Chọn bơm cho nồi hơi và hệ gia nhiệt cần lưu ý gì?

Trong cùng một phòng lò, bơm cấp nước, bơm hồi nước ngưng và bơm tuần hoàn nước nóng thực hiện những nhiệm vụ khác nhau. Dùng chung một cách chọn cho cả ba vị trí dễ dẫn đến mua sai thiết bị, điều khiển mức không ổn định và phải thay phớt hoặc cánh bơm sớm.

Bài viết dưới đây đi từ xác định nhiệm vụ đến tính toán và kiểm tra vận hành. Các số liệu trong ví dụ là giả định có nêu điều kiện; hồ sơ chọn bơm cuối cùng cần khớp với thiết kế của nhà chế tạo nồi hơi, hệ gia nhiệt và cấu hình thiết bị được cung cấp.

1. Trước hết, bơm đang làm nhiệm vụ gì trong phòng lò?

Bơm cấp nước nồi hơi thường cần chênh áp đáng kể dù lưu lượng không lớn. Bơm tuần hoàn gia nhiệt có thể cần lưu lượng lớn hơn nhưng chủ yếu thắng tổn thất của vòng tuần hoàn. Bơm hồi nước ngưng lại có thể gặp điều kiện hút khó hơn cả hai, vì chất lỏng nóng dễ hóa hơi khi áp suất giảm.

Khi tham khảo máy bơm nước Pentax, nên mô tả vị trí này ngay trong yêu cầu chào hàng. Cụm từ “bơm cho lò” chưa đủ để xác định dòng sản phẩm hoặc vật liệu cần dùng.

2. Những dữ liệu phải có trước khi chọn model

Đối với nồi hơi, cần biết sản lượng hơi theo kg/h hoặc tấn/h, dải tải, áp suất vận hành, các điều kiện áp suất mà hệ cấp nước phải đáp ứng theo hồ sơ lò, phương pháp điều khiển mức và lượng xả đáy. Bổ sung sơ đồ từ bồn cấp đến lò, gồm bộ hâm nước, van điều khiển, van một chiều và cao độ.

Ở đầu hút, cần nhiệt độ nước bình thường và lớn nhất, áp suất trên mặt nước, mức nước thấp nhất, vị trí bơm, đường kính và chiều dài ống hút. Với bồn kín, không chỉ lấy áp suất danh nghĩa; phải xét cả giai đoạn khởi động, thay đổi tải và khả năng áp suất nguồn giảm.

Đối với hệ gia nhiệt, cần công suất nhiệt, nhiệt độ cấp–hồi, loại chất tải nhiệt, nồng độ phụ gia, trở lực thiết bị và yêu cầu lưu lượng tối thiểu của nguồn nhiệt. Thông tin môi trường phòng máy, nguồn điện, số giờ hoạt động và thời gian gián đoạn cho phép giúp hoàn thiện lựa chọn động cơ và dự phòng.

Nếu chỉ có một ảnh tem bơm cũ, có thể nhận diện thiết bị nhưng chưa đủ kết luận model thay thế. Bơm cũ có thể đã được chọn dư, cắt cánh, thay phớt hoặc vận hành trong một hệ đã cải tạo.

3. Tính lưu lượng cấp nồi hơi bằng cân bằng khối lượng

Ở trạng thái ổn định, nếu bỏ qua các dòng nhỏ khác, lượng nước vào lò bằng lượng hơi ra cộng lượng nước xả. Cần thống nhất tỷ lệ xả đáy được tính theo nước cấp hay theo sản lượng hơi, vì hai cách định nghĩa dẫn đến công thức khác nhau.

F = S + B

F: lưu lượng khối lượng nước cấp vào lò, kg/h
S: sản lượng hơi, kg/h
B: lượng nước xả khỏi lò, kg/h

Nếu b = B/F: F = S / (1 - b)
Nếu b = B/S: F = S × (1 + b)

Q_cap = F / rho
Q_cap: m³/h; rho: khối lượng riêng nước tại đầu bơm, kg/m³

Ví dụ, lò tạo 2.000 kg hơi mỗi giờ; giả sử lượng xả bằng 5% nước cấp. Khi đó F = 2.000/0,95 ≈ 2.105 kg/h. Nếu nước vào bơm ở 90°C, dùng khối lượng riêng gần đúng 965,3 kg/m³, lưu lượng thể tích tương ứng khoảng 2,18 m³/h.

Không lấy 2 tấn hơi mỗi giờ rồi quy thành 2 m³/h nước nóng mà bỏ qua khối lượng riêng và lượng xả. Sự khác biệt có thể nhỏ trong một ví dụ, nhưng cách làm này dễ kéo theo sai số lớn hơn khi nhiệt độ, chế độ điều khiển và các dòng hồi thay đổi.

Thu hồi nước ngưng làm giảm lượng nước mới cần bổ sung, không làm giảm lượng nước mà bơm cấp phải đưa vào lò ở cùng sản lượng hơi. Chẳng hạn, với F ≈ 2.105 kg/h và 1.400 kg/h nước ngưng thực sự quay lại bồn, nước bổ sung còn khoảng 705 kg/h nếu bỏ qua tổn thất khác. Bơm cấp vẫn phục vụ tổng F.

