơng đoạn cơng nghệ cơng nghiệp Dầu khí đặc biệt nguy hiểm, ln tiềm ẩn nguy cháy, nổ, phun trào… gây tai nạn chết người, phá hủy thiết bị, công trình, chí thảm họa mơi trường nghiêm trọng cho khu vực rộng lớn Với đặc tính ưu việt lượng khí nén, như: - An tồn với mơi trường độc hại, mơi trường nguy hiểm khí, dễ cháy nổ - Dễ cung cấp, dễ sử dụng - Phạm vi ứng dụng rộng rãi Bởi vậy, chúng nguồn lượng thiếu cơng trình Dầu khí Năng lượng khí nén sử dụng cho thiết bị công cụ, thiết bị động lực… đặc biệt hệ thống tự động điều khiển đo lường 1.1.2 Các trạm máy nén khí XNLD Vietsovpetro Tại giàn cố định biển XNLD Vietsovpetro, để cung cấp lượng khí nén sử dụng cho thiết bị hệ thống phục vụ cho công nghệ khoan-khai thác SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Dầu khí, người ta thiết kế, lắp đặt nhiều trạm nén khí phục vụ cho mục đích cụ thể khác nhau, : +/ Trạm máy nén khí 4BY 1-5/9 BM-15: gồm máy : 1- dẫn động động cơ diezel ; 1-được dẫn động động điện; nhằm cung cấp khí nén áp suất thấp (6 ÷ kG/cm2) cho thiết bị tự động hóa đo lường,và thiết bị phuc vụ cho công nghệ khoan, Roto tháo lắp cần khoan,phanh tời khoan, đóng/ngắt ly hợp khí nén bơm dung dịch YM-8 +/ Trạm máy nén khí ВП2-9/10 BM-7B BM-7B: gồm máy (được dẫn động động điện) hệ thống sấy làm khơ khí (khá phức tạp), cung cấp khí nén khơ, sạch, áp suất thấp (6 ÷ kG/cm2) cho hệ thống vận chuyển ximăng, phục vụ cho trình cơng nghệ khoan +/ Trạm máy nén khí ЭКП-70/25 BM-7A: gồm máy (được dẫn động động điện) cung cấp khí nén áp suất cao (30 ÷ 50 kG/cm2) cho hệ thống khởi động động Diezel 8ЧН 25/34-3 trạm phát điện (BM-7A) giàn +/ Cụm trạm máy nén khí BM-6, gồm: - Trạm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ kG/cm2): loại BУ-0,6/8 (hoặc BУ0,6/13), gồm máy Sau đó, chúng thay trạm nén khí kiểu “IngersollRand T 30/7100”, có máy Các trạm có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 0,6 m3/phút loại BУ-0,6/8 (hoặc BУ-0,6/13); Q = 1,42 m3/phút - loại “Ingersoll-Rand T 30/7100”), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động van “MIM”, trạm điều khiển (ACS, TOE ) đóng/mở van dập giếng, dẫn động cho bơm hóa phẩm… hệ thống cơng nghệ khai thác dầu khí - Cụm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ kG/cm2): loại 4BУ1-5/9, gồm ÷ máy Đây loại máy nén khí có lưu lượng trung bình (Q ≈ m3/phút), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho thiết bị, dụng cụ dẫn động khí nén (máy mài, máy khoan, máy bắn rỉ, máy bơm thủy lực cao áp…) chủ yếu làm nhiệm vụ ép nước kỹ thuật phục vụ sinh hoạt giàn Trong thời gian gần đây, giàn cố định Xí nghiệp Liên doanh “Vietsovpetro”, người ta đưa vào lắp đặt sử dụng trạm nén khí đại, GA-75 (của hãng Atlas-Copco), SSR MH-75 (của hãng Ingersoll-Rand) Các trạm cung cấp khí nén dải áp suất làm việc từ ÷ 13 kG/cm2 lưu lượng tương đối lớn (Q ≈ 13,59 ÷ 11,61 m3/phút, trạm SSR MH-75; Q ≈ 11,8 SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất m3/phút, trạm GA-75) Chúng trang bị thêm hệ thống xử lý làm sấy khơ khí hồn hảo nên chất lượng khí nén tốt, đảm bảo đủ lưu lượng chất lượng để sử dụng cho hệ thống vận chuyển ximăng, phục vụ cho q trình cơng nghệ khoan; ép nước kỹ thuật cung cấp cho sinh hoạt hệ thống làm mát; cho thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động , thiết bị dẫn động khí nén khác… Vì vậy, với trạm nén khí có máy loại (GA-75 hãng Atlas-Copco, SSR MH-75 hãng Ingersoll-Rand) lắp đặt BM-7B, thay cho tồn 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, giàn - Trạm máy nén khí áp suất cao (100 ÷ 150 kG/cm2): loại Kp-2T (hoặc BT 1,50,3/150), gồm máy Đây loại máy nén khí cao áp, có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 