Nội dung giáo trình đề cập một cách hệ thống các kiến thức cơ bản nhất về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và giúp học sinh thao tác thành thạo trong vận hành bảo dưỡng các loại van, đường ố
Trang 1TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020
(Lưu hành nội bộ)
Trang 3LỜI GIỚI THIỆU
Để phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên cũng như việc học tập của học sinh trong khoa Dầu khí, chúng tôi đã tham khảo nhiều tài liệu của các tác giả trong và ngoài nước biên soạn nên giáo trình “Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa”
Giáo trình được dùng cho các giáo viên trong khoa làm tài liệu chính thức giảng dạy cho học sinh nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí Nội dung giáo trình đề cập một cách hệ thống các kiến thức cơ bản nhất về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và giúp học sinh thao tác thành thạo trong vận hành bảo dưỡng các loại van, đường ống, bể chứa
và các phụ kiện của chúng Cụ thể bao gồm các bài sau:
• Bài 1: Khái quát chung về van
• Bài 2: Vận hành và bảo dưỡng van
• Bài 3: Đường ống
• Bài 4 : Bể chứa
• Bài 5: Thực tập vận hành hệ thống đường ống bể chứa
Xin chân thành cảm ơn các giáo viên Khoa dầu khí của trường Cao đẳng Dầu khí
đã giúp đỡ tôi hoàn thành giáo trình này
Trân trọng cảm ơn./
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020
Tham gia biên soạn
Trang 4MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4
DANH MỤC CÁC BẢNG 7
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 8
BÀI 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VAN 10
1.1.KHÁINIỆMVÀVAITRÒCỦAVAN 11
1.2.PHÂNLOẠIVÀKÝHIỆUVAN 11
BÀI 2 VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG VAN 16
2.1.CẤUTẠOVÀ NGUYÊNLÝ HOẠTĐỘNGCỦAVAN 17
2.1.1 Van cổng 17
2.1.2 Van cầu 26
2.1.3 Van chốt 32
2.1.4 Van bi 35
2.1.5 Van bướm 39
2.1.6 Van màng 40
2.1.7 Van một chiều 41
2.1.8 Van điều khiển 44
2.1.9 Van an toàn 51
2.2.THỰCTẬPVẬNHÀNHVÀBẢODƯỠNGVAN 53
2.2.1 Vận hành cơ khí 53
2.2.2 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa và vận hành van cổng 56
2.2.3 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van cầu 62
2.2.4 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van chốt 65
2.2.5 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van bi 68
2.2.6 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van bướm 71
2.2.7 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van một chiều 73
2.2.8 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van điều khiển 77
2.2.9 Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa vận hành van an toàn 78
B ÀI 3 ĐƯỜNG ỐNG 81
3.1 KHÁINIỆMVÀPHÂNLOẠI 82
Trang 5Trang 2
3.1.1 Khái niệm 82
3.1.2 Phân loại 83
3.2 MỘTSỐYÊUCẦUVỀCẤUTẠOĐƯỜNGỐNG 84
3.2.1 Một số yêu cầu về cấu tạo đường ống dẫn chính 84
3.2.2 Vật liệu chế tạo và quy cách ống 85
3.2.3 Các phụ kiện của đường ống 87
3.2.4 Bọc đường ống (pipe coating) 90
B ÀI 4 BỂ CHỨA 93
4.1 KHÁINIỆMVÀPHÂNLOẠI 94
4.1.1 Khái niệm 94
4.1.2 Phân loại 94
4.2 CẤUTẠOMỘTSỐLOẠIBỂCHỨA 96
4.2.1 Bể chứa hình trụ nằm ngang (bullet) 96
4.2.2 Bể chứa hình trụ đứng (tank) 103
BÀI 5 THỰC HÀNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG BỂ CHỨA 111 5.1.VẬNHÀNHHỆTHỐNGĐƯỜNGỐNGBỂCHỨA 112
5.1.1 Vận hành đường ống 112
5.1.2 Vận hành bể chứa 115
5.2.XỬLÝSỰCỐTHƯỜNGGẶPKHIVẬNHÀNHHỆTHỐNGĐƯỜNGỐNGBỂ CHỨA 118 5.2.1 Các sự cố thường gặp khi vận hành đường ống 118
5.2.2 Các sự cố thường gặp khi vận hành bể chứa 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO 122
Trang 6DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
ASTM American Steel Testing Material
ANSI American National Standards Institude
ASME American Society of Mechanical Engineers
Trang 7Trang 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ký hiệu van theo P&ID 12
Hình 1.2 Ký hiệu van theo isometric 13
Hình 2.1 Cấu tạo ngoài của van cầu 17
Hình 2.2 Cấu tạo trong của van cầu 18
Hình 2.3 Ống lót tay quay 18
Hình 2.4 Liên kết giữa thân van và đường ống 20
Hình 2.5 Liên kết giữa thân van và nắp van 20
Hình 2.6 Trục van liên kết ren với ống lót tay quay 21
Hình 2.7 Trục van liên kết ren với nắp van 21
