EN 733 vs ISO 2858: chọn bơm cấp nước sạch cho nhà máy thế nào?

• Bắt đầu từ phụ tải dùng nước theo ca kíp: dựng đồ thị Q(t) 24h, xác định Qmin–Qavg–Qmax và thời lượng đỉnh.
• Cấu hình N+1 là “xương sống” cho cấp nước liên tục 24/7; luôn có bơm dự phòng nóng.
• VFD + PID giữ áp giúp bám tải biến thiên, giảm 15–30% điện năng và rung/ồn.
• Chống búa nước ngay từ thiết kế: bình tích áp, van xả khí, check valve phù hợp, thuật toán fill/stop.
• Bảo trì theo tình trạng (CBM) dựa trên rung & nhiệt giúp kéo dài tuổi thọ phớt–bạc đạn và giảm dừng máy.

Phạm vi & bối cảnh ứng dụng

Hầu như mọi nhà máy đều có một “hệ tuần hoàn” cấp nước sạch, nhưng mức độ phức tạp thay đổi theo ngành và quy mô:

• Thực phẩm–đồ uống: yêu cầu vệ sinh đường ống cao, có CIP/SIP, ưu tiên vật liệu Inox 304/316 ở khu vực tiếp xúc.
• Dệt nhuộm: lưu lượng dao động lớn theo mẻ; có thể cần nhiều “booster theo tuyến” để cấp đều ở phân xưởng xa.
• Cơ khí–điện tử: dùng nước làm mát/tiện nghi; biến thiên theo ca và theo mùa.
• Kho vận–logistics: phụ tải thấp hơn nhưng trải dài địa hình; chú trọng giữ áp cuối tuyến.

Nguồn nước có thể đến từ bể ngầm/bể chứa trên cao hoặc mạng cấp khu công nghiệp. Mục tiêu của trạm bơm là giữ áp ổn định ở các nhánh tiêu thụ, đảm bảo lưu lượng tức thời, đồng thời tiết kiệm năng lượng và dễ bảo trì.

Kiến trúc hệ thống cấp nước (sơ đồ khối)

Một cấu hình điển hình:

[BỂ NGUỒN] --> [CỤM BƠM CHÍNH N+1] --> [LỌC/DIỆT KHUẨN (nếu có)] --> [BOOSTER GIỮ ÁP + BÌNH TÍCH ÁP] --> [MẠNG ỐNG PHÂN PHỐI] --> [ĐIỂM DÙNG]
                           |                                             |
                           +--> [TỦ ĐIỀU KHIỂN + VFD + PID] <-------------+
                                     |
                                     +--> [SCADA/IoT: lưu lượng, áp, rung, nhiệt]

Thành phần quan trọng:

• Bơm + motor IE3/IE4 (ưu tiên hiệu suất cao).
• VFD (biến tần) + điều khiển PID theo áp suất.
• Bình tích áp và/hoặc bình chống surge để hấp thụ xung áp.
• Van một chiều phù hợp (côn/lò xo), van xả khí tại điểm cao.
• Đồng hồ áp, cảm biến lưu lượng, công tơ điện riêng cho trạm bơm.
• SCADA/IoT để giám sát thời gian thực, ghi log và cảnh báo.

Ví dụ model minh họa (chỉ gợi ý theo dải Q–H thường gặp, lựa chọn thực tế tùy tính toán):

• Pentax CM50-200B, Pentax CM80-200B cho cụm bơm cấp chính (tùy H và Q).
• Ebara 3D 65-200, 3D 80-200 cho các tuyến cần cột áp cao hơn.
• Wilo Medana CH1-L.603-1/E/E/10T, CH1-L.604-1/E/E/10T cho booster theo phân xưởng.

Khảo sát nhu cầu & lập đồ thị phụ tải

Cách làm bài bản:

1. Thống kê điểm dùng nước theo khu vực: vệ sinh, sản xuất, giặt rửa, làm mát, căn-tin, PCCC (nếu có dùng chung đường ống – thông thường tách riêng).
2. Phân ca và hệ số sử dụng: mỗi ca kíp có profile tiêu thụ khác nhau; chú ý “giờ giao ca” thường có xung tăng dùng nước.
3. Đồ thị Q(t) 24h: xác định Qmin (ban đêm/giờ nghỉ), Qavg (trong ca), Qmax (đỉnh).
4. Theo mùa: mùa nóng có thể tăng dùng nước tiện nghi/làm mát → bù dung tích bình tích áp hoặc nâng setpoint theo lịch.
5. Xác định thời lượng đỉnh: đỉnh 15–30 phút hay kéo dài 2–3 giờ? Đây là chìa khóa để sizing bình tích áp và bể chứa, nhằm “cắt đỉnh” để bơm chính không phải oversize.