1,5 ÷ lit/phút), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển đóng/mở van cầu blok công nghệ (BM-1;2) hệ thống khởi động cho động Diezel máy bơm dung dịch máy bơm trám ximăng, nén khí cho bình điều hịa lưu lượng máy bơm piston Nguồn khí nén cao áp cịn sử dụng công tác kiểm tra, kiểm định van an toàn, vận hành đồ gá chuyên dụng … Ngoài ra, số giàn (như CTP-2; CTP-3 ) lắp đặt, vận hành số trạm nén khí chuyên dụng để sản xuất, cung cấp khí trơ (N2) phục vụ cho cơng đoạn cơng nghệ xử lý Dầu khí Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3: SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3 SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 1.2 Mục đích, yêu cầu hệ thống khí nén giàn khoan khai thác dầu khí biển Như nói phần trên, nay, cơng trình biển XNLD Vietsovpetro tồn hai hệ thống khí nén cao áp thấp áp, nhằm mục đích cung cấp nguồn lượng (khí nén) cho thiết bị hệ thống chính, sau: - Các thiết bị đo lường: cột mức chất lỏng cho bình, bể cơng nghệ… - Các hệ thống điều khiển, tự động hóa: trạm điều khiển van dập giếng (ACS, TOE ); hệ thống điều khiển lưu lượng (các van MIM); rơle hệ thống bảo vệ; điều khiển đóng/mở van cầu, thiết bị chặn khác … - Các thiết bị dẫn động khí nén: hệ thống khởi động cho động Diezel công suất lớn; động kiểu Roto; máy bơm, máy mài, máy khoan, thiết bị tháo/lắp bulông, thiết bị phun sơn… - Hệ thống vận chuyển xi măng, phục vụ cho q trình cơng nghệ khoan - Các mục đích khác: làm bề mặt gia công, sửa chữa; làm vệ sinh công nghiệp; sử dụng khí nén để thực quy trình cơng nghệ đó, gọi dịng khai thác; khuấy trộn dung dịch khoan xi măng q trình khoan… Khí nén tạo từ máy nén khí chứa đựng nhiều tạp chất bẩn, độ ẩm mức độ khác Chất bẩn bao gồm: bụi, độ ẩm khơng khí hút vào, phần tử nhỏ chất cặn bã dầu bơi trơn truyền động khí Hơn nữa, q trình nén khí nhiệt độ khí nén tăng lên gây q trình ơxy hóa số phần tử kể Như khí nén bao gồm chất bẩn tải đường ống dẫn khí gây nên ăn mịn, gỉ ống phần tử hệ thống điều khiển Cho nên khí nén sử dụng kỹ thuật phải xử lý Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào phương pháp xử lý, từ xác định Tùy theo mục đích sử dụng, u cầu chất lượng khí nén có đơi chút khác biệt Tuy nhiên, lại bao gồm vấn đề sau đây: - Đảm bảo độ sạch: Điều đảm bảo không làm kẹt tắc nghẽn phin lọc, zicler chi tiết, phần tử có độ xác cao thiết bị, thiết bị kiểm tra, đo lường hệ thống điều khiển, tự động hóa Để đánh giá độ sạch, người ta đưa tiêu chuẩn độ lớn tạp chất Theo tiêu chuẩn Hội đồng xí nghiệp châu Âu PNEUROP (European Committee of SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Manufacturers of Compressors, Vacuumpumps and Pneumatic tools) đề ra, độ lớn tạp chất khí nén không vượt 70 μm - Đảm bảo độ khô: Yêu cầu quan trọng, khí nén sử dụng hệ thống vận chuyển vật liệu rời, hệ thống vận chuyển ximăng Trong hệ thống này, 99,9 % lượng ẩm (gồm nước, dầu bôi trơn… gọi chung condensate) phải loại bỏ Mặt khác, đảm bảo độ khô khí nén làm hạn chế tạo thành phase lỏng, tác nhân tạo nên ăn mòn điện hóa dịng lưu thơng khí nén - Đảm bảo khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp: Thơng thường, khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp khí nén khơng chênh lệch q ÷ 50C so với nhiệt độ môi trường làm việc hệ thống thiết bị Sự chênh lệch lớn gây nên giãn nở nhiệt khác hệ thống, thiết bị, cụm chi tiết, tạo nứt vỡ, biến dạng, hư hỏng… - Đảm bảo khoảng áp suất làm việc thích hợp: Mỗi hệ thống thiết bị có yêu cầu khoảng áp suất khí nén làm việc khác Để giải vấn đề này, người ta thường sử dụng van giảm áp (hoặc tăng áp) phù hợp - Đảm bảo độ nhớt động thích hợp: Đối với