Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho công tác tự động hóa trên giàn. Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng

Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro được thành lập và phát triển trong suốt 30 năm qua. Hàng năm, XN đã đóng góp cho GDP của cả nước hàng tỷ đô la từ việc xuất khẩu dầu thô, làm cho ngành Dầu-Khí trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của cả nước.

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

LỜI MỞ ĐẦU

Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro được thành lập và phát triển trong suốt 30 năm

qua Hàng năm, XN đã đóng góp cho GDP của cả nước hàng tỷ đô la từ việc xuất khẩu

dầu thô, làm cho ngành Dầu-Khí trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của cả nước

Để đạt được thành công đó, XN đã áp dụng và đưa vào dây chuyền sản xuất hàng loạtnhững thiết bị, hệ thôngs hiện đại Trong số đó, phải kể đến hệ thống cung cấp khí néntrên các giàn khoan-khai thác Dầu Khí vì tầm quan trọng đặc biệt của nó

Trên các giàn khoan khai thác Dầu Khí trên biển, khí nén là nguồn năng lượng chủyếu cung cấp cho các thiết bị tự động hóa và đo lường; các thiết bị phục vụ cho côngtác khoan, gọi dòng sản phẩm; hệ thống vận chuyển xi măng; hệ thống khởi động động

cơ Diezel của trạm phát điện chính trên giàn; hệ thống điều khiển tự động các van

“MIM”; các trạm điều khiển (ACS, TOE ) đóng/mở các van dập giếng, dẫn động chocác bơm hóa phẩm…

Chính vì tầm quan trọng của hệ thống khí nén như trên, cho nên sau khi được họctập, đào tạo và được thực tập tại XNLD Vietsovpetro, em đã chọn đề tài nghiên cứu vềtrạm máy nén khí T30-7100 (một trong những trạm cung cấp khí nén cho hệ thống khínén trên giàn) Được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy NGUYỄN VĂN GIÁPcùng toàn thể các thầy, cô trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí và các kỹ sư, công nhântrong XNLD Vietsovpetro đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này với đề tài:

“Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho công tác tự động hóa trên giàn.Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng”

Tuy nhiên do tài liệu còn ít, kinh nghiệm thực tế không nhiều nên trong quá trìnhlàm đồ án em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ dẫn của cácthầy cô, cùng các bạn để giúp em hoàn thiện đồ án này và phục vụ cho công việc saunày

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

1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 1.1 Khái quát về hệ thống khí nén và các trạm máy nén khí trên các giàn khoan khai thác

1.1.1 Khái quát về hệ thống khí nén

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

cụ dập, tán đinh, và nhiều nhất là dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy…

Trong ngành công nghiệp Dầu khí, vai trò của năng lượng khí nén càng trở nên đặcbiệt quan trọng, nhất là đối với các giàn khoan-khai thác Dầu khí trên biển Sở dĩ nhưvậy là do các quá trình sản xuất, các công đoạn công nghệ trong công nghiệp Dầu khíđặc biệt nguy hiểm, luôn tiềm ẩn những nguy cơ cháy, nổ, phun trào… có thể gây ra tainạn chết người, phá hủy thiết bị, công trình, thậm chí là những thảm họa môi trườngnghiêm trọng cho cả một khu vực rộng lớn Với những đặc tính ưu việt của năng lượngkhí nén, như:

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

- Dễ cung cấp, dễ sử dụng

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi

Bởi vậy, chúng là nguồn năng lượng không thể thiếu trên các công trình Dầu khí.Năng lượng khí nén được sử dụng cho các thiết bị công cụ, thiết bị động lực… và đặcbiệt là trong các hệ thống tự động điều khiển và đo lường

1.1.2 Các trạm máy nén khí tại XNLD Vietsovpetro

Tại các giàn cố định trên biển của XNLD Vietsovpetro, để cung cấp năng lượngkhí nén sử dụng cho các thiết bị và hệ thống phục vụ cho công nghệ khoan-khai thác

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 những mục đích cụthể khác nhau, như :

+/ Trạm máy nén khí 4BY 1-5/9 ở BM-15: gồm 2 máy : 1- được dẫn động bằngđộng cơ diezel ; 1-được dẫn động bằng động cơ điện; nhằm cung cấp khí nén áp suấtthấp (6 ÷ 8 kG/cm2) cho các thiết bị tự động hóa và đo lường,và các thiết bị phuc vụcho công nghệ khoan, như Roto tháo lắp cần khoan,phanh tời khoan, đóng/ngắt các lyhợp khí nén của các bơm dung dịch YM-8

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

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

+/ Cụm trạm máy nén khí ở BM-6, gồm:

