Tìm hiểu các loại van sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí tính toán, lựa chọn van shutdown (SDV) cho đường ống chính trên giàn MSP 11

MỤC LỤC
MỤC LỤC...........................................................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ..........................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..............................................................................................................7
Bảng 2 : Hệ số dòng chảy Cv cho van bi khi mở hoàn toàn……………………….63..............................7
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU....................................................................................................................8
Q : lưu lượng, m3/s...........................................................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................................................9
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ VAN.....................................................................................................10
Hình 1.1. Vận tốc và áp lực trong van..............................................................................................12
Hình 1.3. Tổn hao áp suất của dòng chảy qua van...........................................................................14
Hình 1.4. Vận tốc và áp suất dòng chảy qua van khi chảy bình thường...........................................14
Hình 1.5. Áp suất trong van khi sảy ra choked và xâm thực.............................................................15
Hình 1.6. Áp suất trong van khi sảy ra choked và flashing...............................................................16
Hình 1.7. Quá trình chuyển đổi thực tế giữa dòng chảy bình thường sang choked.........................17
Đóng van tức thì; chất lỏng nén được :...................................................................................19
Van đóng chậm, chất lỏng không nén được............................................................................20
Chương 2 : CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHUNG VÀ QUI TRÌNH VẬN HÀNH CÁC LOẠI VAN SỬ
DỤNG TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ...............................................................................22
2.1. Van cửa.................................................................................................................................22
Hình 2.1. Van cửa............................................................................................................................22
Hình 2.3. Mài mòn cửa van..............................................................................................................25
Hình 2.4. Cửa liền............................................................................................................................25
Hình 2.5. Cửa có hai cách song song................................................................................................27
Hình 2.6. Cửa đúc liền có rãnh giữa.................................................................................................28
2.2. Van điều tiết.........................................................................................................................28
Hình 2.7. Van điều tiết.....................................................................................................................29
Hình 2.8. Dòng chảy qua van điều tiết.............................................................................................30
Hình 2.9. Van điều tiết dạng góc......................................................................................................31
Hình 2.10. Thiết kế cửa van điều tiết...............................................................................................32
2.3. Van nút.................................................................................................................................32

Trang 1


Hình 2.11. Van nút...........................................................................................................................33
Hình 2.12. Hoạt động của van nút...................................................................................................34
Hình 2.13. Van nút ở vị trí điều tiết.................................................................................................35
Hình 2.14. Vị trí lỗ tra dầu của van nút............................................................................................36
2.7. Van một chiều.......................................................................................................................36
Hình 2.15. Van một chiều................................................................................................................37
Hình 2.16. Dòng chảy một chiều qua van bị chặn lại.......................................................................38
Hình 2.17. Một dạng khác của van một chiều.................................................................................38
Hình 2.18. Dòng chảy qua van một chiều khi lắp đứng....................................................................39
Hình 2.19. Van một chiều đứng.......................................................................................................40
Hình 2.20. Một dạng van một chiều khác........................................................................................41
2.8. Van an toàn...........................................................................................................................41
Hình 2.21. Van an toàn....................................................................................................................42
2.9. Van điều khiển......................................................................................................................43
Hình 2.22. Van min..........................................................................................................................43
Hình 2.23. Mô hình một van điều khiển..........................................................................................44
Hình 2.24. Các kiểu thân van...........................................................................................................45
Hình 2.25. Van điều khiển dẫn động bằng khí nén..........................................................................46
Hình 2.26. Van điều khiển dùng khí nén để mở van........................................................................47
Hình 2.27.Một dạng van điều khiển dùng khí nén để mở van khác.................................................48
Hình 2.34. Bôi trơn van....................................................................................................................53
Hình 2.35. Khoang làm kín của van..................................................................................................54
2.11. Xử lý sự cố..........................................................................................................................55
Hình 2.36. Bộ xác định vị trí van......................................................................................................55
CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN VAN SHUTDOWN CHO ĐƯỜNG ỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN MSP
11....................................................................................................................................................57
3.1. Giới thiệu về van shutdown ( SDV).......................................................................................57

3.1.1. Giới thiệu.......................................................................................................................57
3.1.2. Vị trí lắp đặt của SDV trong hệ thống thu gom dầu trên giàn khai thác.........................57
Hình 3.1. Vị trí SDV trên giàn khai thác............................................................................................58
3.1.3. Cấu tạo của SDV.............................................................................................................59
Hình 3.2. Cấu tạo SDV......................................................................................................................59
Trang 2


