Nghiên cứu thiết kế - chế tạo silo lọc thô ứng dụng chế tạo thiết bị lọc cặn xăng, dầu theo nguyên lý thủy động lực học

Trong bài báo này, nhóm tác giả trình bày kết quả nghiên cứu về thiết kế - chế tạo silo lọc thô để ứng dụng trong thiết bị lọc cặn xăng dầu theo nguyên lý thủy động lực học. Hệ thống lọc bao gồm ba silo, một silo lọc thô, một silo lọc bán tinh và một silo lọc tinh. Yêu cầu đối với silo lọc bán tinh và silo lọc tinh là đảm bảo sau khi lọc bán tinh giữ lại được các hạt lớn hơn 125µm và sau khi lọc tinh giữ được các loại hạt lớn hơn 80µm. Đối với silo lọc thô, là silo đặt trước máy máy bơm màng sử dụng khí nén để lọc các cặn bẩn thô trước khi chảy qua máy bơm giúp cho máy bơm hoạt động ổn định và bền hơn. Quá trình thiết kế - chế tạo silo lọc thô nhằm đảm bảo lưu lượng lọc 150 lít/phút; khả năng lọc, các cặn còn lại trong xăng, dầu có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 1mm với thời gian lọc liên tục không bị tắc là 1 giờ.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ - CHẾ TẠO SILO LỌC THÔ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO THIẾT BỊ LỌC CẶN XĂNG, DẦU THEO NGUYÊN LÝ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC RESEARCHING, DESIGNING AND MANUFACTURING CRUDE FILTER SILOS FOR MANUFACTURING PETROLEUM AND DIESEL RESIDUE FILTRATION DEVICES BASED ON FLUID DYNAMICS PRINCIPLES Phạm Văn Bổng, Nguyễn Hồng Sơn*, Nguyễn Chí Bảo, Nguyễn Huy Kiên TĨM TẮT Trong báo này, nhóm tác giả trình bày kết nghiên cứu thiết kế - chế tạo silo lọc thô để ứng dụng thiết bị lọc cặn xăng dầu theo nguyên lý thủy động lực học Hệ thống lọc bao gồm ba silo, silo lọc thô, silo lọc bán tinh silo lọc tinh Yêu cầu silo lọc bán tinh silo lọc tinh đảm bảo sau lọc bán tinh giữ lại hạt lớn 125µm sau lọc tinh giữ loại hạt lớn 80µm Đối với silo lọc thô, silo đặt trước máy máy bơm màng sử dụng khí nén để lọc cặn bẩn thô trước chảy qua máy bơm giúp cho máy bơm hoạt động ổn định bền Q trình thiết kế - chế tạo silo lọc thơ nhằm đảm bảo lưu lượng lọc 150 lít/phút; khả lọc, cặn lại xăng, dầu có đường kính  1mm với thời gian lọc liên tục khơng bị tắc Từ khóa: Thiết bị lọc cặn xăng dầu, silo lọc xăng dầu, nguyên lý thủy động lực học ABSTRACT In this article, the authors present the research results of the design and manufacture of raw silo filter for application in petroleum residue filters based on fluid dynamics principles The filtration system consists of three silos: one raw silo filter, one semi-fine silo filter and one fine silo filter The requirements for semi-fine silo filter and fine silo filter are to ensure that after semi-fine process, the silo filter must retain particles greater than 125µm, and after fine process, the silo filter must retain particles larger than 80µm The raw silo filter is placed in front of the diaphragm pump and uses compressed air to filter the raw residue before it flows through the pump, which help the pump operate more stable and durable The purpose of the process of designing - manufacturing raw silo filter is to ensure the filtration flow at 150 liters/minute; the capability of the filter means to retain residues with the diameter of  1mm with the continuous filtration period without being stuck of hour Keywords: Petroleum residue filters, petroleum silo filter, fluid dynamics