Kết quả mong muốn: một bộ số liệu ngắn gọn Qmin–Qavg–Qmax, thời lượng đỉnh, sơ đồ mạng ống theo cao trình, ống hút/đẩy dự kiến và vị trí cảm biến áp suất chủ đạo (điểm điều khiển).

Tính nhanh chọn bơm (5 bước thực dụng)

Mục tiêu: đủ chính xác để shortlist model & cấu hình; chi tiết cuối cùng sẽ kiểm tra bằng đường cong bơm và chạy thử hiện trường.

Bước 1 – Chọn cấu hình N+1

• Thông thường 2 bơm hoạt động luân phiên (Duty) + 1 bơm dự phòng (Standby).
• Với phụ tải lớn/biến thiên mạnh: 3 Duty + 1 Standby (3D+1S), điều khiển cascade theo áp.

Bước 2 – Tính cột áp H

H = Hstatic + Hma sát + H cục bộ.

• Hstatic: chênh cao từ bể nguồn đến điểm điều khiển (cộng thêm áp bắt buộc ở cuối tuyến).
• Hma sát: dùng Darcy-Weisbach hoặc Hazen-Williams theo đường kính ống thực tế; chú ý tải biến thiên → kiểm tra ở Qmax.
• H cục bộ: co/cút/S/van/đồng hồ; quy đổi theo hệ số K.

Lời khuyên: không đánh giá thấp H cục bộ; trong mạng ống phức tạp có thể chiếm 10–25% tổng tổn thất.

Bước 3 – Dải lưu lượng vận hành

• Lấy Qmax để sizing bơm đơn (bám đỉnh) hoặc phối nhiều bơm song song để bám tốt toàn dải từ Qmin đến Qmax.
• Dùng VFD + PID để giữ áp khi Q giảm → bơm giảm tốc, tiết kiệm điện và giảm rung.

Bước 4 – Kiểm tra NPSH

• NPSH available phụ thuộc cao trình bể hút, tổn thất ống hút, áp suất khí quyển và nhiệt độ.
• Đảm bảo NPSHa > NPSHr + biên an toàn; ưu tiên ống hút thẳng, DN lớn hơn ống đẩy, hạn chế cút 90°.
• Nếu khó đảm bảo: cân nhắc hạ bơm thấp gần bể, rút ngắn ống hút hoặc dùng bơm chìm/bơm trục đứng nhiều tầng đặt thấp.

Bước 5 – Điểm làm việc & dự trữ

• Chọn điểm làm việc gần BEP (Best Efficiency Point).
• Dự trữ 10–15% cho mở rộng dây chuyền hoặc tăng theo mùa.
• Kiểm tra công suất trục và cosφ motor khi chạy ở vùng điều chỉnh bằng VFD.

Ví dụ nhanh (minh họa – số giả định):

• Qmax = 120 m³/h; Qavg = 70 m³/h; Qmin = 25 m³/h.
• Hstatic = 12 m; Hma sát + cục bộ tại Qmax ≈ 36 m → H tổng ≈ 48 m.
• Cấu hình gợi ý: 2 Duty + 1 Standby, mỗi bơm Qn ≈ 60–70 m³/h @ H ≈ 48–52 m.
• Xem xét model: Pentax CM80-200B hoặc Ebara 3D 80-200 (tùy đường cong thực tế); có thể dùng Wilo Medana CH1-L.604-1/E/E/10T làm booster theo tuyến xa.

Lựa chọn cấu hình trạm bơm

Duty–Standby đơn giản

• Phù hợp nhà máy nhỏ hoặc phụ tải tương đối phẳng.
• Vận hành luân phiên để đồng đều giờ chạy.

Đa bơm song song (cascade VFD)

• Mỗi bơm có VFD riêng hoặc một VFD chung kèm contactor chuyển; phổ biến nhất là mỗi bơm một VFD để linh hoạt.
• PLC/PID cascade: bơm 1 chạy, nếu không đủ áp → tăng tần số; nếu vượt ngưỡng → gọi bơm 2; tương tự cho bơm 3.
• Ưu điểm: bám tải tốt, tiết kiệm năng lượng ở dải Q thấp–trung bình.

Booster theo tuyến/khu vực

• Dùng khi mạng ống trải dài hoặc chênh cao địa hình lớn.
• Giữ áp cục bộ ở phân xưởng xa mà không cần nâng toàn mạng.

