Đồ án Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng máy nén khí GA-75FF

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp dầu khí của Việt nam trong hơn 30 năm qua đã đóng góp một phần không nhỏ trong sự phát triển chung đấy. Trong đó phải nói đến sự đóng góp đáng kể của XNLD Vietsovpetro, hàng năm đã mang về cho đất nước hàng tỷ đô la từ xuất khẩu dầu thô. Mà trong ngành công nghiệp dầu khí, vai trò của năng lượng khí nén đặc biệt quan trọng, nhất là đối với các giàn khoan-khai thác Dầu khí trên biển. Nếu để mất nguồn khí nén này chỉ trong vài phút thì mọi hoạt động trên giàn bị tê liệt, công nghệ khai thác không kiểm soát được, do đó nguồn khí nén có ý nghĩa rất quan trọng trên các giàn khoan. Tại các giàn khoan có rất nhiều trạm máy nén khí có thể cung cấp khí cho các thiết bị và hệ thống phục vụ cho công nghệ khoan-khai thác Dầu khí. Trong đó có trạm máy nén khí trục vít GA-75FF đã được đưa vào hoạt động, vì nó có thể đảm bảo tốt yêu cầu về nguồn khí cung cấp, bố trí gọn, hoạt động hoàn toàn tự động, có hệ thống an toàn khi máy có sự cố. Và đặc biệt là lưu lượng của trạm máy này lớn không thay đổi. Vì vậy, sau khi được học tập, đào tạo và trong quá trình thực tập tại XNLD Vietsovpetro, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Văn Thịnh, cùng toàn thể các thầy trong Bộ môn Thiết bị dầu khí, các kỹ sư, công nhân của XNLD Vietsovpetro đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này với đề tài: “Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng máy nén khí GA-75FF” với chuyên đề “Đánh giá máy nén và hệ thống khí nén, các giải pháp sử dụng khí nén một cách có hiệu quả” tại giàn MSP-8 thuộc XNLD Vietsovpetro. Trong quá trình làm đồ án em cũng không tránh khỏi sai sót, em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy, cô trong ngành để bản thân em củng cố thêm lý thuyết và thực tế, giúp em hoàn thiện chuyên đề này và phục vụ cho công tác sau này. Em xin trân trọng cảm ơn. Hà Nội, ngày 03 tháng 6 năm 2010 Sinh viên Đỗ Văn Hoan CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ CÁC TRẠM MÁY NÉN KHÍ 1.1. Khái quát về hệ thống khí nén và các trạm máy nén khí trên các công công trình biển 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 Sơ đồ hệ thống khí nén giàn MSP-8 (hình 1.1) 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 4BУ 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 & đo lường, và các thiết bị phục 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 УM-8. Trạm máy nén khí ВП2-9/10 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. 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 xử 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. Hình 1.2. Các giai đoạn xử lý khí nén. Các phương pháp xử lý khí nén. Không khí chứa nhiều thành phần, trong đó có lượng hơi nước đáng kể. Sau khi qua giai đoạn lọc thô, lượng hơi nước vẫn còn. Do những yêu cầu về chất lượng khác nhau trong việc sử dụng khí nén (hình 1.2), đòi hỏi khí nén phải được xử lý tiếp.
Hình 1.3. Các phương pháp xử lý khí nén và lĩnh vực ứng dụng. 1.3.1. Bình ngưng tụ làm lạnh bằng không khí hoặc bằng nước. Khí nén sau khi ra khỏi máy nén sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ.Tại đây khí sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng nước chứa trong khí nén sẽ được ngưng tụ và tách ra. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ +300C đến +350C. Làm lạnh bằng nước (ví dụ nước lạnh có nhiệt độ là +100C) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là +200C. Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước, xem hình 1.3.
Hình 1.4. Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước. 1.3.2. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh và hấp thụ 1.3.2.1. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh Nguyên lý hoạt động của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh (hình1.4): Khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí (1). Tại đây dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và sử lý từ bộ phận ngưng tụ đi lên. Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh (2). Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách, dòng khí nén sẽ được đổi chiều trong những ống dẫn nằm trong thiết bị này. Nhiệt độ hoá sương tại đây là +20C. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được tạo thành từng giọt nhỏ một. Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết tủa (3). Ngoài lượng hơi được kết tủa, tại đây còn có các chất bẩn, dầu bôi trơn cũng đã được tách ra. Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nhiệt độ từ khoảng 60C đến 80C, trước khi đưa vào sử dụng. Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơ le điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt.
Hình 1.5. Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh.