3.2. Tính chọn van SDV cho đường ống thu gom chính trên MSP 11..........................................60
3.2.1. Xác định các thông số công nghệ trên MSP 11 như sau :...............................................60
3.3.2. Lựa chọn vật liệu cấu tạo nên thân van.........................................................................60
3.3.2. Tính kích thước SDV.......................................................................................................60
Bảng 2 : Hệ số dòng chảy Cv cho van bi khi mở hoàn toàn..........................................................67

Trang 3


DANH MỤC HÌNH VẼ
MỤC LỤC...........................................................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ..........................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..............................................................................................................7
Bảng 2 : Hệ số dòng chảy Cv cho van bi khi mở hoàn toàn……………………….63..............................7
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU....................................................................................................................8
Q : lưu lượng, m3/s...........................................................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................................................9
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ VAN.....................................................................................................10
Hình 1.1. Vận tốc và áp lực trong van..............................................................................................12
Hình 1.3. Tổn hao áp suất của dòng chảy qua van...........................................................................14
Hình 1.4. Vận tốc và áp suất dòng chảy qua van khi chảy bình thường...........................................14
Hình 1.5. Áp suất trong van khi sảy ra choked và xâm thực.............................................................15

Hình 1.6. Áp suất trong van khi sảy ra choked và flashing...............................................................16
Hình 1.7. Quá trình chuyển đổi thực tế giữa dòng chảy bình thường sang choked.........................17
Đóng van tức thì; chất lỏng nén được :...................................................................................19
Van đóng chậm, chất lỏng không nén được............................................................................20
Chương 2 : CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHUNG VÀ QUI TRÌNH VẬN HÀNH CÁC LOẠI VAN SỬ
DỤNG TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ...............................................................................22
2.1. Van cửa.................................................................................................................................22
Hình 2.1. Van cửa............................................................................................................................22
Hình 2.3. Mài mòn cửa van..............................................................................................................25
Hình 2.4. Cửa liền............................................................................................................................25
Hình 2.5. Cửa có hai cách song song................................................................................................27
Hình 2.6. Cửa đúc liền có rãnh giữa.................................................................................................28
2.2. Van điều tiết.........................................................................................................................28
Hình 2.7. Van điều tiết.....................................................................................................................29
Hình 2.8. Dòng chảy qua van điều tiết.............................................................................................30
Hình 2.9. Van điều tiết dạng góc......................................................................................................31
Hình 2.10. Thiết kế cửa van điều tiết...............................................................................................32
2.3. Van nút.................................................................................................................................32
Hình 2.11. Van nút...........................................................................................................................33
Trang 4


Hình 2.12. Hoạt động của van nút...................................................................................................34
Hình 2.13. Van nút ở vị trí điều tiết.................................................................................................35
Hình 2.14. Vị trí lỗ tra dầu của van nút............................................................................................36
2.7. Van một chiều.......................................................................................................................36
Hình 2.15. Van một chiều................................................................................................................37
Hình 2.16. Dòng chảy một chiều qua van bị chặn lại.......................................................................38
Hình 2.17. Một dạng khác của van một chiều.................................................................................38
Hình 2.18. Dòng chảy qua van một chiều khi lắp đứng....................................................................39

Hình 2.19. Van một chiều đứng.......................................................................................................40
Hình 2.20. Một dạng van một chiều khác........................................................................................41
2.8. Van an toàn...........................................................................................................................41
Hình 2.21. Van an toàn....................................................................................................................42
2.9. Van điều khiển......................................................................................................................43
Hình 2.22. Van min..........................................................................................................................43
Hình 2.23. Mô hình một van điều khiển..........................................................................................44
Hình 2.24. Các kiểu thân van...........................................................................................................45
Hình 2.25. Van điều khiển dẫn động bằng khí nén..........................................................................46
Hình 2.26. Van điều khiển dùng khí nén để mở van........................................................................47
Hình 2.27.Một dạng van điều khiển dùng khí nén để mở van khác.................................................48
Hình 2.34. Bôi trơn van....................................................................................................................53
Hình 2.35. Khoang làm kín của van..................................................................................................54
2.11. Xử lý sự cố..........................................................................................................................55
Hình 2.36. Bộ xác định vị trí van......................................................................................................55
CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN VAN SHUTDOWN CHO ĐƯỜNG ỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN MSP
11....................................................................................................................................................57
3.1. Giới thiệu về van shutdown ( SDV).......................................................................................57
3.1.1. Giới thiệu.......................................................................................................................57
3.1.2. Vị trí lắp đặt của SDV trong hệ thống thu gom dầu trên giàn khai thác.........................57
Hình 3.1. Vị trí SDV trên giàn khai thác............................................................................................58
3.1.3. Cấu tạo của SDV.............................................................................................................59
Hình 3.2. Cấu tạo SDV......................................................................................................................59
3.2. Tính chọn van SDV cho đường ống thu gom chính trên MSP 11..........................................60
Trang 5


