tính toán lựa chọn máy nén khí phục vụ các thiết bị tự động trên giàn khoan dầu

Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Lời mở đầu
Ngày nay, việc ứng dụng tự động hoá vào trong công nghiệp dầu khí, một
ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nớc đã mang lại nhiều lợi ích cho nền
kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, công việc này cũng không dễ dàng, mặc dù chúng
ta đã nhập nhiều thiết bị hiện đại từ nớc ngoài, nhng còn phải đòi hỏi một
khối lợng công việc đa dạng và phức tạp. Vì vậy, việc lựa chọn - vận hành -
bảo dỡng - sửa chữa các thiết bị này phải thực sự thành thạo, nắm vững
nguyên lý hoạt động của chúng cho phù hợp với các yêu cầu về năng lợng của
từng giàn, nhằm nâng cao năng suất cũng nh tuổi thọ của chúng.
Trong điều kiện giàn khai thác, để đảm bảo tốt các công việc khai thác,
cũng nh kiểm tra chặt chẽ các công việc này, cũng nh trong môi trờng dễ cháy,
nổ nh ở giàn khoan thì việc sử dụng khí nén làm nguồn năng lợng cung cấp
cho các thiết bị tự động hoá nh các van an toàn, các thiết bị đo, là có nhiều
u điểm nhất
Hiện nay, trên các giàn khoan, khai thác của mỏ Bạch Hổ có rất nhiều
trạm máy nén có thể cung cấp nguồn khí cho các thiết bị này nhng thông dụng
nhất vẫn là trạm máy nén khí GA-75FF, vì nó có những u điểm vợt trội so với
các loại máy khác nh: nguồn khí cung cấp đạt yêu cầu, trạm máy đợc bố trí
gọn, hoạt động hoàn toàn tự động, có hệ thống an toàn bảo vệ cao khi máy có
sự cố và đặc biệt là lu lợng của máy rất ổn định, tự động điều chỉnh phù hợp
theo nhu cầu sử dụng đã đặt trớc, đảm bảo tính tiết kiệm năng lợng.
Chính những đặc điểm này, cùng với việc tìm hiểu về loại thiết bị này
trong quá trình thực tập trên giàn MSP - 7. Với sự giúp đỡ, hớng dẫn tận tình
của thầy hớng dẫn TS Nguyễn Văn Giáp cùng các thầy trong bộ môn Thiết Bị
Dầu Khí và Công Trình, em đã nhận và tìm hiểu về loại thiết bị này với nội
dung: Tính toán lựa chọn máy nén khí nhằm phục vụ cho những thiết bị tự
động hóa trên giàn. Từ đó, nghiên cứu các dạng hỏng của hệ thống van máy
nén khí.
CH NG I
T NG QUAN V VI C S D NG M Y NẫN KH PH C V

CHO NH NG THI T B T NG HểA TRấN GI N
1.1. Sơ đồ công nghệ của hệ thống tự động hóa
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
1
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống tự động hóa trên giàn MSP7

Nhiệm vụ của trạm nén khí (hình 1.1) là cung cấp nguồn khí sạch, khô,
áp suất ổn định, để phục vụ cho hệ thống đo lờng tự động hóa.
ng dụng của nguồn khí này tại giàn cụ thể nh:
- Dùng nguồn khí của trạm nén khí làm nguồn năng lợng để nuôi thiết
bị đo nh đo mức dầu trong bình chứa 100 m
3
, duy trì áp suất,lợng dầu
trong bình 100 m
3
ở mức cố định, đo áp suất ở những điểm cần đo trên hệ
thống công nghệ;
- Dùng nguồn khí này làm nguồn khí đóng mở van Min;
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
2
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
- Nhằm ổn định lu lợng cũng nh áp suất khí xuống giếng (công nghệ
gaslift);
- ẫp nớc sinh hoạt;
- Đóng mở van cầu SDV;
- Khởi động thiết bị diezen;
- Cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển, hệ thống bơm trám xi
măng;
- Dùng nguồn khí này để bơm hóa phẩm xuống giếng trong quá trình

khai thác gaslift.
Do vậy, trạm nén GA-75 là một trạm nén khí không thể thiếu đợc ở bất
kỳ giàn khoan khai thác nào, nó thực sự đóng vai trò rất quan trọng trong quá
trình khai thác và vận chuyển dầu khí.
1.2. Những máy nén khí đợc sử dụng, đặc tính kỹ thuật và u nhợc điểm
1.2.1. Những máy nén khí đợc sử dụng phục vụ cho hệ thống tự động hóa
a. Máy nén khí cao áp KP-2T (AK 150)
Đợc sử dụng để tạo nguồn khí có áp suất cao (150 KG/cm
2
); điều khiển
hệ thống van cầu, ép vỉa, duy trì hoạt động của các bình ổn áp, máy bơm
pittông, nạp khí cho các bình khí của động cơ diezen và các bình khí của
xuồng cứu sinh.
Máy nén khí KP-2T là máy nén khí pittông thẳng đứng, 3 cấp. p suất
cửa vào là áp suất khí quyển, còn áp suất cửa ra lớn nhất cho phép là 150
KG/cm
2
với lu lợng 1,8 m
3
/phút.
b. Máy nén khí 2BM4-9/101 (của trạm máy nén khí CD9-101)
Đợc sử dụng trong quá trình gọi dòng các giếng khai thác là phơng pháp
làm giảm cột áp thủy tĩnh của khối chất lỏng trong lòng giếng. Đây là loại
máy nén pittông nằm ngang, dùng để nén áp suất khí quyển đến áp suất
100KG/cm
2
với lu lợng 9 m
3
/phút.
c. Máy nén khí 4BY5/9

