Bơm tăng áp đa tầng cánh inox 304/316 cho nước nóng trên 100 °C

• Với nước >100 °C, hệ thống phải làm việc trong điều kiện kín/có áp để tránh sôi (flash).
• Ưu tiên bơm đa tầng cánh với vật liệu ướt bằng thép không gỉ và phớt cơ khí chịu nhiệt (mặt SiC/SiC; elastomer FKM/Viton).
• VFD (biến tần) + bình tích áp giúp giữ áp theo setpoint, giảm búa nước và giảm ồn.
• Tính đúng NPSH và tránh cavitation khi nhiệt độ cao; cân nhắc đường hồi phớt (seal flush) nếu cần.
• Ứng dụng tiêu biểu: HVAC/heat loop, trao đổi nhiệt, CIP/SIP, cấp nước nóng kỹ thuật.
• Ví dụ dòng bơm: máy bơm nước Pentax, đặc biệt máy bơm Pentax ULTRA S phiên bản chịu nhiệt; cùng các dòng chịu nhiệt của Wilo, Ebara, Lowara…

Phạm vi & kịch bản sử dụng

Nhiệt độ chất bơm vượt 100 °C đặt ra các yêu cầu thiết kế khác biệt so với booster nước lạnh hoặc nước ấm (<90 °C):

• Hệ kín/có áp: Khi nhiệt độ tăng, áp suất bão hòa của nước cũng tăng. Để tránh sôi cục bộ trong đường ống, hệ thống cần vận hành ở áp suất làm việc đủ cao và ổn định.
• Ứng dụng phổ biến:
  • HVAC/Heat loop: tuần hoàn nước nóng 105–115 °C qua các bộ trao đổi nhiệt (HX) hoặc coil gia nhiệt.
  • Boiler auxiliary/Feed phụ trợ: cấp cho nồi hơi mức nhiệt >100 °C nhưng áp thấp/ trung bình ở vòng phụ.
  • CIP/SIP (thực phẩm – đồ uống – dược): cấp rửa/khử trùng cần nước nóng ổn định.
  • Rửa công nghiệp & vệ sinh khuôn/dây chuyền: áp đều, không rung giật.
• Môi chất: nước sạch, nước pha glycol (ethylene/propylene), nước RO nóng; kiểm soát độ dẫn điện & ăn mòn.
• Chế độ tải: chạy liên tục (24/7) hoặc gián đoạn; cấu hình duty/assist/standby để bảo đảm sẵn sàng & tuổi thọ.

Những kịch bản trên hưởng lợi rõ rệt khi dùng bơm đa tầng cánh kết hợp điều khiển VFD và bình tích áp đúng cỡ.

Vì sao bơm đa tầng cánh phù hợp với >100 °C?

Đa tầng cánh (multistage) là kiến trúc bơm ghép nhiều bánh công tác nối tiếp để:

• Tạo cột áp cao ở lưu lượng vừa/nhỏ mà vẫn hiệu suất tốt (wire-to-water).
• Đường đặc tính dốc và ổn định: khi tích hợp VFD + PID theo áp, việc bám setpoint mịn hơn, hạn chế dao động áp.
• Kích thước gọn so với bơm trục ngang một tầng tương đương áp; thuận tiện đóng gói trong tủ booster.
• So với trục đứng đa tầng (vertical multistage), bản trục ngang đa tầng có lợi ở dễ bảo trì, nhưng chiếm dài hơn; lựa chọn tùy không gian và thói quen vận hành.

Khi nước >100 °C, yêu cầu áp làm việc đủ cao để giữ pha lỏng. Tính chất vận hành “êm – giữ áp – hiệu suất” của đa tầng cánh là lợi thế rõ rệt.

Vật liệu ướt & cụm phớt cho nước nóng

Vật liệu ướt

• Thép không gỉ cho thân bơm, cánh, vỏ buồng cánh, nắp hút/đẩy, trục phía bơm: tăng chống ăn mòn, sạch, bền ở nhiệt cao.
• Các chi tiết tiếp xúc (vòng đệm, gioăng): chọn vật liệu chịu nhiệt/hoá chất tương thích (PTFE, FKM…)

Cụm phớt cơ khí (mechanical seal)

• Mặt ma sát: ưu tiên SiC/SiC cho nhiệt và mài mòn; Carbon/SiC có thể dùng ở dải nhiệt thấp hơn nếu nước sạch.
• Elastomer: FKM/Viton thay vì EPDM khi >100 °C hoặc có glycol nồng độ cao.
• Lò xo cân bằng/bù nhiệt: giúp tải mặt phớt ổn định khi giãn nở nhiệt.