4. Tách lưu lượng vào lò khỏi lưu lượng qua bơm

Hai đại lượng này có thể khác nhau khi hệ có đường hồi bảo vệ lưu lượng tối thiểu. Đồng hồ đặt trước điểm tách nhánh sẽ đo tổng lưu lượng qua bơm; đồng hồ đặt sau nhánh hồi mới phản ánh lượng đi vào tuyến cấp lò.

Q_bom = Q_vao_lo + Q_hoi_bao_ve

Ví dụ giả định tại một chế độ:
Q_vao_lo = 2,18 m³/h
Q_hoi_bao_ve = 0,45 m³/h
Q_bom = 2,63 m³/h

Lượng hồi 0,45 m³/h trên đây chỉ là giả định tính toán, không phải tỷ lệ khuyến nghị. Nếu dùng van hồi tự động, lượng hồi có thể thay đổi theo lưu lượng đi vào lò; khi tải lớn, nhánh hồi có thể đóng hoặc giảm theo thiết kế. Phải kiểm tra từng chế độ, tránh cộng lưu lượng hồi cực đại vào mọi điểm làm việc.

Với điều khiển đóng–ngắt, lưu lượng khi bơm chạy còn phải đáp ứng tốc độ phục hồi mức nước được thiết kế. Với điều khiển liên tục, cần xem dải điều chỉnh và lưu lượng nhỏ nhất. Không tự động nhân cùng một hệ số dự phòng cho mọi loại lò; các điều kiện năng lực cấp nước phải được lấy từ hồ sơ thiết kế và yêu cầu áp dụng cho thiết bị.

5. Cột áp cấp nồi hơi phải thắng những thành phần nào?

Xét từ mặt nước bồn nguồn đến vị trí nhận nước của lò, cột áp bơm phải bù chênh áp, chênh cao, tổn thất và chênh động năng nếu đáng kể. Có thể viết:

H_bom = (p_nhan - p_nguon)/(rho × g)
        + (z_nhan - z_nguon)
        + (v_nhan² - v_nguon²)/(2 × g)
        + h_ong + h_phu_kien + h_thiet_bi + h_van

p: Pa, dùng cùng hệ quy chiếu tại nguồn và nơi nhận
z và h: m chất lỏng
v: m/s; g ≈ 9,81 m/s²

Thành phần h_thiet_bi có thể gồm bộ hâm nước economizer và các thiết bị thực sự nằm trên tuyến. h_van phải xét chênh áp cần cho điều khiển ở chế độ tương ứng. Không cộng lặp một trở lực đã nằm trong thông số tổng của cụm thiết bị.

Áp suất làm việc thông thường của lò chưa chắc là điều kiện duy nhất để kiểm tra bơm. Nhà thiết kế phải xác định yêu cầu cấp nước tại các trạng thái áp suất và năng lực quy định cho lò. Bài toán thủy lực sơ bộ không tự thay thế các kiểm tra đó.

Cũng cần xét lúc áp suất lò còn thấp: cùng tốc độ quay, bơm có thể chạy về phía lưu lượng lớn, làm tăng công suất hấp thụ hoặc NPSH yêu cầu. Một bơm đáp ứng điểm tải danh nghĩa vẫn có thể bất lợi khi nạp ban đầu nếu không có điều khiển phù hợp.

6. Ví dụ sơ bộ: lò 2 tấn/h, áp suất vận hành 10 bar(g)

Tiếp tục ví dụ nước cấp 90°C, nguồn là bồn thông khí ra khí quyển. Giả sử áp suất tại nơi nhận cần đạt 10 bar(g), chênh cao từ mặt nước nguồn đến điểm nhận là 3 m. Các trở lực đã tính tại đúng lưu lượng của từng đoạn được giả định như bảng dưới đây; bỏ qua chênh động năng.

Nếu ở chế độ này nhánh hồi bảo vệ chạy 0,45 m³/h, điểm bơm đang xét xấp xỉ Q = 2,63 m³/h và H = 138,6 m. Phải tính tổn thất đường hút theo tổng lượng qua bơm; đoạn sau nhánh tách được tính theo lưu lượng thực tế đi qua đoạn đó.

Đây chưa phải kết quả chọn thiết bị cuối cùng. Còn cần kiểm tra năng lực cấp ở các trạng thái yêu cầu khác, đường đặc tính, NPSH, vùng vận hành, mức chịu áp và vật liệu. Ví dụ cũng cho thấy không thể lấy “10 bar” rồi chọn bơm có cột áp tối đa xấp xỉ 100 m: tại lưu lượng hữu ích, cột áp bơm thường thấp hơn cột áp khóa, đồng thời tuyến vẫn có tổn thất.

7. Phân biệt nhiệt độ nước bơm với nhiệt độ hơi trong lò

Bơm cấp thường nhận nước từ bồn cấp hoặc bình khử khí. Vì vậy, nhiệt độ dùng để chọn cấu hình phải là nhiệt độ thực tế mà bơm tiếp xúc tại vị trí đó, gồm cả các tình huống bất thường được thiết kế xét đến. Không dùng ngay nhiệt độ hơi trên đồng hồ lò làm nhiệt độ hút của bơm.

Ngược lại, cũng không chỉ lấy một lần đo lúc hệ chưa nóng. Nước ngưng hồi, đường tuần hoàn bảo vệ, chế độ chờ và sự cố van một chiều có thể làm điều kiện tại bơm khác trạng thái chạy bình thường. Cần có nhiệt độ tối thiểu, bình thường, lớn nhất và tốc độ thay đổi nhiệt dự kiến.