Dùng để cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển ly hợp khí (côn hơi),
cho tời khoan và cấp khí nén phụ trợ cho hệ thống điều khiển tự động trên
giàn. Loại máy này là máy nén khí pittông chữ V, có 2 cấp nén tác dụng đơn 4
dãy, 4 xilanh, có lu lợng trung bình ( Q= 5 m
3
/phút), áp suất thấp (6 -8
KG/cm
2
), làm việc theo chế độ tự động.
d. Máy nén khí trục vít GA75, GA22, GA30, SSP, MH75
Loại máy nén này dùng để cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển, hệ
thống bơm trám ximăng và các nhu cầu khác
e. Máy nén INGERSOLLRAND T30 x 400
Loại máy này dùng để cung cấp khí nén cho hệ thống tự động hóa.
1.2.2. Ưu và nhợc điểm của các trạm nén khí đợc sử dụng trên giàn
Ưu điểm
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
3
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
- So sánh với máy nén pittông thì máy nén trục vít có các u điểm: Làm
việc có độ tin cậy và độ bền cao, tốc độ quay lớn, kích thớc máy nhỏ gọn,
không có các chi tiết chuyển động tịnh tiến và các lực quán tính kèm
theo. Bộ phận quay rất cân bằng về mặt động học nên không cần nền
móng kiên cố, không có các xupap, xecmămg và các chi tiết chịu lực
nặng nề, dễ h hỏng. Các chỉ tiêu về năng lợng và thể tích đều ổn định
trong thời gian vận hành lâu dài. Tổn thất áp suất trong cửa hút và cửa
đẩy đều nhỏ do không có các xupap. Hầu nh không có hiện tợng chịu va
đập thủy lực nên có khả năng làm việc với môi chất hai pha có thể vận
hành máy ở chế độ tự động.
- So sánh với máy nén ly tâm thì máy nén trục vít có các u điểm: Không

có vùng mất ổn định về thủy lực và trong công nghệ làm lạnh có thể làm
việc với tất cả các tác nhân lạnh khác nhau mà không cần thay đổi nhiều
về cấu tạo. Tốc độ quay của máy không ảnh hởng đến tỷ số nén của máy
và có thể điều chỉnh công suất, nhờ sự thay đổi tốc độ quay.
Nh ợc điểm
Máy nén trục vít có hiệu suất thấp hơn máy nén pittông và nó cũng sinh
nhiệt nhiều trong quá trình làm việc nên thờng phải dùng các biện pháp làm
nguội. Đối với máy nén trục vít có dầu bôi trơn, yêu cầu kết cấu của hệ thống
phụ trợ và chế độ vận hành phức tạp hơn. Cần dùng các vật liệu làm giảm ma
sát (đồng thanh) tơng đối đắt tiền để làm bánh vít, các trục vít có độ chính xác
cao, khó chế tạo, sửa chữa và có giá thành cao.
1.3. Những kết quả đạt đợc, những tồn tại cần tập trung nghiên cứu và
giải quyết
1.3.1. Kết quả
Trong thi gian gn õy, trờn cỏc gin c nh ca xớ nghip Liờn doanh
Vietsovpetro, ngi ta ó a vo lp t v s dng cỏc trm nộn khớ hin
i nh GA-75 (hóng Atlas-Copco), SSR MH-75 (hóng Ingersoll-Rand). Cỏc
trm ny cú th cung cp khớ nộn trong di ỏp sut lm vic t 6 ữ 13
KG/cm
2
, lu lng tng i ln (Q = 11,61 ữ 13,59 m
3
/phỳt, i vi trm
SSR MH-75; Q = 11,8 m
3
/phỳt, i vi trm GA-75). Chỳng c trang b
thờm h thng x lý lm sch v sy khụ khớ nờn cht lng khớ nộn rt tt,
đm bo lu lng v cht lng cú th s dng cho h thng vn
chuyn xi mng phc v cho quỏ trỡnh cụng ngh khoan, cung cp nớc cho
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49

4
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
sinh hot v cỏc h thng lm mỏt cng nh cho cỏc thit b o lng, h
thng iu khin t ng, cỏc thit b c dn ng bng khớ nộn khỏc Vỡ
vy, vi mt trm nộn khớ cú 2 mỏy loi ny (GA-75 ca hóng Atlas-Copco,
hoc SSR MH-75 ca hóng Ingersoll-Rand) c lp t Blốc-7B, cú th
thay th cho ton b cỏc trm mỏy nộn khớ ỏp sut thp khỏc (nh 2-9/10;
B-0,6/8; B-0,6/13; 4B1-5/9; Ingersoll-Rand T 30/7100 ) trờn gin tr-
ớc đó.
Hiện nay, trên các giàn khoan, giàn khai thác ở mỏ Bạch Hổ có rất nhiều
trạm máy nén có thể cung cấp nguồn khí cho các thiết bị tự động hoá nhng
thông dụng nhất vẫn là trạm máy nén khí trục vít GA-75. Vì nó có những u
điểm vợt trội là:
- Nguồn khí cung cấp đạt yêu cầu;
- Trạm máy đợc bố trí gọn;
- Hoạt động hoàn toàn tự động;
- Có hệ thống an toàn, bảo vệ cao khi máy có sự cố;
- Đặc biệt, lu lợng khí cung cấp của máy rất ổn định, tự động điều
chỉnh phù hợp theo nhu cầu sử dụng đã đặt trớc, đảm bảo tính tiết kiệm
năng lợng cao.
1.3.2. Những tồn tại cần tập trung nghiên cứu giải quyết
Trong ngành công nghiệp Dầu khí, vai trò của năng lợng khí nén đặc biệt
quan trọng, nhất là đối với các giàn khoan- khai thác. Dù đã nhập các thiết bị
từ nớc ngoài nhng nó còn đòi hỏi một khối lợng công việc đa dạng và phức
tạp. Vì vậy, việc lựa chọn; vận hành; bảo dỡng; sửa chữa máy móc thiết bị và
đặc biệt là phải nắm vững nguyên lý hoạt động của chúng cho phù hợp với các
yêu cầu về năng lợng của giàn là rất cần thiết, để nâng cao năng suất cũng nh
tuổi thọ của thiết bị đó.
Trạm máy nén khí GA-75FF sau khi đợc lắp đặt và đa vào sử dụng để
cung cấp nguồn khí làm nguồn nuôi cho hệ thống đo lờng tự động hóa của

