Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước tháp làm mát xưởng phụ trợ nhà máy đạm cà mau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

  

NGUYỄN DUY THANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DỌN BÙN BỂ CHỨA NƯỚC THÁP LÀM MÁT XƯỞNG PHỤ TRỢ

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN DUY THANH MSHV: 1870239

Ngày, tháng, năm sinh: 22/11/1984 Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số : 8520114 I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước tháp làm mát xưởng phụ trợ Nhà máy Đạm Cà Mau

Study of taking up sludge solution in basin cooling tower Ca Mau Fertilizer Plant

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tìm hiểu các mặt hạn chế trong công tác dọn bùn bể basin tháp làm mát xưởng phụ trợ Nhà máy Đạm Cà Mau Tìm hiểu tổng quan các thiết bị dọn bùn, làm sạch bùn đáy bể đang được sử dụng hiện nay

- Nghiên cứu tìm giải pháp giải quyết các hạn chế của vấn đề dọn bùn lắng trong bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 26/06/2021.

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10/06/2022.V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Tấn Tiến

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Cơ Điện Tử, quý thầy cô khoa Cơ Khí Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy cho tôi trong suốt khoá học

Xin trân trọng cảm ơn Thầy đã hướng dẫn tôi là PGS - TS Nguyễn Tấn Tiến, Thầy đã hướng dẫn tôi, đã định hướng cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong việc hoàn thành luận văn này Cảm ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số và Kỹ thuật Hệ thống (DCSELab) đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Với vốn kiến thức có hạn và khả năng lý luận còn nhiều hạn chế, nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong sự chỉ dẫn và đóng góp ý kiến của quý Thầy, Cô để bài luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Công tác thu dọn bùn trong bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau là một trong những hạng mục quan trọng của các đợt bảo dưỡng tổng thể nhà máy hàng năm Với kích thước bể chứa 151.20 x 17.20 m2 lớp bùn lắng từ 25 – 30 cm đây là một công việc có khối lượng lớn cần số lượng nhân sự từ 12 – 15 người tham gia thực hiện và phải hoàn thành trong thời gian dừng máy 10 – 12 ngày

Luận văn tìm ra giải pháp khả thi để giải quyết vấn đề dọn bùn lắng ở tháp làm mát của các nhà máy nói chung và nhà máy đạm Cà Mau nói riêng Bằng việc thiết kế sa đồ cho robot di động bằng hai bánh xích và điều khiển qua bộ điều khiển bằng tay, tự động, kết quả mô hình hóa, mô phỏng và thực nghiệm chứng tỏ tính khả thi của đề tài cũng như kiểm nghiệm luật điều khiển

ABSTRACT

Taking up sludge in the basin cooling tower of Ca Mau Fertilizer plant is the most important job in overhaul every year With the basin size is 151,20m x 17,20m sludge layer 25 - 35 cm, this is a huge job that requires 12 – 15 labor with hand tools, slurry pumps And this work must be complete must be completed within 10 - 12 days of downtime The job contains many risks of electrical accidents and fails

This research propose a possible solution to solve these problems for taking up sludge in cooling towers and cleaning the basin bottom The author designed trajectory for mobile tracking robot, built kinematic modeling, made simulation to

demonstrate the feasibility of the research

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể basin

tháp làm mát xưởng phụ trợ nhà máy Đạm Cà Mau” là công trình nghiên cứu của

cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Tấn Tiến

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực Những số liệu, công thức, phương pháp được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về công trình nghiên cứu của mình

T.p Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

Nguyễn Duy Thanh

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CÁM ƠN iii

1.2 Sự hình thành lớp bùn lắng trong bể chứa nước tháp làm mát 6

2 THÔNG SỐ VẬN HÀNH VÀ THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA BỂ CHỨA NƯỚC THÁP LÀM MÁT NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU 14

2.1 Thông số vận hành 14

2.2 Các thiết bị chính và chỉ tiêu các nguồn nước 15

2.3 Thông số kết cấu bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 17

2.4 Những hạn chế và khó khăn trong công tác xử lý bùn trong tháp làm mát 21

3 KHẢO SÁT CÁC GIẢI PHÁP HIỆN TẠI 23

3.1 Hệ thống làm sạch bùn lắp cố định dưới đáy bể 23

MRI – Ultra Scraper Sludge Collector 23

Submerged Sludge Collector 25

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG ÁN VÀ MÔ HÌNH ROBOT 33

1 ĐẦU BÀI – YÊU CẦU 34

1.1 Đầu bài 34

1.2 Các yêu cầu 36

2 PHƯƠNG ÁN 36

2.1 Chọn phương án 36

2.2 Thiết bị 37

Robot hút bùn thô 37

Robot hút bùn tinh 37

Thông số chính của robot 38

Robot hút bùn tinh (robot làm sạch) 40

Cơ cấu di chuyển của robot 41

Cụm hút của robot 42

Hệ thống điện 43

2.3 Giải pháp dọn bùn cho bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 46

2.4 Sa đồ cho bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm cà Mau 47

Xây dựng sa đồ (quỹ đạo) 47

Lưu đồ thực hiện 48

2.5 Giải thích các bước trong lưu đồ 49

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC ĐIỀU KHIỂN ROBOT 50

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 51

2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 51

2.1 Mô hình động học 51

2.2 Định vị và điều khiển cho robot đi theo quỹ đạo 53

2.3 Giải thuật điều khiển cho robot hút bùn 68

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 71

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của bùn ở các dạng thù hình 10

Bảng 1.2 Các thiết bị chính của hệ thống làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 15

Bảng 1.3 Chỉ tiêu chất lượng nước sông đầu vào: 15

Bảng 1.4 Chỉ tiêu chất lượng nước sông làm mát: 16

Bảng 1.5 Chỉ tiêu chất lượng nước sạch làm mát: 16

Bảng 1.6 Mô tả nội dung công việc dọn bùn và vệ sinh đáy bể chứa nước làm mát của Nhà máy Đạm Cà Mau 22

Bảng 1.7 Thông số chính của robot hút bùn Zenta Crezen 27

Bảng 1.8 Thông số chính của Robot hut bùn PIRO-U3 29

Bảng 1.9 Thông số máy hút bùn tự hành 30

Bảng 2.1 Phối hợp các bước trong công tác dọn bùn bể chứa nước làm mát 35

Bảng 2.2 Các phương án dọn bùn bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 36

Bảng 2.3 Thông số các thiết bị điều khiển 44

Bảng 2.4 Nguồn cấp cho robot hút bùn 45

Bảng 3.1 Các thông số chính của thiết bị GPS C099-F9P 54

Bảng 3.2 Thông số của cảm biến la bàn số 56

Bảng 3.3 Thông số thiết bị điều khiển 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tháp làm mát hay tháp giải nhiệt điển hình ở các nhà máy 2