Tài liệu đào tạo hệ nồi hơi của Grundfos nhấn mạnh việc chọn theo điều kiện nước từ nguồn cấp và mô tả các cấu hình chuyên dụng cho nhiệt độ hoặc điều kiện hút khó. Một giới hạn nhiệt độ ghi chung trên catalogue không đủ xác nhận mọi tổ hợp phớt, gioăng và áp suất.

Với thân bơm, mặt bích và phụ kiện, phải kiểm tra giới hạn áp suất tại nhiệt độ tương ứng. Áp suất ở cửa đẩy phụ thuộc cả áp suất hút lẫn phần tăng áp của bơm; “chịu áp 10 bar” không đồng nghĩa “tạo chênh áp 10 bar” trong mọi điều kiện.

8. NPSH thường là điểm quyết định độ bền của bơm nước nóng

Khi áp suất tại vùng hút trong bơm hạ đủ thấp, nước có thể hóa hơi cục bộ. Các bọt hơi đi vào vùng áp cao hơn rồi sụp đổ, gây tiếng ồn, rung và hư hỏng. Nước càng gần nhiệt độ bão hòa tại áp suất hiện có thì phần dự phòng chống hóa hơi càng ít.

Đối với nguồn là bồn có mặt thoáng, bỏ qua vận tốc tại mặt thoáng, có thể tính:

NPSHa = (p_mat_thoang_abs - p_hoi)/(rho × g)
        + (z_mat_nuoc - z_moc_bom) - h_hut

NPSHa: cột áp hút dương thuần khả dụng, m chất lỏng
p_mat_thoang_abs: áp suất tuyệt đối trên mặt nước, Pa
p_hoi: áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ chất lỏng, Pa
h_hut: tổn thất từ mặt nước đến đầu hút, m
z_moc_bom: mốc tham chiếu NPSH theo tài liệu bơm

Áp suất trong công thức phải là áp suất tuyệt đối. Nếu dùng đồng hồ áp suất dư, cần quy đổi theo áp suất khí quyển tại vị trí lắp đặt. Độ cao địa lý, mức nước nguồn thấp và tổn thất qua lọc bẩn đều có thể làm kết quả xấu đi.

NPSHr hoặc NPSH3 trong đường đặc tính không phải một giá trị cố định cho mọi lưu lượng. Cần lấy đúng tốc độ và điểm vận hành, đồng thời có phần dự phòng được nhà sản xuất hoặc thiết kế xác định. Theo định nghĩa của Hydraulic Institute, NPSH3 gắn với mức giảm 3% cột áp của tầng đầu do xâm thực. NPSHr do nhà sản xuất công bố cần được đọc theo tiêu chí kèm theo; không mặc định hai ký hiệu luôn đồng nhất hoặc là ranh giới hoàn toàn không có xâm thực.

9. Ví dụ: tăng từ 90°C lên 95°C làm giảm NPSHa ra sao?

Giả sử bồn hở có áp suất khí quyển 101,3 kPa tuyệt đối, mức nước thấp nhất cao hơn mốc bơm 1,5 m và tổn thất đường hút 0,7 m ở lưu lượng đang xét. Dùng các giá trị gần đúng từ bảng nước–hơi bão hòa của NIST:

Chỉ tăng 5°C, NPSHa trong ví dụ giảm khoảng 1,52 m. Nếu một phương án bơm cần NPSH cùng phần dự phòng lớn hơn 2,57 m tại chế độ đó, hệ không đáp ứng dù nhiệt độ 95°C vẫn nằm dưới giới hạn chịu nhiệt của bơm.

Đây là lý do không thể chữa tiếng kêu của bơm nước nóng chỉ bằng cách đổi sang model có thân chịu nhiệt cao hơn. Có thể cần tăng mức nước hữu ích, thay đổi cao độ lắp, giảm trở lực hút, chọn thủy lực có NPSH yêu cầu thấp hơn hoặc điều chỉnh thiết kế nguồn cấp.

10. Thiết kế đường hút phải xét khi nước nóng nhất và mức thấp nhất

Ưu tiên bố trí bơm có điều kiện hút ngập phù hợp, đường hút ngắn, ít phụ kiện gây tổn thất và không tạo điểm giữ khí. Đường kính cần được tính theo tổng lưu lượng ở các chế độ, không đơn giản lấy bằng cỡ miệng hút của bơm.

Lọc hút giúp ngăn cặn nhưng cũng làm giảm áp suất hút. Nếu có lọc, cần tính tổn thất khi sạch và điều kiện bẩn cho phép, có cách theo dõi và vệ sinh. Không xử lý cặn bằng cách lắp một lọc quá nhỏ rồi để bơm thường xuyên thiếu nước.

Đối với cụm nhiều bơm, ống hút chung phải được kiểm tra khi số máy tối đa theo thiết kế cùng hoạt động. Bơm dự phòng khởi động có thể làm tăng tổn thất trên đoạn chung; một phép tính chỉ cho một máy chưa đủ chứng minh hệ an toàn ở tình huống chuyển đổi.

