Hướng dẫn chọn máy bơm hút bùn đáp ứng yêu cầu trong các lĩnh vục sản xuất

Bơm hút bùn có lẽ không còn xa lạ gì với chúng ta. Khi mà nhu cầu khai thác, xử lý bùn, khoáng ngày một tăng. Thì các công cụ hỗ trợ cho việc khai thác là không thể thiếu. Và bơm hút bùn có thể nói là một thành phần quan trọng trong hệ thống khai thác và lưu chuyển bùn.

Bài viết này chúng ta hãy cùng nhau thảo luận về chủ đề bùn là gì và các loại máy bơm hút bùn né!

Bùn là gì?

Thông thường, thuật ngữ bùn được sử dụng để chỉ một hỗn hợp giữa chất lỏng và các hạt chất rắn hoặc chất rắn do kết tủa mà thành. Phần dung chất trong hỗn hợp thường được gọi là chất tải và trong hầu hết các trường hợp là nước, mặc dù có thể là bất cứ thứ gì từ dung dịch axit (ví dụ axit nitric) đến hydrocarbon (ví dụ diesel).

Phân loại bùn

Bùn có thể được chia thành hai loại:

• • Bùn lắng
  • Bùn không lắng

Đặc tính này dựa trên bản chất của các hạt rắn:

• • Bùn không lắng có chứa các hạt chất rắn được tạo thành từ các hạt mịn, phần lớn vẫn ở trạng thái lơ lửng khi ngừng khuấy trộn.
  • Bùn lắng, với bản chất của tên gọi cho thấy nó có chứa các hạt chất rắn mà các hạt sẽ lắng xuống khi ngừng khuấy trộn.

Đối với các nhà thiết kế và sản xuất máy bơm hút bùn, phân loại bùn là một yếu tố rất quan trọng. Ví dụ, bùn không lắng có thể được vận chuyển trong điều kiện dòng chảy tầng (laminar flow conditions). Trái ngược lại thì bùn lắng yêu cầu vận chuyển lưu chất trong điều kiện dòng chảy rối (turbulent flow conditions), đặc biệt là trong các đường ống vận chuyển nằm ngang.

Một quy tắc hữu ích được cung cấp trong cuốn sách Chemical Engineering Design viết bởi hai tác giả Sinnot và Towler, phân cấp các hạt chất rắn có kích thức nhỏ hơn 200micron (0,2 mm) thường ​sẽ tạo ra các chất bùn không lắng. Kích thước hạt lớn hơn sẽ tạo ra bùn lắng.

Bơm hút bùn

Máy bơm hút bùn là thiết bị không thể thiếu của ngành công nghiệp khai thác và vận chuyển bùn. Trong quá trình vận hành của một nhà máy, các nguyên vật liệu luôn phải được vận chuyển từ điểm này sang điểm khác.

Quy luật nhiệt động lực học đã chỉ rõ ra lưu chất chỉ di chuyển từ khu vực có áp suất cao đến khu vực có áp suất thấp và dựa vào thiết kế của nhà máy, các máy bơm sẽ được đặt ở các vị trí thích hợp để hỗ trợ cho việc vận chuyển lưu chất.

Khi vận hành các máy bơm hút bùn, thông thường đa phần đều gặp phải sự cố tắc nghẽn hoặc hỏng hóc các bộ phận của thiết bị bơm. Công việc của đội thiết kế cùng với nhà cung cấp bơm là đánh giá tất cả các yếu tố trong mọi tình huống, bao gồm các lưu chất có tính chất khác nhau, các thiết kế hệ thống đường ống vận chuyển khác nhau để có thể chọn một máy bơm hút bùn phù hợp để giảm thiểu tắc nghẽn và dễ dàng bảo trì cũng như bảo đảm an toàn khi vận hành.

Với nhiều chủng loại máy bơm khác nhau và nhiều thương hiệu trên thị trường, việc lựa chọn máy bơm phù hợp có thể rất khó khăn, đặc biệt là khi vận chuyển lưu chất là hỗn hợp bùn, nước có chứa hạt rắn thô.

Cách chọn bơm hút bùn

Trước khi lựa chọn loại máy bơm hút bùn cần thiết, bước đầu tiên là xác định các yêu cầu giảm áp bằng cách sử dụng các đặc tính của hệ thống. Các tham số cần có là:

• • ρ_l: tỷ trọng lưu chất tải
  • d₅₀: cấp hạt trung bình
  • ρ_s: tỷ trọng hạt rắn trong lưu chất, lưu ý không phải tỷ trọng của toàn lưu chất
  • ρ_sl: tỷ trọng của lưu chất bùn
  • %_(w/w): nồng độ khối lượng
  • %_(v/v): nồng độ thể tích
  • Q: lưu lượng

Phương trình dưới đây có thể dùng để xác định tỷ trọng của lưu chất bùn

Đối với bùn lắng, vận tốc bùn trong đường ống là yếu tố chính trong việc thiết kế và lựa chọn thiết bị

Hình 1: Mối quan hệ giữa độ sụt áp và vận tốc vận chuyển của lưu chất bùn so sánh với nước tinh khiết khi vận chuyển trong đường ống nằm ngang

Hình 1 được trích dẫn từ Chemical Engineers’ Handbook của Perry, mô tả mối quan hệ giữa độ sụt áp và vận tốc bùn vận chuyển so với chất lỏng tinh khiết trong đường ống ngang. Điểm quan trọng cần lưu ý ở đây là vận tốc khi bùn được vận chuyển trong đường ống ngang phải cao hơn điểm V_m2 (vận tốc vận chuyển tối thiểu). Đây là điểm mà tại đó các chất rắn trong trạng thái lơ lửng. Vận tốc này được xác định bằng phương trình Durand.

Với:

• • g: gia tốc trọng trường
  • D: đường kính ống
  • s = ρ_s/ ρ_l = tỷ số giữa tỷ trọng hạt rắn và tỷ trọng chất tải
  • F_L= hằng số phụ thuộc vào cấp hạt và nồng độ hạt rắn

Khi tốc độ vận chuyển tối thiểu đã được tính toán, cũng cần thiết tính đến các yếu tố an toàn khác. Nếu vận tốc quá cao, áp suất đầu hút yêu cầu giảm xuống kéo theo máy bơm có thể phải hoạt động quá công suất thiết kế.

Đối với dòng chảy trong đường ống thẳng đứng, vận tốc khi rời khỏi ống xả nên gấp hai lần tốc độ lắng của hạt rắn. Mục đích chính là để ngăn chặn việc các hạt chất rắn rơi xuống. Theo kinh nghiệm thường thấy, vận tốc trong khoảng từ 1-3 m/s nên được áp dụng.

Có thể xác định độ sụt áp gây ra bởi bùn lắng bằng cách giả sử và tính toán dựa trên một vận tốc đồng nhất trong đường ống. Vân tốc này được tính dựa trên mật độ bùn và độ nhớt của dung chất mang hạt rắn và áp dụng một hệ số hiệu chỉnh. Hệ số hiệu chỉnh 25% được đề xuất bởi Perry trong Chemical Engineers’ Handbook.

Lưu ý rằng tính toán ở trên sử dụng trong trường hợp các hạt rắn nặng hơn chất tải chứa nó. Tùy thuộc vào kích thước hạt rắn, ở nồng độ cụ thể, các hạt bắt đầu tương tác với nhau và có thể bắt đầu ảnh hưởng đến độ nhớt của bùn.

Đối với bùn không lắng, các tính chất thường được không tuân theo định luật Newton (chất lưu phi Newton). Tính lưu biến và tính chất của bùn thường phải được xác định dựa trên kinh nghiệm để xác định, từ đó lựa chọn máy bơm phù hợp với yêu cầu. Việc áp suất giảm trong trường hợp này có thể tính được bằng cách sử dụng các tính toán dựa vào độ nhớt và mật độ bùn đo được.

Những yếu tố khác cần xem xét trước khi chuyển sang lựa chọn máy bơm hút bùn phù hợp bao gồm:

• • Độ trượt: khi vận tốc hạt rắn và chất lưu chứa nó khác nhau đáng kể
  • Kích thước ống: đảm bảo đường kính trong của ống lớn hơn nhiều so với kích thước hạt lớn nhất (gấp từ 6 đến 10 lần)
  • Thiết kế đường ống: sử dụng các đoạn tuần hoàn lặp để đảm bảo bùn luôn chuyển động, thiết kế dốc. Từ đó bùn có thể xuống đến điểm cuối. Các đoạn uốn cong nên được lắp đặt với bán kính lớn, giảm thiểu các điểm uốn, giảm thiểu các điểm chết (dead leg), giảm thiểu đường ống hút
  • Chiều cao cột áp tĩnh yêu cầu
  • NPSH (Net Positive Suction Head – chiều cao cột áp hút) thực tế.

Các hạt rắn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu cấu thành các bộ phận của đầu bơm. Những yếu tố khác nên được cân nhắc bao gồm:

• • Độ cứng hạt rắn?
  • Độ mài mòn của hạt rắn?
  • Mức độ ăn mòn khi bơm lưu chất?
  • Mức độ ăn mòn của lưu chất (dung dịch chứa các hạt rắn đó)?

Các loại bơm hút bùn thông dụng

Với nhiều nhiệm vụ và mục đích khác nhau, cả bơm ly tâm cánh dẫn và bơm thể tích đều có thể được sử dụng. Sau đây là một số khía cạnh cần xem xét trước khi lựa chọn loại máy bơm phù hợp trong việc vận chuyển lưu chất bùn của bạn. Tuy nhiên, luôn luôn kiểm tra thật kỹ và tham khảo với các chuyên viên/kỹ thuật viên của nhà cung cấp trước khi đưa ra quyết định cuối cùng.

