ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
MỞ ĐẦU
Trong công cuộc phát triển kinh tế đất nước, cùng với những chính sách hợp lý
nhằm thúc đẩy đất nước phát triển tiến lên theo con đường công nghiệp hóa, hiện đại
hóa, ngày 30-9-1975 chính phủ ra nghị định thành lập tổng cục dầu mỏ và khí đốt Việt
Nam, khai sinh thành lập ngành dầu khí Việt Nam.
Ngành dầu khí Việt Nam buổi đầu hầu như chưa có gì trong tay, thiếu thốn cả
vốn lẫn kĩ thuật và nhân lực. Năm 1978 Tổng công ty dầu khí Việt Nam bắt đầu kí hợp
tác với công ty dầu khí nước ngoài, kí 4 hợp đồng phân chia sản phẩm theo thể lệ quốc
tế, với các công ty như: Deminex (Cộng hòa liên bang Đức) và BOW Vallay (Canada)
để tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí ở thềm lục địa phía nam.
Năm 1981, xí nghiệp liên doanh Vietsov Petro được thành lập, mở ra giai đoạn
mới để phát triển ngành dầu khí non trẻ. Hàng năm, cán bộ công nhân dầu khí được đào
tạo, các căn cứ dịch vụ dầu khí ở Vũng Tàu được hình thành với nhiều loại phương tiện,
thiết bị kĩ thuật, được đầu tư để phục vụ cho công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu
khí. Tháng 6-1996, xí nghiệp liên doanh Vietso Petro đưa mỏ Bạch Hổ vào khai thác với
sản lượng 40.000 tấn dầu thô, ngày 12-10-1997 xí nghiệp đã khai thác được hơn 50 triệu
tấn dầu thô, chỉ tính riêng năm 1998 đã khai thác được 12 triệu tấn dầu thô. Hiện nay tại
mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã xây dựng hơn 40 công trình biển, trong đó có các công trình
chủ yếu như: 12 giàn cố định, 10 giàn nhẹ, 2 giàn công nghệ trung tâm, 2 giàn khí nén, 4
giàn duy trì áp suất vỉa, 2 giàn khoan tự nâng, 4 trạm rót dầu không bến, lắp đặt trên 400
km đường ống ngầm kết nối các công trình nội mỏ và liên mỏ thành một hệ thống công
nghệ liên hoàn.
Ngày nay, ngành dầu khí Việt Nam đã có những phát triển vượt bậc, sản lượng
khai thác ngày càng tăng, trang thiết bị ngày càng hiện đại, đội ngũ cán bộ được đào tạo
và có tay nghề cao.
Do đặc điểm địa chất, kiến tạo của thềm lục địa Việt Nam, nên các mỏ hầu hết
nằm ở thềm lục địa do ảnh hưởng của vị trí địa lý các mỏ đều nằm ngoài biển, khí hậu
khắc nghiệt, nên quá trình thăm dò và khai thác gặp nhiều khó khăn. Để đạt được mục
tiêu đề ra, xí nghiệp liên doanh còn rất nhiều việc phải làm, một trong những công việc
quan trọng đó là nghiên cứu các giải pháp hợp lý nhất, kinh tế nhất khi sử dụng các loại
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở XÍ NGHIỆP
LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOV PETRO
1.1. Yêu cầu và nhiệm vụ của bơm vận chuyển dầu khí
Do đặc điểm địa lý của nước ta, nên các mỏ dầu khí mà xí nghiệp liên doanh dầu
khí Vietsov Petro đang thăm dò và khai thác đều nằm ngoài biển.Vì thế, việc lựa chọn và
bố trí bơm vận chuyển dầu là hết sức cần thiết. Hiện nay, xí nghiệp đang khai thác trên 2
mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, khoảng cách giữa 2 mỏ khoảng 30 km. Tại các giàn cố định,
sau khi dầu được khai thác lên từ giếng khoan sẽ được đưa đến các bình tách để xử lý
công nghệ, sau đó dầu được đưa đến các bình chứa lắp đặt trên các giàn khoan. Để vận
chuyển dầu từ bình chứa này đến giàn công nghệ trung tâm số 2 và 3 hoặc được bơm
trực tiếp ra các tàu chứa, người ta sử dụng các thiết bị để vận chuyển.
Một trong những phương pháp vận chuyển dầu được sử dụng phổ biến trong
ngành công nghiệp dầu khí là phương pháp vận chuyển bằng đường ống, bởi vì so với
các phương pháp khác thì phương pháp này có ưu điểm: kết cấu đơn giản, an toàn khi sử
dụng và ít ảnh hưởng đến các công trình trên bề mặt.