- Trạm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2): loại 0,6/8 (hoặc 0,6/13), gồm 3 máy Sau đó, chúng được thay thế bằng trạm nén khí kiểu “Ingersoll-Rand T 30/7100”, cũng có 3 máy Các trạm này có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 0,6 m3/phút -loại BУ-0,6/8 (hoặc BУ-0,6/13); hoặc Q = 1,42 m3/phút - loại “Ingersoll-Rand T30/7100”), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho các thiết bị đolường, hệ thống điều khiển tự động các van “MIM”, các trạm điều khiển (ACS, TOE )đóng/mở các van dập giếng, dẫn động cho các bơm hóa phẩm… của hệ thống côngnghệ khai thác dầu khí

BУ Cụm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2): loại 4BУ1-5/9, gồm 1 ÷ 2 máy.Đây là loại máy nén khí có lưu lượng trung bình (Q ≈ 5 m3/phút), làm việc theo chế độ

tự động, nhằm cung cấp khí nén cho các thiết bị, dụng cụ dẫn động bằng khí nén (máymài, máy khoan, máy bắn rỉ, các máy bơm thủy lực cao áp…) và chủ yếu là làm nhiệm

vụ ép nước kỹ thuật phục vụ sinh hoạt trên giàn

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

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

SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

3

m3/phút, đối với trạm GA-75) Chúng được trang bị thêm hệ thống xử lý làm sạch vàsấy khô khí khá hoàn hảo nên chất lượng khí nén rất tốt, đảm bảo đủ lưu lượng và chấtlượng để có thể sử dụng cho hệ thống vận chuyển ximăng, phục vụ cho quá trình côngnghệ khoan; ép nước kỹ thuật cung cấp cho sinh hoạt và các hệ thống làm mát; cũngnhư cho các thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động , các thiết bị được dẫn độngbằng khí nén khác… Vì vậy, với một trạm nén khí có 2 máy loại này (GA-75 của hãngAtlas-Copco, hoặc SSR MH-75 của hãng Ingersoll-Rand) được lắp đặt ở BM-7B, cóthể thay thế cho toàn bộ các cụm, trạm máy nén khí áp suất thấp khác (như ВП2-9/10;BУ-0,6/8; BУ-0,6/13; 4BУ1-5/9; Ingersoll-Rand T 30/7100…) trước đó, ở trên giàn.

- Trạm máy nén khí áp suất cao (100 ÷ 150 kG/cm2): loại Kp-2T (hoặc BT 0,3/150), gồm 2 máy Đây là loại máy nén khí cao áp, có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 1,5 ÷ lit/phút), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiểnđóng/mở các van cầu ở các blok công nghệ (BM-1;2) và hệ thống khởi động cho cácđộng cơ Diezel của các máy bơm dung dịch và máy bơm trám ximăng, nén khí cho cácbình điều hòa lưu lượng của các máy bơm piston Nguồn khí nén cao áp này còn được

1,5-sử dụng trong công tác kiểm tra, kiểm định các van an toàn, vận hành các bộ đồ gáchuyên dụng …

Ngoài ra, trên một số giàn (như CTP-2; CTP-3 ) còn được lắp đặt, vận hành một

số trạm nén khí chuyên dụng để sản xuất, cung cấp khí trơ (N2) phục vụ cho các côngđoạn công nghệ xử lý Dầu khí

Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3:

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

5

1.2 Mục đích, yêu cầu đối với hệ thống khí nén trên các giàn khoan khai thác dầu khí trên biển

Như đã nói ở phần trên, hiện nay, trên các công trình biển của XNLD Vietsovpetrođang tồn tại hai hệ thống khí nén cao áp và thấp áp, nhằm mục đích cung cấp nguồnnăng lượng (khí nén) cho các thiết bị và hệ thống chính, như sau:

- Các thiết bị đo lường: các cột mức chất lỏng cho các bình, bể công nghệ…

- Các hệ thống điều khiển, tự động hóa: các trạm điều khiển van dập giếng (ACS,TOE ); hệ thống điều khiển lưu lượng (các van MIM); các rơle trong hệ thống bảovệ; điều khiển đóng/mở các van cầu, các thiết bị chặn khác …

- Các thiết bị dẫn động bằng khí nén: hệ thống khởi động cho các động cơ Diezelcông suất lớn; các động cơ kiểu Roto; các máy bơm, máy mài, máy khoan, thiết bịtháo/lắp bulông, thiết bị phun sơn…

