Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
Đồ án tốt nghiệp“Nghiên cứu trạm máy nén khí T30-7100 phục vụ cho công
tác tự động hóa trên giàn. Một số giải pháp nâng cao hiệu
quả sử dụng”.
Trần Duy Lập
Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

u sót. Em rất mong được sự chỉ dẫn của các
thầy cô, cùng các bạn để giúp em hoàn thiện đồ án này và phục vụ cho công việc sau
này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 05 năm 2011
Sinh Viên thực hiện:

Trần Duy Lập
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
3
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN
1.1 Khái quát về hệ thống khí nén và các trạm máy nén khí trên các giàn khoan
khai thác
1.1.1 Khái quát về hệ thống khí nén
Khí nén đã có nhiều ứng dụng từ rất xa xưa, ngay từ trước Công Nguyên. Tuy
nhiên, do sự phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây không đồng bộ, nhất là sự kết
hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu không có hoặc còn thiếu, cho nên phạm
vi ứ
ng dụng của khí nén còn rất hạn chế.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cùng với năng lượng
điện, vai trò năng lượng bằng khí nén ngày càng trở nên quan trọng. Tất cả những cơ
sở sản xuất lớn, thậm chí cả trong nhiều lĩnh vực thông dụng của cuộc sống hàng ngày
cũng không thể thiếu được nguồn năng lượ
ng khí nén. Việc sử dụng năng lượng bằng
khí nén đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng năng lượng điện sẽ
nguy hiểm; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhưng truyền động
với vận tốc lớn; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những thiết bị như

khoan, như Roto tháo lắp cần khoan,phanh tời khoan, đóng/ngắt các ly
hợp khí nén của các bơm dung dịch YM-8.
+/ Trạm máy nén khí ВП2-9/10 ở BM-7B ở BM-7B: gồm 4 máy (được dẫn động
bằng động cơ điện) và một hệ thống sấy và làm khô khí (khá phức tạp), cung cấp khí
nén khô, sạch, áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm
2
) cho hệ thống vận chuyển ximăng, phục vụ
cho quá trình công nghệ khoan.
+/ Trạm máy nén khí ЭКП-70/25 ở BM-7A: gồm 2 máy (được dẫn động bằng
động cơ điện) cung cấp khí nén áp suất cao (30 ÷ 50 kG/cm
2
) cho hệ thống khởi động
động cơ Diezel 8ЧН 25/34-3 của trạm phát điện chính (BM-7A) của giàn.
+/ Cụm trạm máy nén khí ở BM-6, gồm:
- Trạm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm
2
): loại BУ-0,6/8 (hoặc BУ-
0,6/13), gồm 3 máy. Sau đó, chúng được thay thế bằng trạm nén khí kiểu “Ingersoll-
Rand T 30/7100”, cũng có 3 máy. Các trạm này có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 0,6 m
3
/phút -
loại BУ-0,6/8 (hoặc BУ-0,6/13); hoặc Q = 1,42 m
3
/phút - loại “Ingersoll-Rand T
30/7100”), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho các thiết bị đo
lường, hệ thống điều khiển tự động các van “MIM”, các trạm điều khiển (ACS, TOE )
đóng/mở các van dập giếng, dẫn động cho các bơm hóa phẩm… của hệ thống công
nghệ khai thác dầu khí.
- Cụm máy nén khí áp suất thấp (6 ÷ 8 kG/cm
2

thể thay thế cho toàn bộ các cụm, trạm máy nén khí áp suất thấp khác (như ВП2-9/10;
BУ-0,6/8; BУ-0,6/13; 4BУ1-5/9; Ingersoll-Rand T 30/7100…) trước đó, ở trên giàn.
- Trạm máy nén khí áp suất cao (100 ÷ 150 kG/cm
2
): loại Kp-2T (hoặc BT 1,5-
0,3/150), gồm 2 máy. Đây là loại máy nén khí cao áp, có lưu lượng nhỏ (Q ≈ 1,5 ÷
lit/phút), làm việc theo chế độ tự động, nhằm cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển
đóng/mở các van cầu ở các blok công nghệ (BM-1;2) và hệ thống khởi động cho các
động cơ Diezel của các máy bơm dung dịch và máy bơm trám ximăng, nén khí cho các
bình điều hòa lưu lượng của các máy bơm piston. Nguồn khí nén cao áp này còn được
sử dụng trong công tác kiểm tra, ki
ểm định các van an toàn, vận hành các bộ đồ gá
chuyên dụng …
Ngoài ra, trên một số giàn (như CTP-2; CTP-3 ) còn được lắp đặt, vận hành một
số trạm nén khí chuyên dụng để sản xuất, cung cấp khí trơ (N
2
) phục vụ cho các công
đoạn công nghệ xử lý Dầu khí.

Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3:
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
6

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phân phối khí nén giàn MSP-3.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
7
1.2 Mục đích, yêu cầu đối với hệ thống khí nén trên các giàn khoan khai thác dầu
khí trên biển

- Đảm bảo độ sạch: Điều này đảm bảo không làm kẹt hoặc tắc nghẽn các phin lọc,
các zicler hoặc các chi tiết, phần tử có độ chính xác cao của thiết bị, nhất là ở trong các
thiết bị kiểm tra, đo lường và ở các hệ thống điều khiển, tự động hóa. Để đánh giá độ
sạch, người ta đưa ra các tiêu chuẩn về
độ lớn của các tạp chất. Theo các tiêu chuẩn
của Hội đồng các xí nghiệp châu Âu PNEUROP (European Committee of
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
8
Manufacturers of Compressors, Vacuumpumps and Pneumatic tools) đề ra, độ lớn của
các tạp chất trong khí nén không được vượt quá 70 μm.
- Đảm bảo độ khô: Yêu cầu này rất quan trọng, nhất là khi khí nén được sử dụng
trong hệ thống vận chuyển các vật liệu rời, như hệ thống vận chuyển ximăng. Trong
các hệ thống này, 99,9 % lượng hơi ẩm (gồm hơi nước, dầu bôi trơn… gọi chung là
condensate) phải được loại bỏ. Mặ
t khác, đảm bảo độ khô của khí nén làm hạn chế sự
tạo thành các phase lỏng, là tác nhân tạo nên ăn mòn điện hóa trong dòng lưu thông
của khí nén.
- Đảm bảo khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp: Thông thường, khoảng nhiệt độ
làm việc thích hợp nhất của khí nén không được chênh lệch quá 3 ÷ 5
0
C so với nhiệt
độ môi trường làm việc của hệ thống và thiết bị. Sự chênh lệch quá lớn sẽ gây nên sự
giãn nở nhiệt khác nhau trong các hệ thống, thiết bị, các cụm chi tiết, tạo ra sự nứt vỡ,
biến dạng, hư hỏng…
- Đảm bảo khoảng áp suất làm việc thích hợp: Mỗi hệ thống hoặc thiết bị đều có
những yêu cầu về khoảng áp su
ất khí nén làm việc khác nhau. Để giải quyết vấn đề
này, người ta thường sử dụng các bộ van giảm áp (hoặc tăng áp) phù hợp.
- Đảm bảo độ nhớt động thích hợp: Đối với từng hệ thống, nhất là với hệ thống

- Sấy khô: Giai đoạn này xử lý tùy theo chất lượng yêu cầu của khí nén.
- Lọc tinh: Xử lý khí nén trong giai đoạn này trước khi đưa vào sử dụng. Giai
đoạn này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển tự động hóa.

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
10
CHƯƠNG 2
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY NÉN KHÍ PISTON
2.1 Khái niệm về máy nén khí piston
Máy nén khí piston là máy dùng để biến đổi năng lượng của khí (hơi,chất lỏng) với
sự giúp đỡ của piston và để tạo ra áp suất cao (đến 40,0MPa và cao hơn).
- Ưu điểm của máy nén khí piston là:
- Hiệu suất cao,có tỷ số nén lớn (2,5÷1000).
- Có thể tạo ra áp suất cao,có khả năng vận hành trong dải áp suất rộng.
- Bảo toàn công suất khi thay
đổi điều kiện vận hành.
- Nhược Điểm của máy nén khí piston:
- Cấu tạo phức tạp và cồng kềnh.
- Chuyển động tịnh tiến của piston bị mất cân bằng làm tăng mài mòn dẫn đến
việc giảm tuổi thọ của máy.
2.2 Phân loại máy nén khí piston
2.2.1 Máy nén khí piston theo phương nằm ngang
+/ Ưu điểm:

