Chương 1: TỔNG QUAN 1. Quá trình chuyển tải bột khô 1. Tổng quan Về cơ bản, một hệ thống chuyển tải vật liệu bột bằng khí nén bao gồm có bốn khu vực riêng biệt, mỗi khu vực cần có phần cứng riêng để thực hiện hoạt động yêu cầu (hình 1. Vùng 4 Hỗn hợp khí và bột Vùng 3 Vùng 1 Vùng 2 Hình 1.1: Tổng quan quá trình chuyển tải bột khô [1] Khu vực 1: Đây là vùng bao gồm các thiết bị, máy móc nhằm cung cấp năng lượng chính để chuyển tải vật liệu bột từ nới này đến nơi khác (the prime mover).
Trong hệ thống truyền tải bột thì năng lượng chính để đẩy bột đi chính là khí. Khí thường được tạo ra từ quạt (fan) hay là từ máy nén khí (compressor). Để có được nguồn khí lớn và ổn định cho quá trình truyền tải, 1 khí được tích đầy trong bình chứa khí ( recip compressor) trước khi đưa vào sử dụng. Khu vực 2: Gồm có bồn chứa bột (vessel) được thiết kế có các van khóa các ngõ ra vào bồn và bộ phận để cấp bột vào bồn.
Bồn cũng được thiết kế có các vòi cấp khí vào bồn để làm tơi hay trộn lượng vật liệu trong bồn trước khi chuyển tải. Khu vực 3: Là hệ thống đường ống để dẫn bột từ bồn chứa bột tới nơi khác. Đường ống dẫn bột có thể đi ngang, đi dọc, đi lên hoặc đi xuống bất kỳ để dẫn bột tới một vị trí mong muốn. Khu vực 4: Đây là vùng tách bột và khí.
Dòng chảy vận chuyển trong ống từ bồn chứa bột tới nơi tách có hai thành phần chính đó là bộ khô và khí. Dòng bột và khí được tách ra nhờ bồn tách cyclone. Dòng hỗn hợp bột và khí đi qua bồn cyclone thì bột được giữ lại và khí thoát ra ngoài. Lượng khí thoát ra từ bồn cyclone vẫn kèm một lượng bột nhỏ do tách không hết sẽ được lọc tiếp bằng bộ lọc công nghiệp (filter).
Một số hệ thống chuyển tải bột cơ bản Ngoài phân loại hệ thống chuyển tải bột khô theo các phương thức khác nhau thì ta có thể phân loại theo yêu cầu cụ thể thực tế để từ đó xác định được loại hệ thống cần thiết. Các hệ thống cơ bản được mô tả dưới đây có thể được thiết kế để hoạt động ở các mục đích khác nhau. Hệ thống chuyển tải bột áp suất dương Hệ thống áp suất dương là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền tải bằng khí nén (hình 1. Những hệ thống này rất phù hợp với nhiều ứng dụng xả, trong đó vật liệu được lấy từ một điểm duy nhất và được gửi tới một số thùng nhận.
Sự thay đổi từ thùng này sang thùng khác thường được thực hiện thông qua các van phân chia đa năng. Nhờ hoạt động của chúng, các hệ thống áp suất dương đòi hỏi các thiết bị cấp liệu có thể đưa vật liệu thường được lưu trữ ở áp suất khí quyển vào một đường 2 áp lực. Tùy thuộc vào chế độ và khoảng cách cần vận chuyển, áp lực lên tới 1000 kPa có thể được yêu cầu cho hệ thống áp suất dương. Thiết bị cấp liệu có khả năng chịu đựng những áp lực cao này là rất quan trọng để vận hành có hiệu quả các hệ thống áp suất dương như vậy.
Van chia Lọc bụi Đường ống dẫn bột và khí Bồn chứa bột Lọc bụi Máy tạo Bồn chứa khí bột Hình 1.2: Hệ thống chuyển tải bột áp suất dương [1] 1. Hệ thống chuyển tải bột áp suất âm Nói chung, các hệ thống áp suất âm được sử dụng để vận chuyển vật liệu từ nhiều điểm đến một điểm thu gom chung (hình 1. Hệ thống này bị hạn chế bởi khoảng cách và khả năng vận chuyển. Các hệ thống áp suất âm được sử dụng rộng rãi trong việc vận chuyển các vật liệu độc hại và nguy hiểm.
Trong quá trình nạp liệu thì hệ thống này không gây ra và cũng cung cấp thêm tính năng an toàn khi bất kỳ sự rò rỉ nào trong đường ống sẽ không gây ô nhiễm môi trường do sự thoát ra của vật liệu. Với nhận thức ngày càng tăng về nhu cầu hoạt động không ô nhiễm, các hệ thống áp lực âm đang được chấp nhận rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. 3 Lọc bụi Bồn chứa Máy hút bột Đường ống dẫn bột và khí Bồn chứa bột Outlet Lọc bụi Cấp liệu Hình 1.3: Hệ thống chuyển tải bột áp suất âm [1] 1. Hệ thống chuyển tải bột kêt hợp áp suất dương và âm Khi những ưu điểm của hai hệ thống được mô tả ở trên được kết hợp, một hệ thống vận chuyển bằng khí nén linh hoạt kết quả như (hình 1.
Các hệ thống kết hợp như vậy thường được gọi là các hệ thống 'hút-thổi' và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Bằng cách giữ đường ống hút càng ngắn càng tốt, kết quả của hệ thống xử lý tương đối hiệu quả. Hệ thống như vậy có thể nạp liệu từ nhiều điểm và cũng có thể phân phối ra nhiều điểm khác nhau. 4 Bồn chứa Lọc bụi Van chia Lọc bụi bột Đường Máy Đường Bồn chứa Lọc bụi hút/thổi Cấp liệu ống thổi ống hút bột Hình 1.4: Hệ thống chuyển tải bột kết hợp áp suất dương và áp suất âm [1] Kết luận: Thiết kế, tính toán hệ thống chuyển tải bột khô hay vật liệu rời chủ yếu là đi thiết kế, tính toán cho bồn chứa bột.
Trong chuyển tải bột khô, thực tế đa số sử dụng hệ thống chuyển tải áp suất dương. Lý do sử dụng hệ thống chuyển tải áp suất dương vì giá thành đầu tư thấp hơn so với hệ thống khác và đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng. Trong đề tài này, chúng ta cũng chỉ tập trung vào thiết kế, tinh toán hợp lý cho bồn chứa bột khô trong hệ thống chuyển tải áp suất dương. Vật liệu phù hợp được chuyển tải Dải rộng các vật liệu phù hợp cho vận chuyển bằng khí nén là rất lớn [1].
Hầu như tất các loại bột và vật liệu dạng hạt có thể vận chuyển được.1 là một phần danh sách các vật liệu đã được vận chuyển thành công bằng khí nén. Danh 5 sách này không phải là hoàn toàn đầy đủ. Đá có kích thước lên tới 70mm và các vật liêu được tạo ra có hình dáng hình học bất thường cũng từng được chuyển tải và mức tiêu thụ điện năng càng cao. Thường thì các hạt có kích thước lớn hơn 15mm có thể không phù hợp.
Dĩ nhiên, có những ngoại lệ đối với một quy tắc như vậy. Một nguyên tắc khác là đường kính bên trong của ống vận chuyển phải lớn hơn ít nhất ba lần so với kích thước vật liệu lớn nhất được vận chuyển để tránh sự tắc nghẽn bên trong ống.1: Các vật liệu phù hợp cho vận chuyển bằng khí nén [1] 6 Bảng 1. Thiết bị xuất/nhập (bồn) Nghiên cứu, tính toán thiết kế thiết bị xuất nhập chính là nghiên cứu, tính toán thiết kế cho bồn chứa bột khô. Cấu tạo của bồn chứa bột khô ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất làm việc của hệ thống chuyển tải bột.
