Tổ hợp bơm ly tâm HΠC 65/35-500 dùng trong vận chuyển dầu khí

Nền kinh tế của nước ta trong những năm gần đây có sự phát triển vượt bậc với tốc độ tăng trưởng kinh tế cao so với thế giới.

Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là đơn vị đi đầu trong côngtác thăm dò, tìm kiếm, khai thác Hiện nay xí nghiệp có 12 giàn cố định vàmột số giàn nhẹ, tất cả đều ở trên biển do đó đòi hỏi phải có hệ thống trangthiết bị phù hợp, hiện đại Đồng thời việc nâng cao hiệu quả sử dụng cũngnhư tuổi thọ của thiết bị cũng là nhiệm vụ hết sức quan trọng

Thiết bị dùng trong khai thác dầu khí rất đa dạng trong đó máy bơm lytâm là thiết bị cơ bản được dùng rất phổ biến, đặc biệt là máy bơm ly tâmHQC 65/35-500 Do đó trong quá trình thực tập, nghiên cứu, đồng thời với sựđồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, Khoa Dầu khí, Trường Đạihọc Mỏ - Địa chất, em đã được giao đề tài: “ Tổ hợp bơm ly tâm HQC 65/35-

500 dùng trong vận chuyển dầu khí” với chuyên đề: “ Tính toán các thông sốcửa vào và cửa ra của bánh công tác ”

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Bản và các thầy trong

bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, cùng với sự cố gắng của bản thân đếnnay em đã hoàn thành xong đồ án này

Mặc dù, đã rất cố gắng nhưng do kiến thức thực tế, kiến thức bản thâncòn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sựgóp ý của thầy cô và bạn bè

Qua đây, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy

Trần Văn Bản, các thầy trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, công

nhân và cán bộ kỹ sư tại giàn MSP-3 thuộc xí nghiêp liên doanh Vietsovpetro

và bạn bè đã giúp đỡ em nhiệt tình, chu đáo

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng 06 năm 2009

Sinh viên: Phạm Văn Viên

CHƯƠNG 1 CễNG TÁC THU GOM, VẬN CHUYỂN DẦU VÀ SỬ DỤNG CÁC

LOẠI BƠM LY TÂM TẠI XÍ NGHIỆP LIấN DOANH

VIETSOVPETRO 1.1 Vị trớ địa lý, địa hỡnh và điều kiện tư nhiờn tại mỏ Bạch Hổ của xớ nghiệp liờn doanh Vietsovpetro

1.1.1 Vị trớ địa lý

Xớ nghiệp liờn doanh Vietsovpetro thực hiện nhiệm vụ thăm dũ khai thỏctrờn thềm lục địa phớa nam Việt Nam, cỏch bờ biển Vũng Tàu khoảng 120km

Mỏ Bạch Hổ là một mỏ khai thỏc chớnh của Xớ nghiệp, mỏ Bạch Hổ nằm ở lụ

09 trong bồn trũng Cửu Long chiều sõu nước biển ở khu vực khai thỏc khoảng50m, là một bộ phận quan trọng của khối nõng trung tõm trong bồn trũng CửuLong và kộo dài theo phương Đụng Bắc - Tõy Nam

Rồng chính Nam Rồng

Đông Rồng Tam Đảo

Rạng đông

Ph ơng đông

Amethyst SW

Ruby Peath Jade

S tử đen

Topaz

S tử vàng

S tử trắng Vừng Đông

Diamond

1.1.2 Địa hỡnh

Cấu tạo mỏ Bạch Hổ là một nếp lồi cú ba vũm Á kinh tuyến Múng Bạch

Hổ là đối tượng cho sản phẩm chớnh và được phõn ra làm ba khu vực vũmBắc, vũm Trung và vũm Nam Ranh giới giữa cỏc vũm được chia một cỏchquy ước, vỡ bồn trũng phõn chia khụng rừ ràng và đứt góy bị che lấp Cấu tạo

mỏ Bạch Hổ ở dạng dài khép kín theo dõi được các mặt phản xạ địa chấn, vỏnền hình cấu trúc khép kín không quan sát được Vì vậy Bạch Hổ đến nayđược coi là dạng cấu trúc vùi lấp.

1.1.3 Điều kiện tự nhiên

Khí hậu khối không khí có chế độ tuần hoàn ổn định Mùa đông có gióĐông Nam, mùa hè có gió Tây Nam Gió Đông Nam kéo dài từ tháng 11 đếntháng 3 tiếp theo Gió thổi mạnh thường xuyên, tốc độ gió trong thời kỳ là 6

10 m/s Gió Tây Nam kéo dài từ tháng 6 đến tháng 9 hàng năm, gió nhẹ khôngliên tục tốc độ gió nhỏ hơn 5 m/s Trong mùa chuyển tiếp từ tháng 4 đến tháng 5

và tháng 10 gió không ổn định, thay đổi hướng liên tục Bão là yếu tố tự nhiêngây nguy hiểm lớn cho đất liền, đặc biêt là các công trình lớn trên biển Bãothường xảy ra ở các tháng 7, 8, 9, 10, trong tháng 12 và tháng 1 hầu như không

có bão Trung bình hàng năm có khoảng 8 cơn bão thổi qua, hướng chuyển độngchính là hướng Tây Bắc, tốc độ di chuyển trung bình là 28 km/giờ cao nhất là 45km/giờ

Trong tháng 11, sóng có chiều cao nhỏ hơn 1m là 13,38%, tháng 12 là0,8%, trong tháng 3 sóng thấp hơn 1 m lên tới 44,83% Tần số xuất hiện sóngcao hơn 5 m là 4,08% và chủ yếu xuất hiện ở tháng 11 và tháng 1

Nhiệt độ bình quân hàng năm là 27oC cao nhất là 35,5oC và thấp nhất là21,5oC nhiệt độ trên mực nước biển từ 24,1oC đến 30,32oC Nhiệt độ đáy biển

từ 21,7oC đến 29oC

Độ ẩm trung bình của không khí hàng năm là 82,5% số ngày mưa tậptrung vào các tháng 5, 7, 8, 9, tháng 1, 2 và 3 thực tế không có mưa Số ngày

u ám tập trung nhiều nhất trong các tháng 5, 10 và 11 Trong cả năm số ngày

có tầm nhìn không tốt chỉ chiếm 25%, tầm nhìn xa từ 13 km, tập trung chủyếu vào tháng 3 và tháng 7

1.2 Tình hình khai thác, thu gom và vận chuyển dầu tại mỏ Bạch Hổ của

xí nghiêp liên doanh Vietsovpetro

Mỏ Bạch Hổ được phát hiện dầu khí đầu tiên vào tháng 3 năm 1975 bởigiếng khoan Bạch Hổ 1 (BH – 1) bằng tàu khoan Glomar 2

Ngày 26/6/1986, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã khai thác tấn dầuđầu tiên từ mỏ và từ 6/9/1988 khai thác thêm tầng dầu trong móng granit nứt

nẻ ở các độ sâu khác nhau Đây là mỏ dầu lớn nhất Việt Nam hiện nay,

bao gồm nhiều thân dầu: Miocene dưới, Oligocene và đá móng nứt nẻ trước

Đệ tam

Nhịp độ khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ ngày càng tăng, năm đầu tiên(1986) khai thác 40.000 tấn Đến ngày 16/9/1998, xí nghiệp liên doanhVietsovpetro đã khai thác được 60 triệu tấn dầu thô và khai thác tấn dầu thứ

75 triệu vào ngày 20/12/1999 Đến ngày 22/2/2001 khai thác tấn dầu thứ 90triệu và ngày 4/12/2005 khai thác tấn dầu thứ 150 triệu

Hiện nay xí nghiệp đã tạo dựng được một hệ thống cơ sở vật chất kỹthuật vững chắc trên bờ và dưới biển với 12 giàn khoan cố định, 2 giàn côngnghệ trung tâm, 9 giàn nhẹ, 3 giàn bơm ép nước, 4 trạm rót dầu không bến, 2giàn nén khí, 2 giàn tự nâng, với 330 km đường ống dưới biển, 17 tàu dịch vụcác loại trên biển và một căn cứ dịch vụ trên bờ với 10 cầu cảng dài tổng cộng1.300 m, trong đó có cầu cảng trọng tải 10.000 tấn, có hệ thống kho có khảnăng chứa 38.000 tấn/năm, 60.000 m2 bãi cảng, năng lực hàng hoá thông qua12.000 tấn/năm Và tất cả các công đoạn công nghệ khoan, khai thác, vậnchuyển và tồn trữ dầu khí đều diễn ra trên biển, trên các giàn cố định, giànnhẹ và tàu chứa dầu Tất cả các đường ống chính, chủ yếu dùng trong côngtác vận chuyển dầu khí đều nằm chìm dưới biển Điều đó đòi hỏi công tác vậnchuyển dầu khí của chúng ta phải đạt được sự an toàn và độ tin cậy cao hơnnhiều lần so với ở đất liền

