Chuyên đề Tìm hiểu cấu tạo, quy trình vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị kiểm soát hoạt động của bình tách: Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị điều khiển mức chất lỏng

ện qua cảm biến 20mA Metering sẽ tự động chuyển sang đọc ở thiết bị cảm biến 2. * Cấu tạo của cảm biến lưu lượng gồm: Đĩa có lỗ (1). Máng đàn hồi (2). Bộ chuyển đổi hiệu áp suất (3). Tay đòn (4). Điểm tựa (5). Bộ chuyển đổi lực - điện trở (6). Bộ chuyển đổi dòng điện – lực (7). Bộ sử lí tín hiệu điên (8). Hình 3.7. Cấu tạo bộ cảm biến lưu lượng. * Nguyên lí hoạt động của bộ cảm biến lưu lượng dựa trên công thức sau: Q = K K = µA Trong đó: Q : lưu lượng chất lỏng, khí. A: tiết diện lỗ đĩa. : khối lượng riêng của chất lỏng hoặc chất khí. µ: hệ số chảy(phụ thuộc kết cấu của đĩa). ∆P: hiệu áo suất đầu ra, đầu vào đĩa. g: gia tốc trọng trường. Dòng chảy đi qua đĩa tạo nên sự chênh áp ∆P = P1 – P2 . Màng đàn hồi biến đổi điện áp thành một lực di động đầu tay đòn quanh điểm tựa. Một đầu kia của tay đòn chuyển lực của tay đòn đẫn đến sự thay đổi điện trở. Bộ xử lí tín hiệu sẽ cho ra tín hiệu là dong điện thay đổi từ 4 ÷ 20 mA. Bộ chuyển đổi dòng điện – lực sẽ giữ đòn bẩy ở thế cân bằng. 3.4.3. Các bộ biến đổi 3.4.3.1. Bộ biến đổi dòng điện sang áp suất khí (I/P) * Cấu tạo: Thiết bị gồm phần điện tử và phần cơ khí. Phần điện tử gồm điện từ, lõi từ và đầu cảm biến áp suất đầu ra. Phần cơ khí bao gồm vỏ bạc, các đường dẫn khí, vòi phun, thanh chắn, các lớp màng cao su và cây ty van. * Nguyên lí hoạt động: Tùy thuộc vào tín hiệu dòng điện điều khiển phần vòi phun làm thay đổi nguồn khí điều khiển. Nguồn khí điều khiển này cho phép cây ty van mở nhiều hay ít. Do đó ở đầu ra sẽ thay đổi tín hiệu dòng điện. Đầu cảm biến áp suất đầu ra làm nhiệm vụ cảm nhận và đưa tín hiệu về mạch ổn định áp suất để chống dao động. * Thông số kĩ thuật: Dòng điện điều khiển: 4 ÷ 20 mA. Khí đầu ra tương ứng 3 ÷ 30 psi. K = 27/15 (Psi/mA). 3.4.3.1. Bộ biến đổi dòng điện – áp suất – dòng điên * Cấu tạo: Gồm một đầu cảm biến (Sensor) và bộ gia công tín hiệu (gồm bộ biến đổi A/D, vi xử lí và bộ biến đổi D/A). * Nguyên lí hoạt động: Khi áp suất cần đo thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp đầu ra của cảm biến. Bộ biến đổi A/D sẽ chuyển điện áp nay thành tín hiệu số và dưa vào bộ vi xử lí. Tùy theo cấu hình và sự chuyển đạt mà bộ vi xử lí sẽ truyền cho bộ biến đổi D/A để chuyển thành tín hiệu đầu ra (I = 4 ÷ 20 mA) phụ thuộc vào áp suất cần đo. * Thông số kĩ thuật: Nguồn nuôi: 12 ÷ 40 V. Tín hiệu dòng điện đầu ra: 4 ÷ 20 mA. Phạm vi áp suất cần đo phụ thuộc vào việc cài đặt cấu hình, với giá trị áp suất cần đo thấp nhất và cao nhất của giải đo tương ứng với tín hiệu dòng điện là 4mA và 20mA. 3.4.3.3. Bộ biến đổi mức Bộ biến đổi mức trong sơ đồ cấu trúc giữ chức năng là mạch hồi tiếp. Trong sở đồ cấu trúc của bình tách bộ biến đổi mức được kí hiệu là Kh1 và Kh2. Dựa theo nguyên lí hoạt động của bộ biến đổi mức, ta thấy để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành thì chiều cao nhỏ nhất của mực chất lỏng là 0.2m và chiều cao lớn nhất là 0.8m. Do vậy tín hiệu vào là h = 200 ÷ 800 mm và tín hiệu ra là dòng 4 ÷ 20 mA. Theo số liệu trên thì ta thấy bộ biến đổi mức là một khâu khuyếch đại. 3.4.3.4. Bộ biến đổi áp suất Bộ biến đổi áp suất có thể coi là một khâu tỷ lệ vì hằng số thời gian của phần tử điện tử rất nhỏ so với hằng số thời gian của các khâu khác trong hệ thống. Tín hiệu vào của bộ biến đổi áp suất là dòng điện 4 ÷ 20 mA, tín hiệu ra la giá tri áp suất tương ứng (đối với bình tách áp suất cao là 0 ÷ 25at, đối với bình tích là 0 ÷ 5at). 3.5. Vận hành, điều khiển thiêt bị điều khiển mức và áp suất của bình tách 01V – 1020 Hệ thống điều khiển mức và áp suất được thiết kế phù hợp với cấu tạo và chức năng của bình tách. Do đó quy trình vận hành, điều khiển chúng trên mỗi loại bình tách có sự khác nhau. Để minh họa cho quy trình vận hành, điều khiển thiết bị điều khiển mức và áp suất, em xin trình bày quy trình vận hành, điều khiển thiết bị điều khiển mức và áp suất của bình tách 01V – 1020. Bình tách 01V – 1020 bình tách 2 pha, được lắp đặt trên giàn khai thác dầu khí SD-A WHP TOPSIDE. Nằm trên vùng mỏ Sông Đốc – Rạch Tàu – Khánh Mỹ - Phú Tân (SRKP), thuộc Block 46/02 ngoài khơi Việt Nam, cách tỉnh Cà Mau 208 km về phía nam. Mục 3.5.1. trình bày các thông số kĩ thuật của bình tách 01V – 1020 và đặc tính kĩ thuật của các thiết bị điều khiển đi kèm. 3.5.1. Các thông số kĩ thuật và nguyên lí hoạt động của bình tách 01V – 1020 * Các thông số kĩ thuật của bình tách: Kích cỡ ID x Length T/T (mm): 1000 x 3655. Độ dày than bình tách : 38.1 mm. Độ ăn mòn cho phép bên ngoài/bên trong: 0/3 mm. Nhiệt độ làm việc max/min: 1080C/300C. Áp suất thiết kế: 7500kPag. Áp suất làm việc: 6000/5000/1280kPag. Vật liệu: CS +316SS clad. Trọng lượng bình không tải: 6994kg. Trọng lượng bình đầy tải: !0154kg. Tổng thể tích bình tách: 3.2 m3. Mức điều khiển cao nhất: LAHH = 750mm. Mức điều khiển trung bình: NAH = 500mm. Mức điều khiển thấp nhất: LALL = 250mm. * Đặc tính kĩ thuật của thiết bị điều khiển hoạt động bình tách Bảng 3.2. Đặc tính kĩ thuật của thiết bị điều khiển mức bình tách Kí hiệu Đặc tính kĩ thuật 1LZT -1001 1LT - 1002 1LG - 1003 1PG - 1001 Nguồn cấp 24VDC 24VDC N/A N/A Tín hiệu ra 4 ÷ 20 mA 4 ÷ 20 mA Đọc trực tiếp Đọc trực tiếp Phạm vi điều khiển 0÷1600 mmH20 0÷1600 mmH20 0÷800 mmH20 0÷800 mmH20 Chất lưu Dầu và nước Dầu và nước Dầu và nước Dầu và nước Áp suất 17721 kPag 7500 kPag 7500 kPag 7500 kPag Nhiệt độ nhỏ nhất 30oC 30oC 30oC 30oC Nhiệt độ lớn nhất 108oC 108oC 108oC 108oC Bảng đặc tính 3.3. Đặc tính kĩ thuật của các bộ điều chỉnh áp suất Kí hiệu Đặc tính kĩ thuật PZT -1011A PZT -1011B PZT -1011C Nguồn cấp 24VDC 24VDC 24VDC Tín hiệu ra 4 ÷ 20 mA 4 ÷ 20 mA 4 ÷ 20 mA Phạm vi điều khiển 0÷10000 mmH20 0÷10000 mmH20 0÷10000 mmH20 Chất lưu Dầu, khí,nước Dầu, khí,nước Dầu, khí,nước Áp suất 7500 kPag 17720 kPag 17720 kPag Nhiệt độ nhỏ nhất 30oC 30oC 30oC Nhiệt độ lớn nhất 108oC 108oC 108oC Bảng 3.4. Đặc tính kĩ thuật của các bộ đo nhiệt độ (TT), áp suất (PT), lưu lượng (FT) Kí hiệu Đặc tính kĩ thuật 1TT - 1001 1TT - 1009 1PT - 1010 1FT – 1001 Nguồn cấp 24VDC 24VDC 24VDC 24VDC Tín hiệu ra 4 ÷ 