Bồn chứa và xuất nhập bột khô được thiết kế vừa có khả năng chịu được áp lực khí nén bên trong và vừa có khả năng đẩy được bột trong bồn ra ngoài. Bồn được thiết kế có ngõ ra vào (inlet/ outlet) cho bột, có ngõ vào cấp khí cho bồn và một ngõ thông hơi. Một hệ thống chuyển tải bột có thể có rất nhiều bồn chứa bột, chúng được kết nối với nhau bằng hệ thống đường ống dẫn liệu một cách hợp lý với mục đích sử dụng.5 là ví dụ về một hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột được sử dụng trong thực tế tại công ty Halliburton chi nhánh tại Việt Nam do công ty Quốc Anh thiết kế và chế tạo.5: Hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột trong thực tế 8 3. Nghiên cứu trong nước và ngoài nước 3.
Nghiên cứu trong nước Bồn chứa và xuất nhập bột khô ở nước ta được sử dụng khá bổ biến trong các lĩnh vực như dầu khí, khai thác mỏ, xây dựng, thực phẩm … Ở nước ta khoảng 15 năm trở về trước, để vận chuyển vật liệu khô và vật liệu rời trong các nhà máy hay công trường thường dùng hệ thống bang tải hay hệ thống vít tải. Trong lĩnh vực dầu khí thì các hệ thống này thường được nhập khẩu từ các nước châu âu hoặc là Liên Xô. Ngày nay, với những ưu điểm vượt trội của hệ thống vận chuyển vật liệu bột và hạt rời bằng khí nén so với hệ thống băng tải và vít tải nên được sửa dụng phổ biến và đa dạng. Nó đang dần thay thế hầu như là hoàn toàn hệ thống trục vít và băng tải đặc biệt là trong lĩnh vực dầu khí.
Khoảng 5 năm trở vệ trước, các bồn áp lực hoạt động trong lĩnh vực dầu khí hầu như 95% là phải nhập khẩu từ nước ngoài do nước ta chưa đủ công nghệ cũng kiến thức để chế tạo nó. Những năm trở lại đây với sự phát triển nền công nghiệp nước nhà và xu thế toàn cầu hóa, ở nước ta đã có một số công ty, tập đoàn chuyên nghiên cứu chế tạo các bồn áp lực theo các tiêu chuẩn quốc tế. Sản phẩm bồn áp lực được chứng nhận bởi các đơn vị đăng kiểm quốc tế để phục vụ nhu cầu trong nước và có thể xuất khẩu ra các nước ngoài, hình 1.6 là một ví dụ về sản phẩm hệ thống bồn chứa xuât nhập bột do công ty trong nước tính toán, thiết kế và chế tạo. Một số Công ty ở nước ta có khả năng chế tạo các bồn áp lực theo tiêu chuẩn quốc tế : - Công Ty Cổ Phần Xây Lắp Dầu Khí Miền Nam (Alpha-ECC), khu công nghiệp Đông Xuyên, TP.
- Công ty PVD Tech, khu công nghiệp Đông Xuyên, TP. - Công ty TNHH Kỹ thuật Cơ khí Hàng hải Vina Offshore, khu công nghiệp Đông Xuyên, TP. - Công ty TNHH Dịch Vụ Chế Tạo Quốc Ạnh, khu công nghiệp Đông Xuyên, TP.6: Hệ thống bồn chứa và xuất nhập bột do công ty trong nước chế tạo. Về lý thuyết tính toán bền cho bồn hoạt động có áp lực, ở nước ta có bộ tiêu chuẩn TCVN 8366.
Để thương mại hóa các sản phẩm bồn hoạt động có áp lực ra thị trường nước ngoài, thì việc tính toán bền cho bồn áp lực theo tiêu chuẩn việt nam là chưa đủ và không được chấp nhận ở các nước khác trên thế giới.