Hướng dẫn về bồn cấp và điều hòa nước cấp của Spirax Sarco đề cập mối liên hệ giữa nước nóng, xâm thực và bố trí đường hút. Cao độ hữu ích được đo từ mức nước thực sự có thể xuống thấp tới mốc bơm, không lấy từ đỉnh hoặc đáy bồn theo cách thuận tiện.

Không bóp van hút để điều chỉnh lưu lượng. Khi cần can thiệp vào đường nước nóng, phải cô lập, giảm áp và xác nhận nhiệt độ phù hợp theo quy trình; không mở nút xả khí hoặc tháo lọc khi hệ còn nóng và có áp.

11. Bình khử khí có áp không tự động giải quyết mọi vấn đề NPSH

Nhiều người thấy bồn nguồn có áp và cho rằng đầu hút luôn dư áp. Nhưng nếu nước trong bình gần trạng thái bão hòa, áp suất hơi của nước cũng tăng tương ứng với áp suất bình. Trong công thức NPSHa, hai thành phần áp suất có thể gần triệt tiêu; phần còn lại chủ yếu là cột nước hình học trừ tổn thất.

Khi nước gần bão hòa tại áp suất bình:
p_mat_thoang_abs ≈ p_hoi

NPSHa ≈ (z_mat_nuoc - z_moc_bom) - h_hut

Đó là lý do phải xem đồng thời áp suất và nhiệt độ. Tăng áp suất trong khi giữ nguyên nhiệt độ có tác động khác với tăng cả áp suất và nhiệt độ tới trạng thái bão hòa mới.

Trong quá độ, áp suất bình có thể giảm nhanh hơn nhiệt độ nước, làm phát sinh hơi và ảnh hưởng bơm. Cần phối hợp dung tích nguồn, điều khiển bình khử khí, cao độ và phương án hút với đơn vị thiết kế. Không bịt đường thông khí của bồn hở hoặc tự biến bồn thường thành bồn chịu áp để tăng NPSH.

12. Vật liệu và phớt phải phù hợp cả nhiệt độ lẫn hóa chất

Nước cấp lò thường đã xử lý nhưng không có nghĩa là hoàn toàn không ăn mòn. Độ cứng, oxy hòa tan, thành phần hóa chất, chất lượng nước ngưng hồi và chế độ vận hành đều ảnh hưởng đến thân, cánh, trục và phớt. Tài liệu Water for the Boiler của Spirax Sarco mô tả các vấn đề cáu cặn và ăn mòn cần được kiểm soát.

Không chọn vật liệu bằng quy tắc “inox là dùng được mọi nước nóng”. Cần đối chiếu loại inox hoặc gang, thành phần nước, nhiệt độ và giới hạn của nhà sản xuất. Tương tự, tên EPDM, NBR hay FKM không tự cho biết một bộ phớt hoàn chỉnh có phù hợp hay không; phải xem cả mặt ma sát, lò xo, chi tiết kim loại và điều kiện buồng phớt.

Với nhiệt độ cao, một số cấu hình cần buồng phớt đặc biệt, làm mát hoặc hệ phụ trợ. Chỉ áp dụng theo tài liệu của cấu hình được chọn. Tự thay vật liệu gioăng chịu nhiệt cao hơn không nâng được toàn bộ giới hạn của bơm.

Khi xem xét máy bơm nước Ebara hoặc thương hiệu khác, hồ sơ chào hàng nên ghi rõ mã phớt và vật liệu tiếp xúc nước. Những dòng chữ chung như “phớt chịu nhiệt” hoặc “đầu inox” chưa đủ để nghiệm thu.

13. Bảo vệ lưu lượng tối thiểu: cần tính cả lượng nước và nhiệt

Khi van cấp nước đóng hoặc nhu cầu giảm mạnh, bơm ly tâm chạy liên tục với lưu lượng quá thấp có thể tăng nhiệt, xuất hiện tuần hoàn nội bộ và rung bất thường. Trong hệ nước nóng, khoảng dự phòng trước khi hóa hơi vốn đã nhỏ nên chế độ này cần được đánh giá từ đầu.

Giải pháp có thể là đường hồi qua tiết lưu được tính toán, van hồi tự động hoặc điều khiển dừng bơm ở tải rất thấp nếu toàn hệ cho phép. Tài liệu về bơm cấp nồi hơi của KSB nêu vai trò của lưu lượng tối thiểu trong hạn chế tăng nhiệt và hư hỏng ở vùng lưu lượng thấp.

Mức cần duy trì phải lấy từ đường giới hạn và hướng dẫn của nhà sản xuất tại điều kiện áp dụng. Không mặc định một con số như 10% hoặc 20% lưu lượng định mức cho mọi bơm. Cũng cần phân biệt giới hạn về tăng nhiệt với giới hạn ổn định thủy lực.

Đường hồi phải có nơi nhận phù hợp và khả năng giải phóng nhiệt. Nối một vòng rất ngắn từ đẩy về hút có thể chỉ làm cùng một lượng nước nóng lên liên tục nếu không có cơ chế mang nhiệt ra ngoài. Nếu hồi về bồn, cần đánh giá áp suất giảm, nguy cơ tạo hơi, xói mòn, tiếng ồn và ảnh hưởng đến vùng hút.