Hình 2.8 Trục van liên kết ren với cổng van 22
Hình 2.9 Cổng van chế tạo liền một khối 22
Hình 2.10 Khi van mở hoàn toàn và van tiết lưu 23
Hình 2.11 Rãnh trên thân cổng van 23
Hình 2.12 Cổng van đóng hoàn toàn 23
Hình 2.13 Cổng van chế tạo rời 24
Hình 2.14 Van cổng – có cổng van chế tạo rời 25
Hình 2.15 Lực tác dụng lên cổng van khi van đóng 25
Hình 2.16 Nguyên lý làm việc của van cổng 26
Hình 2.17 Van cầu 26
Hình 2.18 Đĩa nút 27
Hình 2.19 Sự ăn mòn trên đĩa 27
Hình 2.20 Các dạng đĩa van 28
Hình 2.21 Đĩa Composit 29
Hình 2.22 Đĩa kim loại 29
Hình 2.23 Khi có hạt rắn chèn vào đĩa kim loại 30
Hình 2.24 Nguyên lý hoạt động của van cầu 30
Hình 2.25 Van cầu mở hoàn toàn 30
Hình 2.26 Trạng thái làm việc tiết lưu của van cầu 31
Hình 2.27 Sự đóng mở của van 31
Hình 2.28 Van cầu 32
Hình 2.29 Cấu tạo của van chốt 32
Trang 8Hình 2.30 Nguyên lý hoạt động của van chốt 33
Hình 2.31 Chốt van và ổ đặt mài mòn không đều 33
Hình 2.32 Van chốt không cần bôi trơn 34
Hình 2.33 Van chốt nhiều hướng 34
Hình 2.34 Cấu tạo của van bi 35
Hình 2.35 Cấu tạo của van bi 36
Hình 2.36 Van bi nhiều hướng 36
Hình 2.37 Một số loại van bi 39
Hình 2.38 Cấu tạo của van bướm 39
Hình 2.39 Chốt định vị và vạch chỉ góc độ mở trên thân van bướm 40
Hình 2.40 Van màng 40
Hình 2.41 Cấu tạo của van màng 41
Hình 2.42 Cấu tạo của van một chiều 42
Hình 2.43 Nguyên lý hoạt động của van một chiều 42
Hình 2.44 Van một chiều dạng đặt 42
Hình 2.45 Cấu tạo của van một chiều 43
Hình 2.46 Cấu tạo của van một chiều đặt thẳng đứng 43
Hình 2.47 Cấu tạo của van một chiều dạng bi 44
Hình 2.48 Cấu tạo của van một chiều dạng bi 44
Hình 2.49 Cấu tạo của van điều khiển 45
Hình 2.50 Thân van đơn 45
Hình 2.51 Thân van đôi 45
Hình 2.52 Cơ cấu định vị của van 46
Hình 2.53 Cơ cấu dẫn động bằng khí nén 47
Hình 2.54 Van thường đóng 47
Hình 2.55 Van thường mở 48
Hình 2.56 Cơ cấu dẫn động bằng điện sử dụng cuộn dây 48
Hình 2.57 Sử dụng mô tơ để dẫn động 49
Hình 2.58 Cơ cấu dẫn động bằng thủy lực 50
Hình 2.59 Mở van 50
Hình 2.60 Đóng van 51
Hình 2.61 Cấu tạo của van an toàn 52
Trang 9Trang 6
Hình 2.62 Vận hành van lớn 53
Hình 2.63 Vận hành van trên cao 53
Hình 2.64 Nối dài trục van 54
Hình 2.65 Sử dụng bánh răng để giảm lực tác dụng 54
Hình 2.66 Hiện tượng va đập thủy lực 55
Hình 2.67 Áp lực tăng giữa hai bề mặt van 55
Hình 2.68 Đường cân bằng 56
Hình 2.69 Sử dụng choòng van 56
Hình 3.1 Một số loại co, cút, tê nối bằng ren 88
Hình 3.2 Một số loại co, cút, tê nối bằng mối hàn giáp mối 88
Hình 3.3 Olet 89
Hình 3.4 Một số dạng olet 89
Hình 3.5 Khớp nối thủy lực 90
Hình 3.6 Lớp phủ epoxy trong đường ống 90
Hình 3.7 Một số dạng vật liệu cách nhiệt 92
Hình 4.1 Bể trụ đứng 95
Hình 4.2 Bể trụ nằm ngang 95
Hình 4.3 Bể hình cầu 96
Hình 4.4 Bồn trụ ngang 96
Hình 4.5 Cửa thăm 101
Hình 4.6 Mặt bích 101
Hình 4.7 Chân đỡ 102
Hình 4.8 Thân bồn 103
Hình 4.9 Cấu tạo bể đứng 103
Hình 4.10 Trang bị bể chứa dầu thương mại 105
Hình 4.11 Van hô hấp cơ học (van thở) 107
Hình 4.12 Van an toàn thủy lực 107
Trang 10DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Bảng mã màu nhận dạng ống 87Bảng 4.1 Tính chất vật liệu thép cacbon và thép hợp kim 98Bảng 4.2 Cơ tính vật liệu thép cacbon và thép hợp kim 99Bảng 4.3 Tính chất vật liệu thép Cabon và hợp kim thấp (Ứng suất cho phép 1000 psi – trị số S) 100
Trang 11Trang 8
1 Tên mô đun: Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa
2 Mã mô đun: CNH19MĐ17
3 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
3.1 Vị trí: là mô đun thuộc phần các môn học và mô đun chuyên ngành của chương
trình đào tạo Môn đun này được dạy trước mô đun như: Vận hành máy thủy khí
I, vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt và dạy sau môn học Cơ sở quá trình và thiết
bị trong công nghệ hóa học
3.2 Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động
của hệ thống đường ống và bể chứa (van, đường ống và bể chứa) cho HSSV
3.3 Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Mô đun đề cập một cách hệ thống các kiến
thức cơ bản nhất về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và giúp học sinh thao tác thành thạo trong vận hành bảo dưỡng các loại van, đường ống, bể chứa và các
phụ kiện của chúng
4 Mục tiêu mô đun:
4.1 Về kiến thức:
A1 Phân loại được các loại: van, đường ống và bề chứa
A2 Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại van
A3 Trình bày được cấu tạo đường ống, bể chứa và các trang bị của bể chứa dầu khí
4.2 Về kỹ năng:
B1 Vận hành van, hệ thống đường ống và các thiết bị phụ trợ, bể chứa dầu khí theo đúng quy trình
B2 Tháo lắp và bảo dưỡng van, các phụ kiện và hệ thống phụ trợ của đường ống và bể
chứa dầu khí theo đúng quy trình
B3 Phát hiện và xử lý được các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành hệ thống đường ống và bể chứa
5 Nội dung của mô đun:
5.1 Chương trình khung
Trang 12Mã MH/MĐ/HP Tên môn học/ mô đun tín Số
chỉ
Thời gian đào tạo (giờ)
Tổng số thuyết Lý
Thực hành
m bài tập thảo luận
Kiểm tra
TĐH19MĐ12 Cơ sở điều khiển quá trình 2 45 14 29 1 1
CNH19MĐ17 Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa 6 150 28 106 3 13 CNH19MĐ18 Vận hành máy thuỷ khí I 6 150 28 106 2 14 CNH19MĐ20 Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt 3 75 21 50 2 2 CNH19MĐ22 Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô 6 145 42 94 3 6 CNH19MĐ23 Vận hành phân xưởng chế biến dầu I 6 145 42 94 3 6 CNH19MĐ25 Vận hành các phân xưởng chế biến khí 6 150 36 108 2 4
Tổng cộng 61 1475 466 912 35 62 5.2 Chương trình chi tiết mô đun
Trang 13Trang 10
Thực hành, thí nghiệm, thảo luận,
Kiểm tra
1.1 Khái niệm và vai trò của van 0.5 0.5
1.2 Phân loại và ký hiệu van 1.5 1.5
2.1 C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của van 13 12 1
3.2 Một số yêu cầu về cấu tạo đường ống 3 2 1
6 Điều kiện thực hiện mô đun:
6.1 Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, mô hình mô
- 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
Trang 14+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun theo quy định
+ 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%
7.2.2 Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá Phương pháp tổ chức Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu ra đánh giá cột Số Thời điểm kiểm tra
Thường xuyên Quan sát/
Tự luận/
Trắc nghiệm/ Sản phẩm học tập
A2, A3, B1 4 Sau 15 giờ
Kết thúc mô
đun qua sản phẩm Viết/ Thông
học tập
Tự luận và trắc nghiệm/ Sản phẩm học tập
Trang 158 Hướng dẫn thực hiện mô đun
8 1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí
8.2 P hương pháp giảng dạy, học tập mô đun
8.2.1 Đối với người dạy
* L ý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: 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
* Th ảo 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 liệu )
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% buổi học thực hành Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc >0% số tiết thực hành phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ 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:
Trang 16Tài liệu tiếng Việt:
[1] Trường Cao Đẳng Dầu khí, Giáo trình Vận hành van, Lưu hành nội bộ, 2017
[2] Trường Cao Đẳng Dầu khí, Tài liệu hướng dẫn thực hành van, Lưu hành nội
- Tài liệu tiếng nước ngoài:
[1] Schweitzer, Philip A, Handbook of Valves, Industrial Press Inc 2005
[2] George A Antak, Piping and Pipeline Engineering, U.S.A, 2003
[3] Alireza Bahadori, PhD, Oil and Gas Pipelinesand Piping Systems, Australian
Oil and Gas Services, 2017
[4] Sunil Pullarcot ,Above Ground storage tanks, Taylor & Francis Group, 2015
Trang 17❖ GIỚI THIỆU BÀI 1
Bài 1 giới thiệu về một số nội dung cơ bản liên quan đến Van để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận công việc sau này
❖ MỤC TIÊU BÀI 1
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
- Trình bày được khái niệm, vai trò và nguyên tắc hoạt động chung của van
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
- Đối với người dạy:
+ Thi ết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy
+ T ổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)
- Đối với người học:
+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;
+ Hoàn thành các bài th ực hành kỹ năng;
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;
+ Tu ần thủ quy định an toàn, giờ giấc
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình
- Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, mô hình mô phỏng
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình, quy trình thực hành
- 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
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ 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
Trang 18- Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không
❖ NỘI DUNG BÀI 1
1.1 KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA VAN
1.1.1 Khái niệm
Van là một thiết bị cơ khí dùng để điều chỉnh dòng chuyển động của chất lỏng trong các hệ thống đường ống Chất lỏng chuyển động qua đường ống gồm : dầu, nước, hỗn hợp chất lỏng và chất khí, khí gas, các loại khí khác
1.1.2 Vai trò của van
6 Dùng để nối các đoạn ống lại với nhau
7 Phân chia dòng chuyển động của chất lỏng trong các hệ thống đường ống
8 Điều chỉnh lưu lượng của chất lỏng trong hệ thống đường ống
1.2 PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU VAN
1.2.1 Phân loại
a Theo nguyên lý hoạt động
9 Chuyển động tịnh tiến lên xuống/linear valve
10 Chuyển động quay/rotating valve
b Theo chức năng
11 Van chặn/block/root valve
12 Van tiết lưu/throttling valve
13 Van an toàn/safety/relief valve
c Theo cơ cấu tác động
14 Van tay/hand valve
15 Van điều khiển/control valve
1.2.2 Ký hiệu van
Ký hiệu van được chia làm 2 loại:
16 Theo P&ID: đọc trên bản vẽ công nghệ
Trang 19Hình 1.1 Ký hiệu van theo P&ID
Trang 2017 Theo iso metric: đọc trên bản vẽ lắp
Hình 1.2 Ký hiệu van theo isometric
Trang 21❖ TÓM TẮT BÀI 1
Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Khái Quát chung về van
- Phân loại và ký hiệu van
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 1
Câu 1 Trong công nghiệp dầu khí, van có những vai trò nào?
A) Dùng để nối các đoạn ống lại với nhau
B) Phân chia dòng chuyển động của chất lỏng trong các hệ thống đường
ống
C) Điều chỉnh lưu lượng của chất lỏng trong hệ thống đường ống
D) Cả 3 đáp án còn lại đều đúng
Câu 2 Chức năng nào sau đây không phải là của van:
A) Làm giảm áp suất của dòng lưu chất
B) Làm tăng áp suất của dòng lưu chất
C) Điều khiển áp suất một dòng lưu chất
D) Đảm bảo áp suất của một dòng lưu chất luôn luôn nhỏ hơn một giá
Trang 22Câu 5 Đối với van bi điều khiển bằng tay khi tay quay song song với đường
ống trên thân van thì thông thường van ở trạng thái nào:
A) Van đang đóng
B) Van đang mở
C) Van làm việc ở trạng thái tiết lưu
D) Không xác định được
Trang 23B ÀI 2 VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG VAN
❖ GIỚI THIỆU BÀI 2
Bài 2 giới thiệu về một số nội dung cơ bản liên quan đến Vận hành và bảo dưỡng Van
để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận công việc sau này
- Vận hành và bảo dưỡng được các loại van theo đúng quy trình
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2
- Đối với người dạy:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài h ọc Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy
+ T ổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)
- Đối với người học:
+ Chu ẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;
+ Hoàn thành các bài th ực hành kỹ năng;
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;
+ Tu ần thủ quy định an toàn, giờ giấc
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 2
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình
- Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, mô hình mô phỏng
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình, quy trình thực hành
- 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
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ 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
Trang 24+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
- Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: trắc nghiệm)
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra thực hành trên mô hình mô phỏng
❖ NỘI DUNG BÀI 2
2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA VAN
Van cổng là một loại van được sử dụng phổ biến trong công nghiệp
▪ Các bulông liên kết (bold)
▪ Tay quay (handwheel)
▪ Joăng làm kín (gasket)
Hình 2.1 Cấu tạo ngoài của van cầu
Trang 25❖ Cấu tạo phần trong (Error! Reference source not found.)