hệ thống, với hệ thống điều khiển tự động truyền động khí nén, thiết bị, có yêu cầu cụ thể độ nhớt động học cần thiết khí nén, để giảm ma sát, ăn mòn rỉ sét chúng Để giải vấn đề này, người ta thường sử dụng dầu bôi trơn,bổ sung vào dịng khí nén thơng qua van tra dầu, hoạt động theo nguyên lý tra dầu Venturi Trong yêu cầu chất lượng khí nêu trên, quan trọng việc đảm bảo độ sạch, độ khơ khí nén 1.3 Các phương pháp sử lý khí Để đảm bảo yêu cầu nêu khí nén, người ta tiến hành xử lý chúng sau trình nén nhiều biện pháp Khí nén tải từ máy nén bao gồm chất bẩn thô, hạt bụi, chất cặn bã dầu bôi trơn mạt bụi truyền động khí Phần lớn chất xử lý thiết bị gọi thiết bị làm lạnh tạm thời, sau khí nén từ máy nén khí qua đường ống cho vào bình chứa làm nước ngưng tụ đó, độ ẩm khí nén (lượng nước) phần lớn ngưng tụ Giai đoạn xử lý gọi giai đoạn xử lý thô Nếu thiết bị xử lý khí nén giai đoạn tốt, đại khí nén sử dụng được, ví dụ dụng cụ khí nén cầm tay, thiết bị đồ gá đơn giản dùng SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất khí nén Tuy nhiên sử dụng khí nén hệ thống điều khiển số thiết bị khác, đòi hỏi chất lượng khí nén cao Trong hệ thống xử lý khí nén chia làm giai đoạn sau đây: - Lọc thơ: Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí tách để tách chất bẩn bụi Sau khí nén đưa vào bình ngưng tụ để tách nước Giai đoạn lọc thô giai đoạn cần thiết cho vấn đề xử lý khí nén - Sấy khô: Giai đoạn xử lý tùy theo chất lượng yêu cầu khí nén - Lọc tinh: Xử lý khí nén giai đoạn trước đưa vào sử dụng Giai đoạn cần thiết cho hệ thống điều khiển tự động hóa SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất CHƯƠNG LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY NÉN KHÍ PISTON 2.1 Khái niệm máy nén khí piston Máy nén khí piston máy dùng để biến đổi lượng khí (hơi,chất lỏng) với giúp đỡ piston để tạo áp suất cao (đến 40,0MPa cao hơn) - Ưu điểm máy nén khí piston là: - Hiệu suất cao,có tỷ số nén lớn (2,5÷1000) - Có thể tạo áp suất cao,có khả vận hành dải áp suất rộng - Bảo toàn công suất thay đổi điều kiện vận hành - Nhược Điểm máy nén khí piston: - Cấu tạo phức tạp cồng kềnh - Chuyển động tịnh tiến piston bị cân làm tăng mài mòn dẫn đến việc giảm tuổi thọ máy 2.2 Phân loại máy nén khí piston 2.2.1 Máy nén khí piston theo phương nằm ngang +/ Ưu điểm: - Dễ dàng lắp ráp, bảo dưỡng kỷ thuật sửa chữa loại máy nén khí cỡ lớn - Có hệ thống bố trí gọn gàng +/ Khuyết điểm: - Sự mài mịn piston xilanh, xécmăng khơng đồng 2.2.2 Máy nén khí piston dạng đứng +/ Ưu điểm: - Độ mài mòn piston xéc-măng xảy chậm mòn - Khả lọt tạp chất học vào buồng máy nén giảm, nhớt bôi trơn phân bổ đồng (đặc biệt quan trọng máy nén có hệ thống bơi trơn cưỡng bức) +/ Khuyết điểm: - Cấu tạo phức tạp 2.2.3 Máy nén khí piston dạng góc +/ Ưu điểm: - Bố trí hợp lý thuận tiện lắp ráp sửa chữa so với máy dạng đứng +/ Khuyết điểm: - Mài mòn chi tiết xi lanh, piston, xécmăng không đồng SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 10 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 5.2.1 Các giải pháp dược áp dụng 5.2.1.1 Giảm nhiệt độ khí vào Khơng nên đánh giá thấp tác động khí vào với hiệu hoạt động máy nén Khí vào bị nhiễm bẩn nóng làm giảm hoạt động máy nén, làm tăng chi phí lượng chi phí bảo dưỡng Nếu nước, bụi chất bẩn có nhiều khí vào, chúng gây bám bẩn phận bên máy nén van, bánh công tác, rôto, cánh gạt Những cặn bám gây mòn sớm làm giảm suất máy nén Máy nén tạo nhiệt trình hoạt động liên tục Lượng nhiệt phát tán phòng lắp máy nén làm nóng dịng khí vào dẫn đến làm giảm hiệu suất thể tích tăng tiêu thụ điện Theo quy tắc chung, “Cứ mức tăng 4°C nhiệt độ khí vào, mức tiêu thụ lượng tăng