- Hệ thống vận chuyển xi măng, phục vụ cho quá trình công nghệ khoan

- Các mục đích khác: làm sạch các bề mặt gia công, sửa chữa; làm vệ sinh côngnghiệp; hoặc sử dụng khí nén để thực hiện một quy trình công nghệ nào đó, như gọidòng trong khai thác; khuấy trộn dung dịch khoan hoặc xi măng trong quá trìnhkhoan…

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều tạp chất bẩn, độ ẩm cóthể ở những mức độ khác nhau Chất bẩn bao gồm: bụi, độ ẩm của không khí được hútvào, những phần tử nhỏ chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí Hơn nữa,trong quá trình nén khí nhiệt độ khí nén tăng lên có thể gây ra quá trình ôxy hóa một sốphần tử kể trên Như vậy khí nén bao gồm chất bẩn đó được tải đi trong những đườngống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điềukhiển Cho nên khí nén được sử dụng trong kỹ thuật phải xử lý Mức độ xử lý khí néntùy thuộc vào phương pháp xử lý, từ đó xác định

Tùy theo mục đích sử dụng, các yêu cầu về chất lượng của khí nén có thể có đôichút khác biệt Tuy nhiên, tựu trung lại vẫn bao gồm các vấn đề cơ bản sau đây:

- Đảm bảo độ sạch: Điều này đảm bảo không làm kẹt hoặc tắc nghẽn các phin lọc,các zicler hoặc các chi tiết, phần tử có độ chính xác cao của thiết bị, nhất là ở trong cácthiết bị kiểm tra, đo lường và ở các hệ thống điều khiển, tự động hóa Để đánh giá độsạch, người ta đưa ra các tiêu chuẩn về độ lớn của các tạp chất Theo các tiêu chuẩncủa Hội đồng các xí nghiệp châu Âu PNEUROP (European Committee of

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Manufacturers of Compressors, Vacuumpumps and Pneumatic tools) đề ra, độ lớn củacác tạp chất trong khí nén không được vượt quá 70 μm.m

- Đảm bảo độ khô: Yêu cầu này rất quan trọng, nhất là khi khí nén được sử dụngtrong hệ thống vận chuyển các vật liệu rời, như hệ thống vận chuyển ximăng Trongcác hệ thống này, 99,9 % lượng hơi ẩm (gồm hơi nước, dầu bôi trơn… gọi chung làcondensate) phải được loại bỏ Mặt khác, đảm bảo độ khô của khí nén làm hạn chế sựtạo thành các phase lỏng, là tác nhân tạo nên ăn mòn điện hóa trong dòng lưu thông củakhí nén

- Đảm bảo khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp: Thông thường, khoảng nhiệt độlàm việc thích hợp nhất của khí nén không được chênh lệch quá 3 ÷ 50C so với nhiệt

độ môi trường làm việc của hệ thống và thiết bị Sự chênh lệch quá lớn sẽ gây nên sựgiãn nở nhiệt khác nhau trong các hệ thống, thiết bị, các cụm chi tiết, tạo ra sự nứt vỡ,biến dạng, hư hỏng…

- Đảm bảo khoảng áp suất làm việc thích hợp: Mỗi hệ thống hoặc thiết bị đều cónhững yêu cầu về khoảng áp suất khí nén làm việc khác nhau Để giải quyết vấn đềnày, người ta thường sử dụng các bộ van giảm áp (hoặc tăng áp) phù hợp

- Đảm bảo độ nhớt động thích hợp: Đối với từng hệ thống, nhất là với hệ thốngđiều khiển tự động hoặc truyền động khí nén, và thiết bị, sẽ có những yêu cầu cụ thể về

độ nhớt động học cần thiết của khí nén, để giảm ma sát, sự ăn mòn và rỉ sét của chúng

Để giải quyết vấn đề này, người ta thường sử dụng dầu bôi trơn,bổ sung vào dòng khínén thông qua các bộ van tra dầu, hoạt động theo nguyên lý tra dầu Venturi

Trong những yêu cầu về chất lượng khí đã nêu trên, quan trọng nhất là việc đảmbảo độ sạch, và độ khô của khí nén

SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

7

khí nén Tuy nhiên sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị khác,đòi hỏi chất lượng của khí nén cao hơn.