Van hồi tự động bảo vệ lưu lượng tối thiểu là một cấu hình chuyên dụng, khác với một van tay mở theo cảm giác. Khi nhiều bơm chạy song song, phải bảo vệ từng bơm; tổng lưu lượng ở ống góp lớn không chứng minh mọi máy đều có đủ dòng chảy.

14. Điều khiển mức nước quyết định cách chọn và vận hành bơm cấp

Ba phương án thường được xem xét là đóng–ngắt bơm theo mức, bơm chạy kết hợp van điều tiết và điều khiển biến tốc. Mỗi phương án tạo ra dải lưu lượng, số lần khởi động và tổn thất khác nhau. Cần lựa chọn cùng hệ điều khiển lò thay vì mua bơm rồi mới tìm cách ghép.

Với tải thay đổi nhanh, mức quan sát được có thể biến động do bọt hơi, chưa phản ánh ngay lượng nước thực. Hiện tượng swell là mức biểu kiến tăng khi hỗn hợp nước–hơi giãn nở; shrink là mức giảm do hỗn hợp co lại trong các điều kiện tương ứng. Nếu điều khiển chỉ phản ứng với số đo mức mà không xét động học của lò, lượng cấp có thể không phù hợp trong quá độ.

Hướng dẫn điều khiển mức của Spirax Sarco phân biệt điều khiển một, hai và ba phần tử. Ba phần tử sử dụng mức nước, lưu lượng hơi và lưu lượng nước cấp, hữu ích khi biến động tải hoặc áp suất mạng cấp làm điều khiển đơn giản khó đáp ứng. Không phải mọi lò nhỏ đều cần cấu hình này.

Với biến tần, tốc độ thấp nhất phải đủ tạo cột áp để đưa nước vào lò trong điều kiện đang xét. Giảm tần số chưa chắc làm lưu lượng giảm êm: có thể đến ngưỡng bơm không còn thắng áp, dòng nước dừng dù động cơ vẫn quay. Cần có giới hạn tốc độ, phản hồi phù hợp và phương án cho tải rất thấp.

15. Tách điều khiển cấp nước khỏi chức năng bảo vệ lò

Bộ điều khiển mức giúp duy trì vận hành; chức năng bảo vệ phải xử lý tình trạng nguy hiểm khi cấp nước hoặc điều khiển thất bại. Cảm biến áp đẩy báo “đủ áp” không chứng minh có nước vào lò, vì van có thể đóng hoặc tuyến bị tắc.

Thiết kế cần quy định rõ phản ứng đối với mức nước lò thấp nguy hiểm, mức bồn nguồn thấp, mất lưu lượng, lỗi bơm, lỗi cảm biến và mất điện. Các chức năng an toàn cần có mức độc lập phù hợp với hồ sơ lò và yêu cầu áp dụng, không chỉ dựa vào một lệnh phần mềm trên màn hình giám sát.

Tài liệu cảnh báo mức nước của Spirax Sarco giải thích hậu quả của thiếu nước và mức nước quá cao. Cấu hình liên động, khóa khởi động lại và điều kiện reset phải được xác định cho thiết bị cụ thể; không sao chép nguyên ngưỡng của một lò khác.

Khi có tín hiệu thiếu nước nghiêm trọng hoặc nghi ngờ lò đã quá nhiệt, phải thực hiện quy trình sự cố của nhà chế tạo. Không tự bỏ qua liên động hoặc cưỡng bức cấp nước vào lò đang nghi quá nhiệt để thử khôi phục. Đây là tình huống khác với điều chỉnh mức trong vận hành bình thường.

16. Bơm tuần hoàn nước nóng được chọn từ tải nhiệt

Đối với vòng gia nhiệt dùng nước, lưu lượng liên quan đến công suất nhiệt và chênh nhiệt độ giữa cấp–hồi. Ở trạng thái gần ổn định:

Q = 3600 × P_nhiet / (rho × cp × DeltaT)

Q: m³/h
P_nhiet: kW
rho: kg/m³
cp: kJ/(kg.K)
DeltaT: K hoặc chênh lệch °C

Ví dụ, một vòng truyền 500 kW với chênh nhiệt độ 20°C, giả sử rho = 978 kg/m³ và cp = 4,19 kJ/(kg.K), cần khoảng 22 m³/h. Đây là lưu lượng tuần hoàn, không phải lượng nước mới phải bổ sung mỗi giờ.

Trong vòng kín đã đầy nước, khi xét một vòng hoàn chỉnh, thành phần chênh cao triệt tiêu; cột áp tuần hoàn chủ yếu bù tổn thất đường đi bất lợi. Tuy vậy, chiều cao hệ vẫn liên quan đến áp suất nạp, cấp chịu áp, bình giãn nở và điều kiện không hóa hơi tại các vị trí.

Bơm đặt trên đường hồi có thể gặp nước mát hơn, nhưng vị trí lắp phải xét cả sơ đồ nguồn nhiệt, bình giãn nở và phân bố áp suất. Không dùng quy tắc “luôn đặt đường hồi” thay cho tính toán. Khi các van tải đóng, vẫn phải bảo đảm yêu cầu lưu lượng của nguồn gia nhiệt hoặc thiết kế tách mạch thích hợp.

Với máy bơm nước công nghiệp Pentax, cần đối chiếu cả Q–H của vòng lẫn điều kiện nhiệt. Một đường đặc tính phù hợp với nước mát chưa đủ xác nhận cấu hình đó dùng được cho vòng nước nóng đang xét.