principles Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: nguyenhongson@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 15/8/2019 Ngày nhận sửa sau phản biện: 08/10/2019 Ngày chấp nhận đăng: 15/10/2019 32 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 54.2019 GIỚI THIỆU Trong thực tế, cặn bẩn xăng dầu tồn bể chứa, hình thành tất giai đoạn, từ chế biến đến vận chuyển, tồn chứa… lắng đọng bể chứa Muốn hạn chế bớt lượng cặn bẩn lẫn xăng dầu bể chứa phải thực làm sau thời gian định Tuy nhiên, trình thau rửa bể chứa xăng dầu thường không thực theo định kỳ công việc tốn kém, độc hại ảnh hưởng đến trình hoạt động trạm xăng Khi xăng, dầu có nhiều cặn bẩn sử dụng làm nhiên liệu có hại lớn cho đơng (máy nổ khơng đều, ga có tượng giật ) Ngồi ra, xăng dầu có chứa nhiều chất bẩn làm hư hại bể chứa, nhiễm mơi trường Chính lý mà nghiên cứu lọc cặn xăng dầu có vai trò quan trọng Khi lọc cặn xăng, dầu, thiết bị thường thực theo ba phương pháp sau: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học phương pháp sinh học [1] Trong phương pháp vật lý sử dụng phổ biến cả, phương pháp lọc cặn sinh học sử dụng tốn suất thấp, phương pháp lọc cặn hoá học sử dụng nhiều phương pháp cho kết lọc có suất thấp, tốn thời gian Kỹ thuật lọc cặn xăng dầu theo phương pháp vật lý áp dụng để lọc cặn xăng dầu với mục đích giảm chi phí cho việc thau rửa bể chứa giảm tác hại việc thau rửa đến người lao động Hiện nay, phương pháp vật lý có số giải pháp lọc cặn xăng dầu đưa theo nguyên lý khác Công ty YNT Petrochemical Machinery Equipment (thiết bị hóa dầu) [2] cung cấp thị trường thiết bị lọc cặn xăng dầu sử dụng phin lọc (hình 1) Sản phẩm họ có mặt nhiều nước giới Tuy nhiên, phương pháp sử dụng phin lọc mà công ty sửa dụng sản phẩm họ phù hợp xăng dầu có độ bẩn không nhiều Mặc khác, phin lọc cần vệ sinh thường xuyên tuổi bền phin lọc không cao Công ty High Purity P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Northwest [3] giới thiệu sản phẩm máy lọc dầu chân khơng Dehydrators (hình 2) Thiết bị có ưu điểm lớn việc khử nước, khử khí loại bỏ nhiễm khuẩn xăng dầu Tuy nhiên, thiết bị có cấu tạo phức tạp, vốn đầu tư lớn, chi phí bảo dưỡng tốn SCIENCE - TECHNOLOGY Tại trạm bán xăng, xăng bán thị trường phải chảy qua lưới lọc cặn bẩn lại  80µm Do vậy, thiết bị lọc cặn xăng dầu có yêu cầu lọc với khả lọc lại hạt cặn bẩn có kích thước  80µm Để đảm bảo u cầu trên, thiết bị lọc thiết kế có silo lọc theo cấp độ khác nhau, có silo lọc thơ lại hai silo lọc bán tinh lọc tinh Trên sở đó, nhóm tác giả xây dựng sơ đồ nguyên lý máy lọc hình Hình Thiết bị lọc cặn xăng dầu sử dụng phin lọc [2] Hình Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc cặn xăng dầu Silo lọc thô đặt trước máy bơm để lọc cặn bẩn thơ có xăng, dầu trước chảy qua máy bơm giúp cho máy bơm chạy bền Xăng, dầu sau lọc thơ lại hạt có đường kính  1mm Sau máy bơm hai silo lọc (lọc bán tinh lọc tinh) Sau trình lọc bán tinh xăng, dầu lại hạt nhỏ 125µm lọc tinh lại loại hạt nhỏ 80µm Máy bơm sử dụng hệ thống máy bơm màng sử dụng khí nén để tạo dòng chảy, đồng thời đảm bảo hạn chế tối đa tượng an tồn cháy nổ q trình hoạt động, đặc biệt môi trường xăng, dầu Trong phạm vi nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung trình bày trình thiết kế - chế tạo silo lọc thơ Hình Thiết bị lọc dầu chân khơng Dehydrators [3] Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày kết ứng dụng nguyên lý thủy động lực học việc thiết kế silo lọc thô thiết bị lọc cặn xăng, dầu Silo lọc thô chế tạo chạy thử nghiệm để kiểm chứng tiêu đặt THIẾT KẾ SILO LỌC CẶN THÔ XĂNG DẦU THEO NGUYÊN LÝ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 2.1 Thiết kế sơ đồ tổng thể Các thơng số đầu vào cho q trình thiết kế hệ thống lọc gồm: - Lưu lượng lọc: 150lít/phút - Khả lọc: lọc hạt  80µm - Thời gian chạy liên tục không bị tắc lọc xăng 2.2 Thiết kế silo lọc thô Từ thông số đầu vào thiết bị lọc, sơ đồ silo lọc thơ minh họa hình Khi xăng, dầu có lẫn cặn bẩn hút vào silo dạng tiếp tuyến với thân (chi tiết 1) xăng, dầu cặt bẩn chuyển động xốy tròn theo hình xoắn ốc chi tiết 2, lực ly tâm tạo ra, hạt cặn có khối lượng lớn bị lực ly tâm đẩy văng va chạm với thành silo, bị động lượng rơi xuống tác động trọng lực, phin lọc thiết kế hình làm cho cặn bẩn khơng bị văng ngồi có kích thước lớn lỗ phin lọc ln có xu rơi xuống mà khơng vào phin lọc để hạn chế tắc phin lọc Đây silo lọc thiết kế theo nguyên lý thủy động lực học [5, 6, 7] kết hợp với phương pháp lọc phin để đảm bảo lọc cặn bẩn theo yêu cầu lại hạn chế việc tắc phin trình lọc No 54.2019 ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 33 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Hình Biểu đồ vận tốc silo lọc Hình Silo lọc thơ 1- Thân; 2- Xoắn ốc; 3- Phin lọc; 4- Nắp; 5- Cửa ra; 6- Cửa vào; 7- Cửa xả cặn Yêu cầu kỹ thuật silo lọc thơ: - Lưu lượng lọc: 150lít/phút - Khả lọc: loại cặn có đường kính  1mm - Thời gian chạy liên tục không bị tắc lọc xăng 2.3 Tính tốn, mơ động lực học dòng chảy silo lọc Xét hạt cặn hút vào silo lọc có vị trí hình 5, hạt cặn có lực tác dụng lên sau: Lực ly tâm (Flt); Trọng lực (P), Lực đẩy áp suất động (Fas) Hình Biểu đồ áp suất silo lọc Lực áp suất động tác động lên hạt cặn xác định theo công thức (1) Fas = Pđ.S (1) Trong đó: Pđ áp suất động; S diện tích hạt cặn Hình Các lực tác dụng lên hạt cặn Như vậy, để lọc hạt cặn theo mong muốn lực ly tâm tạo cho hạt cặn phải lớn lực tác dụng áp suất (áp suất động) tạo nên Để đánh giá lực này, phương pháp mô dòng chảy silo lọc phần mềm Solidwork 2017 [8] với thông số đầu vào lưu lượng 150 lít/phút (lấy lưu lượng theo yêu cầu thiết kế) sử dụng Kết mô tả hình 34 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 54.2019 Từ biểu đồ áp suất (hình 7) ta có áp suất động vị trí hạt cặn: Pđ = 93310,83.10-3 (N/m2) Coi hạt cặn có dạng hình cầu có đường kính 1mm Khi diện tích hạt cặn S = 0,78.10-6 (m2) Vậy lực áp suất hạt cặn là: Fas = 93310,83.10-3 0,78.10-6= 72,7825.10-6 (N) (2) Lực ly tâm tác dụng lên hạt cặn tính sau: Flt = (mv2)/r (3) Trong đó: r bán kính quỹ đạo chuyển động tròn hạt cặn: 0,112m (hình 5); v vận tốc hạt cặn: 4,844m/s (hình 6); m khối lượng hạt cặn (kg) Theo Đinh Thị Ngọ [5], khối lượng riêng loại cặn xăng dầu cho bảng SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Bảng1 Khối lượng riêng hạt cặn [4] Nước Khối lượng riêng  (kg/l) Tạp chất học + Asphanten Nhựa cacboit 0,96-1,2 2,2 0,92 Dầu mỡ 0,89 Parafin 0,8 Bảng cho thấy, khối lượng riêng cặn Parafin bé nên lấy cặn Parafin để tính tốn lực tác dụng lên hạt cặn, lọc cặn Parafin silo lọc cặn lại có khối lượng nặng Vì phin lọc có kích thước lỗ 1mm nên lọc triệt để hạt có kích thước lớn kích thước lỗ Xét hạt cặn Parafin có đường kính 1mm thể tích V= 43R3 = 0,52.10-6 (m3) Do đó, khối lượng hạt cặn Prarafin m = V. = 0,52.10-6 0,8 = 0,419 10-6 (kg) Thay vào (3) ta được: Flt = (0,419 10-6.4,8442)/ 0,112 = 87,78 10-6 (N) (4) Từ (2) (4) ta thấy Fas  Flt, hạt cặn chuyển động với xu hướng dịch chuyển Như vậy, lọc thơ thiết kế có kích thước sau: Đường kính ngồi silo: Ø300mm; Đường kính lớn phin lọc: Ø224mm; Kích thước lỗ lưới phin lọc 1mm; cửa vào cửa ra: Ø25mm; số lượng vòng xoắn: 10 vòng THỬ NGHIỆM KIỂM CHỨNG Hình Thử nghiệm áp suất lưu lượng Hình Phin lọc silo sau thử nghiệm lọc dầu Silo lọc sau theo thiết kế chế tạo thử nghiệm để đánh giá mức độ hiệu thiết bị đảm bảo đạt yêu cầu kỹ thuật đề Trong hình hình ảnh thử nghiệm áp suất lưu lượng silo máy bơm Hình phin lọc silo sau thử nghiệm lọc dầu xăng tập đoàn Petrolimax địa số 23 phố Sài Đồng, phường Phúc Đồng, quận Long Biên, thành phố Hà Nội (Bể dầu ước tính 10 năm chưa thau rửa) với máy bơm sử dụng máy bơm nén khí Series NDP 25BF hãng Yamada Máy bơm có lưu lượng lớn 160 lít/phút Kết thử nghiệm cho thấy: - Thời gian chạy liên tục lọc dầu đến bị tắc - Khả lọc: Loại cặn có kích thước đường kính  1mm - Lưu lượng lọc: 160lít/phút KẾT LUẬN Từ kết đạt nghiên cứu này, nhóm tác giả rút số kết luận sau: - Đã phân tích lựa chọn phương pháp thiết kế silo lọc thô theo nguyên lý thủy động lược học để ứng dụng cho thiết kế thiết bị lọc cặn xăng dầu - Xây dựng sơ đồ tổng thể nguyên lý làm việc thiết bị lọc cặn xăng, dầu Để đảm bảo an toàn cháy nổ lựa chọn máy bơm khí nén - Ứng dụng phần mềm Solidwork 2017 mô vận tốc áp suất dòng chảy nhiên liệu silo - Silo lọc thô sau thiết kế, chế tạo thử nghiệm đánh giá đạt yêu cầu đề ra: Lưu lượng lọc 150lít/phút, xăng dầu sau lọc lại hạt cặn có đường kính  1mm, thời gian lọc dầu (xăng) liên tục không bị tắc lọc > TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Tố Nga, 2002 Xác định thành phần cặn dầu phương pháp tẩy rửa chúng, NXB Giáo dục [2] https://www.inocofiltration.com/filter-separator/oil-filter-systemdiesel-fuel-filter.html [3] https://highpuritynorthwest.com/ [4] Đinh Thị Ngọ, 2001 Hóa học dầu mỏ khí NXB Khoa học kỹ thuật [5] Vũ Duy Quang, Phạm Đức Nhuận, 2009 Giáo trình kỹ thuật thủy khí NXB Khoa học kỹ thuật [6] Blazek J., 2001 Computational fluid dynamics principles and applications Baden-Daettwil - Switzerland [7] Frank M White, 1999 Fluid Mechanics McGraw-Hill, Inc., New York [8] John E Matsson, 2017 Introduction to SOLIDWORKS Flow Simulation Stephen Schroff, USA AUTHORS INFORMATION Pham Van Bong, Nguyen Hong Son, Nguyen Chi Bao, Nguyen Huy Kien Hanoi University of Industry No 54.2019 ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 35 ... phương pháp thiết kế silo lọc thô theo nguyên lý thủy động lược học để ứng dụng cho thiết kế thiết bị lọc cặn xăng dầu - Xây dựng sơ đồ tổng thể nguyên lý làm việc thiết bị lọc cặn xăng, dầu Để đảm... Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày kết ứng dụng nguyên lý thủy động lực học việc thiết kế silo lọc thô thiết bị lọc cặn xăng, dầu Silo lọc thô chế tạo chạy thử nghiệm để kiểm chứng tiêu... đặt THIẾT KẾ SILO LỌC CẶN THÔ XĂNG DẦU THEO NGUYÊN LÝ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 2.1 Thiết kế sơ đồ tổng thể Các thơng số đầu vào cho q trình thiết kế hệ thống lọc gồm: - Lưu lượng lọc: 150lít/phút - Khả