Tại các giàn khoan khai thác cố định trên biển, dầu được khai thác lên từcác giếng qua hệ thống đường ống công nghệ, vào bình tách khí áp suất cao,khoảng 3÷25 KG/cm2, sau đó chuyển đến bình tách áp suất thấp vào khoảng0,5÷8 KG/cm2 Sau khi qua bình tách áp suất cao và áp suất thấp thì mộtphần lớn lượng khí đồng hành đã được tách ra, dầu đã được xử lý với hàmlượng khí hòa tan và ở trạng thái tự do thấp Rồi từ bình tách áp suất thấp dầuđược các tổ hợp bơm ly tâm đặt trên giàn bơm vận chuyển đến các tàu chứa(trạm chứa dầu không bến) thông qua hệ thống đường ống ngầm dưới biển Trong khu vực mỏ Bạch Hổ, dầu khai thác trên các giàn được vận chuyển đến

2 trạm tiếp nhận (tàu chứa dầu –FSO-1và FSO-2)

1.2.1 Trạm tiếp nhận phía Nam FSO-1

Ở đây, tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ 2 điểm là MSP-1 và giàn côngnghệ trung tâm số 2 (CPP-2), cùng với các giàn nhẹ chuyển đến Đây là 2điểm vận chuyển dầu quan trọng nhất, có khối lượng vận chuyển lớn nhất TừCPP -2 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -1 và khu vực mỏ Rồng.

Từ MSP -1 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -3, MSP -4 và MSP -8

và thông qua các điểm trung chuyển tại MSP -6 và MSP -8 nối với trạm tiếpnhận phía Bắc FSO - 2

1.2.2 Trạm tiếp nhận phía Bắc FSO -2

Tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ 2 điểm trung chuyển là MSP -6 vàMSP -8 Từ MSP -6 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP -4 và thôngqua đó nối với MSP -3, MSP -5, MSP -7, MSP -8, MSP -10 Từ MSP -8 cóđường ống vận chuyển dầu nối với MSP -4, MSP -1, MSP -9, MSP -11 Trạmtiếp nhận FSO -2 chủ yếu tiếp nhận dầu từ các giàn MSP -4, MSP -5, MSP -3,MSP -6, MSP -7, MSP -8, MSP -9, MSP -10, MSP -11

Trong khu vực mỏ Rồng có trạm tiếp nhận dầu FSO- 3 Giữa các trạmtiếp nhận dầu FSO- 1, FSO- 2, FSO- 3 có mối liên hệ với nhau thông quanhiều điểm trung chuyển, được trình bày trên sơ đồ tuyến đường ống vậnchuyển dầu trên biển của xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro

Căn cứ theo sơ đồ đường ống vận chuyển dầu ngầm dưới biển tại 2 khuvực mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, ta nhận thấy rằng: Chỉ trừ MSP-1, MSP -2,MSP -6, MSP -8, trong những điều kiện bình thường, không có sự cố hỏnghóc tàu chứa dầu hoặc tắc nghẽn đường ống vận chuyển là có thể bơm thẳngdầu đến tàu chứa Còn lại, tất cả các giàn như MSP -3, MSP -4, MSP -5,MSP-7, MSP -9, MSP -10, MSP -11 phải bơm dầu qua những đoạn đườngrất xa, qua nhiều điểm nút trung gian

Ví du: Từ MSP -5, muốn vận chuyển dầu đến trạm tiếp nhận FSO -2 chúng taphải bơm dầu qua những quãng đường như sau: MSP-5 → MSP-3 (đườngống 325x16, L=1005m, V=68m3) → MSP-4 ( 219x13, L=877m,V=26,5m3) → MSP-6 ( 325x16, L= 1284,5m, V= 87m3) → FSO -2( 325x16, L=1915m, V=129m3) Tổng cộng chiều dài toàn bộ tuyến là5081,5m, V=310,5m3, áp suất làm việc tính theo xác suất thống kê trung bình

là từ 2025Kg/cm2

Tuy nhiên, có rất nhiều giàn cùng tham việc vận chuyển dầu do đó cầnphải có thời gian bố trí sao cho hợp lý Bên cạnh đó việc vận chuyển dầu cònchịu ảnh hưởng rất lớn từ các tính chất hóa, lý sau

1 Khối lượng riêng 

Hiện nay, dầu thô của chúng ta khai thác được chủ yếu tập trung ở cáctầng sản phẩm Mioxen hạ, Oligen hạ và tầng móng kết tinh Chúng thuộc loạidầu nhẹ vừa phải, khối lượng riêng nằm trong khoảng giới hạn(0,830,85).103 kg/m3 Dầu thô ở khu vực mỏ Bạch Hổ có khối lượng riêngkhoảng 0,8319.103 kg/m3 (38o6API), đó là một thuận lợi đối với công tác vậnchuyển dầu, bởi vì mặc dù theo công thức tính lưu lượng của bơm Q= CmDb

và cột áp H = u2g c u , ta không thấy có sự ảnh hưởng nào của khối lượng riêngchất lỏng công tác, nhưng nó lại ảnh hưởng đáng kể đến công suất thủy lực(NTL ) của các máy bơm : NTL = G.H = ( g.Q).H Điều đó có nghĩa là nếu 

nhỏ, việc cung cấp năng lượng (điện năng) cho các trạm bơm vận chuyển dầugiảm đáng kể

2 Độ nhớt 

Là khả năng của chất lỏng có thể chống lại được lực trượt (lực cắt), nóđược biểu hiện dưới dạng lực ma sát trong (nội ma sát) khi có sự chuyển dịch

tương đối của các lớp chất lỏng kề nhau Bởi vậy, độ nhớt là tính chất đặctrưng cho mức độ di động của chất lỏng Độ nhớt của chất lỏng thay đổi trongmột phạm vi rộng theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì  giảm và ngược lại.Ngoài ra, khi áp suất tăng thì độ nhớt của chất lỏng cũng tăng, trừ một vàichất lỏng đặc biệt như nước Khi vận chuyển dầu, chúng ta phải đưa chúngvào trạng thái chuyển động, muốn vậy phải đặt vào chúng một lực nhất địnhbằng sự tác dụng của các cánh bơm Chuyển động của chất lỏng chỉ xuất hiệnkhi ứng suất ma sát vượt quá một giới hạn nào đó, gọi là ứng suất trượt banđầu Như vậy, rõ ràng độ nhớt của chất lỏng công tác ảnh hưởng rất lớn đếndòng chuyển động của nó, mặc dù trong các công thức tính toán cơ bản củacác máy bơm dùng để vận chuyển chất lỏng (dầu thô) này không có mặt trựctiếp của đại lượng , nhưng chính nó là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhấtgây nên tổn thất của dòng chảy,  càng lớn thì tổn thất thủy lực của dòng chảycàng lớn, làm tăng tổn thất công suất và giảm lưu lượng của các máy bơm.Dầu thô của chúng ta, theo các kết quả nghiên cứu phân tích của Công tyDMC (Việt Nam ) và Viện hóa dầu COPAH ( Tomsk – CHLB Nga ), có độ

ở tầng Oligoxen vào khoảng 6,614 Cst, của tầng móng vào khoảng 6,686 Cst

ở 500C Điều đó gây khó khăn rất lớn cho công tác vận chuyển dầu của chúng

ta

3 Ảnh hưởng của các tính chất lý, hóa khác

Dầu thô của chúng ta là loại sạch, chứa rất ít các độc tố, các kim loạinặng như chì, Vanadium, Magiê, Lưu huỳnh Đây là một điều tốt cho hệthống vận chuyển dầu cũng như hệ thống công nghệ của chúng ta Tuy nhiên,

từ kết quả phân tích phần cặn (chiếm một tỷ lệ khá cao, đến 21,5% trọnglượng đối với dầu thô Bạch Hổ) có nhiệt độ sôi trên 5000C trong quá trìnhchưng cất chân không, ta thấy dầu thô của chúng ta chứa hàm lượng Parafinrắn khá cao, đến 44,12% trọng lượng (phần cặn), điều đó làm giảm tính linhđộng của chúng ở nhiệt độ thấp và ngay cả ở nhiệt độ bình thường Chính sự

có mặt của Parafin với hàm lượng lớn làm cho nhiệt độ đông đặc của dầu thôtăng lên Đối với dầu thô khu vực mỏ Bạch Hổ, nhiệt độ đông đặc ở mức khá

cao, đến 330C Đây thực sự là một trở ngại lớn cho hệ thống vận chuyển dầucủa chúng ta bởi chúng rất dễ làm tắc nghẽn các tuyến đường ống, nhất là ởtại các điểm nút hoặc tại các tuyến ống ở xa trạm tiếp nhận và có lưu lượngthông qua thấp, hoặc không liên tục mà bị gián đoạn trong một thời gian lâu.Đấy chính là nhược điểm căn bản trong tính chất lý, hoá của dầu thô ViệtNam, và việc xử lý, khắc phục chúng đòi hỏi cả một quá trình công nghệ phứctạp và tốn kém.