thêm 1% để trì suất tương ứng” Vì vậy, khí cấp vào khí mát nâng cao hiệu sử dụng lượng máy nén (bảng 5.2) Bảng 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ khí vào với mức tiêu thụ điện máy nén: Nhiệt độ vào (o C) Chu chuyển khơng khí tương ứng Tiết kiệm điện (%) 10,0 102,2 + 1,4 15,5 100 21,1 98,1 - 1,3 26,6 96,3 - 2,5 32,2 94,1 - 4,0 37,7 92,8 - 5,0 43,3 91,2 - 5,8 Khi lắp lọc khí đường cấp khí vào, cần giữ nhiệt độ môi trường xung quanh mức tối thiểu để tránh giảm lưu lượng Có thể giảm nhiệt độ khí vào cách đặt ống hút khí vào bên buồng hay nhà đặt máy nén Khi lọc khí vào lắp bên ngồi nhà, mái, cần xem xét đến yếu tố môi trường xung quanh SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 46 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 5.2.1.2 Chống sụt áp lọc khí Việc lắp đặt lọc khí vào máy nén cần thiết, khơng phải lấy khí vào từ vị trí mát Các nhà sản xuất máy nén thường cung cấp đề xuất loại lọc chuyên dụng cho khí vào để bảo vệ máy nén Việc lọc khơng khí vào máy nén tốt khối lượng bảo dưỡng giảm Tuy nhiên, cần giảm thiểu sụt áp qua lọc khí vào (bằng cách chọn công suất lọc bảo dưỡng tốt lọc) để ngăn ngừa hiệu ứng thắt hẹp làm giảm công suất máy nén Một cách tốt lắp đồng hồ đo chênh áp để giám sát tình trạng lọc khí vào Sụt áp qua lọc khí vào cịn khơng vượt pound/ inch2 (psi) Bảng 5.3 Tác động sụt áp suất qua lọc khí vào mức tiêu thụ điện: Sụt áp suất qua lọc khí (mm cột nước) Tăng mức tiêu thụ điện (%) 0 200 1,6 400 3,2 600 4,7 800 7,0 Theo quy tắc chung, “Cứ mức sụt áp suất hút 250mm cột nước tắc lọc mức tiêu thụ lượng máy nén tăng thêm khoảng 2% với suất” Vì vậy, nên định kỳ làm lọc khí vào để giảm thiểu sụt áp Có thể sử dụng áp kế đồng hồ chênh áp đo mức sụt áp qua lọc nhằm phục vụ cho việc lên lịch vệ sinh lọc 5.2.1.3 Giảm độ cao đặt máy Độ cao so với mặt biển có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thể tích máy nén Tác động độ cao so với mặt biển hiệu suất thể tích cho bảng 5.4 Máy nén đặt độ cao so với mặt biển tiêu thụ nhiều điện với mức áp suất cấp so với máy đặt độ cao mặt biển, tỉ số nén cao SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 47 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Bảng 5.4 Tác động độ cao so với mặt biển hiệu suất thể tích Máy đo độ cao Áp suất khí (mbar) Hiệu máy đo thể tích mặt biển bar bar Mực nước biển 1013 100.0 100.0 500 945 98.7 97.7 1000 894 97.0 95.2 1500 840 95.5 92.7 2000 789 93.9 90.0 2500 737 92.1 87.0 (1mbar = 1.01972 x 10-3 kG/cm2) 5.2.1.4 Sử dụng làm mát trung gian (giữa cấp) làm mát sau Phần lớn máy nén đa cấp có làm mát trung gian Đó trao đổi nhiệt thực việc loại bỏ nhiệt sinh trình nén cấp nén Làm mát trung gian ảnh hưởng đến hiệu suất toàn phần máy nén Khi cấp cho khí nén, nhiệt độ khí tăng lên Bộ làm mát sau lắp đặt sau cấp nén cuối để giảm nhiệt độ khí cấp Khi nhiệt độ khí giảm, nước khơng khí ngưng tụ lại, phân tách, thu hồi xả khỏi hệ thống Hầu ngưng từ máy nén có làm mát trung gian loại bỏ làm mát trung gian, phần lại loại bỏ làm mát sau Ở phần lớn hệ thống công nghiệp, trừ hệ thống cung cấp khí nén tới thiết bị khơng nhạy cảm nhiệt, cần có q trình làm mát sau Ở số hệ thống nén, làm mát sau tích hợp với máy nén, số hệ thống khác, làm mát sau thiết bị rời Một vài hệ thống có hai lựa chọn Một cách lý tưởng, nhiệt độ khí vào cấp máy nén đa cấp phải tương tự nhiệt độ khí vào cấp Đây xem “làm mát hoàn hảo” nén đẳng nhiệt Nhưng thực tế, nhiệt độ khí vào cấp thường cao cấp đầu, dẫn tới mức tiêu thụ điện cao hơn, phải xử lý thể tích lớn cho tác vụ (bảng 5.5) SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 48 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Bảng 