giàn thì sau một thời gian hoạt động, có thể xuất hiện những sự cố nhất định.
Chúng ta cần xác định chính xác các nguyên nhân gây h hỏng, từ đó đa ra ph-
ơng pháp khắc phục và sửa chữa phù hợp. Vì điều kiện thiết bị máy nén làm
việc ở môi trờng biển, nhiệt độ và thời tiết thay đổi theo ngày và theo mùa nên
đã xảy ra các sự cố thờng gặp sau đây:
- Nhiệt độ môi trờng giảm đột ngột, độ ẩm cao, hệ thống lọc tách nhớt
lọc không đợc do lợng hơi nớc có trong không khí, dẫn đến nớc bị giữ lại
và phá hủy các thiết bị. Cần tạo cho khu vực luôn đợc sạch sẽ, có vách che
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
5
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
không cho hớng gió thổi vào mùa gió chớng, đặt chế độ chênh lệch áp suất
bắt đầu nạp tải và khi chạy không tải một khoảng nhất định, để nhiệt độ
đầu ra của khí nén luôn duy trì ở nhiệt độ cho phép khoảng 70ữ 78
o
C;
- Sensor đo nhiệt độ đầu ra hay bị lỗi báo nhiệt độ, rất hay thay đổi với
giá trị không ổn định;
- Đoạn ống nối mềm dẫn khí đờng ra của máy với hệ thống của máy dễ
bị lão hóa, vỡ. Cần theo dõi để thay đổi và có biện pháp khắc phục;
- Hàng ngày cần phải kiểm tra mức hao hụt của dầu, sự rò rỉ và vệ sinh
thiết bị;
- Lúc bắt đầu kiểm tra chạy thử lần đầu, cần kiểm tra đúng chiều quay
của động cơ theo chiều mũi tên tránh làm h hỏng thiết bị;
- Cần theo dõi và xả condensate tại van xả bằng tay tránh trờng hợp hệ
thống xả tự động bị nghẹt;
- Sensor lấy tín hiệu áp suất từ bình chứa dễ bị hỏng khi va chạm, cần
theo dõi và có bảng khuyến cáo;
- Máy làm việc hoàn toàn tự động, cần có bảng khuyến cáo để phân
công những ngời có trách nhiệm vận hành và bảo dỡng máy;

- Nhiệt độ khí đầu ra quá cao là do thiết bị làm mát khí bị hỏng, mức
dầu quá thấp, bộ làm nguội dầu bị hỏng hay van nhiệt BV bị hỏng. Nếu
khí đầu vào có nhiệt độ cao, cần theo dõi thời tiết để điều chỉnh buồng làm
việc của máy, tránh lợng khí đối lu,cần thờng xuyên theo dõi mức dầu
trong bình. Thờng xuyên kiểm tra, bảo dỡng và thay thế trớc khi cho máy
hoạt động, để tránh các hỏng hóc khác có thể xảy ra.
CH NG 2
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
6
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
T NH TO N L A CH N M Y NẫN KH
2.1. Tính toán xác định các thông số cơ bản
2.1.1. Phơng pháp tính toán các thông số
Trong điều kiện giàn, việc đáp ứng các nhu cầu sử dụng khí nén làm
nguồn nuôi và cung cấp cho hệ thống điều khiển tự động đòi hỏi việc lựa chọn
máy móc, thiết bị cho phù hợp với từng điều kiện làm việc là rất khó.
Có rất nhiều loại máy để chúng ta lựa chọn và đa vào hoạt động nhng
mỗi loại đều có những u điểm và hạn chế nhất định. Vì thế, chúng ta phải tính
toán và lựa chọn loại máy nào cho phù hợp với nơi làm việc và có thể giảm đ-
ợc hạn chế của máy càng nhiều càng tốt.
Để thực hiện đợc việc này, đòi hỏi chúng ta phải nắm vững các thông số
và các đặc tính của từng loại. Từ đó phân tích, tính toán chúng và xem loại nào
phù hợp nhất để đáp ứng nhu cầu đã đặt ra, khi đó mới đạt đợc hiệu quả, năng
suất cũng nh tuổi thọ của chúng lớn.
Trong công tác nghiên cứu để đa ra loại máy mà tính u việt của nó cao,
phù hợp với điều kiện làm việc là một vấn đề hết sức quan trọng mà chúng ta
phải chú ý và đi sâu vào công tác tính toán để nắm vững chúng.
Do các yêu cầu đặt ra cho máy nén khí, có thể nói kiểu máy nén khí trục
vít có dầu bôi trơn là loại máy có nhiều u điểm nhất so với các loại máy khác
cùng làm việc trên giàn khoan- khai thác. Do chuyển động tịnh tiến của

pittông đợc thay thế bằng chuyển động quay của rô to nên máy nén khí trục
vít có thể làm việc với số vòng quay cao và do vậy, có thể giảm khối lợng,
kích thớc. Cũng do cấu tạo nh vậy nên máy nén trục vít không có dao động về
lu lợng. Loại máy nén này hoàn toàn cân bằng nên không cần phải có đế đặc
biệt. Do không có van và xec măng nên máy nén có tuổi thọ cao tin cậy khi
làm việc so với máy nén pittông. Đơn giản khi bảo dỡng kỹ thuật và có thể
làm việc ở chế độ tự động.
2.1.2. Tính toán năng suất khí nén yêu cầu
Năng suất nén là lợng khí nén đợc trong một khoảng thời gian nhất định,
đợc tính bởi công thức sau:
1
. . . .
n
i i i
V k z q V