20 mA 4 ÷ 20 mA 4 ÷ 20 mA 4 ÷ 20 mA Phạm vi điều khiển 0 -120oC 0 -120oC 17720kPag Chất lưu Dầu và nước khí Dầu và nước Dầu và nước Áp suất 7500 kPag 7500 kPag 7500 kPag 7500 kPag Nhiệt độ nhỏ nhất 30oC 30oC 30oC 30oC Nhiệt độ lớn nhất 108oC 108oC 108oC 108oC Bảng 3.5. Đặc tính của van điều khiển áp suất (PCV) và van điều khiển lưu lượng (LCV) Kiểu van Thông số LCV - 1001 PCV - 1001 Số serial/model /88-41325 MSP-16313-2-1/88-41315 Hãng sản suất Dresser Dresser Cơ cấu dẫn động Khí nén Khí nén Kích cỡ của thân van 4 inch 4 inch Phạm vi điều chỉnh lò xo 40÷200 kPa 40÷240 kPa Áp suất cung cấp 400÷1000 kPa 400÷1000 kPa Áp suất vào min/max 1280/6000kPag 1280/6000kPag Áp suất ra min/max 1230/5800kPag 1230/5800kPag Tín hiệu vào mở 20mA 20mA Tín hiệu ra đóng 4mA 4mA Nhiệt độ hoạt động min/max 10/108 oC 10/108 oC Tỉ lệ dòng chảy bình thường 25Sm3/h 6548m3/h Tỉ lệ dòng chảy cực đại 29Sm3/h 7433m3/h Có dòng chảy Van mở ra Van mở ra Có lỗi vị trí Van đóng lại Van đóng lại Bảng 3.6. Số lượng các loại van sử dụng trong hệ thống bình tách Kí hiệu Loại van Đặc điểm Số lượng MV Van bi Thường mở 10 MV Van bi Thường đóng 14 MV Van một chiều Luôn mở 3 SDV Shutdown van Luôn mở 3 BDV Blowdown van Luôn đóng 1 PSV Van an toàn Luôn đóng (khi làm việc bình thường) 2 *Nguyên lí hoạt động của bình tách 01V – 1020 Dầu thô từ giếng khoan đưa lên gồm nhiều pha khác nhau, chúng được đưa qua cụm phân dòng, tới bình tách thông qua đường ống 4 inch, qua SDV – 1002, qua bộ cảm biến áp suất PDZT – 1002 tới van một chiều MS – 10107 đổ vào bình tách 01V – 1020. Dầu thô khi đưa vào bình tách, sau một số công đoạn được tách thành các thành phần khác nhau và được đưa ra ngoài theo hướng đỉnh và đáy bình. Sản phẩm ra trên đỉnh bình tách là khí, ra ở đáy bình là dầu và nước. Khí đi theo đường ống có đường kính 4 inch qua bộ điều khiển áp suất PCV – 1001 và bộ điều chỉnh áp suất thấp cho sản phẩm trong ống, khí tiếp tục qua bộ chuyển đổi áp suất, qua van SDV – 1004 và qua bộ chuyển đổi lưu lượng FT – 1002, tín hiệu đó đưa đến máy tính để hiển thị và kiểm tra áp suất trong đường ống, đồng thời kết hợp với thiết bị bù nhiệt – áp để cân bằng áp suất và ổn định nhiệt độ trong đường ống, dòng khí tiếp tục đổ về đương chính chung và được đưa tới bình tách thứ cấp trên tầu dầu FPSO. Còn sản phẩm đáy bình gồm hai thành phần: dầu và nước, là hai chất không tan vào nhau, hơn nữa tỉ trọng của dầu nhỏ hơn nước, do vậy việc phân tách hỗn hợp này trong một bình tách là rất hiệu quả. Thông thường dầu là pha nhẹ và là pha liên tục, còn nước là pha nặng và là pha phân tán. Dầu được tách nước nhờ bộ điều chỉnh mức cao LZA – 1001 và LICA – 1002. Sản phẩm dầu được đi theo ống có đường kính 4 inch, qua van MV – 10120, thiết bị đo lưu lượng FT – 1001, bộ phân tích nước trong dầu AT – 1001, tới van SDV – 1003, qua điều khiển mức LCV – 1001. Dầu qua bình tách để lọc hết thành phần nước và cặn bã còn lại trong dầu, thành phần nước thải được tách dầu lại một lần nữa nhờ bộ chuyển đổi mức thấp LZT – 1001,sau đó qua van bi MV – 10130 được đưa ra ngoài. Còn dòng dầu tiếp tục được đưa về oil production manifold và tới FPSO dưới sự giám sát sản phẩm của bộ phân tích AT – 1001 và bộ ổn định dòng để kiểm tra thành phần nước còn lại trong dầu, sau đó qua van điều khiển mức LCV – 1001, van này nhân tín hiệu điện ra từ 4 ÷ 20 mA của LT – 1002 thông qua hệ thống điều khiển. Sau đó dầu được đưa qua các thiết bị MV –10120, FT – 1001, AT – 1001, SDV – 1003, LCV – 1001 và tới FPSO. Trong trường hợp bình tách có sự cố thì dầu được đi theo đường Bypass từ oil production manifold tới SDV – 1001A về FPSO. Khí điều khiển từ máy nén khí cấp từ FPSO tới gian khoan để điều khiển các thiết bị trên giàn và cấp nguồn khí nén từ 7 ÷ 12 bar cho các PCV, LCV. Trên đỉnh bình tách được trang bị 2 van an toàn PSV – 1010 và PSV – 1011 để xả áp suất khi trong bình tách có sự cố. Van an toàn PSV – 1010 được cài đặt tự động khi quá áp sẽ xả theo đường ventboom, con van PSV 1011 thường đóng khi nào van PSV – 1010 gặp sự cố thì dùng đến. Bình tách có bộ điều chỉnh áp suất cao và thấp PZT – 1011A, B, C. Ngoài ra còn có thiết bị đo mức đọc trực tiếp LG – 1003 để đo mức trong bình và bộ điều chỉnh nhiệt độ TT – 1001 để kiểm soát nhiệt độ bình tách. Thành phần nước cứu hỏa có 6 vòi được đặt trên đỉnh bình tách, khi có sự cố xảy ra sẽ xả nước tự động. 3.5.2. Yêu cầu điều khiển hệ thống điều khiển mức và áp suất của bình tách 01V – 1020 Khi có tín hiệu khởi động (cho phép từ hệ thống). Các khâu điều khiển mức, điều khiển áp suất nhận các tín hiệu đo từ các thiết bị: PT-1010, PZT-1011A,B,C và LT-1002, LZT-1001. Tính toán và gửi tín hiệu điều khiển cho các van PCV-1001 và LCV-1001. Các bộ giám sát và cảnh báo được đưa vào trạng thái sẵn sàng hoạt động Các tín hiệu PALL, PAHH, LAHH, LALL dùng để điều khiển, tạo các báo động khi vận hành Các mức trong bình tách: +) LAHH + 750mm: mức cao báo động. +) LAH + 600mm: mức cao. +) LAL + 400mm: mức thấp. +) LALL + 250mm: mức thấp báo động. Nếu LAHH-1002 có tín hiệu báo mức chất lỏng trong bình quá cao (LAHH + 7500mm) thì hệ thống phải báo sự cố về phòng điều khiển trung tâm, bật đèn sự cố và đóng van đầu vào SDV-1002, ngừng cấp nguyên liệu và mở hoàn toàn van LCV-1001, nhằm bảo đảm an toàn chống cháy nỏ cho toàn hệ thống. Nếu PAHH-1011 có tín hiệu áp suất cao thì phải báo sự cố về phòng điều khiển trung tâm, bật đèn sự cố và mở hoàn toàn van đầu ra PCV-1001, nhờ tín hiệu PT-1010 (Pressure transmitter) được tính toán dể tạo tín hiệu điều khiển PCV-1001. Nếu áp suất đường gas – lift quá cao, thì hệ thống PMSC, DCS, SCADA sẽ nhận tín hiệu PAHH-1011 đẻ điều chỉnh áp suất cao đồng thời mở hoàn toàn van PCV-1001 và đóng shutdown van SDV. Nếu PALL-1011 có tín hiệu áp suất cao thì phải báo sự cố về phòng điều khiển trung tâm, bật đèn sự cố và đóng van đầu ra PCV-1001, nhờ tín hiệu PT-1010 (Pressure transmitter) được tính toán để tạo tín hiệu điều khiển PCV-1001. Nếu áp suất đường gas – lift quá thấp, thì hệ thống PMSC, DCS, SCADA sẽ tạo tín hiệu PALL-1011 đẻ điều chỉnh áp suất thấp đồng thời đóng hoàn toàn van PCV-1001 và đóng shutdown van SDV. Khi có tín hiệu dừng khẩn cấp nhận được từ 2 trong 3 thiết bị PZT-1011A,B,C báo động mức thấp hoặc mức cao thì