Tìm hiểu các loại van trong công nghiệp dầu khí

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kì hiện nay, cùng với với sự phát triển của công nghiệp hóa hiện đại hóa thì vấn đề khoan khai thác dầu khí ngày càng phát triển, vậy chúng ta phải làm thế nào để quá trình khai thác vận chuyển dầu khí hiệu quả, an toàn hơn. Có nhiều yếu tố quyết định đến việc này ,trong đó phải kể đến các loại van, một thiết bị không thể thiếu trong khai thác, vận chuyển dầu khí. Việc tiến hành nghiên cứu vấn đề này có ý nghĩa thiết thực nhằm tìm ra phương pháp điều chỉnh, kìm nén dòng chảy của chất lưu trong quá trình khai thác, vận chuyển dầu khí nhờ các loại van qua đó nâng cao hiệu quả khi sử dụng chúng. Với mong muốn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí nước nhà, được sự cho phép của Khoa Dầu khí trường Đại học Mỏ Địa chất, của Bộ môn Thiết Bị Dầu Khí, với sự hướng dẫn của thầy Lê Đức Vinh chúng em làm đề tài: “Tìm hiểu các loại van trong công nghiệp dầu khí”. Đây là đề tài rất thiết thực cho sinh viên ngành Thiết Bị Dầu Khí. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đức Vinh bộ môn Thiết Bị Dầu Khí đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức thực tế còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy cô giúp đề tài của chúng em hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

Lời nói đầu ……….……… 2

Chương 1: Tìm hiểu chung về van ……… … …3

I. Lịch sử hình thành và phát triển ………

…… 3

1 Khái niệm ……… ….….3

2 Cơ chế vận hành ……… ……3

II. Một vài loại van trong ngành công nghiệp dầu khí ………

…4 1 Van cửa (Gate valve) ………4

2 Van cầu (Globe valve) ……….….5

3 Van nút (Plug valve) ……….…

8 4 Van an toàn (Safe valve) ……… …… 9

5 Van bi (Ball valve)……… ……… ……12

6 Van bướm (Butterfly valve)……… … 14

7 Van điều khiển (Control valve)……… ….15

8 Van một chiều (Check valve) ……… … 18

Chương 2: Nghiên cứu về van cửa ……… ….22

I. Định nghĩa ………

…… 22

II. Nguyên lý hoạt động ………

….22 III. Cấu tạo ……… 23

IV. Ưu nhược điểm của van cửa ………

… 29

V. Các dạng hỏng và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng của van ………… 30

Kết luận ……… 32

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kì hiện nay, cùng với với sự phát triển của công nghiệp hóa hiện đạihóa thì vấn đề khoan khai thác dầu khí ngày càng phát triển, vậy chúng ta phải làm thếnào để quá trình khai thác vận chuyển dầu khí hiệu quả, an toàn hơn Có nhiều yếu tốquyết định đến việc này ,trong đó phải kể đến các loại van, một thiết bị không thể thiếutrong khai thác, vận chuyển dầu khí Việc tiến hành nghiên cứu vấn đề này có ý nghĩathiết thực nhằm tìm ra phương pháp điều chỉnh, kìm nén dòng chảy của chất lưu trongquá trình khai thác, vận chuyển dầu khí nhờ các loại van qua đó nâng cao hiệu quả khi

sử dụng chúng

Với mong muốn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khínước nhà, được sự cho phép của Khoa Dầu khí trường Đại học Mỏ - Địa chất, của Bộ

môn Thiết Bị Dầu Khí, với sự hướng dẫn của thầy Lê Đức Vinh chúng em làm đề tài:

“Tìm hiểu các loại van trong công nghiệp dầu khí” Đây là đề tài rất thiết thực cho

sinh viên ngành Thiết Bị Dầu Khí

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đức Vinh bộ môn Thiết Bị Dầu Khí

đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thứcthực tế còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhậnđược sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy cô giúp đề tài của chúng em hoàn thiện hơn

Hà Nội, tháng 3 năm 2013

Sinh viên thực hiện:

1.Lâm Hữu Long 2.Lê Viết Tân Vũ 3.Nguyễn Thị Loan 4.Đỗ Khánh Ly 5.Đặng Thị Luyến

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ VAN

I. Lịch sử hình thành và phát triển.

Bằng chứng cổ về các loại van có thể truy lại thời điểm cổ của người Ai Cập vàngười Hy Lạp Nó là vào thời của người Roman, tất cả mọi người đều công nhận nhưcác nhà phát triển tương đối phức tạp của hệ thống ống nước Hệ thống ống nước của

họ đã được cải tiến đủ để cung cấp nước cho các tòa nhà riêng lẻ mà họ đã phát triển,các van, khóa vòi và đó cũng là bằng chứng của người Roman đã sử dụng van an toànngăn chặn dòng chảy

Cơ bản triết lý vẫn như ngày hôm nay Cùng với sự phát triển van trở lên ngàycàng phức tạp Các loại van sử dụng trong nhiều ngành, nhiều van cổng đã nhường chỗcho van bi

1 Khái niệm

Van là 1 thiết bị cơ khí được dùng trong công nghiệp đường ống để điều chỉnhdòng chảy của vật chất

2 Cơ chế vận hành

- Khi van đóng hoàn toàn thì sẽ không có dòng chảy của vật chất đi qua

- Nếu van chỉ mở 1 phần thì chỉ có 1 phần của dòng chảy đi qua Khi van ở vị trí nàythì nó được gọi là đang ở vị trí điều tiết lưu lượng của dòng chảy

- Khi van mở hoàn toàn thì ta có dòng chảy qua van là cực đại

II. Một vài loại van trong ngành công nghiệp dầu khí

1 Van Cửa (Gate valve)

Là một trong những loại van được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

a) Nguyên lý hoạt động

Van cửa trượt lên và xuống trong đường ống để mở và đóng đường ống đó Vancửa thường được dùng để mở toàn bộ hoặc đóng toàn bộ nên không phù hợp để kiểm

soát áp suất và điều chỉnh hoặc tiết lưu dòng chảy vì không thể đạt được sự điều khiểnchính xác.

Do vỏ van dạng bầu tròn nên người ta đặt tên "Van Cầu" Việt Nam thườngdùng loại van này trên các hệ ống dẫn hơi nước nên còn có tên gọi khác là van hơi hayvan điều tiết.

Van cầu được dùng rộng rãi cả trong việc đóng/mở cũng như khi cần điều chỉnhdòng

Body: thân van

Valve plug: nút van

Valve seat: đế van

c) Nguyên lý làm việc

Trong van cầu dòng chảy khi qua van bị chuyển hướng Sự đổi hướng dòng

hơn, do đó năng lượng đòi hỏi để chuyển chất lỏng qua van cũng lớn hơn Phần đáy

của cửa van nằm song song với hướng của dòng chảy, cửa van không trượt dọc theo bềmặt của vòng làm kín, do vậy mọi tiếp xúc giữa cửa van và vòng làm kín sẽ chấm dứt khi bắt đầu có dòng chảy

Van cầu có 3 phần chuyển động chính là đĩa van, ty van và đĩa xoay Ty van nối đĩaxoay với đĩa van Ren ngoài trên ty van khớp với ren trong tại cổ van Vị trí tương đốigiữa đĩa van và mặt đệm quyết định sự đóng mở cũng như lưu lượng dòng qua van.Dòng chảy trong thân van bị gấp khúc nhiều lần khiến cho tổn áp qua van khá cao

Đối với van cầu thì chỉ tạo nên sự mài mòn nhỏ do lực ma sát giữa các vònglàm kín và cửa van Do vậy trong các công việc đòi hỏi phải vận hành van một cáchthường xuyên thì van cầu là loại thích ứng hơn Khi ở vị trí điều tiết thì toàn bộ phầncửa van nằm trong dòng chẩy do đó sự mài mòn xảy ra đồng đều hơn Khi vòng làmkín và cửa van bị mài mòn đồng đều nhau thì sau một thời gian sử dụng lâu dài vẫngiữ được độ kín của nó Vì lý do này nên chúng thường được dùng trong quá trình điềutiết dòng chảy

Trong hình vẽ mô tả van đang ở vị trí điều tiết Khi dòng chảy từ điểm A tớiđiểm B thì khả năng cửa van đóng bất thình lình và tắc nghẽn khi nó ở gần với vònglàm kín Để có được sự vận hành ổn định, van cầu phải được lắp đặt vào hệ thống theo hướng dòng chảy vật chất đi từ phần dưới của cửa van lên

Van cầu có 3 dạng vỏ van khá thông dụng: Van góc, Van chữ Y, Van hai thân Van góc cho phép chuyển hướng dòng chảy từ thẳng đứng sang nằm ngang (độ xoáycủa dòng chảy và sự sụt áp đi qua van ít hơn) Van chữ Y có ty van nằm nghiêng sovới trục nằm ngang của cổng vào và cổng ra Van hai thân có vỏ chia làm 2 mảnh, nốivới nhau bằng bu-long

3. Van Nút (Plug valve)

a) Cấu tạo

b) Nguyên lý hoạt động.