3.2.1. Xác định các thông số công nghệ trên MSP 11 như sau :...............................................60
3.3.2. Lựa chọn vật liệu cấu tạo nên thân van.........................................................................60
3.3.2. Tính kích thước SDV.......................................................................................................60

Bảng 2 : Hệ số dòng chảy Cv cho van bi khi mở hoàn toàn..........................................................67

Trang 6


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 : Bảng hệ số N……………………………………………………………..63
Bảng 2 : Hệ số dòng chảy Cv cho van bi khi mở hoàn toàn……………………….63

Trang 7


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
Q : lưu lượng, m3/s.
∆PT : Tổn hao áp suất tới hạn.
∆P : Tổn hao áp suất.
P1,P2 : Áp suất đầu vào và đầu ra của van.
Pv : Áp suất hóa hơi.
FL : Hệ số phục hồi áp suất chất lỏng qua van.
Cv : Hệ số kích thước van hoặc Hệ số dòng chảy.
W : lưu lượng khối lượng, kg/s.
T1 : Nhiệt độ đầu vào van.
Gf : Trọng lượng riêng của chất lỏng.
Fp : Yếu tố hình học đường ống.

Trang 8


LỜI MỞ ĐẦU
Trải qua hơn 30 năm hình thành và phát triển, ngành dầu khí việt nam ngày

càng lớn mạnh và đã khẳng định được vị trí của mình trên trường quốc tế. Sự phát
triển ngày càng cao của khoa học công nghệ đặt ra yêu cầu khắt khe hơn về nguồn
nhiên liệu, đòi hỏi ngành công nghiệp dầu khí phải luôn luôn vận động hết mình,
không ngừng nghiên cứu và áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cải tiến công
nghệ để nguồn nhiên liệu sản suất ra đáp ứng được những yêu cầu đó.
Ngành Thiết Bị Dầu Khí chính là ngành cầu nối giữa khoa học kĩ thuật với
công nghệ sản xuất. Sau 5 năm học đại học chuyên ngành Thiết Bị Dầu Khí, em đã
được trang bị những kiến thức quý báu để có thể tiếp thu những kĩ năng làm việc
khi ra trường, làm một công việc cụ thể, thực tế.
Với mong muốn được vận dụng những kiến thức đã học, cùng với sự yêu
thích của bản thân về các thiết bị trên đường ống dẫn dầu, em chọn đề tài “Tìm
hiểu các loại van sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí.Tính toán, lựa chọn
van shutdown (SDV) cho đường ống chính trên giàn MSP 11”.
Trong thời gian làm việc, tìm hiểu thực tế, với sự hướng dẫn tận tình của
thầy Triệu Hùng Trường và các thầy, cô trong bộ môn cùng với sự nỗ lực của bản
thân em đã hoàn thành cuốn đồ án tốt nghiệp này, đồng thời tiếp thu thêm được
nhiều kiến thức bổ ích.
Tuy nhiên, do kinh ngiệm nghiên cứu và kiến thức còn nhiều hạn chế, nên
mặc dù được thầy giáo hướng dẫn nhiệt tình và bản thân đã hết sức cố gắng, nhưng
đồ án của em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự
chỉ dẫn, đóng góp của các thầy, cô trong bộ môn, cùng các bạn độc giả để đồ án của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Triệu Hùng Trường, các thầy, cô
trong bộ môn và các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 11/11/2013
Sinh viên
Hồ Văn Nam

Trang 9

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ VAN.
1.1. Chức năng của van.
Van là thiết bị cơ khí hoặc điện cơ có những chức năng cơ bản sau :
• Kiểm soát : áp lực / vận tốc dòng chảy.
• Ngắt dòng khi có sự cố.
• Bảo vệ quá áp.
• Ngăn ngừa dòng chảy ngược (van một chiều).
• Bật / Tắt theo yêu cầu.
1.2.