t đầu diễn ra, piston chuyển động ngược lại bắt đầu từ cận phải B-B, khi áp suất
trong xilanh tăng lên và vượt qua áp suất trong khoang xả 4 một giá trị nào đó thì van
xả 3 bắt đầu mở ra, quá trình nén khí ngưng lại và piston tiếp tục chuyển động về phía
trái, khí từ xilanh được đẩy qua van xả 3 vào khoang xả 4 cho đến khi piston đến cận
trái A-A thì quá trình xả khí ngừng lại. Sau đó quá trình nạp và xả khí sẽ được lặp lại
liên tục như trên.
Quá trình nạp nén và xả khí được thực hiện trong một vòng quay của trục khuỷu.
Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo máy nén khí piston một cấp.

1. Khoang hút.
2. Van hút.
3. Van xả.
4. Khoang xả.
5. Khoang xilanh.
6. Piston.
7. Tay biên.
8. Trục khuỷu. Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

Π
×S×n (2.2)

Trong đó:
D: đường kính piston.
S: hành trình của piston.
n: số hành trình kép của piston trong 1 giây.

2.4.3 Lưu lượng thực tế
- Lưu lượng thực tế được tính bằng công thức:
Q = l
L
×Q
LT
(2.3)
Trong đó:
l
L
: lá hệ số lưu lượng có tính đến ảnh hưởng của:
- Rò rỉ khí qua van.
- Rò rỉ khí qua đệm làm kín.
- Ròr ri khí qua xéc măng.
- Thể tích không gian chết.

2.4.4 Công suất thực tế
- Tính theo công thức: N = l
ĐN
×P×Q (2.4)
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51

Trong đó:
D: đường kính pittông.
δ: Tổng chiều dài không gian chết
- Đối với hầu hết máy nén khí thì:
δ =δ
1
+ δ
2

Phía tay biên δ
1
= δ/1000 + 0,5 mm
Phía năp xi lanh δ
2
= δ/500 + 0,5 mm.

2.5 Đường đặc tính lý thuyết của máy nén khí piston

Hình 2.2. Chu trình làm việc lý thuyết của máy nén khí piston một cấp.
1
2

0
C. Vì vậy yêu cầu nhiệt
độ khí nén cũng không vượt quá giá trị này.
Như vậy nhiệt độ khí nén càng cao khi tỷ số nén càng lớn, vì vậy phải hạn chế ε để
T
2
không vượt quá giới hạn làm mất tính năng bôi trơn và bắt cháy nổ của dầu bôi trơn.
Trên cơ sở yêu cầu giá trị của áp suất khí nén cần cung cấp, người thiết kế máy nén
với số luợng, cấp nén phù hợp để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.
Thông thường người ta chọn số cấp nén theo bảng sau:
Bảng 2.1: Tỉ số nén theo các cấp

Số cấp nén Z

1

2

3

4

5

Tỷ số nén R

< 7

5 ÷ 30


4. Đồng hồ đo cấp 1.
5. Làm mát khí sau cấp 1.
6. Bình tách lỏng (nước, dầu).
7. Cấp nén 2.
8. Làm mát khí sau cấp 2.
9. Bình chứa chất lỏng sau cấp.
10. Đồng hồ đo áp suất cấp 2.
11. Rơle áp suất bảo vệ quá tải.
12. Van an toàn cấp 2.
13. Van chặn.
14. Van mộ
t chiều.
15. Bình chứa.
a. Van xả tải.
2.7 Phương pháp điều chỉnh lưu lượng máy nén khí piston
- Trong thực tế sản xuất không phải lúc nào nhu cầu tiêu thụ khí nén cũng tương
ứng với lưu lượng của máy. Vì vậy người ta phải sử dụng các phương pháp điều chỉnh
lưu lượng khí do máy nén khí cung cấp cho phù hợp. Việc điều chỉnh có thể bằng tay
hoặc tự
động theo các phương pháp sau.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
16
- Tác dụng lên bộ phận truyền động một cách tự động hoặc bằng tay, dừng hay mở
máy tự động theo chu kỳ. Việc dừng hay mở máy dựa vào các thông số áp suất bình
chứa thông qua hệ thống điều khiển tự động, rơ le áp suất mạch điều khiển…
- Tác dụng lên phần truyền động để thay đổi tần số làm việc của động cơ.
Việc làm
này được thực hiện trên các động cơ chạy bằng gas, diezel hay tua bin khí.
- Tác dụng lên đường nạp của máy nén khí để thay đổi sức cản của dòng chảy khí.