Hình 1.2 Tháp làm mát dạng đối lưu tự nhiên 3

Hình 1.3 Tháp làm mát đối lưu cưỡng bức 4

Hình 1.4 Khối đệm dạng phun và khối đệm dạng màng 5

Hình 1.5 Các ống trao đổi nhiệt bị đóng cáu 6

Hình 1.6 Lớp bùn lắng dưới đáy tháp làm mát ở Nhà máy Đạm Cà Mau 7

Hình 1.7 Sơ đồ mô tả phương pháp xử lý bùn tiêu biểu 11

Hình 1.8 Nguyên lý làm việc và vòng tuần hoàn của nước làm mát 12

Hình 1.9 Các bước dọn bùn cho bể chứa nước công nghiệp và 12

Hình 1.10 Các phương pháp phân huỷ bùn 13

Hình 1.11 Tháp làm mát của xưởng phụ trợ Nhà máy Đạm Cà Mau 14

Hình 1.12 Kích thước thực tế của bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm cà Mau và mặt cắt ngang 18

Hình 1.13 Lưu đồ hệ thống làm mát của Nhà máy Đạm Cà Mau 19

Hình 1.14 Sơ đồ tổng thể bể chứa nước làm mát xưởng phụ trợ Nhà máy Đạm Cà Mau 20

Hình 1.15 Các công nhân dọn bùn và vệ sinh đáy bể chứa nước làm mát Nhà may Đạm Cà Mau 21

Hình 1.16 Cơ cấu và vị trí lắp đặt của hệ thống MRI-Ultra Collector 23

Hình 1.17 Các bộ phận chính của hệ thống làm sạch bùn MRI - Ultra Sludge Collector 24

Hình 1.18 Dòng chảy tầng trong bể khi sử dụng hệ thống cạo bùn 25

Hình 1.19 Cấu tạo của hệ thống hút bùn Submerged Sludge Collector 25

Hình 1.20 Các bộ phận chính của thiết bị Submerged Sludge Collector 26

Hình 1.21 Robot hút bùn Zeta Crezen 27

Hình 1.22 Robot hút bùn PIRO-U3 28

Hình 1.23 Máy hút bùn mini tự hành nạo vét bùn, cát 30

Hình 1.24 Các cơ cấu và bộ phận chính của máy hút bùn mini tự hành 31

Hình 2.1 Lớp bùn lắng dưới đáy bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 34

Hình 2.2 Bề mặt đáy bể basin sau khi được dọn sạch bùn 34

Hình 2.3 Bánh vít và chổi 42

Hình 2.4 Công suất cản của bùn 43

Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ thống điện của robot hút bùn thô 43

Hình 2.6 Bể chứa nước làm lát Nhà máy Đạm Cà Mau 46

Hình 2.7 Sa đồ cho toàn bộ bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà mau 47

Hình 2.8 Lưu đồ các bước dọn bùn cho bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 48

Hình 3.1 Hệ toạ độ và mô hình động học của robot 51

Hình 3.2 Sơ đồ khối các thành phần điều khiển robot hút bùn 53

Hình 3.3 Sơ đồ khối C099-F9P 54

Hình 3.4 Board Arduino Uno R3 58

Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ điều khiển 58

Hình 3.6 Mô tả hình học thuật toán theo đuổi thuần tuý 60

Hình 3.7 Mô tả khoảng cách ngang của robot đên tiêu điểm 61

Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot đi theo line (quỹ đạo) 62

Hình 3.9 Quỹ đạo robot trên hệ toạ độ tương đối 63

Hình 3.10 Quỹ đạo robot trên hệ toạ độ GPS 64

Hình 3.11 Đồ thị nội suy độ cong quỹ đạo của robot 65

Hình 3.12 Đồ thị nội suy vận tốc quỹ đạo của robot 65

Hình 3.13 Bộ điều khiển PID 66

Hình 3.14 Sơ đồ khối bộ điều khiển 67

Hình 3.15 Lưu đồ giải thuật điều khiển 68

Hình 3.16 Đồ thị vận tốc thực tế 69

Hình 3.17 Đồ thị sai lệch quỹ đạo 69

Hình 3.18 Quỹ đạo mô phỏng của robot 70

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1 SƠ LƯỢC VỀ THÁP LÀM MÁT VÀ SỰ HÌNH THÀNH LỚP BÙN LẮNG

1.1 Sơ lược về tháp làm mát:

Hiện nay nhiều nhà máy, xí nghiệp dùng những bể chứa nước rất lớn để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt Đối với các nhà máy sản xuất thép và nhà máy lọc dầu thì lưu lượng sử dụng nước công nghiệp lên đến hàng chục nghìn mét khối và có các đơn vị chuyên biệt hoạt động với ngân sách lớn chỉ tập trung vào quản lý nước công nghiệp Trong đó, nước được dùng để làm mát hay làm mát ở các nhà máy được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, có thể từ sông, hồ hoặc các nguồn khác và sẽ xuất hiện nhiều tạp chất như phù sa, đất sét, chất thải hữu cơ hoặc muối hoà tan thấp Hơn nữa, trong các hệ thống mà nước làm mát được đi qua các tháp làm mát và sau đó được tuần hoàn lại, các chất rắn trong không khí có thể bị cuốn vào trong nước khi nó đi qua tháp, và sau đó lắng đọng trong hệ thống theo cách tương tự như phù sa tự nhiên Các cặn phù sa này có thể ảnh hưởng đến hệ thống, xử lý nước trong tháp làm mát của bạn không chỉ là giữ cho hệ thống sạch sẽ Nó cũng ngăn ngừa sự ăn mòn và hình thành cáu cặn cũng như sự phát triển của vi sinh vật Nếu không được xử lý, vi khuẩn và tảo sẽ xâm nhập, dẫn đến sự ăn mòn do a xit vi khuẩn và nhiều vấn đề khác trong toàn bộ hệ thống của nhà máy

Hình 1.1 Tháp làm mát hay tháp giải nhiệt điển hình ở các nhà máy

Đối với những nhà máy có sử dụng các thiết bị lò hơi, turbine, Pump trong quá trình vận hành, các thiết bị này sẽ sinh ra một lượng nhiệt lớn, nếu không được làm mát kịp thời sẽ ảnh hưởng lớn đến sự vận hành của hệ thống và sự hoạt động của thiết bị Tháp làm mát là một hệ thống nước tuần hoàn được sử dụng để giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển Tháp làm mát (hình

1.1) [1] tận dụng sự bay hơi nhờ đó nước được bay hơi vào không khí và thải ra khí quyển Kết quả là, phần nước còn lại được làm mát đáng kể Tháp làm mát có thể làm giảm nhiệt độ của nước thấp hơn so với các thiết bị chỉ sử dụng không khí để loại bỏ nhiệt, sử dụng tháp làm mát mang lại hiệu quả cao hơn về mặt năng lượng và chi phí Tháp làm mát được thiết kế và xây dựng dưới nhiều dạng khác nhau, tuy nhiên nếu dựa vào nguyên lý làm việc thì tháp làm mát thuộc hai loại sau đây

Tháp làm mát đối lưu tự nhiên (hình 1.2) hay còn gọi là tháp làm mát hypecbol sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí môi trường xung quanh và không khí nóng hơn trong tháp [1] Khi không khí nóng chuyển dịch lên phía trên trong tháp (do không khí nóng tăng), luồng không khí mát mới đi vào tháp qua bộ phận khí vào ở đáy tháp Không cần sử dụng quạt và không có sự luân chuyển của không khí nóng có thể gây ảnh hưởng đến hiệu suất nhờ sơ đồ bố trí của tháp Vỏ tháp chủ yếu làm bằng bê tông, cao khoảng 200 m Những tháp làm mát này thường chỉ dùng cho nhu cầu nhiệt lớn vì kết cấu bằng bê tông lớn đắt tiền