Phân loại
Van có thể được phân loại theo:
a. Phân loại theo chuyển động của các thành phần đóng van.
• Van chuyển động tuyến tính :

Các thành phần đóng van có chuyển động tuyến tính bằng cách chuyển động
quang gốc ren của nó nhiều lần.
Thao tác này là chậm, nhưng nó mang lại độ chính xác và ổn định vị trí các
thành phần đóng van, điều đó là cần thiết trong một số van điều khiển.
Các loại van: van cổng, van kim, …
• Van quay :
Các thành phần đóng van cũng như trục của nó chuyển động từ 0º -90º,
tương ứng từ vị trí hoàn toàn mở cho đến vị trí hoàn toàn đóng.
Đây là loại van đóng mở nhanh chóng.
Các loại van: Van bi, van bướm, …
b. Phân loại theo các chức năng của van.
- Kiểm soát : áp lực / vận tốc dòng chảy.
- Ngắt dòng khi có sự cố.
- Bảo vệ quá áp.

- Ngăn ngừa dòng chảy ngược (van một chiều).
- Bật / Tắt theo yêu cầu.
c. Phân loại theo tính chất, điều kiện vật lý của dòng chảy.
- Nhiệt độ cao hoặc thấp.
- Áp suất cao hoặc thấp.
- Nguy cơ xâm thực.
- Các đặc tính ăn mòn của dòng chảy.
- Độ nhớt của chất lưu.
- Yêu câu vệ sinh ( đối với ngành công nghiệp thực phẩm, dược, …)
- Nguy cơ về khả năng cháy nổ ( hóa chất , công nghiệp hóa dầu,…)
Trang 10


d. Các hình thức phân loại van khác :
- Theo mức độ rò rỉ có thể chấp nhận.
- Theo cách kết nối với đường ống.
- Theo số cổng : hầu hết các van có hai cổng, được đặt tên là cổng vào và cổng
ra. Nhưng một số van có cấu hình đa cổng, chúng có thể là 3 cổng hoặc 4 cổng, …
- Theo góc giữa đầu vào và đầu ra của van.
1.3.

Vai trò , nhiệm vụ của van trong khai thác dầu khí.
Van có vai trò đặc biệt quan trọng trong khai thác dầu khí và được sử dụng
rất phổ biến. Trong khai thác dầu khí van được sử dụng để :
- Ngăn chặn dòng chảy như các van cửa được lắp trên cây thông khai thác,…
- Điều tiết lưu lượng khai thác.
- Ngăn dòng chảy ngược chiều trong các đường ống.
- Bảo vệ đường ống và thiết bị khỏi các áp lức lớn hơn áp lực cho phép.
- Tham gia quá trình cứu hộ khi có sự cố sảy ra như van dập giếng, van
shutdown, …

1.4. Các vấn đề thường gặp của van trong đường ống.
1.4.1. Tiếng ồn.
a. Tiếng ồn khí động học
Khi khí hoặc hơi nước đi qua van, tiếng ồn được tạo ra . Tiếng ồn tạo ra bởi
dòng chảy của khí hoặc hơi thường được gọi là “ tiếng ồn khí động học”. Tùy thuộc
vào kích thước van, tốc độ dòng chảy và tổn hao áp suất qua van, tiếng ồn có thể đủ
lớn để gây ra những thiệt hại nghiêm trọng.
Nguyên nhân gây ra tiếng ồn :

Trang 11


Hình 1.1. Vận tốc và áp lực trong van
Khi khí chảy qua van, vận tốc tăng và đạt tối đa ở “contracta vena”. Theo
định luật bảo toàn năng lượng, khi tốc độ tăng, áp suất phải giảm, khi áp suất giảm
dẫn đến thể tích khí tăng. Sau khi qua “contracta vena” áp suất tăng trở lại, điều này
làm cho thể tích khí bị nén gây ra sự bất ổn và tạo ra tiếng ồn.
Để giảm thiểu tiếng ồn khí động học : có 2 phương pháp.
+ Kiểm soát vận tốc dòng chảy : vận tốc dòng chảy càng nhỏ, tiếng ồn tạo ra
càng bé.
+ Kiểm soát cách thức mà dòng chảy qua van : có 2 cách thực hiện điều này.
- Phân phối tổn hao áp suất : có nghĩa là thay vì lấy toàn bộ tổn hao áp suất
trong một bước, ta chia thành hai hoặc nhiều bước. Khi tổn hao áp suất được thực
hiện trong hơn một bước, độ tăng vận tốc dòng chảy và độ giảm của áp lực được
thu hẹp nên tiếng ồn cũng giảm theo ( Hình 2a).
- Phân chia dòng chảy : có nghĩa là thay vì dòng chảy đi qua một lỗ duy nhất ,
ta phân chia lưu lượng qua nhiều khe hở song song. Mỗi lần tăng gấp đôi số khe hở,
ta làm giảm được 3 dBA. Nguyên nhân của sử giảm này là do tiếng ồn ở các khe
nhỏ có tần số cao hơn, âm thanh có tần số cao khi đi qua thành ống bị giảm nhiều
hơn so với âm thanh có tần số thấp. Ngoài ra vì tai của con người không nghe được

nhưng âm thanh có tần số cao quá.

