Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước tháp làm mát tại nhà máy đạm Cà Mau

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật cơ điện tử nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước tháp làm mát xưởng phụ trợ nhà máy, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Duy Thanh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tấn Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Giải Pháp Dọn Bùn Bể Chứa Nước Tháp Làm Mát Cho Nhà Máy Đạm Cà Mau
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. SƠ LƯỢC VỀ THÁP LÀM MÁT VÀ SỰ HÌNH THÀNH LỚP BÙN LẮNG
• 1.2. THÔNG SỐ VẬN HÀNH VÀ THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA BỂ CHỨA NƯỚC THÁP LÀM MÁT NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU
• 1.3. NHỮNG HẠN CHẾ VÀ KHÓ KHĂN TRONG CÔNG TÁC XỬ LÝ BÙN TRONG THÁP LÀM MÁT
• 1.4. KHẢO SÁT CÁC GIẢI PHÁP HIỆN TẠI
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN VÀ MÔ HÌNH ROBOT
• 2.1. ĐẦU BÀI – YÊU CẦU
• 2.2. CHỌN PHƯƠNG ÁN
• 2.3. THÔNG SỐ CHÍNH CỦA ROBOT
• 2.4. CƠ CẤU DI CHUYỂN CỦA ROBOT
• 2.5. CỤM HÚT CỦA ROBOT
• 2.6. HỆ THỐNG ĐIỆN
• 2.7. GIẢI PHÁP DỌN BÙN CHO BỂ CHỨA NƯỚC LÀM MÁT NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU
• 2.8. SA ĐỒ CHO BỂ CHỨA NƯỚC THÁP LÀM MÁT NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU
• 2.9. XÂY DỰNG SA ĐỒ (QUỸ ĐẠO)
• 2.10. GIẢI THÍCH CÁC BƯỚC TRONG LƯU ĐỒ
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC ĐIỀU KHIỂN ROBOT
• 3.1. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
• 3.2. MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC
• 3.3. ĐỊNH VỊ VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT ĐI THEO QUỸ ĐẠO
• 3.4. GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT HÚT BÙN
• 3.5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 4.1. HẠN CHẾ, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tháp làm mát và sự hình thành lớp bùn lắng

Tháp làm mát là một phần thiết yếu trong hệ thống làm mát của các nhà máy công nghiệp, đặc biệt là Nhà máy Đạm Cà Mau. Tháp làm mát sử dụng nguyên lý bay hơi để giảm nhiệt độ của nước, từ đó giúp duy trì hiệu suất hoạt động của các thiết bị công nghiệp. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, nước làm mát thường bị ô nhiễm bởi các chất rắn, dẫn đến sự hình thành lớp bùn lắng trong bể chứa nước. Lớp bùn này không chỉ gây cản trở dòng chảy mà còn làm giảm hiệu suất của hệ thống làm mát. Việc xử lý lớp bùn lắng này là rất quan trọng để đảm bảo vệ sinh bể chứa và bảo trì hệ thống làm mát. Nếu không được xử lý kịp thời, lớp bùn có thể dẫn đến sự ăn mòn thiết bị và tăng tiêu thụ năng lượng, ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy.

1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành bùn lắng

Sự hình thành lớp bùn lắng trong bể chứa nước tháp làm mát chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như chất lượng nước đầu vào, quy trình xử lý nước và thiết kế của tháp làm mát. Nguồn nước được lấy từ sông, hồ thường chứa nhiều tạp chất như phù sa, đất sét, và chất hữu cơ. Các chất này có thể lắng đọng và hình thành lớp bùn, làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát của hệ thống. Việc xử lý nước trước khi đưa vào hệ thống làm mát là cần thiết để giảm thiểu sự hình thành bùn lắng. Theo nghiên cứu, việc duy trì độ pH ổn định và sử dụng các hóa chất xử lý vi sinh có thể giúp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và giảm thiểu cặn bã bám vào thiết bị.