Khi vận chuyển dầu bằng đường ống, vấn đề đặt ra là phải duy trì được năng
lượng dòng chảy luôn luôn lớn hơn tổng tổn thất năng lượng trên suốt chiều dài của
đường ống bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ.
Để đảm bảo quá trình khai thác dầu trên các giàn khoan được liên tục, tránh tình
trạng dầu khai thác lên ứ đọng tại các bình chứa làm ảnh hưởng đến công tác khai thác,
chúng ta phải lựa chọn máy bơm hợp lý, máy bơm sử dụng để vận chuyển dầu có những
đặc điểm riêng so với các loại bơm trong các ngành công nghiệp khác và phải thỏa mãn
các yêu cầu sau:
- Bơm làm việc có lưu lượng lớn.
- Cột áp của bơm đảm bảo.
- Hiệu suất của bơm cao.
- Bơm làm việc ổn định lâu dài.
Đối với dầu thô ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc khoảng 29 ÷ 34
o
C, hàm
lượng parafin 20 ÷ 25%.Trong đó, nhiệt độ môi trường khoảng 23 ÷ 24
o
C, điều này gây
khó khăn cho việc vận chuyển.
Độ nhớt
Độ nhớt là một yếu tố rất quan trọng, nó thể hiện bản chất của chất lỏng. Trong
dòng chảy luôn tồn tại các lớp chất lỏng khác nhau về vận tốc, các lớp này có tác dụng
tương hỗ các lớp kia theo phương tiếp tuyến của chúng. Lực này có tác dụng làm giảm
tốc độ của các lớp chảy chậm ( gọi là lực ma sát).
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu mỏ ở mỏ Bạch Hổ trong Bảng 1
như sau:
Bảng 1.1: Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu ở mỏ Bạch Hổ
t > 61
o
C μ = 0,06.e
-0,01t
38
o
C < t < 61
o
C μ = 0,03.e
-0,04t
30
o
o
C. Sự phân tách các parafin trong quá trình vận chuyển
dầu ảnh hưởng tới các thông số khác như là: nhiệt độ, độ nhớt…
1.3. Các loại bơm ly tâm dùng trong vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ
Hiện nay, trên các giàn khai thác dầu khí của Vietsov Petro đang sử dụng các loại
máy bơm ly tâm trong công tác vận chuyển dầu như: HK-200/210, HIIC-65/35-500,
SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp, JMGP, R360/150, GM-3, GM-1…
Dưới đây là thông số kỹ thuật của một số loại bơm:
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
Bơm HK-200/210
- Loại bơm HK
- Lưu lượng bơm định mức 200 m
3
/h
- Áp suất bơm lớn nhất 210 m cột nước
- Động cơ BAO-160 kW
- Tốc độ động cơ 2980 vòng/phút
- Dòng điện định mức của động cơ 280 A
- Làm mát Nước ngọt hoặc nước biển
- Loại nhớt dùng bôi trơn ổ bi Vitea-32
- Nhiệt độ làm việc của ổ bi 80 - 400
o
C
Bơm HIIC-65/35-500
- Công suất động cơ 160 kW
- Tốc độ động cơ 2961 vòng/phút
- Lưu lượng định mức bơm 65 m
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
bơm SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp. Do đó, việc nghiên cứu và nâng cao hiệu quả
sử dụng của bơm SULZER là rất cần thiết.
CHƯƠNG 2
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM
2.1. Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm
Trong thực tế, muốn sửa chữa, chế tạo bơm ly tâm có hiệu quả cao chúng ta phải
nghiên cứu lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm.
2.1.1. Phương trình cơ bản của bơm ly tâm
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
Quỹ đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác rất phức tạp,
để đơn giản trong tính toán người ta giả thiết:
- Số cánh dẫn của bơm nhiều vô cùng và mỏng vô hạn.
- Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng ( không có độ nhớt).
Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn do Ole lập ra đầu tiên vào năm
1775 ta có cột áp lý thuyết của bơm ly tâm H
lt
:
g
cucu
H
uu
lt
1122
−
=
(2.1)
u : Vận tốc vòng, có phương thẳng góc với hướng kính
w: Vận tốc tương đối, có phương tiếp tuyến với biên dạng cánh dẫn
α: Góc giữa u và c
c
u
: Hình chiếu của c lên phương u
c
m
: Hình chiếu của c lên phương thẳng góc với u
β: Góc giữa w và phương của u theo hướng ngược lại biểu thị góc bố trí của
cánh dẫn, β
1
gọi là góc vào, β
2
gọi là góc ra.
2.1.2. Cột áp thực tế của bơm ly tâm
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
8
a
2
c
1
u
1
w
1
u
2
c
2
Vì các ảnh hưởng thực tế này mà cột áp thực tế của bơm sẽ nhỏ hơn cột áp lý
thuyết. Do vậy, cột áp thực tế của bơm ly tâm H
lt
được tính theo công thức:
H =
ltHz
H.