Hình 1.6. Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt. a: ống dẫn chất làm lạnh ở dạng lỏng b: ống dẫn chất làm lạnh c: cảm biến nhiệt độ d: ống mao dẫn e: màng f: lỗ vòi phun g: lò xo h: cơ cấu điều chỉnh lỗ vòi phun Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt: Tại vị trí A chất làm lạnh (ví dụ: chlorfluormethan CCL3F) ở dạng thể khí. Khi nhiệt độ ở vị trí b thay đổi, cảm biến nhiệt độ c qua ống mao dẫn d sẽ tác động lên màng e, như vậy sẽ làm thay đổi vị trí của vòi phun f, lưu lượng của chất làm lạnh vào sẽ thay đổi. 1.3.2.2. Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ Sấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hóa học. Quá trình vật lý: Chất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm và gồm 2 bình sấy khô. Bình sấy khô thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình sấy khô, trong khi đó bình sấy khô thứ 2 sẽ được tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô (chất háo nước) mà đã dùng lần trước đó (hình 1.6). Chất sấy khô thường được chọn như silicagel SiO2, nhiệt độ điểm sương –500C, nhiệt độ tái tạo t = 1200C ( 1800C.
 Hình 1.7. Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ.
Hình 1.8. Quá trình vận hành của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ. Chu kỳ hoạt động của hệ thống. Khi bình sấy khô thứ nhất I hoạt động, van 6 mở, khí nén từ máy nén khí qua bình sấy II, qua van 4 và vào hệ thống điều khiển. Quá trình tái tạo được thực hiện bằng khí nóng sau khi không khí qua máy nén khí 1 và được nung nóng trong bộ phận nung nóng 2 qua van 7 vào bình chứa I, qua van 8, lúc đó không khí nóng bão hòa sẽ được được đưa ra ngoài. Quá trình hóa học: Thiết bị gồm 1 bình chứa, trong đó chứa chất hấp thụ (hình 1.8), chất hấp thụ bằng quá trình hóa học thường là NaCl. Không khí ẩm sẽ được đưa vào từ cửa 1, sau khi đi qua chất hấp thụ 2, ví dụ NaCl, lượng hơi nước trong không khí sẽ kết hợp với chất hấp thụ và tạo thành những giọt nước lắng xuống phần dưới của đáy bình chứa. Từ đó phần nước ngưng tụ sẽ được dẫn ra ngoài bằng van 5. Phần không khí sấy khô sẽ theo cửa 4 vào hệ thống điều khiển.
Hình 1.9. Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hóa học. Hiện nay, trên các giàn cố định của XNLD Vietsovpetro, người ta sử dụng hầu hết các phương pháp xử lý khí nén đã nêu trên. - Xử lý khí nén bằng các bộ lọc, các bình ngưng tụ và làm lạnh bằng nước, như đối với các máy nén khí ВП2-9/10 ; ЭКП-70/25 ; Kp-2T (hoặc BT 1,5-0,3/150)... - Xử lý khí nén bằng các bộ lọc, các bình ngưng tụ và làm lạnh bằng không khí, như đối với các máy nén khí BУ-0,6/8 (hoặc BУ-0,6/13); 4 BУ1-5/9... - Xử lý khí nén bằng các bộ lọc, các bình ngưng tụ và làm lạnh bằng không khí, làm khô khí bằng các chất hấp thụ trong một hệ thống chuyên dụng, như đối với các máy nén khí “Ingersoll-Rand T 30/7100 ”... - Xử lý khí nén bằng các bộ lọc, các bình ngưng tụ và làm lạnh bằng không khí, làm khô khí bằng chất làm lạnh trong một hệ thống chuyên dụng , như đối với các máy nén khí GA-30 ; GA-75 (của hãng Atlas-Copco), hoặc Ml 18.5E ; SSR MH-75 (của hãng Ingersoll-Rand)... CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ MÁY NÉN KHÍ DẠNG TRỤC VÍT 2.1. Mô tả chung về máy nén khí dạng trục vít Máy nén khí trục vít là máy nén thể tích. Thường được sử dụng trong hệ thống vận chuyển thu gom khí đồng hành ở các mỏ hoặc cung cấp nguồn khí nén cho các thiết bị đo và điều khiển tự động. Do có cấu tạo khác với máy nén piston. Chuyển động tịnh tiến của piston làm thay đổi thể tích (Máy nén piston là một dạng của máy nén thể tích). Máy nén trục vít có cấu tạo theo nguyên lý ăn khớp giữa các trục vít với nhau hoặc qua một cặp hoặc vài cặp bánh răng ăn khớp. Nên máy nén trục vít có thể làm việc với số vòng quay cao, và do vậy có thể giảm khối lượng và kích thước. Cũng do cấu tạo như vậy nên máy nén trục vít có dao động về lưu