Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị mài rà chuyên dùng phục vụ công việc bảo dưỡng và sửa chữa các loại van áp suất trong ngành dầu khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ MÀI RÀ CHUYÊN DÙNG PHỤC VỤ CÔNG VIỆC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ MÀI RÀ CHUYÊN DÙNG PHỤC VỤ CÔNG VIỆC BẢO DƯỠNG

VÀ SỬA CHỮA CÁC LOẠI VAN ÁP SUẤT TRONG

NGÀNH DẦU KHÍ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 0 2 6 6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

SUẤT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ MÀI RÀ CHUYÊN DÙNG PHỤC VỤ CÔNG VIỆC BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA CÁC LOẠI VAN ÁP

SUẤT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

Học viên: KS Nguyễn Ngọc Tuấn Người hướng dẫn: PGS TS Phùng Rân

LỜI CẢM ƠN

Đề tài này là một đề tài xuất phát từ thực tế sản xuất, để hoàn thành được công trình này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các đồng nghiệp trong cùng cơ quan và các đơn vị trong ngành Dầu khí, sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo Trường ĐH SPKT Tp HCM

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, nhà xưởng và thiết bị cho tôi hoàn thành đề tài này, xin cảm ơn Lãnh đạo cơ sở Bà Rịa, tập thể giáo viên Khoa Đo lường - Tự động hoá, các giáo viên xưởng Hàn, xưởng Cơ khí Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí đã cung cấp những tư liệu liên quan đến đề tài từ thực tế sản xuất và giúp đỡ chế tạo các chi tiết liên quan đến đề tài Nếu không có sự giúp đỡ này thì tôi không thể hoàn thành đề tài này Xin cảm ơn Lãnh đạo Xí nghiệp sửa chữa cơ điện, xí nghiệp Khai thác thuộc Liên doanh Dầu khí Việt xô, Công ty Nhựa và hoá chất Phú Mỹ đã tạo điều kiện cho tôi tham khảo những tài liệu về quy trình sửa chữa van an toàn, giúp chế tạo một số chi tiết của thiết bị trong đề tài

Lời cảm ơn đặc biệt xin được gửi đến giáo viên hướng dẫn, thầy Phùng Rân, người không những có định hướng quan trọng cho tôi trong khi thực hiện đề tài mà còn tốn nhiều công sức giúp đỡ tôi chỉnh sửa nội dung của cuốn thuyết minh này

Cuối cùng xin cảm ơn các thầy cô Khoa Cơ Khí Chế tạo máy, Phòng Quản lí khoa học

và quan hệ quốc tế - Sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, các bạn cùng khoá học đã giúp đỡ để đề tài thực hiện đúng tiến độ

Học viên

Nguyễn Ngọc Tuấn

TÓM TẮT:

Van an toàn là một thiết bị bảo vệ các hệ thống công nghệ khi quá áp, các chi tiết của van an toàn được chế tạo với độ chính xác cao Việc hiệu chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa chúng đòi hỏi phải có những thiết bị chuyên dùng

Nghiên cứu chế tạo thành công máy mài rà van an toàn không những đáp ứng được những đòi hỏi từ thực tế sản xuất tại cơ sở mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất Với ý tưởng đó, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị mài rà van an toàn” xuất phát từ thực tế sản xuất tại Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí, tiến hành thiết kế nguyên lý, chế tạo thử nghiệm sau đó áp dụng vào thực tế sản xuất kiểm nghiệm lại kết quả

Tác giả đã tìm hiểu thực trạng tình hình sửa chữa bảo dưỡng van an toàn tại một số cơ

sở trong nước và tham khảo kết cấu của một số loại máy do các hãng nước ngoài chế tạo

để thiết kế nên một thiết bị vừa đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật, vừa phù hợp với khả năng chế tạo và nguồn kinh phí còn hạn chế tại cơ sở

ABSTRACT:

Safety relief valves are equipment to protect systems from overpressure The elements

of these valves are made with extreme precision The calibrating, maintaining and repairing them call for specific machines

