đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng nhiệt tại công ty vacxin và sinh phẩm số 1 hà nội

Trong khối này, phòng kỹ thuật được giao nhiệm vụ vận hành, bảo dưỡng sửa chữa các trang thiết bị trong dây truyền sản xuất và các hệ thống thiết bị phụ trợ như: Hệ thống nồi hơi, máy né

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VABIOTECH

1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN 1

Công ty Vắcxin và Sinh phẩm số 1(VABIOTECH) là doanh nghiệp nhà nước được thành lập theo Quyết định số 650/2000/QĐ-BYT ngày 02/03/2000 của Bộ trưởng Bộ Y Tế, trụ sở công ty đặt tại số 1 phố Yéc Xanh – Quận Hai

Bà Trưng – Hà Nội Công ty có chức năng sản xuất, kinh doanh các loại vắcxin và sinh phẩm phục vụ hoạt động chăm sóc và bảo vệ sức khỏe cộng đồng Nhiệm vụ chính của công ty là mang tới cho cộng đồng các loại Vắc-xin và Sinh phẩm cần thiết cho việc chẩn đoán, điều trị và dự phòng các bệnh truyền nhiễm

Hiện tại, Công ty tiến hành sản xuất kinh doanh 5 loại sản phẩm chính gồm Vắcxin Viêm gan A,Vắcxin Viêm gan B, Vắcxin Viêm não Nhật Bản, Vắcxin Dại và Vắcxin Tả uống Hàng năm các loại vắc-xin do Công ty sản xuất được cung cấp cho Chương trình Tiêm chủng Mở rộng Quốc gia, xuất khẩu sang các thị trường Ấn Độ, các nước khu vực Đông Nam Á… và các đối tượng có nhu cầu khác

Về cơ sở vật chất, được sự hỗ trợ bằng vốn vay ưu đãi của chính phủ Hàn Quốc, công ty đã triển khai và thực hiện dự án xây dựng nhà máy sản xuất 5 loại vắcxin Dự án khởi công năm 2004 với diện tích đất sử dụng trên 8.000m2 và đã khách thành đưa vào hoạt động từ tháng 2 năm 2007 Nhà máy được đầu tư hệ thống dây chuyền sản xuất vắcxin hiện đại và đồng bộ, được chứng nhận đạt tiêu chuẩn GMP (Good Manufacturing Pratice - Tiêu chuẩn Thực hành tốt Sản xuất) của tổ chức y tế thế giới WHO Với hệ thống nhà xưởng và dây chuyền mới này, theo kế hoạch mỗi năm công ty sẽ sản xuất từ

1 http://www.vabiotechvn.com/

35 ÷ 40 triệu liều vắcxin các loại cung cấp đủ cho thị trường trong nước và phục vụ xuất khẩu, cơ bản khắc phục tình trạng thiếu hụt vắcxin hiện nay

Bộ máy tổ chức của công ty VABIOTECH bao gồm các bộ phận sau:

Xưởng sản xuất Vắcxin viêm gan A

Xưởng sản xuất Vắcxin viêm não Nhật Bản Xưởng sản xuất Vắcxin viêm gan B Xưởng sản xuất Vắcxin tả uống Phòng Vắc xin thực nghiệm Phòng kiểm tra CLSP Phòng đảm bảo CLSP Phòng công nghệ cao Phòng tổ chức hành chính Phòng kế toán - tài chính Phòng Vật tư Phòng kinh doanh – kế hoạch Phòng dự án và hợp tác QT

Phòng kỹ thuật Nhà chăn nuôi động vật thí nghiệm

Hệ thống kho bảo quản Vắcxin

1.2 CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG TY

Thực hiện chủ trương, đường lối của Đảng và Nhà nước về mục tiêu và nhiệm vụ bảo vệ sức khỏe cộng đồng Công ty Vắcxin và Sinh phẩm số 1 định hướng phát triển trong giai đoạn 2005 tới 2010 với mục tiêu và chính sách sau:

1.2.1 Nghiên cứu và sản xuất

- Sản xuất các loại vắcxin thiết yếu trong chương trình TCMR bảo đảm

về số lượng và chất lượng bao gồm các loại vắcxin, sởi, viêm gan B tái tổ hợp, viêm não Nhật Bản, tả uống và thương hàn

- Nghiên cứu thử nghiệm và sản xuất một số vắcxin hiện chưa được sản xuất ở Việt Nam như vắcxin viêm màng não mủ - Haemophilus

influenzae type b (Hib), vắcxin phòng cúm H5N1

- Hợp tác nhận chuyển giao công nghệ sản xuất văcxin phối hợp phòng

4 bệnh đó là viêm gan B, uốn ván, bạch hầu, ho gà mà hiện nay nước ta phải nhập khẩu với giá thành rất cao

- Nghiên cứu và sản xuất các chế phẩm sinh học thiết yếu dùng trong chuẩn đoán, điều trị và phòng bệnh như Albumin 20%, I.V.Globulin, HBsAg rapid device, HCV Rapid LF…

1.2.2 Đầu tư cơ sơ vật chất và trang thiết bị kỹ thuật

- Triển khai áp dụng công nghệ gene trong chuẩn đoán căn nguyên bệnh, áp dụng công nghệ tế bào sản xuất vắcxin và các sinh phẩm sinh học khác, đầu tư thiết bị hiện đại trong kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý và giám sát các quá trình sản xuất

- Thiết lập và áp dụng các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả và bảo vệ môi trường Phấn đấu giảm 10% nhu cầu sử dụng năng lượng

và giảm lượng phát thải khí nhà kính trong giai đoạn 2009 - 2014

1.2.3 Phát triển nguồn nhân lực

Chú trọng việc đào tạo và đào tạo lại các cán bộ chuyên môn trong nước

và quốc tế, sử dụng hiệu quả nguồn tài năng trẻ để từng bước ứng dụng sản xuất và tiếp nhận các công nghệ cao trong sản xuất vắc-xin và Sinh phẩm