đóng tất cả các van đâu vào và ra. Khi có tín hiệu dừng thì đóng van đầu vào và mở 2 van đầu ra PCV-1001 và LCV-1001 như lúc mức và áp suất trong bình ổn định. Bảng 3.7. Kí hiệu các tín hiệu vào, ra khi điều khiển bình tách TT Tín hiệu Chức năng Ghi chú 1 AO (4 ÷ 20 mA) Tín hiệu mở van PCV-1001 Tín hiệu ra 2 AO (4 ÷ 20 mA) Tín hiệu mở van LCV-1001 Tín hiệu ra 3 AI (4 ÷ 20 mA) Tín hiệu đo mức của LT-1001 Tín hiệu vào 4 AI (4 ÷ 20 mA) Tín hiệu đo áp suất PT-1010 Tín hiệu vào 5 DI (ON/OFF) Start/Stop bơm, đóng mở công tắc 6 DI Tín hiệu trip/shutdown 3.5.3. Công nghệ điều khiển 3.5.3.1. Lựa chọn thiết bị điều khiên Với tín số lượng tín hiệu đầu vào và đầu ra như trên ta nên lựa chọn thiết bị điều khiển PLC S7-400 của hãng Simens và chọn CPU điều khiển S7-400, là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Tùy theo yêu cầu cụ thể của quá trình điều khiển nguồn sử dụng có thể chộn CPU khác nhau. Dựa vào số lượng đầu vào và ra dã nêu ở trên nên chọn loại CPU 224 và module EM231 AI4x12bit, EM232 AQ 2x12bit. Lập trình có cấu trúc: PLC gồm có 4 loại khối cơ bản: Khối OB (oganization block): là khối tổ chức và quản lí chương trình điều khiển. Khối FC(program lock): là khối chương trình với những tính năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hình thức). Khối FB(Funtion block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Khối DB (data block): là khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Lập trình có cấu trúc là kĩ thuật cài đặt thuật toán điều khiển bằng cách chia nhỏ thành các khối chương trình con FC hay FB, toàn bộ các khối chương trình con này lại được quản lí bởi khối OB1. 3.5.3.2. Xác định giá trị đặt cho mức Mức trong bình tách thì PLC không thể hiểu được nên ta phải chuyển đổi giá trị đặt cho PLC. Mức chiều cao tối đa trong mức của bình tách là 1600mm, qua các bộ chuyển đổi ta được giá tị đặt cho mức là 12bit (215 = 4099). AD Thiết bị đo mức (0÷1600) PLC 4 ÷ 20 mA 819-4099 Dựa vào sơ đồ chuyên đổi ta được giá trị mức cảnh báo tương ứng với giá trị số trong PLC là: Quan hệ giữa L – I theo hàm: XL = (XI – 4) Quan hệ giữa PLC – I theo hàm: XPLC = (XI – 4)+819 Bảng 3.8. Mối quan hệ giữa L – I - PLC L(mm) I(mA) PLC 0 4 819 400 8 1639 800 12 2459 1200 16 3279 1600 20 4099 3.5.3.2. Xác định giá trị đặt cho áp suất Áp suất thiết kế của bình tách: 7500 kPag. Áp suất làm việc của bình tách: 6000 kPag. PLC Thiết bị đo mức (0÷6000kPa) AD PLC 819-4099 Để điều khiển áp suất cho bình tách 01V-1020 cần phải giữ áp suất bình tách ở khoảng 6000 kPa ± 5% tương ứng trong khoảng 5700 ÷ 6300 kPa. Giá trị cao cho phép là 7500 kPa, giá trị thấp cho phép là 0 kPa. Phương trình thể hiện mối quan hệ giữa P – I: Quan hệ giữa P – I được xác định theo hàm: XP = (XI – 4) Quan hệ giữa PLC – I theo hàm: XPLC = (XI – 4)+81 Bảng 3.9. Mối quan hệ giữa P – I - PLC P (kPa) I (mA) PLC 0 4 819 2500 8 1639 5000 12 2459 7500 16 3279 10000 20 4099 3.5.4. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển * Lưu đồ thuật toán chương trình chính: Hình 3.9. Lưu đồ thuật toán chương trình chính * Lưu đồ thuật toán điều khiển mức: Hình 3.10. Lưu đồ thuật toán điều khiển mức * Lưu đồ thuật toán điều khiển áp suất: Hình 3.11. Lưu đồ thuật toán điều khiển áp suất 3.5.5. Mô hình điều khiển mức trong bình tách Mô hình điều khiển mức bằng khí nén gồm có: Thiết bị cảm biến mức trong bồn, bộ điều khiển khí nén, van điều khiển mức. Nguyên lí làm việc: Khi chất lỏng trong bình tách đầy thì cảm biến mức sẽ nhận được giá trị và gửi tín hiệu về cho bộ điều khiển mức LIC, LIC sẽ so sánh với giá trị đặt và xuất lệnh cho van điều khiển mức đóng mở theo tỉ lệ nhất định. 3.6. Sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị 3.6.1. Sửa chữa, bảo dưỡng van điều khiển mức và áp suất * Khi bảo dưỡng van PCV – LCV có các phương pháp bảo dưỡng cơ bản sau: - Kiểm tra tình trạng bên ngoài van, như: lớp sơn bảo vệ, tình trạng bu lông - đai ốc có bị sét gỉ không, kiểm tra ty van xem có bị xét gỉ,cong vênh không… nếu có bất kì chi tiết nào bất thường cần đánh giá ngay tình trạng để có biện pháp khắc phục (sửa chữa hoặc thay mới). - Mở các dai ốc thân van và nâng toàn bộ phần phía trên lá van ra ngoài, tiến hành kiểm tra tình trang các chi tiết lá van, đế van. - Sử dụng giấy nhám và dầu diezel vệ sinh bề mặt lá van và đế van. - Kiểm tra tình trạng các gioăng làm kín, thay mới nếu cần thiết. - Kiểm tra tình trạng của nút xả đáy. * Chú ý: Van PCV – LCV thường được lắp trên đường ống có lưu chất có thành phần phức tạp(dầu, nước…) và áp suất cao nên việc vệ sinh các chi tiết của van phải hết sức cẩn thận và tuân thủ đúng quy trình kĩ thuật để đảm bảo cho van làm việc hiệu quả. * Một số hư hỏng thường gặp đối với van PCV – LCV, nguyên nhân và cách khắc phục: Bảng 3.10. Một số hư hỏng thường gặp đối với van PCV – LCV STT Tình huống Nguyên nhân Cách khắc phục 1 Van đóng/mở không hết hành trình Chỉnh sai ty van dưới. Lá van bị kẹt. Lò xo bị yếu. Điều chỉnh lại ty van dưới. Làm sạch bên trong thân van và lá van. Thay thế lò xo mới. 2 Van không đóng mở được. Không có hay không đủ áp suất khí nén. Màng ngăn bị rách. Lò xo bị yếu hay gãy. Lá van bị kẹt. Kiểm tra và tăng áp suất khí nén, kiểm tra bộ positioner. Thay thế màng ngăn mới. Thay thế lò xo mới. Làm sạch bên trong thân van và lá van. 3 Van không kín Thân van hoặc lá van bị rỗ. Gioăng làm kín ty van hỏng. Gioăng làm kín thân van hỏng. Khắc phục hoặc thay thế chi tiết bị rỗ. Thay thế gioăng làm kín ty van. Thay thế gioăng làm kín thân van. 3.6.2. Sửa chữa, bảo dưỡng các cảm biến Bộ phận chính của các cảm biến là các thiết bị điện tử, khi làm việc chúng không chịu nhiều tác động của các lực cơ học có trị số lớn nên những hỏng hóc của chúng thường là các lỗi. Sau đây là các lỗi thường gặp của các cảm biến, và cách khắc phục: Bảng 3.11. Các lỗi thường gặp của các cảm biến TT Các lỗi thường xảy ra. Nguyên nhân và cách khắc phục 1 Cảm biến phần cứng không tương thích. Bộ phận sensor điện bị va đập, lỗi phần mềm => thay thế bộ cảm biến, liên hệ với trung tâm sửa chữa của hãng tại khu vực. 2 Phần cảm biến không hoạt động. Bộ phận sensor điện bị va đập, lỗi phần mềm => thay thế bộ cảm biến, liên hệ với trung tâm sửa chữa của hãng tại khu vực. 3 Khối cảm biến không