= +

(m
3
/ph) (2.1)
z
i
: Số lợng thiết bị dùng khí thứ i
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
7
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
q
i
: Lợng tiêu thụ khí nén cho một máy thứ i

i
: Hệ số sử dụng đồng thời của thiết bị dùng khí thứ i,
= 0,85 ữ 1 nếu chỉ có ít thiết bị z
i
<10
= 0,75ữ 0,85 nếu z
i
= 10 ữ 30
= 0,65ữ 0,75 nếu z
i
>30.
: Hệ số tăng lợng khí nén khi thiết bị dùng khí đã bị cũ hỏng,
= 1,1 ữ 1,2
k: Hệ số kể đến tổn thất khí nén ở chỗ ống nối,
k = 1,2
n: Số nhóm thiết bị dùng khí cùng loại
V: Tổn thất lợng khí nén trên đờng ống dẫn chính từ máy nén
khí tới nơi sử dụng khí.
V= 1,5. L (m
3
/ph) (2.2)
Với: L: Là chiều dài đờng ống (km)
1,5 (m
3
/ph/km): Là tổn thất trên 1 km chiều dài ống
Số nhóm thiết bị n = 5
- Nhóm 1: Là nhóm các van Mim (20 cái), q
1
= 0,1 m

3
/ph
- Nhóm 2: Là nhóm các van đóng- mở (10 cái), q
2
= 0,15 m
3
/ph
- Nhóm 3: Là nhóm thiết bị đo thuộc bình đo (2 cái), q
3
= 1,5 m
3
/ph
- Nhóm 4: Là nhóm thiết bị đo thuộc bình tách (1 cái), q
4
= 1,5 m
3
/ph
- Nhóm 5: Là nhóm thiết bị đo thuộc bình 100 m
3
(1 cái), q
5
=2,0 m
3
/ph
Cụ thể tính toán nh sau:
Nhóm 1: Các van Mim (20 cái); q
1
=0,1 (m
3
/ph)

V
1
=
1
..k.z
1
.q
1
+ V
1
Chọn
1
= 0,8; L
1
= 130 m= 0,13 (km)
V
1
= 1,5. L
1
= 1,5. 0,13= 0,195 (m
3
/ph)
Vậy V
1
= 0,8.1,1.1,2.20.0,1 + 0,195=2,307 (m
3
/ph)
Nhóm 2: Các van đóng- mở (10 cái); q
2
=0,15 (m

3
/ph)
V
2
=
2
..k.z
2
.q
2
+ V
2
Chọn
2
= 0,8; L
2
=90m = 0,09
V
2
= 1,5. L
2
=1,5.0,09 = 0,135 (m
3
/ph)
Vậy V
2
= 0,8.1,1.1,2.10.0,15 + 0,135=1,719 (m
3
/ph)
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49

8
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Nhóm 3: Thiết bị đo thuộc bình đo (2 cai); q
3
=1,5 (m
3
/ph)
V
3
=
3
..k.z
3
.q
3
+V
3
Chọn
3
= 0,85; L
3
=70 m= 0,07 (km)
V
3
= 1,5. L
3
= 1,5.0,07= 0,105 (m
3
/ph)
Vậy V

3
= 0,85.1,1.1,2.2.1,5 + 0,1275= 3,4935 (m
3
/ph)
Nhóm 4: Thiết bị đo thuộc bình tách (1 cái); q
4
=1,5 (m
3
/ph)
V
4
=
4
..k.z
4
.q
4
+ V
4
Chọn
4
=0,85; L
4
=75 m= 0,075 km
V
4
= 1,5. L
4
= 1,5.0,075= 0,1125 (m
3

/ph)
Vậy V
4
=0,85.1,1.1,2.1.1,5 + 0,1125= 1,7955 (m
3
/ph)
Nhóm 5: Thiết bị đo thuộc bình 100m
3
(1 cái); q
5
=2,0 (m
3
/ph)
V
5
=
5
..k.z
5
.q
5
+ V
5
Chọn
5
=0,95; L
5
=115 m=0,115 km
V
5

= 1,5. L
5
= 1,5.0,115=0,1725 (m
3
/ph)
Vậy V
5
=0,95.1,1.1,2.1.1,5 + 0,1725= 2,0535 (m
3
/ph)
Do vậy, ta tính đợc năng suất tính toán của giàn MSP7
V =V
1
+ V
2
+ V
3
+ V
4
+ V
5
= 2,307 + 1,719 + 3,4935 + 1,7955 + 2,0535=11,37 (m
3
/ph)
2.1.3. Tính toán áp suất yêu cầu
Tính toán áp suất yêu cầu dựa vào công thức sau:

tmnk tbdk
P P P= +
(2.3)

Với:
P
tmnk
: p suất tính toán máy nén khí
P
tbdk
: p suất mà thiết bị dùng khí yêu cầu, P
tbdk
= P
max
P: Tổn thất áp suất trên đờng ống dầu từ máy nén đến thiết bị
dùng khí
Thông thờng:
P= .L.P
mnk
(2.4)
Với: L = 0,5 (km)
= 0,05 (tổn thất trên 1km đờng ống)
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
9
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Đối với máy nén khí sử dụng trên giàn MSP - 7 để cung cấp cho các thiết
bị tự động nh: van Min, van đóng- mở, thiết bị đo lu lợng, áp suất, nhiệt độ
trên các bình đo, tách và bình 100 m
3
, áp suất lớn nhất của các thiết bị vào
khoảng 8,5 (bar), do đó:
Nhóm 1: P
1
=.L