Tháp đối lưu cơ học hiện nay sẵn có với dải công suất rất rộng Tháp có thể được xây tại nhà máy hoặc cánh đồng – ví dụ như các tháp bằng bê tông chỉ được xây ở cánh đồng Rất nhiều tháp được xây dựng theo cách có thể hoạt động cùng nhau để đạt được công suất mong muốn Vì vậy rất nhiều tháp làm mát được nối với nhau gồm từ hai tháp riêng lẻ trở lên, gọi là “ô” Số lượng ô, các tháp nhiều ô có thể theo hàng, vuông hoặc tròn phụ thuộc vào hình dạng của ô và tuỳ theo phần lấy khí vào được đặt ở bên cạnh hay đáy của ô

Thân tháp: Thân tháp chiếm gần như toàn bộ bộ kích thước tháp là kết cấu

gồm các cột có tác dụng như khung dầm, bệ đỡ để lắp động cơ, quạt và các bộ phận khác

Khối đệm: Khối đệm (hình 1.4)có tác dụng hỗ trợ trao đổi nhiệt nhờ tăng tiếp

xúc giữa nước và không khí Chủ yếu có 2 loại khối đệm sau đây:

Khối đệm dạng phun: nước rơi trên các thanh chắn nằm ngang và liên tiếp bắn toé thành những giọt nhở hơn, đồng thời làm ướt bề mặt khối đệm hối đệm dạng phun bằng nhựa giúp tăng trao đổi nhiệt tốt hơn

Khối đệm màng: bao gồm các tấm màng nhựa mỏng đặt sát nhau, nước sẽ rơi trên đó, tạo ra một lớp màng mỏng tiếp xúc với không khí Bề mặt này có thể phẳng, nhăn, rỗ tổ ong hoặc các loại khác Loại màng của khối đệm này hiệu quả hơn và tạo ra mức trao đổi nhiệt tương tự với lưu lượng nhỏ hơn so với khối đệm dạng phun

a) b)

Hình 1.4 Khối đệm dạng phun (a) và khối đệm dạng màng (b)

Bể chứa nước làm mát: Bể nước làm mát là nơi nhận nguồn nước cấp, hoá

chất xử lý vi sinh, xử lý độ pH nên còn được gọi là bể cân bằng thường được thiết kế ở đáy tháp để nhận dòng nước hồi lưu chảy xuống qua khối đệm trong tháp Đối với các thiết kế đối lưu ngược dòng, nước ở đáy khối đệm được nối với một vành đai đóng vai trò như bể nước lạnh Quạt hút được lắp dưới khối đệm để hút khí từ dưới lên Với thiết kế này, tháp được lắp thêm chân, giúp dễ lắp quạt và động cơ

Tấm chắn nước Thiết bị này thu những giọt nước kẹt trong dòng không khí,

nếu không chúng sẽ bị mất vào khí quyển

Bộ phận khí vào: Đây là bộ phận lấy khí vào tháp Bộ phận này có thể chiếm

toàn bộ một phía của tháp (thiết kế dòng chảy ngang) hoặc đặt phía dưới một phía hoặc dưới đáy tháp (thiết kế dòng ngược)

Cửa không khí vào: Thông thường, các tháp dòng ngang có cửa lấy khí vào

Mục đích của các cửa này là cân bằng lưu lượng khí vào khối đệm và giữ lại nước trong tháp Rất nhiều thiết kế tháp ngược dòng không cần cửa lấy khí

Vòi phun: Vòi phun nước để làm ướt khối đệm Phân phối nước đồng đều ở

phần trên của khối đệm là cần thiết để đạt được độ ướt thích hợp của bề mặt khối đệm Vòi có thể được cố định hoặc phun theo hình vuông hoặc tròn, hoặc vòi có thể là một bộ phận của dây chuyền quay như thường gặp ở một số tháp giản nhiệt đối lưu ngang

Quạt: Cả quạt hướng trục hay quạt đẩy và quạt ly tâm đều được sử dụng trong

tháp Thông thường quạt đẩy được sử dụng trong thông gió và cả quạt ly tâm và quạt đẩy đều được sử dụng để thông gió cưỡng bức trong tháp Tùy theo kích thước, có thể sử dụng quạt đẩy cố định hay độ nghiêng cánh biến đổi Quạt với cánh nghiêng điều chỉnh không tự động được sử dụng trong dải kW rộng vì quạt có thể được điều chỉnh để luân chuyển lưu lượng khí mong muốn ở mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất Cánh nghiêng biến đổi tự động có thể thay đổi lưu lượng khí theo điều kiện tải thay đổi

1.2 Sự hình thành lớp bùn lắng trong bể chứa nước tháp làm mát

Trong quá trình vận hành, nước làm mát cần được loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn thiết bị cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt với thiết bị, do đó nước làm mát phải được xử lý hoá học, vi sinh để ổn định độ pH cũng như loại bỏ các vi sinh vật, loại bỏ các kim loại, chất rắn trong nguồn nước Quá trình xử lý nước này đã hình thành nên các loại vật chất rắn lắng đọng trong nước hình thành nên bùn từ nhiêu dạng khác nhau, từ cặn bã, huyền phù cho đến chất rắn, kim loại nặng, phù sa, sinh vật Lớp bùn lắng này cũng phụ thuộc vào nguồn nước cung cấp và bộ phận sàn lọc nước đầu vào ở mỗi nhà máy, xí nghiệp Bùn trong các bể chứa nước làm mát được xử lý hoá chất và vi sinh định kỳ để đảm bảo không hình thành cặn bã bám vào các thiết bị được làm mát cũng như đảm bảo khả năng làm mát của nước Khi bùn được xử lý, các chất rắn sinh học thu được có thể được phân loại theo phương pháp xử lý, chẳng hạn như tiêu hóa hiếu khí, tiêu hóa kỵ khí, ổn định kiềm, ủ và nhiệt khô Bùn được xử lý có thể chỉ là bùn sơ cấp, thứ cấp hoặc hóa học, hoặc hỗn hợp của bất kỳ hai hoặc ba trong số các bùn

Hình 1.5 Các ống trao đổi nhiệt bị đóng cáu

Trong hệ thống làm mát, các bề mặt trao đổi nhiệt rất dễ bị bám bẩn Loại bám bẩn phổ biến nhất là đóng cáu (scaling), thường liên quan đến sự phát triển dần dần của một lớp khoáng chất (hình 1.5) Thông thường, cáu cặn hình thành từ canxi hoặc muối dựa trên độ cứng của nước, thành phần khoáng chất trong nước làm mát sẽ tạo thành các muối/cặn tiếp theo như canxi cacbonat, canxi photphat, magie silicat và canxi sunfat [2]