Để cải thiện các tính chất lý hóa của dầu, phục vụ cho công tác vậnchuyển, tồn trữ chúng, người ta sử dụng nhiều biện pháp nhằm làm giảm độnhớt hoặc gia nhiệt cho chúng để chống sự đông đặc làm tắc nghẽn đườngống của dầu Ví dụ, bằng phương pháp cấy vi sinh vào môi trường nước épvỉa, người ta đã làm tăng tối đa các quá trình phản ứng men ôxy hóahydrocacbon của dầu có độ nhớt cao, điều đó làm tăng khả năng thu hồi dầu ởcác tầng sản phẩm và làm tăng được tính lưu biến của chúng

Ngoài các ảnh hưởng trên, thì với yếu tố địa lý, khí hậu, thủy văn phứctạp như đã nêu (trong mục 1.1.3) cũng có sự tác động không nhỏ đối với côngtác vận chuyển và các quá trình công nghệ khai thác dầu Vùng biển thềm lụcđịa phía Nam này chịu ảnh hưởng gió mùa nhiệt đới, hình thành 2 mùa rõ rệt :

- Mùa mưa có gió Tây- Nam, được đặc trưng bởi lượng mưa lớn và nhiềusương mù kéo dài từ khoảng tháng 4 đến tháng 10 Vào mùa này khí hậuthường nóng, do vậy dầu thô khai thác được khi qua các công đoạn xử lý côngnghệ trên giàn ít bị mất nhiệt, hạn chế được khả năng đông đặc của chúng

- Vào mùa khô thường từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, có gió Bắc với cường độ lớn, gọi là mùa gió chướng Trong khoảng thời gian này,hay xuất hiện những cơn bão hay áp thấp nhiệt đới với sức gió đến2530m/s, nhiệt độ không khí giảm xuống rõ rệt Vì vậy, ở các giàn khai thác

Đông-có các giếng với sản lượng thấp thường hay xảy ra hiện thượng dầu bị đôngđặc, hoặc chí ít thì tính linh động của dầu cũng giảm xuống rõ rệt, gây khókhăn cho việc vận chuyển dầu Đó là chưa kể đến những sự cố bất thường xảyđến cho tuyến vận chuyển dầu (tắc nghẽn, gẫy vỡ đường ống) và các trạm tiếpnhận cũng thường hay xảy ra trong mùa thời tiết không mấy thuận lợi này.Ngoài ra, điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm không khí lớn, và môitrường biển này hoàn toàn có hại đến tuổi thọ, độ bền của máy móc, thiết bị

công nghệ cũng như các tuyến đường ống vận chuyển dầu Các cấu trúc, kếtcấu kim loại của máy móc thiết bị công nghệ ngoài việc chịu tải trọng lớn khilàm việc, còn chịu tác động ăn mòn với cường độ lớn do môi trường biển gây

ra Trong thực tế, có trên 50% các trường hợp sự cố đối với các đường ốngngầm vận chuyển dầu là do tác động của ăn mòn kim loại Vì vậy khi tínhtoán thiết kế, lắp đặt các hệ thống thiết bị công nghệ trên các công trình biển,phải nên đặt điều kiện làm việc này (môi trường biển, độ ẩm lớn, khí hậunhiệt đới ) lên mối ưu tiên hàng đầu

1.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí

- Nhiệm vụ của hệ thống thu gom và xử lý là:

+ Tách dầu ra khỏi khí và nước;

+ Dùng hoá phẩm để gia nhiệt hoặc hạ nhiệt độ đông đặc của dầu; + Phân phối dòng sản phẩm nhờ cụm Manhephon đến các thiết bị đo,kiểm tra, xử lý theo sơ đồ công nghệ

1.3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí

Hệ thống thu gom vận chuyển trên giàn cố định, cơ bản được lắp trên 6Blốc khai thác sau đây:

Đây là hai Blốc quan trọng nhất, được lắp đặt thiết bị miệng giếng vàcác hệ thống đường ống thu gom sau

- 5 đường ống công nghệ chính:

+ Đường gọi dòng: dẫn về bình gọi dòng;

+ Đường làm việc chính: đưa về bình tác HC;

+ Đường làm việc phụ;

+ Đường ống xả: để xả áp suất trong trường hợp cần thiết Nếu giếng có

áp suất thấp nó dẫn về bình 100 m3 để tách;

+ Đường dẫn về bình đo

- Các đường phụ trợ:

+ Đường dập giếng;

+ Đường tuần hoàn thuận;

+ Đường tuần hoàn nghịch

Ngoài ra trên Blốc này còn được lắp đặt:

- Hệ thống máy bơm để bơm dầu từ bình 100 m3 ra tàu chứa

- Hệ thống đường ống nối từ các bình tách đến các Blốc Modun No/1, No/

2 và Blốc Modun No/4, No/5

Được lắp đặt các hệ thống sau:

- Hệ thống hoá phẩm cho gaslift;

- Trạm phân phối khí cho các giếng gaslift;

+ Hệ thống tuốcbin đo dầu và khí.

- Các máy bơm phục vụ cho công nghệ bơm ép nước;

- Hệ thống máy nén khí để duy trì áp suất cho các hệ thống tự động trêngiàn

1.3.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống thu gom vận chuyển dầu

Sau khi dòng sản phẩm ra khỏi miệng giếng, nó đi qua hệ thống phândòng (cụm Manhephon) để phân phối dòng theo các đường ống phù hợp vớitừng mục đích công nghệ sau

1.3.3.1 Đối với giếng gọi dòng

Sản phẩm dầu khí sau khi ra khỏi miệng giếng được phân phối về đườnggọi dòng để đưa vào bình gọi dòng Tại đây:

- Dầu được tách ra và được đưa về bình 100 m3 để tách lần 2;

- Khí đưa ra phaken đốt;

- Nước, dung dịch khoan, dung dịch gọi dòng xả xuống biển

Khi thấy dầu phun lên thì người ta không đưa sản phẩm vào bình gọidòng mà chuyển sang bình tách (HC hoặc bình 100 m3)

1.3.3.2 Đối với giếng cần đo

Khi tiến hành khảo sát giếng, kiểm tra định kỳ hoặc đột xuất, để xác lậpcác thông tin của vỉa giếng, nhằm xây dựng chế độ khai thác hợp lý, người tatiến hành công tác đo

Quy trình công nghệ như sau: dầu- khí sau khi ra khỏi miệng giếng đượcđưa về đường đo dẫn vào bình đo Bình đo có tác dụng tách dầu riêng, khíriêng:

- Dầu sau khi qua hệ thống tuốcbin đo được đưa về bình 100 m3 để táchtiếp

- Khí sau khi qua thiết bị đo nếu:

+ Áp suất cao, nó đưa về bình HC để xử lý;

+ Áp suất thấp, nó đưa ra phaken đốt

1.3.3.3 Đối với giếng khai thác bình thường

Sản phẩm đi ra khỏi miệng giếng qua đường làm việc chính vào bìnhtách HC (25 m3)

- Dầu tách được sẽ chuyển sang bình 100 m3 tách tiếp, sau đó dầu đượcbơm ra tàu chứa, còn khí đưa lên bình sấy áp suất thấp

- Khí tách được sẽ chuyển sang bình tách tia (bình condensate):

+ Dầu thu được đưa về bình tách HC hoặc bình 100 m3;

+ Khí đưa ra phaken đốt

Trường hợp giếng có áp suất thấp, sản phẩm theo đường xả trực tiếp dẫn

về bình 100 m3 để tách

1.3.3.4 Những đặc điểm chung

Tất cả các bình trong hệ thống đều làm việc trong khoảng áp suất vàmức dầu quy định Nó được bảo vệ bằng hệ thống tự động và bằng van antoàn đặt trên nóc bình