Bảng 1 – Vật liệu/phớt khuyến nghị theo dải nhiệt & môi trường

Dải nhiệt (°C)	Môi chất chính	Elastomer	Mặt phớt	Ghi chú
90–105	Nước sạch/RO	EPDM/FKM	Carbon/SiC	Có thể dùng EPDM nếu không có glycol; kiểm soát NPSH
105–115	Nước sạch/glycol ≤30%	FKM	SiC/SiC	Ưu tiên SiC/SiC để tăng MTBF; cân nhắc seal flush
115–120	Nước + glycol 30–40%	FKM	SiC/SiC	Bắt buộc hệ kín tốt; đặt setpoint áp đủ cao
>120 (tham khảo)	Quy trình đặc thù	FFKM/PTFE	SiC/SiC	Cần thẩm định theo datasheet/tiêu chuẩn an toàn riêng

Lưu ý: Bảng định hướng; khi chốt model phải đối chiếu datasheet của từng hãng.

Nhiệt độ >100 °C & áp suất bão hòa: thiết kế hệ kín giữ “pha lỏng”

Áp suất bão hòa (mang tính định hướng)

Ở 100 °C, nước sôi tại ≈1,01 bar tuyệt đối (atm). Khi tăng nhiệt độ, áp suất bão hòa tăng; ví dụ:

• 110 °C → ~1,4–1,5 bar abs
• 120 °C → ~2,0 bar abs
• 130 °C → ~2,7 bar abs

Muốn nước không sôi trong ống, áp suất tuyệt đối tại điểm thấp áp (thường là họng hút bơm/điểm cao) phải vượt áp suất bão hòa + biên an toàn. Trong thực tế, ta đặt setpoint áp ở đường đẩy và chọn bình tích áp/bình giãn nở phù hợp để duy trì áp tối thiểu toàn hệ.

Cấu phần tối thiểu của một booster nước nóng kín

• Bơm đa tầng cánh + VFD (biến tần) + cảm biến áp (transducer 4–20 mA).
• Bình tích áp/giãn nở: hấp thụ giãn nở nhiệt, giảm dao động áp, giảm on/off.
• Van an toàn (relief), van một chiều, van xả khí tự động ở đỉnh cao.
• Đồng hồ áp – nhiệt tại các điểm chốt (hút, đẩy, trước/sau HX).
• Bypass cho bảo trì; lọc Y để bảo vệ phớt và cánh.

Sơ đồ 1 – Booster nước nóng kín (minh họa ASCII)

[ Thùng chứa/Heat Loop ] → (Lọc Y) → [Bơm đa tầng + VFD] →───┬──→ [HX/Thiết bị sử dụng]
│
├─→ [Cảm biến áp] (phản hồi về VFD/PID)
│
├─→ [Bình tích áp/giãn nở]
│
└─→ [Van an toàn]──→ [Xả về an toàn]


Đường cao điểm: [Van xả khí tự động]
Bypass bảo trì: song song với cụm bơm (van tay + check)

Đặt setpoint áp & biên an toàn

• Xác định nhiệt độ cao nhất dự kiến (ví dụ 115 °C).
• Tra áp suất bão hòa tương ứng (xấp xỉ ~1,7 bar abs tại 115 °C – giá trị tham khảo).
• Tính áp tối thiểu tại điểm “nhạy sôi” (thường ở hút/đỉnh). Thêm biên an toàn 0,2–0,5 bar.
• Chọn setpoint áp đẩy cao hơn để đảm bảo mọi điểm trong mạch có áp > áp bão hòa + biên; thêm dự phòng cho tổn thất đường ống.

