tìm hiểu bơm ly tâm nps 6535 - 500 trong vận chuyển dầu khí - chuyên đề các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hút của máy bơm và phương pháp khắc phục

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất
LỜI NÓI ĐẦU

Nền kinh tế của đất nước ta trong những năm gần đây đã có những bước tiến
vượt bậc với sự tăng trưởng ln duy trì ổn định ở mức tương đối cao. Đóng góp
một phân khơng nhỏ vào các thành tựu phát triển đó, ngành cơng nghiệp dầu khí
của chúng ta, và điển hình là Xí nghiệp liên doanh “VIETSOVPETRO”, mặc dù là
ngành cơng nghiệp cịn non trẻ nhưng đã khơng ngừng học hỏi, tích lũy kinh
nghiệm sản xuất, tiến bộ của khoa học kỹ thuật để trở thành ngành công nghiệp mũi
nhọn, chủ lực của đất nước như ngày nay.
Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là đơn vị đi đầu trong cơng tác
thăm dị, tìm kiếm, khai thác. Hiện nay xí nghiệp có 12 giàn cố định và một số giàn
nhẹ, tất cả đều ở trên biển do đó địi hỏi phải có hệ thống trang thiết bị phù hợp,
hiện đại. Đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như tuổi thọ của thiết bị cũng
là nhiệm vụ hết sức quan trọng.
Thiết bị trong vận chuyển dầu khí hết sức đa dạng trong đó bơm ly tâm là
thiết bị cơ bản được dùng rất phổ biến, đặc biệt là bơm ly tâm NPS 65/35-500. Do
đó trong q trình thực tập, nghiên cứu, đồng thời với sự đồng ý của bộ mơn Thiết
Bị Dầu Khí Và Cơng Trình, Khoa Dầu Khí, Trường Đại Học MỎ ĐỊA CHẤT, em
đã được giao đề tài: ‘‘Tìm hiểu bơm ly tâm NPS 65/35 - 500 trong vận chuyển dầu
khí’’.
Và với chuyên đề: “Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hút của máy bơm và
phương pháp khắc phục”.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Bản và các thầy trong
bộ môn Thiết Bị Dầu Khí Và Cơng Trình, cùng với sự cố gắng của bản thân đến
nay em đã hoàn thành xong đồ án này. Đồ án gồm có 4 nội dung chính, chia làm 4
chương như sau:
Chương I: Đặc điểm công tác vận chuyển dầu và việc sử dụng các loại bơm
ly tâm tại Xí nghiệp liên doanh “VIETSOVPETRO”.

Chương II: Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm.
Chương III: Tổ hợp bơm ly tâm NPS 65/35 - 500.
Chương IV: Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hút của máy bơm và
phương pháp khắc phục.

Nguyễn Danh Cơng

1

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức thực tế, kiến thức bản thân cịn
hạn chế nên khơng tránh khỏi nhưng sai sót, em rất mong được sự góp ý của thầy cơ
và bạn bè.
Qua đây, em cũng bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy Trần Văn Bản,
các thầy trong bộ mơn Thiết Bị Dầu Khí Và Cơng Trình, cơng nhân và cán bộ thuộc
Xí nghiệp liên doanh Vietsovptro và bàn bè đã giúp đỡ em nhiệt tình chu đáo.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội: Tháng 06 năm 2010
Sinh Viên: Nguyễn Danh Cơng

Nguyễn Danh Cơng

2

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU Ở MỎ BẠCH HỔ
VÀ CÁC LOẠI BƠM LY TÂM DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH THU GOM
VẬN CHUYỂN DẦU
1.1 HỆ THỐNG THU GOM XỬ LÝ VẬN CHUYỂN DẦU Ở MỎ BẠCH HỔ
1.1.1 Khái niệm chung về hệ thống thu gom , vận chuyển dầu khí
Sản phẩn khai thác lên từ giếng là một hỗn hợp gồm nhiều pha, rất phứt tạp
(dầu, khí, các tạp chất cơ học….). Và do tính chất đặc thù của sản phẩn dầu khí là
khơng có tính tập trung cao và dễ cháy nổ, do sản phẩm được khai thác từ các giếng
khác nhau trên cùng một giàn và từ các giàn khác nhau của cùng một mỏ. Vì vậy, ta
phải tiến hành thu gom tập hợp và xử lý đó là cơng đoạn cuối cùng của q trình
sản xuất dầu thơ thương phẩm. Hệ thống thu gom vận chuyển là hệ thông kéo dài từ
miệng đến các điểm cất chứa sản phẩm thương mại. Hệ thống này bao gồm hệ
thống đường ống, các cơng trình trên mặt, các thiết bị tách pha, thiết bị đo lường, bể
chứa, các thiết bị xử lý sản phẩm, các trạm bơm nén, các thiết bị chao đổi nhiệt…
Sau đó hệ thống thu gom phải đảm bảo 4 nhiệm vụ sau:
+ Tập trung tất cả sản phẩn từ các giếng riêng rẽ các khu vực khác nhau
trong một mỏ lại với nhau.
+ Đo lường chính xác cả về số lượng của sản phẩn khai thác và của từng
giếng theo mục đích khác nhau. Việc đo lường này được thực hiện theo định kỳ với
mỗi giếng, thời hạn tùy thuộc mức độ phức tạp. Để việc đo lường chính xác thì
trước tiên phải tách riêng các pha thơng qua bình tách. Ở cơng đoạn này, nhiệm vụ
chủ yếu là xác định số lượng và tỷ lệ các pha.
Xản phẩm luân chuyển trong hệ thống thu gom, phải qua các thiết bị công

nghệ để xử lý. Cùng với việc đo số lượng cần phải thực hiện kiểm tra chất lượng,
chủ yếu là hàm lượng các tạp chất có trong mỗi loại sản phẩm.
+ Xử lý sản phẩm thô đạt tiêu chuẩn dầu thô thương mại. Chất lưu được khai
thác còn gọi là chất lỏng giếng, khai thác lên là hỗn hợp dầu , khí, nước, bùn, cát.
Trong đó cịn có các hóa chất khơng phù hợp vơi u cầu vận chuyển và chế biến
như: C2,H2O, các loại muối tan và không tan. Nên việc thu gom phải đảm bảo tách
pha, trước hết là pha khí, nước và muối. Sau đó mỗi pha phải được tiếp tục xử lý.
Đối với pha khí, sau khi ra khỏi các chi tiết còn mang một tỷ lệ các thành
phần nặng (từ propan trở lên), mang theo nước tự do ngưng tụ , hơi nước và có thể
là CS chua như H2S, CO2

