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

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 loạt những thiết bị, hệ thôngs hiện đại. Trong số đó, phải kể đến hệ thống cung cấp khí nén trên 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 chủ yếu cung cấp cho các thiết bị tự động hóa và đo lường; các thiết bị phục vụ cho công tác 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 cho các bơm hóa phẩm… Chính vì tầm quan trọng của hệ thống khí nén như trên, cho nên sau khi được học tập, đào tạo và được thực tập tại XNLD Vietsovpetro, em đã chọn đề tài nghiên cứu về trạm máy nén khí T30-7100 (một trong những trạm cung cấp khí nén cho hệ thống khí nén trên giàn). Được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy NGUYỄN VĂN GIÁP cùng toàn thể các thầy, cô trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí và các kỹ sư, công nhân trong 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 trình làm đồ án em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô, cùng các bạn để giúp em hoàn thiện đồ án này và phục vụ cho công việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Sinh Viên thực hiện: Trần Duy Lập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. Tuy nhiên, do sự phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu ... không có hoặc còn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cùng với năng lượng điện, vai trò năng lượng bằng khí nén ngày càng trở nên quan trọng. Tất cả những cơ sở sản xuất lớn, thậm chí cả trong nhiều lĩnh vực thông dụng của cuộc sống hàng ngày cũng không thể thiếu được nguồn năng lượng khí nén. Việc sử dụng năng lượng bằng khí nén đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng năng lượng điện sẽ nguy hiểm; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhưng truyền động với vận tốc lớn; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những thiết bị như búa hơi, dụng 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 đặc biệt quan trọng, nhất là đối với các giàn khoan-khai thác Dầu khí trên biển. Sở dĩ như vậy là do các quá trình sản xuất, các công đoạn công nghệ trong công nghiệp Dầu khí đặc biệt nguy hiểm, luôn tiềm ẩn những nguy cơ cháy, nổ, phun trào… có thể gây ra tai nạn chết người, phá hủy thiết bị, công trình, thậm chí là những thảm họa môi trường nghiêm trọng cho cả một khu vực rộng lớn. Với những đặc tính ưu việt của năng lượng khí 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 đặc biệt 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 lượng khí nén sử dụng cho các thiết bị và hệ thống phục vụ cho công nghệ khoan-khai thác Dầu khí, người ta thiết kế, lắp đặt nhiều trạm nén khí phục vụ cho những mục đích cụ thể khác nhau, như : +/ Trạm máy nén khí 4BY 1-5/9 ở BM-15: gồm 2 máy : 1- được dẫn động bằng động cơ diezel ; 1-được dẫn động bằng động cơ điện; nhằm cung cấp khí nén áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2) cho các thiết bị tự động hóa và đo lường,và các thiết bị phuc vụ cho công nghệ khoan, như Roto tháo lắp cần khoan,phanh tời khoan, đóng/ngắt các ly hợp 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 động bằng động cơ điện) và một hệ thống sấy và làm khô khí (khá phức tạp), cung cấp khí nén khô, sạch, áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm2) cho hệ thống vận chuyển ximăng, phục vụ cho quá trình công nghệ khoan. +/ Trạm máy nén khí ЭКП-70/25 ở BM-7A: gồm 2 máy (được dẫn động bằng động cơ điện) cung cấp khí nén áp suất cao (30 ÷ 50 kG/cm2) cho hệ thống khởi động động 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 BУ-0,6/8 (hoặc BУ-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 T 30/7100”), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho các thiết bị đo lường, 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 công nghệ khai thác dầu khí. - 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 (máy mài, 