▪ Cổng van (gate valve)
▪ Trục van (stem)
▪ Hộp làm kín (stuffing box)
▪ Vòng làm kín (packing)
▪ Ống lót trục van (stem bushing)
Hình 2.2 Cấu tạo trong của van cầu
Hình 2.3 Ống lót tay quay
Trang 26Các chi tiết trong một van cổng
Trang 27❖ Sự liên kết của van
18 Thân van được nối với đường ống thông qua các mặt bích nối và các bu lông liên kết Để tránh sự rò rỉ chất lỏng thì giữa hai mặt bích sẽ có một joăng làm kín (gasket)
19 Để nối thân van với nắp van thì ta cũng sử dụng mặt bích nối và các bu lông liên kết và ở giữa hai mặt bích của nắp và thân ta cũng bố trí một joăng làm kín để tránh rò rỉ chất lỏng
Hình 2.4 Liên kết giữa thân van và đường ống
Hình 2.5 Liên kết giữa thân van và nắp van
Trang 28❖ Kết cấu trục van
Kiểu kết cấu thường dùng như sau:
Phía trên trục van chế tạo có ren để ăn khớp với ren trong ống lót trục van khi vận hành van
20 Phía dưới trục van được nối với cổng van, thường là mối ghép ngàm
21 Trong trường hợp này thì tay quay và ống lót trục tạo thành một khối, khi quay tay quay thì ống lót trục van cũng quay theo làm cho ren của ống lót trục ăn khớp với ren của trục và trục có thể chuyển động lên xuống Lúc này trục van di chuyển qua hộp làm kín nằm phía trong nắp van (hình 2.6)
Hình 2.6 Trục van liên kết ren với ống lót tay quay Một kiểu kết cấu khác của trục van, khi van di chuyển thì ren của trục lại ăn khớp với ren của nắp van Trường hợp này thì trục và tay quay tạo thành một khối, vì vậy khi
trục di chuyển thì tay quay cũng di chuyển theo (Hình 2.7)
Hình 2.7 Trục van liên kết ren với nắp van
Trang 29Sau đây là một kiểu kết cấu khác của trục van với ren trong
Trường hợp này thì trục van và cổng van liên kết với nhau thông qua mối ghép ren Do đó khi vận hành van thì trục van và tay quay không di chuyển dọc trục mà cổng
van dịch chuyển lên, xuống (Hình 2.8)
Hình 2.8 Trục van liên kết ren với cổng van
❖ Kết cấu cổng van
▪ Cổng van chế tạo liền một khối
Cổng van là một phần của van dùng để điều chỉnh dòng chất lỏng chuyển động qua van Vì thế nó được gọi là một phần tử điều chỉnh dòng chất lỏng
Khi cổng van chuyển động đi xuống thì nó ngăn chặn tất cả dòng chảy và đóng kín khít với các vòng làm kín trên đế van Vì vậy khi cổng van mở hoặc đóng thì có sự
ma sát và sinh ra sự mài mòn giữa cổng van với các vòng làm kín (Hình 2.9)
Hình 2.9 Cổng van chế tạo liền một khối
So sánh các hình vẽ A và B dưới đây ta thấy: trên hình B sự mài mòn sẽ xảy ra không đều do có sự ma sát giữa chất lỏng với cổng van Khi cổng van và các vòng làm kín trên đế van bị mòn không đều thì quá trình đóng kín không hoàn toàn Vì vậy khi
vận hành van thì không nên vận hành ở vị trí tiết lưu (Hình 2.10)