cập nhật được thông tin mới. Tuột cáp trong bộ mạch, thiết bị điện tử đã cũ hoặc lỗi phần mềm => liên hệ với trung tâm sửa chữa của hãng tại khu vực. 4 Khối cảm biến không hoạt động được. Tuột cáp trong bộ mạch, thiết bị điện tử đã cũ hoặc lỗi phần mềm => liên hệ với trung tâm sửa chữa của hãng tại khu vực. 5 Khối cảm biến tĩnh không hoạt động được. Bộ phận sensor điện bị va đập, lỗi phần mềm => thay thế bộ cảm biến, liên hệ với trung tâm sửa chữa của hãng tại khu vực. 6 Lỗi Ram Khởi động và chạy lại thiết bị. 7 Lỗi phần tự kiểm tra thiết bị. Tín hiệu điện tử ra không hoạt động => thay thế bộ điện tử ra. 8 Khối cảm biến tĩnh mở quá lớn. Giá trị áp suất vượt quá giới hạn, có 2 nguyên nhân, đó là do áp suất qua cao hoặc sensor hỏng => kiểm tra áp suất cấp vào thiết bị, nếu cần thiết thì thay bộ cảm biến. 9 Bộ cảm biến nhiệt độ không kết nối được. Kiểm tra phần kết nối và nối lại cáp. 10 Áp suất chênh lớn hơn giải đo trên (URL) và giới hạn dưới (LRL). Áp suất không được vượt quá 10% thiết kế, lỗi này do hệ thống quá áp hoặc sensor hỏng => kiểm tra áp suất đầu vào bằng thiết bị khác, nếu cần thiết thì thay thế bộ cảm biến. CHƯƠNG IV BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN MỨC TRONG BÌNH TÁCH Thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình tách có cấu tạo chính gồm các cảm biến và van điều khiển mức. Các cảm biến là các thiết bị điện tử, việc cải tiến cấu trúc của chúng để nâng cao hiệu quả sử dụng là rất khó khăn, hơn nữa, khi làm việc chúng ít chịu ảnh hưởng của lực cơ học trị số lớn nên chúng ít bị hỏng hóc, mà thường chỉ gặp phải các lỗi như đã trình bày trong mục 3.6.2 (chương III). Như vậy, đối với các cảm biến ta chỉ cần tuân thủ đúng quy trình lắp đặt, vận hành và thường xuyên kiểm tra phát hiện lỗi và bảo dưỡng kịp thời là có thể sử dụng chúng có hiệu quả nhất. Còn đối với van điều khiển mức, trong quá trình làm việc thường gặp các hỏng hóc chủ yếu sau: hỏng gioăng làm kín, rách màng ngăn, lò xo bị yếu hoặc gẫy, thân van và lá van bị rỗ. Đối với gioăng làm kín và màng ngăn đều có cấu tạo đơn giản, vật liệu chế tạo rẻ nên khi gặp hỏng hóc thì tốt nhất là thay thế. Với các chi tiết còn lại công việc phải làm là tìm cách khắc phục để nâng cao tuổi thọ cho lò xo, chống mòn, rỗ cho thân van và lá van. Tóm lại, để nâng cao hiệu quả sử dụng cho thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình tách, ta tìm cách nâng cao tuổi thọ cho van điều khiển mực chất lỏng, cụ thể là nâng cao tuổi thọ cho lò xo, chống mòn cho thân van và lá van. 4.1. Điều kiện làm việc của lò xo, thân van và lá van - Lò xo có nhiệm vụ là tác dụng lực đẩy lên ty van để điều chỉnh lá van đóng mở cho phù hợp với yêu cầu điều khiển, lò xo không tiếp xúc với dầu chảy qua van và tiếp xúc với ty van thông qua vòng đệm nên không cọ sát với chi tiết khác. Như vậy lò xo chịu lực nén của áp suất khí nén gây ra thông qua màng ngăn và ty van (áp suất khí nén tác dụng đẩy lên màng ngăn, màng ngăn kéo theo ty van chuyển động và qua đó ty van tác dụng lực nén lên lò xo), lò xo không bị ảnh hưởng bởi các chất ăn mòn có trong dầu chảy qua van, đồng thời không bị mài mòn. - Phần đáng chú ý nhất ở thân van là cửa ra, cửa vào và đế van (cho lá van tì lên). Cả 3 phần này đều tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng chảy qua van, riêng phần đế van còn cọ sát với lá và chịu tác dụng lực nén từ lá van khi van đóng. Phần lá van cũng tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng chảy qua van và cọ sát với đế van, chịu lực nén của áp suất khí nén khi van đóng. 1 – Ty van. 2 – Thân van. 3 – Lá van. 4 – Đế van. Hình 4.1: Cấu tạo van. 1 – Con chạy. 2 – Tấm ép đệm làm kín. 3 – Ống lót 4 – Packing set. 5 – Đai hãm. 6 – Nắp van. 7 – Đệm làm kín. 8 – Vòng đệm. 9 – Lò xo. Hình 4.2: Đệm làm kín ty van. Hình 4.3: Hình ảnh phần dưới của van nhìn từ bên ngoài 4.2. Biện pháp nâng cao tuổi thọ cho lò xo Do điều kiện làm việc như trên, lò xo bị yếu hoặc gẫy là do bị giảm cơ tính mà nguyên nhân là do giảm sức bền mỏi. Để tăng tuổi thọ cho lò xo, ta sẽ lập quy trình chế tạo để tăng cơ tính cho lò xo. Lò xo được chế tạo từ thép đàn hồi, trước khi lập quay trình chế tạo, ta tìm hiểu về vật liệu thép đàn hồi. 4.2.1. Thép đàn hồi Hình 4.4. Hình ảnh lò xo làm từ thép đàn hồi Đây là loại thép có thành phần các bon nằm trong khoảng 0,5 ÷ 0,7%, sau tôi và ram trung bình có giới hạn đàn hồi cao. Thép này chuyên dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi: lò xo, nhíp,…nên được gọi là thép đàn hồi. * Thành phần hoá học: - Các bon: Các phần tử đàn hồi không cho phép có biến dạng dẻo cũng như bị phá huỷ giòn khi làm việc nên thành phần các bon của thép đàn hồi không được quá thấp cũng như không được quá cao. Khoảng thành phần cacbon hợp lý của loại thép này là 0,5 – 0,7% (thường gặp 0,55 – 0,65%). - Nguyên tố hợp kim: Các nguyên tố Mn, Si cho vào thép đàn hồi với mục đích nâng cao tính đàn hồi. Các nguyên tố khác như Cr, Ni, V được cho vào với mục đích ổn định tính đàn hồi của thép. 4.2.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu đàn hồi Thép và các hợp kim có các tính chất đàn hồi cao được sử dụng rộng rãi trong chế tạo máy và dụng cụ. Trong chế tạo máy, chúng được dùng để chế tạo nhíp, bộ giảm xóc, lò xo chịu lực với các công dụng khác nhau. Trong chế tạo dụng cụ được sử dụng làm các chi tiết đàn hồi như tấm rơle, hộp xếp, giá treo, cấu kiện chịu kéo. Đặc điểm chung của các chi tiết này là không được phép biến dạng dư khi tải trọng tĩnh lớn, tuần hoàn hay va đập. Do đó các vật liệu này ngoài cơ tính đặc trưng cho các vật liệu kết cấu (độ bền, độ dẻo, độ dai, độ bền mỏi) cần phải có độ bền cao để chống lại biến dạng dẻo dù nhỏ. Trong điều kiện chịu tải trọng tĩnh trong thời gian ngắn, độ bền chống biến dạng dẻo nhỏ được đặc trưng bởi giới hạn đàn hồi, khi chịu tải lâu hay tải tuần hoàn thì đó là độ bền tích thoát. Độ bền tích thoát được đánh giá bởi sự chống lại tích thoát ứng suất. Tích thoát ứng suất được đặc trưng bởi việc giảm ứng suất làm việc trong chi tiết. Sự tích thoát ứng suất nguy hiểm ở chỗ, khi chuyển một phần biến dạng đàn hồi thành biến dạng dẻo thì các phần tử đàn hồi thay đổi hình dáng và kích thước sau khi bỏ tải trọng. Tích thoát ứng suất xảy ra bằng cách biến dạng dẻo tế vi trong các hạt tinh thể riêng lẻ và được tích lũy theo thời gian. Với cấc ứng suất thấp hơn giới hạn đàn hồi, biến dạng dẻo tế vi có thể được gây ra: bởi sự uốn cong các lệch hay sự tách lệch riêng biệt khỏi các chốt hãm khi ứng suất nhỏ, bởi sự dịch chuyển các lệch hãm khi ứng suất cao. Do đó để hợp kim đạt được giói hạn đàn hồi và độ bền tích thoát cao cần phải tạo được cấu trúc lệch ổn định, trong đó không chỉ phần lớn mà hầu như tất cả các lệch bị phong tỏa chắc chắn. Ngoài ra cấu trúc như thế phải có ứng suất tế vi ở mức độ không cao ví các ứng suất tế vi này cùng với ứng suất làm việc làm cho lệch chuyển động dễ dàng. Để hãm lệch người ta dùng tất cả các phương tiện tạo chướng ngại vật có hiệu quả: hợp kim hóa, nâng cao mật độ lệch, tiết ra các pha thứ 2 phân tán. Với quan điểm về các tính chất đàn hồi thì cơ nhiệt luyện tạo thành cầu trúc thuận lợi nhất. 4.2.1.2. Các loại thép lò xo, nhíp Các thép cacbon lò xo, nhíp thường được gọi là thép lò xo thông dụng có môđun đàn hồi cao để hạn chế biến dạng đàn hồi. Nên chúng được sử dụng để chế tao các chi tiết đàn hồi, chịu lực cao. Đây là các vật liệu có giá thành không cao nên được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo thiết bị. Để đảm bảo khả năng làm việc của các phân tử đàn hồi chịu lực các thép lò xo cần phải có giới hạn đàn hồi, giới hạn mỏi và độ bền tích thoát cao. Các thép lò xo thường có hàm lượng cacbon cao ( 0,5÷0,7% ) được tôi và ram ở nhiệt độ 420÷450oC thỏa mãn các yêu cầu đó. Thép được tôi ra tổ chức mactenxit có giới hạn đàn hồi không cao. Giới hạn đàn hồi được nâng cao rõ rệt khi hình thành tổ chức trôxtit. Trong tổ chức này Ferit có mật độ cao các lệch kém chuyển động do bị biến cứng pha mạnh. Ngoài ra chúng còn bị phong tỏa có hiệu quả bởi các hạt cacbít phân tán. Ngoài các tính chất đàn hồi cao, ram ra tổ chức trôxtit bảo đảm nâng cao một chừng mực nào đó độ dẻo và độ dai (đặc biệt trong các thép không có xu hướng ròn ram), nó quan trọng để giảm độ nhạy cảm với sự tập trung ứng suất và tăng giới hạn mỏi. Tôi đẳng nhiệt ra tổ chức bainit dưới cũng cho kết quả tốt. Nó cho phép có được cơ tính cao khi chi tiết ít bị biến dạng. Các lò xo không lớn và hình dạng ít phức tạp được chế tạo từ thép đã qua nhiệt luyện. Đối với lò xo to đòi hỏi lực quấn lớn thì dùng thép ở trạng thái ủ. Các chi tiết sau khi được chế tạo bằng cách quấn nóng hay rập nóng sẽ được nhiệt luyện. Thép để làm nhíp được cung cấp ở dạng băng, sau đó rập tạo hình và tôi, ram (hiện nay thường dùng lò chương trình tôi ram liên tục) sau đó bó. Các mác thép cacbon bao gồm: C65, 70, 75, 80, 85, 65Mn, 70Mn (TCVN) được đặc trưng bởi độ bền tích thoát không cao, đặc biệt khi nung nóng. Chúng không có lợi để làm việc ở nhiệt độ trên 100oC. Do độ thấm tôi thấp, nên các thép này được dùng cho các lò xo tiết diện không lớn lắm. Các thép lò xo, nhíp hợp kim thuộc về lớp peclít. Các nguyên tố hợp kim cơ bản trong chúng là Si ( 1-3%), Mn (~1%). Trong các chi tiết có công dụng quan trong hơn thì thép được hợp kim hóa them Cr (~1%) và Ni (<1,7%) các nguyên tố hợp kim yêu cầu phải có ảnh hưởng ít tới giới hạn đàn hồi là tính chất chủ yếu của họ thép này. Quan trong hơn là hợp kim hóa để nâng cao độ thấm tôi, độ bền tích thoát ứng suất và giới hạn mỏi. Do đó hợp kim được sử dụng cho những phần tử đàn hồi kích thước lớn và đảm bảo cho chúng làm việc lâu hơn và độ tin cậy cao hơn. Các mác thép Silic 50Si2, 60Si2, 70Si3A được dùng làm lò xo hay nhíp có chiều dày 18 mm. Chúng có đặc điểm chống sự lớn lên của hạt khi tôi, nhưng lại có xu hướng dễ thoát cacbon khi nung, đây là một dạng khuyết tật mặt rất nguy hiểm vì giảm độ bền mỏi. Mác thép Si-Mn 60SiMnA đã hạn chế được nhược điểm này và được dùng để chế tạo các lò xo có chiều dày nhỏ hơn 14 mm. Các mác thép 50CrVA, 50CrMnVA có nhiệt độ ram cao hơn dòng thép Si và Si-Mn khoảng 520oC, có khả năng chịu nhiệt cao hơn, độ dai cao hơn, ít nhạy cảm với nhát cắt. Chúng được dùng làm nhíp các ôtô nhẹ, lò xo xupáp và các lò xo có công dụng quan trọng khác và nhiệt độ làm việc khoảng 300oC. Các thép 60Si2CrA và 60Si2Ni2A được tôi thấu trong các tiết diện tương ứng là 50 và 80 mm và được dùng làm các lò xo và nhíp lớn có tải nặng và đặc biệt. Các tính chất của thép được quyết định bởi hàm lượng Cacbon và nhiệt độ ram. Ram được tiến hành ở nhiệt độ cao hơn một chút so với nhiệt độ ứng với giới hạn đàn hồi cực đại để đảm bảo độ dẻo và dai. Các mác thép 70Si3A, 60Si2CrA, 60Si2Ni2A có cơ tính cao nhất σb ≥ 1800MPa; σ0,2 ≥ 1600MPa; δ≥ 5%; Ψ ≥20%. Giới hạn đàn hồi đạt σ0,01=880 -1150 MPa, còn độ cứng đạt 40-48 HRC. Với độ bền và độ cứng như vậy, thép này nhạy cảm với sự tập trung ứng suất cho nên trạng thái bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mỏi. Khi không có khuyết tật bề mặt giới hạn mỏi của thép khi uốn thấp hơn 500 MPa, còn khi xoắn ~300MPa. Để giảm độ nhạy cảm với tập trung ứng suất thì các lò xo và nhíp đã chế tạo được biến cứng bề mặt bằng phun bi. Sau khi đã hóa bền bằng phun bi giới hạn mỏi tăng 1,5-2 lần. Các mác thép ứng dụng và nhiệt luyện thép đàn hồi. Bảng 4.1 trình bày kí hiệu, thành phần, các ứng dụng và qui trình nhiệt luyện một số mác thép đàn hồi. Bảng 4.1. Một số mác thép đàn hồi Mác thép Thành phần hóa học (%) Ứng dụng Nhiệt luyện C Mn Si Cr khác C70 0,67-0,75 0,5 -0,8 0,17 – 0,37 <0,25 - Chế tạo lò xo, nhíp loại thường, chịu tải nhỏ - Nhiệt luyện để có giới hạn đần hồi cao: tôi + ram trung bình. - Với các mác có chứa Si khi nung phải chú ý chống thoát C. - Đối với mác thép có Mn, không được nung thời gian quá dài vì hạt thép dễ bị thô. 65Mn 0,62 - 0,7 0,9 – 1,2 0,17 – 0,37 - - 60C2 0,57 - 0,65 0,6 – 0,9 1,5 - 2,0 - - Chế tạo lò xo, nhíp chịu tải lớn, có chiều dày đến 18 mm. 60SiMn 0,55 - 0,65 0,8 – 1,0 1,3 – 1,8 - - 50CrV 0,46 -0,54 0,5 -0,8 0,17 – 0,37 0,8 – 1,1 0,1- 0,2 V Chế tạo lò xo nhỏ, chịu nhiệt đến 300oC. 60Si2CrA 0,56 - 0,64 0,5 -0,8 1,4 – 1,8 0,7 – 1,0 Chế tạo lò xo, nhíp chịu tải rất nặng và quan trọng. 