Nguyễn Danh Cơng

3

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Để xử lý dầu thương mại, cần tiếp tục tách nước, tach muối và các tạp chất
cơ học.
+ Phải đảm bảo yêu cầu về môi sinh. Riêng với pha nước, thường được gọi
là nước thải của công nghiệp dầu mỏ chủ yếu là nước vỉa, trước khi thải ra môi
trường, hoặc tái xử dụng cần phải xử lý, trước hết là lọc hết váng dầu để đảm bảo
yêu cầu về môi trường.
Để hệ thống thu gom, xử lý đảm bảo được 4 nhiệm vụ trên thì nó phải thỏa
mãn các u cầu sau:

- Phải đo lường chính xác cả số lượng và chất lượng.
- Giảm tổn hao sản phẩm đến mức thấp nhât. Sự hụt các sản phẩm dầu khí có
thể do bay hơi các thành phần nhẹ, do rò rỉ qua đường ống và các thiết bị công
nghệ. Nên cần phải hạn chế tối đa tổn hao.
- Việc xử lý phải đạt tiêu chuẩn cao nhất theo yêu cầu thương mại.
- Phải đạt tiêu chuẩn kinh tế đầu tư và vận hành. Tiêu hao kim loại và chi phí
nhân lực cho một đơn vị sản phẩm phải thấp.
- Hệ thống thu gom phải có tính vạn năng hoặc mức độ thích ứng cao.
- Hệ thống thu gom vận chuyển phải có mức độ tự động hóa cao, đặc biệt là
khâu đo lường sản phẩm và vận hành hệ thống kiểm sốt khóa, van , thơng số thiết
bị.
1.1.2 Tính chất lý hóa của dầu thô ở mỏ Bạch Hổ và ảnh hưởng của nó tới hệ
thơng thu gom xử lý và vận chuyển
Tính chất lý, hóa là một đặc điểm có ảnh hưởng trực tiếp rất lớn đến công tác
vận chuyển dầu trong khu vực mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng. Ở đây ta chỉ xem xét đến
một số tính chất cơ bản, có ảnh hưởng quan trọng trực tiếp đến cơng tác vận
chuyển, tồn trữ chứ không thể đi sâu vào các tính chất cơng nghệ hóa dầu cùng tính
thương phẩm của chúng.
1.1.2.1 Khối lượng riêng ρ
Hiện nay dầu thô của chúng ta khai thác được chủ yếu tập trung ở các tầng
sản phẩm Mioxen hạ, Oligen hạ và tầng móng kết tinh. Chúng thuộc loại dầu nhẹ
vừa phải, khối lượng riêng nằm trong khoảng giới hạn (0,83 ÷ 0,85).103kg/m3. Dầu
thơ ở khu vực mỏ Bạch Hổ có khối lượng riêng khoảng 0,8319.10 3 kg/m3 (38o6API),
đó là một thuận lợi đối với cơng tác vận chuyển dầu, bởi vì mặc dù theo cơng thức
tính lưu lượng của bơm Q= C mПDb = (ϕ

Nguyễn Danh Công

4

n
Dn) π. D. (K1.D) = Kϕ D3n và cột áp
60

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

H= ta không thấy có sự ảnh hưởng nào của khối lượng riêng chất lỏng cơng tác,
nhưng nó lại ảnh hưởng đáng kể đến công suất thủy lực (N TL) của các máy bơm :
NTL = G.H = (ρ .g.Q).H. Điều đó có nghĩa là nếu ρ nhỏ, việc cung cấp năng lượng
(điện năng) cho các trạm bơm vận chuyển dầu giảm đáng kể .
1.1.2.2 Độ nhớt µ
Là khả năng của chất lỏng có thể chống lại được lực trượt (lực cắt), nó được
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 đặc trưng cho mức độ di
động của chất lỏng. Độ nhớt của chất lỏng thay đổi trong một phạm vi rộng theo
nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì µ giảm và ngược lại. Ngoài ra khi áp suất tăng thì độ
nhớt của chất lỏng cũng tăng, trừ một và chất lỏng đặc biệt như nước. Khi vận
chuyển dầu, chúng ta phải đưa chúng vào trạng thái chuyển động, muốn vậy phải
đặt vào chúng một lực nhất định bằng sự tác dụng của các cánh bơm. Chuyển động
của chất lỏng chỉ xuất hiện khi ứng suất ma sát vượt quá một giới hạn nào đó, gọi là
ứng suất trượt ban đầu. Như vậy rõ ràng độ nhớt của chất lỏng cơng tác ảnh hưởng
rất lớn đến dịng chuyển động của nó, mặc dù trong các cơng thức tính tốn cơ bản
của các máy bơm dùng để vận chuyển chất lỏng (dầu thơ) này khơng có mặt trực
tiếp của đại lượng µ, nhưng chính nó là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất gây nên
tổn thất của dịng chảy. µ càng lớn thì tổn thất thủy lực của dịng chảy càng 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 Cơng ty
DMC (Việt Nam) và Viện hóa dầu COPAH ( Tomsk – CHLB Nga ), có độ nhớt khá
lớn . Độ nhớt động ν (trong đó ν =

µ
) của dầu tầng Mioxen ở 500C thay đổi trong
ρ

một khoảng rộng từ 8,185 ÷16,75 Cst. Độ nhớt động ν của dầu ở tầng Oligoxen vào
khoảng 6,614 Cst, của tầng móng vào khoảng 6,686 Cst ở 50 0C. Điều đó gây khó
khăn rất lớn cho công tác vận chuyển dầu của chúng ta.
1.1.2.3 Ảnh hưởng của các tính chất lý, hóa khác
Dầu thơ của chúng ta là loại sạch, chứa rất ít các độc tố, các kim loại nặng
như chì (1,39ppm), Vanadium(0,46ppm), Magiê(7,270ppm), Lưu huỳnh (0,005%
trọng lượng ). Đây là một điều tốt cho hệ thống 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% trọng lượng đối với dầu thơ Bạch Hổ) có nhiệt độ sơi trên
5000C trong q trình chưng cất chân khơng, ta thấy dầu thô của chúng ta chứa hàm
Nguyễn Danh Công