To make a sucsess of safety relief valve lapping machine not only meets the demands

of maintenance safety valve, but also reduces production cost For this reason, the theme

“ Design and manufacture a safety valve lapping machine” which springs from situation

of production at Petrovietnam manpower training college, has been designed principle, made experiment and applied to production to test the result

The author have learnt about the facts of production situation at some domestic companies and refered to some documentations of same kind machines to design this equipment suitable for manufacture ability and financial resource

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Ý nghĩa khoa học của đề tài

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

2.1 Thuật ngữ về cấu tạo và hoạt động của van an toàn

2.2 Giới thiệu sản phẩm van an toàn

2.2.1 Nguyên lý hoạt động, vị trí, nhiệm vụ của van an toàn trong hệ thống

2.2.2 Cấu tạo một số van an toàn thường gặp

2.2.3 Kết cấu của đế van (seat) và đĩa van

2.2.4 Yêu cầu kỹ thuật khi làm việc của van an toàn

2.2.5 Các dạng hư hỏng thường gặp

2.3 Tình hình bảo dưỡng sửa chữa van an toàn trong và ngoài nước

2.3.1 Tình hình nước ngoài

2.3.2 Tình hình trong nước

2.3.3 Kết luận rút ra nhiệm vụ của đề tài

CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA VAN AN TOÀN

3.1 Qui trình bảo dưỡng, sửa chữa van an toàn

3.1.1 Chú ý chung về an toàn:

3.1.2 Tháo van

3.2 Yêu cầu mài rà phục hồi tính năng kỹ thuật

3.3 Thiết kế máy mài nghiền

3.3.1 Cơ sở lý thuyết

3.3.1.1 Vật liệu hạt mài

3.3.1.2 Cơ sở lý thuyết về công nghệ mài nghiền

3.3.2 Thiết kế chế tạo máy

3.3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật

3.3.2.2 Thiết kế nguyên lý

3.3.2.3 Thiết kế sơ bộ máy

3.3.2.4 Thiết kế kỹ thuật

3.3.2.5 Thiết kế chế tạo

3.3.2.6 Thiết kế mạch điện điều khiển

3.3.3 Hướng dẫn sử dụng, bảo quản máy

3.3.3.1 Vận hành máy

3.3.3.2 Chú ý về an toàn

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

4.1 Kết quả thử nghiệm

4.2 Kết luận về máy thiết kế

4.3 Những đề nghị tiếp tục nghiên cứu giải quyết các dạng van an toàn khác

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục 1

- Phụ lục 2

- Phụ lục 3

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, các dự án thăm dò và khai thác dầu khí phát triển rất nhanh

và thu được những thành tựu đáng kể Bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ trước, ngành công nghiệp khai thác dầu ở nước ta khởi đầu với những giếng khoan của Liên doanh dầu khí Việt – Xô ở ngoài khơi biển Vũng Tàu Trong giai đoạn đầu, sản phẩm khai thác được chủ yếu là dầu thô phục vụ xuất khẩu Một thời gian sau, các dự án thăm dò đã phát hiện nhiều mỏ dầu với trữ lượng lớn thì các nhà thầu tên tuổi trên thế giới đã có mặt tại Việt Nam như Petronas của Malaysia, BP của Anh… Cùng với khai thác dầu thô thì các loại khí đồng hành cũng đã được thu hồi, việc hoàn thành hàng ngàn kilomet đường ống dẫn khí từ ngoài khơi về các trạm xử lý và phân phối khí trong đất liền đã tạo tiền đề để các

dự án hạ nguồn phát triển

Nhà máy xử lý khí Dinh Cố được xây dựng nhằm cung cấp các loại khí hóa lỏng làm chất đốt dân dụng và công nghiệp Các khí tự nhiên sau khi xử lý còn được dùng để chạy các turbin phát điện trong nhà máy điện, sản xuất phân đạm, sản xuất các loại hóa chất và nhựa tổng hợp Nói tóm lại một tổ hợp Khí - Điện - Đạm với hàng chục nhà máy đã được xây dựng tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu và các tỉnh lân cận