Có những dạng bám bẩn khác hiếm hơn, chẳng hạn như cặn silica hoặc canxi kết hợp với silica tạo thành cặn canxi silicat cứng Hệ thống làm mát của các nhà máy dựa vào tháp làm mát để tản nhiệt dư thừa hiệu quả nhất có thể Sự tích tụ của cáu cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm đáng kể mức trao đổi nhiệt bình thường Cuối

cùng, lớp cáu này quy mô ngày càng tăng sẽ tác động đến hiệu suất của hệ thống, cùng với các tác động hạ nguồn khác chăn hạn như: giảm khả năng truyền nhiệt, tăng lượng nước và tăng tiêu thụ năng lượng của hệ thống làm mát bể

Sự tạo cặn (fouling) xảy ra khi các hạt không hòa tan lơ lửng trong nước tuần hoàn tạo thành cặn trên bề mặt như bùn, đất sét, phù sa (hình 1.6) Cơ chế tạo hạt bị chi phối bởi tương tác hạt - hạt dẫn đến sự hình thành các chất kết tụ và hình thành bùn trong tháp gải nhiệt

Hình 1.6 Lớp bùn lắng dưới đáy tháp làm mát ở Nhà máy Đạm Cà Mau

Ở vận tốc nước thấp, quá trình lắng hạt xảy ra dưới tác động của trọng lực Các thông số ảnh hưởng đến tốc độ lắng là kích thước hạt, mật độ hạt và chất lỏng tương đối, và độ nhớt của chất lỏng Mối quan hệ của các biến này được thể hiện bằng Định luật Stokes Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ lắng là kích thước của hạt Do đó, việc kiểm soát sự bám bẩn bằng cách ngăn chặn sự kết tụ là một trong những khía cạnh cơ bản nhất của việc kiểm soát sự lắng đọng

Chất tẩy rửa đi vào hệ thống làm mát dưới dạng nước make up, ô nhiễm trong không khí, rò rỉ quy trình và sự ăn mòn Hầu hết các chất bẩn tiềm ẩn xâm nhập vào nước make up dưới dạng vật chất dạng hạt, chẳng hạn như đất sét, phù sa và oxit sắt Hydroxit nhôm và sắt không hòa tan xâm nhập vào hệ thống từ các hoạt động tiền xử lý nước make up Một số nước giếng chứa hàm lượng sắt cao hòa tan, sau đó được oxy hóa thành sắt bằng oxy hòa tan trong nước làm mát tuần hoàn, bởi vì nó rất khó hòa tan, sắt sắt kết tủa Quá trình ăn mòn thép cũng là một nguồn cung cấp sắt đen và do đó, góp phần gây ra tắc nghẽn

Cả sắt và nhôm đều đặc biệt rắc rối vì tính thụ động của chứng Ngoài ra, các dạng hydroxit hòa tan và không hòa tan của chúng đều có thể gây ra sự kết tủa của một số hóa chất xử lý nước, chẳng hạn như orthophosphat

Các chất gây ô nhiễm trong không khí thường bao gồm đất sét và các hạt bụi bẩn nhưng có thể bao gồm các khí như hydro sunfua, tạo thành các kết tủa không hòa

tan với nhiều ion kim loại Rò rỉ quá trình tạo ra nhiều loại chất gây ô nhiễm làm tăng tốc độ lắng đọng và ăn mòn

Chất tạo bọt, chẳng hạn như phù sa nước sông, đi vào hệ thống dưới dạng các hạt phân tán mịn, có thể nhỏ tới 1-100 nm [2] Các hạt mang điện tích, làm cho các hạt mang điện tương tự đẩy nhau, tạo điều kiện cho sự phân tán của chúng Điện tích thực mà một hạt mang theo phụ thuộc vào thành phần của nước Việc luân chuyển nước làm mát làm tăng nồng độ các ion trái dấu có khả năng bị tĩnh điện hút vào và bị hấp phụ vào một hạt mang điện Khi các phản hấp phụ, điện tích thực của hạt giảm Các hạt bắt đầu kết tụ và phát triển về kích thước khi lực đẩy của chúng giảm đi

Sự lắng đọng xảy ra khi năng lượng được truyền bởi vận tốc chất lỏng không còn có thể đình chỉ hạt do sự kết tụ và phát triển Sau khi các hạt lắng xuống, bản chất của sự lắng đọng phụ thuộc vào cường độ của các lực hấp dẫn giữa bản thân các hạt (cường độ kết tụ) và giữa các hạt với bề mặt mà chúng tiếp xúc Nếu lực hấp dẫn giữa các hạt là mạnh và các hạt không có tính ngậm nước cao, thì cặn bẩn sẽ dày đặc và có cấu trúc tốt; nếu lực tác động yếu, cặn sẽ mềm và dẻo Quá trình lắng đọng tiếp tục miễn là cường độ cắt của cặn vượt quá ứng suất cắt của nước chảy

Bùn sơ cấp:

Hầu hết các nhà máy xử lý nước thải sử dụng quá trình vật lý là lắng sơ cấp để loại bỏ chất rắn có thể lắng khỏi nước thải thô Trong một nhà máy điển hình với lắng sơ cấp và xử lý thứ cấp bùn hoạt tính thông thường quá trình, trọng lượng khô của chất rắn bùn sơ cấp bằng khoảng 50% so với trọng lượng khô của chất rắn bùn sơ cấp tổng chất rắn bùn Tổng nồng độ chất rắn trong bùn thô sơ cấp có thể thay đổi từ 2 đến 7% [4] So với bùn sinh học và hóa học, bùn sơ cấp có thể được khử nước nhanh chóng vì nó bao gồm các hạt và mảnh vụn và sẽ tạo ra bánh khô hơn và tạo ra chất rắn tốt hơn chụp với yêu cầu điều hòa thấp Tuy nhiên, bùn sơ cấp là rất khó trộn và tạo ra mùi khó chịu nếu nó được bảo quản mà không có sự đối xử

Bùn thứ cấp:

Bùn thứ cấp còn được biết đến như là bùn sinh học, được tạo ra bằng phương pháp sinh học, các quy trình xử lý bùn hoạt tính Các nhà máy lắng sơ cấp thường tạo ra một loại bùn sinh học khá tinh khiết do vi khuẩn tiêu thụ các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan trong hệ thống xử lý thứ cấp Bùn thứ cấp cũng sẽ chứa những chất rắn không dễ dàng loại bỏ bởi quá trình lắng sơ cấp Bùn thứ cấp tạo ra trong các nhà máy thiếu lắng sơ cấp có thể chứa các mảnh vụn như sạn và xơ Bùn hoạt tính và bộ lọc nhỏ giọt bùn thường chứa nồng độ chất rắn từ 0,4 đến 1,5% và 1 đến 4%, tương ứng về khối lượng chất rắn khô [4] Bùn sinh học khó khử nước hơn hơn bùn sơ cấp vì các chất thải sinh học nhẹ vốn có trong bùn cặn

Bùn hoá học:

Hóa chất được sử dụng trong xử lý nước công nghiêp để tạo kết tủa và loại bỏ các chất khó loại bỏ, và trong một số trường hợp, để cải thiện việc loại bỏ chất rắn lơ lửng Tất cả những điều đó đã hình thành nên bùn hoá học Điển hình như để loại bỏ một chất ra khỏi nước thải là kết tủa hóa học của phốt pho, các hóa chất được sử dụng để loại bỏ phốt pho bao gồm vôi, phèn hoặc như clorua đen, clorua sắt, sunfat sắt và sắt sunfat Việc xử lý này cần thêm các hóa chất vào quá trình sinh học; do đó, kết tủa hóa học được trộn với bùn sinh học Hầu hết các nhà máy áp dụng hóa chất cho nước thải thứ cấp và sử dụng bể lọc bậc ba hoặc bậc ba bộ lọc để loại bỏ các kết tủa hóa học Một số hóa chất có thể tạo ra các tác dụng phụ không mong muốn, chẳng hạn như giảm độ pH và độ kiềm của nước thải, nên cần yêu cầu bổ sung các hóa chất kiềm để điều chỉnh thông số

Xác định lượng bùn thải:

Xác định lượng bùn tạo ra trong quá trình xử lý nước thải được yêu cầu để xác định thông số thiết bị xử lý bùn như máy bơm bùn, bể chứa, chất làm đặc, máy phân hủy và lò đốt,… Cách tiếp cận tốt nhất trong việc ước tính sản lượng bùn là dựa trên ước tính trước đây và dữ liệu từ thực tế Tỷ lệ sản xuất chất rắn dao động trong khoảng 0,2 đến 0,3 kg/m3 (0,8 đến 1,2 tấn khô/MG) [2] của nước thải được xử lý Trong trường hợp không có dữ liệu lịch sử hoặc dữ liệu cụ thể của nhà máy, thì có thể ước tính cho chất rắn được tạo ra trong một loại nước thải điển hình nhà máy xử lý là 0,24 kg/m3 (1tấn khô/MG) nước thải được xử lý (WEF, 1998) [2] Điều quan trọng nữa là phải tính đến ảnh hưởng của lượng nước khác trong công nghiệp, dòng chảy nước mưa và nhiệt độ đối với nước thải đầu vào để xác định lượng bùn

Đặc tính của bùn:

Sự hiểu biết về các đặc tính của bùn, cùng với số lượng được tạo ra, rất quan trọng đối với việc thiết kế hệ thống xử lý bùn trong nhà máy xử lý nước thải Một số yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính của bùn bao gồm số lượng và loại chất thải công nghiệp đóng góp, rác, dòng chảy mưa, dòng chảy phụ từ các đơn vị xử lý bùn và quy trình xử lý nước thải

Phân bố cỡ hạt [2] bùn sơ cấp thô là: lớn hơn 7mm (5% đến 20%), 1 đến 7mm (9% đến 33%) và nhỏ hơn 1mm (50% đến 88%), trong đó khoảng 45% là nhỏ hơn 0,2mm Trong bùn hoạt tính, sự phân bố gần đúng là: 90% dưới 0,2 mm, 8% từ 0,2 đến 1 mm, 1,6% từ 1mm đến 3mm và 0,4% trên 3mm Phần hữu cơ của bùn phân hủy nhiều hơn nhanh chóng, với sự gia tăng số lượng phân tán mịn và keo các hạt và nước liên kết dẫn đến giảm sự phân tách của nước khỏi bùn và khả năng tách nước kém Tỷ trọng của bùn sơ cấp là 1,0 đến 1,03 g / cm3, và tỷ trọng của bùn hoạt tính

là khoảng 1g/cm3 Tỷ trọng của chất rắn bùn khô là 1,2 đến 1,4g/cm3 Bùn sơ cấp ở nồng độ chất rắn trên 5% và bùn hoạt tính ở nồng độ chất rắn trên 3% là không phải Newton, có nghĩa là đầu tổn thất trong đường ống không tỷ lệ với vận tốc và độ nhớt họ đang cũng thixotropic, có nghĩa là chúng trở nên ít nhớt hơn khi trộn lẫn Các đặc trưng nhiệt lý của bùn được thể hiện trong bảng 1 Nhiệt trị của quá trình đốt cháy chất rắn khô bùn bằng 16,7 đến 18,4 MJ/kg Bùn cháy ở nhiệt độ 4300C đến 5000C (800o F đến 930o F); tuy nhiên, để khử mùi hôi, nhiệt độ cần được nâng lên 8000C đến 850°C (1470oF đến 1560°F) Trong quá trình phân hủy bùn hoạt tính đặc, 15MJ nhiệt được tạo ra trên một kg chất rắn lơ lửng dễ bay hơi Khử nước là quá trình loại bỏ nước tự nhiên hoặc cơ học khỏi bùn cặn Nước có thể có trong bùn dưới dạng nước tự do hoặc liên kết với các hạt vật lý hoặc hóa học Nước liên kết có trong bùn càng lớn thì cần nhiều năng lượng hoặc thuốc thử hơn để điều hòa bùn để loại bỏ nước liên kết Việc tách nước khỏi bùn phụ thuộc vào kích thước của các hạt rắn; các hạt càng nhỏ thì khả năng tách nước càng kém bùn cặn Do đó, bất kỳ quy trình xử lý bùn nào làm giảm kích thước của các hạt chất rắn lơ lửng có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình điều hòa và khử nước của bùn Thành phần hóa học của bùn cũng có ý nghĩa ảnh hưởng đến việc xử lý và khả năng khử nước của nó Hợp chất của sắt, nhôm, crom và đồng, cũng như axit và kiềm, cải thiện quá trình kết tủa và khử nước và giảm tiêu thụ thuốc thử hóa học để điều hòa bùn trước khi khử nước [3] Dầu, chất béo và nitơ các hợp chất tăng cường phân hủy bùn kỵ khí nhưng cản trở quá trình điều hòa và khử nước Khả năng tách nước của bùn có thể được đánh giá bằng cách đo điện trở cụ thể của nó, được xác định trong Kiểm tra phễu Buchner bằng cách đo thể tích dịch lọc thu được từ bùn và thời gian lọc Sức đề kháng cụ thể khác nhau tùy thuộc vào loại của bùn và các đặc tính của nó; các giá trị được thể hiện trong bảng tính chất vật lý của bùn (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của bùn ở các dạng thù hình

Loại bùn

Temperature Conductivity (108 m2/s)

Thermal Conductivity (W/m*K)

Specific Heat (kJ/kg*K)

Hình 1.7 Sơ đồ mô tả phương pháp xử lý bùn tiêu biểu

Tháp làm mát hoạt động trên cơ sở ngưng tụ bay hơi và trao đổi nhiệt Nhiệt dư của quá trình hóa hơi được phát ra do trộn hai dòng chất lỏng có nhiệt độ khác nhau, dẫn đến giảm nhiệt độ của dòng chất lỏng nóng hơn Hệ thống làm mát bay hơi nước làm mất hơi tinh khiết của nó và có xu hướng nâng cao nồng độ chất rắn hòa tan trong nước còn lại Chu kỳ này tiếp tục, độ tan của nhiều chất rắn cuối cùng sẽ bị giảm, các chất sau đó sẽ bị lắng đọng và hình thành mãng bám trong hệ thống nước làm mát làm giảm hiệu quả truyền nhiệt do cách nhiệt bề mặt kim loại khỏi nước làm mát, do đó ngăn cản sự truyền nhiệt Khi sự hình thành của quy mô đạt đến mức độ càng nhiều, tác động cản trở thủy lực làm giảm dòng chảy của nước một cách đáng kể.Tùy thuộc vào các khoáng chất trong nước mà các muối thường thấy là canxi cacbonat, canxi photphat, sắt oxit, magie silicat Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sự vận hành của tháp làm mát bao gồm chất lượng nước, pH, nhiệt độ và tốc độ dòng nước Việc kiểm soát đóng cặn trong hệ thống nước làm mát là cần thiết để duy trì hiệu quả truyền nhiệt tối đa Sự hình thành của bùn trong tháp làm mát có thể được kiểm soát bằng cách tăng blow down (lượng xã đáy) để hạn chế các chu kỳ cô đặc Khối lượng nước xả đáy cần thiết cho hoạt động tối ưu của tháp làm mát có thể được giảm bớt bằng cách loại bỏ hoặc loại bỏ các ion tạo cặn khỏi tháp làm mát