5

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

lượng Parafin rắn khá cao, đến 44,12%trọng lượng (phần cặn), điều đó làm giảm
tính linh động 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 thô
tăng 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 dầu của chúng
ta bởi chúng rất dễ làm tắc nghẽn các tuyến đường ống, nhất là ở tại các điểm nút
hoặc tại các tuyến ống ở xa trạm tiếp nhận và có lưu lượng thông 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, hóa của dầu thơ Việt Nam, và việc xử lý, khắc phục
chúng đòi hỏi cả một q trình cơng nghệ phức tạp và tốn kém.
Để cải thiện các tính chất lý hóa của dầu, phục vụ cho công tác vận chuyển,
tồn trữ chúng, người ta sử dụng nhiều biện pháp nhằm làm giảm độ nhớt hoặc gia
nhiệt cho chúng để chống sự đông đặc làm tắc nghẽn đường ống của dầu. Ví dụ,
bằng phương pháp cấy vi sinh vào môi trường nước ép vỉa, người ta đã làm tăng tối
đa các quá trình phản ứng men ơxy hóa hydrocacbon của dầu có độ nhớt cao, điều
đó làm tăng khả năng thu hồi dầu ở các tầng sản phẩm và làm tăng được tính lưu
biến của chúng .
Ngoài các ảnh hưởng trên, yếu tố địa lý, khí hậu, thủy văn cũng có sự tác
động khơng nhỏ đối với công tác vận chuyển và các quá trình cơng nghệ khai thác
dầu. Vùng biển thềm lục địa 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 nhiều
sương mù kéo dài từ khoảng tháng 4 đến tháng 10. Vào mùa này khí hậu thường
nóng, do vậy dầu thô khai thác được khi qua các công đoạn xử lý cơng nghệ 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 Đơng – 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 đến 25÷30m/s, nhiệt độ khơng
khí giảm xuống rõ rệt. Vì vậy ở các giàn khai thác có các giếng với sản lượng thấp
thường hay xảy ra hiện thượng dầu bị đơng đặc, hoặc chí ít thì tính linh động của

dầu cũng giảm xuống rõ rệt, gây khó khăn cho việc vận chuyển dầu. Đó là chưa kể
đến những sự cố bất thường xảy đến cho tuyến vận chuyển dầu (tắc nghẽn, gẫy vỡ
đường ống) và các trạm tiếp nhận cũng thường hay xảy ra trong mùa thời tiết không
mấy thuận lợi này.

Nguyễn Danh Cơng

6

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Ngoài ra, điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm khơng khí lớn, và mơi trường
biển này có hại đến tuổi thọ, độ bền của máy móc, thiết bị cơng nghệ cũng như các
tuyến đường ống vận chuyển dầu. Các cấu trúc, kết cấu kim loại của máy móc thiết
bị cơng nghệ ngồi việc chịu tải trọng lớn khi làm việc, còn chịu tác động ăn mịn với
cường độ lớn do mơi trường biển gây ra. Trong thực tế, có trên 50% các trường hợp
sự cố đối với cac đường ống ngầm vận chuyển dầu là do tác động của ăn mòn kim
loại. Vì vậy khi tính tốn thiết kế, lắp đặt các hệ thống thiết bị cơng nghệ trên các
cơng trình biển, phải nên đặt điều kiện làm việc này (môi trường biển, độ ẩm lớn,
khí hậu nhiệt đới ... ) lên mối ưu tiên hàng đầu .
1.1.2 Hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ
Theo hình (1.1), hệ thống thu gom của mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng được nối
với nhau thành một hệ thống thống nhất bằng đường ống gôm 4 đoạn:
Đoạn đầu tiên nối giàn cố định RP-1 với cụm van phân dòng ngầm của tàu
chứa FSO-3 của mỏ Rồng, với chiều dài 6000m, đường kính 325×16mm.

Đoạn thứ hai có đường kính và chiều dài tương tự cụm van phân dòng ngầm
tàu chứa 3 đến chân đế giàn vệ tinh RC-1.
Đoạn cuối cùng nối với giàn CTP-2 (giàn công nghệ trung tâm) của mỏ Bạch
Hổ có chiều dài 10000m và đường kính 426×16mm.
Tồn bộ đường ống được thiết kế và xây dựng khơng có lớp bọc cách nhiệt
và được đặt ngay trên đáy biển.
Tuy nhiên ta chỉ xét đến hệ thống thu gom ở mỏ Bạch Hổ gồm có 3 kho nổi
xuất chứa dầu; 2 giàn công nghệ trung tâm CTP-2 và CTP-3: 10 giàn cố định MSP
và 8 giàn BK. Toàn bộ hệ thống này được chia làm hai phần: vòm bắc và vòm nam.
+ Hệ thống thu gom ở vòm bắc
Ở vòm bắc, dầu được vận chuyển từ các dàn cố định (MSP-11, MSP-9,
MSP-10, MSP-5, MSP-7, MSP-3, MSP-4) qua các giàn cố định (MSP-1, MSP-8,
MSP-6), về đến kho cất chứa dầu (FSO-1, FSO-2) và từ đây dầu được bán cho các
tàu chứa nước ngồi. Để thuận tiện cho q trình vận chuyển và tránh gây tổn thất
cho máy bơm và tất cả các thiết bị trong hệ thống vận chuyển, nên các thiết bị vận
chuyển được bố trí theo trạm trung chuyển (tiếp điểm nhận dầu). Cụ thể vịm bắc
gồm có hai điểm tiếp nhận là:
- Điểm trung chuyển MSP-6: Đây là điểm nút mà dầu được vận chuyển từ
các giàn MSP-3, MSP-4, MSP-5, MSP-7 và trường hợp dầu từ giàn MSP-9, MSP-