Trong hệ thống xử lý khí nén được chia làm 3 giai đoạn sau đây:

- Lọc thô: Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí tách ra để tách chất bẩn bụi.Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước Giai đoạn lọc thô là giaiđoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén

- Sấy khô: Giai đoạn này xử lý tùy theo chất lượng yêu cầu của khí nén

- Lọc tinh: Xử lý khí nén trong giai đoạn này trước khi đưa vào sử dụng Giaiđoạn này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển tự động hóa

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY NÉN KHÍ PISTON 2.1 Khái niệm về máy nén khí piston

Máy nén khí piston là máy dùng để biến đổi năng lượng của khí (hơi,chất lỏng) với

sự giúp đỡ của piston và để tạo ra áp suất cao (đến 40,0MPa và cao hơn)

- Ưu điểm của máy nén khí piston là:

- Hiệu suất cao,có tỷ số nén lớn (2,5÷1000)

- Có thể tạo ra áp suất cao,có khả năng vận hành trong dải áp suất rộng

- Bảo toàn công suất khi thay đổi điều kiện vận hành

- Nhược Điểm của máy nén khí piston:

- Cấu tạo phức tạp và cồng kềnh

- Chuyển động tịnh tiến của piston bị mất cân bằng làm tăng mài mòn dẫn đếnviệc giảm tuổi thọ của máy

2.2 Phân loại máy nén khí piston

2.2.1 Máy nén khí piston theo phương nằm ngang

- Độ mài mòn piston và xéc-măng xảy ra chậm và mòn đều

- Khả năng lọt các tạp chất cơ học vào buồng máy nén giảm, nhớt bôi trơn phân

bổ đồng đều (đặc biệt quan trọng đối với máy nén có hệ thống bôi trơn cưỡng bức).+/ Khuyết điểm:

- Mài mòn các chi tiết xi lanh, piston, xécmăng không đồng đều

SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

9

2.3 Nguyên lý làm việc của máy nén khí piston

Quá trình làm việc của máy nén khí piton diễn ra như sau (hình 2.1):

Khi máy nén làm việc, piston chuyển động từ cận trái A-A sang phải trong khoang

5 của xilanh, áp xuất trong khoang 5 giảm xuống và thấp hơn áp xuất ở khoang hút 1,tạo ra chênh áp do vậy van nạp 2 sẽ được mở ra, lúc đó khí qua van hút 2 sẽ được nạpvào xi lanh Khi piston đến cận phải B-B khí đã được nạp đầy vào xilanh, áp suất trongxilanh sẽ bằng áp suất trong khoang hút 1, van nạp sẽ được đóng lại Quá trình nén khíbắt đầu diễn ra, piston chuyển động ngược lại bắt đầu từ cận phải B-B, khi áp suấttrong xilanh tăng lên và vượt qua áp suất trong khoang xả 4 một giá trị nào đó thì van

xả 3 bắt đầu mở ra, quá trình nén khí ngưng lại và piston tiếp tục chuyển động về phíatrái, khí từ xilanh được đẩy qua van xả 3 vào khoang xả 4 cho đến khi piston đến cậntrái A-A thì quá trình xả khí ngừng lại Sau đó quá trình nạp và xả khí sẽ được lặp lạiliên tục như trên

Quá trình nạp nén và xả khí được thực hiện trong một vòng quay của trục khuỷu

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo máy nén khí piston một cấp

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

2.4 Các thông số cơ bản của máy nén khí piston

2.4.1 Công suất lý thuyết

- Là công suất cần thiết để nén khí, được tính theo công thức:

NLT = lĐN×P×QLT (2.1)

Trong đó:

P : tỷ trọng khí

QLT : lưu lượng lý thuyết

LĐN : công cần thiết để nén 1kg khí trong quá trình đoạn nhiệt

2.4.2 Lưu lượng lý thuyết

- Lưu lượng lý thuyết của máy nén khí piston là đại lượng chỉ phụ thuộc vào kíchthước hình học của máy nén khí mà không phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, độ ẩm củakhông khí

- Lưu lượng lý thuyết được tính theo công thức:

2.4.5 Công suất cần thiết

ph N N





(2.5)

Trong đó:

Nph: công suất cần thiết cho thiết bị phụ trợ

ηck : hiệu suất cơ khí

2.4.6 Thể tích khoảng không gian chết của máy bơm kiểu piston

- Là thể tích tạo thành giữa điểm chết trên và điểm chết dưới của piston với nắptrên và nắp dưới của xi lanh:

δ: Tổng chiều dài không gian chết

- Đối với hầu hết máy nén khí thì:

δ =δ1 + δ2

Phía tay biên δ1 = δ/1000 + 0,5 mmPhía năp xi lanh δ2 = δ/500 + 0,5 mm

2.5 Đường đặc tính lý thuyết của máy nén khí piston

Hình 2.2 Chu trình làm việc lý thuyết của máy nén khí piston một cấp

- Quá trình nạp (đường 4- 1):

1

23

4

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Trong quá trình công tác, piston di chuyển từ điểm chết trái đến điểm chết phải,xilanh được nạp đầy khí từ đường ống vào với áp suẩt không đổi Khi piston đến điểmchết phải thì quá trình nạp kết thúc, van hút đóng lại

- Quá trình nén (đường 1 -2):

Quá trình nén bắt đầu từ khi piston dịch chuyển từ cận phải và kết thúc khi piston

ở khoảng giữa Lúc đó, khí trong xi lanh có áp suất bằng áp suất cửa xả, van xả bắt đầu

2.6 Máy nén khí piston nhiều cấp

2.6.1 Mục đích chế tạo máy nén khí nhiều cấp

Trong thực tế sản xuất để có khí nén áp suất cao, người ta phải chế tạo và sử dụngmáy nén khí piston nhiều cấp có làm mát trung gian vì các nguyên nhân cơ bản sau:

* Do giới hạn nhiệt độ khí nén sau cấp nén: Để máy nén khí làm việc bình thường,phải đảm bảo tốt điều kiện bôi trơn nghĩa là nhiệt độ khí nén và các bộ phận của máykhông vượt quá giá trị nhiệt độ làm việc cho phép đối với vật liệu bôi trơn Thường ta

sử dụng loại dầu bôi trơn với nhiệt độ làm việc không quá 1800 C Vì vậy yêu cầu nhiệt

độ khí nén cũng không vượt quá giá trị này

Như vậy nhiệt độ khí nén càng cao khi tỷ số nén càng lớn, vì vậy phải hạn chế  để

T2 không vượt quá giới hạn làm mất tính năng bôi trơn và bắt cháy nổ của dầu bôi trơn.Trên cơ sở yêu cầu giá trị của áp suất khí nén cần cung cấp, người thiết kế máy nénvới số luợng, cấp nén phù hợp để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất

Thông thường người ta chọn số cấp nén theo bảng sau:

* Do giảm lực tác dụng lên piston và các chi tiết truyền động máy nén khi sử dụngmáy nén khí nhiều cấp.

* Công nén của máy nén một cấp tăng do mất mát vì rò rỉ lớn, mất mát công suất ởcác van lớn, do không làm mát đầy đủ khí nén, do sự thay đổi tính chất của khí nén khi

2.7 Phương pháp điều chỉnh lưu lượng máy nén khí piston

- Trong thực tế sản xuất không phải lúc nào nhu cầu tiêu thụ khí nén cũng tươngứng với lưu lượng của máy Vì vậy người ta phải sử dụng các phương pháp điều chỉnhlưu lượng khí do máy nén khí cung cấp cho phù hợp Việc điều chỉnh có thể bằng tayhoặc tự động theo các phương pháp sau

- Tác dụng lên bộ phận truyền động một cách tự động hoặc bằng tay, dừng hay mở

máy tự động theo chu kỳ Việc dừng hay mở máy dựa vào các thông số áp suất bìnhchứa thông qua hệ thống điều khiển tự động, rơ le áp suất mạch điều khiển…

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

- Tác dụng lên phần truyền động để thay đổi tần số làm việc của động cơ Việc làm

này được thực hiện trên các động cơ chạy bằng gas, diezel hay tua bin khí

- Tác dụng lên đường nạp của máy nén khí để thay đổi sức cản của dòng chảy khí.

Hạn chế hoặc cắt hẳn lượng khí nạp vào Phương pháp thực hiện: nắp trên đường nạpcủa máy nén một van tiết lưu hoặc một van chặn điều khiển bằng tay hay tự động

- Tác dụng lên đường xả của máy nén bằng cách lắp vào đường xả dẫn tới bìnhchứa một van xả khí nén ra ngoài một cách tự động hoặc bằng tay và làm việc mộtcách tự động nhờ hệ thống điều khiển khí với các áp suất đặt sẵn

- Tác dụng lên xi lanh cấp 1 bằng các cơ cấu khí động hoặc điện một cách tự độnghoặc bằng tay Như trong máy nén lạnh cần điều chỉnh năng suất hoặc máy nén khí lắptrên bơm ép vỉa Thông thường các van máy nén khí có lắp cơ cấu này là van có cấutạo hình vành xuyến, khi điều khiển van sẽ bị ép ở trạng thái luôn mở, khi đó khí nạpvào xi lanh sẽ luôn bị đẩy ngược trở lại trong quá trình nén

Phương pháp này được thực hiện khi cần khởi động và tắt máy không tải đối vớimáy nén một hay nhiều xi lanh cấp 1cùng làm việc để thay đổi lượng khí ra sau cấp 1