Trang 30Hình 2.10 Khi van mở hoàn toàn và van tiết lưu Loại cổng van chế tạo liền một khối thì hai bên cổng van thường có xẻ rãnh để
nó có thể dể dàng di chuyển khi vận hành (Hình 2.11)
Hình 2.11 Rãnh trên thân cổng van
Khi cổng van được chế tạo liền một khối ở vị trí đóng hoàn toàn, dòng chất lỏng chỉ tác động vào một mặt của cổng van (mặt A) Nhưng khi van mở thì dòng chất lỏng
sẽ tác dụng lên mặt B của cổng van Sự tác động này của áp suất dòng chất lỏng sẽ làm cho mặt B mòn nhanh hơn Khi mặt B mài mòn tới một giới hạn nào đó thì việc đóng kín van không thể thực hiện được.Vì có sự mài mòn này mà sự hoạt động của van không thường xuyên vì phải có một khoảng thời gian ngừng hoạt động để bảo dưỡng
Hình 2.12 Cổng van đóng hoàn toàn
Trang 31▪ Cổng van chế tạo rời
Một kiểu kết cấu khác của cổng van là các đĩa ghép song song và cổng van hình nêm Đối với cổng van dạng này thì chúng được chế tạo thành nhiều phần rời nhau Khi van đóng thì các đĩa song song nằm giữa hai ổ đặt của van Khi nêm phía dưới của van đạt tới vị trí thấp nhất thì nó không thể di chuyển được nữa Nếu trục van tiếp tục đi xuống thì nó sẽ tác dụng một lực lên nêm phía trên và ép vào nêm phía dưới Vì nêm phía trên tác dụng một lực lên nêm phía dưới cho nên các đĩa bị đẩy ra ngoài làm cho chúng ép chặt với các ổ đặt của van Các van cổng kiểu này có thể đóng rất kín
Phía ngoài của đĩa bao giờ cũng bị mòn nhanh hơn so với phía khác bởi vì sự đóng kín sinh ra bởi tác động của nêm cho nên sự mài mòn về một phía vẫn cho phép van đóng kín hoàn toàn
Các đĩa được lắp với các nêm theo một phương pháp cho phép nó quay khi mở hoặc đóng Vì thế sự mài mòn xảy ra đều hơn
Khi mở một van dạng các đĩa song song và cổng hình nêm trước hết quay vô lăng
để giảm áp lực của nêm
Trong một số hệ thống sự biến đổi nhiệt độ và giản nở vì nhiệt của ống có thể làm biến dạng thân van sẽ gây nên một áp suất rất lớn lên cổng van Sự biến dạng này
có thể làm cho cổng van bị kẹt Do các điều kiện trên van dạng đĩa được sử dụng Mép van phía trên đi lên càng sớm càng tốt nó sẽ làm giảm áp suất của nêm vì khi áp suất này giảm thì các đĩa tự do hơn Dưới các điều kiện làm biến dạng thân van có thể xảy
ra, một van dạng đĩa song song thì dễ vận hành hơn
Hình 2.13 Cổng van chế tạo rời Giả sử loại vật liệu có hạt thô thì phải được xử lý Bởi vì van có đĩa song song có nhiều chi tiết dễ dàng cho cổng này bị bám bẩn Vì thế van cổng có đĩa song song nên
sử dụng vật liệu sạch
Trang 32Một số loại khác của cổng van là cổng solid split Cổng được chế tạo rời thành một mảnh Các mép phía ngoài của loại cổng này có tính đàn hồi Nếu thân van bị cong thì các mép phía ngoài của cổng có thể đàn hồi.