Nguyễn Danh Cơng

7

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

10, MSP-11 được trung chuyển về. Và từ đây dầu được bơm về các tàu chứa Chí
Linh.
- Điểm tiếp nhận và trung chuyển MSP-8: Đây là điểm tiếp nhận lượng dầu
trung chuyển lớn từ các điểm trung chuyển phía nan (thơng qua MSP-1) và các giàn
MSP-9,MSP-10, MSP-11. Dầu từ đây được bơm vận chuyển về tàu chứa Chí Linh.
Để đảm bảo được quá trình vận chuyển dầu, ở vịm bắc gồm có các thiết bị
vận chuyển sau:
Kho chứa xuất dầu FSO-1 (BA VÌ) được liên kết với các giàn cố định MSP-1
bằng đường ông ngầm. Kho chứa xuất dầu này có thể tiếp nhận dầu với hàm lượng
không lớn hơn 10%. Dầu sau khi đến kho nổi chứa xuất dầu được gia nhiệt lại để
đáp ứng hiệu quả của quá trình xử lý dầu. Nước được tách ra khỏi bằng công nghệ
lắng trong FSO-2. Từ đây dầu thương phẩm được đưa về các hầm chứa, nước được
tách ra được vận chuyển về két nước thải và đưa xuống biển sau khi đã được xử lý.
Khí dư tách ra từ dầu được thải vào khơng khí qua van thải nhanh. Dầu thương
phẩm được xuất cho các khách hang sang tàu chứa bằng phương pháp cặp mạn.
FSO-2 (Chí Linh) có chức năng giống FSO-1, nhưng nó có được trang bị
thêm thiết bị có thể xử lý dầu với hàm lượng nước đến 20%.
Hệ thống đường ống ngầm nối liền các giàn cố định với nhau. Hệ thống gồm
mạng lưới các đường ống ngầm đường kính 219×12mm hoặc 312×16mm cho phép
vận chuyển sản phẩm khai thác đã tách khí từ giàn cố định đến điểm thu gom trên
kho nổi chứa xuất dầu hoặc giàn công nghệ trung tâm.
Đường ống vận chuyển dầu vào bờ gồm 2 đoạn: Đoạn ngồi biển dài 126
km, có đường kính 426×16mm và đoạn trên bờ cho đến tận tổ hợp xử lý dầu tại Tuy
Ha đường kính 530×9mm dài 35,8km. Trên giàn,bơm trung chuyển được đặt cách
giàn công nghệ trung tâm mỏ Bạch Hổ theo tuyến ống là 41km. Đoạn ống gần bờ từ
độ sâu 30m nước trở vào được trong bể bê tơng và chơn sâu xuống biển. Phần cịn
lại không được bọc bê tông nhưng cũng được chôn sâu xuống biển.
Công suất thiết kế của giàn công nghệ trung tâm và đường ống vận chuyển là
3,5 triệu tấn dầu/ năm.

Nguyễn Danh Cơng

8

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

MSP6
MSP7

FSO-2
MSP3

MSP5
MSP4

FSO-3 (CHI LANG)

RC-1
MSP8

RP-2

MSP10

RP-1

MSP9
MSP11

BK7
MSP1

FSO-1

BK3

BK1
BK10

CTP2

BK2

BK6

FSO-4

BK5

CTP3
BK4
BK9
BK8

BT7

Hình 1.1: Sơ đồ thu gom, vận chuyển trên toàn mỏ Bạch Hổ
FSO: Kho nổi chứa suất dầu
CTP: Giàn công nghệ trung tâm
BK: Giàn nhẹ trên mỏ Bạch Hổ
MSP: Giàn cố định trên mỏ Bạch Hổ
RC: Giàn nhẹ trên mỏ Rồng
RP: Giàn cố định trên mỏ rồng
Nguyễn Danh Công

9

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

+ Hệ thống thu gom vận chuyển ở vòm nam
Khác với vòm bắc, ở vịm nam dầu khơng được vận chuyển từ các giàn cố
định mà được vận chuyển từ các giàn nhẹ BK (BK-3, BK-1, BK-5, BK-8, BK-6,
BK-7) về giàn BK-2 và giàn BK-4. Rồi từ các giàn BK-2 và BK-4, dầu tiếp tục
được chuyển về các kho chứa xuất dầu FSO-1 và FSO-4 qua các giàn công nghệ
trung tâm FSO-2 và FSO-4. Sở dĩ ở vịm nam khơng xây dựng các giàn cô định mà
xây giàn nhẹ BK là do: ở vòm nam, dầu được khai thác chủ yếu là dầu tầng móng.
Cũng tương tự như ở vịm bắc, vịm nam gồm có ba điểm tiếp nhận và bơm dầu
chính sau:
- Điểm tiếp nhận dầu từ giàn MSP-1: Đây là điểm tiếp nhận và trung chuyển

dầu quan trọng, liên kết hệ thống thu gom ở hai vòm bắc và nam lại với nhau. Dầu ở
đây có thể được vận chuyển về tàu chứa Ba Vì hoặc chuyển về giàn cơng nghệ
trung tâm 2.
- Điểm tiếp nhận dầu và bơm dầu từ CTP-3: Đây là điểm tiếp nhận dầu quan
trọng nhất ở phía nam. CTP-3 khơng những tiếp nhận dầu ở phía nam của mở Bạch
Hổ mà cịn tiếp nhận tồn bộ lượng dầu được chuyển qua từ bên mở Rồng đến tàu
chứa Vietsovpetro 01.
1.2 CÁC LOAI BƠM LY TÂM DÙNG TRONG Q TRÌNH THU GOM
VẬN CHUYỂN DẦU
Hiện nay có rất nhiều loại máy bơm được sử dụng trong công tác dầu khí:
máy bơm pitston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia… Mỗi
loại máy bơm đều có công dụng và phạm vi sử dụng khác nhau tùy thuộc vào yêu
cầu đặt ra trong công việc. Trong công tác vận chuyển người ta hay dùng máy bơm
ly tâm bởi so với các loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có ưu điểm sau:
- Đặc tính của bơm có độ nghiêng đều nên khoảng làm việc của bơm lớn,
phù hợp với nhiều chế độ làm việc
- Phạm vi sử dụng và năng suất cao, cụ thể như sau:
+ Cột áp từ 10 đến hàng nghin mét cột nước.
+ Lưu lượng từ 2 đến 70 m3/h.
+ Công suất từ 1÷ 6000 kW.
+ Trị số vịng quay có thể đạt đến 40000 vịng/phút (và có thể nối trực tiếp
với động cơ cao tốc không qua hộp giảm tốc).
+ Kết cấu nhỏ gọn, làm việc chắc chắn, tin cậy.
+ Hiệu suất tương đối cao khi bơm chất lỏng có μ = 0,65 ÷ 0,95
Nguyễn Danh Cơng