Phần điều chỉnh dòng chảy (cửa van) của loại van này có dạng nút Vị trí của

van được điều chỉnh bằng việc vặn tay quay

Khi vặn tay quay đi một góc 90o ta sẽ có van ở vị trí đóng hoặc mở hoàn toàn.Nếu so sánh với van cửa thì loại van này có độ đóng mở nhanh hơn.Tay quay ở đầuphía trên của cần van trong van nút chuyển động theo cùng một hướng với khe hở củacửa van Khi tay quay nằm song song với đường ống thì van ở vị trí mở Khi van ở vịtrí mở hoàn toàn thì dòng chảy đi qua van là đường thẳng còn khi nó ở vị trí điều tiếtthì dòng chảy qua van sẽ tạo xoáy và xảy ra sự sụt áp

Van nút thường không được dùng cho mục đích điều chỉnh dòng chảy vì khi nó

ở vị trí điều tiết thì cửa van sẽ bị mài mòn không đồng đều

4 Van An Toàn (Safe valve)

a) Định nghĩa

Van an toàn là một thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất trong mạch thủylực Van an toàn thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào, nó bảo vệ mạch thủylực khỏi sự tăng áp vượt giá trị định mức.

Trong quá trình làm việc van an toàn luôn ở trạng thái đóng Khi áp suất đầu vào củavan vượt giá trị định mức Van an toàn mở ra cho phép một phần chất lỏng chảy quavan về thùng chứa

b)Cấu tạo

Cap: nắp

Stem (spindle): thân trục quay

A djusting screw: bulông điều chỉnh

Bonnet: nắp

Spring: lò xo

Vent: lỗ thông hơi

Disc: đĩa

Seating surface: bề mặt đế

Adjusting ring: vòng điều chỉnh

Body: thân van

Nozzle: vòi phun

c)Nguyên lý làm việc

Nguyên lý chung: Van an toàn là loại van thường xuyên đóng nó chỉ làm việc(tự động) và bắt buộc phải làm việc ở một áp suất tối thiểu nào đấy (áp suất cài đặt).Điều đó có nghĩa là khi áp trong hệ thống đạt đến giá trị cài đặt của van an toàn thì van

an toàn sẽ tự động mở để làm giảm áp suất trong hệ thống

5 Van Bi ( Ball Vavle)

a) Giới thiệu chung

Như tên của nó, van bi dùng sử dụng một viên bi để ngăn chặn hoặc bắt đầudòng chảy của chất lỏng

Van bi có thể dùng cho dòng khí, chất lỏng hoặc chất lỏng có lẫn tạp chất, được

sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp vì chúng rất linh hoạt, được thiết kế

để sử dụng trong vị trí mở/đóng hoàn toàn Chúng có giá thành rẻ, rất dễ sửa chữa vàvận hành

b) Cấu tạo & quá trình vận hành.

Van bi thuộc loại van xoay 1/4 vòng (hay còn gọi là van đóng mở nhanh), dòngchảy thẳng Bên trong van có bộ phận tròn (viên bi) ép vào các gioăng tròn, tạo nên độkín thống nhất

Van bi có thiết kế và quá trình vận hành tương tự như van nút

Tay quay (stem)

Nắp thân (body cap)