17. Dầu tải nhiệt cần cấu hình riêng

Dầu tải nhiệt không được xem như nước nóng ở nhiệt độ cao hơn. Khối lượng riêng, nhiệt dung, độ nhớt, đặc tính hóa học và nguy cơ khi rò rỉ đều khác. Độ nhớt lúc khởi động lạnh có thể làm tăng tổn thất và công suất so với lúc hệ đã nóng.

Phải kiểm tra đường đặc tính hiệu chỉnh theo chất lỏng, điều kiện bôi trơn và làm kín, giới hạn nhiệt của các bộ phận, giãn nở đường ống cùng trình tự gia nhiệt. Một số bơm có kết cấu giảm truyền nhiệt tới ổ đỡ hoặc buồng phớt; không thể tái tạo khả năng đó chỉ bằng cách thay gioăng.

Chẳng hạn, KSB Etanorm SYT là dòng được hãng thiết kế cho ứng dụng truyền nhiệt với cấu hình chuyên dụng. Ví dụ này cho thấy cần chọn theo môi chất và kết cấu; không dùng giới hạn nhiệt độ cao của một phiên bản dầu tải nhiệt để suy ra giới hạn cho nước nóng hoặc một bơm phổ thông khác.

Sau khi ngừng cấp nhiệt, hệ có thể vẫn cần tuần hoàn để giải phóng nhiệt tích lũy theo yêu cầu của nguồn gia nhiệt. Logic dừng bơm phải phối hợp với quá trình này. Việc đánh giá rò dầu, bề mặt nóng và thiết bị điện phải dựa trên môi chất cũng như phân loại khu vực thực tế.

18. Bơm nước ngưng phải xử lý cả nhiệt độ và hơi flash

Nước ngưng từ vùng áp suất cao đi về vùng áp suất thấp có thể tạo hơi flash, tức một phần nước hóa hơi do giảm áp. Nếu hơi cuốn trực tiếp vào đầu hút bơm ly tâm, dòng chảy có thể mất ổn định dù mức bồn vẫn còn đủ.

Bồn gom cần có cách tiếp nhận dòng hồi, tách hơi, thông khí hoặc duy trì áp suất đúng với thiết kế. Lưu lượng nước ngưng cũng không luôn đều: giai đoạn khởi động hoặc mở van công nghệ có thể tạo lượng hồi lớn trong thời gian ngắn.

Hướng dẫn bơm nước ngưng từ bồn thông khí phân tích điều kiện hút và sự khác nhau giữa bơm điện với bơm vận hành bằng áp lực. Khi nước gần bão hòa, cần xem xét thiết bị chuyên dụng có yêu cầu hút phù hợp hoặc giải pháp bơm cơ khí dùng hơi/khí theo thiết kế.

Một vấn đề khác là stall: áp suất phía thiết bị trao đổi nhiệt không còn đủ thắng áp ngược để thoát nước ngưng. Khi đó, chỉ tăng công suất bơm ở một bồn phía xa chưa chắc xử lý được nguyên nhân. Cần đánh giá đường thoát, bẫy hơi và cấu hình pump-trap; có thể tham khảo các phương pháp khắc phục stall của Spirax Sarco.

19. Đọc thông số Pentax và Ebara: kiểm tra giới hạn trước khi chốt

Máy bơm Pentax ULTRA S là ví dụ phù hợp để giải thích sự khác nhau giữa chịu nhiệt và cấp nước vào lò áp cao. Theo datasheet ULTRA S 50 Hz của Pentax, dòng này có dải nhiệt độ chất lỏng −15 đến +110°C và áp suất làm việc tối đa 8,5 bar theo tài liệu dòng sản phẩm; vẫn cần kiểm tra cấu hình cụ thể và điều kiện áp dụng.

Vì vậy, không chọn dòng này cho điểm cấp trực tiếp vào lò 10 bar(g) trong ví dụ chỉ vì nước hút ở 90°C. Giới hạn chịu áp đã không phù hợp với nhiệm vụ đó, chưa kể cột áp tại lưu lượng yêu cầu.

Máy bơm tăng áp trục ngang Pentax U5S-200/7T cần được đọc theo đúng đường đặc tính của model và phiên bản. Khả năng phù hợp với một tuyến nước nóng có áp suất thấp hơn không đồng nghĩa thiết bị có thể thay cho bơm cấp lò cao áp.

Với các phương án thuộc bơm đa tầng cánh Pentax, số tầng cánh lớn không tự chứng minh khả năng cấp nồi hơi. Cần đủ dữ liệu về áp suất hút cho phép, áp suất thân, phớt, nhiệt độ và NPSH.

Tương tự, khi tìm bơm tuần hoàn trong nhóm máy bơm nước Pentax CM EN733, phải kiểm tra đúng cấu hình. Máy bơm nước Pentax CM32-160A công suất 4HP (3kW) nhập khẩu Ý là một tên thương mại cụ thể để nhận diện, không phải khuyến nghị cho lò 2 tấn/h nói trên. Không suy ra khả năng cấp lò chỉ từ động cơ 3 kW.