Hình 1.8 Nguyên lý làm việc và vòng tuần hoàn của nước làm mát

Chính vì thế quá trình xử lý sự hình thành bùn và lớp bùn lắng đã được nghiên cứu và giải quyết bởi nhiều phương hoá học như xử lý bằng hoá chất, xử lý điện hoá và kết hợp với các phương pháp vật lý như các quy trình lắng lọc, quy trình vệ sinh, thu gom và xử lý bùn Chẵn hạn như ở nhà máy thép POSCO ở Hàn Quốc Nhà máy có 2 bồn chứa nước, mỗi bồn chứa khoảng 50,000 m3 nước, và cần khoảng một tháng để dọn dẹp chất thải dưới đáy hồ, với theo quy trình trên Về nhân sự công việc này cần 50 nhân viên, trong 3 tuần dọn toàn bộ bùn vào một chỗ và dùng máy bơm chân không áp suất cao để đẩy bùn lên Bùn sau đó được chuyển đến cơ sở xử lí nước thải hoặc phân hủy tại chỗ Cuối cùng là xả, cấp lại nước vào bồn, tốn khoảng 1 tuần

Thoát nướcLoại bỏ nước dư bơm lớp bùn lắngCài đặt bơm,

Vận chuyển bùnPhơi khô bùnXe vận chuyển bùnSử dụng cho đất

Bơm bùn vào baoThu gom, vận chuyểnSử dụng cho đất

Hình 1.9 Các bước dọn bùn cho bể chứa nước công nghiệp và bể chứa nước làm má ở các nhà máy hiện nay

THÁP LÀM MÁT(COOLING TOWER)

Quạt tạo luông khí đối lưuTấm ngăn hơi nước

Bùn sử dụng cho đất để đảm bảo được các quy định về môi trường thì nó cần phải được qua các quá trình xử lý:

- Loại nước, cô đặc bùn - Phân huỷ hiếu khí - Phân huỷ kỵ khí - Ổn định kiềm - Ủ phân huỷ

Để đảm bảo bùn thải ra môi trường không gây ô nhiễm không khí hoặc có nhiều vi sinh vật gây bệnh, người ta kết hợp các quá trình trên có thể là một trong chuỗi quy trình trong sơ đồ trong hình 1.10 [3]

Bùn sơ cấp đã được cô đặc

Phân huỷ bùn bằng nhiệt

Phân huỷ bùn bằng nhiệt

Hình 1.10 Các phương pháp phân huỷ bùn

2 THÔNG SỐ VẬN HÀNH VÀ THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA BỂ CHỨA NƯỚC THÁP LÀM MÁT NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU:

2.1 Thông số vận hành:

Cũng như đa số các nhà máy trong ngành dầu khí, Nhà Máy Đạm Cà Mau cũng vận hành tháp làm mát, đó là hệ thống làm mát hở, giải nhiệt cho bộ ngưng tụ hơi (surface condenser); giải nhiệt cho nước fresh thông qua bộ trao đổi nhiệt dạng tấm Hệ thống nước fresh giải nhiệt cho các thiết bị trong Nhà máy đế đảm bảo lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của các thiết bị này được giải phóng, nếu không sẻ dẫn đến tình trạng mất kiểm soát nhiệt độ, một số thiết bị khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép có khả năng tự ngắt hoạt động (trip), khi đó sẻ ảnh hưởng đến sự hoạt động của toàn bộ các thiết bị khác trong nhà máy, một số thiết bị khác không có bộ phận trip mà vẫn hoạt động ở tình trạng nhiệt tăng cao thì có thể dẫn đến sự phá huỷ các chi tiết bên trong thiết bị

Hình 1.11 Tháp làm mát của xưởng phụ trợ Nhà máy Đạm Cà Mau

Nước đầu vào được lấy từ nước sông (3 bơm đầu vào - Intake water pump công suất 1200 m3/h) qua hệ thống lọc rồi vào bể chứa (basin) Tại đây, nước được xử lý bằng các loại hoá chất như: biocide, javen, acid,… để chống cáu cặn và ăn mòn thiết bị Nước trong bể basin sẻ được 4 bơm ly tâm (cooling water pump) bơm đi làm mát các thiết bị Sau khi làm mát nước được hồi trở lại qua trao đổi nhiệt dạng tấm E21201A-H sau đó được đưa lên tháp qua các tấm nhựa để chia dòng và rơi tự do ở độ cao 12 m rơi xuống bể Basin Phía trên đỉnh tháp có 8 quạt hút E21101E-H tạo một luồng khí chạy từ phía dưới tháp lên đỉnh tháp ngược chiều với các dòng nước rơi xuống bể basin và lấy đi nhiệt lượng của nước Đây cũng là một phương pháp trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi trong nhiều nhà máy khác

2.2 Các thiết bị chính và chỉ tiêu các nguồn nước:

Để nguồn nước làm mát đạt các chỉ tiêu về độ pH, chỉ tiêu vi sinh, hiệu quả làm mát của nước đi làm mát thì hệ thống cần các thiết bị chính và chỉ tiêu các nguồn nước như sau [4]:

Bảng 1.2 Các thiết bị chính của hệ thống làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau

3 Bơm nước ngoài hang rào P97001A~C 3 1200 m3/h

11 Hệ thống hóa chất diệt vi sinh

Z21101 3 Hiện tại không sử dụng

12 Hệ thống hóa chất Acid sunphuric

Z21103 1 0.03 m3/h

13 Hệ thống hóa chất chống ăn mòn

hình thực tế

Bảng 1.3 Chỉ tiêu chất lượng nước sông đầu vào:

Nhiệt độ làm việc 31 0C Kiểm soát khi bất thường

Độ dẫn <76520 µS/cm Phân tích hằng ngày

Bảng 1.4 Chỉ tiêu chất lượng nước sông làm mát:

Áp suất làm việc (đi/về) 4.2/2 bar Ghi log sheet Nhiệt độ làm việc (đi/về) 34/43 0C Ghi log sheetLưu lượng thiết kế 35338 m3/h

Bảng 1.5 Chỉ tiêu chất lượng nước sạch làm mát:

Áp suất làm việc (đi/về) 4.8/2 bar Ghi log sheet Nhiệt độ làm việc (đi/về) 37/46 0C Ghi log sheetLưu lượng thiết kế 19511 m3/h

Hệ thống nước làm mát nhà máy Đạm Cà Mau gồm hệ thống nước sông làm mát tuần hoàn hở (21100) và hệ thống nước sạch làm mát tuần hoàn kín (21200)

Nước sông làm mát (Hệ thống nước sông làm mát) được sử dụng trực tiếp trong tất cả các thiết bị turbine ngưng tụ của nhà máy, nhằm mục đích hạ nhiệt độ của tất cả các dòng công nghệ Hơn nữa nó còn được sử dụng trong việc làm mát hệ thống nước sạch làm mát thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm Sau đó một phần nhỏ được xả bỏ phần còn lại được xử lý bằng hệ thống các tháp làm mát E21101A~H Hệ thống được bổ xung nước sông bởi các bơm nước ngoài hàng rào P97001A~C Các thông tin thiết kế cơ bản đã xem xét đến ảnh hưởng của yếu tố môi trường là:

Nhiệt độ đi/về của nước sông làm mát: 34/430C Nhiệt độ bầu ướt: 300C

Hệ thống nước sông làm mát bao gồm 8 trụ tháp làm mát (công suất 4700 m3/h trên mỗi tháp) Bể chứa nước sông sẽ duy trì được 15 phút khi mất lưu lượng nước cấp vào

Nước làm mát được bơm vào turbine ngưng tụ của xưởng Amo và xưởng Ure và thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (E21201A~J) của hệ thống nước sạch làm mát Hệ thống nước sông làm mát tuần hoàn được nhờ có 4 bơm P21101A~D (Công suất 12343 m3/h mỗi bơm, một dự phòng), ba bơm được dẫn động bằng motor điện, một bơm dẫn động bằng turbine hơi Các bơm được lắp đặt gần bể chứa nước sông Bơm sẽ cấp áp theo yêu cầu của nhà máy, khoảng 4.2 bar

Để đảm bảo đặc tính của nước làm mát, một phần nước làm mát sẽ đi qua bộ lọc side–stream (S21101A~F), lưu lượng khoảng 1294 m3/h

Axit sulphuric được sử dụng trong nước làm mát để duy trì pH, và sử dụng chất chống cáu cặn để tránh đóng cáu trong hệ thống Javen được thêm vào để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật

Đặc tính của nước sông làm mát:

Nước cấp cho hệ thống nước sông làm mát được lấy từ sông Cái Tàu Hệ số tuần hoàn bình thường của hệ thống là 1.25, thiết kế là 1.5

Nồng độ ion trong nước được giữ ổn định và chất lượng của nước sẽ được tăng lên theo số vòng tuần hoàn Chất rắn hòa tan trong nước sông sẽ được loại bỏ bằng các bộ lọc (S21101A~J)

2.3 Thông số kết cấu bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau:

Bể chứa nước làm mát (Basin) là một trong những thết bị chính của xưởng phụ trợ (Utility) Tại đây dòng nước hồi lưu sau khi làm mát thiết bị sẻ bơm lên ở độ cao 32 m, rơi xuống các khối đệm, chảy xuống bể thành nhiều dòng nước nhỏ hơn Đồng thời với quá trình này, 8 quạt hút trên đỉnh tháp ở độ cao 42 m hoạt động tạo thành một luồng không khí ngược chiều với dòng nước đang rơi xuống bể Nước được làm mát nhờ vào sự đối lưu

Kích thước phần bể chứa: D x R x C = 151.2 x 17.1 x 5 (m3) Mực nước ở chế độ vận hành bình thường là 4 m

Vấn đề gây trở ngại cho công tác dọn bùn là trên diện tích đáy hồ có 3 hàng cột dọc suốt theo chiều dài bể được xây để chống đỡ phần thân tháp Dưới đây là mô hình hoá kết cấu của bể:

Hình 1.12 Kích thước thực tế của bể chứa nước tháp làm mát Nhà máy Đạm cà Mau và mặt cắt ngang.

Hình 1.13 Lưu đồ hệ thống làm mát của Nhà máy Đạm Cà Mau

Hình 1.14 Sơ đồ tổng thể bể chứa nước làm mát xưởng phụ trợ Nhà máy Đạm Cà Mau

2.4 Những hạn chế và khó khăn trong công tác xử lý bùn trong tháp làm mát

Nguồn nước làm mát cần phải ổn định về lưu lượng cũng như nhiệt độ và chất lượng Ngoài việc xử lý nước làm mát bằng hoá chất trong quá trình vận hành, hàng năm xưởng phục trợ của nhà máy phải tiến hành vệ sinh làm sạch và dọn đi lớp bùn lắng dưới đáy bể Basin, công việc này được thực hiện đình kỳ hàng năm vào đợt dừng máy bảo dưỡng tổng thể Với yêu cầu an toàn hiệu quả và tiến độ (chỉ thực hiện trong thời gian 12 – 15 ngày) Đây là một công việc có khối lượng lớn vì lớp bùn lắng tích tụ mỗi năm từ 25 cm – 35 cm tuỳ vào điều kiện vận hành và chất lượng nguồn nước sông đầu vào trên toàn diện tích đáy 26000 m2, thể tích bùn từ 650 m3 – 910 m3 với cách làm thủ công mà công: bùn được công nhân gom từ bề mặt đáy bể chứa nước làm mát xuống dưới hố có độ xâu 2.7 m từ đó bùn được bơn vào các bao chứa bùn sau đó cấu ra ngoài và chở tới khu vực quy định

Hình 1.15 Các công nhân dọn bùn và vệ sinh đáy bể chứa nước làm mát Nhà may Đạm Cà Mau

a) Các công nhân đang lùa bùn; b) Công nhân gom bùn vào bao

Để thực hiện công việc này cần một đơn vị dịch vụ huy động một lượng nhân sự ít nhất 15 công nhân (tuỳ theo độ dày lớp bùn) có kinh nghiệm làm việc liên tục trong vòng 10 -12 ngày cùng với các thiết bị: máy hút bùn, máy bơm, xe tải cẩu và các công cụ dụng cụ (thiết bị cạo bùn, các loại ống nối, bao đựng bùn, chiếu sáng, trang thiết bị bảo hộ lao động)… Công việc được thực hiện một cách cụ thể qua các bước:

Bảng 1.6 Mô tả nội dung công việc dọn bùn và vệ sinh đáy bể chứa nước làm mát của Nhà máy Đạm Cà Mau

STT Nội dung công việc

Bước 1 Dừng châm hóa chất cho hệ thống

Bước 2 Sau khi nhà máy dừng hoàn toàn, các bơm và các quạt dừng hoàn toàn, xả nước bể basin

Bước 5 Bàn giao thiết bị cho nhà thầu theo biểu mẫu và hiện trạng hiện trường

Bước 6

Lắp bơm tạm và đưa các dụng cụ vệ sinh vào trong bể Thực hiện vệ sinh xúc cát bơm nước và bùn ra ngoài Vệ sinh sạch sẽ trên thành bể và đáy bể

Vệ sinh cống rãnh có bùn thải tràn ra ngoài

Thu dọn các thiết bị dụng cụ, rác thải phát sinh trong quá trình vệ sinh Bước 7 Sau khi nhà thầu vệ sinh xong bể tiến hành kiểm tra kết quả vệ sinh bể,

nếu đạt yêu cầu thì tiến hành nghiệm thu công việc Bước 8 Thực hiện bàn giao hạng mục sau khi hoàn thành