Phần điều chỉnh dòng chảy có cấu tạo tròn và có lỗ cho vật chất đi qua Bi đượcgiữ chặt giữa hai vòng làm kín Tay quay được lắp ở đầu trên của cần van Khi vặn tayquay một góc 900 thì van sẽ ở vị trí đóng hoặc vị trí mở Van bi có độ trơn và vận hànhđược dễ dàng hơn van nút Vì thế nên giảm được lực ma sát giữa bi và các vòng làmkín khi vận hành do đó chúng không cần tới sự bôi trơn Tay quay của van bi cũnggiống như van nút nó sẽ nằm song song với dòng chảy khi van ở vị trí mở Còn khi tay

quay nằm vuông góc với đường ống thì nó ở vị trí đóng Van bi cũng có thể được chếtạo để dẫn dòng chẩy theo nhiều hướng Loại này ngoài việc đóng và mở nó còn có thểđổi hướng đi của dòng chảy Van này chỉ có độ cản trở dòng chảy nhỏ nên sự sụt áp vàhiện tượng tạo xoáy khi dòng chảy qua van cũng rất nhỏ Van bi thường không dùngcho mục đích điều chỉnh dòng chảy vì khi chúng ở vị trí điều tiết thì phần cửa van nằmtrong dòng chảy sẽ bị mài mòn nhiều hơn.

Tùy theo kích thước đường kính trong, van bi được chia ra thành van bi lỗ lớn, van

bi lỗ nhỏ và van bi lỗ trung bình

6 Van Bướm (Butterfly Valve)

a)Cấu tạo

- Thân van (valve body)

Thân van của van bướm tương tự như một vòng kim loại trên thân van có những lỗdùng để định vị vào đường ống bởi các bulong và đai ốc

Đĩa van là một tấm kim loại nó làm nhiệm vụ điều khiển dòng chảy (đóng hoặc

mở dòng chảy) thông qua cơ cấu điều khiển hoặc tay quay

Vòng kín là vòng làm kín giữa thân van và đĩa van khi van thực hiện quá trình đóngvan hoàn toàn

b)Nguyên lý hoạt động.

Khi tiến hành quay tay quay theo ngược chiều kim đồng hồ là thực hiện quátrình mở van Ngược lại khi quay tay quay theo cùng chiều kim đồng hồ là hiện quátrình đóng van Việc đóng mở chỉ cần quay tay quay hoặc điều khiển cơ cấu đóng ởmọi góc độ

7 Van Điều Khiển

a)Định nghĩa

Là loại van tự động điều chỉnh vị trí cửa van thông qua thiết bị điều khiển.Nhiều loại van điều khiển bằng tay có thể lắp đặt thêm cơ cấu dẫn động vào thân van

để trở thành van điều khiển

b)Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cơ cấu định vị: là thiết bị trợ giúp cho cơ cấu dẫn động di chuyển cần van vàođúng vị trí Van điều khiển được sử dụng tại những vị trí đòi hỏi phải có sự điêu khiển tựđộng Phần thân van của loại van điều khiển này tương tự như van bướm, nhưng cần van

chuyển động nhờ cơ cấu dẫn động thay cho tay quay và thang chỉ vị trí Cơ cấu dẫnđộng nhận các tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển Những tín hiệu này sẽ tự độnglàm thay đổi vị trí cửa van

- Cơ cấu dẫn động bằng khí (Hình vẽ)

lò xo thì cần van sẽ bị đẩy xuống và van đóng lại khi tăng áp suất không khí nén trênmàng ngăn sẽ làm cho van đóng lại.

- Cơ cấu định vị của van (Valve Positioner):

Đôi khi tín hiệu không khí nén từ thiết bị điều khiển không đủ để vận hành van mộtcách nhanh chóng hoặc giữ van ở vị trí mong muốn Trong những trường hợp này, vanđược nối với cơ cấu định vị để trợ giúp cho cơ cấu dẫn động di chuyển hay giữ cần van

Chức năng quan trọng của van một chiều đó là đảm bảo chế độ vận hành chuẩn của

cả hệ thống Khi có sự cố tụt áp tại một máy bơm, nếu không có van 1 chiều lớp ở cửađẩy của máy bơm đó thì một phần lưu lượng chất lỏng có thể chảy ngược về máy bơm

bị tụt áp Điều này không có lợi trong quá trình vận hành hệ thống

b)Cấu tạo

Các dạng chính của Van một chiều gồm: Dạng trượt và dạng cửa xoay

Các bộ phận chính của van: phần tử trượt –dạng trượt (cửa xoay – dạng cửa xoay),mặt đế đỡ, phần tử trợ lực (lò xo,then, …)

Dạng trượt:

Body: thân van

So với các dạng van một chiều khác, van một chiều dạng trượt có cấu trúc đơngiản hơn nhiều Nhờ vậy, nó đảm bảo độ tin cậy khi làm việc, nhưng cũng vì thế màvan một chiều dạng trượt dễ bị tắc nếu chất lỏng cần không được lọc kỹ