- Thay đổi thể tích khoảng không gian chết của máy nén bằng cách tiếp thêm mộtkhoảng không gian có hại bổ sung nối với khoang xi lanh này, có van chặn điều khiển

tự động hoặc bằng tay cửa lưu thông từ khoang bổ sung sang khoang công tác Phươngpháp này được thực hiện đối với máy nén có cơ cấu điều chỉnh hành trình công tác Scủa piston

SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

15

CHƯƠNG 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY NÉN KHÍ T30-7100 3.1 Trạm máy nén khí T30-7100

Trạm máy nén khí T30-7100 do hãng Ingersoll-Rand chế tạo, gồm 3 máy được dẫnđộng bằng động cơ điện Trạm được lắp đặt trên các giàn khoan khai thác dầu-khí của

‘XNLD Vietsovpetro’ Trạm cĩ vai trị cung cấp khí nén với áp suất khoảng 6 ÷ 8kG/cm2 cho các thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động các van “MIM”, cáctrạm điều khiển (ACS, TOE ) đĩng/mở các van dập giếng, dẫn động cho các bơm hĩaphẩm,v.v của hệ thống cơng nghệ khai thác dầu-khí

Trạm được lắp đặt ở Block cơng nghệ BM-06 theo sơ đồ dưới:

COMPRESSOR C COMPRESSOR B

ĐH ĐO NHIỆT ĐỘ

CƠ CẤU XẢ CONDENSATE

CƠ CẤU XẢ CONDENSATE

CƠ CẤU XẢ CONDENSATE

CƠ CẤU XẢ CONDENSATE

ĐH ĐO NHIỆT ĐỘ ĐH ĐO ÁP LỰC ĐH ĐO ÁP LỰC ĐH ĐO NHIỆT ĐỘ

ĐH ĐO ÁP LỰC

1 2

3

4

6a

6b 7a

7b 8a

8b

10 11

5a

5b 9b

9a

AIR DRYER

Dòng khí nén Dòng condensate Van chặn

Van một chiều

Bộ phận làm khô khí

MOIS TURE TRAP Bẫy tách ẩm.

Ý nghĩa Ký hiệu

2 3

1

2 3

1

Van xả tự động Van xả tay Van xả tự động Van xả tay Van xả tự động Van xả tay

Van xả tự động

Van xả tay

Hình 3.1: Sơ đồ lắp đặt trạm máy nén khí T30-7100

- Thành phần cơ bản của trạm gồm:

1 LCP - 01 (Local control and starter panel): tự điều khiển

2 M : động cơ điện 380 V/ 3 pha / 50 Hz : khởi động Y - 

3 AIR INTAKE FILTER: phin lọc khí đầu hút

4 PSV 02 A: van an tồn lị xo sau cấp 1: giá trị đặt 5,517 barg

5 SDY 01 A: van điện tử ba ngã điều khiển van khơng tải

6 LSLL 01A: Rơle bảo vệ máy theo mức dầu bơi trơn thấp

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

7 AFTERCOOLER: két làm mát khí nén sau cấp 2 bằng quạt gió

8 FLEXIBLE CONECTION: ống nối mềm

9 MOISTORE SEPERATO: thiết bị tách lỏng từ khí nén

10 DT-01A: van xả tự động lượng lỏng trong thiết bị tách

11 PSHH - 01A: Rơle áp suất dừng máy khi áp suất đầu ra cao(> 11.03 barg)

12 PI-01A: đồng hồ đo áp suất khí nén sau cấp 2

13 PSV-03: van an toàn bình chứa khí nén Áp suất đặt 12 barg

14 PI -02: đồng hồ chỉ áp suất của bình chứa

15 AIR RECEIVER V-01: bình chứa khí nén: thể tích 2m3, áp suất thiết kế

12 barg, nhiệt độ làm việc 20  60oC

16 DT - 02: van xả tự động chất lỏng trong bình chứa

17 PSH -01: Rơle áp suất điều khiển tắt và mở máy nén đang ở chế độ làmviệc Các giá trị đặt: 10,34 barg : dừng máy ; 8,62 barg : mở máy

18 PSL -01: Rơle áp suất điều khiển tắt và mở máy nén đang ở chế độ dựphòng Các giá trị đặt: 10,34 : tắt máy ; 8,276 : mở máy

19 PSLL -01: Rơle áp suất đang điều khiển tắt và mở máy nén đang ở chế độnghỉ Các giá trị đặt: 10 barg: tắt máy ; 7,93 barg: mở máy

20 MF -01A ( MAIN FILTER): phin lọc chính, lọc các hạt có kích thước đến

1 m, áp sất thiết kế 15 barg, lưu lượng lưu thông 222 SCFM ở 10,3 barg

21 PF-01 A (PRE - FILTER) : phin lọc trước, lọc các hạt có kích thước đến0,01 m, áp suất thiết kế 15 barg, lưu lượng 222 SCFM ở 10,3 barg