Từ thục tế công việc, ta có thể thấy được những hạn chế và khó khăn của công tác làm sạch đáy bể tháp làm mát Thứ nhất là công việc được thực hiện bởi phần lớn là nhân công, dụng cụ để thực hiện công việc mang tính chất thủ công Thứ hai là tính rủi ro mất an toàn do không gian làm việc có nhiều hố sâu và trơn trợt, bên cạnh đó là rủi ro về tai nạn điện khi các thiết bị hút bùn sử dụng nguồn điện 220 VAC hoặc 380 VAC Thứ ba là tiến độ công việc thường phải kéo dài do có nhiều khâu chuẩn bị và phải có đủ nhân sự mới thực hiện được Chính vì thế, để cải thiện những hạn chế hiện tại và nâng cao hơn hiệu quả của công tác này, cần có sự tìm hiểu về các hệ

thống hay thiết bị dọn bùn chuyên dụng cho đáy tháp làm mát và nghiên cứu cải tiến cho phù hợp với các điều kiện sử dụng, vận hành ở Nhà Máy

3 KHẢO SÁT CÁC GIẢI PHÁP HIỆN TẠI:

Ở nhiều nơi trên thế giới, với điều kiện về kinh tế và kỹ thuật phát triển, các thiết bị vệ sinh dưới nước và thu dọn bùn đáy bể được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng rất chuyên nghiệp và hiệu quả Các thiết bị này đáp ứng cho mỗi nhu cầu cụ thể của mỗi lĩnh vực khác nhau nên có những dặc tính ưu nhược điểm đặc trưng

Hình 1.16 Cơ cấu và vị trí lắp đặt của hệ thống MRI-Ultra Collector

a) Lưỡi gạt bùn; b) Lưỡi gạt bùn lắp dưới đáy bể; c) Cơ cấu di chuyển lưỡi gạt

Hệ thống nạo bùn dạng lưỡi gạt được trang bị lưới gồm các lưỡi gạt bằng thép không gỉ, hoạt động dưới đáy bể, bên dưới lớp bùn Các lưỡi gạt này gần như sát với bề mặt đáy bể chuyển động qua lại, khi nó di chuyển đi tới thì làm cho tái huyền phù của các chất rắn đã lắng bị tác động và bong ra, khi nó di chuyển ngược lại thì lùa bùn về phía sau, đẩy về bể thu gom bùn Các lưỡi gạt của hệ thống MRI Ultra-Scraper di chuyển qua lại nhờ động cơ dẫn động xi lanh – pit tong truyền động cho toàn bộ lưỡi gạt thông qua liên kết bản lề Các lưỡi gạt liên kết với nhau bằng một khung thép và trượt trên một đường ray được lắp đặt Điều này sẽ di chuyển bùn và các chất rắn không tan đến cuối bể, nơi nó được loại bỏ bằng cách sử dụng phễu chứa bùn hoặc một cơ chế hút

Hình 1.17 Các bộ phận chính của hệ thống làm sạch bùn MRI - Ultra Sludge Collector

Hệ thống này có thể hoạt động liên tục trong khi các quá trình khác của của bể vẫn được duy trì mà không cần shutdown Nhờ vào sự hoạt động liên tục của các cánh gạt mà lớp bùn dưới đáy bể liên tục được vét đi, bùn không bị lắng thành một lớp dày gây ra sự tắt nghẽn hay quá tải cho thiết bị

Tuy nhiên hệ thống này cũng cần có một bể thu gom bùn hoặc một bơm hút bùn Hệ thống này được ứng dụng cho các bể có dòng chảy tầng, ít có dòng chảy rối vì dòng chảy rối sẻ ảnh hưởng đến sự lắng của bùn trong bể và ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của lưỡi gạt Do đó hệ thống được sử dụng phổ biến ở các bể lắng

Hình 1.18 Dòng chảy tầng trong bể khi sử dụng hệ thống cạo bùn

Ngoài hệ thống thu gom bùn bằng các lưỡi gạt như trên, thực tế cũng có các hệ thống tương tự được thiết kế, cải tiến phù hợp với đặc điểm của bể chứa cũng như các điều kiện lắp đặt, điều kiện vận hành

Submerged Sludge Collector

Hệ thống làm sạch bùn lắng Leopold CT2 Submerged có cấu gồm một thanh ray dẫn hướng được lắp dưới đáy bể, đầu hút bùn được kết nối với thanh ray qua cơ cấu di trượt được Đầu hút bùn có thể di chuyển tới lui từ dầu đáy bể tới cuối đáy bể nhờ vào cơ cấu cơ khí dây cáp và pulley như trong hình Cơ cấu này hoạt động thông qua bộ điều khiển đã được thiết lập và có thể thay đổi được để thay đổi tốc độ và khoảng di chuyển của đầu hút Các bộ phận chính được thể hiện trong hình bên dưới

Hình 1.19 Cấu tạo của hệ thống hút bùn Submerged Sludge Collector a) Cơ cấu di chuyển đầu hút bùn; b) Ống dẫn bùn

Hình 1.20 Các bộ phận chính của thiết bị Submerged Sludge Collector

a) Ống dẫn bùn; b) Đầu hút bùn; c) Bộ điều khiển; d) Đường ray và con lăn dẫn động đầu hút bùn

Nhờ vào áp lực nước trong bể, và sự di chuyển của đầu hút mà bùn thông qua các lổ trên đầu hút sẻ được đẩy vào trong ống dẫn bùn và chuyển qua bể chứa Sự khác biệt ở Leopold CT2 là khớp bản lề được thay bằng cơ cấu dây cáp và pulley, các lưỡi gạt cũng được thay bằng một đoạn ống có đầu hút để hút bùn dưới đáy bể ra ngoài thông qua ống dẫn

b) a)

3.2 Robot dọn bùn

Thiết bị Zeta Crezen K7

Hình 1.21 Robot hút bùn Zeta Crezen

Bảng 1.7 Thông số chính của robot hút bùn Zenta Crezen

Độ sâu hoạt động tối đa

Công suất động cơ bánh xích

Ưu điểm:

- Hệ thống tích hợp đèn, camera quan sát trực tuyến dễ dàng đối với khu vực nước có độ trong tốt

- Công suất khá lớn, đầu hút làm bằng cơ cấu trục vít

- Ngăn ngừa tác hại của môi trường đến con người tại nơi vận hành thiết bị

Nhược điểm:

- Đối với môi trường nước tuy thiết bị có hiệu suất cao hơn so với nguồn cấp DC nhưng không thể đảm bảo an toàn tuyệt đối

- Chưa được thương mại hóa, giá thành dự kiến 1,5 tỷ - 2,2 tỷ đồng

- Những nơi chưa có nguồn điện AC cần hỗ trợ máy phát để thiết bị hoạt động

Thiết bị PIRO – U3

Hình 1.22 Robot hút bùn PIRO-U3

Bảng 1.8 Thông số chính của Robot hut bùn PIRO-U3

Kích thước (D x R x C) mm 1150x1078x888mm Khối lượng trên mặt đất 300kg

Dung tích có thể hút 1666l/min Độ sâu hoạt động tối đa 7m

Công suất động cơ bánh xích 0,2kW