Về mặt cấu trúc van một chiều dạng trượt luôn đảm bảo trục đường ống dẫn vuông góc với trục của mặt đế đỡ Thường thì phần tử trượt nằm trên đĩa đỡ nhờ chính khốilượng của nó, nhưng như vậy luôn phải đảm bảo van được lắp đặt nằm ngang

Dạng cửa xoay:

Body: thân van

Điểm đặc trưng của van một chiều dạng cửa xoay đó là trục của mặt đế đỡ luôntrùng với trục đường ống dẫn chất lỏng-khí Khi không có dòng chất lỏng-khí tới van,mặt đế đỡ được đóng kín bởi cửa xoay Khi có dòng chất lỏng-khí tới van, cửa xoayquay quanh trục tạo khe hở cho phép chất lỏng-khí đi qua van Khi ngắt dòng qua vancửa xoay quay trở về vị trí đóng nhờ khối lượng của chính nó Ở dạng van nằm ngang,trục quay của cửa xoay được thiết kế cao hơn so với trục đường ống, để đảm bảo cửasập quay về vị trí đóng khi không có dòng Tại thời điểm ngắt dòng qua van, cửa xoay

từ vị trí mở quay về vị trí đóng, với những van có kích thước lớn, có thể tạo ra va đậpthủy lực giữa cửa xoay và mặt đế đỡ

Về nguyên tắc lắp đặt: Van một chiều dạng trượt được lắp trên đoạn ống dẫn nằmngang Van một chiều dạng cửa xoay có thể lắp trên đoạn ống dẫn nằm ngang hoặcthẳng đứng

c)Nguyên lý hoạt động

Khi không có dòng chất lỏng-khí chảy qua van, cửa xoay của van dưới tác dụngcủa trọng lượng chính nó hoặc lực lò xo được giữ chặt ở ví trí “Đóng”

Khi xuất hiện dòng chảy đến van, cửa xoay dưới tác động của năng lượng dòngchảy bị đẩy khỏi vị trí đóng và cho phép dòng chảy đi qua van Tại thởi điểm vận tốcdòng chảy về không, phần tử trượt (hay cửa xoay) quay về vị trí đóng, áp suất cửa racủa van tác động lên phần tử trượt giữ chặt phần tử trượt ở vị trí đóng và ngăn cảndòng chảy về hướng cửa vào của van Như vậy sự hoạt động của van một dưới tácđộng của chất lỏng-khí.

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ VAN CỬA (GATE VALVE)

Van cửa là loại van được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp bao gồmngành công nghiệp dầu khí, dược phẩm, sản xuất, ô tô, và hàng hải

Van cửa rất phổ biến trong các ứng dụng ngầm, hoặc nơi không gian theo chiềudọc được giới hạn bởi vì chúng không mất thêm không gian Van cửa có thể được sử

thường được nhìn thấy trong các nhà máy điện, xử lý nước, khai thác mỏ, và các ứngdụng ngoài khơi.

I. Định nghĩa

Van cửa dùng để ngăn dòng chảy hoặc một phần dòng chảy nhằm đạt được mộtdòng chảy mới ở sau van Khi van được mở hoàn toàn thì cửa van không nằm trongdòng chảy của vật chất

II. Nguyên lý hoạt động

Van cửa trượt lên và xuống trong đường ống để mở và đóng đường ống đó

Khi mở hoàn toàn, chất lỏng hay khí chảy qua van trên một đường thẳng với trở lực rấtthấp, độ cản trở dòng chảy của van là rất nhỏ nên tổn thất áp lực qua van là tối thiểu

Hư hại có thể xảy ra bởi chất lỏng khi van đóng một phần, nó tạo ra một lượng áp suấtgiảm nhỏ khi mở,vận tốc dòng chảy cao có thể tạo nên sự mài mòn đĩa và bề mặt trongvan Đĩa van không mở hoàn toàn cũng có thể bị rung động Mặt khác khi cửa vanchuyển động lên xuống sẽ sinh ra lực ma sát gây mài mòn ở các phần tiếp xúc

Van cửa thường được dùng để mở toàn bộ hoặc đóng toàn bộ nên không phùhợp để kiểm soát áp suất và điều chỉnh hoặc tiết lưu dòng chảy vì không thể đạt được

sự điều khiển chính xác Nó được sử dụng như van đầu tiên trong một hệ thống ống