Trang 12


a: phân phối tổn hao áp suất

b: phân chia dòng chảy

Hình 1.2. Phương pháp giảm thiểu tiếng ồn khí động học
b. Tiếng ồn thủy động lực.
Đây là tiếng ồn tạo ra khi dòng chất lỏng đi qua van, tiếng ồn này cần đặc
biệt chú ý vì nó thường liên kết với hiện tượng xâm thực trong van. Âm thanh của
loại tiếng ồn này được mô tả giống như âm thanh của đá va vào thành ống. Việc
ngăn chặn tiếng ồn này cũng như hiện tượng xâm thực được trình bày ở mục 1.4.2.
1.4.2. Dòng chảy choked , xâm thực và flashing trong van.
a. Dòng chảy choked.
Từ phương trình “liquid sizing basic” :

[1]

(1.1)

cho chúng ta biết rằng tốc độ dòng chảy chất lỏng thông qua một van là tỷ lệ thuận
với căn bậc hai của tổn hao áp suất. Mối quan hệ này được tuyến tính hóa bằng
đoạn đồ thị màu xanh lá cây trong hình 3. Tuy nhiên khi vận tốc dòng chảy tăng lên
đến giá trị tới hạn thì đồ thị của nó không còn phụ thuộc ∆P, khi đó dòng chảy được
cho là bị choked.

Trang 13

∆PT : Tổn hao áp suất tới hạn
∆P : Tổn hao áp suất
Hình 1.3. Tổn hao áp suất của dòng chảy qua van
Vận tốc dòng chảy đạt đến tối đa tại vị trí có tiết diện dòng chảy nhỏ nhất và vị trí
này được gọi là “contracta vena”. Theo định luật bảo toàn năng lượng, áp suất dòng
chảy sẽ đạt cực tiểu tại vị trí này ( hình 1.4).

Hình 1.4. Vận tốc và áp suất dòng chảy qua van khi chảy bình thường
Nếu tại “contracta vena” áp suất giảm xuống tới áp suất hóa hơi, các bọt khí hình
thành tại “contracta vena”. Lúc này việc hạ thấp thêm áp suất phía hạ lưu chỉ làm
tăng số lượng bọt khí nhận được, nhưng vận tốc dòng chảy không tăng. Trạng thái
dòng chảy như vậy được gọi là dòng chảy choked.Khi
b. Hiện tượng xâm thực trong van.
Trang 14


Hình 1.5 minh họa quá trình choked cùng với hiện tượng xâm thực. Lưu ý rằng
trong hình, Δp lớn hơn Δp T và dòng chảy choked.

Hình 1.5. Áp suất trong van khi sảy ra choked và xâm thực
Khi các bọt khí di chuyển theo dòng chảy, tại khu vực dòng chảy có dấu cắt
chéo (hình 1.5), vận tốc giảm và áp lực tăng lên. Lúc đó áp suất bên trong bọt khí
bằng áp suất hóa hơi và được bao quanh bởi chất lỏng có áp suất cao hơn. Khi áp
suất tăng lên đến một giá trị nhất định các bọt khí tự vỡ. Sự hình thành bọt khí và
dòng chảy choked cùng với sự sụp đổ của các bọt khí phía hạ lưu được gọi là Hiện
tượng xâm thực van. Khi bọt khí sụp đổ chúng tạo ra 1 âm thanh nổ. Âm thanh này
có thể đủ lớn để gây khó chịu và thậm chí đủ lớn để gây thiệt hại cho van nếu tiếp
xúc với nó trong thời gian dài. Ngoài ra, khi bọt khí tự vỡ, chúng tạo ra các sóng

xung kích có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng vào van. Thiệt hại do xâm thực có
thể thấy qua hình 5 (Xem hình ảnh của một đĩa van điều tiết ở phía trên bên phải
của hình 1.5). Thiệt hại có thể xảy ra rất nhanh, đôi khi chỉ là một vài tuần hoặc vài
tháng. Bởi vì xâm thực xảy ra một cách nhanh chóng như vậy, chúng ta cần cố gắng
để tránh xâm thực ở tất cả các công đoạn.
c. Hiện tượng flashing.
Nếu áp suất phía hạ lưu tiếp tục giảm, chúng ta đạt đến một điểm mà tại đó áp suất
đầu ra van thấp hơn so với áp suất hóa hơi của chất lỏng.