II. Giải pháp xử lý bùn lắng

Để giải quyết vấn đề dọn bùn trong bể chứa nước tháp làm mát, nghiên cứu đã đề xuất một số giải pháp khả thi. Một trong những giải pháp chính là áp dụng công nghệ robot tự động để thu gom bùn lắng. Việc sử dụng robot dọn bùn giúp giảm thiểu số lượng nhân lực cần thiết và đảm bảo an toàn cho người lao động. Robot có thể được lập trình để hoạt động trong các khu vực khó tiếp cận, từ đó nâng cao hiệu suất dọn bùn và giảm thời gian thực hiện công việc. Thêm vào đó, việc kết hợp giữa công nghệ tự động hóa và các thiết bị làm sạch hiện đại sẽ giúp quy trình dọn bùn trở nên hiệu quả hơn, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

2.1. Công nghệ robot trong dọn bùn

Công nghệ robot đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả việc dọn bùn trong bể chứa nước tháp làm mát. Robot có thể được thiết kế với các cảm biến và hệ thống điều khiển thông minh, cho phép nó tự động di chuyển và thu gom bùn lắng. Việc áp dụng công nghệ dọn bùn này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc loại bỏ bùn. Hơn nữa, robot có khả năng hoạt động liên tục mà không cần nghỉ ngơi, điều này giúp tăng cường hiệu quả công việc. Theo nghiên cứu, việc sử dụng robot trong dọn bùn đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả, đồng thời giảm thiểu rủi ro cho người lao động.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Việc áp dụng các giải pháp dọn bùn trong bể chứa nước tháp làm mát không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các giải pháp này giúp nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống làm mát, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì. Đặc biệt, việc sử dụng công nghệ robot trong dọn bùn đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc cải thiện quy trình làm sạch. Các nhà máy có thể áp dụng những công nghệ này để tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu tác động đến môi trường. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc đầu tư vào công nghệ dọn bùn hiện đại là một bước đi cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững cho các nhà máy công nghiệp.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Các giải pháp dọn bùn hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm chi phí cho nhà máy mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Việc duy trì vệ sinh bể chứa sẽ giúp tăng cường tuổi thọ của thiết bị và giảm thiểu nguy cơ sự cố trong quá trình vận hành. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ hiện đại trong dọn bùn cũng giúp giảm thiểu lượng chất thải phát sinh, từ đó góp phần bảo vệ môi trường. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ dọn bùn tiên tiến là một trong những giải pháp quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững cho ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công tác dọn bùn trong bể chứa nước tháp làm mát tại Nhà máy Đạm Cà Mau là một hạng mục quan trọng trong các đợt bảo dưỡng tổng thể hàng năm. Với diện tích bể chứa lên đến 151,20 m x 17,20 m và lớp bùn lắng dày từ 25 đến 35 cm, khối lượng bùn tích tụ ước tính khoảng 650 đến 910 m³, công việc dọn bùn đòi hỏi huy động từ 12 đến 15 công nhân thực hiện trong thời gian dừng máy từ 10 đến 12 ngày. Việc dọn bùn thủ công hiện nay tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động, đặc biệt là nguy cơ tai nạn điện và điều kiện làm việc trong không gian hẹp, trơn trượt. Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất giải pháp cơ giới hóa, sử dụng robot di động hai bánh xích để tự động hóa công tác dọn bùn, giảm thiểu nhân lực, rút ngắn thời gian thi công và nâng cao an toàn lao động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bể chứa nước tháp làm mát xưởng phụ trợ của Nhà máy Đạm Cà Mau, với thời gian thực hiện từ tháng 6/2021 đến tháng 6/2022. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống làm mát, giảm thiểu sự cố thiết bị do bùn lắng gây ra, đồng thời góp phần phát triển công nghệ tự động hóa trong bảo dưỡng công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật cơ điện tử, bao gồm:

• Lý thuyết động học robot di động: Mô hình hóa chuyển động của robot hai bánh xích, xác định quỹ đạo di chuyển và điều khiển vận tốc, gia tốc phù hợp với địa hình bể chứa có nhiều chướng ngại vật.
• Mô hình điều khiển PID: Áp dụng thuật toán điều khiển tỉ lệ-tích phân-đạo hàm để đảm bảo robot di chuyển chính xác theo quỹ đạo đã thiết kế, giảm sai lệch và tăng độ ổn định.
• Khái niệm xử lý bùn trong hệ thống làm mát: Hiểu rõ đặc tính vật lý, hóa học của bùn lắng, cơ chế hình thành và ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt của tháp làm mát.
• Mô hình vận hành tháp làm mát đối lưu cưỡng bức: Nắm bắt nguyên lý hoạt động, cấu tạo bể chứa nước và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích tụ bùn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ thực tế vận hành tại Nhà máy Đạm Cà Mau, bao gồm số liệu về kích thước bể, độ dày lớp bùn, thông số kỹ thuật thiết bị làm mát và các quy trình dọn bùn hiện hành. Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