lượng rất thấp. Máy nén hoàn toàn cân bằng và không cần phải có đế đặc biệt. Do không có van hút, van xả và vòng xéc măng nên máy nén trục vít có tuổi thọ cao, tin cậy khi làm việc so với máy nén khí piston. Máy nén khí trục vít đơn giản khi bảo dưỡng kỹ thuật và có thể làm việc ở chế độ tự động hoàn toàn. 2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Máy nén khí trục vít hoạt động theo nguyên lý ăn khớp, trong quá trình ăn khớp thể tích các buồng thay đổi. Nó gồm hai trục vít nhiều đầu mối răng ăn khớp và quay ngược chiều nhau. Một trục dẫn động nhận truyền động từ động cơ và truyền cho trục bị dẫn động qua cặp bánh răng nghiêng. Không khí được hút từ đầu này (ở phía trên cặp trục vít) được nén đẩy sang đầu kia (phía dưới) của cặp trục. Khe hở giữa hai trục vít (phần đỉnh răng của trục vít này và chân răng của trục vít kia) và giữa đỉnh răng với xi lanh vào khoảng 0,1 ÷ 0,4 mm. Vì vậy khi làm việc không có ma sát. Tuổi thọ cao, các trục vít làm việc êm, các trục vít có độ chính xác cao. Khi các trục vít quay được một vòng, thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy (hình 2.1). Với các loại máy nén khí có vận tốc quay của các trục vít lớn hàng ngàn vòng phút, các quá trình hút/nén có thể được coi là liên tục. Vì vậy, máy nén khí kiểu trục vít thường có kết cấu nhỏ, gọn nhưng lưu lượng và công suất khá lớn. Nhược điểm của máy nén trục vít là khó chế tạo và sửa chữa. Số vòng quay của trục vít từ 3000 vòng/phút trở lên thậm trí đến 15.000 vòng/phút.
Hình 2.1. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu trục vít.
Hình 2.2. Quá trình ăn khớp.
Hình 2.3. Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén kiểu trục vít. Phần chính của máy nén khí kiểu trục vít gồm 2 trục: trục chính và trục phụ (hình 2.2). Số răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén), khi trục quay 1 vòng. Số răng càng lớn, thể tích hút, nén của 1 vòng quay sẽ nhỏ. số răng (số đầu mối của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn.Trong hình 2.2 trục chính (2) có 4 đầu mối (4 răng), trục phụ (1) có 5 đầu mối (5 răng). 2.1.2. Các thông số cơ bản của máy nén trục vít 2.1.2.1. Năng suất của máy nén trục vít Năng suất của máy nén trục vít được tính bằng công thức sau đây: Q = (F1Z1 + F2Z2).L.n.(o (m3/phút). (2.1) Trong đó: F1, F2 : Diện tích tiết diện ngang của các rãnh ăn khớp trên mỗi trục vít, (m2). Z1, Z2 : Số răng của mỗi trục. L : Chiều dài đường vít (m). n : Số vòng quay của trục vít (vòng/phút). (o : Hệ số cấp, phụ thuộc vào khe hở giữa hai trục vít với nhau và giữa trục vít với xi lanh. (o = 0,5 ÷ 0,75. Muốn thay đổi năng suất của máy nén trục vít người ta thường dùng hai biện pháp: Một là đóng bớt cửa hút, hai là xả vòng hơi nén từ phía đẩy về phía hút. Cách thứ nhất kinh tế hơn. 2.1.2.2. Công suất của máy nén khí trục vít Công suất nén của máy nén trục vít cũng được tính toán tương tự như máy nén cánh gạt. N
(W) (2.2) N : công suất của máy nén khí (W). k : là chỉ số đoạn nhiệt. P1, P2 : là áp suất đầu hút và đầu nén (N/m2). Q1 : là năng suất hút của máy (m3/s). Máy nén trục vít của hãng Frich (Mỹ) với kiểu RXB – 12 đến RXB – 50 dùng trong máy lạnh Amoniac hay Freon là nổi tiếng thế giới. Tuổi thọ do máy của hãng chế tạo có thể từ 10 ÷ 20 năm. 2.1.2.3. Lưu lượng máy nén khí trục vít Lưu lượng lý thuyết của máy nén theo số vòng của Roto chủ động và bị động và số vòng quay: VL = VR.Z1.n1 = VR.Z2.n2 (2.3) VL : Lưu lượng lý thuyết của máy nén. VR: Thể tích các rãnh giữa các ren của trục truyền động và bị động. Z1,Z2: là số răng của trục vít chủ động, bị động. n1, n2: số vòng quay của trục vít chủ động, bị động. Công thức tính hệ số lưu lượng: (v = VT/VL = (VT – Vtt)/VL = 1 – Vtt /VL (2.4) (v: Hệ số lưu lượng. VL: Lưu lượng máy nén theo lý thuyết. VT: Lưu lượng máy nén thực tế. Vtt: Lưu lượng máy nén thất thoát. Công thức tính hệ số nén bên ngoài: