Giải pháp lọc tự động cho hệ thống tháp giải nhiệt

Quản trị viên 17/04/2023 Khối môi trường

Tháp giải nhiệt là hệ thống làm mát bằng nước, được sử dụng ngày càng phổ biến tại các nhà máy, xí nghiệp hoặc trong hệ thống điều hòa không khí với mục đích hỗ trợ quá trình làm mát máy móc.  

1. Giải pháp lọc tự động được áp dụng cho các công ty công nghiệp thuộc mọi loại hình, bao gồm nhà máy điện. Nguồn: Eaton/Getty Images

Hệ thống thiết bị máy móc tại các khu công nghiệp khi vận hành liên tục với cường độ cao sẽ sản sinh nhiệt lớn khiến cho máy nhanh hỏng, dẫn đến hiệu suất vận hành giảm, sản xuất bị gián đoạn. Việc lắp đặt các tháp nước giải nhiệt đảm bảo quá trình vận hành diễn ra suôn sẻ. Không những thế, tháp giải nhiệt còn giúp tăng tuổi thọ cho các thiết bị và hạn chế các sự cố, từ đó giảm bớt chi phí sửa chữa và bảo dưỡng tháp.

Có thể nói, giảm thiểu chất thải và nâng cao hiệu quả quy trình chính là chìa khóa cho sự hoạt động trơn tru của các nhà máy, xí nghiệp. Khi các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm cả sản xuất điện, tìm kiếm các giải pháp nhằm cải thiện hiệu quả hoạt động, công nghệ làm mát bằng nước cũng không ngừng phát triển nhằm đáp ứng thách thức này.

Tháp giải nhiệt có chức năng loại bỏ nhiệt thải và làm mát nước tuần hoàn cho các hệ thống tại các nhà máy điện, nhà máy hóa chất và nhà máy lọc dầu. Với thực tế có những giai đoạn hàng chục nghìn gallon nước mỗi phút liên tục chảy qua các tháp giải nhiệt, quá trình lọc đóng một vai trò quan trọng trong việc giữ cho hệ thống sạch và hoạt động hiệu quả.

Tháp giải nhiệt liên tục phun nước để loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong không khí và đưa chúng vào hệ thống làm mát. Các hệ thống này cũng có thể bị ô nhiễm bởi nguồn nước cấp hoặc các chất rắn bị cuốn vào do quá trình ăn mòn. Nhiều tháp nước giải nhiệt cũng kết hợp chế độ xử lý hóa học nhằm chống lại sự phát triển và ô nhiễm vi sinh.

Cặn lắng và các hạt gây hại khác có thể làm giảm hiệu quả của các thành phần hệ thống làm mát, chẳng hạn như bộ trao đổi nhiệt và thiết bị đường ống. Nước làm mát và các chất lỏng làm mát khác phải được giữ sạch nhằm đảm bảo hiệu quả của quá trình giải nhiệt. Bề mặt bộ trao đổi nhiệt bị bám bẩn do cáu cặn hoặc nhiễm bẩn sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng, ảnh hưởng đến hiệu suất và hoạt động của các thiết bị hệ thống làm mát khác.

Trang bị bộ lọc công nghiệp tự động cho tháp giải nhiệt

Hệ thống làm mát được trang bị bộ lọc công nghiệp giúp đảm bảo dòng chảy liên tục và tự vận hành không đòi hỏi nhiều sự quan tâm. Trên thị trường hiện có nhiều loại giải pháp thủ công và tự động với khả năng lọc tự động, thường dựa trên công nghệ rửa ngược và làm sạch cơ học. Lọc tự động có lợi thế hơn các phương pháp lọc thủ công, là cách hiệu quả và bền vững nhất để loại bỏ tác hại do chất bẩn không mong muốn gây ra. Để xác định nhu cầu lọc, trước tiên cần xem xét các vấn đề sau:

Cần thu gom bao nhiêu hạt hoặc bụi bẩn?  Nếu phương pháp lọc sẵn có không yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên (việc làm sạch và thay thế thiết bị diễn ra vài tuần một lần) thì có thể không cần trang bị hệ thống lọc tự động (nói chung, bộ lọc thô ngược dòng là lựa chọn tốt nhất cho những ứng dụng khi các hạt kích thước 50 micron hoặc nhỏ hơn không gây ảnh hưởng xấu đến quy trình hoặc thiết bị). Ngược lại, nếu ống lọc nhanh chóng bị đầy cặn hoặc yêu cầu làm sạch thủ công thường xuyên thì nên ưu tiên sử dụng hệ thống lọc tự động.