động bằng động cơ điện. Trạm được lắp đặt trên các giàn khoan khai thác dầu-khí của
‘XNLD Vietsovpetro’. Trạm có vai trò cung cấp khí nén với áp suất khoảng 6 ÷ 8
kG/cm
2
cho các thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động các van “MIM”, các
trạm điều khiển (ACS, TOE ) đóng/mở các van dập giếng, dẫn động cho các bơm hóa
phẩm,v.v của hệ thống cơng nghệ khai thác dầu-khí.
Trạm được lắp đặt ở Block cơng nghệ BM-06 theo sơ đồ dưới:
COMPRESSOR C
COMPRE SSOR B
COMPRESSOR A
AIR DRYER A
AIR DRYER B
FIL LỌC SAU
FI L LỌC TRƯỚC
FI L LỌC TRƯỚC
FIL L ỌC CHÍ NH
TỦ ĐIỀU KHI ỂN
BÌNH CHỨA KHÍ NÉN
VAN GIẢM ÁP B
VAN GIẢM ÁP A
ĐH ĐO NHIỆT ĐỘ
CƠ CẤU XẢ CONDENSATE
CƠ CẤU XẢ CONDENSATECƠ CẤU XẢ CONDENSATECƠ CẤU XẢ CONDENSATE
ĐH ĐO NHIỆT ĐỘ ĐH ĐO NHIỆT ĐỘ
ĐH ĐO ÁP LỰC
ĐH ĐO ÁP LỰC
ĐH ĐO ÁP LỰC
1
2

2
3
1
2
3
1
Van xả tự động
Van xả tay
Van xả tự động
Van xả tay
Van xả tự động
Van xả tay
Van xả tự động
Van xả tay

Hình 3.1: Sơ đồ lắp đặt trạm máy nén khí T30-7100.
- Thành phần cơ bản của trạm gồm:
1. LCP - 01 (Local control and starter panel): tự điều khiển.
2. M : động cơ điện 380 V/ 3 pha / 50 Hz : khởi động Y - Δ
3. AIR INTAKE FILTER: phin lọc khí đầu hút.
4. PSV 02 A: van an tồn lò xo sau cấp 1: giá trị đặt 5,517 barg.
5. SDY 01 A: van điện tử ba ngã điều khiển van khơng tải.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
18
6. LSLL 01A: Rơle bảo vệ máy theo mức dầu bôi trơn thấp.
7. AFTERCOOLER: két làm mát khí nén sau cấp 2 bằng quạt gió.
8. FLEXIBLE CONECTION: ống nối mềm.
9. MOISTORE SEPERATO: thiết bị tách lỏng từ khí nén.
10. DT-01A: van xả tự động lượng lỏng trong thiết bị tách.

27. BY-PASS VALVE: van đường dự phòng.
28. AF -01A (AFTER FILTER): phin lọc sau để lọc hết 98 % hạt có kích
thước 0,3 μm đi ra từ bình sấy, xả bằng tay.
29. CV -01A: van giảm áp.
30. PI -03A: đồng hồ áp suất.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
19
- Thông số làm việc của trạm:
1. Số cấp nén 2.
2. Kích thước xi lanh: 139,7 và 76 mm.
3. Áp suất cao nhất đầu ra: 200 PSI.
4. Tốc độ trục khuỷu: 1100 v/p.
5. Hành trình pittông: 102.
6. Lưu lượng lý thuyết: 1,71 m
3
/ p.
7. Áp suất làm việc đầu ra: 175 PSIG.
8. Lưu lượng thực tế: 1,42 m
3
/ p.
9. Công suất động cơ: 15 ML.
10. Điện áp 380 V: 3 pha; 50 Hz.
- Các thông số làm việc thực tế:
11. Áp suất ra cấp 2: 11,03 barg.
12. Van an toàn cấp 1: 5,517 barg.
13. Van an toàn sau cấp 2: 11,38 barg
14. Áp suất van an toàn bình chứa: 12 barg.
3.2 Cấu tạo của máy nén khí T30-7100
3.2.1 Sơ đồ cấu tạo