Tính nhanh: lưu lượng – cột áp – NPSH

Lưu lượng (Q) theo phụ tải nhiệt

Giả định cần chuyển tải nhiệt P_th (kW) qua HX với chênh nhiệt ΔT (°C). Khi coi c_p ≈ 4,19 kJ/kg·K và ρ ≈ 0,98–1,0 kg/L ở khoảng 90–110 °C, có thể ước tính:

• Lưu lượng khối (kg/s): m = (P_th / (c_p*ΔT))
• Lưu lượng thể tích (L/s): Q = m / p

Cột áp yêu cầu (H)

• H_total = H_tổn thất ống + H_thiết bị + H_dự phòng.
• Với booster nước nóng kín, không cần nâng cao độ tĩnh (nếu mạch kín cùng cốt) nhưng phải tính tổn thất qua HX, van, co, lọc, lưu lượng kế…

NPSH – tránh cavitation

• NPSH_available (NPSHa) phụ thuộc áp tại bề mặt nguồn, chiều cao hút, tổn thất đầu hút, nhiệt độ (ảnh hưởng áp bão hòa).
• NPSH_required (NPSHr) do nhà sản xuất bơm cung cấp theo Q.
• Yêu cầu: NPSHa > NPSHr + biên an toàn (thường ≥0,5–1,0 m cột nước).
• Mẹo tăng NPSHa: hút ngập, ống hút ngắn – thẳng – đường kính đủ lớn, giảm tổn thất phụ kiện; hoặc tăng áp đậy bề mặt nguồn.

Bảng 2 – Mẫu tính nhanh (Q–H–NPSH)

Hạng mục	Ký hiệu	Công thức/giá trị mẫu
Công suất nhiệt	P_th	300 kW
Chênh nhiệt	ΔT	10 °C
Nhiệt dung riêng	c_p	4,19 kJ/kg·K
Khối lượng riêng	ρ	0,99 kg/L (ước tính)
Lưu lượng khối	ṁ	P_th/(c_p·ΔT) = 7,16 kg/s
Lưu lượng thể tích	Q	ṁ/ρ ≈ 7,23 L/s ≈ 434 L/min
Tổn thất đường ống + thiết bị	H_loss	22 m (ví dụ)
Dự phòng/điều khiển	H_res	3 m
Cột áp yêu cầu	H_total	≈ 25 m
NPSH yêu cầu của bơm	NPSHr	2,0 m @ Q (ví dụ)
NPSH khả dụng	NPSHa	3,0–3,5 m (hút ngập)
Điều kiện NPSH	—	NPSHa > NPSHr (đạt)

Bảng mang tính minh họa để “quy mô hóa” bài toán; khi triển khai cần tra tổn thất chính xác theo tuyến ống thực.

Điều khiển & giảm búa nước

• VFD + PID theo áp: đặt setpoint theo yêu cầu nhiệt/vận hành, có ramp up/down để tránh sốc áp.
• Bình tích áp: hấp thụ dao động áp do thay đổi lưu lượng hoặc bơm on/off; giảm số chu kỳ đóng/ngắt.
• Van & ống giảm chấn: dùng snubber, “ống đệm” trước đồng hồ áp; bố trí check-valve xa bơm một khoảng hợp lý để tránh phản xung trực diện.
• Chiến lược nhiều bơm: duty/assist/standby; luân phiên (lead/lag) để cân bằng giờ chạy; kích hoạt bơm thứ hai khi vượt %Q设.

Lựa chọn bơm theo phân lớp ứng dụng & ví dụ dòng sản phẩm

Dưới đây là phân nhóm gợi ý để chọn dòng bơm; khi quyết định cần đối chiếu catalogue chính hãng theo nhiệt độ, áp, NPSH.

• Nhóm A – HVAC/Heat loop 105–115 °C
  • Ưu tiên bơm đa tầng cánh inox, phớt FKM + SiC/SiC, tích hợp VFD, bình tích áp.
    Ví dụ dòng: máy bơm Pentax ULTRA S (phiên bản chịu nhiệt); Wilo (các phiên bản chịu nhiệt), Ebara, Lowara cho heat loop.
• Nhóm B – Boiler auxiliary 110–120 °C
  • Cần NPSH thấp, có thể bổ sung đường seal flush để làm mát/làm sạch mặt phớt; kiểm soát áp nghiêm ngặt.
• Nhóm C – CIP/SIP – Thực phẩm/Đồ uống/Dược
  • Chú trọng vật liệu inox & vệ sinh, các góc chết tối thiểu; lưu lượng trung bình, áp ổn định; bề mặt phớt phù hợp nước nóng sạch.