Mức độ lọc nào là cần thiết?  Phân tích phân bố kích cỡ hạt có thể giúp xác định kích cỡ và phạm vi của các hạt đại diện cho hệ thống nước làm mát. Từ đó tạo điều kiện dễ dàng hơn cho việc lựa chọn giải pháp lọc để đạt hiệu suất và độ tin cậy tối ưu.

Lưu lượng là gì?  Giải pháp lọc cần xử lý được lưu lượng nước tối đa để tạo ra hiệu quả mong muốn. Tốc độ lọc thường được biểu thị bằng gallon mỗi phút trên mỗi foot vuông diện tích bộ lọc (gpm/ft 2). Ngoài ra cũng cần xác định áp suất và lưu lượng nước ổn định hay là biến thiên.

Mức độ thất thoát có thể chấp nhận được là bao nhiêu?  Quy trình rửa ngược làm sạch các bộ lọc để loại bỏ các chất gây ô nhiễm tích tụ. Một số giải pháp lọc đòi hỏi dòng chảy rửa ngược lớn hơn đáng kể, làm gia tăng tiêu thụ nước và khả năng thất thoát môi trường lọc. Các bộ lọc được làm sạch bằng cơ học thường không cần xả ngược và cần ít nước hơn để xử lý.

Hệ thống sẽ chiếm bao nhiêu không gian?  Các hệ thống lọc công nghiệp khác nhau đáng kể về kích thước và cấu hình tùy thuộc vào yêu cầu lọc và lưu lượng. Cần tham khảo ý kiến của đối tác có kinh nghiệm trong việc thiết kế và lắp đặt các giải pháp lọc tùy chỉnh.

Cần đầu tư thời gian để tìm hiểu kỹ các phương án?  Cho dù giải pháp lựa chọn cho hệ thống làm mát là bộ lọc tinh hiệu suất cao, bộ lọc thô hoạt động bền bỉ, không cần bảo dưỡng, hoặc là cả hai, cần đầu tư thời gian để tìm hiểu tất cả các phương án lựa chọn bởi lẽ giải pháp lọc công nghiệp phù hợp sẽ mang lại nhiều lợi ích trong nhiều năm.

Lợi tức đầu tư là bao nhiêu?  Giải pháp lọc phù hợp có thể giảm đáng kể chi phí vận hành và chi phí lao động đồng thời giúp các nhà vận hành tuân thủ các quy định của pháp luật cũng như đạt được mục tiêu xử lý và tiêu thụ nước có trách nhiệm.

Thông thường, cách tiếp cận để xử lý các vấn đề là áp dụng một hệ thống nhiều bộ lọc có công suất bổ sung thỏa đáng để có thể xử lý quy trình khi một hoặc nhiều bộ lọc tạm ngừng hoạt động để làm sạch hoặc thay thế. Giải pháp khác là bộ lọc tự động tự làm sạch không yêu cầu thời gian ngừng hoạt động để bảo trì.

Ưu điểm của lọc tự động bao gồm giảm thất thoát nước và sử dụng năng lượng, chống sự cáu cặn, ăn mòn và tăng thời gian hoạt động của quá trình. Đồng thời, giảm nhu cầu bảo trì, kéo dài tuổi thọ của các thành phần hệ thống làm mát và hỗ trợ việc tuân thủ các quy định của ngành/môi trường.