Trang 15


Hình 1.6. Áp suất trong van khi sảy ra choked và flashing
Bây giờ, thay vì tự nổ, các bọt khí trở nên lớn hơn và nhanh chóng biến đổi
từ dòng chất lỏng với các bọt khí sang dòng khí với những giọt nước nhỏ trong
nó. Điều này được gọi là flashing. Thiệt hại do flashing và do xâm thực gây ra là
khác nhau, và chi tiết bị flashing phá hủy có đặc điểm sáng bong, trơn mượt. (Xem
hình ảnh của một đĩa van điều tiết ở phía trên bên phải của Hình 6). Cơ chế gây
thiệt hại của flashing cũng giống như sự phun cát. Tại hạ lưu của “contracta vena”
dòng chảy bao gồm một lượng lớn khí với các giọt nhỏ của chất lỏng, vận tốc có thể
là vài trăm feet mỗi giây, và những giọt chất lỏng với tốc độ cao có thể ăn mòn một
phần van. Thiệt hại gây ra bởi flashing thường không xảy ra một cách nhanh chóng
như gây ra bởi xâm thực.
d. Tình hình thực tế.
Hình 1.1 cho ta biết có một sự chuyển đổi đột ngột từ dòng chảy bình thường
thành dòng chảy choked.Trong thực tế, tại thời diểm chuyển đổi tổn hao áp suất ở
dưới giá trị tính toán của Δp T , nguyên nhân là do sự hình thành của một số bọt
khí. Hình 1.7 cho thấy những gì thực sự xảy ra khi quá trình chuyển đổi dòng chảy
từ bình thường thành dòng chảy choked.

Trang 16


Hình 1.7. Quá trình chuyển đổi thực tế giữa dòng chảy bình thường sang choked

e. Ngăn chặn sự tạo bọt và xâm thực.
Giá trị của Δp T là một giá trị phụ thuộc vào p1 , pv và yế tố phục hồi áp suất
chất lỏng F L( được xác định bằng thực nghiệm). Giá trị của FL được hiển thị trong
hình 8. Lưu ý rằng F L là một hệ số phụ thuộc vào đặc điểm hình học bên trong van
và tỷ lệ phần trăm mở van. Giá trị FL càng lớn thì nguy cơ xâm thực van càng giảm.

Hình 1.8. Giá trị của FL

Trang 17


Có một số phương pháp làm tăng giá trị của Δp T và do đó làm giảm khả
năng tạo bọt và tiếng ồn liên quan và thiệt hại: (1) giá trị của p 1 có thể được tăng
lên trong khi vẫn giữ nguyên Δp bằng cách di chuyển các van đến một vị trí xa hơn
thượng nguồn, hoặc đến một vị trí ở độ cao thấp hơn. (2) áp suất hơi có thể được
giảm bằng cách lắp đặt các van ở nơi có nhiệt độ chất lỏng thấp hơn. (3) Chọn một
loại van có giá trị F L cao hơn.
1.4.3. Búa thủy lực.
Búa thủy lực do một áp suất hoặc sóng áp suất tăng lên gây ra khi một chất
lỏng trong chuyển động buộc phải ngừng hoặc thay đổi hướng đột ngột (thay đổi
động lực). Búa thủy lực thường xảy ra khi một van đóng đột ngột ở cuối một hệ
thống đường ống, và một sóng áp suất lan truyền trong đường ống.
Sóng áp suất này có thể gây ra các vấn đề lớn, như tiếng ồn và độ rung hay
phá hủy ống.
a. Nguyên nhân.

Nếu đường ống đột nhiên bị đóng ở phía hạ lưu, khối lượng của nước trước
khi đóng vẫn còn di chuyển về phía trước với một vận tốc, gây ra một áp lực cao
và sóng áp suất . Điều này gây ra va chạm lớn trong đường ống. Búa thủy lực có thể
phá vỡ đường ống nếu áp suất đủ cao. Bẫy không khí hoặc ống đứng (mở ở bên
trên) đôi khi được thêm vào như là bộ giảm chấn của các hệ thống nước cung cấp
một đệm để hấp thụ lực dòng nước và ngăn chặn thiệt hại cho hệ thống.
Mặt khác, khi van thượng nguồn trong một đường ống đóng , nước tại hạ lưu
của van tiếp tục chảy mạnh, tạo ra một chân không có thể làm bẹp đường ống hoặc
vỡ ống. Vấn đề này có thể là đặc biệt nghiêm trọng nếu các ống trên có độ dốc
lớn. Để ngăn chặn điều này lỗ thông hơi được cài đặt phía hạ lưu của van cho phép
không khí nhập vào dòng và ngăn chặn chân không này xảy ra.
Các nguyên nhân khác của búa thủy lực là do sự đóng đột ngột của van một
chiều hoặc bơm dừng đột ngột (do giảm tốc độ đột ngột , van một chiều có thể đóng
nhanh chóng, tùy thuộc vào đặc tính năng động của van một chiều và khối lượng
của nước giữa van và bình chứa.
b. Biện pháp giảm thiểu.