1
.P
mnk
= 0,05.0,13.8,5= 0,05525 (bar)
Nhóm 2: P
2
=.L
2
.P
mnk
= 0,05.0,09.8,5= 0,03825 (bar)
Nhóm 3: P
3
=.L
3
.P
mnk
= 0,05.0,07.8,5 =0,02975 (bar)
Nhóm 4: P
4
=.L
4
.P
mnk
= 0,05.0,075.8,5=0,031875 (bar)
Nhóm 5: P
5
=.L
5
.P

mnk
= 0,05.0,115.8,5=0,048875 (bar)
Vậy tổng tổn thất áp suất trên đờng ống từ máy nén đến các thiết bị dùng
khí
P = P
1
+ P
2
+ P
3
+ P
4
+ P
5
=
=0,05525+ 0,03825+ 0,02975+ 0,031875+0,048875=0,204 (bar)
Do đó:
P
tmnk

= 8,5 + 0,204=8,704 (bar)=8,878 (KG/cm
2
)

2.2. Những yêu cầu công nghệ của hệ thống tự động hóa
Nh đã nói ở trên, hiện nay trên các công trình biển của xí nghiệp Liên
doanh Vietsovpetro đã tồn tại hai hệ thống khí nén cao áp và thấp áp, nhằm
mục đích cung cấp nguồn năng lợng (khí nén) cho các thiết bị và hệ thống
chính nh sau:
- Các thiết bị đo lờng, các cột mức chất lỏng cho các bình, bể công

nghệ;
- Các hệ thống điều khiển, tự động hóa nh: Các trạm điều khiển van dập
giếng (ACS, TOE); hệ thống điều khiển lu lợng (các van MIN); các
rơle trong hệ thống bảo vệ; điều khiển đóng mở các van cầu, các thiết bị
chặn;
- Các thiết bị dẫn động bằng khí nén: hệ thống khởi động cho các động
cơ Diezel công suất lớn; các động cơ kiểu Rô to, các máy bơm, máy mài,
máy khoan, thiết bị tháo lắp bulông;
- 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 một quy mô công nghệ nào
đó, nh gọi dòng trong khai thác; quấy trộn dung dịch khoan hoặc xi
măng trong quá trình khoan.
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
10
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Khí nén đợc tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều tạp chất bẩn,
độ ẩm có thể ở mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm: bụi, độ ẩm của không
khí đợc 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 khi nén tăng lên có thể
gây ra quá trình oxy hóa một số phần tử trên. Nh vy, khớ nộn bao gm cht
bn ú c ti i trong nhng ng ng dn khớ s gõy nờn s n mũn, g
trong ng v trong cỏc phn t ca h thng iu khin. Cho nờn khớ nộn
c s dng trong k thut phi đợc x lý, mc x lý khớ nộn tựy thuc
vo phng phỏp x lý, t ú xỏc nh cht lng ca khớ nộn tng ứng cho
tng trng hp c th
Tựy theo mc ớch s dng, cỏc yờu cu v cht lng ca khớ nộn cú th
cú ụi chỳt khỏc bit. Tuy nhiờn, tu chung li vn bao gm cỏc vn c
bn sau õy:

- Đảm bảo độ sạch: iu ny m bo khụng lm kt hoc tc
nghn cỏc phin lc, cỏc zicler hoc cỏc chi tit, phn t cú chớnh xỏc
cao ca thit b, nht l trong cỏc thit b kim tra, o lng v cỏc
h thng iu khin, t ng húa. ỏnh giỏ sch, ngi ta a ra
cỏc tiờu chun v ln ca cỏc tp cht, theo cỏc tiờu chun ca Hi
ng cỏc xớ nghip chõu u PNEUROP (European Committee of
Manufacturers of Compressors, Vacuumpumps and Pneumatic tools)
ra, ln ca cỏc tp cht trong khớ nộn khụng c vt quỏ 70 m.
- Đảm bảo độ khô: Yờu cu ny rt quan trng, nht l khi khớ nộn
c s dng trong h thng vn chuyn cỏc vt liu ri, nh h thng
vn chuyn ximng. Trong cỏc h thng ny, 99,9 % lng hi m (gm
hi nc, du bụi trn.v.v, gi chung l condensate) phi c loi
b. Mt khỏc, m bo khụ ca khớ nộn lm hn ch s to thnh cỏc
phase lng, l tỏc nhõn to nờn n mũn in húa trong dũng lu thụng
ca khớ nộn.
- Đảm bảo khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp: Thụng thng,
khong nhit lm vic thớch hp nht ca khớ nộn khụng c chờnh
lch quỏ 3 ữ 5
0
C so vi nhit mụi trng lm vic ca h thng v
thit b. S chờnh lch quỏ ln s gõy nờn s gión n nhit khỏc nhau
trong cỏc h thng, thit b, cỏc cm chi tit, to ra s nt v, bin dng,
h hng
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
11
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
- Đảm bảo khoảng áp suất làm việc thích hợp: Mi h thng hoc
thit b u cú nhng yờu cu v khong ỏp sut khớ nộn lm vic khỏc
nhau, đ gii quyt vn ny, ngi ta thng s dng cỏc b van gim
ỏp (hoc tng ỏp) phự hp.