Đặc điểm của các nhà máy này là mức độ tự động hóa và an toàn rất cao Theo qui định của nhà sản xuất thì định kỳ các thiết bị trong nhà máy cần phải được hiệu chuẩn, kiểm định và bảo dưỡng Chủng loại và số lượng của các thiết bị tự động hóa trong các nhà máy rất đa dạng và rất lớn, các nhà máy nhỏ thì từ vài chục đến vài trăm thiết bị, có nhà máy lên đến hàng ngàn thiết bị Các thiết bị này chủ yếu là các loại van điều khiển và các thiết bị đo lường

Để đáp ứng được nhu cầu hiệu chuẩn, kiểm định và bảo dưỡng các thiết bị trong các nhà máy ngày một tăng, nhiều nhà cung cấp dịch vụ ra đời Trước tình hình đó, Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí, với ưu thế có đội ngũ giáo viên có trình độ chuyên môn, có kiến thức chuyên sâu về công nghệ và thiết bị trong các nhà máy, đã trở thành nhà cung cấp các dịch vụ về hiệu chuẩn và bảo dưỡng các thiết bị tự động hóa và bước đầu tạo được uy tín với các khách hàng

Như đã nói ở trên, số lượng cũng như chủng loại các thiết bị rất lớn và đa dạng, cấp chính xác của các thiết bị cao Để kiểm định, hiệu chuẩn và bảo dưỡng được các thiết bị này đòi hỏi phải có những thiết bị chuyên dùng thường phải nhập từ nước ngoài nên giá thành rất cao Với kinh phí của một trường đào tạo nghề thì khó có thể một lúc trang bị được các thiết bị chuyên dùng này

Cùng với việc phải trang bị những máy móc chuyên dùng, công việc bảo dưỡng và sửa chữa các thiết bị tự động này cũng cần tuân theo những quy trình công nghệ nghiêm ngặt của các nhà sản xuất thiết bị

Thực tế cho thấy, trong số các thiết bị cần được hiệu chuẩn định kỳ tại các nhà máy thì các loại van an toàn (safery valve) và van tràn (relief valve) chiếm số lượng khá lớn Với công dụng duy trì áp suất trong các nồi hơi, đường ống bể chứa ở các giá trị áp suất định trước nhằm bảo vệ các hệ thống công nghệ, với các dung môi làm việc có thể là các chất lỏng, hơi và khí và nhiệt độ và áp suất cao thì bên cạnh chế độ kiểm định hiệu chuẩn theo định kỳ (thường thì một lần/1năm) thì van an toàn và van tràn cần phải thường xuyên được vệ sinh và bảo dưỡng nhằm đảm bảo chúng luôn ở trong tình trạng hoạt động tốt Cụ thể là:

- Đảm bảo xả và đóng đúng áp suất thiết định

- Kín khít tuyệt đối hoặc nằm trong giới hạn cho phép khi van ở chế độ đóng hoàn toàn

Thường thì các van rò rỉ khi bề mặt tiếp xúc giữa đĩa van và đế van có dị vật hoặc bị trầy xước, biến dạng Để sửa chữa được dạng hư hỏng này thì cần có một thiết bị mài lại

bề mặt làm việc (tiếp xúc) còn gọi là các bề mặt đối tiếp của van

Từ yêu cầu của thực tiễn công việc đặt ra, được sự đồng ý của Ban Giám hiệu Trường Đào tạo Nhân lực Dầu khí và của giáo viên hướng dẫn, tác giả đã chọn đề tài luận văn

Cao học của mình là “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị mài rà chuyên dùng phục vụ công việc bảo dưỡng và sửa chữa các loại van áp suất trong ngành dầu khí” với mong

muốn ứng dụng những kiến thức chuyên môn để giải quyết một vấn đề kỹ thuật từ thực tế sản xuất