18. Bánh đà.
19.
Nắp đậy ổ bi.
20. Nắp đậy ổ bi.
21. Nắp chặn.
22. Puli quạt gió.
23. Quạt gió.
24. Bulông hãm.
25. Bulông điều chỉnh. Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
20
13
21
2223
20
19
17
18
15
10
25
24
6
7
11
14
12

và đẩy qua van ra của cấp 1, sau đó được nạp vào van hút của xi lanh cấp 2
và được nén lên tới áp suất 8 KG/ cm
2
rồi đẩy qua van đẩy cấp 2 đi vào bình chứa và từ
đây đi đến các nơi tiêu thụ.
Khí nén sau khi ra khỏi cấp 1 sẽ đi qua bộ tản nhiệt làm mát khí nén trung gian nhờ
có quạt gió được dẫn động bằng dây đai cỡ B-52 qua trục khuỷu.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
22
Khi áp suất của bình chứa khí nén đạt 8 KG/cm
2
thì rơle điện ngắt, máy dừng làm
việc. Khi áp suất trong bình tụt xuống dưới 6 KG/cm
2
thì rơle điện đóng cho máy làm
việc trở lại. Cứ như vậy hệ thống đảm bảo nguồn khí nén luôn đạt áp suất 6÷8 KG/cm
2
,
đảm bảo cho các hệ thống sử dụng khí nén trên giàn hoạt động bình thường.
3.2.3 Các bộ phận chính của máy nén khí T30-7100
Các bộ phận chính trong máy nén khí T30-7100 gồm: Các-te, blốc xi lanh, trục
khuỷu, tay biên, piston, van, nắp van, quạt gió và hệ thống điều khiển.
3.2.3.1 Các-te
Các-te được đúc bằng gang có hai lỗ để lắp trục khuỷu, hai cửa sổ để tháo lắp
thanh truyền và kiểm tra làm sạch buồng nhớt, hai mặt ghép phía trên để lắp cụm xi
lanh.
Trong khoang các-te có lỗ thông gió để cân bằng áp suất với áp suất với bên ngoài
và để đổ dầu bôi trơn.


109 11
2
1
3
4
6
5
78

Hình 3.5: Tay biên máy nén khí T30-7100.
1. Bạc lót đầu nhỏ.
2. Tay biên.
3. Bulông tay biên.
4. Bộ đệm.
5. Nắp đầu to tay biên.
6. Đai ốc xẻ rãnh.
7. Chốt chẻ.
8. Thìa vẩy dầu.
9. Vít.
10. Bạc.
11. Eecu bắt thìa vẩy dầu.
Ở đầu lớn của tay biên, người ta làm lỗ ren N10 để bắt ống vẩy dầu bôi trơn cho
xilanh và cơ cấu truyề
n động.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
SV: Trần Duy Lập Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
24
3.2.3.4 piston
G ồm piston cấp 1 và piston cấp 2 có cấu tạo như hình vẽ. Piston được đúc bằng
gang, có hai xécmăng khí và hai xécmăng dầu. Chốt piston có dạng ống, được tôi bề

Xi lanh máy nén được đúc bằng gang với bề mặt có cánh tản nhiệt, được đúc đôi ở
dạng khối có mặt bích trên và dưới. Phía dưới được lắp với cacte còn phía trên bắt với
tổ hộp van hút và đẩy.
3.2.3.6 Van
H ộp van làm bằng gang, được chia bên trong bởi các vách ngăn để tách phần hút
và đẩy. Ống hút và ồng đẩy được b
ố trí trong hộp lá van. Nắp lá van bằng gang có gờ
trên bề mặt để tăng cường sự làm mát.
Van cấp 1 và 2 giống nhau về kết cấu và chỉ khác nhau về kích cỡ. Chúng cấu tạo
gồm các tấm van trên đó có van hút và van xả. Các van hình thanh tự đàn hồi như lò
xo. Trong thời gian máy nén làm việc dưới tác động của không khí hút và nén các lá
van tương ứng của van hút và van xả bị ép cong lại và mở thông cho không khí đi qua.
Các van trong máy nén khí T30-7100:

Hình 3.8: Van hút.
1. Tấm thép định vị lá van. 3. Tấm thép đỡ lá van.
2. Lá van. 4. Tấm gang đậy cụm van.