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, như GA-75 (của hãng Atlas-Copco), hoặc SSR MH-75 (của hãng Ingersoll-Rand). Các trạm này có thể cung cấp khí nén trong dải áp suất làm việc từ 6 ÷ 13 kG/cm2 và lưu lượng tương đối lớn (Q ≈ 13,59 ÷ 11,61 m3/phút, đối với trạm SSR MH-75; Q ≈ 11,8 m3/phút, đối với trạm GA-75). Chúng được trang bị thêm hệ thống xử lý làm sạch và sấy khô khí khá hoàn hảo nên chất lượng khí nén rất tốt, đảm bảo đủ lưu lượng và chất lượng để có thể sử dụng cho hệ thống vận chuyển ximăng, phục vụ cho quá trình công nghệ khoan; ép nước kỹ thuật cung cấp cho sinh hoạt và các hệ thống làm mát; cũng như cho các thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động , các thiết bị được dẫn động bằng khí nén khác… Vì vậy, với một trạm nén khí có 2 máy loại này (GA-75 của hãng Atlas-Copco, hoặc SSR MH-75 của hãng Ingersoll-Rand) được lắp đặt ở BM-7B, có thể 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 1,5-0,3/150), 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 khiển đóng/mở các van cầu ở các blok công nghệ (BM-1;2) và hệ thống khởi động cho các động cơ Diezel của các máy bơm dung dịch và máy bơm trám ximăng, nén khí cho các bình điều hòa lưu lượng của các máy bơm piston. Nguồn khí nén cao áp này còn được sử dụng trong công tác kiểm tra, kiểm định các van an toàn, vận hành các bộ đồ gá chuyên 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 công đoạn công nghệ xử lý Dầu khí. Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3:
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3. 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 Vietsovpetro đang tồn tại hai hệ thống khí nén cao áp và thấp áp, nhằm mục đích cung cấp nguồn năng 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 bảo vệ; 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 Diezel công suất lớn; các động cơ kiểu Roto; các máy bơm, máy mài, máy khoan, thiết bị tháo/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 công nghiệp; hoặc sử dụng khí nén để thực hiện một quy trình công nghệ nào đó, như gọi dòng trong khai thác; khuấy trộn dung dịch khoan hoặc xi măng trong quá trình khoan… Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều tạp chất bẩn, độ ẩm có thể ở những mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm: bụi, độ ẩm của không khí được hút vào, 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 số phần tử kể trên. Như vậy khí nén bao gồm chất bẩn đó được tải đi trong những đường ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Cho nên khí nén được sử dụng trong kỹ thuật phải xử lý. Mức độ xử lý khí nén tùy 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 đôi chút 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 các thiết bị kiểm tra, đo lường và ở các hệ thống điều khiển, tự động hóa. Để đánh giá độ sạch, người ta đưa ra các tiêu chuẩn về độ lớn của các tạp chất. Theo các tiêu chuẩn của Hội đồng các xí nghiệp châu Âu PNEUROP (European Committee of Manufacturers of Compressors, Vacuumpumps and Pneumatic tools) đề ra, độ lớn của các tạp chất trong khí nén không được vượt quá 70 μm. - Đảm bảo độ khô: Yêu cầu này rất quan trọng, nhất là khi khí nén được sử dụng trong hệ thống vận chuyển các vật liệu rời, như hệ thống vận chuyển ximăng. Trong các hệ thống này, 99,9 % lượng hơi ẩm (gồm hơi nước, dầu bôi trơn… gọi chung là condensate) phải được loại bỏ. Mặt khác, đảm bảo độ khô của khí nén làm hạn chế sự tạo thành các phase lỏng, là tác nhân tạo nên ăn mòn điện hóa trong dòng lưu thông của khí nén. - Đảm bảo khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp: Thông thường, khoảng nhiệt độ làm 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 sự giãn 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 có những yêu cầu về khoảng áp suất khí nén làm việc khác nhau. Để giải quyết vấn đề này, 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 