Bộ lọc (còn gọi là y lọc, chuyên lọc tinh) và bộ lọc công nghiệp (lọc thô) về cơ bản thực hiện cùng một chức năng, nhưng các bộ lọc tinh có thể loại bỏ các hạt có kích thước nhỏ hơn nhiều và không nhìn thấy được bằng mắt thường. Các hạt có kích thước nhỏ đến 0,1 mm, tương đương 100 micron, có thể được loại bỏ hiệu quả bằng bộ lọc thô ngược dòng. Đối với các loại hạt kích cỡ nhỏ hơn thì cần sử dụng bộ lọc tinh.

Bất kể dùng bộ lọc thô hay bộ lọc tinh thì các hạt tích tụ trong ống lọc phải được loại bỏ định kỳ. Việc dừng dòng chảy để làm sạch ống lọc theo cách thủ công có nghĩa là phải ngừng quy trình hoặc là bỏ qua bước vệ sinh bộ lọc trong quá trình bảo dưỡng. Không phương án nào là tối ưu nên các nhà vận hành hướng đến bộ lọc tinh tự làm sạch. Hiện nay, trên thị trường có hai thiết kế lọc tự động tiêu chuẩn: bộ lọc rửa ngược tự động và bộ lọc được làm sạch bằng cơ học.

Hệ thống rửa ngược tự động thực hiện làm sạch thông qua chức năng rửa ngược tích hợp cung cấp dòng chảy không bị gián đoạn. Các hệ thống này thường sử dụng một cần quay rỗng bên trong để gom cặn lắng đọng trên môi trường lọc. Khi các hạt thu gom tích tụ nhiều, sự sụt giảm áp suất từ trên xuống dưới bộ lọc tăng dần cho đến khi đạt giá trị xác định trước, tại thời điểm này van được mở, đẩy chất lỏng và cặn bẩn tích tụ ra ngoài thông qua cần quay.

Bộ lọc thô ngược dòng giúp tăng hiệu quả lọc

Có thể bổ sung bộ lọc thô ngược dòng cho bất kỳ hệ thống lọc tháp giải nhiệt nào. Lọc thô ngược dòng giúp tăng cường sự bảo vệ đối với máy bơm và các bộ lọc tinh xuôi dòng phức tạp hơn nhờ loại bỏ các chất rắn kích thước lớn không mong muốn khỏi dòng nước làm mát. Chi phí bỏ ra ban đầu cho giải pháp này sẽ được bù đắp bởi việc tăng tuổi thọ ống lọc, giảm thời gian chết cũng như nhu cầu bảo trì.

Bộ lọc tinh rửa ngược tự động cũng có chức năng tự điều chỉnh trong và sau các tình huống bị tắc nghẽn. Khi xảy ra tình trạng tắc nghẽn, bộ lọc sẽ bắt đầu quy trình rửa ngược liên tục. Khi quá trình trở lại hoạt động bình thường, khoảng thời gian giữa các lần rửa ngược cũng sẽ bình thường hóa. Tần suất làm sạch có thể dựa vào thời gian, áp suất chênh lệch, lựa chọn thủ công hoặc các tiêu chí cụ thể khác của ứng dụng.

Thông thường, loại bộ lọc tinh này được sử dụng để loại bỏ các hạt lớn hơn 50 micron và có thể xử lý nồng độ cặn bẩn khoảng 200 phần triệu (ppm). Bộ lọc tinh tự động được sử dụng tốt nhất trong các tình huống dung tích lớn, khi lượng chất lỏng thất thoát có thể lên đến 5% tổng lưu lượng trong quá trình làm sạch.

2. Trong ví dụ lọc rửa ngược tự động này, dòng chảy vào đi qua xi lanh bên trong. Các hạt được gom trên bề mặt bên trong của buồng lọc lưới trong khi chất lỏng được lọc chảy xuống và đi ra khỏi buồng. Giai đoạn rửa ngược được thiết lập để kích hoạt theo chu kỳ hẹn giờ với chế độ ghi đè áp suất chênh lệch. Nguồn: Eaton