- Nếu áp suất trong bình vượt quá giới hạn thì van an toàn nổ và xả ápsuất theo đường dẫn tới phaken đốt Khi áp suất giảm tới giới hạn làm việccủa bình thì van tự động đóng lại

- Trên đầu ra của dầu và khí từ các bình đều lắp hệ thống van “mim” để

tự động điều chỉnh mức dầu khí và áp suất trung bình

Để cấp khí có áp suất cao cho phương pháp khai thác gaslift người talắp đặt bình gaslift ở blốc No/1 và No/2 Sản phẩm của giếng có áp suất cao đitheo đường làm việc phụ đến bình gaslift

- Khí có áp suất cao được đưa vào trạm phối khí để dẫn đến giếng khaithác bằng phương pháp gaslift

- Dầu được dẫn vào bình HC để tách tiếp

Hai máy bơm HQC 65/35 - 500 được lắp song song trong đó một máybơm luôn ở trạng thái làm việc và một máy bơm dự phòng Việc lắp đặt nàynhằm mục đích:

- Do yêu cầu công nghệ khai thác dầu khí, để đảm bảo quá trình khaithác dầu được liên tục Nếu máy bơm đang làm việc bị hư hỏng không làmviệc được thì ta có thể vận hành máy dự phòng thay thế;

- Khi lưu lượng khai thác tăng thì ta cho hai máy bơm cùng làm việc đểgiảm nhanh lượng dầu trong bình chứa

1.4 Sử dụng bơm ly tâm trong công tác vận chuyển dầu trên hệ thống thu gom vận chuyển

Bơm ly tâm là loại máy thủy lực cánh dẫn, trong đó việc trao đổi nănglượng giữa máy với chất lỏng (gọi là chất lỏng công tác) được thực hiện bằngnăng lượng thủy động của dòng chảy qua máy Bộ phận làm việc chính củabơm ly tâm là các bánh công tác trên đó có nhiều cánh dẫn để dẫn dòng chảy.Biên dạng và góc độ bố trí của các cánh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến cácthành phần vận tốc của dòng chảy nên có ý nghĩa rất quan trọng trong việc

trao đổi năng lượng của máy với dòng chảy Khi bánh công tác của bơm lytâm quay (thường là với số vòng quay lớn đến hàng ngàn vòng trong 1 phút)các cánh dẫn của nó truyền cơ năng nhận được từ động cơ (thường là động cơđiện) cho dòng chất lỏng đi qua nó tạo thành năng lượng thủy động cho dòngchảy Nói chung năng lượng thủy động của dòng chảy bao gồm 2 thành phầnchính: động năng (V2/2g) và áp năng (P/), và chúng có mối liên quan mậtthiết với nhau Trong quá trình làm việc của máy, sự biến đổi động năng baogiờ cũng kéo theo sự biến đổi của áp năng Tuy nhiên đối với máy thủy lựccánh dẫn như bơm ly tâm, đối với mỗi loại kết cấu máy cụ thể, sự biến đổi ápnăng chỉ đạt đến một giới hạn nhất định Nó khác với máy thủy lực thể tích Ởmáy thủy lực thể tích, năng lượng trao đổi của máy với chất lỏng có thànhphần chủ yếu là áp năng, còn thành phần động năng không đáng kể Còn ởmáy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm, năng lượng cột áp chỉ tăng đến mứccần thiết, còn lại toàn bộ năng lượng thủy động của dòng chảy nhận được từmáy biến thành động năng Chính vì vậy, việc dùng các máy bơm ly tâm đểvận chuyển chất lỏng từ một điểm này đến một điểm khác chiếm một ưu thếhơn hẳn các loại máy thủy lực khác.

Với tính năng kỹ thuật cao, chỉ tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãinên các bơm ly tâm được dùng chủ yếu trong công tác vận chuyển dầu củaXNLD Vietsovpetro Tùy theo sản lượng khai thác và nhu cầu thực tế trênmỗi giàn cố định mà người ta sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâmkhác nhau Hiện nay, tại các trạm bơm vận chuyển dầu trên các công trìnhbiển của XNLD Vietsovpetro, chúng ta đang sử dụng các chủng loại bơm dầu

ly tâm như sau

1 Máy bơm HQC 65/35 –500

Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơmđược làm kín bằng các dây san nhic mềm hoặc bộ phận làm kín kiểu mặt đầu Bơm HQC 65/35 –500 được sử dụng để bơm dầu thô, các loại khíhydrocacbon hóa lỏng, các sản phẩm dầu khí ở nhiệt độ từ -300C đến 2000C

và các loại chất lỏng khác có tính chất lý hóa tương tự Các chất lỏng công tácnày không được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm vàhàm lượng không vượt quá 0,2% khối lượng Tổ hợp bơm được trang bị động

cơ điện loại BAO 22 - 280M - 2T2,5 với công suất N= 160KW, U=380V,

50Hz và các thiết bị bảo vệ, làm mát, làm kín khác theo đúng yêu cầu, quyphạm láp đặt vận hành chúng Một số các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bảncủa tổ hợp bơm HQC 65/35 –500 như sau :

- Lưu lượng định mức tối ưu (m3/h ) : 65(35)

2 Làm kín bằng salnhic (co) : 5at

- Công suất thủy lực yêu cầu của bơm (KW) : 160

- Trọng lượng của bơm (KG) : 1220

- Công suất của động cơ điện (KW) : 160

3 Máy bơm Sulzer – Ký hiệu MSD-D Model 4 x8 x10,5

Là loại bơm ly tâm có 5 cấp, nằm ngang, trong đó bánh công tác thứnhất là loại hai cửa hút ngược chiều nhau, 4 bánh công tác còn lại là loại 1cửa hút được chia làm 2 nhóm đối xứng, có cửa hút ngược chiều nhau Thânmáy có cấu tạo gồm 2 nửa tháo được theo bề mặt phẳng ngang và được định

vị với nhau bởi các chốt côn Thân máy có nhiều khoang chứa các bánh côngtác và giữ luôn vai trò của các bánh hướng dòng Phía dưới có ống giảm tảinối từ khoang chứa đệm làm kín phía áp suất cao đến khoang cửa vào cấp Icủa bơm Trục bơm được làm kín bằng đệm làm kín chì dạng kép, có nhiệt độlàm việc dưới 1600C Đệm làm kín này được làm mát bằng dầu Tellus 46,đồng thời dầu làm mát này có tác dụng như nêm thủy lực làm kín bổ sung chođệm Dầu làm mát đệm làm kín trao đổi nhiệt với bên ngoài thông qua các láđồng tản nhiệt dọc theo đường ống

Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm như sau :

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 130

- Cột áp định mức (m) : 400

- Hiệu suất hữu ích (%) : 74

- Công suất thủy lực của bơm (KW) : 147

- Lượng dự trữ xâm thực cho phép (m) : 2,1 - Công suất động cơ điện (KW) : 185

- Số vòng quay (V/ph) : 2969

- Điện áp (V) : 380 – Tần số dòng điện : 50Hz - Chiều dài khớp nối trục (mm) : 180

- Khối lượng của tổ hợp : 3940Kg 4 Máy bơm NK-200/120 Là loại bơm ly tâm dùng để bơm dầu, khí hóa lỏng, dung dịch hữu cơ và các chất lỏng khác có tỷ trọng không quá 1050Kg/m3, độ nhớt động đến 6.10-4m2/s Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượng vượt quá 0,2% và nhiệt độ trong khoảng –80oC  400oC Tổ hợp bơm gồm động cơ điện và bơm được lắp ráp trên cùng một khung dầm và được liên kết với nhau bằng khớp nối răng Đây là loại bơm ly tâm 1 tầng, có thân bơm, vấu tựa, ống hút và ống nối có áp (cửa ra) được đặt trên cùng một giá đỡ Việc làm kín trục ở phía đi ra của nó từ nắp vở bơm bằng lót ma sát mặt đầu hoặc là đệm san nhíc mềm kiểu dây quấn Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của bơm như sau : - Lưu lượng bơm (m3/h) : 200