Bơm ly tâm cánh dẫn

Các dòng máy bơm hút bùn phổ biến nhất thường được sử dụng là máy bơm ly tâm (máy bơm chìm). Với máy bơm ly tâm, các yếu tố dưới đây đặc biệt cần lưu ý:

Loại cánh

Có thể sử dụng loại cánh xoáy, với thiết kế tạo dòng xoáy để giảm thiểu sự tiếp xúc giữa các hạt rắn và cánh bơm từ đó giảm thiểu sự bào mòn ở cánh. Kiểu cánh hở cũng có thế sử dụng, vì chúng thường dễ làm sạch và bảo trì hơn.

Cánh kín sẽ cho hiệu suất tốt nhất nhưng bất lợi ở chỗ nó có thể khó làm sạch trong việc bảo trì. Độ dày cánh tương ứng với lớp lót phù hợp. Ngoài ra cũng nên xem xét bất kỳ tác động nào gây ra bởi tốc độ quay của cánh bơm.

Loại vỏ

Vỏ kim loại có thể được sử dụng. Vỏ có thể được lót bên trong bằng cao su để bảo vệ thêm chống bào mòn. Vỏ rời cũng có thể được cân nhắc sử dụng, nhưng giá thành của vỏ rời có thể cao.

Khoảng hở

Bơm ly tâm bùn phải có độ hở giữa cánh và thân bơm lớn hơn so với bơm chất lỏng tinh khiết, để cho các hạt chất rắn đi qua và cũng để giảm vận tốc trong bơm, do đó giảm thiểu sự bào mòn.

Trên đây là một số điều cần xem xét khi lựa chọn máy bơm ly tâm cho nhiệm vụ vận chuyển bùn. Khi làm việc trực tiếp với các nhà cung cấp, các kỹ sư thiết kế phải chọn ra các giải pháp phù hợp và tốt nhất cho hệ thống vận hành. Đội ngũ thiết kế cũng nên xem xét bất kỳ các yếu tố tác động đến trục và phốt bơm, đảm bảo sẽ không có vấn đề với hiện tượng xâm thực khi đưa máy bơm vào vận hành.

Bơm ly tâm để tạo ra sự chênh áp và do đó, áp suất của dòng lưu chất được tạo ra dựa trên tính chất của chất lưu.

Thông thường, đường cong đặc tính và đường cong hiệu suất của bơm cung cấp bởi các nhà sản xuất chỉ áp dụng với lưu chất nước. Do đó, cần phải chuyển đổi các đường cong này khi lưu chất là bùn, quặng. Một ví dụ được thể hiện trong hình trên, bao gồm tỷ lệ chuyển đổi cho đường cong hiệu suất và đường cơ, từ đó hỗ trợ cho việc lựa chọn động cơ phù hợp cho máy bơm.

Lưu ý rằng biểu đồ trên chỉ dành cho bùn với lưu chất mang là nước và biểu thị cho dòng máy bơm hút bùn Schurco. Đối với các hệ số tương quan cho máy bơm thương hiệu khác và với các chất lưu khác, vui lòng hãy liên hệ với nhà cung cấp.

Bơm thể tích

Có nhiều loại máy bơm thể tích có thể được sử dụng trong việc bơm vận chuyển bùn như:

• • Bơm màng hoạt động bằng khí nén
  • Bơm nhu động
  • Bơm cánh khế
  • Bơm trục vít

Bơm thể tích (Positive Displacement) thường chiếm ưu thế trong việc xử lý vận chuyển chất lỏng đặc sệt, có độ nhớt cao. Các máy bơm thể tích được thiết kế và trang bị các bộ phận tốt hơn để vượt qua sức cản của dòng lưu chất. Bơm thể tích thường chạy ở tốc độ thấp hơn so với máy bơm ly tâm và do đó tác động nhẹ hơn với các hạt rắn. Tuy nhiên, một số máy bơm thể tích có thể tạo ra tổn thất gia tốc, do đó cần được tính toán kĩ.

Bơm màng khí nén

Một cách tổng quan, máy bơm màng sử dụng khí nén rất phù hợp trong việc xử lý vận chuyển bùn. Tuy nhiên, giống như với máy bơm ly tâm, mài mòn và ăn mòn là một vấn đề cần lưu ý, đặc biệt đối với các bộ phận tiếp xúc lưu chất như bi, các bộ phận của cụm van một chiều (check valve). Nếu vật liệu phù hợp không được chọn, các bi có thể bị ăn mòn đến khi mà chúng không còn bịt kín buồng bơm, khiến máy bơm không hoạt động hiệu quả.