Trang 18


Búa thủy lực gây ra thiệt hại và phá hủy. Một kỹ sư nên luôn luôn đánh giá
nguy cơ một vụ nổ đường ống dẫn. Đường ống vận chuyển chất lỏng hoặc chất khí
độc hại cần chú ý đặc biệt trong thiết kế, xây dựng và hoạt động.
Các đặc điểm sau đây có thể làm giảm hoặc loại bỏ búa thủy lực:
Giảm áp lực bằng cách lắp một bộ điều chỉnh.
• Giảm vận tốc chất lỏng. Để giảm thấp nguy cơ búa thủy lực, vận tốc dòng
chảy bằng hoặc thấp hơn 1,5 m / s (4,9 ft / s)
•

•

Đóng van từ từ.

•

Sử dụng đường ống chịu áp lực cao.

•

Kiểm soát đường ống dẫn tốt (khởi động và tắt máy thủ tục).

Tháp nước (được sử dụng trong nhiều hệ thống nước uống) giúp duy trì lưu
lượng ổn định và giảm biến động áp lực lớn.
•

Một thiết bị thủy lực tương tự về nguyên tắc cho một giảm xóc được gọi là
"Water Hammer Arrestor ' có thể được cài đặt giữa các đường ống nước và máy, để
hấp thụ búa thủy lực.
•

•

Chia nhỏ các đường ống dài.

Thêm khuỷu tay, vòng mở rộng. Búa thủy lực có liên quan đến tốc độ của âm
thanh trong chất lỏng, khuỷu tay và vòng mở rộng làm giảm ảnh hưởng của áp lực
sóng.
•

c. Độ lớn của xung áp suất búa thủy lực.

Búa thủy lực có thể được phân tích bằng hai cách tiếp cận khác nhau đó là
bỏ qua sự nén của chất lỏng và độ đàn hồi của thành ống, hoặc bằng một phân tích
đầy đủ bao gồm đàn hồi.
• Đóng van tức thì; chất lỏng nén được :
Theo phương trình Joukowsky :
[2]

Trang 19


Vì vậy, khi van đóng ngay lập tức, độ lớn tối đa của xung water hammer là:
Δ P : là độ lớn của sóng áp lực (Pa), ρ : là tỷ trọng của chất lỏng (kgm -3 ), a : là tốc
độ của âm thanh trong chất lỏng (ms -1 ), và Δ v : là sự thay đổi trong vận tốc chất
lỏng (ms -1 ).
• Phương trình cho tốc độ sóng

Như tốc độ của âm thanh trong một chất lỏng là

,

( effective bulk modulus : mô đun khối hiệu dụng ; density : khối lượng riêng)
áp suất đỉnh phụ thuộc vào chất lỏng nén nếu van được đóng đột ngột.
[3]

Trong đó :

•

a = tốc độ sóng

K = module đàn hồi của chất lỏng

•

ρ = tỷ trọng của chất lỏng

•

E = module đàn hồi của ống

•

D = đường kính trong của ống

•

t = độ dày thành ống

•

c = tham số thứ nguyên do hệ thống điều hòa ống hạn chế về tốc độ
sóng.

•

•

Van đóng chậm, chất lỏng không nén được.

Khi van đóng chậm hơn so với thời gian một làn sóng áp lực đủ để lan truyền

theo chiều dài của ống, độ đàn hồi có thể được bỏ qua, và hiện tượng này có thể
được mô tả theo lý thuyết cột cứng :
Trang 20


Giả sử giảm tốc của cột nước là không đổi :
dv / dt = v / t
Ta có:
Trong đó:

•

F = lực , N
m = khối lượng của cột chất lỏng, kg

•

a = gia tốc , m / s 2

•

P = áp lực, Pa

•

A = ống cắt ngang, m 2

•

ρ = tỷ trọng chất lỏng, kg / m 3

•

L = chiều dài đường ống, m

•

v = vận tốc chất lỏng, m / s

•

t = thời gian đóng van , s

•

Trang 21


Chương 2 : CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHUNG VÀ QUI TRÌNH
VẬN HÀNH CÁC LOẠI VAN SỬ DỤNG TRONG NGÀNH CÔNG
NGHIỆP DẦU KHÍ.
2.1. Van cửa.