10

Thiết Bị Dầu Khí K50

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

+ Và có hiệu quả kinh tế cao.
Với tính năng kỹ thuật cao, chỉ tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãi nên
các bơm ly tâm được dùng chủ yếu trong công tác vận chuyển dầu của XNLD
“VIETSOVPETRO”. Tùy theo sản lượng khai thác và nhu cầu thực tế trên mỗi giàn
cố định mà người ta sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâm khác nhau. Hiện
nay tại các trạm bơm vận chuyển dầu trên các cơng trình biển của XNLD
“VIETSOVPETRO”, chúng ta đang sử dụng các chủng loại bơm dầu ly tâm như
sau:
1.2.1 Máy bơm NPS 65/35 –500
Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơm được
làm kín bằng các dây salnhic mềm hoặc bộ phận làm kín kiểu mặt đầu. Bơm
NPS65/35 –500 được sử dụng để bơm dầu thô, các loại khí hydrocacbon hóa lỏng,
các sản phẩm dầu khí ở nhiệt độ từ -30 0C đến 2000C và các loại chất lỏng khác có
tính chất lý hóa tương tự. Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất
cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm 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, quy phạm láp đặt vận hành chúng . Một số các thơng số đặc tính
kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm NPS 65/35 –500 như sau:
-

Lưu lượng định mức tối ưu (m3/h )

: 65(35)

-

Cột áp (m)

: 500

-

Tần số quay (s -1, V/ph)

-

Độ xâm thực cho phép (m)

-

Áp suất đầu vào không lớn hơn ( MПa, KG/cm2 )

: 49,2 (2950)
: 4,2

1. Với kiểu làm kín mặt đầu

: 2,5 (25)

2. Làm kín bằng salnhic : + Kiểu CГ

: 1,0 (10)

+ Kiểu CO

-

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

-

Trọng lượng của bơm (KG)

: 1220

-

Công suất của động cơ điện (KW)

: 160

-

Điện áp (V)

: 380

-

Tần số dòng điện (Hz)

: 50

-

Hiệu suất làm việc hữu ích

: 0,5 (5)

: 59%

Nguyễn Danh Cơng

11

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

1.2.2 Bơm ly tâm NPS – 40/400
Là tổ hợp bơm cùng chủng loại kết cấu như NPS 65/35 –500, chỉ khác đường
kính ngồi của các bánh cơng tác của nó nhỏ hơn.
1.2.3 Máy bơm Sulzer – Ký hiệu MSD-D Model 4x8x10,5
Là loại bơm ly tâm có 5 cấp, nằm ngang, trong đó bánh công tác thứ nhất là
loại hai cửa hút ngược chiều nhau, 4 bánh cơng tác cịn lại là loại 1 cửa hút được
chia làm 2 nhóm đối xứng, có cửa hút ngược chiều nhau. Thân máy có cấu tạo gồm
2 nửa tháo được theo bề mặt phẳng ngang và được định vị với nhau bởi các chốt
cơn. Thân máy có nhiều khoang chứa các bánh công tác và giữ luôn vai trị của các
bánh hướng dịng. Phía dưới có ống giảm tải nối từ khoang chứa đệm làm kín phía
áp suất cao đến khoang cửa vào cấp I của bơm. Trục bơm được làm kín bằng đệm
làm kín chì dạng kép, có nhiệt độ làm việc dưới 160 0C. 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 cho đệm. Dầu làm mát đệm làm kín trao đổi nhiệt với bên ngồi
thơng qua các lá đồng 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

-

Cơng suất thủy lực của bơm (KW)

: 147

-

Lượng dự trữ xâm thực cho phép (m)

: 2,1

-

Cơng suất động cơ điện (KW)

: 185

-

Số vịng 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

1.2.4 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 khơng q 1050Kg/m 3, 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 q 0,2% và nhiệt độ trong khoảng –80 oC ÷ 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, cơng –Xon, có
Nguyễn Danh Cơng

12

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

thân bơm, vấu tựa, ống hút và ống nối có áp (cửa ra) được đặt trên cùng một giá đỡ.
Việc làm kín trục được thực hiện bởi một bộ phận làm kín kiểu СГ – hoặc СО.
Các thơng 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
1.2.5 Máy bơm NK-200/70
Là loại bơm ly tâm có cùng kiểu dạng, kết cấu như NK-200/120.
1.2.6 Máy bơm ЦНС-105/294
Là tổ hợp bơm ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng, phân đoạn. Nó thường
được dùng để vận chuyển dầu bão hịa 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 ЦНС -105/294 cần phải đảm bảo các
yêu cầu : Tỷ trọng không lớn quá 1060 Kg/m 3 (từ 700 ÷ 1060Kg/m3), độ nhớt động
khơng lớn q 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 ЦНС -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 bulơng có lót
ống đệm cao su giảm chấn. Đây là loại bơm ly tâm có từ 2 ÷ 10 cấp bánh cơng tác
có cửa vào cùng chiều, do đó để cân bằng lực dọc trục tác dụng lên roto 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 số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm ЦНС-105/294
như sau
-

Lưu lượng bơm (m3/h)

: 105

-

Cột áp định mức (m)

: 294

-

Hiệu suất hữu ích (%)

: 68

-

Cơng suất động cơ điện (KW)

: 160

Nguyễn Danh Cơng

13

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

-

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 (ЦНС - 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 9MΓP,
ЦA-320, ЦA-400, УБН-700,.... cũng có thể tham gia vào cơng tác vận chuyển dầu
trên các cơng trình biển.
Việc bố trí, lắp đặt các trạm bơm trên các giàn cố định hoặc giàn nhẹ được

thiết kế, tính tốn phù hợp với sản lượng khai thác dầu và vai trị cơng nghệ của
giàn trong hệ thống cơng nghệ chung của tồn khu mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng. Với
sơ đồ vận chuyển dầu và các đặc điểm trong công tác này người ta bố trí kiểu loại
và số lượng máy bơm ly tâm trên các giàn như sau:
1. MSP-1 (Giàn 1)
+

Máy bơm NPS 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 NPS 65/35-500

- số lượng : 1

+

Máy bơm NPS 40/400

- số lượng : 2

4. MSP-4 (Giàn 4)
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 4

5. MSP-5 (Giàn 5)
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 3

6. MSP-6 (Giàn 6)
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 2

+

Máy bơm NPS 40/400

- số lượng : 2

Nguyễn Danh Cơng

14

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất
7. MSP-7 (Giàn 7)
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 3