- Cột áp định mức (m) : 120

- Hiệu suất hữu ích (%) : 67

- Lượng dự trữ xâm thực cho phép : 4,8 (m) - Công suất động cơ điện (KW) : 100

- Số vòng quay (V/ph) : 2950

- Điện áp (V), tần số dòng điện (Hz) : 380-50

5 Máy bơm NK-200/70

Là loại bơm ly tâm có cùng kiểu dạng, kết cấu như NK-200/120

6 Máy bơm ЦHCHC- 105/294

Là tổ hợp bơm ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng, phân đoạn Nó thường được dùng để vận chuyển dầu bão hòa khí, dầu thương phẩm lẫn nước

có nhiệt độ từ 274oK  318oK (1oC  45oC) hoặc dùng để bơm nước trong các hệ thống công nghệ Các chất lỏng công tác dùng cho bơm ЦHCHC -105/294 cần phải đảm bảo các yêu cầu: Tỷ trọng không lớn quá 1060 Kg/m3 (từ 700  1060Kg/m3), độ nhớt động không lớn quá 2,5.10-4m2/s, tạp chất cơ học có kích thước không lớn quá 0,2mm và hàm lượng không quá 0,2% trọng lượng

Tổ hợp bơm ЦHCHC -105/294 bao gồm động cơ điện và bơm được liên kết với nhau thông qua 2 mặt bích có phần may-ơ gắn then ở 2 đầu trục Hai mặt bích này được siết chặt với nhau bởi các bulông có lót ống đệm cao su giảm chấn Đây là loại bơm ly tâm có từ 2  10 cấp bánh công tác có cửa vào cùng chiều, do đó để cân bằng lực dọc trục tác dụng lên rôto người ta phải bố trí ổ

đỡ thủy lực ở một đầu trục phía cao áp với đường kính phù hợp với số cấp bánh công tác của bơm

Các thông số đặc đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm ЦHCHC -105/294 như sau

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 105

- Cột áp định mức (m) : 294

- Hiệu suất hữu ích (%) : 68

- Công suất động cơ điện (KW) : 160

- Số vòng quay (V/ph) : 2950

- Điện áp (V)- tần số dòng điện (Hz) : 380-50

Tuy nhiên, tại các giàn cố định loại, bơm này (ЦHCHC - 105/294) thường

chỉ được sử dụng để bơm nước

Ngoài các loại bơm ly tâm thông dụng đã nêu trên, người ta còn lắp đặt, trang bị thêm một số chủng loại bơm khác như: R360/150GM-3, R250/38GM-1 hoặc đôi khi, trong những trường hợp cần thiết các loại bơm thể tích như 9MP, ЦHCA-320, ЦHCA-400, YБН-700… Cũng có thể tham gia vào công tác vận chuyển dầu trên các công trình biển

Việc bố trí, lắp đặt các trạm bơm trên các giàn cố định hoặc giàn nhẹ được thiết kế, tính toán phù hợp với sản lượng khai thác dầu và vai trò công nghệ của giàn trong hệ thống công nghệ chung của toàn khu mỏ Bạch Hổ và

mỏ Rồng Với sơ đồ vận chuyển dầu và các đặc điểm trong công tác này như

đã nêu (ở mục 3- chương 1), người ta bố trí kiểu loại và số lượng máy bơm lytâm trên các giàn như sau:

1 MSP-1 (Giàn 1)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NK-200/120 - số lượng : 2

 Máy bơm SULZER - số lượng : 2

2 CPP-2 (Giàn công nghệ trung tâm số 2)

 Máy bơm SULZER - số lượng : 8

 Máy bơm R360/150 CM-3 - số lượng : 5

 Máy bơm R360/150 CM-1 - số lượng : 2

3 MSP-3 (Giàn 3)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 1

 Máy bơm HQC 40/400 - số lượng : 2

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm HQC 40/400 - số lượng : 2

7 MSP-7 (Giàn 7)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 3

8 MSP-8 (Giàn 8)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NK-200/210 - số lượng : 2

 Máy bơm SULZER - số lượng : 2

9 MSP-9 (Giàn 9)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 4

10 MSP-10 (Giàn 10)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 3

 Máy bơm HQC 40/400 - số lượng : 1

11 MSP-11 (Giàn 11)

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 4

12 RP-1 (Giàn 1 Mỏ Rồng )

 Máy bơm HQC 65/35-500 - số lượng : 3

 Máy bơm HQC 40/400 - số lượng : 1

Theo thống kê trên, số lượng máy bơm HQC 65/35-500 vàHQC 40/400 là 37/60 chiếm một tỷ lệ lớn, và trong thực tế người ta vẫnthường dùng các loại bơm HQC và SULZER để vận chuyển dầu Đây là 2loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm: kết cấu bền vững, độ tin cậy, độ an toàncao, lưu lượng bơm, cột áp và hiệu suất hữu ích lớn, dễ vận hành, bảo quản,sửa chữa Ở hai loại bơm này, do cách bố trí các bánh công tác thành hainhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau Do đó làm giảm đáng kểlực dọc trục tác dụng lên Roto, tải trọng của các ổ đỡ trục giảm, do đó tuổi thọcủa chúng tăng lên rất nhiều Tuy nhiên, do các bơm ly tâm đều làm việc ởchế độ vận tốc góc lớn (khoảng 3000v/ph) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúngđòi hỏi độ chính xác cao Ngoài ra, do lưu lượng của chúng khá lớn nên việcđưa chúng vào chế độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững và tuân thủ đúng yêucầu của kỹ thuật vận hành để tránh hiện tượng quá tải cho động cơ điện Công việc vận chuyển dầu đòi hỏi phải đưa một lượng lớn sản phẩmkhai thác dầu khí từ các giàn cố định và giàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận làcác tàu chứa trong thời gian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo sự an toàncho các tuyến đường ống vận chuyển Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sửdụng năng lượng điện cho các trạm bơm cũng được đặt ra Do đó việc bố trí,phối hợp các chủng loại bơm trên cùng một trạm, hoặc việc phối hợp giữa cáctrạm bơm với nhau sao cho có thể giảm được tải trọng trên các tuyến ống vậnchuyển dầu và tăng được lưu lượng thông qua của chúng

Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùng một trạmbơm ta có thể lắp đặt chúng theo nhiều cách Theo cách đặt các bơm theokiểu mắc song song với mục đích làm tăng lưu lượng vận chuyển của trạm.Theo cách này, mặc dù đường ra của mỗi bơm ly tâm đều có van một chiềunhưng vẫn phải đòi hỏi các bơm trong hệ thống phải có các thông số đặc tính

kỹ thuật không khác xa nhau nhiều lắm, để khi cùng đồng thời vận hànhchúng không triệt tiêu lẫn nhau Theo cách đặt bơm mắc nối tiếp với mục đích

làm tăng áp suất trên đường vận chuyển để có thể đưa chất lỏng đến đượcnhững điểm tiếp nhận rất xa Tuy nhiên, cách này đòi hỏi các tổ hợp bơmđược mắc nối tiếp phải có lưu lượng như nhau và việc làm kín trục cho cácmáy bơm ở phần cuối của hệ thống rất phức tạp do áp suất đầu vào của chúngtăng lên đáng kể Ngoài ra, cũng có thể phối hợp cả 2 kiểu bố trí song song vànối tiếp trên cùng một trạm Nhưng trong thực tế, trên các giàn cố định, cáctrạm bơm dầu được xây dựng theo kiểu mắc song song do các kiểu bơm lytâm đã được chọn lựa đảm bảo đủ cột áp để có thể vận chuyển được dầu thôđến vị trí tiếp nhận Tùy theo sản lượng khai thác hoặc vị trí công nghệ củamỗi giàn mà người ta sử dụng số lượng bơm ly tâm trên trạm là 2, 3 hoặchàng chục như ở CPP-2 (15 bơm)

Trên mỗi trạm bơm, thông thường người ta dự tính từ 1/3 đến 1 2sốlượng bơm ở vị trí dự phòng để khi hư hỏng, sự cố các máy bơm đang ở chế

độ làm việc, ta có thể sử dụng chúng thay thế ngay không ảnh hưởng đến sảnlượng khai thác dầu Các máy bơm dự phòng này không nên để chúng ở trạngthái không làm việc trong thời gian quá lâu vì dễ gây ra hiện tượng bó kẹt roto

do dầu bị đông đặc hoặc thành phần parafin trong dầu và các tạp chất gây kếttủa khác đóng cặn lại giữa các khe hở trong bơm Tùy theo mùa và thời tiết để

có thể định ra một thời gian biểu vận hành các bơm dự phòng Việc này có thểtiến hành theo kinh nghiệm riêng, tùy theo đặc điểm công nghệ mỗi giàn.Nhưng, tốt nhất vẫn là thực hiện chế độ luân phiên làm việc cho các máy bơmtrong trạm Điều đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa được dễ dàng vàchủ động hơn

Như vậy:

Từ việc xem xét những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu của xínghệp liên doanh Vietsovpetro ta có thể đề ra những yêu cầu cơ bản cho việcxây dựng những trạm bơm dầu trên các giàn cố định để thông qua đó có thểchọn lựa các chủng loại bơm ly tâm phù hợp với yêu cầu công nghệ của mỗigiàn Theo em, các máy bơm ly tâm dùng trong công tác vận chuyển dầutrong môi trường biển trên các giàn phải có độ tin cậy cao, độ bền cơ học lớn,

có khả năng chống lại tác động ăn mòn hóa học trong điều kiện khí hậu nhiệtđới, ẩm, hơi nước có độ mặn cao, và nhất là có các đường đặc tính làm việcphù hợp với chế độ công nghệ của chúng ta

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY BƠM LY TÂM

2.1 Cấu tạo ,nguyên lý làm việc, phân loại

Máy bơm ly tâm là loại máy thuỷ lực cánh dẫn biến đổi cơ năng củađộng cơ dẫn động thành năng lượng để vận chuyển chất lỏng theo hệ thốngống dẫn hoặc tạo ra áp suất cần thiết trong hệ thống truyền dẫn thuỷ lực

2.1.1 Sơ đồ cấu tạo máy bơm

4

6 5

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy bơm

- Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh

công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng thường gọi là mồi bơm

- Khi máy bơm ly tâm làm việc, nhờ phần khớp nối giữa động cơ dẫnđộng và bơm làm bánh công tác quay Các phần tử chất lỏng trong bánh côngtác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài chuyển động theocác máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy củabơm Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vùng có chân không

và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm,

chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút Đó là quá trình hútcủa bơm Quá trình hút và quá trình đẩy là hai quá trình liên tục, tạo lên dòngchảy liên tục qua bơm.

- Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồngxoắn ốc) để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định

và còn có tác dụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năngcần thiết

2.1.3 Phân loại bơm ly tâm

Vì bơm ly tâm được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực khác nhau nên nó

có rất nhiều loại với nhiều hình dạng và kết cấu khác nhau Bơm ly tâmthường được phân loại theo các cách sau đây

- Phân loại theo cột áp của bơm:

+ Bơm cột áp thấp: H < 20 m cột nước;

+ Bơm cột áp trung bình: H = (2060 ) m cột nước;

+ Bơm cột áp cao: H > 60 m cột nước

- Phân loại theo số bánh công tác lắp nối tiếp trong bơm:

+ Bơm một cấp;

+ Bơm nhiều cấp

- Phân loại bơm theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:

+ Bơm một miệng hút;

+ Bơm hai miệng hút

- Phân loại theo sự bố trí của trục bơm:

2.2.1 Chuyển động của chất lỏng trong bơm ly tâm

Qũy đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác rấtphức tạp, để đơn giản trong tính toán ta giả thiết:

- Dòng chảy qua bánh công tác bao gồm các dòng nguyên tố như nhau;

- Qũy đạo chuyển động tương đối của các phần tử chất lỏng trong bánhcông tác theo biên dạng cánh dẫn

Các điều kiện để có dòng chảy như giả thiết trên là:

+ Bánh công tác có số cánh dẫn nhiều vô cùng và mỗi cánh dẫn mỏng

vô cùng (không có chiều dày);

+ Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng (không có độ nhớt)

Với các giả thiết trên, chuyển động tuyệt đối của mỗi phần tử chất lỏngqua bánh công tác có thể phân tích thành hai chuyển động đồng thời: chuyểnđộng theo (quay tròn cùng bánh công tác) và chuyển động tương đối (theobiên dạng cánh dẫn)

Chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác được đặctrưng bằng các vận tốc:

2.2.2.1 Phương trình cột áp lý thuyết

Ứng dụng định lý cơ học về biến thiên mômen động lượng đối với dòngchất lỏng chuyển động qua bánh công tác, nhà bác học Ơle đã thành lập raphương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm là :

Hl=u2c2u g u1c1u

(2.1)

Trong đó:

Hl - Cột áp lý thuyết của bơm có số cánh dẫn vô hạn

u1, u2 - Vận tốc vòng của bánh công tác ứng với bán kính vào và ra, cóphương thẳng góc với phương hướng kính

c1u, c2u - Thành phần vận tốc tuyệt đối của các phần tử chất lỏng ở lối vào

và ra bánh công tác chiếu lên phương của vận tốc vòng (u)

Tam giác vận tốc ở cửa vào là tam giác vuông:

wmax

minw



Hình 2.4 Phân bố vận tốc trong máng dẫnMặt khác, chất lỏng có độ nhớt do đó gây ra tổn thất trong dòng chảy Vìvậy cột áp thực tế nhỏ hơn cột áp lý thuyết Hl

Cột áp thực tế của bơm ly tâm H là :

Bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm, năm 1931 viện sĩ Prôskua

đã xác định Z đối với bơm ly tâm, được tính theo công thức sau

Z =1- sin  2

Z (2.4)Z- Số cánh dẫn của bánh công tác

Với Z và  2 thông thường, trị số trung bình của hệ số cột áp Z 0,8

H

 - Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển độngqua bánh công tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố ( kích thước, kết cấu của bánhcông tác và bộ phận hướng dòng…), được gọi là hiệu suất cột áp của bánhcông tác

Với bơm ly tâm (H = 0,70,9)

Nếu xét ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, cột áp lý thuyếtứng với số cánh dẫn hữu hạn là:

H1=Z.Hl (2.5)

Cột áp thực tế của bơm ly tâm là:

H=Z.H u2g.c u

(2.6)Đối với bơm có kết cấu và số vòng quay thông thường thì:

H= 2.g u22

(2.7)

- Hệ số cột áp thực tế, phụ thuộc vào trị số ns theo bảng sau :

Q ns 50 60 60180 180 350 350580  1,56

2.3 Ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp của bơm ly tâm

Kết cấu của bánh công tác nói chung và cánh dẫn nói riêng có ảnh hưởngquyêt định đến cột áp của bơm ly tâm Hình dạng bố trí kết cấu của cánh dẫnchủ yếu phụ thuộc vào góc vào 1 và góc ra  2 Ta xét ảnh hưởng của góc

1 ,  2 đối với cột áp H của bơm

- Ảnh hưởng của góc  1

Góc vào  1 là góc bố trí cánh dẫn và cũng là góc biểu thị phương củavận tốc tương đối ở lối vào của bánh công tác, như ta đã biết trường hợp cólợi nhất về cột áp của bơm khi tam giác vận tốc ở lối vào là tam giác vuông (

- Ảnh hưởng của góc  2

Góc ra  2 là góc bố trí cánh dẫn và cũng là góc biêủ thị phương củavận tốc ở lối ra của bánh công tác Trị số của góc  2 có ảnh hưởng trực tiếpđến phương và trị số các thành phần vận tốc của dòng chất lỏng trong mangdẫn, do đó có ảnh hưởng quyết định đến cột áp toàn phần H và cột áp thànhphần Ht, Hđ của bơm.Vì vậy 2 có ý nghĩa cực kỳ quan trọng

Hình 2.5 Các kiểu bố trí cánh dẫn trong bánh công tác bơm ly tâm

Tùy theo trị số của  2 , bánh công tác có ba cách bố trí sau:

+  2 < 900: cánh dẫn cong về phía sau (so với u), gọi là cánh dẫnngoặt sau;

+  2 = 900: cánh dẫn hướng kính ở lối ra, gọi là cánh dẫn hướng kính; +  2 > 900: cánh dẫn cong về phía trước, gọi là cánh dẫn ngoặt trước.

Để cho bơm có thể làm việc được thì trị số của góc ra  2 phải thỏa mãn điềukiện :  2min <  2 < 2max

Tùy theo tính năng làm việc của từng loại bơm mà lựa chọn góc  2

thích hợp, bơm ly tâm thường làm việc trong phạm vi có quan hệ giữa cột áptĩnh và cột áp động với cột áp toàn phần như sau:

H1t = (0,7 0,8) H1

H1đ = (0,2 0,3) H1

Tức là ứng với góc  2 = 15 300, trong trường hợp rất đặc biệt có thểchọn 2 = 500.