ηε
(2.3)
z
ε
: Hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có giới hạn đến cột áp, gọi là hệ số
cột áp, bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm năm 1931, viện sĩ Proskua đã xác
định được
z
ε
đối với bơm ly tâm theo công thức:
z
ε
= 1 -
2
sin
β
π
z
(2.4)
z: Số cánh dẫn của bánh công tác.
H
Đối với các bơm ly tâm có kết cấu và số vòng quay thông thường thì:
uHz
c
2
ηε
=
22
cos
αηε
c
Hz
≈
2
2
u
ϕ
(2.6)
Vì vậy, trong tính toán gần đúng có thể xác định cột áp thực tế của bơm theo công
thức:
H =
g
u
2
2
ϕ
(2.7)
ϕ
thường nhỏ hơn 250 mét cột nước. Muốn cho cột áp của bơm cao hơn nữa thì phải dùng
nhiều cấp.
Qua phương trình cơ bản của bơm ly tâm, ta còn thấy muốn cho cột áp bơm có
lợi nhất thì bánh công tác phải có số cánh dẫn phù hợp và góc độ kết cấu cánh bơm hợp
lý.
2.1.3. Lưu lượng của bơm ly tâm
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
Lưu lượng của dòng chảy qua bánh công tác của cánh dẫn bất kỳ nào cũng có thể
tính theo công thức:
Q = c
m
πDb (2.8)
Trong đó:
b: Chiều rộng máng dẫn ứng với đường kính D của bánh công tác
c
m
: Hình chiếu vận tốc tuyệt đối lên phương thẳng góc với phương của u
Lưu lượng của máy bơm chủ yếu phụ thuộc vào đường kính bánh công tác, bề
rộng bánh công tác, vận tốc của chất lỏng, không phụ thuộc vào trọng lượng riêng của
chúng.
Lưu lượng Q và cột áp H có liên quan với nhau qua tốc độ vòng quay là chính.
Lưu lượng qua bánh công tác xem như lưu lượng lý thuyết (Q
1
) của bơm.
Lưu lượng thực tế (Q) qua ống đẩy nhỏ hơn Q
1
(Q < Q
1
η
< 1,
Q
η
phụ thuộc vào kết cấu và chất lượng làm việc của các bộ phận lót
kín. Thông thường đối với bơm ly tâm:
Q
η
= 0,95 ÷ 0,98. Bơm có lưu lượng càng lớn
thì
Q
η
càng cao.
2.2. Đường đặc tính bơm ly tâm
Các quan hệ H = f
1
(Q), N = f
2
(Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm, được biểu
diễn dưới dạng giải tích được gọi là các phương trình đặc tính hoặc biểu diễn các đồ thị
gọi là các đường đặc tính của bơm. Trong thực tế kỹ thuật, người ta hay dùng các đường
đặc tính sau:
- Các đường đặc tính được xây dựng từ các số liệu tính toán được gọi là đường
đặc tính tính toán, nếu được xây dựng từ các giá trị đo được qua thí nghiệm gọi là đường
đặc tính thực nghiệm.
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
- Các đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi (n = const) gọi là
đường đặc tính làm việc và ứng với số vòng quay làm việc khác nhau (n = var) gọi là
Từ tam giác vận tốc:
c
2u
= u
2
- c
2m
cotg β
2
Ta có:
c
2m
=
22
1
bD
Q
π
Do đó cột áp lý thuyết là:
H
lt
=
g
1
u
2
( u
2
- c
2m
lt
= a - b cotg β
2
Q
1
( Trong đó a, b là những hằng số dương).
Đường biểu diễn phương trình này gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyết, đó là
một đường không qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó tùy thuộc vào trị số góc ra của cánh
dẫn β
2
. Trong trường hợp tổng quát, đối với máy bơm ly tâm, ta có ba dạng đường đặc
tính lý thuyết ( hình 2.3).
- Nếu β
2
< 90
o
thì cotg β
2
> 0, ta có đường AD.
- Nếu β
2
= 90
o
thì cotg β
2
= 0, ta có đường AC.
- Nếu β
2
> 90
o
Trong đó:
ε
< 1 là hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn.
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
O
D'''
D''
D
D'
C
B
A
A'
A''
A'''
H
lt
H
lt
(
ß
>90°)
H
lt
(
ß
<90°)
H
Muốn xây dựng các đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm thì phải cho
bơm làm việc trong hệ thống thí nghiệm (hình 2.4).