Hình 2.14 Van cổng – có cổng van chế tạo rời
Hình 2.15 Lực tác dụng lên cổng van khi van đóng
b Nguyên lý hoạt động của van cổng
Trang 33Để mở van thì ta quay tay quay ngược chiều kim đồng hồ Khi đó chất lỏng sẽ bắt đầu di chuyển qua van Ở vị trí van mở hoàn toàn thì chất lỏng chuyển động qua van không có sức cản Cổng của van có tiết diện lưu thông lớn nhất Chất lỏng chuyển động qua van có phương song song với thành vách của ống và vuông góc với đuôi van Dạng chuyển động này gọi là chảy tầng
Để đóng van ta quay vô lăng cùng chiều kim đồng hồ đến vị trí thấp nhất của trục van Lúc này cổng của van sẽ ngăn dòng chuyển động của chất lỏng qua van
Van cổng chỉ làm việc ở vị trí tiết lưu khi đóng hoặc mở van
Hình 2.16 Nguyên lý làm việc của van cổng
2.1.2 Van cầu
a Cấu tạo của van cầu
❖ Cấu tạo chung
Hình 2.17 Van cầu
Trang 34Cũng như van cổng, van cầu cũng có một số chi tiết chính như: tay quay, nắp
van, thân van, các bulông liên kết, các đệm làm kín, trục van, cổng van….(Hình 2.17)
❖ Kết cấu của các dạng cổng van
Cổng của van cầu có rất nhiều loại khác nhau Tuy nhiên loại được sử dụng phổ
biến nhất là dạng đĩa nút Loại này thường có dạng hình côn (Hình 2.18)
Hình 2.18 Đĩa nút
Ổ đặt của van cầu cũng có dạng hình côn để có thể ăn khớp được với cổng van Sau một thời gian làm việc thì đĩa của van sẽ bị rỗ hoặc trầy xước do các tạp chất lẫn trong chất lỏng, tuy nhiên nếu các vết rỗ và xước này không lớn lắm thì khả năng đóng
kín của van vẫn được đảm bảo khi van đóng hoàn toàn (Hình 2.19)
Hình 2.19 Sự ăn mòn trên đĩa
Trang 35Có sự biến đổi về đĩa van dạng nút Tuỳ thuộc vào việc vận hành mà xác định các đặc tính làm việc của van và các đặc tính đó lại tuỳ thuộc vào nút van được sử dụng
Sau đây là một số loại van mở nhanh, sở dĩ ta gọi là van mở nhanh bởi vì toàn bộ
sự dịch chuyển của trục van cần để mở và đóng van tương đối nhỏ (Hình 2.20)
Hình 2.20 Các dạng đĩa van Với các van mở nhanh thì thường được sử dụng ở các van đóng - mở
Các van tiết lưu sử dụng các đĩa dạng nút thường có nhiều hình dạng khác nhau
Cụ thể là gồm các dạng sau đây: đĩa van dạng lỗ chữ V, dạng equal percentage plug, dạng tuyến tính, dạng kim Với các đĩa van dạng nút này, một sự di chuyển nhỏ của cán van sẽ làm biến đổi từ từ và nhỏ về lưu lượng
Các van cầu tiết lưu thì thường đóng hoặc mở một phần, chúng được sử dụng nhiều để điều khiển chính xác dòng chảy hơn là điều khiển vận tốc Một van dùng để điều chỉnh lưu lượng nhỏ nên trang bị với đĩa van dạng nút tiết lưu
Trang 36Đây là một kết cấu khác của đĩa van, đĩa này có thể được lắp đặt trong van cầu
Nó được gọi là đĩa composit (vật liệu tổng hợp) Đĩa này không chế tạo bằng kim loại
mà chế tạo bằng vật liệu mềm như cao su Khi đóng hoàn toàn thì ổ đặt tiếp xúc với
phần mềm của đĩa (Hình 2.21)
Hình 2.21 Đĩa Composit Khi đưa đường ống vào vận hành phải xử lý các chất lỏng có chứa các hạt rắn nhỏ Các hạt rắn này có thể tích tụ lên trên ổ đặt của đĩa hoặc đĩa Trường hợp này có thể không cho đĩa đóng kín hoàn toàn Khi đĩa composit được sử dụng, các hạt mịn nhỏ được hấp thụ vào trong các phần mềm của đĩa bởi vì đĩa đàn hồi cho nên van vẫn đóng
kín (Hình 2.22)
Hình 2.22 Đĩa kim loại Đây là một đĩa van thường được sử dụng,đĩa và ổ đặt được chế tạo bằng kim loại rắn (hình vẽ)
Giả sử có một hạt rắn làm kênh ổ đặt và đế van thì sự tiếp xúc giữa các bề mặt
cứng sẽ nghiền nát chúng thành từng hạt nhỏ (Hình 2.23)
Trang 37Hình 2.23 Khi có hạt rắn chèn vào đĩa kim loại
b Nguyên lý hoạt động của van cầu
Dòng chất lỏng chuyển động qua van cổng thường là đường thẳng, còn trong van
cầu thì dòng chất lỏng sẽ đổi hướng (Hình 2.24)
Hình 2.24 Nguyên lý hoạt động của van cầu