Kịch bản mở rộng tương lai

• Dự phòng không gian lắp bơm thứ “n” và đường ống bypass; tủ điều khiển có slot trống cho VFD/Module I/O.

Điều khiển & tự động hóa

PID theo áp suất (áp tại điểm điều khiển)

• Đặt setpoint theo cao trình và nhu cầu cuối tuyến.
• Có thể dùng setpoint ban ngày/ban đêm (đổi theo lịch) để giảm tiêu hao khi ít dùng nước.

Chiến lược anti-surge & anti-short-cycle

• Soft-fill đường ống khi khởi động (ramp tần số chậm).
• Anti short-cycle: thiết lập dải deadband & thời gian tối thiểu giữa hai lần start/stop.
• Sleep mode: khi Q thấp, hạ tần số đến ngưỡng rồi cho bơm tạm nghỉ; thức dậy khi áp tụt.

SCADA/IoT & an ninh vận hành

• Ghi log rung, nhiệt, áp, lưu lượng, kWh; cảnh báo qua email/SMS.
• Quy hoạch vai trò người dùng, sao lưu chương trình PLC/HMI định kỳ.
• Chế độ tay khi SCADA/PLC sự cố để vẫn cấp nước.

Tiết kiệm năng lượng & TCO

Tối ưu điểm làm việc

• Hiệu suất cao nhất thường gần BEP. Ở dải Q thấp, giảm tốc bằng VFD tốt hơn tiết lưu bằng van.
• IE3/IE4: giảm tổn hao điện; tính thời gian hoàn vốn khi thay motor.

Lịch luân phiên bơm

• Cân giờ chạy giữa các bơm để tuổi thọ đồng đều; lên lịch theo ngày/tuần.

Đo lường để quản trị

• Tách công tơ trạm bơm để thấy kWh/m³ theo ca.
• So sánh trước–sau khi tối ưu để chứng minh ROI.

Phân tích TCO 5 năm (ví dụ khung)

• CAPEX: bơm + motor + VFD + tủ + bình + van + lắp đặt.
• OPEX: điện năng, vật tư hao mòn (phớt, vòng bi), bảo trì, dừng máy.
• Kịch bản tiết kiệm: VFD + tối ưu đường kính ống + chống búa nước tốt → giảm hỏng phớt & vòng bi, giảm rò rỉ.

8) Bảo vệ cơ–điện & chống búa nước

Búa nước (water hammer) là kẻ thù giấu mặt của trạm bơm: gây rung, vỡ ống, hỏng phớt. Thiết kế bài bản cần:

• Bình chống surge/bình tích áp đặt gần bơm và tại nhánh xa.
• Van xả khí tại các đỉnh cao (tránh túi khí).
• Check valve phù hợp: loại lò xo/thủy lực đóng êm, giảm “cộc” khi dừng bơm.
• Thuật toán dừng bơm: giảm tần số dần, đóng van theo biểu đồ thời gian.
• Ống hút: thẳng, ngắn, DN lớn hơn ống đẩy; hạn chế cút gấp.

Bảo vệ điện

• Bảo vệ mất pha, kẹt rotor, quá dòng, quá nhiệt; tiếp địa tốt cho VFD; lọc nhiễu EMC.
• UPS cho PLC/SCADA để không mất log/cấu hình khi chập chờn điện lưới.

Lắp đặt & nghiệm thu

Cơ khí

• Nền móng vững, đệm cao su chống rung, căn đồng tâm chuẩn (laser align nếu có).
• Khớp nối mềm (ống bù trừ dao động), bypass để bảo trì.
• Bố trí chỗ thao tác thay phớt và vòng bi thuận tiện.

Thủy lực

• Flushing đường ống trước khi chạy chính thức.
• Thử áp (pressure test), thử lưu lượng, xác nhận setpoint.

Điện–điều khiển

• Kiểm tra I/O, chiều quay, liên động áp–mức–rung–nhiệt.
• Lập biên bản nghiệm thu, bàn giao sơ đồ, cài đặt, tài liệu bảo trì.

Vệ sinh & an toàn nước trong nhà máy

• Súc rửa định kỳ: theo giờ chạy hoặc theo tháng; đặc biệt sau sửa chữa.
• Khử trùng (nếu quy trình yêu cầu): clo/UV/ozon, tuân lì liều lượng–an toàn.
• Tránh dead-leg (nhánh cụt) để hạn chế bám cặn & vi sinh.
• Thiết bị chống chảy ngược (backflow preventer) tại điểm giao với nước công cộng.