22 AD - 01A: bình sấy khí để làm khô khí Áp suất thiết kế: 15 barg

23 PSV-04A ; PSV-04B : van an toàn của bình sấy, giá trị đặt 165 PSIG

24 DRYER PANEL: bảng điều khiển các van điện từ để xả tự động các chấtbẩn và lỏng trong bình sấy

25 AIR SILENCER: bộ tiêu âm khi xả

26 PI -05A; PI - 05B: đồng hồ đo áp suất

27 BY-PASS VALVE: van đường dự phòng

28 AF -01A (AFTER FILTER): phin lọc sau để lọc hết 98 % hạt có kíchthước 0,3 m đi ra từ bình sấy, xả bằng tay

29 CV -01A: van giảm áp

30 PI -03A: đồng hồ áp suất

- Thông số làm việc của trạm:

SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

17

6 Lưu lượng lý thuyết: 1,71 m3 / p.

7 Áp suất làm việc đầu ra: 175 PSIG

12 Van an toàn cấp 1: 5,517 barg

13 Van an toàn sau cấp 2: 11,38 barg

14 Áp suất van an toàn bình chứa: 12 barg

3.2 Cấu tạo của máy nén khí T30-7100

3.2.1 Sơ đồ cấu tạo

Cấu tạo máy nén khí T30-7100 như hình 3.2:

15 10

6 7

11

14 12

16

2

4 3 1 5

9 8

Hình 3.2: Cấu tạo máy nén khíT30-7100

Máy nén có hai buồng riêng biệt là buồng cấp 1 và buồng cấp 2 Van 1 chiều đảmbảo khí chỉ đi theo một đường nhất định.

Hình 3.3: Sơ đồ động học của máy nén khí T30-7100

Khí nén sau khi ra khỏi cấp 1 sẽ đi qua bộ tản nhiệt làm mát khí nén trung gian nhờ

có quạt gió được dẫn động bằng dây đai cỡ B-52 qua trục khuỷu

Khi áp suất của bình chứa khí nén đạt 8 KG/cm2 thì rơle điện ngắt, máy dừng làmviệc Khi áp suất trong bình tụt xuống dưới 6 KG/cm2 thì rơle điện đóng cho máy làmviệc trở lại Cứ như vậy hệ thống đảm bảo nguồn khí nén luôn đạt áp suất 6÷8 KG/cm2,đảm bảo cho các hệ thống sử dụng khí nén trên giàn hoạt động bình thường.

Trong khoang các-te có lỗ thông gió để cân bằng áp suất với áp suất với bên ngoài

và để đổ dầu bôi trơn

3.2.3.2 Trục khuỷu

Hình 3.4: Trục khuỷu máy nén khí T30-7100

Nhận chuyển động quay từ động cơ, truyền chuyển động tịnh tiến cho tay biên vàpiston làm cho piston chuyển động lên xuống để thực hiện quá trình hút và nén khíTrục khuỷu gồm hai ổ trục đường kính 65 mm và được đặt trên hai gối đỡ Hai gối

đỡ này được cố định vào hai đầu các-te Hai đầu trục khuỷu được lắp hai ổ bi côn đỡchặn 7613 Trục được chế tạo từ thép CT40 có độ bền cao, có đối trọng để cân bằnglực quán tính Góc lệch của hai chốt khuỷu được bố trí lệch nhau 1800 Tại một đầutrục lắp với bánh đai để dẫn động quạt gió làm mát khí nén, đầu còn lại lắp bánh đà có

3.2.3.3 Tay biên

Có nhiệm vụ biến đổi chuyển động quay từ trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiếncủa piston trong xilanh Tay biên được chế tạo từ thép CT20 Đầu nhỏ không tháo rađược và được ép bạc đồng ở bên trong, đầu này để lắp với piston, đầu lớn có thể tháo

ra được, được tráng babít, nắp đầu lớn của tay biên được gắn chặt với tay biên bằng haibulông biên Bulông biên là một chi tiết rất quan trọng của máy nén khí, nó được làmbằng thép CT45 và khi lắp bulông biên không cho phép một khuyết tật nhỏ nào trênbulông như: rạn nứt hay hư hỏng phần ren

Ở đầu lớn của tay biên, người ta làm lỗ ren N10 để bắt ống vẩy dầu bôi trơn choxilanh và cơ cấu truyền động.

gang, có hai xécmăng khí và hai xécmăng dầu Chốt piston có dạng ống, được tôi bềmặt và được làm bằng thép 15X được thấm tôi với độ sâu 0.75÷1 mm, có HCR=50.Chốt được định vị bằng các vành hãm làm bằng thép lò xo nhằm chống dịch chuyểnngang trong quá trình làm việc.