thống điều 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 khí nén 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 đảm bảo độ sạch, và độ khô của khí nén. 1.3 Các phương pháp sử lý khí Để đảm bảo các yêu cầu đã nêu trên đối với khí nén, người ta tiến hành xử lý chúng trong và sau quá trình nén bằng rất nhiều biện pháp. Khí nén được tải từ máy nén bao gồm các chất bẩn thô, những hạt bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và mạt bụi của truyền động cơ khí. Phần lớn những chất này xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau khi khí nén từ máy nén khí qua đường ống cho vào bình chứa làm hơi nước ngưng tụ ở đó, độ ẩm của khí nén (lượng hơi nước) phần lớn sẽ được ngưng tụ tại đây. Giai đoạn xử lý này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu như thiết bị xử lý khí nén giai đoạn này tốt, hiện đại thì khí nén có thể sử dụng được, ví dụ những dụng cụ khí nén cầm tay, những thiết bị đồ gá đơn giản dùng 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 giai đoạn 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. Giai đoạn này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển tự động hóa. 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 đến việc giảm tuổi thọ của máy. 2.2 Phân loại máy nén khí piston 2.2.1 Máy nén khí piston theo phương nằm ngang +/ Ưu điểm: - Dễ dàng khi lắp ráp, bảo dưỡng kỷ thuật và sửa chữa nhất là đối với loại máy nén khí cỡ lớn. - Có hệ thống bố trí gọn gàng. +/ Khuyết điểm: - Sự mài mòn của piston xilanh, xécmăng không đồng đều. 2.2.2 Máy nén khí piston dạng đứng +/ Ưu điểm: - 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: - Cấu tạo phức tạp. 2.2.3 Máy nén khí piston dạng góc +/ Ưu điểm: - Bố trí hợp lý và thuận tiện hơn khi lắp ráp và sửa chữa so với máy dạng đứng. +/ Khuyết điểm: - Mài mòn các chi tiết xi lanh, piston, xécmăng không đồng đều. 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 nạp vào xi lanh. Khi piston đến cận phải B-B khí đã được nạp đầy vào xilanh, áp suất trong xilanh sẽ bằng áp suất trong khoang hút 1, van nạp sẽ được đóng lại. Quá trình nén khí bắt đầu diễn ra, piston chuyển động ngược lại bắt đầu từ cận phải B-B, khi áp suất trong 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 phía trái, khí từ xilanh được đẩy qua van xả 3 vào khoang xả 4 cho đến khi piston đến cận trái A-A thì quá trình xả khí ngừng lại. Sau đó quá trình nạp và xả khí sẽ được lặp lại liên 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. Khoang hút. Van hút. Van xả. Khoang xả. Khoang xilanh. Piston. Tay biên. Trục khuỷu. 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 kích thước hình học của máy nén khí mà không phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, độ ẩm của không khí. - Lưu lượng lý thuyết được tính theo công thức: QLT =
×S×n (2.2) Trong đó: D: đường kính piston. S: hành trình của piston. n: số hành trình kép của piston trong 1 giây. 2.4.3 Lưu lượng thực tế - Lưu lượng thực tế được tính bằng công thức: Q = lL×QLT (2.3) Trong đó: lL: lá hệ số lưu lượng có tính đến ảnh hưởng của: Rò rỉ khí qua van. Rò rỉ khí qua đệm làm kín. Ròr ri khí qua xéc măng. Thể tích không gian chết. 2.4.4 Công suất thực tế - Tính theo công thức: N = lĐN×P×Q (2.4) 2.4.5 Công suất cần thiết NCT =
(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 nắp trên và nắp dưới của xi lanh: Vchết =
×