- Trong một nhà máy thì chủng loại van an toàn và van tràn rất đa dạng và kết cấu rất khác nhau tuỳ theo yêu cầu về áp suất, nhiệt độ và môi chất làm việc Ở chế độ đóng hoàn toàn van yêu cầu phải kín khít (van hơi hoặc van khí) để đảm bảo yêu cầu này thì kết cấu của đĩa van và đế van cũng rất khác nhau nhưng đối với các van làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao thì đĩa van và đế van tiếp xúc trực tiếp (metal – to – metal) Trong khuôn khổ đề tài này tác giả quan tâm đến nghiên cứu thiết bị để mài lại bề mặt tiếp xúc giữa đĩa van và

đế van khi chúng tiếp xúc trực tiếp (không có gioăng làm kín) và mặt tiếp xúc là mặt phẳng (bề mặt thông dụng của các đĩa van và đế van)

- Kích thước van từ 1 inch đến 6 inch và vật liệu của đĩa van là thép không gỉ SUS304, SUS316, đồng thau hoặc các thép hợp kim khác

- Để mài lại các bề mặt đối tiếp này thì tại các xưởng sửa chữa có thể dùng nhiều biện pháp công nghệ khác nhau như dùng máy mài chuyên dùng kèm theo các phụ tùng

do chính các nhà chế tạo van cung cấp Tuy nhiên, mỗi thiết bị chuyên dùng thường chỉ

được thiết kế cho một số loại van nhất định và chi phí đầu tư lớn Trong khuôn khổ của một luận văn tốt nghiệp thì thiết bị được chế tạo trong đề tài này bước đầu nhằm thay thế những thao tác thủ công của con người khi mài nghiền lại bề mặt của van an toàn và cải thiện chất lượng của sản phẩm sau khi được phục hồi

1.3 Mục tiêu cần đạt

- Đưa ra được quy trình công nghệ hợp lý khi bảo dưỡng sửa chữa van

- Chế tạo thiết bị phục vụ công việc mài lại các bề mặt đối tiếp của một số loại van

an toàn

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành đề tài này, tác giả sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

Phương pháp tham khảo tài liệu:

Hiện nay với mạng Internet, ta có thể tham khảo các tài liệu kỹ thuật liên quan đến một sản phẩm mà ta quan tâm Với các loại van an toàn thì có rất nhiều nhà cung cấp và

ta cũng có thể tham khảo, tra cứu các thông số kỹ thuật của thiết bị bằng công cụ Internet Khi cung cấp thiết bị cho các dự án, các tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị luôn được gửi kèm theo máy và đây là nguồn tài liệu tham khảo chính

Tham khảo tài liệu từ các nhà chuyên cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn, bảo trì công nghiệp

Phương pháp khảo sát thực tế

Với đề tài liên quan đến thực tế sản xuất, tác giả đã chọn một số xí nghiệp sau đây để lấy ý tưởng cho đề tài:

- Xí nghiệp sửa chữa cơ điện thuộc Liên doanh Dầu khí Việt – Xô

- Xí nghiệp khai thác thuộc Liên doanh Dầu khí Việt – Xô

- Nhà máy Điện Bà Rịa

- Nhà máy nhựa và hoá chất Phú Mỹ

- Nhà máy đạm Phú Mỹ

Nghiên cứu áp dụng lý thuyết mài nghiền đánh bóng

Chế tạo máy, thử nghiệm và kiểm chứng

1.5 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Cơ sở khoa học của đề tài là lý thuyết mài nghiền (lapping) để gia công tinh các bề mặt yêu cầu có độ chính xác và nhẵn bóng cao Việc ứng dụng lý thuyết này để giải quyết một vấn đề kỹ thuật nảy sinh từ thực tế sản xuất tại cơ sở chính là ý nghĩa khoa học của

đề tài

Trong điều kiện hiện nay, nhu cầu mài lại bề mặt tiếp xúc của van an toàn là khá lớn