- Đảm bảo độ nhớt động thích hợp: i vi tng h thng, nht l
vi h thng iu khin t ng hoc truyn ng khớ nộn v thit b, s
cú nhng yờu cu c th v nht ng hc cn thit ca khớ nộn,
gim ma sỏt, s n mũn v g sột ca chỳng. gii quyt vn ny,
ngi ta thng s dng du bụi trn, b sung vo dũng khớ nộn thụng
qua cỏc b van tra du, hot ng theo nguyờn lý tra du Ventury.
Trong nhng yờu cu v cht lng khớ ó nờu trờn, quan trng nht l
vic m bo sch, khụ ca khớ nộn.
2.3. La chn mỏy nộn khớ
Theo kết quả trên với áp suất tính đợc là 8,878 (KG/cm
2
) so sánh với áp
suất lớn nhất của máy nén khí GA - 75 là 9,945 (KG/cm
2
); năng suất tính đợc
11,37 (m
3
/ph) so sánh với năng suất của máy 11,5 (m
3
/ph) thì việc lựa chọn
máy nén khí này là phù hợp với yêu cầu của giàn MSP - 7.
Từ hai thông số V
tmnk
và P
tmnk
ta chọn đợc máy nén khí GA -75 với các
thông số
V
mnk
V và P

mnk
P
Để hiểu rõ các thông số đó ta có thể áp dụng các phơng pháp tính toán
trên máy nén trục vít GA - 75. Trong công việc tính toán các thông số của máy
thì cũng có một vài thông số mà nhà thiết kế đã chọn sẵn và có thể thay thế đ-
ợc.
- Số răng trục chính Z
1
= 12
- Số răng trục phụ Z
2
= 18
Hai thông số của số răng trục chính và trục phụ nh vậy là rất phù hợp, vì
số răng càng lớn thì thể tích hút, nén của một vòng quay sẽ nhỏ, dẫn đến lu l-
ợng máy thấp. Và có một điều quan trọng là số răng trục chính và trục phụ
không bằng nhau nh thế sẽ dẫn đến hiệu suất tốt hơn.
Số vòng quay (n): Đây là loại máy nén trục vít một cấp có dầu bôi trơn và
áp suất đầu ra của máy này vào khoảng 10,2 (KG/cm
2
), ở chế độ làm việc định
mức là 8,364

(KG/cm
2
). Vì thế, để đáp ứng áp suất và lu lợng đòi hỏi nhất
thiết phải chọn số vòng quay cho máy là n = 2975 (vòng/phút).
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
12
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Để phục vụ cho trạm máy nén GA-75 và để đảm bảo lu lợng của máy đã

đề ra (Q = 11,5 (m
3
/phút) = 0,192 (m
3
/s)) thì nhà thiết kế đã chọn loại động cơ
để dẫn động cho máy nén GA -75 là loại động động cơ điện 3 pha có hiệu
ABB kiểu M2ASMC có hiệu điện thế U = 250 (V), cờng độ dòng điện I
= 40A với tần số f = 50 Hz và công suất vào máy là N= 89,8 kW.
Nhiệt độ của máy nén mà nhà thiết kế đã đặt ra T= 40
0
C.
Bảng 2.1. Chỉ tiêu la chọn máy nén khí
Bảng 2.2. So sánh giữa các loại máy nén khí
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
13
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Căn cứ vào V, P vừa tìm đợc ở trên và kết hợp với bảng 2.1, bảng 2.2 thì
ta lựa chon máy nén khí trục vít mà cụ thể là máy nén trục vít GA-75. Lựa
chọn máy nén khí GA-75 thì năng suất nén khí của máy là 11,5 (m
3
/ph).
Nh vậy, V
tính toán
< V
thực tế
nên lựa chọn máy nén khí GA -75 là phù hợp với thực
tế giàn MSP - 7 này.
Ngoài ra, máy nén khí GA -75 còn đợc sử dụng để ép nớc dùng để sinh
hoạt, nhng do việc sử dụng không thờng xuyên nên không đợc đa vào phần
tính toán này (thông thờng 2 ngày đợc bơm 1 lần; mỗi lần bơm khoảng 4 -5

giờ; phải sử dụng hai máy kể cả máy dự phòng thì mới đảm bảo lu lợng và áp
suất).
Kết luận: Các kết quả trên đã làm rõ đợc giá trị tính toán của các thông số và
khi kiểm nghiệm lại với các giá trị thực của máy thì đã đạt yêu cầu mà phần
tính toán các thông số để chọn ra đợc loại máy GA - 75 này là chính xác. Ph-
ơng pháp tính toán này, có thể áp dụng cho việc tính toán và kiểm nghiệm trên
thực tế một giàn khai thác bất kỳ để chọn loại máy nén phù hợp.
CH NG 3
C U T O V NGUYấN Lí L M VI C C A M Y NẫN KH
TR C V T GA-75
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
14
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
3.1. Sơ đồ cấu tạo
3.1.1. Giới thiệu chung
Trạm máy nén khí GA của hãng Atlas Copco là loại máy dạng trục vít,
một cấp, tác dụng đơn có dầu bôi trơn và đợc dẫn động bằng động cơ điện.
Loại máy có ký hiệu GA-55, GA-75 và GA-90C là dạng đợc làm mát bằng
không khí, còn loại máy có ký hiệu GA-55W, GA-75W và GA-90CW đợc
làm mát bằng nớc
Loại máy nén khí GA-FF ( Full feature) với đầy đủ tính năng kỹ thuật, đợc
trang bị thiết bị làm khô khí, cùng lắp đặt chung trong khoang thân vỏ.
Trạm nén khí GA đợc lắp đặt trong khoang thân vỏ cách âm và cách nhiệt
chắc chắn. Máy nén khí đợc điều khiển bởi bộ điều khiển kiểu Elektronikon
của hãng Atlas Copco. Bộ điều khiển điện từ máy đợc lắp vào cánh cửa mặt tr-
ớc, giúp làm giảm sự tiêu hao năng lợng điện, cho phép ngời điều khiển dễ
dàng lập trình và theo dõi, kiểm soát sự vận hành của máy nén khí. Mặt trớc
bảng điều khiển có nút khởi động, nút tắt và nút dừng máy khẩn cấp, mặt sau
có chứa bộ khởi động mo tơ. Ngoài ra, máy nén khí còn đợc trang bị thêm một
hệ thống xả condensate (chất lỏng ngng tụ trong quá trình làm mát khí nén) tự

động.