Bảo trì theo tình trạng (CBM)

Theo dõi rung và nhiệt

• Gắn cảm biến rung/ nhiệt trên gối đỡ; đặt ngưỡng cảnh báo và ngưỡng sự cố.
• Phân tích phổ rung (nếu có điều kiện) để dự báo mòn vòng bi hay lệch trục.

Phớt cơ khí

• Lập lịch thay phớt theo giờ chạy & điều kiện thực tế; ưu tiên vật liệu SiC/TC ở vị trí khắt khe.
• Quan sát “vết rò” chấp nhận được; tăng theo thời gian là dấu hiệu cần dừng bảo trì.

Bộ phụ tùng tối thiểu tại chỗ

• Phớt, vòng bi, gioăng, cánh bơm, phớt dầu, cảm biến áp suất–lưu lượng dự phòng.
• Bộ dụng cụ căn đồng tâm, đồng hồ so, dụng cụ tháo lắp vòng bi.

Ví dụ cấu hình tham khảo (minh họa)

Những cấu hình dưới đây chỉ để tham khảo sơ bộ khi lập ngân sách/shortlist. Lựa chọn cuối cùng cần bám đường cong bơm – kiểm tra điểm làm việc và NPSH tại hiện trường.

Case A – Nhà máy cơ khí tầm trung

• Yêu cầu: Qmax ≈ 60 m³/h; H ≈ 35 m; Qmin ≈ 15 m³/h; mạng ống dài trung bình.
• Đề xuất: 2 Duty + 1 Standby; mỗi bơm Qn 30–35 m³/h @ H 35–38 m; VFD + PID; bình tích áp 500–1000 l.
• Gợi ý model:
  • Pentax CM40-160A (cho H thấp–trung),
  • Ebara 3D 50-160,
  • Booster theo tuyến xa: Wilo Medana CH1-L.603-1/E/E/10T.
• Ghi chú: đặt cảm biến áp tại phân xưởng xa nhất (điểm điều khiển).

Case B – Tổ hợp sản xuất đa phân xưởng

• Yêu cầu: Qmax ≈ 150 m³/h; H ≈ 55 m; biến thiên mạnh theo ca.
• Đề xuất: 2 Duty + 1 Standby, mỗi bơm 75–85 m³/h @ 55–60 m; cascade VFD; bình tích áp 1.5–2 m³ + van xả khí các đỉnh.
• Gợi ý model:
  • Pentax CM80-200B,
  • Ebara 3D 80-200,
  • Booster tuyến xa/độ cao lớn: Wilo Medana CH1-L.604-1/E/E/10T.
• Ghi chú: kiểm tra NPSHa kỹ do cột áp cao và đường ống hút dài.

Case C – Nhà máy thực phẩm nhỏ, yêu cầu vệ sinh cao

• Yêu cầu: Qmax ≈ 35 m³/h; H ≈ 28 m; CIP định kỳ; vật liệu Inox khu vực tiếp xúc.
• Đề xuất: 2 Duty + 1 Standby; bồn chứa cách ly; đường ống cuối cùng Inox; bình tích áp màng EPDM/Butyl.
• Gợi ý model: sử dụng bơm thân Inox (tùy nhà sản xuất) hoặc bơm ly tâm trục ngang thân gang lót Inox ở khu vực không tiếp xúc trực tiếp với nước quá khắt khe; booster cục bộ bằng Wilo Medana series hoặc tương đương.
• Ghi chú: ưu tiên bề mặt mịn & dễ vệ sinh; van & phụ kiện phù hợp.

“Mẫu tính nhanh” – 5 bước kèm số cụ thể

Giả sử khu cơ khí cần cấp nước chung:

• Q dữ liệu:
  • Qmin = 20 m³/h; Qavg = 45 m³/h; Qmax = 100 m³/h.
  • Đỉnh kéo dài ~60 phút mỗi ca.
• Cột áp:
  • Hstatic = 10 m (chênh cao + áp tối thiểu ở cuối tuyến ~2 bar ~ 20 m).
  • Hma sát+cục bộ @ Qmax ≈ 30 m → H ≈ 40 m (làm tròn 42–45 m để dự phòng).
• Cấu hình:
  • 2 Duty + 1 Standby; mỗi bơm Qn ≈ 50–55 m³/h @ H 42–45 m.
  • VFD + PID; bình tích áp 1 m³ để cắt đỉnh xung ngắn.
• NPSH:
  • Bể đặt cùng cốt sàn, ống hút DN lớn, dài 4–6 m, tối thiểu co cút → NPSHa đủ với bơm trục ngang; kiểm tra thực tế khi chọn model.
• Lựa chọn sơ bộ:
  • Máy bơm nước Pentax dòng CM hoặc máy bơm nước Ebara dòng 3D cỡ 65/80 tùy đường cong; cân nhắc Wilo Medana cho booster phân xưởng xa.