5.5 Tác động làm mát trung gian mức tiêu thụ điện máy nén: Chi tiết Làm mát khơng hồn hảo Làm mát hoàn hảo Nước làm mát (giá trị sở) làm lạnh Nhiệt độ vào cấp (oC) 21,1 21,1 21,1 Nhiệt độ vào cấp (oC) 26,6 21,1 15,5 Năng suất (mm3/min) 15,5 15,6 15,7 Công suất hữu dụng (kW) 76,3 75,3 74,2 Tiêu thụ lượng cụ thể (mm3/min) 4,9 4,8 4,7 % thay đổi +2,1 -2,1 Sử dụng nước nhiệt độ thấp làm giảm tiêu thụ điện Tuy nhiên, nhiệt độ nước làm mát q thấp làm độ ẩm khơng khí ngưng tụ, không xả bỏ, nước ngưng làm hỏng xy lanh Tương tự vậy, làm mát làm mát sau không hiệu (do cặn bám, vv ), làm khơng khí ẩm, nóng vào bình tích, tạo thêm nước ngưng tụ bình tích khí đường ống phân phối, làm tăng ăn mòn, sụt áp rò rỉ đường ống thiết bị sử dụng cuối Vì vậy, cần làm định kỳ đảm bảo đủ lưu lượng nhiệt độ hợp lý làm mát trung gian lẫn làm mát sau để đảm bảo trì kết hoạt động mong muốn 5.2.1.5 Đặt áp suất làm việc Với suất, máy nén tiêu thụ nhiều điện áp suất cao Không nên vận hành máy nén mức áp suất vượt áp suất vận hành tối ưu khơng lãng phí lượng mà cịn dẫn đến mịn nhanh, từ gây lãng phí lượng khác Hiệu suất thể tích máy nén giảm áp suất cấp cao SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 49 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất • Giảm áp suất cấp Khả giảm (tối ưu hoá) mức đặt áp suất cấp cần thực thông qua nghiên cứu kỹ yêu cầu áp suất thiết bị khác sụt áp đường phân phối từ nguồn cấp khí nén tới điểm sử dụng Các mức tiết kiệm điển hình nhờ giảm áp suất cho bảng 5.6 Nếu hộ tiêu thụ nhóm thiểu số hộ tiêu thụ cần áp suất cao nhóm cịn lại dây chuyền, nên xem xét việc lắp riêng hệ thống cho nhóm lắp đặt thêm máy tăng áp suất khí nén hộ tiêu thụ này, nhờ trì nhóm đa số vận hành áp suất thấp Vận hành hệ thống máy nén ảnh hưởng phần đến giá thành khí nén Chẳng hạn như, vận hành máy mức 120 PSIG thay 100 PSIG tiêu tốn 10% lượng, tăng tỷ lệ rò rỉ Cần nỗ lực giảm áp suất đặt máy nén hệ thống xuống mức thấp Bảng 5.6 Tác động việc giảm áp suất cấp mức tiêu thụ điện Tiết kiệm điện (%) Giảm áp suất Từ (bar) Đến (bar) Làm mát nước cấp Làm mát nước cấp Làm mát khí cấp 6,8 6,1 4 2,6 6,8 5,5 11 6,5 * Chú ý: Giảm áp suất bar máy nén giảm tiêu thụ điện từ ÷ 10 % • Điều biến máy nén thơng qua thiết lập áp suất tối ưu Ở doanh nghiệp, hay có trường hợp máy nén với cấu tạo, suất, chủng loại khác kết nối với thành mạng lưới phân phối chung Với tình vậy, việc lựa chọn phương thức kết nối máy nén phù hợp việc điều biến tối ưu máy nén khác giúp tiết kiệm lượng Khi có nhiều máy nén cấp cho cho đầu phân phối chung, cần vận hành máy nén cho chi phí sản xuất khí nén nhỏ - Nếu tất máy nén giống nhau, điều chỉnh áp suất đặt cho có máy nén xử lý biến động tải, máy khác hoạt động điều kiện gần đầy tải SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất - Nếu máy nén có suất khác nhau, cần điều chỉnh áp suất cho máy nén nhỏ thực điều biến (thay đổi lưu lượng) - Nếu máy nén khác loại làm việc với nhau, mức tiêu thụ lượng không tải quan trọng Cần dùng máy nén có cơng suất khơng tải thấp để điều biến - Nhìn chung, máy nén có cơng suất tải thấp phải thực điều biến - Các máy nén phân loại theo mức tiêu thụ lượng riêng, áp suất khác nhau, với máy có hiệu suất lượng cao đáp ứng phần lớn nhu cầu hệ thống • Tách biệt nhu cầu áp cao áp thấp Nếu nhu cầu áp suất thấp nhiều, nên phát khí nén áp suất cao thấp riêng rẽ cấp riêng cho phận thay phát với áp suất cao dùng van giảm áp để giảm áp suất, sau cấp cho hộ tiêu thụ áp suất thấp gây lãng phí lượng • Thiết kế nhằm giảm thiểu sụt áp hệ thống đường ống phân phối Sụt áp thuật ngữ sử dụng để mô tả tượng giảm áp suất khí nén từ cửa máy nén tới