E1: Module điều khiển 4: Van xả nớc bằng tay
1: Van đầu ra của khí nén 2: Đầu vào cáp điện
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
15
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
3: Đờng xả condensate tự động của thiết bị tách dầu bôi trơn
Hình 3.2. Bề ngoài của trạm GA-75


E1: Module điều khiển 6: Phín lọc khí
S3: Nút dừng khẩn cấp 7: Nút bịt lỗ rót dầu bôi trơn
1: Quạt làm mát 8: Bình gom khí nén
2: Động cơ điện 9: Cơ cấu hiển thị mức dầu bôi trơn
3: Buồng điện 10: Các phín lọc dầu bôi trơn
4: Động cơ điện dẫn động 11: Bộ phận làm mát bằng khí
5: Bộ phận tách dầu
Hình 3.3. Mặt trớc của máy GA-75
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
16
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF


1: Van đầu ra của khí nén 9: Máy nén khí
2: Phín lọc kiểu DD hoặc kiểu PD 10: Van ngợc
3: Thiết bị làm khô khí (GA-FF) 11: Van ngắt đờng dầu bôi trơn
4: Động cơ quạt 12: Mũi tên chỉ chiều quay động cơ
5: Quạt làm mát 13: Động cơ điện dẫn động

6: Bộ phận làm mát bằng dầu bôi trơn 14: Đờng xả condensate
7: Các phín lọc dầu bôi trơn 15: Đờng xả condensate bằng tay
8: Van nạp/ ngắt tải 16: Bẫy tách condensate
Hình 3.4. Mặt sau của máy nén khí GA-75
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
17
§å ¸n tèt nghiÖp M¸y nÐn khÝ GA-75FF
NguyÔn Thanh S¬n ThiÕt bÞ DÇu KhÝ-C«ng tr×nh-K49
18
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
3020: Máy nén khí 4020: Bánh răng chủ động 4025: Bánh răng bị động
5120: Gioăng phớt 5045: Then 5050:Đệm
5105: Chốt định vị 5030; 5070; 5115: Mặt chặn 5025: Gioăng tròn
5100: Gioăng làm kín 5015; 5035; 5055; 5075: Bulông
6020: Hộp truyền động 5065; 5110: Vòng bi đỡ

Hình 3.5. Sơ đồ cấu tạo chung của máy nén trục vít
3.1.2. Các bộ phận cơ bản của máy nén khí GA-75
3.1.2.1. Thân máy nén

1: Thân máy
2: Trục phụ
3: Trục chính
Hình 3.6. Hình dạng thân máy nén trục vít GA - 75
Thân máy nén (hình 3.6) là giá đỡ các bộ phận khác của máy nén và
cũng là nơi xảy ra quá trình nén khí. Thân máy nén có độ ổn định lớn, nặng,
bền và chịu đợc áp suất cao. Trong thân máy nén là không gian chuyển động
quay tròn của rô to và chứa dầu bôi trơn, ở hai đầu thân máy nén có ổ đỡ
chính để đỡ các rô to ở phía hút và đậy lắp các ổ đỡ chặn.
Trong phần dới của thân máy, ở đầu bên kia của cặp trục (rô to) là cửa

đẩy đợc lắp van ngợc (CV). Còn ở giữa thân máy đợc nối với van chặn dầu
(V
s
) và hệ thống cung cấp dầu. Ngoài ra, nó còn đợc nối với một đờng ống dẫn
dầu phụ để cung cấp dầu bôi trơn cho máy nén khí khi máy chạy ở chế độ
không tải.
Mặt trên của thân máy đợc thông với khoang hút và nối với van hút. Nó
đợc đúc bằng gang nên kết cấu bền, chắc chắn ít phải sửa chữa và phù hợp với
thiết bị áp lực. Thân máy đợc gắn trên giá đỡ và dới đế giá đỡ có các lỗ để bắt
bu lông nền.
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
19
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Giá đỡ, các bulông có đủ độ bền chắc để cho phép máy dịch chuyển bằng
cách dùng các kích vít theo trục và bộ phận nằm ngang của nó.
3.1.1.2. Rôto
Trục rôto chủ động nhận chuyển động quay tròn từ động cơ điện thông
qua hộp tốc độ và truyền chuyển động cho rô to bị động nhờ sự ăn khớp giữa
chúng. Rôto gồm các phần: thân rôto, trục và phần nối.
Cụm rôto bao gồm tất cả các thiết bị quay lắp đặt trên rôto (hình 3.7)
ngoại trừ khớp nối. Thân rôto có dạng rãnh vít và đợc bố trí ở phần giữa của
trục (giữa hai đầu ngõng trục).

1: Cánh quạt 2: Thân Rô to
Hình 3.7. Hình dạng rô to máy nén
Ngoài ra, ngõng trục còn đợc tôi cao tần để đảm bảo độ cứng và khả
năng chịu mài mòn cao.Các ống lót trục đợc làm bằng vật liệu chống ăn mòn
và đợc tôi cứng thành lớp bảo vệ chống ăn mòn và đợc bịt kín để ngăn sự rò rỉ
giữa trục và ống lót. Các ống lót trục khi thay thế đợc tháo mở mà không dùng
đến máy