Hình 2.1. Van cửa
Là một trong những loại van được sử dụng rông rãi trong công nghiệp. Van
cửa đóng dòng chảy khi chúng chắn ngang toàn bọ dòng chảy. Khi van được mở
hoàn toàn thì cửa của chúng không nằm trong dòng chảy của vật chất. Lúc này độ
Trang 22

cản trở dòng chảy của van là rất nhỏ, có nghĩa là sự sụt áp hay mất năng lượng khi
vật chất đi qua van hạn chế ở mức nhỏ nhất.
• Các phần tử liên kết của van :
Loại van này lien kết với đường ống bằng mặt bích ở cả hai đầu. Van và
đường ống được nối với nhau bằng các bulong . Gioăng , đệm được chèn vào giữa
hai mặt bích của van và đường ống để sự kết nối có được độ kín cao.
Ngoài ra còn có các dạng nối khác giữa ống và than van. Các phương pháp
này bao gồm : Mối nối lắp ghép ren , nối bằng then chốt . nối bằng phương pháp
hàn gối đầu.
Trong nắp van ở phía trên có khoảng không để có thể kéo tấm cửa của van
lên khi mở van. Có rất nhiều dạng nối giữa nắp van và than van để hình thành lên
một mối lắp ghép kín. Chúng có thể là dạng lắp ghép bằng mặt bích, bằng cách lắp
ghép ren, hay bằng mối lắp ghép ren có hàn ở đường mép.
• Cần van.
Cửa van được gắn với cần van. Phía trên nắp van có nắp bít kín, nắp này có
chức năng làm kín không cho vật chất rò rỉ ra ngoài. Nắp làm kín được nhồi vật liệu
bít kín. Đầu trên của cần van được nối với tay quay. Trong hình vẽ là loại nối bằng
ren . khi vặn tay quay thì cần van sẽ chuyển động lên xuống để đóng hay mở van.
Nên chúng ta cũng có thể gọi đây là loại van có cần chuyển động. khi quan sát vị trí
của cần van ta có thể nhận biết được van đang ở vị trí đóng hay mở.
Nắp van được tạo ren ở phía trong. Phần ren của nắp van ăn khớp với nhau.
Đầu trên của cần van được nối với van bằng mối nối không chuyển động được. khi
cần van chuyển động lên hay xuống thì tay quay và cửa van cũng chuyển động theo.
• Thiết kế cửa van :
Cửa van là phần dùng để điều chỉnh dòng chảy.

Trang 23


Hình 2.2. Cửa van

Khi cửa van chuyển động xuống chúng sẽ chặn đứng dòng chảy và tạo nên
độ kín giũa nó và hai vòng tiếp xúc. Khi cửa van chuyển động lên xuống sẽ sinh ra
lực ma sát giữa cửa van và hai vòng tiếp xúc do đó sẽ gây ra sự mài mòn các phần
tiếp xúc này.
Mặt khác dòng chảy của vật chất luôn có xu hướng mài mòn những phần tiếp
xúc với nó. Khi dòng chảy của vật chất dưới áp suất cao thì sự mài mòn ngày càng
lớn.
Cửa van trong trường hợp B sẽ bị mài mòn nhiều hơn trong trường hợp A.
Nếu cửa van và các vòng tiếp xúc bị mài mòn nhiều thì chúng sẽ không còn tác
dụng làm kín toàn bộ dòng chảy khi đang ở vị trí đóng. Vì van cửa bị mài mòn
không đồng đều khi ở vị trí điều tiết nên thong thường không sử loại van này vào
mục đích điều tiết dòng chảy.

Trang 24


Hình 2.3. Mài mòn cửa van
Cửa van cũng có nhiều dạng điều tiết khác nhau. Loại thông dụng nhất là cửa
liền tức là chế tạo chỉ có một tấm.

Hình 2.4. Cửa liền
Trong loại cửa này khi ở vị trí đóng thì áp suất của dòng chảy chỉ tác động
lên một mặt của cửa.
Một dạng cửa van khác là cửa gồm có hai cách song song. Loại cửa này gồm
có nhiều phần ghép lại với nhau. Khi đóng hai cửa được chèn chặt bằng hai tấm kim
loại.
Trang 25