8. MSP-8 (Giàn 8)
+

Máy bơm NPS 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 NPS 65/35-500

- số lượng : 4

10. MSP-10 (Giàn 10)
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 3

+

Máy bơm NPS 40/400

- số lượng : 1

11. MSP-11 (Giàn 11)
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 4

12. RP-1 (Giàn 1 Mỏ Rồng )
+

Máy bơm NPS 65/35-500

- số lượng : 3

+

Máy bơm NPS 40/400

- số lượng : 1

Theo thống kê trên, số lượng máy bơm NPS 65/35-500 và (NPS 40/400) là
37/60 chiếm một tỷ lệ lớn, và trong thực tế người ta vẫn thường dùng các loại bơm
NPS và SULZER để vận chuyển dầu. Đây là 2 loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm :
kết cấu bền vững, độ tin cậy, độ an toàn cao, 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 cơng tác thành hai nhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau. Do đó
làm giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên Roto, tải trọng của các ổ đỡ trục giảm,
do đó tuổi thọ của chúng tăng lên rất nhiều. Tuy nhiên do các bơm ly tâm đều làm
việc ở chế độ vận tốc góc lớn (khoảng 3000v/ph) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúng
đòi hỏi độ chính xác cao. Ngồi ra, do lưu lượng của chúng khá lớn nên việc đưa
chúng vào chế độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững và tuân thủ đúng yêu cầu 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 phẩm khai
thác dầu khí từ các giàn cố định và giàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận là các tàu chứa
trong
Thời gian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo sự an toàn cho các tuyến
đường ống vận chuyển. Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sử dụng năng lượng
Nguyễn Danh Cơng

15

Thiết Bị Dầu Khí K50

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

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 các trạm bơm với nhau sao cho có
thể giảm được tải trọng trên các tuyến ống vận chuyển dầu và tăng được lưu lượng
thông qua của chúng.
Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùng một trạm bơm
người ta có thể lắp đặt chúng theo nhiều cách. Theo cách đặt các bơm theo kiểu 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 chiều nhưng vẫn phải đòi hỏi
các bơm trong hệ thống phải có các thơng số đặc tính kỹ thuật không khác xa nhau
nhiều lắm, để khi cùng đồng thời vận hành chúng 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 được những điểm tiếp nhận rất xa. Tuy nhiên cách này đòi
hỏi các tổ hợp bơm được mắc nối tiếp phải có lưu lượng như nhau và việc làm kín
trục cho các máy bơm ở phần cuối của hệ thống rất phức tạp do áp suất đầu vào của
chúng tăng lên đáng kể. Ngồi ra, cũng có thể phối hợp cả 2 kiểu bố trí song song
và nối tiếp trên cùng một trạm. Nhưng trong thực tế, trên các giàn cố định, các trạm
bơm dầu được xây dựng theo kiểu mắc song song do các kiểu bơm ly tâm đã được
chọn lựa đảm bảo đủ cột áp để có thể vận chuyển được dầu thơ đến vị trí tiếp nhận.
Tùy theo sản lượng khai thác hoặc vị trí cơng nghệ của mỗi giàn mà người ta sử
dụng số lượng bơm ly tâm trên trạm là 2, 3 hoặc hàng chục như ở CPP-2 (15 bơm)
Trên mỗi trạm bơm, thông thường người ta dự tính từ 1/3 đến 1/2 số lượng
bơm ở vị trí dự phịng để khi hư hỏng, sự cố các máy bơm đang ở chế độ làm việc,
ta có thể sử dụng chúng thay thế ngay khơng ảnh hưởng đến sản lượng khai thác
dầu. Các máy bơm dự phịng này khơng nên để chúng ở trạng thái khơng làm việc

trong thời gian q lâu vì dễ gây ra hiện tượng bó kẹt rơto do dầu bị đơng đặc hoặc
thành phần parafin trong dầu và các tạp chất gây kết tủa 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 phịng. Việc này có thể tiến 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 bơm trong trạm. Điều đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng,
sửa chữa được dễ dàng và chủ động hơn.

Nguyễn Danh Cơng

16

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT BƠM LY TÂM
2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BƠM LY TÂM
4

3
2.1.1 Cấu tạo của bơm ly tâm

2

Bơm ly tâm có nhiều loại khác nhau và mỗi loại có cấu tạo khác nhau, nhưng
ta chỉ xét cấu tạo của bơm ly tâm đơn1giản như hình(2.1). Bơm ly tâm có cấu tạo

6
gồm 6 bộ phận chính như sau:
5

Nguyễn Danh Cơng

17

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của bơm ly tâm
1: Bánh công tác

4: Bộ phận dẫn hướng ra

2: Trục bơm

5: Ống hút

3: Ống dẫn hướng vào

6: Ống đẩy

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy bơm ly tâm
Bơm ly tâm làm việc dựa trên nguyên lý tác dụng của lực ly tâm tạo được

nhờ sự quay của bánh công tác.
Trước khi bơm làm việc, ta thường phải mồi bơm để cho thân bơm (trong đó
có bánh cơng tác) và ống hút điền đầy chất lỏng.
Khi bơm làm việc, bánh công tác quay tạo ra lực ly tâm. Dước tác dụng của
lực ly tâm làm cho các phần tử chất lỏng ở bánh công tác bị dồn từ trong ra ngoài,
chuyển động theo máng dẫn và đi vào trong ống đẩy với áp suất cao hơn. Đó là q
trình đẩy của bơm.
Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng chân không có áp suất
nhỏ hơn áp suất bể chứa chất lỏng. Chính nhờ sự chênh lệch áp suất này làm cho
chất lỏng bị đẩy từ bể chứa qua ống hút đến bánh cơng tác của máy bơm một cánh
liên tục. Đó là quá trình hút của bơm. Quá trình hút và quá trình đẩy của bơm là quá
trình liên tục, tạo nên dịng chảy liên tục qua bơm.
2.2 CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA BƠM LY TÂM
2.2.1 Cột áp

Nguyễn Danh Công

18

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Bơm li tâm khi làm việc với hệ thống đường ống sẽ có cột áp xác định, cột
áp này bằng cột áp cản của đường ống. Ta gọi cột áp đó là cột áp làm việc của bơm
li tâm và được xác định theo công thức sau:
HB =