2.4 Hiệu suất của bơm ly tâm

Công suất có ích sinh ra bởi máy bơm:

N = G.H = ( g.Q).H [W] ( 2.9)

Với : Q: Lưu lượng của máy [ m3/s]

g: Gia tốc trọng trường [m/s2]

H: Cột áp sinh ra bởi máy bơm [m]

 : Khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m3]

Hiệu suất của máy :  =

0

N

N

với : No Công suất tiêu thụ của máy bơm [ W]

Ở máy bơm ly tâm  = 1 + 2 + 3

- Với 1: Hệ số tính đến những mất mát thủy lực do masát của chấtlỏng với ống dẫn hướng, trong bánh công tác thông thường hệ số:

1 = 0,7  0,95

- 2: Hệ số tính đến những mất mát thể tích do sự rò rỉ của chất lỏngqua các khe hở giữa các ngăn của máy bơm với áp suất khác nhau, rò rỉ quavòng làm kín giữa rôto và thân máy, rò rỉ qua Salnhic ra ngoài

Nhờ sự hoàn thiện của cơ cấu làm kín và độ chính xác ngày càng caohiện nay nên 2 = 0,9 0,98

- 3: Hệ số tính đến sự mất mát cơ học do ma sát ở San nhic, ở ổ bi và

do ma sát giữa chất lỏng với bề mặt bên ngoài của bánh công tác

2.5 Định luật tương tự trong bơm ly tâm

Khi số vòng quay làm việc n của bơm thay đổi, các thông số làm việckhác của bơm: Q , H , N cũng thay đổi theo Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khibơm ly tâm với số vòng quay thay đổi ít (dưới 50% so với số vòng quay địnhmức) thì hiệu suất của bơm thay đổi tương đối ít, theo quy định trong kỹ thuật

có thể xem như không đổi  = const Mặt khác, các tam giác vận tốc đều tỷ

lệ với số vòng quay nên các tam giác vận tốc sẽ đồng dạng với nhau Dođó,các chế độ làm việc khác nhau của bơm khi số vòng quay n thay đổi ítđược xem như các trường hợp tương tự

Trong thực tế, ngoài số vòng quay làm việc thay đổi còn có thể gặptrường hợp trọng lượng riêng  của chất lỏng thay đổi, đường kính ngoài Dcủa bánh công tác thay đổi Để đáp ứng yêu cầu sử dụng, khi cần giảm cột áp

và lưu lượng so với định mức, có thể giảm bớt đường kính D (chỉ trong phạm

vi 10%) và hiệu suất của bơm coi như không đổi, nghĩa là các chế độ làm việccủa bơm có thể xem như tương tự

Gọi Q1, H1, N1 – Là lưu lượng, cột áp và công suất ứng với D’,  1và n1

Gọi Q2, H2, N2 – Là lưu lượng, cột áp và công suất ứng với D”,  2và n2

Khi Dthay đổi

Khi , n, Dthay đổiLưu

1

2 2

1

2 1

n





N1

Bảng 2.2 Quan hệ tương tự trong một bơm ly tâm

2.6. Số vòng quay đặc trưng và phân loại máy bơm theo số vòng quay

Để việc sử dụng, thiết kế chế tạo máy bơm được thuận lợi và kinh tế thì

nó sẽ được tiêu chuẩn hóa Mỗi loại máy sản xuất ra được chia thành nhiềunhóm, trong cùng một nhóm các máy đều có đặc tính làm việc và hiệu suất

như nhau Để đặc trưng cho một nhóm ta dùng một máy mẫu tượng trưng (môhình) Do đó ta quy định mô hình có các thông số sau:

HS = 1m cột chất lỏng

Qs = 75 l/s

Ns = 0,736 kw ( 1 mã lực )

ns : Số vòng quay trong 1 phút

s : Hiệu suất có lợi nhất

Bất kỳ máy nào chế tạo cũng phải tương tự với máy mô hình cùng hệthống và các thông số làm việc của máy đó với máy mô hình quan hệ vớinhau theo luật tương tự, do đó ta có số vòng quay đặt trưng của máy bơm (ns) 3,65 nQ1/2

2.6.2 Phân loại máy bơm theo số vòng quay

Bảng 2.3: Phân loại máy bơm theo số vòng quay

2.7 Đường đặc tính của máy bơm ly tâm

Các thông số bơm như H, Q, N,  thay đổi theo các chế độ làm việc củabơm với số vòng quay n không đổi hoặc thay đổi

Các quan hệ H = f(Q), N = f(Q),  = f(Q) biểu thị đặc tính làm việc củabơm, được biểu diễn dưới dạng giải tích theo phương trình đặc tính, dướidạng đồ thị được gọi là đường đặc tính của bơm

Các đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi (n = const)được gọi là đường đặc tính làm việc, ứng với nhiều số vòng quay (n biếnthiên) được gọi là đường đặc tính tổng hợp

Trong ba đường đặc tính nêu trên, quan trọng nhất là đường đặc tính cột

áp H = f(Q), cho biết khả năng làm việc của bơm nên được gọi là đường đặctính cơ bản

Từ đường H = f(Q) ta có thể suy ra N = f(Q),  = f(Q)

2.7.1 Đường đặc tính lý thuyết

Từ phương trình cơ bản có thể xây dựng đường đặc tính lý thuyết củabơm ly tâm

Theo công thức trên ta có: Hl=u2g c u (2.13)

Từ tam giác vận tốc ở cửa ra:

Hình 2.6 Tam giác vận tốc ở cửa ra

Trongđó:c2u=u2 - c2R.cotg 2 (2.14)Mặt khác, từ công thức lưu lượng lý thuyết, có thể suy ra:

c2R=

2 2

Hl=u22  u2 c2g R cotg 2

2 2

2 2

.

cot

Q g b D

g u

Trong trường hợp tổng quát đối với máy thuỷ lực có 3 dạng đường đặctính lý thuyết

0 Q l

A ' A

A'' '''

'''

'' '

C B

Hình 2.7 Đường đặc tính lý thuyết và đường đặc tính tính toán

Nếu  2 > 90o, cotg 2 < 0, đường AB

Nếu  2 = 90o, cotg 2 = 0, đường AC

Nểu  2 < 90o, cotg 2 > 0, đường AD

Đối với bơm ly tâm,  2 < 90o, do đó đường đặc tính của bơm ly tâm làđường nghịch biến bậc nhất AD Đây là đường đặc tính cơ bản lý thuyết củabơm ly tâm (đường nghịch biến bậc nhất) khi chưa xét số cánh dẫn hữu hạn

và tổn thất

- Khi kể tới ảnh hưởng do số cánh dẫn hữu hạn, đường đặc tính trở thànhđường A'D', có dạng:

Hl = Z Hl

Trong đó: Z < 1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn

- Khi kể tới các loại tổn thất thuỷ lực của dòng chất lỏng qua bánh côngtác, các loại tổn thất thuỷ lực này đều tỷ lệ với bình phương của vận tốc,nghĩa là bình phương của lưu lượng, đường đặc tính trở thành đường cong bậchai A''D''

- Khi kể tới các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì đường đặc tính dịch

về phía trái và thấp hơn A''D'' một chút, đó là đường A ''D '' Đây chính làđường đặc tính cơ bản tính toán của bơm ly tâm

2.7.2 Đường đặc tính thực nghiệm

Việc xây dựng đường đặc tính tính toán rất phức tạp và khó khăn, bởivậy trong kỹ thuật thường xây dựng các đường đặc tính bằng các số liệu đođược khi khảo nghiệm trên các máy cụ thể Đó là đường đặc tính thực nghiệm

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q(l/s)

N(kW)

30

50 40

20

N

10

 (%) 80 70 60 50 40

30 20 10 0

Hình 2.8 Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm

Nhìn chung, đường đặc tính xây dựng bằng phương pháp thực nghiệmcũng có dạng giống đường đặc tính xây dựng bằng phương pháp tính toánnhưng chúng không trùng nhau Điều đó chứng tỏ bằng tính toán không xácđịnh được đầy đủ và hoàn toàn chính xác các loại tổn thất xảy ra trong bơm

Vì thế, việc nghiên cứu các loại máy thuỷ lực nói chung và máy bơm nóiriêng bằng phương pháp thuỷ lực là vô cùng quan trọng

Công dụng của đường đặc tính làm việc của bơm:

- Các đường đặc tính H – Q, N – Q,  - Q, cho phép xác định khu vựclàm việc có lợi nhất ứng với hiệu suất cao nhất [max hoặc  = (max – 7%)];

- Qua hình dạng của đường đặc tính có thể biết tính năng làm việc củabơm để sử dụng bơm một cách hợp lý;

- Đường đặc tính [HCK] = f(Q) để tính toán ống hút và xác định vị trí đặtbơm một cách hợp lý

2.7.3 Đường đặc tính tổng hợp

Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một số vòng quay làmviệc không đổi của bơm Nếu thay đổi tốc độ làm việc (vòng/phút) thì đườngđặc tính làm việc cũng thay đổi theo Để biết nhanh sự thay đổi các thông số