Tùy chọn thiết kế lọc tự động thứ hai sử dụng đĩa làm sạch cơ học để cào cặn tích tụ ra khỏi môi trường lọc (Hình 2). Thông thường, chu trình làm sạch được hẹn giờ trước giúp đảm bảo dòng chảy ổn định. Ngoài ra, nếu cặn bẩn thu gom làm gia tăng tình trạng giảm áp suất trên bộ lọc (gây ra tình trạng tắc nghẽn), thiết bị cạo có thể được kích hoạt tại giá trị xác định trước (lưu ý rằng chức năng ghi đè áp suất chênh lệch là rất quan trọng đối với mọi hệ thống lọc). Cặn bẩn sau đó được lắng đọng ở dưới đáy của thân bộ lọc, tại đây nó sẽ được loại bỏ mà không làm gián đoạn đến dòng chảy qua bộ lọc.

3. Trong ví dụ lọc làm sạch cơ học này, một đĩa làm sạch được sử dụng để loại bỏ các tạp chất khỏi ống lọc. Khí nén ở trên đỉnhđáy cột trung tâm được sử dụng để di chuyển khối nam châm trong ống mà đĩa làm sạch được ghép nối bằng từ tính. Khi nam châm di chuyển, đĩa làm sạch di chuyển theo đồng thời tiếp xúc chặt chẽ với môi trường lọc. Hoạt động cạo này hỗ trợ chu trình làm sạch kỹ lưỡng vì cặn bẩn được thu gomđáy của thiết bị. Khối lượng thải ra thấp so với thể tích chất lỏng được xử lý cũng giúp giảm chất thải sản phẩm. Nguồn: Eaton

Bộ lọc tinh làm sạch cơ học (Hình 3) phù hợp để loại bỏ các hạt có đường kính lớn hơn 25 micron. Một số bộ lọc kiểu này có thể xử lý khối lượng cặn bẩn cao hơn với chu kỳ làm sạch thường xuyên hơn so với các bộ lọc tự động thông thường. Ngoài ra, hầu hết các bộ lọc làm sạch cơ học chỉ sử dụng một lượng nhỏ chất lỏng để sục rửa cặn bẩn.

Lưu ý rằng bộ lọc thô hay bộ lọc tinh đều gây ra sự sụt giảm áp suất và hạn chế dòng chảy. Cả hai yếu tố này cần được tính đến khi thiết kế hệ thống. Có thể xem xét sử dụng máy bơm công suất lớn hơn để duy trì thể tích và áp suất dòng chảy thích hợp.

Các trường hợp sử dụng bộ lọc dạng túi hoặc dạng ống

Đối với các trường hợp yêu cầu quá trình lọc kỹ lưỡng hơn, có thể xem xét bộ lọc dạng túi hoặc dạng ống. Hai hệ thống lọc kiểu này sử dụng môi trường lọc dùng một lần, cho phép giữ lại và loại bỏ hạt có độ mịn lớn hơn, tuy nhiên lại đòi hỏi việc bảo trì thường xuyên và chi phí tiêu dùng cao hơn.

Có thể kết luận, lựa chọn giải pháp lọc công nghiệp tối ưu hiếm khi là một quá trình đơn giản. Có nhiều yếu tố và cách tiếp cận để xem xét, ngay cả đối với các cơ sở có chức năng tương tự có thể có các yêu cầu thiết kế khác nhau đáng kể bao gồm nhu cầu xử lý hóa học hoặc sinh học. Do đó, các nhà điều hành cơ sở cần thảo luận về các yêu cầu quy trình với một chuyên gia hoặc nhà cung cấp giải pháp am hiểu và tiến hành hợp tác ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu.

Lọc tự động có thể làm giảm đáng kể các chất rắn và cặn lắng, từ đó nâng cao hiệu suất vận hành hệ thống nước làm mát. Một trong nhiều lợi ích của bộ lọc làm sạch tự động là bảo vệ bộ trao đổi nhiệt, máy bơm, van và vòi phun, đồng thời liên tục loại bỏ các hạt và cung cấp dòng chảy liên tục, ngay cả khi hệ thống đang thực hiện quy trình rửa ngược./.

Tác giả: Đỗ Thanh Hương (Theo Power Magazine)