5 4

2

3 1

3 2 1

Hình 3.7: Piston cấp 2 máy nén khí T30-7100

Hộp van làm bằng gang, được chia bên trong bởi các vách ngăn để tách phần hút

và đẩy Ống hút và ồng đẩy được bố trí trong hộp lá van Nắp lá van bằng gang có gờtrên bề mặt để tăng cường sự làm mát

Van cấp 1 và 2 giống nhau về kết cấu và chỉ khác nhau về kích cỡ Chúng cấu tạogồm các tấm van trên đó có van hút và van xả Các van hình thanh tự đàn hồi như lò

xo Trong thời gian máy nén làm việc dưới tác động của không khí hút và nén các lávan tương ứng của van hút và van xả bị ép cong lại và mở thông cho không khí đi qua.Các van trong máy nén khí T30-7100:

Hình 3.8: Van hút

1 Tấm thép định vị lá van 3 Tấm thép đỡ lá van.

Hình 3.10: Van một chiều

3 Lò xo

Van một chiều được lắp trên đoạn ống nén cấp 2 và dùng để ngăn chặn dòng khí từđường ống có áp suất trở ngược về máy nén khi dừng hoặc ở chế độ điều chỉnh, khi ápsuất máy nén giảm.

Van thông áp dùng để đảm bảo an toàn cho máy trong mỗi lần khởi động và xả hếtlượng khí dư ở đỉnh piston ra ngoài Khi máy dừng làm việc van này sẽ mở ra đưalượng khí nén trong khoang nén cấp 2 về khoang hút cấp 1 thông với bên ngoài

9

6 5 4

8 7 3

Hình 3.11: Van thông áp

Van an toàn gồm: Lá van, chốt chặn, thân, nắp chụp, lò xo, và thanh nối với vành

Lá van được ép bởi lò xo lên mặt côn ống lót của thân van Điều chỉnh van bằng nắpchụp

Van an toàn cấp 1 được lắp trên nắp của buồng cấp 1 dùng để xả không khí khi ápsuất nén cấp 1 tăng

3.2.3.7 Bầu lọc khí, qụat gió và két làm mát trung gian

Bầu lọc khí được làm bằng lưới và có thấm nhớt để khi hút có hơi nhớt đi theo đểbôi trơn các chi tiết trong xi lanh

Quạt gió hướng trục được dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền đai B-52 và dùng

để hút gió từ ngoài vào qua bộ tản nhiệt làm mát khí nén sau cấp 1đồng thời tăngcường làm mát cho máy nén

Bộ phận làm mát trung gian dạng tản nhiệt bốn cửa dùng để làm mát không khínén chạy qua các ống nhỏ của cấp 1, nó được cố định trên giá phía dưới quạt gió Trênkét làm mát có lắp van an toàn, van này sẽ mở khi áp suất vượt quá 2.4 KG/cm2 Sau

khi làm mát nhiệt độ khí nén là 40÷60 0C Dòng không khí được tạo ra bởi quạt gió baobọc các ống nhỏ từ bên ngoài vuông góc với bó ống đảm bảo làm mát cho khí nén.Trong kết cấu của bộ làm mát đã tính đến các nắp riêng biệt để tránh việc nung nóngkhông khí qua vách tấm ngăn.

Hình 3.13: Hệ thống làm mát máy nén khí

3.2.3.8 Hệ thống điều khiển tự động và bảo vệ

Hệ thống điều khiển tự động và bảo vệ sự cố máy nén dùng để điều khiển động cơdẫn động, van thổi xả, van giảm tải, bảo vệ máy nén khỏi sự cố, đưa ra tín hiệu để khởiđộng và tắt máy nén khi có sự cố

Hệ thống điều chỉnh lưu lượng là một bộ phận của hệ thống tự động của máy nén

và dùng để giữ áp suất không khí trong bình chứa trong giới hạn cho trước

-Hệ thống điều chỉnh lưu lượng gồm

-Hèn bộ cảm biến, dùng để kiểm soát áp suất không khí trong bình chứa, truyền tínhiệu điện và hệ thống tự động của máy nèn

-Thiết bị chuyển đổi để biến tín hiệu điện thành tín hiệu khí (van điện từ)

-Van xả tải

Trên mỗi đường ra của mỗi cấp có lắp các van xả áp suất trong các khoang đườngống và xi lanh của các cấp nén, chúng được điều khiển tự động bằng điện và gọi là cácvan điện từ