2
P2 − P v2 − v12
1
+
+ (z2 – z1 )
γ
2g

[2-1]

Trong đó: P1,P2 – Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;
v1, v2 – Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;
z1, z2 - Độ chênh hình học của hai vị trí đo áp suất P1 và P2;
Đối với bơm li tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá trị
cột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định mức. Giá
trị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm.
2.2.2 Lưu lượng
Lưu lượng là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị
thời gian. Giá trị sản lượng này thường được xác định bằng các cách đo trực tiếp
dòng chất lỏng mà bơm cung cấp được.
Lưu lượng thường được ký hiệu là Q, thứ nguyên là m3/giờ, m3/giây, lít/phút.
2.2.3 Cơng suất
Cơng suất có hai loại: Có hai loại cơng suất là cơng suất thủy lực và công
suất làm việc.
- Công suất thủy lực: Là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy trong một
đơn vị thời gian, kí hiệu là Ntl ta có:
Ntl = =

(W)

[2-2]

Trong đó:
γ - tỷ trọng riêng của chất lỏng (N/m3), γ =ρ.g
ρ - Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
Q - Lưu lượng của bơm (m3/s)
H - Cột áp sinh ra bởi máy bơm (m)
- Công suất làm việc: là công suất trên trục của máy làm việc, ký hiệu là N,
ta có:
N=

[2-3]

trong đó:
Nguyễn Danh Cơng

19

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

η - là hiệu suất toàn phần của máy bơm
Ở máy bơm ly tâm . η = η1 + η2 + η3.

[2-4]

Với η1: Hệ số tính đến những mất mát thủy lực do masát của chất lỏng với
ống dẫn hướng, trong bánh công tác …

η1 = 0,7 – 0,95.
η2: Hệ số tính đến những mất mát thể tích do sự rị rỉ của chất lỏng qua các
khe hở giữa các ngăn của máy bơm với áp suất khác nhau, rò rỉ qua vòng làm kín
giữa rơto và thân máy , rị rỉ qua Salnhic ra ngồi
+ Nhờ sự hồn thiện của cơ cấu làm kín và độ chính xác ngày càng cao hiện
nay nên η2 = 0,9 -> 0,98
+ η3: Hệ số tính đến sự mất mát cơ học do ma sát ở Salnhic, ở ổ bi và do ma
sát giữa chất lỏng với bề mặt bên ngồi của bánh công tác.
2.3 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA MÁY BƠM LY TÂM
2.3.1 Phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm

Hình 2.2 Phân bố tốc độ thành phần trên bánh cánh

Hình 2.3 Các tam giác tốc độ tại các điểm (1)

Nguyễn Danh Công

20

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất
và (2) ở bánh cánh công tác

Trường hợp lý tưởng khi bánh cánh quay, tồn bộ mơmen động lượng của
dịng chất lỏng có được là mômen trên trục động cơ lai bơm tạo ra. Mơmen động
lượng dịng chảy qua bơm là:
m( r2C2U – r1C1U );

[2-5]

Trong đó: m là lưu lượng khối lượng của chất lỏng;
r1 , r2 là bán kính tại điểm 1 và 2;
C 1U và C2U là tốc độ tại điểm 1 và 2 chiếu trên phương u (tốc độ thành
phần tiếp tuyến).
Đây là trường hợp lý tưởng nên mômen trên trục động cơ tính bằng cơng
thức sau:
M =

N
;
ω

[2-6]

N – Cơng suất động cơ;
ω - Tốc độ góc động cơ.
Mat khác ta có N= γ QH nên M =

γQH
và thay vào phương trình cân bằng
ω

mơmen, trao đổi ta thu được:
γQH LT∞
= m( r2C2U – r1C1U );
ω

m = ρQ
γQH LT∞
= ρQ ( r2C2U – r1C1U ),
ω
H LT∞ =

ρ ( r2C2U − r1C1U ).ω
ρ ( r2C2U − r1C1U ).ω
=
;
ρg
γ

H LT∞ =

ω.( r2C2U − r1C1U )
;
g

[2-7]

Nếu ta chuyển ωr2=U2 và ωr1=U1 thì:
H LT∞ =

Nguyễn Danh Công

(U 2 C 2U

− U 1C1U )
.
g

21

[2-8]

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Trong các bơm ly tâm hiện đại, đa số các bánh công tác có kết cấu lối vào
hoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ở lối vào của mạng dẫn chuyển
động theo hướng kính, nghĩa là C1 ⊥ U 1 và α1 = 900 để cột áp bơm có lợi nhất
(C1u = 0 ). Khi đó phương trình cơ bản sẽ có dạng sau:
H LT∞ =

1
1
U 2 C 2U = U 2 C 2 cos α 2
g
g

[2-9]

Phương trình cơ bản [2-8] hoặc [2-9] là phương trình thể hiện cột áp
lý thuyết của bơm ly tâm ứng với số cánh dẫn vô cùng. Trong trường hợp này vận
tốc phân bố đều trên các mặt cắt của dòng chảy qua các cánh dẫn, đồng thời bỏ qua
tổn thất của dòng chảy trong mạng cánh dẫn.
Theo phương trình [2-8] và [2-9] ta thấy cột áp ly thuyết của máy bơm càng
lớn khi vận tốc bánh cơng tác càng lớn và nó khơng phụ thuộc vào chất lỏng mà ta
bơm.
2.3.2 Phương trình cột áp thực tế của máy bơm ly tâm
Trong thực tế cánh dẫn của bánh cơng tác có chiều dày nhất định (thường từ
2 ÷ 20mm) và số cánh dẫn có hạn (thường có 6 ÷ 12 cánh) gây nên sự phân bố vận
tốc không đều trên các mặt cắt của dịng chảy tạo nên các chuyển đơng xốy. Mặt
khác chất lỏng làm việc thực tế có độ nhớt nhất định, gây nên tổn thất trong dịng
chảy. Vì vậy, cột áp thực tế của máy bơm nhỏ hơn cột áp lý thuyết được tính theo
phương trình [2-8]
H = εz.ηH. H LT∞

[2-10]