Rôto của máy nén đủ độ cứng vững để không xảy ra sự biến dạng trong
quá trình làm việc dẫn tới sự tiếp xúc giữa thân rô to và thân máy.
3.1.1.3. Hộp tốc độ
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
20
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Hộp tốc độ (hình 3.8) có chức năng nhận truyền động từ động cơ điện
sang máy nén.
3050: Hộp bánh răng 5115: Chi tiết hãm 5110: bi
3105: Bộ phận bảo vệ 5120: Vành làm kín 5055: Bulông (6 cạnh)
5050: Gioăng 5135: Đệm. 5105: Bulông (6 cạnh)
5065: bi 5140: Vít mũ 5050: Đệm cách
5070: Nắp chụp. 5025: Đệm 2020: Bánh răng
5075: Bulông (6 cạnh) 5020: Bạc 5100: Đệm làm kín
2025: Bánh răng. 5030: Nắp chụp 5095: Chốt
5090: Chốt núm vú. 5040: Bạc 5045: Then
Hình 3.8. Sơ đồ cấu tạo hộp tốc độ
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
21
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
Bánh răng chủ động (2025) đợc chế tạo liền trục, trục này đợc lắp trên
hai ổ bi (5065) và (5110). Giữa ổ bi và trục đợc cách bằng nắp chụp (5070) và
phần ngoài cùng ổ bi phía gắn với máy nén có doăng làm kín (5060).
Đầu trục phía lắp với động cơ đợc phay rãnh then và đợc lắp với ổ bi
(5110), vành làm kín (5120), đệm (5135) và ngoài cùng là chi tiết hãm (5115).
Trục chủ động của roto đợc lắp với đệm (5025), bạc (5020), nắp chụp
(5030), bạc (5040) và bánh răng (2020) nhờ then (5045) và phần ngoài cùng
có đệm cách (5050) đợc bắt chặt vào trục bánh răng nhờ bulông 6 cạnh
(5055).
Động cơ truyền chuyển động cho trục chủ động của hộp tốc độ khi đó

trục roto quay nhờ sự ăn khớp giữa bánh răng chủ động (2025) và bánh răng
bị động (2020).
3.1.1.4. Động cơ dẫn động
Động cơ dẫn động (hình 3.9) đợc lắp đặt trên bệ đỡ. Động cơ và bệ đỡ đ-
ợc lắp các đệm chống rung. Máy nén khí đợc dẫn động bằng động cơ điện
xoay chiều 3 pha điện áp 238 - 400 V, công suất 75 kW. Động cơ đợc lắp đặt
với khung sàn nhờ bu lông thông qua đệm cao su chống rung và các vành đệm
chống tự tháo.
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
22
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF

1020: Khung 2010: Môtơ 3030: Vít
5045: Nửa khớp nối 3040: Trục trung gian 3046: Vít
3025: Đệm cách 3021: Vít 3020: Khớp nối
3035: Chốt trục 1035: Đệm làm kín 1040:Đệm chống rung
Hình 3.9. Sơ đồ lắp đặt động cơ dẫn động trên bệ đỡ

Trục động cơ đợc nối với bộ truyền trung gian nhờ khớp, khớp nối gồm 3
phần cơ bản sau:
- Phần nửa khớp lắp then trên trục động cơ có dạng mặt ngoài hình trục
bậc. Đờng ngoài của phần trụ nhỏ có then hoa ngoài để lắp vào trục trung
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
23
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
gian có then hoa trong, đờng kính trong của phần trụ lớn cũng có then
hoa trong để lắp với trục trung gian có then hoa ngoài;
- Trục trung gian hình trụ, ở giữa có đờng kính nhỏ hơn hai mặt trụ đầu,
hai mặt trụ đầu có dạng then hoa;
- Phần nửa khớp nối thứ hai lắp trên trục chủ động của hộp giảm tốc

bằng then và nó đợc lắp với trục trung gian bằng then hoa.
3.1.1.5. Hệ thống dầu
Hệ thống dầu có ảnh hởng rất lớn đến sự hoạt động của máy nén, ngoài
việc cung cấp dầu cho máy nén trong quá trình hoạt động của máy nó còn có
nhiệm vụ bôi trơn, làm mát các chi tiết trong máy nh rôto, ổ trợt
Dầu sử dụng cho máy nén phải đúng loại, đúng nhiệt độ, áp suất và phải
đủ lu lợng.
Hỗn hợp khí, dầu từ máy nén theo đờng ống tới bình chứa khí và tách dầu
(AR), tại đây phần lớn dầu đợc tách ra khỏi hỗn hợp dầu khí.
Hỗn hợp dầu khí với áp suất lớn đi vào bình theo phơng tiếp tuyến và đập
vào phần tử tách dầu (OS). Lúc này xảy ra quá trình tách dầu và khí, khí ra
khỏi bình tách tới két làm mát, còn phần dầu tập hợp xuống phía dới của bình
tách dầu khí (AR) và phần này giống nh một bể chứa dầu nhỏ.
Hệ thống dầu có một van dự phòng (BV), khi nhiệt độ dầu thấp hơn 40
0
C
thì van (BV) sẽ đóng đờng dầu cấp từ két làm mát (Co) về máy nén (E) và lúc
này áp lực khí nén sẽ đẩy dầu từ bình tách (AR) qua van (BV), qua phin lọc
(OF) rồi theo đờng ống qua van ngắt dầu (Vs) vào máy nén (E) và các điểm
bôi trơn của nó. Két làm mát dầu (Co) lúc này ở vị trí dự phòng.
Khi nhiệt độ dầu trong bình (AR) tăng lên quá 55
0
C thì van (BV) sẽ
đóng, dầu khí từ bình (AR) sẽ qua két làm mát, qua phin lọc, qua van ngắt dầu
vào máy nén (E). Van ngắt dầu (Vs) dùng để ngăn ngừa phần máy nén khỏi bị
ngập dầu khi máy nén dừng, van đợc mở bởi các tác động của áp suất ra khi
máy nén đợc khởi động.
3.2.2.6. Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát (hình 3.10) gồm két làm mát với hai khoang riêng biệt,
một khoang làm mát dầu, một khoang làm mát khí và quạt gió. Hai khoang

trên có thể đợc chế tạo riêng biệt hoặc đợc liên kết (bằng phơng pháp hàn
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
24
Đồ án tốt nghiệp Máy nén khí GA-75FF
nhôm) lại thành một khối.
1100: Bộ tách lọc khí nén 1030: Bulông
Nguyễn Thanh Sơn Thiết bị Dầu Khí-Công trình-K49
25