Khi so sánh máy bơm Ebara 3M và máy bơm nước Ebara 3D cho các nhiệm vụ tuần hoàn hoặc phụ trợ, cũng phải đối chiếu phiên bản được chào. Bảng sản phẩm rút gọn không thay thế được đường đặc tính và bảng giới hạn vận hành của hãng.

20. Chọn động cơ theo công suất hấp thụ trong dải vận hành

Công suất thủy lực và công suất trục có thể ước tính như sau:

P_thuy_luc = rho × g × Q × H / 3.600.000
P_truc = P_thuy_luc / eta_bom
P_dien = P_truc / (eta_dong_co × eta_bien_tan)

Q: m³/h; H: m; rho: kg/m³; P: kW
Các hiệu suất dùng dạng thập phân.
Nếu không có biến tần, bỏ thành phần eta_bien_tan.

Tại Q = 2,63 m³/h, H = 138,6 m, rho = 965,3 kg/m³, công suất thủy lực khoảng 0,96 kW. Nếu giả định hiệu suất bơm 60%, công suất trục khoảng 1,60 kW. Đây là phép tính minh họa, chưa phải kết luận chọn động cơ 1,60 kW hoặc một cấp công suất cụ thể.

Cần kiểm tra công suất lớn nhất trong dải được phép, gồm lúc áp lò thấp, đường hồi mở và các tốc độ vận hành. Với môi chất có độ nhớt thay đổi, phải xét thêm trạng thái nguội. Nhiệt độ phòng lò, độ cao lắp đặt và điều kiện tản nhiệt của động cơ hoặc biến tần cũng cần được đối chiếu với tài liệu thiết bị.

Đường Q–H phải được đọc cùng đường hiệu suất, công suất và NPSH. Chọn đúng một điểm trên Q–H nhưng bỏ qua vùng làm việc liên tục có thể khiến bơm hoạt động lâu ở vùng hiệu suất thấp hoặc rung cao.

21. Dự phòng phải tính đến nguồn nước và các điểm hỏng chung

Phương án một bơm chạy, một bơm dự phòng có thể thích hợp cho một số hệ, nhưng tỷ lệ và năng lực phải theo yêu cầu cấp nước của lò. Với nhiều lò dùng chung ống góp, cần tính tổ hợp hoạt động, phụ tải còn phải duy trì khi một bơm hỏng và thời gian chuyển đổi cho phép.

Hai bơm cùng hút qua một lọc bị tắc hoặc dùng chung một biến tần duy nhất không tạo ra hai đường cấp độc lập. Mất bồn nguồn, mất điện điều khiển hoặc van chung đóng nhầm có thể làm cả cụm mất khả năng cấp.

Bơm dự phòng cần được thử theo lịch và duy trì điều kiện sẵn sàng theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Nếu cấu hình yêu cầu làm ấm trước, xả khí hoặc điều kiện phớt phụ trợ, những việc này phải nằm trong thiết kế; không tự lắp đường hơi để làm nóng bơm.

Luân phiên giúp phân bố giờ chạy, nhưng không được làm gián đoạn cấp nước ngoài giới hạn cho phép. Trình tự chuyển máy phải được thử bằng lưu lượng và mức thực tế, không chỉ kiểm tra tín hiệu contactor đã đóng.

22. Lắp đặt và chạy thử cần kiểm tra cả trạng thái nguội lẫn nóng

Ống nóng giãn nở có thể đẩy tải lên miệng bơm, làm lệch tâm, biến dạng thân hoặc gây rò phớt. Gối đỡ, điểm cố định, đoạn bù giãn nở và giới hạn tải đầu nối cần được thiết kế phù hợp. Không kéo mặt bích vào vị trí bằng bulông rồi coi như đường ống đã lắp đúng.

Cụm có khớp nối cần căn tâm và đánh giá ảnh hưởng giãn nở nhiệt theo hướng dẫn. Bơm liền trục không có cùng thao tác căn khớp nối nhưng vẫn cần nền chắc, không kênh chân và không chịu lực đường ống quá mức.

Bảo ôn phải đúng phạm vi được nhà sản xuất cho phép. Một số vị trí trên giá đỡ, buồng phớt hoặc ổ đỡ cần tản nhiệt; bọc kín toàn bộ có thể làm xấu điều kiện làm việc. Đồng thời cần bảo vệ người vận hành khỏi bề mặt nóng theo thiết kế công trình.

• Trước khi chạy: kiểm tra súc rửa, tình trạng lọc, chiều quay, điền đầy và thoát khí, mức nguồn, trạng thái van và hệ phụ trợ phớt nếu có.
• Khi tăng nhiệt: theo dõi rò rỉ, độ rung, nhiệt ổ đỡ, áp suất hút–đẩy và biến dạng đường ống; tuân thủ tốc độ tăng nhiệt của hệ.
• Khi thay đổi tải: xác nhận lượng vào lò, lượng hồi, điều khiển mức, giới hạn tốc độ và khả năng tránh vận hành quá thấp lưu lượng.
• Khi thử bảo vệ: dùng phương pháp thử đã được phê duyệt cho lò; không cố tình gây khô lò hoặc làm mất nước nguy hiểm.
• Khi bàn giao: lưu đường đặc tính, thông số cài đặt, biên bản thử, dữ liệu Q–H–kW–nhiệt độ và hướng dẫn chuyển bơm dự phòng.