Q, H, N,  của bơm khi n thay đổi, cần xây dựng đường đặc tính tổng hợp

5 10

Q(m/h) 80

60 40 20 0

Hình 2.9 Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm

Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đường biểu diễn các quan hệ Q-H, N-H với các số vòng quay làm việc khác nhau, trên đó các điểm làm việccùng hiệu suất được nối với nhau thành những đường cong gọi là đường cùnghiệu suất (đường đẳng hiệu suất)

2.8 Ảnh hưởng của khối lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng đến khả năng làm việc của bơm ly tâm

Các đường đặc tính của máy bơm cho bới lý lịch máy được xác địnhkhi bơm nước có = 1.000 kg/m3 và  = 0,01cm2/s

Thực tế các bơm ly tâm được sử dụng để bơm nhiều loại chất lỏng cótính chất vật lý khác nhau, cho nên khi chọn và sử dụng máy bơm ta cần tínhđến ảnh hưởng của khối lượng riêng và độ nhớt đến máy

- Khối lượng riêng :

+ Q và H không phụ thuộc vào tỉ trọng

+ P, N,  thay đổi tỉ lệ thuận với tỉ trọng của chất lỏng

- Độ nhớt: Khi độ nhớt tăng nên mất mát công suất cũng tăng lên do masát quay và cản trở thủy lực của dòng chảy chất lỏng trong khi mất mát về thểtích giảm Khi độ nhớt tăng, cột áp và lưu lượng của bơm đều giảm

Sự thay đổi của Q, N,  phụ thuộc vào độ nhớt rất phức tạp và hầu như khôngthể tính bằng lý thuyết Trong thực tế nó được tính theo công thức

Q chất lỏng = Kq Q nước ; H chất lỏng = KH H nước

 chất lỏng = K nước

Các giá trị Kq, Hh , K là các hệ số chuyển đổi, được xác định bằngthực nghiệm và phụ thuộc vào lưu lượng và độ nhớt của chất lỏng (phụthuộc vào Re: Khi Re => tăng nhanh Kq – Kh – K  1)

2.9 Hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm

Hiện tượng xâm thực khí là sự phá hủy tính dày đặc của dòng chảy chấtlỏng do sinh ra trong dòng chảy những khoang chứa đầy khí và hơi của chấtlỏng

Hiện tượng xâm thực bắt đầu bằng sự xuất hiện trong dòng chảy dày đặcchất lỏng các bọt khí, hơi nhỏ và thể tích các bọt khí này tăng nhanh do giảm

áp suất cục bộ và tăng vận tốc của chất lỏng

Dòng chảy chất lỏng cuốn theo các bọt khí - hơi đến vùng có áp suất caohơn, và ở đây các bọt khí - hơi được ngưng tụ vào thời điểm tiếp hợp các bọtkhí sinh ra xung âm Quá trình tiếp hợp xảy ra tức thời tạo nên áp suất cục bộcao và dưới tác dụng của áp suất này các cánh quạt, thành và các rãnh củamáy bơm bị phá hủy

Hiện tượng xâm thực khí thường dễ nhận biết bằng các dấu hiệu bênngoài bởi độ ồn, độ va đập và độ rung của máy

- Hậu quả :

+ Hiện tượng xâm thực khí dẫn đến giảm lưu lượng, cột áp- công suất

và hiệu suất của máy;

+ Máy bơm làm việc lâu ở chế độ xâm thực khí có thể bị phá hủyhoàn toàn

+ Tăng áp suất vào máy bơm bằng cách giảm mọi mất mát về áp suất

có thể trên đường vào máy bơm (dùng đường ống vào ngắn, có đường kínhlớn, ít các thiết bị chặn, chiều cao lắp máy bơm thấp…);

+ Đảm bảo để khí không lọt vào máy bơm từ bên ngoài: theo đườngống hút, qua các khe nứt

- Khi thiết kế và chế tạo:

+ Tăng đường kính vào của bánh công tác và chiều rộng của các rãnh.Các cánh quạt từ phía áp suất cao được uốn cong, ở đường vào bánh công tácthứ I đặt thêm một bánh công tác phụ trợ( bánh theo trục);

+ Sử dụng các vật liệu có độ cứng cao, thép không gỉ, đồng thau trongchế tạo

PB : áp suất tuyệt đối trên đường vào bơm;

P : Ap suất hơi bão hòa của chất lỏng

Lượng dự trữ xâm thực khí được gọi là tới hạn khi với giá trị này thìhiện tượng xâm thực khí xảy ra Để xác định giá trị tới hạn người ta dùngthực nghiệm bằng cách giữ nguyên Q,H,N,  và thay đổi chiều cao chânkhông của cột hút HB cho đến khi hiện tượng xâm thực xảy ra Giá trị nàyđược gọi là chiều cao chân không giới hạn của cột hút gh

b đượcxác định bằng thực nghiệm và được ghi trong lý lịch máy

2.10 Sự làm việc của các máy bơm mắc song song và mắc nối tiếp

Trong thực tế có trường hợp phải ghép nhiều bơm làm việc trong cùngmột hệ thống, khi trong hệ thống có yêu cầu cột áp hoặc lưu lượng lớn hơncột áp, lưu lượng của một bơm, có hai cách ghép sau đây

2.10.1 Ghép song song

Dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu lưu lượng lớn hơn lưu lượngcủa một bơm Điều kiện để các bơm ghép song song có thể làm việc được làkhi làm việc, các bơm ghép có cùng một cột áp:

H1 = H2 = H3 = = Hi

Để xác định lưu lượng của bơm ghép song song làm việc trong cùng một

hệ thống, cần xây dựng đường đặc tính chung của các bơm ghép (H - QC) vàbiết đường đặc tính lưới (Hlưới - Q)

Đường đặc tính chung của các bơm ghép song song (H - QC) trong hệthống được xây dựng bằng cách cộng các lưu lượng với cùng một cột áp(cộng các hoành độ trên cùng một tung độ)

Ví dụ: Khảo sát hai bơm có đường đặc tính khác nhau: (H1 – Q) và

(H2 – Q) ghép song song (hình 2.10), có thể thấy với mọi cột áp H > HB trong

hệ thống chỉ có bơm 2 làm việc Khi H = HB cả hai bơm đều cùng làm việcnhưng lưu lượng của hệ thống chỉ bằng lưu lượng của bơm 2 ứng với điểm B(QB = Q2)

Hình 2.10 Ghép song song hai bơm ly tâm

Điểm C (giao điểm của đường đặc tính chung các bơm ghép HC – Q vàđường đặc tính lưới Hl – Q) là điểm làm việc của các bơm ghép trong hệthống Khi đó bơm 1 làm việc với Q1C, bơm 2 làm việc với Q2C Như vậy, tổnglưu lượng của hai bơm ghép song song trong hệ thống nhỏ hơn tổng lưu lượngcủa hai bơm đó khi làm việc riêng rẽ trong cùng một hệ thống

QC = Q1C + Q2C < Q1 + Q2

(vì hệ thống làm việc với nhiều bơm ghép song song có cột áp lớn hơn do lưulượng trong hệ thống tăng lên so với khi từng bơm riêng rẽ làm việc trong hệthống)

Nhận xét:

- Điều chỉnh hệ thống có các bơm ghép song song tương đối phức tạpkhi các bơm ghép có đường đặc tính khác nhau nhiều Do vậy cần ghép cácbơm có đường đặc tính gần giống nhau;

- Ghép bơm song song có hiệu quả lớn khi đường đặc tính của chúngthoải (có độ dốc nhỏ) và đường đặc tính của lưới không dốc lắm, do đó nênứng dụng ghép song song trong các hệ thống bơm cần thay đổi ít, nhưng lưulượng thay đổi nhiều;

- Số lượng bơm ghép song song để tăng lưu lượng trong hệ thống cógiới hạn nhất định Xác định bởi đường đặc tính chung và đường đặc tính lướicủa các bơm ghép

Như vậy, nếu ghép song song nhiều bơm quá thì hiệu quả thấp, khôngkinh tế Trong trường hợp cần thiết ta nên chọn loại bơm khác có lưu lượnglớn hơn phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống

2.10.2 Ghép nối tiếp

Dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu cột áp lớn hơn cột áp củamột bơm

Điều kiện ghép nối tiếp:

- Các bơm ghép phải làm việc với lưu lượng như nhau:

Ví dụ: Khảo sát hai bơm 1 và 2 có đường đặc tính khác nhau ghép nốitiếp (hình 2.11), làm việc trong một hệ thống Điểm A (giao điểm của đườngđặc tính chung HC – Q và đường đặc tính lưới Hl – Q) là điểm làm việc của