60Si2Ni2A 0,56 - 0,64 0,5 -0,8 1,4 – 1,8 - -1,4 – 1,6 Ni 4.2.2. Lập quy trình chế tạo lò xo * Xác định yêu cầu: dựa vào điều kiện làm việc có thể kết luận, lò xo trong van điều khiển lưu lượng thuộc loại lò xo nhỏ, làm việc ở nhiệt độ nhỏ hơn 300oC, cần độ bền mỏi cao để tăng tuổi thọ. * Chọn vật liệu: Dựa vào yêu cầu chế tạo và các tính năng các chủng loại thép lò xo ở trên, chọn mác thép 50CrVA là phù hợp nhất. Vì loại thép này có khả năng chịu nhiệt cao, độ dai cao và nhiệt độ làm việc khoảng 300oC. * Chọn phương pháp gia công: Phương pháp thi công phải đảm bảo độ chính xác cao, đặc biệt là phải có độ bóng bề mặt cao để khi đem phôi chế tạo lò xo có độ bền mỏi cao, và ưu tiên chọn phương pháp nào có thể tăng tinh dẻo cho phôi. Với những yêu cầu như vậy, chọn phương pháp gia công bằng áp lực ép. Phương pháp này cho ra sản phẩm có độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, tăng tính dẻo của vật liệu. * Sau khi ép, đem phôi đi gia công cắt gọt (tiện và mài) cho đạt kích thước chế tạo lò xo rồi đưa vào máy quấn lò xo. Sau khi lò xo được quấn, ta biến cứng bề mặt bằng cách phun bi, nhằm làm tăng giới hạn mỏi cho lò xo. * Chọn phương pháp nhiệt luyện: Để thép có độ bền mỏi cao, phải làm cho thép có được tổ chức trôxtit. Tuần tự qua trình nhiệt luyên như sau: -Nếu không có điều kiện để nung trong chân không hoặc khí trơ thì trước khi nhiệt luyện, phải tránh thoát cacbon cho thép bằng cách nhúng vào hàn the (Na2B4O7). - Nung chi tiết ở nhiệt độ T : 727oC < T < 800oC trong vòng 7 ÷ 8 phút (để thép đạt tổ chức austenit). - Làm nguội liên tục chi tiết trong không khí nén (để thép có cấu trúc hoàn tàn là trôxtit). - Ram chi tiết ở nhiệt độ 520oC ÷ 600oC trong khoảng 1 giờ. Với quy trình chế tạo như trên, lò xo sẽ làm việc ổn định,có tuổi thọ cao, sử dụng đạt hiệu quả. 4.3. Biện pháp chống mòn cho thân van và lá van Theo sự phân tích điều kiện làm việc của thân van và lá van, ta thấy, để chống mòn cho thân van và lá van, ta cần giải quyết 2 vấn đề sau: Chống mòn do cọ sát giữa lá van và đế van. Chống mòn gây ra rỗ trên bề mặt lá van và thân van. 4.3.1. Chống mòn do cọ sát giữa lá van và đế van. Biện pháp chống mòn do cọ sát giữa 2 bề mặt là tìm cách ngăn chặn 2 bề mặt đó tiếp xúc trực tiếp với nhau. Có 2 cách phổ biến để ngăn 2 bề mặt tiếp xúc trực tiếp là dùng dầu bôi trơn hoặc sử dụng đệm. Lá van và đế van không tiếp xúc thường xuyên với nhau (chỉ tiếp xúc khi van đóng) nên không thể sử dụng dầu bôi trơn, vì vậy ta chọn cách thứ 2 là dùng đệm. Đế van và lá van tiếp xúc với chất lỏng chảy qua van (dầu hoặc nước) và khi chúng tiếp xúc sẽ gây ra va đập nhẹ và cọ sát, do đó yêu cầu của đệm là hạn chế được va đập, có áp suất làm việc phù hợp, vật liệu làm đệm không tan trong dầu, nước và ít chịu ảnh hưởng của các tạp chất có trong dầu (axit, muối…) Bảng 4.2 là một số vật liệu làm đệm thông dụng: Bảng 4.2. Các vật liệu làm đệm Vật liệu đệm Áp suất làm việc lớn nhất (N/mm2) Nhiệt độ lớn nhất của môi trường (oC) Paronit Cao su Dây amiang Đồng Chì Nhôm Thép không rỉ X18H9T Thép cacbon non 6.4 1.0 0.3 5.0 0.6 2.5 Bất kì Bất kì 490 65 300 250 140 150 600 450 Dựa vào bảng và yêu cầu đối với vật liệu làm đệm nêu trên, ta loại bỏ các vật liệu bằng kim loại vì chúng dễ bị an mòn bởi các tác nhân ăn mòn trong thành phận tạp chất và không hạn chế được va đập. Còn lại 3 vật liệu hữu cơ, ta thấy paronit (cao su amiang) có tính chất phù hợp nhất với các yêu cầu trên, vì paronit có tính đàn hồi tốt, hạn chế được va đập, chịu được áp suất lớn và nhiệt độ môi trường cao, đồng thời nó khó tan trong dầu và không chịu ảnh hưởng bởi các tác nhân ăn mòn có trong dầu. Vậy, chọn vật liệu làm đệm là paronit. 4.3.2. Chống mòn cho thân van và lá van Nhiệm vụ của van điều khiển mức là điều khiển mức nước hoặc điều khiển mức dầu (trong bình tách 3 pha), hoặc điều khiển mức chất lỏng nói chung (trong bình tách 2 pha). Thân van và lá van bị rỗ là do các chất gây ăn mòn có trong chất lỏng chảy qua van hoặc do tác động của dòng chảy. Đối với nguyên nhân thứ nhất (do chất ăn mòn) có thể chia làm 3 trường hợp: Do chất ăn mòn trong nước tách ra khỏi dầu (van điều khiển mức nước). Do chất ăn mòn trong dầu đã tách nước (van điều khiển mức dầu). Do chất ăn mòn trong dầu chưa tách nước (van điều khiển mức chất lỏng trong bình tách 2 pha). Nguyên nhân thứ 2 (do tác động của dòng chảy) chủ yếu ảnh hưởng đến lá van. Tác động của dòng chảy thường gây ra hiện tượng xâm thực cục bộ và xói mòn làm rỗ bề mặt làm việc. Hiện tượng xâm thực chỉ xảy ra khi trong dòng chất lỏng có khí và áp suất dòng chảy nhỏ hơn áp suất bão hòa, nhưng khi qua bình tách, khí đã được tách, còn lại không đáng kể, đồng thời áp suất làm việc của bình tách thấp nhất là 1,5 at nên hiện tượng xâm thực có thể loại bỏ. Hiện tượng xói mòn gây ra do dòng chảy rối của chất lỏng chảy qua van, trên bề mặt làm việc của thân van có những vết lồi lõm, khi dòng chảy rối đi qua sẽ tạo xoáy tại những vết lõm, phát triển những vết lõm này lớn dần gây ra rỗ bề mặt. Như vậy, nhiệm vụ của việc chống mòn cho thân van và lá van là tìm ra biện pháp chống xói mòn và ngăn chặn tác động của các chất ăn mòn. Có 5 biện pháp chống ăn mòn cơ bản: Thiết kế kết cấu hợp lý. Xử lý bề mặt chi tiết. Xử lý môi trường. Lựa chọn vật liệu chống ăn mòn. Bảo vệ điện hóa. Trong 5 biện pháp này, do ta không thể thay đổi kết cấu của van và không thể áp dụng bảo vệ anot và bảo vệ catot (vì biện pháp này chỉ áp dụng cho những chi tiết, kết cấu rất lớn) do đó không áp dụng biện pháp thứ nhất và thứ 5. 4.3.2.1. Biện pháp lựa chọn vật liệu chống ăn mòn Khi lựa chọn vật liệu cần tuân theo một số quy tắc sau: Trong môi trường khử hoặc oxy hóa yếu, có axit nhưng không có oxy hòa tan thì nên sử dụng hợp kim có Ni hoặc Cu. Trong môi trường oxy hóa nên sử dụng hợp kim chứa Cr. Trong môi trường oxy hóa cực mạnh nên sử dụng Ti và hợp kim Ti. Môi trường làm việc của van điều chỉnh mức thường chỉ chứa lượng nhỏ các axit và muối hoặc không có các chất này, do đó đay là môi trường oxy hóa yếu. Ta lựa chọn vật liệu là thép hợp kim có chứa Cr, Ni. Có 3 mác thép có công dụng chống được một số dạng ăn mòn gây rỗ bề mặt: 08Cr17Ni12Mo2: chống ăn mòn lỗ. 03Cr17Ni13Mo2: chống ăn mòn lỗ. 08Cr18Ni11NbTa: Chống ăn mòn tinh giới và ăn mòn ứng suất. Chú thích: Ăn mòn lỗ là một dạng ăn mòn điện hóa, xảy ra đối với các kim loại và hợp kim có tính ăn mòn thụ động như: Fe, Cr, Al, Ni… Ăn mòn tinh giới là ăn mòn xảy ra ở biên giới hoặc lân cận các hạt tinh