Trong nhiều tình huống, máy bơm nước Pentax thuộc họ đa tầng cánh chịu nhiệt là lựa chọn phổ biến nhờ độ sẵn sàng và phụ tùng dễ kiếm; tuy nhiên các hãng khác như Wilo, Ebara, Lowara cũng cung cấp tùy chọn tương đương cho dải nhiệt/áp mục tiêu.

So sánh cấu hình bơm trục ngang đa tầng vs trục đứng đa tầng

Tiêu chí	Trục ngang đa tầng	Trục đứng đa tầng
Footprint	Dài hơn, thấp hơn	Rất gọn theo chiều đứng
Bảo trì	Thuận tiện tháo lắp	Có thể cần thao tác theo trục đứng
Cột áp đạt được	Cao – theo số tầng	Rất cao với số tầng lớn
Rung ồn	Ổn định nếu căn chỉnh tốt	Cứng vững tốt theo phương đứng
NPSH	Hút ngập thuận lợi	Tùy cấu hình đầu hút
Ứng dụng	Booster nóng, HVAC, CIP	Booster nóng, RO cao áp, quá trình

Lắp đặt đúng chuẩn cho nước nóng

• Đầu hút ngập: đặt bơm thấp hơn mực nước để tăng NPSHa; hạn chế co, van, đoạn cong sát mặt bích hút.
• Lọc Y & van: lắp Lọc Y trước bơm; check-valve ở đường đẩy cách bơm một khoảng; có bypass bảo trì.
• Xả khí: bố trí điểm xả khí tự động tại đỉnh cao hệ; khí mắc kẹt làm sụt NPSH và tăng rung/ồn.
• Bảo ôn & an toàn: bọc cách nhiệt đường ống/nút chạm; cảnh báo bỏng; van an toàn bắt buộc ở điểm áp cao.
• Giãn nở nhiệt & neo đỡ: thiết kế gối đỡ, khớp giãn nở, ống trượt; tránh tải nhiệt truyền vào vỏ bơm.
• Căn trục – chống rung: cân chỉnh chân đế, chèn cao su/đệm phù hợp; đo rung sau chạy thử.
• Điện – điều khiển: cáp chịu nhiệt, tiêu chuẩn chống ẩm; tủ VFD có thông gió; lập trình ramp – cảnh báo – interlock.

Checklist lắp đặt & chạy thử (rút gọn)

• Bơm được mồi đầy trước khi chạy.
• Đầu hút ngập & sạch; Lọc Y đã vệ sinh.
• Bẫy khí & van xả khí hoạt động.
• Bình tích áp nạp áp trước (precharge) đúng theo setpoint.
• VFD cài ramp lên/xuống, giới hạn tần số, bảo vệ quá nhiệt/quá dòng.
• Nhiệt độ – áp tại các điểm đo nằm trong dải dự kiến.
• Kiểm tra rò rỉ tại mặt bích & cụm phớt sau 2–4 giờ chạy thử.
• Lập biên bản Q–H–P–f, rung ồn, nhiệt vỏ, dòng motor, để làm baseline O&M.

Vận hành & bảo trì (O&M)

• Theo dõi phớt: nhiệt độ vùng phớt, rò rỉ giọt/giậm, độ ồn; nếu có seal flush, kiểm tra lưu lượng/áp flush.
• Vòng bi: bôi trơn theo chu kỳ; rung biên độ/bất thường (FFT nếu có).
• Điện – VFD: log tần số làm việc, phần trăm tải, nhiệt độ tủ; làm sạch lọc gió tủ VFD định kỳ.
• Nước/glycol: kiểm tra nồng độ glycol, độ dẫn điện, pH; thay/điều chỉnh theo mùa.
• Bảo trì theo giờ chạy: 1.000–2.000 giờ xem xét phớt/vòng bi; 4.000–8.000 giờ trung tu (tùy điều kiện).

Hiệu suất & chi phí vòng đời (LCC)

Hiệu suất tổng thể (wire-to-water) chịu ảnh hưởng bởi hiệu suất thủy lực của bơm + hiệu suất motor + tổn thất VFD + chế độ vận hành. Với booster nước nóng, lợi ích lớn đến từ điều khiển theo nhu cầu:

• Tiết kiệm điện khi lưu lượng biến thiên; hoạt động ở vùng hiệu suất cao.
• Giảm sốc áp → bền phớt & vòng bi → giảm chi phí bảo trì.
• Giảm downtime nhờ vận hành mượt, chiến lược N+1.