23. Bảng nhận diện nhanh những lỗi thường gặp

Cần đánh giá các tín hiệu trong cùng thời điểm và cùng chế độ. Tiếng kêu giống sỏi có thể gợi ý xâm thực, nhưng không đủ để loại trừ khí lọt hoặc lỗi cơ khí. Việc tăng công suất động cơ thường không xử lý được các nguyên nhân thủy lực này.

24. Checklist gửi yêu cầu báo giá và lựa chọn bơm

1. Nhiệm vụ: cấp nước nồi hơi, hồi nước ngưng, tuần hoàn nước nóng hay dầu tải nhiệt.
2. Môi chất: tên chất lỏng, thành phần, chất rắn, hóa chất và yêu cầu chất lượng.
3. Nhiệt độ: tối thiểu, bình thường, lớn nhất, trạng thái chờ và lúc khởi động.
4. Lưu lượng: nhỏ nhất, thường xuyên, lớn nhất; phân biệt lượng hữu ích với lượng hồi bảo vệ.
5. Cột áp: bảng tính từng thành phần, áp suất nguồn và nơi nhận trong các chế độ.
6. Điều kiện hút: mức thấp nhất, áp suất tuyệt đối, cao độ, tổn thất hút và NPSHa.
7. Giới hạn cơ khí: áp suất ở nhiệt độ làm việc, kiểu mặt bích, vật liệu, phớt và tải đầu nối.
8. Điều khiển: đóng–ngắt, van điều tiết, biến tần, cảm biến và các điều kiện bảo vệ liên quan.
9. Điện và môi trường: nguồn điện, nhiệt độ phòng, độ cao, khả năng tản nhiệt và cấp bảo vệ cần thiết.
10. Dự phòng: năng lực còn lại khi mất một bơm, nguồn dùng chung và thời gian chuyển đổi.
11. Hồ sơ cần trả lời: đường Q–H, hiệu suất, công suất, NPSH, lưu lượng tối thiểu và phạm vi bảo đảm của cấu hình.
12. Nghiệm thu: các điểm tải và tình huống phải thử, phương pháp đo cùng tiêu chí chấp nhận.

Khi so sánh báo giá, cần quy về cùng điều kiện dịch vụ. Một phương án thiếu van hồi, hệ phụ trợ phớt hoặc điều khiển cần thiết không thể được so trực tiếp với một bộ đã bao gồm đầy đủ các hạng mục đó.

25. Những câu hỏi thường gặp

Bơm chịu được 110°C có bơm nước 100°C từ bồn hở được không?

Chưa thể kết luận. Giới hạn nhiệt độ là một điều kiện; NPSHa, áp suất khí quyển tại công trình, cao độ nước và tổn thất hút quyết định thêm khả năng giữ nước ở trạng thái lỏng trong bơm. Gần nhiệt độ sôi của bồn hở, cần đặc biệt kiểm tra điều kiện hút.

Nồi hơi áp suất cao thì cứ tăng số tầng cánh là đủ?

Không. Ngoài cột áp, phải đủ cấp chịu áp, lưu lượng, NPSH, cấu hình phớt và điều kiện ổ đỡ. Bơm nhiều tầng cánh nhưng giới hạn thân hoặc phớt thấp vẫn không đáp ứng.

Dùng biến tần có thể bỏ đường hồi tối thiểu không?

Chỉ khi phương án được thiết kế chứng minh mọi chế độ vẫn nằm trong giới hạn hoặc bơm được dừng phù hợp khi tải quá thấp. Biến tần không tự loại bỏ nguy cơ chạy không có dòng chảy hoặc quá nhiệt.

Có nên hạ nhiệt độ bồn cấp để bơm bớt xâm thực?

Hạ nhiệt độ có thể tăng NPSHa, nhưng phải đánh giá ảnh hưởng tới xử lý khí hòa tan, cân bằng nhiệt và vận hành lò. Không dùng như cách sửa duy nhất khi nguyên nhân là đường hút quá nhỏ, cao độ không đủ hoặc chọn sai bơm.

Nước ngưng hồi luôn có thể đưa lại vào nồi hơi?

Cần kiểm soát nguy cơ nhiễm bẩn từ quá trình sản xuất. Nước ngưng có dầu, sản phẩm hoặc hóa chất ngoài giới hạn có thể phải được tách xử lý. Bơm vẫn chuyển được chất lỏng không có nghĩa chất lượng nước phù hợp cho lò.

26. Chọn đúng bơm là chọn đủ điều kiện vận hành

Một phương án tốt phải đáp ứng cả lúc lò cần cấp nhiều nước, lúc tải rất thấp, khi nguồn nóng nhất và khi mức bồn xuống thấp nhất. Với hệ gia nhiệt, còn phải bảo đảm tuần hoàn qua nguồn nhiệt, thích ứng tính chất môi chất và chịu được chu kỳ nhiệt.

Khi gửi yêu cầu tới Lạc Hồng, nên kèm sơ đồ hệ, bảng Q–H theo chế độ, nhiệt độ và áp suất nguồn, dữ liệu chất lượng nước cùng yêu cầu điều khiển. Những thông tin đó giúp đối chiếu phương án Pentax hoặc Ebara theo đúng nhiệm vụ, đồng thời xác định khi nào cần chuyển sang cấu hình chuyên dụng cho cấp lò, nước ngưng hoặc dầu tải nhiệt.