thể, đây cũng là một dạng ăn mòn điện hóa. Ăn mòn ứng suất là dạng ăn mòn xảy ra khi chi tiết làm việc trong môi trường ăn mòn, đồng thời chịu tác dụng của ứng suất gây ra nứt, rạn, gãy. Với 3 mác thép kể trên ta chọn một trong 2 mác thép 08Cr17Ni12Mo2 hoặc 03Cr17Ni13Mo2 vì van làm việc chịu ứng suất không đáng kể, không bị ăn mòn ứng suất. Khi thực hiện biện pháp lựa chọn vật liệu cần chú ý làm thân van và lá van cùng loại vật liệu để tránh hình thành các pin galvanic gây ra ăn mòn galvanic (là dạng ăn mòn xảy ra khi các kim loại hoặc hợp kim khác nhau được sử dụng trong cùng một cơ cấu và tiếp xúc với nhau trong cùng một môi trường ăn mòn). Biện pháp tuy đơn giản và hạn chế được một dạng ăn mòn điện hóa nhưng có hạn chế, đó là phải làm từ khâu sản suất đầu tiên trong tiến trình sản suất van, đồng thời tính chịu xói mòn của van hoàn toàn phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu, nếu không có điều kiện chủ động sản suất được van hoặc không liên hệ được với hãng sản suất (chẳng hạn như đặt hàng theo yêu cầu) thì không thể thực hiện được. 4.3.2.2. Biện pháp xử lí bề mặt chi tiết Các biện pháp xử lí bề mặt đem lại hiệu quả chống mòn rất tốt nhưng thường đòi hỏi trang thiết bị phức tạp và giá thành khá cao. Đối với chi tiết thân van và lá van, bề mặt được sử lý phải đạt yêu cầu chịu xói mòn tốt và ngăn chặn tác hại của các tạp chất ăn mòn. Các biện pháp sử lý bề mặt thường dùng là: Photphat hóa và cromat hóa bề mặt. Phủ kim loại bằng cách nhúng trong kim loại nóng chảy. Phun Plasma. Hóa nhiệt luyện. Tạo lớp phủ bằng các công nghệ hóa học. Tạo lớp phủ bằng công nghệ điện hóa. Sơn phủ bảo vệ. * Trong các phương pháp trên, ta loại bỏ phương pháp thứ nhất vì phương pháp này thường áp dụng cho gang và các hợp kim của nhôm, phương pháp thứ 2 cũng không phù hợp vì nó chỉ áp dụng cho chi tiết lớn. còn lại các phương pháp khác đều có thể áp dụng. * Phun plasma: Plasma là hỗn hợp các nguyên tử, ion, electron tạo thành do sự ion hóa các khí plasma dưới tác dụng của hồ quang điện hoặc từ trường tần số radio. Người ta đưa bột vật liệu phủ vào dòng plasma, dòng vật liệu phủ và plasma sẽ được phun lên bề mặt tạo thành lớp phủ. Chọn vật liệu phủ là Ni-gr, vì lớp phủ này phù hợp trong môi trường oxy hóa yếu, có mặt axit và thiếu oxy (là môi trường làm việc của van điều khiển) đồng thời nó chịu xói mòn và bền nhiệt rất tốt. * Phương pháp hóa nhiệt luyện: Là phương pháp thấm một số hóa chất lên bề mặt vật liệu hoặc chi tiết để tăng tính chống mòn. Bảng 4.3 là các chất thường dùng trong hóa nhiệt luyện: Bảng 4.3. Một số lớp thấm đạt được khi sử dụng hóa nhiệt luyện. Lớp thấm Công dụng Thấm Al Chịu mài mòn, chịu nhiệt, tăng độ bền mỏi, tăng tuổi thọ chi tiết. Thấm Cr Bền trong môi trường có axit, các chất oxy hóa ở nhiệt độ cao, chống mài mòn, xói mòn và chịu nhiệt rất tốt. Thấm B Bền trong môi trường có axit, chống mài mòn, xói mòn và chịu nhiệt rất tốt. Thấm N Chống xói mòn, mài mòn tốt, chống ăn mòn lỗ trong môi trường nước biển. Dựa vào bảng trên, ta có thể lựa chọn một trong 3 phương pháp thấm B, thấm Cr hoặc thấm N cho thân van và lá van. Trong đó thấm N là giá thành rẻ nhất. * Phương pháp tạo lớp phủ bằng các công nghệ hóa học: Quan trọng nhất trong phương pháp này là phủ Ni, cơ chế tạo lớp phủ như sau: Lớp phủ có thành phần: 90 ÷ 93 % Ni + 7 ÷ 10 % P, các thành phần tạp chất (Oxy, hidro, nito…) không quá 0,3%. P trong lớp phủ có nhiều tác dụng như: tăng độ cứng, độ mài mòn, giảm hệ số ma sat… Cần chú ý là sau khi phủ đem chi tiết đi sử lí nhiệt ở nhiệt độ 290 C400oC, rồi đem ủ. Khi đó độ cứng bề mặt có thể đạt 950 ÷ 1050 HV. * Phương pháp tạo lớp phủ bằng công nghệ điện hóa: Phương pháp tạo lớp phủ bằng công nghệ điện hóa được dùng rộng rãi nhất là công nghệ mạ điện. Bảng 4.4. Đặc điểm của một số lớp mạ và công dụng Kim loại mạ Độ cứng HV Màu sắc Chiều dày µm Đặc diểm và công dụng Al 30÷90 Trắng 6 Chịu nhiệt tốt, làm anot so với thép. Cd 30÷50 Trắng bóng 3 ÷ 10 Màu sắc dẽ chịu cho vật dụng trong nhà, lâu bị xỉn màu hơn Zn. Cr 900 ÷ 1100 Trắng đục 1 ÷ 300 Chịu mài mòn, xói mòn và ăn mòn rất tốt, hệ số ma sát nhỏ, phản xạ lớn. Co 250 ÷ 300 Xanh 2 ÷ 25 Độ cứng cao, phản xạ tốt. Cu 41 ÷ 220 Hồng 4 ÷ 50 Dẫn điện dẫn nhiệt tốt, làm lớp ăn chân cho lớp mạ khác. Pb 5 HB Xanh 1300 Bền ăn mòn trong nhiều loại axit, bền ăn mòn trong môi trường khí nóng. Ni 140 ÷ 500 Trắng 130 ÷ 500 Bền ăn mòn trong nhiều loại môi trường, thường dùng cùng với các lớp mạ Cu, Cr. Rh 400 ÷ 800HB Trắng bạc bóng 0,03 ÷ 25 Cứng, dẫn điện tốt, phản xạ lớn, bền ăn mòn. Sn 5 HB Trắng bóng 4 ÷ 25 Bền ăn mòn trong các thực phẩm bơ, sữa, dễ hàn, là catot so với thép. Zn 40 ÷ 50HB Xanh đục 12 ÷ 50 Bền ăn mòn, là anot so với thép. Dựa vào bảng trên, ta có thể chọn lớp mạ Cr hoặc lớp mạ Ni kết hợp với Cr để mạ bề mặt làm việc của thân van hoặc lá van. * Phương pháp sơn phủ bảo vệ: Sơn được dùng với nhiều mục đích khác nhau, ở đây chỉ đề cạp đến các loại sơn chống ăn mòn. Sơn gồm nhiều lớp có tác dụng khác nhau: Lớp lót: tác dụng chủ yếu là bám dính tốt lên bề mặt và chống ăn mòn. Lớp trung gian (hay còn gọi là lớp tăng cường): có tác dụng tăng bền và tăng khả năng chống thấm của sơn. Lớp mặt: tạo đọ bóng, tạo màu sắc và phần nào có tác dụng chống thấm và ngăn cản các tác hại của các tia sáng lên sơn. Vật liệu làm sơn được cấu thành từ các thành phần chính sau: chất dính, dung môi, chất đệm và chất phụ gia. Tác dụng của chất phụ gia: * Chất phụ gia cho lớp lót: là các chất có tác dụng làm thụ động quá trình ăn mòn hoặc có tác dụng bảo vệ catot, hiện nay trong kỹ thuật thường dùng các loại phổ biến sau: - Chì + dầu lanh: có tác dụng chống thấm tốt, chống ăn mòn tốt và rất thông dụng. - Bột Zn: có tác dụng bảo vệ catot (Zn là anot, thép là catot). Tác dụng bảo vệ chống ăn mòn tốt nhất khi bề mặt trước khi sơn được tẩy sạnh. Bột Zn thường được dùng với chất dính là nhựa epoxy hoặc chất dính silicat. - Silico-cromat: khi sử dụng cần trộn đều vào tất cả các lớp sơn mới hiệu quả. * Chất phụ gia cho lớp trung gian: yêu cầu tính chống thấm tốt, tăng bền cho sơn, thường dùng các loại sau: Oxit sắt tăng tính chống thấm cho sơn. Oxit kẽm trắng, dùng cho sơn màu sáng, chắn tia cực tím tốt, trung hòa các loại axit có trong