• Khảo sát hiện trạng: Phân tích các hạn chế, khó khăn trong công tác dọn bùn thủ công, đánh giá các thiết bị dọn bùn hiện có trên thị trường.
• Thiết kế và mô hình hóa robot: Xây dựng mô hình động học robot hai bánh xích, thiết kế cơ cấu hút bùn thô và tinh, lập sa đồ quỹ đạo di chuyển trong bể.
• Mô phỏng và kiểm nghiệm: Sử dụng phần mềm mô phỏng để đánh giá hiệu quả quỹ đạo và thuật toán điều khiển, thực nghiệm trên mô hình thu nhỏ để kiểm tra tính khả thi.
• Phân tích số liệu: Đánh giá hiệu quả giải pháp dựa trên các chỉ tiêu về thời gian thi công, khối lượng bùn dọn được, giảm nhân lực và cải thiện an toàn lao động.

Quá trình nghiên cứu kéo dài gần 1 năm, từ tháng 6/2021 đến tháng 6/2022, với sự phối hợp chặt chẽ giữa đơn vị nghiên cứu và Nhà máy Đạm Cà Mau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khối lượng bùn tích tụ lớn và công tác dọn bùn thủ công tốn nhiều nhân lực: Lớp bùn lắng dày 25-35 cm trên diện tích đáy bể 2600 m², thể tích bùn khoảng 650-910 m³. Công việc dọn bùn thủ công cần 12-15 công nhân làm việc liên tục trong 10-12 ngày, gây tốn kém chi phí và rủi ro an toàn.

2. Hạn chế của các thiết bị dọn bùn hiện có: Các hệ thống làm sạch bùn cố định như MRI Ultra Scraper và Submerged Sludge Collector chỉ hiệu quả với bể có dòng chảy tầng và không có vật cản. Robot hút bùn thương mại như Zeta Crezen K7 và PIRO-U3 có công suất lớn nhưng kích thước cồng kềnh, chưa phù hợp với kết cấu bể chứa có nhiều cột chống và hố sâu tại Nhà máy Đạm Cà Mau.

3. Hiệu quả của robot di động hai bánh xích thiết kế riêng: Robot được thiết kế với kích thước phù hợp (2115 x 1200 x 750 mm), trọng lượng 400 kg, vận tốc tối đa 0,2 m/s, công suất hút bùn 57,4 m³/h. Mô hình động học và thuật toán điều khiển PID giúp robot di chuyển chính xác theo quỹ đạo đã thiết kế, vượt qua các chướng ngại vật như cột chống và hố sâu.

4. Giảm thiểu nhân lực và rút ngắn thời gian thi công: Sử dụng robot cho bước hút bùn thô và tinh giúp giảm số lượng công nhân xuống còn khoảng 5-7 người, thời gian thi công rút ngắn từ 12 ngày xuống còn khoảng 8-9 ngày, đồng thời tăng tính an toàn lao động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng robot di động hai bánh xích trong công tác dọn bùn bể chứa nước tháp làm mát là khả thi và hiệu quả. So với phương pháp thủ công truyền thống, robot giúp giảm đáng kể nhân lực và thời gian thi công, đồng thời hạn chế rủi ro tai nạn lao động do không gian làm việc nguy hiểm. Các thiết bị dọn bùn hiện có trên thị trường không phù hợp với đặc thù kết cấu bể chứa tại Nhà máy Đạm Cà Mau, do đó việc thiết kế robot chuyên biệt là cần thiết.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh thời gian thi công và nhân lực giữa phương pháp thủ công và sử dụng robot, cũng như bảng thống kê khối lượng bùn dọn được theo từng phương án. So sánh với các nghiên cứu trong ngành xử lý nước công nghiệp, giải pháp robot này phù hợp với xu hướng tự động hóa và cơ giới hóa trong bảo dưỡng công nghiệp, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống làm mát.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng robot di động hai bánh xích trong công tác dọn bùn: Áp dụng ngay trong các đợt bảo dưỡng tổng thể hàng năm tại Nhà máy Đạm Cà Mau để giảm nhân lực và rút ngắn thời gian thi công. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Nhà máy phối hợp với đơn vị cung cấp robot. Thời gian thực hiện trong vòng 1 năm tới.

2. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành robot cho công nhân: Tổ chức các khóa đào tạo vận hành, bảo trì robot để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và hiệu quả. Mục tiêu nâng cao kỹ năng cho ít nhất 10 công nhân trong 6 tháng.

3. Nghiên cứu phát triển thêm các thiết bị vệ sinh bề mặt đáy bể: Bổ sung robot làm sạch bề mặt đáy bể để xử lý các lớp bùn mỏng còn sót lại, đảm bảo độ sạch tối ưu. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm trong 12 tháng tiếp theo.

4. Xây dựng quy trình vận hành và bảo dưỡng robot chuẩn hóa: Thiết lập quy trình vận hành, bảo dưỡng định kỳ và xử lý sự cố để kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo an toàn lao động. Chủ thể là phòng kỹ thuật và Ban An toàn Môi trường, hoàn thành trong 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và quản lý vận hành nhà máy công nghiệp: Nắm bắt giải pháp cơ giới hóa công tác bảo dưỡng hệ thống làm mát, áp dụng để nâng cao hiệu quả vận hành và giảm chi phí nhân công.

2. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ robot công nghiệp: Tham khảo mô hình thiết kế robot di động hai bánh xích, thuật toán điều khiển và ứng dụng thực tế trong môi trường công nghiệp phức tạp.

3. Đơn vị cung cấp thiết bị và dịch vụ bảo dưỡng công nghiệp: Tìm hiểu các giải pháp mới để phát triển sản phẩm, dịch vụ phù hợp với nhu cầu tự động hóa trong ngành xử lý nước và làm mát.

4. Sinh viên và học viên chuyên ngành kỹ thuật cơ điện tử, tự động hóa: Học tập quy trình nghiên cứu, thiết kế và ứng dụng robot trong thực tế, nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng thực hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần phải dọn bùn trong bể chứa nước tháp làm mát?
   Bùn lắng tích tụ làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt, gây tắc nghẽn và ăn mòn thiết bị. Việc dọn bùn giúp duy trì hiệu suất làm mát và kéo dài tuổi thọ hệ thống.

2. Robot di động hai bánh xích có ưu điểm gì so với phương pháp thủ công?
   Robot giảm thiểu nhân lực, rút ngắn thời gian thi công, tăng an toàn lao động và có khả năng làm việc liên tục trong môi trường nguy hiểm.

3. Phương pháp điều khiển robot được áp dụng là gì?
   Thuật toán điều khiển PID được sử dụng để đảm bảo robot di chuyển chính xác theo quỹ đạo, giảm sai lệch và tăng độ ổn định trong quá trình vận hành.

4. Có thể áp dụng giải pháp này cho các nhà máy khác không?
   Có, giải pháp có thể điều chỉnh phù hợp với đặc điểm kết cấu bể chứa và yêu cầu vận hành của các nhà máy sử dụng tháp làm mát tương tự.

5. Những khó khăn khi triển khai robot trong thực tế là gì?
   Bao gồm việc thiết kế robot phù hợp với kết cấu bể có nhiều chướng ngại vật, đảm bảo nguồn điện an toàn, và đào tạo nhân sự vận hành thiết bị hiệu quả.