δ (2.6) Trong đó: D: đường kính pittông. 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 mm Phía 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): 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 điểm chết 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 mở ra. - Quá trình xả khí (2 -3): Bắt đầu vào thời điểm mở van xả (điểm 2) quá trình xả diễn ra trong điều kiện áp suất không đổi. Quá trình xả kết thúc khi van xả đóng lại. - Ở thời điểm đổi hướng chuyển động của piston (điểm 3) áp suất giảm đột ngột đến áp suất của đường nạp, vì vậy van nạp được mở ra. Quá trình này giảm áp suất. Trong chu trình lý thuyết tương ứng với đường đẳng tích (3 – 4). 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 dụng máy 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 máy không 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 nén với 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: Bảng 2.1: Tỉ số nén theo các cấp Số cấp nén Z  1  2  3  4  5   Tỷ số nén R  < 7  5 ÷ 30  13÷150  35÷400  150÷1100   * Do công tiêu thụ trong máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian nhỏ hơn công tiêu thụ cho máy nén một cấp có cùng tỷ số. * Do giảm lực tác dụng lên piston và các chi tiết truyền động máy nén khi sử dụng máy nén khí nhiều cấp. * Công nén của máy nén một cấp tăng do mất mát vì rò rỉ lớn, mất mát công suất ở các van lớn, do không làm mát đầy đủ khí nén, do sự thay đổi tính chất của khí nén khi bị nén và những nguyên nhân khác. Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát của máy nén nhiều cấp. Phin lọc. Cấp nén 1. Van an toàn cấp 1. Đồng hồ đo cấp 1. Làm mát khí sau cấp 1. Bình tách lỏng (nước, dầu). Cấp nén 2. Làm mát khí sau cấp 2. Bình chứa chất lỏng sau cấp. Đồng hồ đo áp suất cấp 2. Rơle áp suất bảo vệ quá tải. Van an toàn cấp 2. Van chặn. Van một chiều. Bình chứa. Van xả tải. 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 tương ứng với lưu lượng của máy. Vì vậy người ta phải sử dụng các phương pháp điều chỉnh lưu lượng khí do máy nén khí cung cấp cho phù hợp. Việc điều chỉnh có thể bằng tay hoặc 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 bình chứa thông qua hệ thống điều khiển tự động, rơ le áp suất mạch điều khiển… - 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 nạp của 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 bình chứa một van xả khí nén ra ngoài một cách tự động hoặc bằng tay và làm việc một cách 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 động hoặc bằng tay. Như trong máy nén lạnh cần điều chỉnh năng suất hoặc máy nén khí lắp trên bơm ép vỉa. Thông thường các van máy nén khí có lắp cơ cấu này là van có cấu tạo hình vành xuyến, khi điều khiển van sẽ bị ép ở trạng thái luôn mở, khi đó khí nạp vào 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 với máy 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 một khoảng 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. Phương pháp này được thực hiện đối với máy nén có cơ cấu điều chỉnh hành trình công tác S của piston. 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 dẫn động bằng động cơ điện. Trạm được lắp đặt trên các giàn khoan khai thác dầu-khí của ‘XNLD Vietsovpetro’. Trạm có vai trò cung cấp khí nén với áp suất khoảng 6 ÷ 8 kG/cm2 cho các thiết bị đo lường, 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,v.v..của hệ thống công nghệ khai thác dầu-khí. Trạm được lắp đặt ở Block công nghệ BM-06 theo sơ đồ dưới:
Hình 3.1: Sơ đồ lắp đặt trạm máy nén khí T30-7100. Thành phần cơ bản của trạm gồm: LCP - 01 (Local control and starter panel): tự điều khiển. M : động cơ điện 380 V/ 3 pha / 50 Hz : khởi động Y - ( AIR INTAKE FILTER: phin lọc khí đầu hút. PSV 02 A: van an toàn lò xo sau cấp 1: giá trị đặt 5,517 barg. SDY 01 A: van điện tử ba ngã điều khiển van không tải. LSLL 01A: Rơle bảo vệ máy theo mức dầu bôi trơn thấp. AFTERCOOLER: két làm mát khí nén sau cấp 2 bằng quạt gió. FLEXIBLE CONECTION: ống nối mềm. MOISTORE SEPERATO: thiết bị tách lỏng từ khí nén. DT-01A: van xả tự động lượng lỏng trong thiết bị tách. PSHH - 01A: Rơle áp suất dừng máy khi áp suất đầu ra cao(> 11.03 barg). PI-01A: đồng hồ đo áp suất khí nén sau cấp 2. PSV-03: van an toàn bình chứa khí nén. Áp suất đặt 12 barg. PI -02: đồng hồ chỉ áp suất của bình chứa. AIR RECEIVER V-01: bình chứa khí nén: thể tích 2m3, áp suất thiết kế 12 barg, nhiệt độ làm việc 20 ( 60oC.