hộ tiêu thụ Sụt áp xảy khí nén qua hệ thống phân phối xử lý Một hệ thống thiết kế tốt có mức tổn thất áp suất 10% áp suất đẩy máy nén, đo từ đầu bình tích tới hộ tiêu thụ Ống dài đường kính nhỏ tổn thất ma sát nhiều Để giảm sụt áp hiệu quả, sử dụng hệ thống khép kín với lưu lượng hai chiều Sụt áp gây mòn thân thành phần hệ thống yếu tố quan trọng Sụt áp mức chọn kích thước ống không chuẩn, lọc bị tắc, mối nối ống mềm kích thước khơng chuẩn gây lãng phí lượng Bảng 5.7 mơ tả mức tổn thất lượng ống có đường kính nhỏ Mức sụt áp hợp lý điển hình ngành cơng nghiệp 0,3 bar từ phân phối điểm xa 0,5 bar hệ thống phân phối SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Bảng 5.7: Sụt áp điển hình đường phân phối khí nén với ống Đường kính ống danh nghĩa (mm) Sụt áp 100 m (bar) Tổn thất điện tương ứng (kW) 40 1,80 9,5 50 0,65 3,4 65 0,22 1,2 80 0,04 0,2 100 0,02 0,1 5.2.2 Các giải pháp khác đề 5.2.2.1 Lựa chọn vị trí đặt máy thich hợp Vị trí đặt máy nén chất lượng khí hút vào máy nén có ảnh hưởng lớn đến mức lượng tiêu thụ Hoạt động máy nén khí giống máy thở, cải thiện sử dụng khí vào sạch, khơ mát 5.2.2.2 Giảm thiểu rị rỉ Như giải thích phần trước, rị rỉ khí nén gây lãng phí điện đáng kể Vì khó thấy rị rỉ khơng khí, cần phải sử dụng biện pháp khác để xác định chỗ rị Cách tốt để tìm vết rị sử dụng dò âm siêu âm, để tìm âm xì tần số cao rị khí Phát rị rỉ siêu âm phương pháp tìm rị rỉ phổ biến Có thể sử dụng phương pháp cho nhiều dạng phát rò rỉ khác Rò rỉ thường hay xảy mối nối Có thể xử lý cách đơn giản xiết chặt mối nối phức tạp thay thiết bị hỏng, gồm khớp nối, ống ghép, đoạn ống, ống mềm, gioăng, điểm xả ngưng bẫy ngưng Trong nhiều trường hợp, rị rỉ làm đoạn ren khơng cách lắp vịng đệm làm kín khơng chuẩn Chọn ống ghép, ống ngắt, ống mềm ống cứng có chất lượng cao lắp đặt cách, sử dụng ren làm kín phù hợp để tránh rò rỉ sau 5.2.2.3 Xả nước ngưng Sau khí nén rời buồng nén, làm mát sau máy nén giảm nhiệt độ khí xả xuống điểm sương (với hầu hết điều kiện mơi trường xung quanh) đó, lượng nước đáng kể ngưng tụ Để xả nước ngưng, máy nén có lắp SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 52 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất sẵn làm mát sau trang bị thêm thiết bị tách nước ngưng bẫy ngưng Trong trường hợp trên, nên lắp van khóa gần cửa đẩy máy nén Đồng thời, nên nối đường xả ngưng với lỗ xả ngưng bình tích Để vận hành tốt, đường xả ngưng phải có độ dốc từ bình chứa ngồi Có thể có nước ngưng thêm đường ống phân phối làm khí lạnh vậy, điểm thấp đường ống phân phối nên có bẫy ngưng đường xả nước ngưng Ống dẫn khí nén sau cửa đẩy phải có kích thước với đầu ống nối cửa đẩy máy nén sau tiêu âm Tất đường ống ống nối phải phù hợp với áp suất khí nén Cần xem xét kỹ kích thước ống từ đầu ống nối máy nén Nghiên cứu kỹ chiều dài, kích thước ống, số lượng kiểu ống nối van để máy nén đạt hiệu suất tối ưu 5.2.2.4 Kiểm sốt sử dụng khí nén Khi hệ thống khí nén sẵn có, kỹ sư nhà máy thường có xu hướng muốn sử dụng khí nén để cung cấp cho thiết bị cần áp suất thấp cánh khuấy, vận tải khí nén cấp khí cho buồng đốt Tuy nhiên, ứng dụng nên lấy khí cấp từ quạt thổi, thiết bị thiết kế chuyên dụng cho áp suất thấp Như giảm nhiều chi phí lượng so với sử dụng khí nén 5.2.2.5 Điều khiển máy nén Máy nén khí khơng hiệu chúng vận hành mức thấp nhiều so với định mức Để tránh trường hợp chạy thêm máy nén không cần thiết, nên lắp đặt điều khiển để tự động bật tắt máy nén, tuỳ theo nhu cầu Và giữ áp suất hệ thống khí nén mức thấp tốt, hiệu suất cải thiện giảm rị rỉ khí nén SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất KẾT LUẬN Sau thời gian thực tập, tìm hiểu, làm