Sự đổi hướng này của dòng chất lỏng sẽ gây nên sự chuyển động hỗn loạn (chảy rối) và kết quả làm cho sự giảm áp suất qua van cao hơn Sự giảm áp cao hơn và áp suất giảm xuống có nghĩa là đòi hỏi nhiều năng lượng để dịch chuyển chất lỏng qua một van cầu khi nó mở Các ổ đặt trong van cổng thì vuông góc với dòng chảy, còn trong van
cầu thì các ổ đặt lại song song với dòng chất lỏng qua van (Hình 2.25)
Hình 2.25 Van cầu mở hoàn toàn
Trang 38Trong van cổng ma sát giữa các ổ đặt và cổng van sẽ dừng lại khi van đóng hoàn toàn Còn đĩa van cầu không trượt dọc theo bề mặt của ổ đặt vì thế tất cả sự tiếp xúc
giữa đĩa và ổ đặt dừng lại khi dòng chảy bắt đầu (Hình 2.26)
Hình 2.26 Trạng thái làm việc tiết lưu của van cầu Khi một van cổng đóng hoặc mở có nhiều ma sát và mài mòn giữa bề mặt ổ đặt
và cổng van, nhưng sự đóng hoặc mở trong van cầu thường gây ra ít mài mòn hơn Do
đó để cần đến các van vận hành thường xuyên thì van cầu thích hợp hơn
Khi van cổng làm việc ở vị trí tiết lưu thì dòng chất lỏng sẽ gây sự mài mòn không đều ở đáy của cổng van Ở chế độ mở một phần của van cầu thì toàn bộ đĩa đều tiếp xúc với chất lỏng vì thế sự mài mòn và xói mòn hầu như đều hơn Khi ổ đặt và đĩa van mòn đều thì cũng có thể kéo dài thời gian sử dụng Bởi vì các van cầu mài mòn đều khi mở
ở nhiều vị trí khác nhau thì van tiết lưu tốt hơn
Giả sử một van cầu làm việc ở vị trí tiết lưu Khi chất lỏng chuyển động từ A đến
B thì có sự biến đổi rất ít van sẽ đóng “sầm” lại khi đĩa van gần ổ đặt (Hình 2.27)
Hình 2.27 Sự đóng mở của van
Để vận hành ổn định nhất thì một van cầu nên được lắp đặt sao cho dòng chảy đi
từ dưới đĩa lên
Van cầu thỉnh thoảng được thiết kế ở một góc nghiêng nào đó Dòng chảy qua van có góc nghiêng thì có sự đổi hướng ít hơn so với van cầu thông thường Vì thế nó
Trang 39Hình 2.28 Van cầu
Tóm lại
Vì thiết kế van cầu có sự mài mòn đều hơn so với van cổng cho nên khi cần một van có sự giảm áp nhỏ hoặc sức cản đối với dòng chảy nhỏ là cần thiết thì nên sử dụng van cổng Còn đối với mục đích là để tiết lưu dòng chất lỏng thì sử dụng van cầu phù hợp hơn
Đối với một van cổng có thiết bị đi kèm, thiết bị đó cho phép cổng van sẽ đi ra ngoài dòng chảy Còn khi một van cầu được mở hoàn toàn thì đĩa van lại không lệch ra ngoài dòng chảy Có 3 loại kết cấu đĩa van (hay còn gọi là các phần tử điều khiển dòng chảy) chủ yếu thường được sử dụng trong van cầu Đĩa van này được thiết kế cho việc tiết lưu dòng chảy hoặc vận hành ở các chế độ đóng - mở (on – off) Ở một van đĩa composit thì ổ đặt được tiếp xúc với vật liệu mềm của đĩa Những van thông thường, trong lúc đóng van thì có sự tiếp xúc giữa 2 bề mặt cứng
2.1.3 Van chốt
Cấu tạo của van chốt thể hiện ở hình sau:
Hình 2.29 Cấu tạo của van chốt
Trang 40Phần tử dùng để điều khiển dòng chuyển động của chất lỏng trong kết cấu này là chốt van Chốt này được chế tạo bằng kim loại liền một khối và có 1 lỗ xuyên suốt qua
nó Lỗ đi qua chốt thường gọi là port opening Vị trí vận hành của van được quyết định bởi việc quay cần van Khi quay cần van một góc 90 độ thì van mở hoặc là đóng hoàn
toàn (Hình 2.30)
Hình 2.30 Nguyên lý hoạt động của van chốt
So với van cổng thì van chốt là loại van mở nhanh (quick - opening)
Trên trục của van này có xẻ một rãnh, nếu rãnh này song song với đường ống thì van mở Dòng chảy qua van chốt là một đường thẳng, bởi vậy khi van mở hoàn toàn thì
sự chuyển động không đều nhỏ và áp suất giảm xuống
Van chốt thường không làm việc ở vị trí tiết lưu, bởi vì khi làm việc ở vị trí này
thì nó làm cho chốt van và ổ đặt mài mòn không đều (Hình 2.31)
Hình 2.31 Chốt van và ổ đặt mài mòn không đều Khi van chốt đóng hoàn toàn thì chốt van và thân van sẽ được đóng kín Mặc dù
sự đóng kín là cần thiết, nhưng chốt van vẫn có thể quay được Mỗi lần quay chốt van thì sự ma sát mài mòn giữa thân van và chốt van tăng lên Sự ma sát mài mòn này làm