1.2.4 Hợp tác quốc tế

Tăng cường hợp tác quốc tế trên mọi lĩnh vực: đào tạo, nghiên cứu khoa học, đầu tư, liên doanh liên kết, tư vấn, huy động vốn

1.2.5 Tuyên truyền giáo dục sức khỏe

Áp dụng mọi hình thức, mọi phương tiện, mọi lúc, mọi nơi nếu có thể

để tuyên truyền giáo dục sức khỏe, vệ sinh phòng bệnh, nhằm nâng cao nhận thức, thay đổi hành vi trong cách sống, làm việc, sinh hoạt, giải trí nhằm nâng cao sức khỏe, hạn chế các yếu tố ảnh hưởng tới bệnh tật

hệ thống thông gió và điều hòa không khí (HVAC) đảm bảo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, áp suất của khu vực sản xuất ổn định và đúng tiêu chuẩn Bên cạnh đó, quá trình sản còn sử dụng hơi bão hòa tinh khiết (Pure Steam - PS) và nước cất pha tiêm (Water for Injection - WFI) là các công nghệ đặc thù của ngành sản xuất vắc-xin

- Khối văn phòng bao gồm: Phòng tổ chức – hành chính, phòng kế toán – tài chính, phòng vật tư, phòng kinh doanh – kế hoạch và phòng kỹ thuật Với chức năng gián tiếp phục vụ sản xuất kinh doanh, đảm bảo các điều kiện sản xuất để công ty hoạt động ổn định, khối văn phòng làm việc theo chế độ

40 giờ/ tuần

Trong khối này, phòng kỹ thuật được giao nhiệm vụ vận hành, bảo dưỡng sửa chữa các trang thiết bị trong dây truyền sản xuất và các hệ thống thiết bị phụ trợ như: Hệ thống nồi hơi, máy nén khí, hệ thống điều hòa không khí trung tâm, hệ thống cấp nước sạch, xử lý nước thải, hệ thống PS, Hệ thống WFI và các kho bảo quản Vắc xin… Với vai trò và chức năng nhiệm vụ được giao, phòng kỹ thuật được chia thành 3 tổ sản xuất là: i)Tổ Vận hành thiết bị, ii)Tổ môi trường và iii) Tổ bảo dưỡng sửa chữa Trong đó, tổ vận

hành duy trì ổn định hoạt động các hệ thống thiết bị: Trạm biến áp, hệ thống cấp hơi, cấp khí nén, điều hòa không khí trung tâm, cấp nước sinh hoạt, các kho lạnh bảo quản sản phẩm liên tục 24/24 giờ

- Nhà chăn nuôi động vật thí nghiệm và hệ thống kho có chế độ làm việc 40giờ/ tuần, tuy nhiên thiết bị và máy móc phục vụ sản xuất được duy trì hoạt động liên tục 24/24 giờ

Trong năm những năm qua Công ty Vắcxin và sinh phẩm số 1 đã sản xuất ra một số lượng lớn các loại vắc-xin thiết yếu, sản phẩm của công ty đã đứng vững trên thị trường trong nước và một phần xuất khẩu Tổng sản phẩm của công ty sản xuất trong hai năm 2007 và 2008 như sau:

BẢNG 1.1 Tổng sản phẩm sản xuất năm 2007 và 2008

Năm 2007 Năm 2008

1 Vắcxin viêm não Nhật Bản Liều 4.000.000 4.012.606

2 Vắcxin tả uống Liều 3.200.000 3.200.000

3 Vắcxin viêm gan B Liều 1.500.000 1.595.000

Nguồn: Công ty VABIOTECH Báo cáo tổng kết công tác năm 2007 & 2008

Công ty Văcxin và Sinh phẩm số 1 sẽ đầu tư thường xuyên vào công tác nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ hiện đại như công nghệ gen, dây chuyền đông khô hiện đại, công nghệ chăn nuôi chuẩn thức động vật thí nghiệm, kiểm định chất lượng Vắcxin và Sinh phẩm nhằm nâng cao năng lực, hiệu quả, chất lượng và phát triển các vắcxin và sinh phẩm mới, phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của nhân dân, góp phần vào công tác chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ toàn dân

1.4 HỆ THỐNG SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI HƠI ĐỐT

1.4.1 Nguồn cấp hơi đốt – Lò hơi

Công ty VABIOTECH được trang bị 2 nồi hơi nhãn hiệu DMI – 300K

do hãng Dae Yeol Boiler (Korea) chế tạo, nhiên liệu sử dụng là dầu diezel (DO) Nồi hơi được lắp đặt trọn bộ (Package Boiler), thân ngang kiểu ống lò ống lửa Ưu điểm của nồi hơi trọn bộ là: Buồng đốt nhỏ, tốc độ truyền nhiệt cao vì vậy quá trình hóa hơi diễn ra nhanh hơn Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu lớn do được bố trí nhiều ống lửa có đường kính nhỏ Hiệu suất cháy cao do đầu đốt sử dụng các công nghệ đốt tiên tiến

Theo thiết kế thì tổng lưu lượng hơi phục vụ nhu cầu sản xuất tại Công

ty VABIOTECH là khoảng 3000 kg/h với áp suất hơi Pbh = 5barg (Áp suất đồng hồ) Vì vậy, phương thức vận hành hiện nay của 2 nồi hơi là hoạt động luân phiên 1 hoạt động, 1 dự phòng

- Nồi hơi DMI – 300K được trang bị thiết bị đốt Model DK – 32 (Công

ty Dae Yeol Boiler Hàn Quốc chế tạo) Sử dụng bơm cao áp cưỡng bức tán sương DO và hòa trộn gió ngoài