đồ án, hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Văn Giáp thầy, cô Bộ môn Thiết bị dầu khí, em hồn thành đồ án với đề tài: “Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho cơng tác tự động hóa giàn Một số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng” Nội dung đồ án gồm năm chương: Chương 1: Khái quát hệ thống nén khí trạm máy nén khí Chương 2: Lý thuyết chung máy nén khí piston Chương 3: Cấu tạo, nguyên lý làm việc máy nén khí T30-7100 Chương 4: Quy trình vận hành bảo dưỡng máy nén khí T30-7100 Chương 5: Một số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng máy nén khí T30-7100 Qua đồ án em nắm đặc tính kỹ thuật máy nén khí piston nói chung máy nén khí T30-7100 nói riêng, cách vận hành, lắp đặt, bảo dưỡng sửa chữa máy Ngồi em tìm hiểu số giải pháp sử dụng máy nén khí có hiệu để góp phần nâng cao hiệu cơng việc khai thác dầu khí Tuy nhiên tài liệu cịn chưa đầy đủ, q trình thực tế cịn chưa nhiều, trình độ cịn hạn chế nên cố gắng tìm hiểu song khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo, đóng góp ý kiến thầy, bạn bè để hồn chỉnh đề tài phục vụ cho công việc sau Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Giáp thầy, mơn Thiết bị dầu khí cán bộ, công nhân giàn MSP-3 XNLD Vietsovpetro giúp em hoàn thành đồ án Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Sinh viên Trần Duy Lập SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 54 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 1.1 Khái quát hệ thống khí nén trạm máy nén khí giàn khoan khai thác 1.1.1 Khái quát hệ thống khí nén 1.1.2 Các trạm máy nén khí XNLD Vietsovpetro 1.2 Mục đích, yêu cầu hệ thống khí nén giàn khoan khai thác dầu khí biển 1.3 Các phương pháp sử lý khí CHƯƠNG 2.LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY NÉN KHÍ PISTON 10 2.1 Khái niệm máy nén khí piston 10 2.2 Phân loại máy nén khí piston 10 2.2.1 Máy nén khí piston theo phương nằm ngang 10 2.2.2 Máy nén khí piston dạng đứng 10 2.2.3 Máy nén khí piston dạng góc 10 2.3 Nguyên lý làm việc máy nén khí piston 11 2.4 Các thơng số máy nén khí piston 12 2.4.1 Công suất lý thuyết 12 2.4.2 Lưu lượng lý thuyết 12 2.4.3 Lưu lượng thực tế 12 2.4.4 Công suất thực tế 12 2.4.5 Công suất cần thiết 13 2.4.6 Thể tích khoảng khơng gian chết máy bơm kiểu piston 13 2.5 Đường đặc tính lý thuyết máy nén khí piston 13 2.6 Máy nén khí piston nhiều cấp 14 2.6.1 Mục đích chế tạo máy nén khí nhiều cấp 14 2.7 Phương pháp điều chỉnh lưu lượng máy nén khí piston 15 CHƯƠNG 3.CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY NÉN KHÍ T307100 17 3.1 Trạm máy nén khí T30-7100 17 3.2 Cấu tạo máy nén khí T30-7100 19 3.2.1 Sơ đồ cấu tạo 19 3.2.2 Nguyên lý làm việc 21 SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 55 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 3.2.3 Các phận máy nén khí T30-7100 22 3.2.3.2 Trục khuỷu 22 3.2.3.3 Tay biên 23 3.2.3.4 piston 24 3.2.3.5 Xilanh 25 3.2.3.6 Van 25 3.2.3.7 Bầu lọc khí, qụat gió két làm mát trung gian 28 3.2.3.8 Hệ thống điều khiển tự động bảo vệ 29 CHƯƠNG 4.QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY NÉN KHÍ T307100 31 4.1 Quy trình vận hành 31 4.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành 31 4.1.1.1 Kiểm tra máy trước vận hành 31 4.1.1.2 Chạy rà cho máy 31 4.1.1.3 Vận hành máy 32 4.1.2 Kiểm tra trình vận hành 33 4.1.3 Dừng máy/hệ thống 34 4.1.4 Kiểm soát cố tình khẩn cấp 35 4.2 Quy trình bảo dưỡng T.O 37 4.2.1 Quy trình bảo dưỡng T.O-1 38 4.2.1.1 Công tác chuẩn bị 38 4.2.1.2 Nội dung, trình tự tiến hành công việc T.O-1 38 4.2.1.3 Kết thúc công việc 41 4.2.1 Quy trình bảo dưỡng T.O-2 41 CHƯƠNG 5.MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG 43 5.1 Đánh giá chung thực trạng làm việc máy nén khí T30-7100 43 5.2 Các giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng máy nén khí 45 5.2.1 Các giải pháp dược áp dụng 46 5.2.1.1 Giảm nhiệt độ khí vào 46 5.2.1.2 Chống sụt áp lọc khí 47 5.2.1.3 Giảm độ cao đặt máy 47 5.2.1.4 Sử dụng làm mát trung gian (giữa cấp) làm mát sau 48 5.2.1.5 Đặt áp suất làm việc 49 5.2.2 Các giải pháp khác đề 52 SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 56 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 5.2.2.1 Lựa chọn vị trí đặt máy thich hợp 52 5.2.2.2 Giảm thiểu rò rỉ 52 5.2.2.3 Xả nước ngưng 52 5.2.2.4 Kiểm sốt sử dụng khí nén 53 5.2.2.5 Điều khiển máy nén 53 KẾT LUẬN 54 SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 57 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ HIỆU BẢNG Bảng 2.1 Tỉ số nén theo cấp 13 Bảng 4.1 Hiện tượng, nguyên nhân cách khắc phục cố trình vận hành 34 Bảng 4.2 Tiêu chuẩn loại dây đai 38 Bảng 4.3 Lực siết số chi tiết quan trọng 39 Bảng 5.1 Những hư hỏng-Nguyên nhân-Biện pháp khắc phục 42 Bảng 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ khí vào với mức tiêu thụ điện máy nén 45 Bảng 5.3 Tác động sụt áp suất qua lọc khí vào mức tiêu thụ điện: 46 Bảng 5.4 Tác động độ cao so với mặt biển hiệu suất thể tích 47 Bảng 5.5 Tác động làm mát trung gian mức tiêu thụ điện máy nén 48 10 Bảng 5.6 Tác động việc giảm áp suất cấp mức tiêu thụ điện 49 11 Bảng 5.7 Sụt áp điển hình đường phân phối khí nén với ống 51 TÊN BẢNG SV: Trần Duy Lập TRANG Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 58 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất DANH MỤC HÌNH VẼ STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo máy nén khí piston cấp 10 Hình 2.2 Chu trình làm việc lý thuyết máy nén khí piston cấp 12 Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát máy nén nhiều cấp 14 Hình 3.1 Sơ đồ lắp đặt trạm máy nén khí T30-7100 16 Hình 3.2 Cấu tạo máy nén khíT30-7100 19 Hình 3.3 Sơ đồ động học máy nén khí T30-7100 20 Hình 3.4 Trục khuỷu máy nén khí T30-7100 21 Hình 3.5 Tay biên máy nén khí T30-7100 22 10 Hình 3.6 Piston cấp máy nén khí T30-7100 23 11 Hình 3.7 Piston cấp máy nén khí T30-7100 23 12 Hình 3.8 Van hút 24 13 Hình 3.9 Van nén 25 14 Hình 3.10 Van chiều 25 15 Hình 3.11 Van thơng áp 26 16 Hình 3.12 Van an tồn 27 17 Hình 3.13 Hệ thống làm mát máy nén khí 28 18 Hình 4.1 Bảng điều khiển máy nén khí T30-7100 31 SV: Trần Duy Lập TRANG Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 59 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Tuyển (1998), Bơm máy nén quạt gió, Nxb Giáo dục & khoa học [2] Đinh Ngọc Ái – Đặng Huy Chí – Nguyễn Hồng Phước (1972), Thủy lực máy thủy lực, Nxb ĐH & THCN [3] Nguyễn Văn May (1997), Bơm quạt máy nén khí, Nxb KHKT [4] Nguyễn Đức Sướng – Vũ Nam Ngạn (2004), Giáo trình máy thủy khí, Nxb GTVT [5] Các hồ sơ kỹ thuật bơm, quạt máy nén khí SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51 60 ... dầu khí - K51 42 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất CHƯƠNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG 5.1 Đánh giá chung thực trạng làm việc máy nén khí T30-7100 Sau thời gian hoạt động, ... “Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho cơng tác tự động hóa giàn Một số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng” Tuy nhiên tài liệu cịn ít, kinh nghiệm thực tế khơng nhiều nên q trình làm đồ án. .. dầu khí - K51 45 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 5.2.1 Các giải pháp dược áp dụng 5.2.1.1 Giảm nhiệt độ khí vào Khơng nên đánh giá thấp tác động khí vào với hiệu hoạt động máy nén Khí