dầu silicat. * Chất phụ gia cho lớp sơn mặt: Thường là các bột vật liệu hữu cơ, chất khoáng quyết định màu sơn. Một số lớp sơn và công dụng được mô tả trong bảng 4.5. Bảng 4.5. Một số lớp sơn hữu cơ và môi trường sử dụng Loại lớp sơn Công dụng MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN THÔNG DỤNG Sơn dầu Nhà ở, xe cộ, cầu, máy móc thiết bị cần bảo quản. Alkyd Chuẩn bị cho lớp sơn tiếp, là lớp sơn cuối cùng để bảo vệ kim loại. Nhựa aminoalkyd biến tính Là lớp cuối cho nhiều loại sản phẩm kim loại. Nitroxenlulo Là lớp cuối cho nhiêu loại sản phẩm. Acrylic Làm lớp sơn cuối cùng. KHÍ QUYỂN BIỂN Acrylic, cao su clorua, phenol, vinyl, vinyl - ankyd Công trình quan trọng, công trình giáp biển. Urethan Tạo lớp vecni màu sáng đẹp. NGẬP TRONG NƯỚC Phenolic Vỏ tàu. vinyl Vỏ tàu, nóc tàu. Cao su clorinat Vỏ tàu, bể bơi. Urethan Tạo lớp vecni màu sáng đẹp. Dựa vào bảng 4.5 và công dụng của các chất phụ gia, ta chọn loại sơn như sau: Lớp lót sử dụng sơn ankyd, với chất phụ gia là chì + dầu lanh. Lớp trung gian sử dụng sơn vinyl với chất phụ gia là oxit sắt. Lớp mặt sử dụng acrylic, chất phụ gia là silico-cromat. 4.3.2.1. Biện pháp xử lý môi trường Do bình tách hoạt động ở giá trị nhiệt độ và áp suất nằm trong giới hạn nhất định nên ta không thể làm thay đổi nhiệt độ môi trường cũng như điệu chỉnh tốc độ dòng chảy qua van, do vậy biện pháp xử lí môi trường khả dĩ nhất là sử dụng chất ức chế ăn mòn. Các chất này có khả năng tạo ra các tác dụng sau: Giúp đẩy nhanh quá trình oxy hóa kim loại làm cho tình trạng thụ động xảy ra sớm hơn. Tạo thành hợp chất không tan kết tủa lên bề mặt kim loại. Hấp phụ thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt kim loại. Phản ứng với môi trường làm mất đi nguyên nhân gây ăn mòn. Bảng sau đây là một số chất ức chế thường dùng: Bảng 4.6. Một số chất ức chế thường dùng Môi trường ăn mòn Kim loại cần bảo vệ Chất ức chế ăn mòn Lượng dùng Nước ăn Thép, gang Fe, Cu, Zn hợp kim Zn, Cu, Al Ca(HCO3)2 Na2CrO4 Ca(OH)2 Na2SiO3 10 ppm 0,1 % Để pH = 8 10÷20 ppm Nồi hơi Thép, gang, Zn, Cu Ca(HCO3)2 10 ppm Nước biển Fe Zn Tất cả các kim loại NaNO2 Na2SiO3 Ca(HCO3)2 0,5 % 10 ppm 10÷20 ppm Axit HCl Fe Ethylaniline ( C6H5NHC2H5) Mercaptobenzothiazole (HSCH2C7H5NS) 0,5 % 1 % Axit H2SO4 Fe và thép phenylacridine 0,5 % Axit H2SO4 đặc Fe và thép Thiourea (H2NCSNH2) NaI 1 % 200 ppm Axit HNO3 Fe và thép Thiourea (H2NCSNH2) 0,7 % Khí quyển kín Fe Cyclohexylamine cacbonat (C6H11NH2CO3) Cyclohexylamine nitrite (C6H11)2NHNO2 32g/m3 32g/m3 Dựa theo bảng trên, ta lựa chọn chất ức chế ăn mòn là Ca(HCO3)2, sau đó tùy vào lượng tạp chất khác có trong chất lỏng chảy qua van mà chọn thêm loại chất ức chế khác. Biện pháp này rất dễ thực hiện nhưng phải tiến hành thường xuyên, lượng chất ức chế tỷ lệ với nguyên liệu vào bình tách nên tốn kém và có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng dầu. 4.4. Một số đề suất * Đối với chi tiết lò xo, nếu không có điều kiện chế tạo theo quy trình dã nêu thì có thể cải thiện bề mặt của lò xo nhằm tăng độ bền mỏi bằng cách thấm N cho lò xo. Khi thấm N hay nhiệt luyện cho các chi tiết khác cần tuân thủ đúng quy trình và chú ý đến các dạng sai lệch của chi tiết để có biện pháp tránh, hạn chế chúng. * Đối với các biện pháp chống mòn cho thân van và lá van có một số biện pháp kết hợp sau: - Chọn vật liệu làm thân van và lá van, kết hợp với phun plasma với chất phủ là Ni-gr cho bề mặt làm việc của chúng. - Sơn phủ cho thân van đồng thời mạ Cr cho lá van kết hợp với một chế độ kiểm tra định kỳ tình trạng của lớp sơn phủ. - Chọn vật liệu làm thân van và lá van kết hợp với sử dụng chất ức chế ăn mòn. - Phủ lớp kim loại Ni cho bề mặt thân van và lá van bằng công nghệ hóa học kết hợp với lựa chọn vật liệu chế tạo hợp. KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu, tim hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các thiết bị điều khiển mức và áp suất trong bình tách và các tài liệu khác để phục vụ cho nội dung đồ án, em đã hoàn thành đồ án với đề tài “Tìm hiểu cấu tạo, quy trình vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị kiểm soát hoạt động của bình tách. Chuyên đề: Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình tách”, gồm 4 chương: - Chương I: Tổng quan về nghành dầu khí Việt Nam - Chương II: Thiết bị tách sản phẩm khai thác - Chương III: Thiết bị điều chỉnh mức và áp suất trong bình tách - Chương IV: Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị điều chỉnh mức trong bình tách Đề tài này đã giúp em vận dụng những kiến thức đã học vào một trường hợp cụ thể, đồng thời cho em thêm hiểu biết về hệ thống điều khiển hoạt động bình tách và mang lại cho em những kiến thức rất bổ ích của người kỹ sư thiết bị dầu khí. Do trình độ và bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tài liệu chuyên ngành tiếng Việt và tiếng Anh còn hạn chế, nên mặc dù bản thân đã cố gắng tìm hiểu nhưng đồ án vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong được sự chỉ dẫn cho ý kiến bổ xung của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Một lần nữa, em xin trân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thịnh, các thầy cô giáo trong bộ môn, các thầy cô giáo trong trường và các bạn cùng lớp đã giúp em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 27/5/2010 Sinh viên Nguyễn Trung Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------:-----:------:------------- PGS – TS Đào Văn Tân, TS Nguyễn Chí Tình, tự động hóa trong công nghệ mỏ và dầu khí. Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải – Hà Nội Phan Minh Tạo, bài giảng ngôn ngữ lập trình PLC S7 – 400 Đào Minh Tân, 2000 bài giảng lý thuyết tự động điều khiển, Đại Học Mỏ - Địa Chất. Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa dầu, trường Đại Học Bách Khoa xuất bản Phan Tử Bằng, 2002 giáo trình công nghệ lọc dầu, NXB Xây Dựng Một số catalogue các van và các thiết bị cảm biến PGS – TS Nguyễn Văn Tư, Ăn mòn và bảo vệ vật liệu, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2002. Lưu Đức Hòa, Giáo trình Công nghệ kim loại 2, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2008. PGS – TS Lê Xuân Lân, Giáo trình Thu gom – xử lí dầu – khí – nước. Trang web tham khảo: và một số trang web khác. MỤC LỤC