Ví dụ, chỉ riêng tại nhà máy Nhựa và hoá chất Phú Mỹ có khoảng trên dưới 200 chiếc

van an toàn lớn nhỏ khác nhau và trung bình với định kỳ một năm một lần các van này phải kiểm định và nều có sự rò rỉ cần phải mài lại Trung bình mỗi tháng cần phải kiểm định và bảo dưỡng 10 đến 15 cái van Trừ những trường hợp các đĩa van và đế bị hư hỏng nặng không thể phục hồi thì mới tiến hành thay mới chi tiết đó Giá thành của phụ tùng kèm theo phụ thuộc vào từng loại van Sau đây ta có thể tham khảo giá của một số loại van

Với loại van Model 20, áp suất từ 1 đến 300psig nhiệt độ -6 đến 406 0 F thì giá thành theo kích thước của van theo bảng sau:

Với loại van Model 300, áp suất từ 15 đến 410psig nhiệt độ đến 800 0 F thì giá thành theo kích thước của van theo bảng sau:

Qua ví dụ trên cho thấy lợi ích kinh tế mà đề tài mang lại là rất lớn, sự thành công trong thiết kế chế tạo thiết bị mài rà lại bề mặt của van an toàn đáp ứng được nhu cầu của khách hàng và nâng cao chất lượng dịch vụ

Cỡ van (inch) Giá tiền (USD)

1/2 162,75 3/4 162,75

1 189,63 1-1/4 244,87 1-1/2 292,65

2 440,46 2-1/2 698,79

3 1191,49

Cỡ van (inch) Giá tiền (USD)

1-1/4 2200 1-1/2 3127

2 4400 2-1/2 5630

CHƯƠNG II TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

2.1 Thuật ngữ về cấu tạo và hoạt động của van an toàn

Van an toàn được lắp đặt trên đường ống và các thiết bị để bảo vệ con người và các thiết bị khi áp suất của hệ thống vượt quá áp suất cho phép Điều quan trọng nhất khi vận hành thiết bị là an toàn và vấn đề được quan tâm hàng đầu là các thiết bị phải luôn làm việc trong giới hạn áp suất cho phép

Bình thường, các thiết bị được điều chỉnh và hoạt động trong giới hạn áp suất thiết kế Trong trường hợp gặp sự cố thì hệ thống dừng khẩn cấp sẽ ngừng hoạt động các thiết bị theo trình tự an toàn Tuy nhiên nếu hệ thống dừng khẩn cấp cũng gặp sự cố thì cần phải

có các van an toàn để xả bớt áp suất tích trữ trong hệ thống

Van an toàn được sử dụng cho những mục đích sau:

- An toàn cho người vận hành thiết bị khi áp suất hệ thống vượt quá giới hạn cho phép

- Bảo vệ các thiết bị khi hệ thống quá áp

- Giảm thời gian ngừng hệ thống do quá áp

Trong quá trình tìm hiểu về van an toàn có những thuật ngữ sau thường được đề cập đến:

- Van an toàn (safety valve): Là thiết bị xả áp suất tự động nhờ áp suất của dòng lưu

chất trong van được đặc trưng bởi tính chất là khi áp suất hệ thống vượt quá giới hạn cho phép thì cửa van nhanh chóng được mở hoàn toàn Van an toàn được dùng với các hệ thống hơi nước, khí gas hoặc các thiết bị bay hơi

- Van tràn (Relief valve): Là thiết bị xả áp suất tự động nhờ áp suất của dòng lưu chất

trong van được đặc trưng bởi tính chất là khi áp suất hệ thống vượt quá giới hạn cho phép thì lượng mở cửa van tỉ lệ với áp suất vượt quá Van tràn được dùng với các hệ thống chất lỏng

- Áp suất bắt đầu dò khí (Start-to-leak pressure): Là áp suất tại cửa vào của van mà

hiện tượng rò rỉ bắt đầu xảy ra

- Áp suất đặt (set pressure) còn gọn là áp suất mở (opening pressure): Là áp suất

tại cửa vào của van mà tại đó hiện tượng xả bắt đầu xảy ra ta có thể cảm nhận được bằng giác quan nghe hoặc nhìn

- Áp suất đóng (closing pressure) Là áp suất tại cửa vào của van mà tại đó đĩa van

đóng kín dòng cửa xả