- Quạt gió: Kiểu ly tâm; Lưu lượng Qđm = 48 m3/ ph; Công suất động

BẢNG 1.2 Thông số kỹ thuật nồi hơi DMI – 300K

Thông số kỹ thuật Đơn Vị Giá trị định mức

Năng suất sinh hơi định mức*

Suất tiêu hao nhiên liệu định mức L/h 210

Nguồn: Theo Catalogue của nhà sản xuất

* Chú thích: Năng suất sinh hơi định mức được tính toán với nhiệt độ nước

cấp tại 25oC, Áp suất làm việc định mức 10Bar(g), Nhiệt trị thấp của DO 43MJ/kg

Nồi hơi DMI – 300K được trang bị hệ thống cấp nước bổ sung gồm hệ

thống làm mềm nước AquaSoft – TK20 và bể chứa nước mềm cùng với Hệ thống hòa trộn hóa chất chống đóng cáu bên trong nồi

Hệ thống cấp nhiên liệu bao gồm: Bồn chứa dầu dung tích 9000 L; Bình chứa dầu trung gian, Bơm dầu trung gian và bộ lọc dầu trên đường cấp

Sơ đồ nguyên lý hệ thống nồi hơi (P&ID) được miêu tả trong Hình 1.

1.4.2 Một số thiết bị sử dụng hơi đốt chính

1.4.2.1 Thiết bị sản xuất hơi tinh khiết (Pure Steam Generator - PSG)

Thiết bị sản xuất hơi tinh khiết model FP – 1500 do công ty FineFa của Hàn Quốc chế tạo cung cấp Máy có khả năng sản xuất ra hơi tinh khiết đảm bảo vô trùng, không có vi sinh vật sống (Pyrogen Free), không lẫn các khí không ngưng với độ khô 99,8% đáp ứng các yêu cầu GMP, phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng trong ngành dược nói chung và sản xuất vắc xin nói riêng (USP – United States Pharmacopoeia) Thiết bị được thiết kế chế tạo tuân thủ các tiêu chuẩn ASME (American Society of Mechanical Engineer) Hơi tinh khiết được sử dụng trong các thiết bị nồi hấp khử trùng (Autoclave), dùng để

vệ sinh các hệ thống lên men (CIP Fermenter) và các thiết bị pha chế khác trong quá trình sản xuất vắc-xin

1.4.2.2 Thiết bị sản xuất nước cất pha tiêm (WFI Distiller)

Thiết bị sản xuất nước cất pha tiêm được thiết kế và chế tạo bởi công ty FineFa Hàn Quốc Thiết bị có chức năng sản xuất nước cất chất lượng cao, không nhiễm vi sinh vật sống (Pyrogen Free), phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật của nước cất hai lần, tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn GMPs

Nước cất hai lần được sử dụng để pha vắcxin, pha chế các dung dịch làm môi trường và rửa các dụng cụ trong quá trình sản xuất…

Thực trạng vận hành, hoạt động của hệ thống lò hơi, mạng phân phối hơi, các hệ thống PSG và WFI sẽ được nói rõ trong Chương II – Tính toán cân bằng hệ thống mạng nhiệt

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÂN BẰNG HỆ THỐNG NHIỆT

2.1 HỆ THỐNG LÒ HƠI

Phần này trình bày về Đánh giá hoạt động của lò hơi (sử dụng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để tính hiệu suất lò hơi), xả đáy và xử lý nước của lò hơi

2.1.1 Đánh giá hoạt động của lò hơi

Các thông số hoạt động của lò hơi như hiệu suất và tỷ lệ nước bốc hơi, giảm theo thời gian do quá trình đốt kém, tắc ngẽn bề mặt truyền nhiệt, hoạt động và bảo trì kém Ngay cả với một lò hơi mới, những nguyên nhân như chất lượng nhiên liệu và chất lượng nước đi xuống có thể khiến lò hơi hoạt động kém Cân bằng nhiệt sẽ giúp chúng ta xác định được những tổn thất nhiệt có thể và không thể tránh khỏi Kiểm định hiệu suất lò hơi sẽ giúp chúng

ta tìm ra sự chênh lệch giữa hiệu suất lò hơi cao nhất và hiệu suất lò hơi của khu vực trục trặc chúng ta nhắm tới để có các biện pháp phù hợp

2.1.2 Cân bằng nhiệt

Quá trình đốt cháy trong lò hơi có thể được mô tả bằng một sơ đồ dòng năng lượng Sơ đồ này cho thấy cách thức năng lượng đầu vào từ nhiên liệu được chuyển thành các dòng năng lượng hữu dụng, nhiệt và dòng năng lượng tổn thất Độ dày mũi tên của một dòng tương ứng với khối lượng năng lượng

sử dụng trong dòng đó

HÌNH 2.1 Sơ đồ cân bằng năng lượng của một lò hơi

Cân bằng năng lượng là để cân bằng giữa tổng năng lượng đầu vào của lò hơi với năng lượng đầu ra dưới những dạng khác nhau Hình dưới đây minh hoạ cho những tổn thất khác nhau xảy ra trong quá trình tạo hơi

HÌNH 2.2 Minh họa các tổn thất trong quá trình tạo hơi

Có thể chia các tổn thất năng lượng thành tổn thất có thể và không thể tránh khỏi Mục tiêu của đánh giá Sản xuất Sạch hơn (Cleaner Production) và/hoặc đánh giá năng lượng là nhằm giảm những tổn thất có thể tránh khỏi, tức là

nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng Có thể tránh khỏi hoặc giảm bớt

 Tổn thất qua xả đáy (xử lý nước cấp sạch, tuần hoàn nước ngưng)

 Tổn thất qua nước ngưng (thu hồi lượng nước ngưng tối đa có thể)

 Tổn thất do bức xạ và đối lưu (giảm nhờ bảo ôn lò hơi tốt)

2.1.3 Hiệu suất lò hơi

Hiệu suất nhiệt của một lò hơi được định nghĩa là “phần trăm (nhiệt) năng lượng đầu vào được sử dụng hiệu quả nhằm tạo ra hơi”

Có hai phương pháp đánh giá hiệu suất lò hơi:

 Phương pháp Trực tiếp: Là phần năng lượng đạt được từ (nước và hơi)

so với hàm lượng năng lượng trong nhiên liệu của lò hơi

 Phương pháp Gián tiếp: Hiệu suất là sự chênh lệch giữa tổn thất và năng lượng đầu vào

2.2 TÍNH KIỂM TRA DỰA TRÊN SỐ LIỆU KIỂM TOÁN

Công ty Vắcxin và Sinh Phẩm Số 1 được trang bị 2 nồi hơi nhãn hiệu DMI – 300K do hãng Dae-Yeol Boiler (Hàn Quốc) chế tạo, sử dụng nhiên liệu dầu diezel (DO) Đây là loại nồi hơi trọn bộ (Package Boiler) thân nằm ngang kiểu ống lò ống lửa Khi lắp đặt tại nhà máy, hệ thống này chỉ cần kết nối ống

dẫn hơi, ống cấp nước, ống cung cấp nhiên liệu và nối điện là có thể đi vào hoạt động

Trong quá trình nồi hơi hoạt động, các dữ liệu vận hành của nồi hơi DMI–

300K số 1 và số 2 được thu thập trong các Bảng 2.1 và Bảng 2.2

BẢNG 2.1 Dữ liệu vận hành nồi hơi DMI – 300K số 1

STT Thông số vận hành Ký hiệu Đơn vị Giá trị đo Giá trị cho

2 Thành phần O 2 trong khói thải O 2kt % 1.9

3 Thành phần CO2 trong khói thải CO2kt % 14,1

4 Thành phần CO trong khói thải COkt ppm 1

BẢNG 2.2 Dữ liệu vận hành nồi hơi DMI – 300K số 2

STT Thông số vận hành Ký hiệu Đơn vị Giá trị đo Giá trị cho trước

2 Thành phần O 2 trong khói thải O 2kt % 1.5

3 Thành phần CO2 trong khói thải CO 2kt % 14.7

4 Thành phần CO trong khói thải COkt ppm 33

Xác định hiệu suất lò hơi (Xét cho lò hơi số 1)

2.2.1 Phương pháp trực tiếp (cân bằng thuận) [2]

Phương pháp này còn gọi là “phương pháp đầu vào-đầu ra” vì chỉ cần biết đầu ra hữu ích (hơi) và đầu vào nhiệt (nhiên liệu) để đánh giá hiệu suất lò hơi Chúng ta sử dụng công thức sau để đánh giá hiệu suất:

Hiệu suất lò hơi η = (Đầu ra nhiệt / Đầu vào nhiệt) x 100%

- B: Lượng tiêu hao dầu DO ; kg/h

Năng suất sinh hơi thực tế của nồi được xác định như sau:

D = Mnc – (Mxđ + Mrr) ;kg/h Trong đó:

- Tổng lượng nước cấp vào nồi hơi đo được là Mnc = 1050 kg/h

- Tổng lượng nước xả đáy và rò rỉ tạm tính (Mxđ + Mrr) = 50 kg/h

Như vậy sản lượng hơi bão hòa sẽ là:

D = 1050 – 50 = 1000 kg/h

Nhiệt độ hơi bão hòa:

1/ 4 1/ 4

100.( / 0, 965) ;

100.(6 / 0, 965)

158

o S

Ưu điểm của phương pháp trực tiếp:

 Công nhân trong nhà máy có thể đánh giá nhanh hiệu suất lò hơi

 Cách tính toán cần sử dụng ít thông số

 Cần sử dụng ít thiết bị quan trắc

 Dễ dàng so sánh tỷ lệ hoá hơi với số liệu nền

Nhược điểm của phương pháp trực tiếp:

 Không giúp người vận hành xác định được tại sao hiệu suất của hệ thống lại thấp hơn

 Không tính toán các tổn thất khác nhau theo các mức hiệu suất khác nhau

2.2.2 Phương pháp gián tiếp (cân bằng nghịch): [2]

Phương pháp gián tiếp còn được gọi là phương pháp tổn thất nhiệt Các tiêu chuẩn tham khảo khi sử dụng phương pháp này là Tiêu chuẩn Anh, BS 845:1987 và Tiêu chuẩn Mỹ ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Units

Có thể tính toán hiệu suất bằng cách lấy 100 trừ đi phần trăm của tất cả các nhiệt tổn thất như sau:

Hiệu suất lò hơi η(%) = 100 – (qi + qii + qiii + qiv + qv + qvi + qvii + qviii) Trong đó, các tổn thất trên nguyên tắc ở lò hơi là tổn thất nhiệt:

qi % tổn thất do khói thải

qii % tổn thất do nước bay hơi được tạo thành (có H2 trong nhiên liệu)

qiii % tổn thất do độ ẩm trong nhiên liệu bay hơi

qiv % tổn thất do độ ẩm trong không khí

qv % tổn thất do nhiên liệu chưa cháy hết trong tro, xỉ

qvi % tổn thất do nhiên liệu chưa cháy hết về mặt hóa học

qvii % tổn thất do tỏa nhiệt ra bên ngoài (chù yếu là bức xạ và đối lưu)

O là thành phần O2 trong khói thải (%)

Lò hơi vận hành với một quạt gió cưỡng bức (Forced Draft Fan - F.D Fan – Xem hình 2.x Sơ đồ nguyên lý lò hơi) nên buồng lửa có áp suất dương, một lượng khói sẽ lọt ra ngoài, do đó hệ số không khí thừa trong buồng lửa (αbl) sẽ lớn hơn hệ số không khí thừa tại chỗ khói thải (αkt) Nhiệt độ trong buồng lửa rất cao ~ (1300 ÷ 1400) oC nên không có thiết bị đo nào có thể đặt

vào trong để phân tích và đo đạc được Tuy nhiên, lò đốt dầu DO thường có α nhỏ, nên sai số Δα giữa αbl và αkt là rất ít  có thể coi αbl ~ αkt = αkk (αkt được tính toán ở trên nhờ các thông số đo được từ thiết bị phân tích khói thải Testo đặt tại ống khói)

mk : khối lượng khói khô theo kg/kgDO

mk = khối lượng khí cấp thực tế + khối lượng nhiên liệu cấp

= 15,9 + 1 = 16,9 kg/kgDO

Cp.k : Nhiệt dung riêng của khí cháy (Cp.k = 0,23 kcal/kg.K = 0,96 kJ/kg.K)

16, 9.0, 96.(175 33)

.100 43000

(Cp: Nhiệt dung riêng của hơi bão hòa; Cp = 0,45 kcal/kg)

iii Tổn thất do độ ẩm trong nhiên liệu bay hơi

Do Wlv = 0%  qiii = 0%

iv Tổn thất nhiệt do độ ẩm trong không khí

kk kk p k a

t

W h C t t q

(hk: độ ẩm của không khí; hk = 0,018 kg/kg không khí khô)

v Tổn thất do nhiên liệu cháy không hết trong tro và xỉ qv = 0 %

vi Tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học (tạo ra CO):

(COkt: thành phần CO trong khói thải; COkt = 1 ppm)

vii Tổn thất do tỏa nhiệt ra bên ngoài (chù yếu là bức xạ và đối lưu) [3]

Đường kính trong thân lò d1 = 1291 mm

Bề dày thân lò δ1 = 10 mm

Bề dày lớp bào ôn δ2 = 120 mm

Chiều dài thân lò l = 2708 mm

Đường kính ngoài lớp bảo ôn d2 = d1 + 2.( δ1 + δ2) = 1,551 m

tw, ta : nhiệt độ vỏ ngoài lớp bảo ôn và môi trường xung quanh ; oC Thay số ta được:

Ưu điểm của phương pháp gián tiếp:

 Có thể đạt được cân bằng năng lượng và khối lượng hoàn tất cho mỗi dòng riêng, giúp xác định giải pháp cải thiện hiệu suất lò hơi dễ dàng hơn

Nhược điểm của phương pháp gián tiếp:

 Tốn thời gian

 Cần sử dụng nhiều thiết bị trong phòng thí nghiệm để phân tích

BẢNG 2.3 Hoạt động của lò hơi số 1

STT Thông số vận hành Ký hiệu Đơn vị Giá trị tính toán

Tính toán tương tự đối với lò hơi số 2, ta lập được bảng sau:

BẢNG 2.4 Hoạt động của lò hơi số 2

STT Thông số vận hành Ký hiệu Đơn vị Giá trị đo Giá trị

+ Nhiệt trị của dầu DO (LHV) Q tlv kJ/kg 43000

3 Thành phần O 2 trong khói thải O 2kt % 1.5

4 Thành phần CO2 trong khói thải CO2kt % 14.7

2.2.3 Nhận xét thực trạng lò hơi số 1 và số 2

Qua việc xem xét các giá trị trong Bảng 2.3 và 2.4, ta thấy:

i Hệ thống béc đốt (DO Burner) của nồi hơi hoạt động tốt, bộ điều

chỉnh lưu lượng không khí cho quá trình đốt ở vị trí hợp lý

ii Tổn thất nhiệt do khói thoát q2 = 5,4% cho thấy lượng nhiệt mà các

cụm ống sinh hơi nhận được từ quá trình cháy nhiên liệu khá tốt iii Nhiệt độ vỏ ngoài của lớp bảo ôn đo được t bô = 40oC cho thấy tình

2.2.4 Xả đáy lò hơi (Blow Down)

Khi nước được đun sôi và tạo thành hơi, bất cứ chất rắn hoà tan nào trong nước sẽ đọng lại trong lò hơi Nếu trong nước cấp có nhiều chất rắn đưa vào lò hơi, chúng sẽ cô đặc lại và có thể sẽ vượt quá khả năng hoà tan và đóng cặn Khi mức độ cô đặc vượt quá một giới hạn nhất định sẽ gây ra hiện tượng sủi bọt và làm hạn chế quá trình sinh hơi Những chất rắn hòa tan này cũng làm hình thành lớp cặn trong lò hơi và phát sinh những điểm quá nhiệt cục bộ tại các bề mặt trao đổi nhiệt và gây ra các hư hỏng cho các dàn ống cụm sinh hơi

Vì vậy cần phải kiểm soát nồng độ chất rắn lơ lửng và hoà tan trong nước lò Để giảm nồng độ chất rắn, người ta tiến hành “xả đáy” - một lượng nước nhất định sẽ được xả ra ngoài và lò hơi - bộ phận cấp nước tự động bù

lại lượng nước xả đáy này Việc xả đáy là cần thiết để bảo vệ các bề mặt trao đổi nhiệt trong lò hơi, nhưng nếu xả đáy không hợp lý sẽ dẫn đến tổn thất một lượng nhiệt lớn

Tiêu chuẩn để xác định lượng xả đáy phù hợp cho nồi hơi đang hoạt động là kiểm soát nồng độ chất rắn hòa tan (TDS – Total Dissolves Solids) trong nước lò Đối với các nồi hơi đốt DO trọn bộ giới hạn tối đa cho phép của TDS là 3000ppm [12]

Có 2 biện pháp xả đáy phổ biến được áp dụng đó là “Xả đáy gián đoạn” và

„Xả đáy liên tục”

a) Xả đáy gián đoạn

Xả đáy gián đoạn được thực hiện thông qua việc vận hành bằng tay một van gắn vào đường ống xả tại điểm thấp nhất của nồi hơi để giảm các thông

số (TDS, độ dẫn, pH, nồng độ Silica và phốt phát) trong giới hạn định trước sao cho chất lượng hơi không bị ảnh hưởng Kiểu xả đáy này cũng là một phương pháp hiệu quả nhằm loại bỏ chất rắn đã rơi ra khỏi dung dịch và nằm trên ống lửa và mặt trong của vỏ lò hơi Trong xả đáy gián đoạn, đường ống

có đường kính rộng được mở trong một thời gian ngắn, phụ thuộc vào nguyên

tắc chung như “mỗi ca một lần trong vòng 2 phút”

Xả đáy gián đoạn cần có một lượng nước cấp vào lò hơi tăng lên nhiều trong một thời gian ngắn, do đó có thể sẽ cần các máy bơm nước cấp lớn hơn

so với xả đáy liên tục Mức độ TDS cũng sẽ thay đổi, do đó gây ra những dao động mức nước của lò hơi do thay đổi kích thước bong bóng hơi đi kèm với những thay đổi về nồng độ chất rắn Đồng thời, một lượng lớn nhiệt bị tổn thất trong quá trình xả đáy gián đoạn

b) Xả đáy liên tục

Có một dòng nhỏ nước xả lò được xả liên tục Điều này đảm bảo độ tinh khiết của hơi và TDS ở một mức phụ tải hơi cho trước Khi van xả đáy được thiết lập với các điều kiện cho trước, không cần người vận hành phải can thiệp thường xuyên

Mặc dù một lượng nhiệt lớn bị đưa ra khỏi lò hơi, vẫn có các giải pháp thu hồi nhiệt bằng cách sử dụng bể giãn áp và tạo ra hơi giãn áp Có thể sử dụng hơi giãn áp để đun sơ bộ nước cấp lò hơi Cách xả đáy này phổ biến với các lò hơi áp suất cao

Phần xả đáy của lò hơi giãn áp vẫn còn chứa một lượng nhiệt lớn và một phần đáng kể trong số này có thể được thu hồi nhờ sử dụng bộ trao đổi nhiệt để gia nhiệt nước cấp đã qua xử lý

c) Lợi ích của việc kiểm soát mức xả đáy

Kiểm soát tốt mức xả đáy của lò hơi sẽ giúp giảm đáng kể chi phí vận hành và bảo dưỡng thiết bị, đó là:

 Giảm chi phí xử lý sơ bộ

 Giảm tiêu thụ nước cấp qua xử lý

 Rút ngắn thời gian dừng hoạt động để bảo trì

 Tăng tuổi thọ của lò hơi

d) Tính toán lưu lượng xả đáy

Lưu lượng xả đáy cần thiết để kiểm soát nồng độ chất rắn trong nước lò được xác định theo công thức:

Lượng xả đáy [%] = TDS nước cấp qua xử lý x % nước cấp bổ xung qua xử lý

TDS tối đa cho phép

Với hiện trạng vận hành nồi hơi DMI – 300K tại Công ty VABIOTECH :

+ Nồng độ TDS tối đa cho phép = 3000ppm

+ Phần trăm nước cấp bổ xung qua xử lý = 100%

2.2.5 Các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng nồi hơi

a) Các giải pháp không chi phí / chi phí thấp

- Kiểm tra định kỳ bên ngoài nồi hơi, khắc phụ các hiện tượng rò rỉ tại các ống nối, đảm bảo lớp cách nhiệt còn tốt

- Khi nồi hơi không hoạt động cần đóng tất cả các van cấp hơi, van cấp dầu

DO, van cấp nước, cắt nguồn điện cấp cho thiết bị

- Thường xuyên kiểm tra mức độ đóng cặn hoặc bùn trong lò hơi hoặc TDS của nước lò hơi theo định kỳ mỗi ngày một lần Kiểm soát nhằm giảm thiểu lưu lượng xả đáy nồi hơi

- Thực hiện xử lý nước cấp bổ xung có chất lượng phù hợp để tránh tạo bọt và tạo cặn bám trong nồi hơi

- Thực hiện kiểm tra định kỳ thiết bị kiểm soát mực nước tự động

- Định kỳ kiểm tra phân tích mẫu khói thải nhằm xác định hiệu suất cháy, đảm bảo bộ phận điều chỉnh tỷ lệ dầu DO - không khí ở giá trị tối ưu

- Định kỳ kiểm tra các thiết bị an toàn như đồng hồ áp lực, rơle áp suất, van

an toàn Đảm bảo các thiết bị hoạt động đúng, an toàn

- Trang bị đồng hồ đo kiểm lượng dầu DO nhập vào bồn chứa dầu nhằm tránh thất thoát

- Việc quan trắc sử dụng nhiên liệu cần thực hiện càng chính xác càng tốt Đo lường nhiên liệu tồn phải sát thực tế

- Định kỳ vệ sinh làm sạch bề mặt truyền nhiệt để duy trì hiệu suất trao đổi nhiệt ở mức cao nhất có thể

- Thường xuyên thực hiện đo sản lượng hơi và đầu vào của nhiên liệu Tỷ lệ hơi với nhiên liệu là cách đo hiệu suất lò hơi chính

- Cần thường xuyên kiểm tra chất lượng và độ tinh khiết của nước cấp

- Thỉnh thoảng kiểm tra đồng hồ hơi vì theo thời gian, do ăn mòn đầu thử hoặc lỗ đo, chúng bị xuống cấp Cần lưu ý là đồng hồ hơi chỉ đọc chính xác ở

áp suất hơi đã được hiệu chỉnh Có thể phải hiệu chỉnh lại

- Kiểm tra rò rỉ ở các ống, mối nối, bẫy hơi, cả ở những chỗ không tiếp cận được

- Những đường ống cấp hơi không sử dụng nên tách riêng và những ống thừa nên loại bỏ

- Thực hiện ghi chép vào sổ nhật ký nồi hơi, ghi lại các dữ liệu về bảo trì đã thực hiện, các thông số khí lò thực tế, mức tiêu thụ nhiên liệu hàng tuần hoặc hàng tháng và các nhận xét của nhân viên vận hành

- Đảm bảo rằng áp suất hơi không cao hơn yêu cầu Khi tải lượng ban đêm ít hơn ban ngày, xem xét khả năng điều chỉnh áp suất dao động trong dải rộng hơn vào ban đêm nhằm giảm tần suất tắt bộ đốt hoặc hạn chế tốc độ đốt tối đa của lò

- Sử dụng nhật ký vận hành của nhân viên vận hành để so sánh các kết quả do đơn vị kiểm toán bên ngoài thực hiện

- Bố trí kế hoạch sản xuất hợp lý nhằm tăng cường hiệu quả sử dụng nhiệt của nồi hơi

b) Các giải pháp có chi phí

- Thu hồi toàn bộ nước ngưng ở những nơi có thể tận thu, việc này sẽ tiết kiệm được một lượng nhiệt khá lớn

2.3 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI HƠI ĐỐT

2.3.1 Sơ đồ và giản đồ mạng phân phối hơi đốt

Thông số quá trình

Công đoạn Sinh hơi bão hòa Thông số

Hơi bão hòa P=6barg Nước nóng ngưng

Điện

Bơm cấp dầu DO 0,75kW

Hộ tiêu thụ hơi đốt

Hộ tiêu thụ hơi đốt

HÌNH 2.3 Quá trình sản xuất và tiêu thụ hơi đốt

PLANT STEAM CONSUMPTION

CONDENSATE TANK

PLANT STEAM SUPPLY PIPING P & ID

HÌNH 2.4 Sơ đồ mạng phân phối hơi đốt

Hơi bão hòa có áp suất 6 bar(g) (Áp suất đồng hồ) từ nồi hơi đi qua van giảm áp (PRV – Pressure Reducing Valve) duy trì ở áp suất 5 barg đưa vào ống góp hơi (Steam Header) Từ ống góp, hơi đốt được đưa tới các hộ sử

dụng của toàn bộ nhà máy theo nhu cầu được trình bày trong Bảng 4.12

Nước ngưng từ ống dẫn hơi, ống góp hơi, các thiết bị sử dụng nhiệt kết cấu hai vỏ của khu vực sản xuất tầng 1, nước ngưng từ bộ trao đổi nhiệt nước nóng của hệ thống HVAC được đưa về bể ngầm số 1 đặt trong khu vực phòng máy (Mechanical Room) Hiện tại, toàn bộ nước ngưng chứa trong bể số 1 chưa tái sử dụng mà thải ra môi trường ngoài Nước ngưng từ đường ống dẫn hơi khu vực tầng 2, tổ môi trường, và các hệ thống sản xuất hơi sạch, nước cất được đưa vào bể chứa số 2 Theo thiết kế bể chứa số 2 được trang bị hệ thống bơm nước ngưng đưa về hệ thống nồi hơi để tái sử dụng Tuy nhiên hiện nay

hệ thống này vẫn chưa được sử dụng và nước ngưng tại bể chứa số 2 được xả

bỏ ra môi trường ngoài gây lãng phí một lượng nhiệt khá lớn

BẢNG 2.5 Các hộ tiêu thụ hơi đốt

Khu vực

sản xuất sử dụng hơi Thiết bị

Thông số thiết kế Hiện trạng sử

dụng hơi công nghiệp

Áp suất (barg)

Lưu lượng (kg/h) Xưởng SX VX

Viêm gan B

- Hệ thống lên men

- Bồn cấy môi trường

3.0 2.5

190

250

Không sử dụng Không sử dụng Phòng VX thực

nghiệm

- Máy đông khô

- Máy rửa nút cao su

1.5 2.5

50

40

Không sử dụng Không sử dụng Phòng kỹ thuật

Tổ môi trường

- HT sản xuất hơi sạch

- HT sản xuất nước cất

5.0 5.0

1000

1200

12/24h 1/24h

2.3.2 Thiết bị sản xuất hơi tinh khiết (Pure Steam Generator)

Thiết bị sản xuất hơi tinh khiết FAC Model FP – 1500 do công ty FineFa của Hàn Quốc chế tạo cung cấp Máy có khả năng sản xuất ra hơi tinh khiết đảm bảo vô trùng, không có vi sinh vật sống (Pyrogen Free), không lẫn các khí không ngưng với độ khô 99,8% đáp ứng các yêu cầu GMPs, phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng trong ngành dược nói chung và sản xuất vắc xin nói riêng (USP – United States Pharmacopoeia) Thiết bị được thiết kế chế tạo tuân thủ các tiêu chuẩn ASME (American Society of Mechanical Engineer) Hơi tinh khiết được sử dụng trong các thiết bị nồi hấp khử trùng (Autoclave), dùng để vệ sinh các hệ thống lên men (CIP Fermenter) và các thiết bị pha chế khác trong quá trình sản xuất vắc-xin

BẢNG 2.6 Thông số kỹ thuật thiết bị sản xuất hơi tinh khiết (PSG)

Thông số kỹ thuật Đơn vị Gía trị định mức

Chất lượng hơi tinh khiết

(Pyrogen free)

Eu/ml

Chất lượng nước cấp *

Deionized Tiêu thụ nước làm mát *

(P = 3 bar(g); t = 20oC)

Nguồn: Theo Catalogue của nhà sản xuất.

Nguyên lý làm việc của thiết bị đƣợc trình bày trên Hình 2.5

Về cơ bản, thiết bị sản xuất hơi tinh khiết đƣợc cấu thành từ 3 bộ phận chính, bao gồm:

+ Cụm sinh hơi (Evaporator)

+ Bộ phân ly (Separator)

+ Hệ thống điều khiển – Kiểm soát (Control system)

HÌNH 2.5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị sinh hơi tinh khiết

Nước cấp được gia nhiệt từ bộ làm mát xả đáy (Blowdown Cooler) đạt nhiệt độ xấp xỉ 90 - 97oC đi vào cụm sinh hơi Tại đây, nước cấp được gia nhiệt bởi hơi đốt, nhiệt độ nước cấp phụ thuộc vào áp suất yêu cầu của hộ tiêu thụ Sau đó nước cấp có nhiệt độ cao đi vào bộ phân ly xảy ra quá trình bốc hơi Nước có trọng lượng lớn hơn chảy xuống dưới tiếp tục được gia nhiệt và bốc hơi Hơi tinh khiết đi qua bộ khử ẩm (Demister) đưa đến các hộ tiêu thụ

Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ kiểm soát độ dẫn điện của nước cấp, điều chỉnh lưu lượng nước cấp và lưu lượng hơi đốt đưa vào thiết bị

BẢNG 2.7 Thông số vận hành thực tế của PSG - Model FP 1500

STT Thông số vận hành Ký hiệu Đơn vị Giá trị đo

- Enthalpy nước cấp: inc = 117 kJ/kg (B2)

- Nhiệt độ hơi tinh khiết: tps = 148 oC (B1)

- Enthalpy hơi tinh khiết: ips = 2744 kJ/kg (B1)

- Nhiệt độ hơi đốt: thđ = 159 oC (B1)

- Enthalpy hơi đốt: i”hđ = 2757 kJ/kg (B1)

- Sản lượng hơi tinh khiết:

Dps = Dnc – Dxả ;kg/h

Trong đó: Dxả = 10% Dnc

Sản lượng hơi tinh khiết: Dps = 90% Dnc = 400 kg/h

- Tổng lượng nhiệt yêu cầu:

; /400.(2744 117).100

1106105 /95

* Các giải pháp TKNL trong hệ thống sản xuất hơi tinh khiết

• Thường xuyên kiểm tra nhằm phát hiện và khắc phục các điểm rò rỉ hơi nước, nước ngưng

• Kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng nước cấp vào thiết bị, đảm bảo đúng chất lượng nước cấp yêu cầu

• Định kỳ kiểm tra cáu cặn và làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị

2.3.3 Thiết bị sản xuất nước cất pha tiêm (WFI Distiller )

Thiết bị sản xuất nước cất pha tiêm được thiết kế và chế tạo bởi công ty FineFa Hàn Quốc Thiết bị có chức năng sản xuất nước cất chất lượng cao, không nhiễm vi sinh vật sống (Pyrogen Free), phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật của nước cất hai lần, tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn GMPs

Nước cất hai lần được sử dụng để pha vắc xin, pha chế các dung dịch làm môi trường và rửa các dụng cụ trong quá trình sản xuất…

Nguyên lý làm việc của thiết bị được trình bày trên hình 2.6

Thiết bị bao gồm các cột chưng cất có các đặc tính kỹ thuật như nhau hoạt động độc lập Cấu trúc mỗi cột bao gồm:

HÌNH 2.6 Sơ đồ nguyên lý thiết bị sản xuất nước cất pha tiêm

1)Các ống gia nhiệt sơ cấp;

2)Buồng bốc hơi;

3)Các ống ngưng tụ;

4)Bộ phân ly hơi dạng xyclon kết hợp màng tách ẩm

Hơi đốt (heating steam) được đưa vào cột đầu tiên của hệ thống, hơi tinh khiết sinh ra bởi cột này đưa vào cột kế tiếp trở thành nguồn cấp nhiệt, tại đây hơi tinh khiết sinh ra có áp suất thấp hơn đưa vào cột tiếp theo Quá trình trao đổi nhiệt giữa hơi tinh khiết và nước cấp trong mỗi cột dẫn đến sự ngưng

tụ của hơi tạo thành nước cất Tại cột cuối cùng chỉ còn lại một lượng hơi tinh khiết chưa ngưng tụ sẽ qua thiết bị ngưng tụ để ngưng tụ hoàn toàn bởi nước làm mát đưa từ ngoài vào

Hệ thống điều khiển sẽ kiểm soát độ tinh khiết của nước cất, khi độ dẫn điện của sản phẩm ra vượt ngưỡng cho phép thì thiết bị sẽ cảnh báo và hệ thống dừng hoạt động Mặt khác hệ thống điều khiển còn điều chỉnh lưu lượng nước cấp và hơi đốt tùy theo giá trị đặt

Độ chênh nhiệt độ giữa các cột có thể xác định theo công thức sau:

1 102[o ]] t col

Ví dụ: Áp suất hơi bão hòa cột đầu tiên P1 = 4,5 barg tương ứng tcol1 = 155 oC

và số cột cất n = 5, thì độ chênh nhiệt độ trung bình giữa các cột sẽ là:

Thực tế khi hệ thống hoạt động, độ chênh nhiệt độ trung bình giữa các cột nằm trong khoảng từ 8,5 ÷ 11oC Nhiệt độ nước cất ra khỏi thiết bị nằm trong khoảng 85 ÷ 97 oC

BẢNG 2.8 Thông số vận hành thiết bị sản xuất nước cất pha tiêm

(WFI Distiller) FAC Model FD – 2000M5

Nguồn: Theo Catalogue của nhà sản xuất.

- Hiện trạng thiết bị sản xuất hơi tinh khiết còn mới, lớp vỏ bảo ôn của thiết bị

có hiệu quả cách nhiệt rất tốt

* Các giải pháp TKNL trong hệ thống sản xuất nước cất pha tiêm

• Thường xuyên kiểm tra nhằm phát hiện và khắc phục các điểm rò rỉ hơi nước, nước ngưng

• Kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng nước cấp vào thiết bị, đảm bảo đúng chất lượng nước cấp yêu cầu cho thiết bị

• Định kỳ kiểm tra cáu cặn và làm sạch bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị

2.3.4 Tính toán tổn thất nhiệt trên đường ống

BẢNG 2.9 Hiện trạng mạng phân phối hơi đốt

Nhiệt độ bên ngoài bảo ôn oC 42 Van chặn DN160 PN10 Cái 4 Được bọc bảo ôn Van giảm áp DN160 PN10 Cái 1 Được bọc bảo ôn

Van xả khí DN15 PN10 Bộ 1

Đường ống dẫn hơi đã được trang bị các bẫy hơi (Steam Trap), van xả khí không ngưng tự động (Air Vent) và tình trạng lớp bảo ôn của đường ống vẫn còn tốt giảm tổn thất nhiệt trên đường dẫn