Trong đó:
εz: Là hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn đến cột áp, gọi là hệ sô
cột áp.
z: Là số cánh dẫn của bánh công tác.
ηH: Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chảy chuyển động qua bánh
cơng tác, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố (kích thước, kết cấu của bánh cơng tác và
các bộ phận dẫn hương…), gọi là hiệu suất cột áp của bánh công tác. Thông thường
với bơm ly tâm có ηH = 0,07 ÷ 0,09.
2.4 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BƠM LY TÂM
Quan hệ giữa các thông số cơ bản của máy bơm ly tâm H = f1(Q), N = f2(Q),

và η = f3(Q) biểu thị bằng đồ thị gọi là đường đặc tính của bơm hay gọi tắt là các
đường đặc tính. Qua các đường đặc tính này, ta có thể biết được một cánh tổng quát

Nguyễn Danh Cơng

22

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

các đặc tính làm việc của máy bơm, cho phép ta mở rộng phạm vi làm việc và sử
dụng hợp lý các chế độ làm việc khác nhau của bơm.
Trong ba đường đặc tính cột áp, cơng suất, hiêu suất, quan trọng nhất là
đường đặc tính cột áp H = f(Q). Bởi nó cho biết khả năng làm việc của máy bơm,
nên nó cịn được gọi là đường đặc tính cơ bản. Từ đường đặc tính cơ bản H = f(Q),
bằng tính tốn có thể suy ra hai đường đặc tính cịn lại.
2.4.1Đường đặc tính làm việc (n = const) lý thuyết của máy bơm ly tâm
Từ phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm
H LT∞ =

U 2 .C 2U
g

Từ tam giác vận tốc hình (2.3) ta có:
C2U = U - c2r.cotgβ2
Mặt khác C 2 r =

[2-11]

QLT
do do:
π .D2 .b2

H LT∞ =

1 2 U 2 . cot gβ 2
.U 2 −
.QLT
g
π .g.D2 .b2

[2-12]

Trong đó: D2: Là đường kính ngồi của bánh công tác
b2: Là chiều rộng lối ra của bánh công tác.
β2: Góc biểu thị phương của vận tốc ở lối ra của bánh cơng tác.
Đường biểu diễn phương trình [2-12] gọi là đường đặc tính cơ bản lý thut.
Đó là một đường thẳng không đi qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó phụ thuộc vào giá
trị góc ra của cánh dẫn β2. Trong trường hợp tổng quát đối với máy bơm ly tâm, ta
có 3 dạng đường đặc tính lý thuyết được biểu diễn như hình (2.4).

Nguyễn Danh Cơng

23

Thiết Bị Dầu Khí K50

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

HLT8

B

C

A
A'

D

A''

D'
A'''

D'''

0

D''

Q1

Hình 2.4: đường đặc tính cơ bản tính tốn của máy bơm ly tâm
Nếu β2 < 900 thì cotgβ2 > 0, ta có đường đặc tính AD.
Nếu β2 = 900 thì cotgβ2 = 0, ta có đường đặc tính AC.
Nếu β2 > 900 thì cotgβ2 < 0, ta có đường đặc tính AB.
Đối với máy bơm ly tâm có β2 < 900 đường đặc tính lý thuyết của bơm ly tâm
là đường nghịch biến bậc nhất AD. Đường AD biểu diễn phương trình cơ bản [212], do đó nó chưa kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn và các loại tổn thất.
Khi kể đến ảnh hưởng do số cánh dẫn hữu hạn, thì ta có đường đặc tính đoạn
A’D’.
Khi kể đến tổn thất thủy lực của dòng chất lỏng qua bánh công tác, các loại
tổn thất này đều tỷ lệ với bình phương của vận tốc, tức là bình phương với lưu
lượng, thì đường đặc tính trở thành đường cong bậc hai A’’D’’ như hình vẽ.
Khi kể đến các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì thì đường đặc tính dịch
về phía trái thấp hơn một chút so với đường A’’D’’. Đây chính là đường đặc tính cơ
bản của bơm ly tâm.
2.4.2 Đường đặc tính thực nghiệm của máy bơm ly tâm
Cách xây dựng đường đặc tính bằng tính tốn ở trên rất phức tạp và khó
khăn và việc đánh giá chính xác các loại tổn thất của bơm rât khó. Vì vậy trong thực
tế người ta thường xây dựng các đường đặc tính bằng các số liêu đo được khi khảo
nghiệm trên máy cụ thể, gọi là đường đặc tính thực nghiệm của máy bơm H-Q,
N-Q, η-Q.
Nguyễn Danh Cơng

24

Thiết Bị Dầu Khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

H[m]
700

N[kW]

600
H

170

N

500

160
150

400

140
130
120
110
η[%] 100
60
90
50

80

40

70

30

η

60

20

50

10

40

0

30

0

10

20

30

40

50

60

70

Q[m /h]
3

Hình 2.5: Đường đặc tính thực nghiệm của máy bơm ly tâm NPS 65/35-500 ứng với
số vòng quay n = 2950 v/phút, γ = 1000 kg/cm3
Các đường đặc tính thực nghiệm của máy bơm về hình dạng nói chung cũng
giống như các đường đặc tính tính tốn, nhưng khơng trùng nhau. Điều này do trong
tính tốn khơng thể đánh giá hồn toàn đúng các loại tổn thất của bơm so với thực
tế. Hình dạng của đường đặc tính phụ thuộc vào từng loại bơm.
2.4.3 Đường đặc tính tổng hợp
Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một trị số vịng quay làm
việc khơng đổi của bơm. Nếu thay đổi số vịng quay làm việc thì đường đặc tính làm
việc cũng thay đổi theo. Để biết được nhanh chóng các thông số Q, η, H của bơm
thay đổi như thế nào khi vòng quay làm việc của bơm thay đổi qua trị số khác, ta
xây dựng tổ hợp các đường đặc tính H=f(Q), N=f(Q), η=f(Q) có những mối quan
hệ với nhau trên cùng một hệ trục tọa độ và gọi là đặc tính tổng hợp của bơm
Đường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn mối quan hệ Q,
H với các số vòng quay làm việc của bơm khác nhau, trên đó các điểm làm việc
cùng hiệu suất được nối với nhau gọi là đường cùng hiệu suất.
Cách xây dựng đồ thị tổng hợp như (Hình 2.6).

Nguyễn Danh Cơng

25

Thiết Bị Dầu Khí K50