Kết luận: Không cần bơm quá lớn, tập trung tối ưu dải vận hành với VFD và bố trí bình tích áp phù hợp.

Bảng tham chiếu nhanh (dễ copy)

Bảng 1 – Checklist khảo sát đầu bài

1) Danh mục điểm dùng nước theo khu vực/ca
2) Đồ thị Q(t) 24h: Qmin–Qavg–Qmax + thời lượng đỉnh
3) Cao trình bể nguồn, điểm điều khiển, chênh cao
4) Sơ đồ mạng ống: DN, chiều dài, số cút/van chính
5) Vị trí đặt cảm biến áp suất chủ đạo
6) Yêu cầu vệ sinh/vật liệu đặc thù (Inox, gioăng)
7) Nguồn điện, không gian lắp đặt, thông gió phòng bơm
8) Kỳ vọng mở rộng 1–3 năm tới

Bảng 2 – Hạng mục thiết kế & lựa chọn

1) Cấu hình N+1 (số bơm, công suất, dung sai)
2) VFD + PID (mỗi bơm hay chung, chiến lược cascade)
3) Bình tích áp/bình chống surge (thể tích, vị trí)
4) Van xả khí, van một chiều (loại, vị trí)
5) Sensor áp, lưu lượng, mức; vị trí đấu nối
6) Tủ điều khiển, SCADA/IoT, ghi log & cảnh báo
7) Bảo vệ điện (quá dòng, quá nhiệt, mất pha)
8) Mức độ chống ồn–rung (đế, căn đồng tâm, ống mềm)

Bảng 3 – Vận hành & bảo trì

1) Luân phiên bơm theo lịch (giờ chạy đồng đều)
2) Quy trình start/stop mềm (soft-fill, anti-surge)
3) Thời gian tối thiểu giữa hai lần khởi động
4) Vệ sinh, flushing định kỳ sau bảo trì
5) Theo dõi rung/nhiệt; ngưỡng cảnh báo & sự cố
6) Lịch thay phớt/vòng bi theo giờ chạy
7) Bộ phụ tùng tối thiểu tại chỗ (phớt, vòng bi, gioăng…)
8) Báo cáo kWh/m³ theo ca & theo tuần

Những sai lầm phổ biến – và cách tránh

• Oversize bơm để “chắc ăn”, dẫn đến chạy xa BEP, ồn/rung và tốn điện → Giải pháp: dùng đa bơm song song + VFD.
• Bỏ qua NPSH: cavitation hủy phớt & cánh → Rút ngắn ống hút, DN lớn, đặt bơm thấp.
• Thiếu bình tích áp/van xả khí: búa nước & túi khí → Bổ sung đúng vị trí.
• Không có sleep mode/anti short-cycle: bơm đóng/ngắt liên tục → Điều chỉnh thuật toán điều khiển.
• Không tách công tơ: không đo được kWh/m³ → Mất cơ sở tối ưu TCO.

16) Hỏi–Đáp nhanh (FAQ)

• N+1 là gì? Khi nào cần?
  • N+1 nghĩa là luôn có 1 bơm dự phòng nóng. Bất kỳ lúc nào một bơm đang chạy hỏng hoặc cần bảo trì, bơm dự phòng lập tức thế chỗ. Với hệ thống 24/7, N+1 gần như là bắt buộc.
• Khác nhau giữa bơm cấp chính và booster?
  • Bơm cấp chính đẩy nước từ bể nguồn vào mạng; booster là cụm giữ áp tại khu vực xa hoặc đòi hỏi áp ổn định riêng. Booster giúp không phải nâng áp toàn mạng.
• Đặt setpoint áp suất như thế nào?
  • Tính từ áp cần tại điểm xa/cao nhất, cộng chênh cao, tổn thất đường ống và dự phòng. Có thể đặt hai setpoint cho ngày/đêm để tiết kiệm.
• Khi nào cần bình tích áp?
  • Khi tải biến thiên hoặc có xung đỉnh ngắn. Bình tích áp giảm chu kỳ on/off, giảm búa nước và giúp bơm chạy êm.
• Dấu hiệu cavitation và cách khắc phục?
  • Tiếng “lách tách”, rung tăng, phớt mau hỏng, cánh mòn. Khắc phục: nâng NPSHa (đặt bơm thấp, ống hút lớn & ngắn), giảm nhiệt độ nước/hạn chế tổn thất.