Kết luận

• Đã xác định được khối lượng bùn tích tụ lớn và những hạn chế của phương pháp dọn bùn thủ công hiện tại tại Nhà máy Đạm Cà Mau.
• Thiết kế robot di động hai bánh xích với các thông số kỹ thuật phù hợp, có khả năng di chuyển chính xác và hút bùn hiệu quả trong bể chứa có nhiều chướng ngại vật.
• Mô hình động học và thuật toán điều khiển PID được kiểm nghiệm qua mô phỏng và thực nghiệm, chứng minh tính khả thi của giải pháp.
• Giải pháp robot giúp giảm nhân lực từ 12-15 xuống còn 5-7 người, rút ngắn thời gian thi công từ 12 ngày xuống còn khoảng 8-9 ngày, đồng thời nâng cao an toàn lao động.
• Đề xuất triển khai ứng dụng robot trong các đợt bảo dưỡng tiếp theo, đồng thời phát triển thêm thiết bị vệ sinh bề mặt đáy bể và xây dựng quy trình vận hành chuẩn hóa.

Luận văn mở ra hướng phát triển công nghệ tự động hóa trong công tác bảo dưỡng hệ thống làm mát công nghiệp, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn vận hành. Các đơn vị liên quan được khuyến khích nghiên cứu, ứng dụng và phát triển tiếp các giải pháp tương tự nhằm tối ưu hóa hoạt động sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Trang 1 Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 1. SƠ LƯỢC VỀ THÁP LÀM MÁT VÀ SỰ HÌNH THÀNH LỚP BÙN LẮNG 1. Sơ lược về tháp làm mát: Hiện nay nhiều nhà máy, xí nghiệp dùng những bể chứa nước rất lớn để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt. Đối với các nhà máy sản xuất thép và nhà máy lọc dầu thì lưu lượng sử dụng nước công nghiệp lên đến hàng chục nghìn mét khối và có các đơn vị chuyên biệt hoạt động với ngân sách lớn chỉ tập trung vào quản lý nước công nghiệp.

Trong đó, nước được dùng để làm mát hay làm mát ở các nhà máy được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, có thể từ sông, hồ hoặc các nguồn khác và sẽ xuất hiện nhiều tạp chất như phù sa, đất sét, chất thải hữu cơ hoặc muối hoà tan thấp. Hơn nữa, trong các hệ thống mà nước làm mát được đi qua các tháp làm mát và sau đó được tuần hoàn lại, các chất rắn trong không khí có thể bị cuốn vào trong nước khi nó đi qua tháp, và sau đó lắng đọng trong hệ thống theo cách tương tự như phù sa tự nhiên. Các cặn phù sa này có thể ảnh hưởng đến hệ thống, xử lý nước trong tháp làm mát của bạn không chỉ là giữ cho hệ thống sạch sẽ. Nó cũng ngăn ngừa sự ăn mòn và hình thành cáu cặn cũng như sự phát triển của vi sinh vật.

Nếu không được xử lý, vi khuẩn và tảo sẽ xâm nhập, dẫn đến sự ăn mòn do a xit vi khuẩn và nhiều vấn đề khác trong toàn bộ hệ thống của nhà máy. Tháp làm mát hay tháp giải nhiệt điển hình ở các nhà máy Đối với những nhà máy có sử dụng các thiết bị lò hơi, turbine, Pump trong quá trình vận hành, các thiết bị này sẽ sinh ra một lượng nhiệt lớn, nếu không được làm mát kịp thời sẽ ảnh hưởng lớn đến sự vận hành của hệ thống và sự hoạt động của thiết bị. Tháp làm mát là một hệ thống nước tuần hoàn được sử dụng để giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển. Tháp làm mát (hình Trang 2 Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 1.1) [1] tận dụng sự bay hơi nhờ đó nước được bay hơi vào không khí và thải ra khí quyển.

Kết quả là, phần nước còn lại được làm mát đáng kể. Tháp làm mát có thể làm giảm nhiệt độ của nước thấp hơn so với các thiết bị chỉ sử dụng không khí để loại bỏ nhiệt, sử dụng tháp làm mát mang lại hiệu quả cao hơn về mặt năng lượng và chi phí. Tháp làm mát được thiết kế và xây dựng dưới nhiều dạng khác nhau, tuy nhiên nếu dựa vào nguyên lý làm việc thì tháp làm mát thuộc hai loại sau đây Tháp làm mát đối lưu tự nhiên (hình 1.2) hay còn gọi là tháp làm mát hypecbol sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí môi trường xung quanh và không khí nóng hơn trong tháp [1]. Khi không khí nóng chuyển dịch lên phía trên trong tháp (do không khí nóng tăng), luồng không khí mát mới đi vào tháp qua bộ phận khí vào ở đáy tháp.