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: THIẾT BỊ DẦU KHÍ
1
2
C
4
5
A
3
Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm bơm ly tâm
1. Bể 4. Dụng cụ đo lường
2. Khóa trên ống hút 5. Khóa trên đường ống đẩy
3. Bơm A. Áp kế
C. Chân không khí
Trình tự tiến hành thí nghiệm để xây dựng các đường đặc tính thực nghiệm của
bơm như sau:
1. Đầu tiên, mở khóa 2 ở ống hút và cho bơm làm việc cho đến khi số vòng quay
của trục bơm đạt tới giá trị yêu cầu, trong đó khóa 5 ở ống đẩy vẫn đóng tức là: Q = 0.
Từ các trị số đo được lúc này ở áp kế và chân không kế, ta suy ra được cột áp H của bơm
ở chế độ “không tải” (Q = 0).
2. Sau đó mở dần khóa 5 ở ống đẩy để tăng lưu lượng của bơm cho đến khi đạt trị
số cực đại. Trong quá trình thay đổi lưu lượng, số vòng quay làm việc của bơm vẫn
không đổi. Tại mỗi vị trí mở của khóa 5, ta đo được các số liệu thí nghiệm của bơm và
của động cơ để tính ra lưu lượng Q, cột áp H và công suất của động cơ N
đc
.
Trình tự thí nghiệm cũng có thể tiến hành ngược lại, từ chế độ làm việc có lưu
(kW)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
?(%)
0
10
20
30
40
50
N (KW)
Hình 2.5: Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm
Hình dạng các đường đặc tính phụ thuộc vào từng loại bơm, đối với bơm ly tâm
thường có ba dạng: Dạng dốc đứng (đường I), dạng dốc vừa (đường II), dạng dốc lồi
(đường III) (hình 2.6).
Đường đặc tính dạng lồi có điểm H
max
khi Q # 0, bơm có dạng đường đặc tính
này. Dạng đường đặc tính này có khu vực làm việc không ổn định (quanh khu vực H
max
ứng với mỗi trị số cột áp H có thể có hai trị số lưu lượng ta sẽ xét cụ thể ở phần sau). Vì
vậy, đường đặc tính dạng lồi gọi là đường đặc tính không ổn định. Còn loại đường đặc
tính có hai dạng kia gọi là đường đặc tính ổn định.
hoặc khu vực gần
đấy sao cho có
η
= (
max
η
- 7%). Thường khu vực này có đánh dấu trên đường đặc tính
H-Q. Qua hình dạng của các đường đặc tính, ta có thể biết được tính năng làm việc của
bơm để sử dụng cách hợp lý.
2.2.4. Đường đặc tính tổng hợp
Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một số vòng quay không đổi của
bơm. Nếu thay đổi số vòng quay làm việc thì đường đặc tính làm việc cũng thay đổi
theo. Để biết được nhanh chóng các thông số Q,
η
, N của bơm thay đổi như thế nào khi
số vòng quay của bơm thay đổi, người ta xây dựng đường đặc tính tổng hợp của bơm
(hình 2.7).
Đường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn quan hệ Q- H với các
số vòng quay thay đổi, trên đó có các điểm làm việc cùng hiệu suất nối với nhau thành
những đường cong gọi là những đường cùng hiệu suất.
Để xây dựng đường đặc tính tổng hợp, cần phải có các đường đặc tính làm việc
ứng với nhiều số vòng quay làm việc khác nhau của bơm.
Ta thấy rằng, với số vòng quay làm việc n nào đó, trị số lớn nhất của hiệu suất
ứng với một trị số lưu lượng Q
i
nào đó. Khi lưu lượng của bơm thay đổi Q # Q
i
thì có
thể có hai trị số lưu lượng có cùng hiệu suất như nhau. Dóng các điểm có cùng hiệu suất
lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường cong, ta có đường cong cùng hiệu
75%
n=2925
n=2520
n=2925
n=2925
n=2925
Hình 2.7: Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm.
2.3. Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm
2.3.1. Điểm làm việc
Điểm làm việc của bơm bao giờ cũng làm việc trong một hệ thống cụ thể nào
đấy. Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp “đẩy” của bơm bằng cột áp “cản” của hệ
thống. Nói cách khác, một chế độ làm việc của bơm trong một hệ thống có thể biểu diễn
bằng giao điểm của hai đường đặc tính (của bơm và của hệ thống) trong cùng một hệ tọa
độ. Giao điểm ấy gọi là điểm làm việc của hệ thống bơm. Trên hình 2.8, điểm A (giao
điểm của hai đường đặc tính của bơm và hệ thống) biểu thị một chế độ làm việc của hệ
thống bơm với cột áp H
A
và lưu lượng Q
A
.
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ – K50 SINH VIÊN: LƯU VĂN ĐỨC
18
Copyright: Tài liệu đại học ©