Những điều cần lưu ý và xem xét (cụ thể trong việc xử lý vận chuyển bùn quặng) bao gồm vật liệu cấu thành cụm van một chiều (check valve); vật liệu của màng; và khoảng hở (đối với kích thước hạt tối đa mà máy bơm màng có thể xử lý).

Bơm nhu động

Bơm nhu động là lựa chọn thay thế cho bơm màng sử dụng khí nén. Không giống như bơm màng, bơm nhu động không sử dụng bi hoặc van một chiều. Một cách dễ hiểu, những bộ phận duy nhất cần bảo trì là động cơ và ống bơm (hose/tube).

Ưu điểm chính của loại máy bơm này là khả năng xử lý chất thải lên đến 80% w/w chất rắn. Điểm hạn chế trong sự lựa chọn bơm nhu động là áp suất tối đa của ống xả đạt được, và áp suất ống xả phụ thuộc vào vật liệu của ống bơm. Những điều cần lưu ý và xem xét bao gồm vật liệu ống bơm (để tăng tuổi thọ ống bơm) và áp suất ống xả tối đa.

Bơm cánh khế (bơm lobe)

Với loại máy bơm này, lưu chất được lưu chuyển trong khoảng trống giữa các bánh răng, trục thùy. Chúng thường được dùng cho vận chuyển bùn với thành phần hạt chủ yếu là hạt mềm.

Máy bơm cánh khế xử lý tốt các chất bùn có chứa chất rắn dễ lắng, vì chúng được múc lên sau mỗi chu kì quay của bánh răng. Khoảng hở giữa các thuỳ và thân bơm thường khá nhỏ và bất kỳ chất bùn nào chứa chất rắn mài mòn sẽ gây ra sự bào mòn mạnh cho các bơm này.

Những điều cần xem xét và lưu ý khi lựa chọn sử dụng bơm cánh khế bao gồm loại bùn và đặc tính hạt rắn trong nó.

Bơm trục vít

Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp xử lý nước thải và công nghiệp chế biến, máy bơm trục vít nổi tiếng trong việc xử lý các vấn đề về vận chuyển lưu chất bùn. Để cải thiện khả năng chống mài mòn trong khi máy bơm hút bùn, roto của bơm có thể được phủ lớp lót bảo vệ. Hạt rắn trong lưu chất càng có tính mài mòn thì tốc độ quay roto khi vận hành máy bơm càng chậm, đơn giản hơn là bạn nên chọn một máy bơm lớn hơn và hoạt động ở tốc độ chậm hơn.

Tuy nhiên cần lưu ý một vấn đề, nếu bơm hoạt động chậm hơn thì chất rắn có thể lắng đọng và lưu chất không còn ở thể huyền phù và gây tắc nghẽn trong bơm. Hãy cẩn thận trong quá trình thiết kế vận chuyển lưu chứa có chứa hạt rắn với đường kính lớn hơn. Giới hạn cho hạt rắn mà bơm trục vít có thể xử lý được ở khoảng dưới 45 mm được tác giả John đề xuất trong Pump Station Design

Những điều cần xem xét và lưu ý khi lựa chọn sử dụng bơm trục vít bao gồm các đặc tính của hạt rắn (kích thước và độ mài mòn), loại bùn (chúng có dễ lắng không?) và đặc tính phốt của bơm.

Kết luận

Chọn một máy bơm hút bùn phù hợp cho công việc vận chuyển lưu chất bùn có thể là một công việc khó khăn. Có rất nhiều thông số cần lưu ý khi lựa chọn bơm, một số trong đó đã được đề cập trong bài viết này.

Mục tiêu chính trong việc xử lý các vấn đề khi vận chuyển bùn là phải đảm bảo rằng các chất rắn khi vận chuyển vẫn ở trạng thái lơ lửng, giảm thiểu hao mòn và tắc nghẽn trong máy bơm.

Bài viết này chỉ dừng ở mức cung cấp các thông tin cho việc thảo luận và hướng dẫn chung. Đối với các trường hợp cụ thể, bạn nên thu thập càng nhiều thông tin càng tốt về lưu chất và thảo luận về các lựa chọn với nhà cung cấp máy bơm.

Hiện Việt Nhất chuyên cung cấp các sản phẩm máy bơm hút bùn công suất lớn, chất lượng cao với thương hiệu đến từ Mỹ.

Quý khách vẫn chưa chọn được cho mình một sản phẩm bơm bùn phù hợp, hay có bất kỳ thắc mắc nào cần tư vấn hoặc cần cung cấp thông tin kỹ thuật, giá cả sản phẩm. Hãy liên hệ ngay với Việt Nhất nhé!

Việt Nhất luôn sẵn sàng lắng nghe và hỗ trợ bạn.