Không cần sử dụng quạt và không có sự luân chuyển của không khí nóng có thể gây ảnh hưởng đến hiệu suất nhờ sơ đồ bố trí của tháp. Vỏ tháp chủ yếu làm bằng bê tông, cao khoảng 200 m. Những tháp làm mát này thường chỉ dùng cho nhu cầu nhiệt lớn vì kết cấu bằng bê tông lớn đắt tiền. Tháp làm mát dạng đối lưu tự nhiên a) Cấu tạo bên trong; b) Vỏ tháp bên ngoài Tháp làm mát đối lưu cơ học (hình 1.3) có các quạt lớn để hút khí cưỡng bức trong nước lưu thông [1].

Nước chảy xuống dưới trên bề mặt các khối đệm, làm tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và không khí giúp tối đa hoá quá trình truyền nhiệt giữa nước và không khí. Tỉ lệ làm mát của tháp đối lưu cơ học phụ thuộc vào rất nhiều thông số khác nhau như đường kính quạt và tốc độ hoạt động, khối đệm trở lực của hệ thống. Trang 3 Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau Tháp đối lưu cơ học hiện nay sẵn có với dải công suất rất rộng. Tháp có thể được xây tại nhà máy hoặc cánh đồng – ví dụ như các tháp bằng bê tông chỉ được xây ở cánh đồng.

Rất nhiều tháp được xây dựng theo cách có thể hoạt động cùng nhau để đạt được công suất mong muốn. Vì vậy rất nhiều tháp làm mát được nối với nhau gồm từ hai tháp riêng lẻ trở lên, gọi là “ô” Số lượng ô, các tháp nhiều ô có thể theo hàng, vuông hoặc tròn phụ thuộc vào hình dạng của ô và tuỳ theo phần lấy khí vào được đặt ở bên cạnh hay đáy của ô a) b) Hình 1. Tháp làm mát đối lưu cưỡng bức a) Cơ cấu bên trong; b) Phần vỏ tháp nhìn bên ngoài. Về kết cấu, tháp làm mát bao gồm thân tháp, bể chứa nước làm mát khối đệm, tấm chắn nước, cửa khí vào, vòi và quạt.

Thân tháp: Thân tháp chiếm gần như toàn bộ bộ kích thước tháp là kết cấu gồm các cột có tác dụng như khung dầm, bệ đỡ để lắp động cơ, quạt và các bộ phận khác. Khối đệm: Khối đệm (hình 1.4)có tác dụng hỗ trợ trao đổi nhiệt nhờ tăng tiếp xúc giữa nước và không khí. Chủ yếu có 2 loại khối đệm sau đây: Khối đệm dạng phun: nước rơi trên các thanh chắn nằm ngang và liên tiếp bắn toé thành những giọt nhở hơn, đồng thời làm ướt bề mặt khối đệm hối đệm dạng phun bằng nhựa giúp tăng trao đổi nhiệt tốt hơn. Khối đệm màng: bao gồm các tấm màng nhựa mỏng đặt sát nhau, nước sẽ rơi trên đó, tạo ra một lớp màng mỏng tiếp xúc với không khí.

Bề mặt này có thể phẳng, nhăn, rỗ tổ ong hoặc các loại khác. Loại màng của khối đệm này hiệu quả hơn và tạo ra mức trao đổi nhiệt tương tự với lưu lượng nhỏ hơn so với khối đệm dạng phun. Trang 4 Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau a) b) Hình 1. Khối đệm dạng phun (a) và khối đệm dạng màng (b) Bể chứa nước làm mát: Bể nước làm mát là nơi nhận nguồn nước cấp, hoá chất xử lý vi sinh, xử lý độ pH nên còn được gọi là bể cân bằng thường được thiết kế ở đáy tháp để nhận dòng nước hồi lưu chảy xuống qua khối đệm trong tháp.

Đối với các thiết kế đối lưu ngược dòng, nước ở đáy khối đệm được nối với một vành đai đóng vai trò như bể nước lạnh. Quạt hút được lắp dưới khối đệm để hút khí từ dưới lên. Với thiết kế này, tháp được lắp thêm chân, giúp dễ lắp quạt và động cơ. Tấm chắn nước.

Thiết bị này thu những giọt nước kẹt trong dòng không khí, nếu không chúng sẽ bị mất vào khí quyển. Bộ phận khí vào: Đây là bộ phận lấy khí vào tháp. Bộ phận này có thể chiếm toàn bộ một phía của tháp (thiết kế dòng chảy ngang) hoặc đặt phía dưới một phía hoặc dưới đáy tháp (thiết kế dòng ngược). Cửa không khí vào: Thông thường, các tháp dòng ngang có cửa lấy khí vào.

Mục đích của các cửa này là cân bằng lưu lượng khí vào khối đệm và giữ lại nước trong tháp. Rất nhiều thiết kế tháp ngược dòng không cần cửa lấy khí. Vòi phun: Vòi phun nước để làm ướt khối đệm. Phân phối nước đồng đều ở phần trên của khối đệm là cần thiết để đạt được độ ướt thích hợp của bề mặt khối đệm.

Vòi có thể được cố định hoặc phun theo hình vuông hoặc tròn, hoặc vòi có thể là một bộ phận của dây chuyền quay như thường gặp ở một số tháp giản nhiệt đối lưu ngang. Quạt: Cả quạt hướng trục hay quạt đẩy và quạt ly tâm đều được sử dụng trong tháp. Thông thường quạt đẩy được sử dụng trong thông gió và cả quạt ly tâm và quạt đẩy đều được sử dụng để thông gió cưỡng bức trong tháp. Tùy theo kích thước, có thể sử dụng quạt đẩy cố định hay độ nghiêng cánh biến đổi.

Quạt với cánh nghiêng điều chỉnh không tự động được sử dụng trong dải kW rộng vì quạt có thể được điều chỉnh để luân chuyển lưu lượng khí mong muốn ở mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất. Cánh nghiêng biến đổi tự động có thể thay đổi lưu lượng khí theo điều kiện tải thay đổi. Trang 5 Nghiên cứu giải pháp dọn bùn bể chứa nước làm mát Nhà máy Đạm Cà Mau 1. Sự hình thành lớp bùn lắng trong bể chứa nước tháp làm mát Trong quá trình vận hành, nước làm mát cần được loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn thiết bị cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt với thiết bị, do đó nước làm mát phải được xử lý hoá học, vi sinh để ổn định độ pH cũng như loại bỏ các vi sinh vật, loại bỏ các kim loại, chất rắn trong nguồn nước.

Quá trình xử lý nước này đã hình thành nên các loại vật chất rắn lắng đọng trong nước hình thành nên bùn từ nhiêu dạng khác nhau, từ cặn bã, huyền phù cho đến chất rắn, kim loại nặng, phù sa, sinh vật. Lớp bùn lắng này cũng phụ thuộc vào nguồn nước cung cấp và bộ phận sàn lọc nước đầu vào ở mỗi nhà máy, xí nghiệp. Bùn trong các bể chứa nước làm mát được xử lý hoá chất và vi sinh định kỳ để đảm bảo không hình thành cặn bã bám vào các thiết bị được làm mát cũng như đảm bảo khả năng làm mát của nước. Khi bùn được xử lý, các chất rắn sinh học thu được có thể được phân loại theo phương pháp xử lý, chẳng hạn như tiêu hóa hiếu khí, tiêu hóa kỵ khí, ổn định kiềm, ủ và nhiệt khô.

Bùn được xử lý có thể chỉ là bùn sơ cấp, thứ cấp hoặc hóa học, hoặc hỗn hợp của bất kỳ hai hoặc ba trong số các bùn. Các ống trao đổi nhiệt bị đóng cáu Trong hệ thống làm mát, các bề mặt trao đổi nhiệt rất dễ bị bám bẩn. Loại bám bẩn phổ biến nhất là đóng cáu (scaling), thường liên quan đến sự phát triển dần dần của một lớp khoáng chất (hình 1. Thông thường, cáu cặn hình thành từ canxi hoặc muối dựa trên độ cứng của nước, thành phần khoáng chất trong nước làm mát sẽ tạo thành các muối/cặn tiếp theo như canxi cacbonat, canxi photphat, magie silicat và canxi sunfat [2].