Bảng 3 – Mẫu tính ROI/TCO 5 bước

Bước	Hạng mục	Hiện trạng (On/Off)	Giải pháp (VFD + bình tích áp)
1	Điện năng/năm	100%	80–88% (tiết kiệm 12–20%)
2	Chi phí phớt/vòng bi	100%	70–85% (giảm mài mòn do sốc áp)
3	Downtime/năm	100%	70–90% (ít sự cố)
4	Tuổi thọ hệ	—	+15–30% (ước tính)
5	Thời gian hoàn vốn	—	12–24 tháng (phụ thuộc giờ chạy & giá điện)

Dãy số phần trăm mang tính định hướng để xây mô hình LCC; cập nhật bằng số liệu đo thực tế (logger, BMS, đồng hồ điện).

Các lỗi thường gặp & cách tránh

• Cavitation: NPSHa thấp hơn NPSHr khi nhiệt cao → hút ngập, tăng đường kính ống hút, giảm phụ kiện, tăng áp bề mặt.
• Cháy phớt: chạy khô, xả khí kém, phớt/elastomer không phù hợp nhiệt/glycol → chọn FKM + SiC/SiC, thêm seal flush.
• Búa nước & dao động áp: không có bình tích áp, setpoint PID chưa tối ưu, check-valve đóng quá nhanh → thêm bình tích áp, chỉnh PID, dùng check chống sốc.
• Rung ồn: sai căn trục, gối đỡ ống kém, cặn bẩn va đập → căn chỉnh lại, bổ sung gối, vệ sinh Lọc Y.
• Ăn mòn ứng suất: nước khoáng hóa chứa chloride cao → đánh giá 316L/duplex hoặc phủ/điều chỉnh hóa chất xử lý nước.

Case study ngắn

(1) Khách sạn – Heat loop 110 °C)

• Bài toán: dao động áp gây ồn & rung. Giải pháp: thay booster cũ bằng bơm đa tầng cánh chịu nhiệt + VFD + bình tích áp, cài ramp 5 s, PID mượt. Kết quả: giảm ồn 35–40%, dao động áp ±0,1 bar.

(2) Nhà máy thực phẩm – CIP 115 °C)

• Bài toán: phớt hỏng sau 3–4 tháng. Giải pháp: chuyển EPDM → FKM, Carbon/SiC → SiC/SiC, thêm seal flush. Kết quả: MTBF phớt tăng gấp đôi, rò giọt giảm rõ.

(3) Cao ốc văn phòng – Booster nước nóng 105–110 °C)

• Bài toán: sốc áp khi bơm on/off theo tải. Giải pháp: VFD + lead/lag và bình tích áp; tối ưu vị trí check-valve. Kết quả: số chu kỳ on/off giảm >60%, tiết kiệm điện ~12–18% (theo đồng hồ điện tòa).

FAQ

• Hỏi: Bơm đa tầng cánh có dùng >120 °C được không?
  • Đáp: Có thể, nhưng cần đối chiếu datasheet từng hãng (vật liệu, phớt, áp làm việc). Nhiều ứng dụng >120 °C chuyển sang giải pháp đặc thù hoặc bơm cấp nồi hơi chuyên dụng.
• Hỏi: Khi nào bắt buộc dùng FKM/Viton thay EPDM?
  • Đáp: Khi nhiệt >100 °C hoặc có glycol nồng độ đáng kể; FKM ổn định hơn ở nhiệt cao và dung môi.
• Hỏi: Dùng VFD rồi có cần bình tích áp không?
  • Đáp: Có. Bình tích áp hấp thụ dao động, giảm sốc áp và số lần bơm khởi động, kéo dài tuổi thọ phớt/vòng bi.
• Hỏi: “máy bơm Pentax ULTRA S” khác gì bản thường?
  • Đáp: ULTRA S là họ đa tầng cánh với cấu hình inox và mức cột áp/lưu lượng phù hợp booster; cần chọn phiên bản chịu nhiệt (vật liệu/phớt/áp) theo nhiệt mục tiêu.
• Hỏi: Có cần seal flush cho nước nóng sạch?
  • Đáp: Nếu nhiệt cao/áp lớn/chu kỳ nặng, nên có để làm mát và rửa mặt phớt, tăng MTBF.