Hiện tượng Xâm thực trong Bơm Ngưng

Hiện tượng Xâm thực trong Bơm Ngưng

Bơm ngưng được thiết kế đặc biệt để bơm chất lỏng. Do đó, nếu phải vận chuyển hơi có mật độ thấp hơn, bơm sẽ gần như không có tác dụng và hơi sẽ không được đẩy đi.

Đây chính là vấn đề xảy ra khi hiện tượng xâm thực xuất hiện trong bơm ngưng. Xâm thực đề cập đến sự hình thành các khoang hơi bên trong chất lỏng được bơm, tạo ra hỗn hợp chất lỏng và khí có mật độ thấp hơn. Sự pha trộn giữa các pha này làm giảm hiệu suất bơm, ảnh hưởng đến khả năng bơm chất lỏng và gây ra nhiều vấn đề phức tạp khác. Trong hệ thống hơi, hiện tượng xâm thực thường gặp ở các bơm thu hồi nước ngưng.

Nguyên nhân gây Xâm thực trong Bơm Ngưng

Xâm thực cụ thể là hiện tượng ngưng tụ bên trong bơm chuyển thành hơi, và không nên nhầm lẫn với các vấn đề do dòng hơi từ bên ngoài bơm gây ra. Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về cơ chế chuyển pha từ lỏng sang hơi trong bơm, nguyên nhân gây ra sự thay đổi pha và các biện pháp thực tế để tránh xâm thực.

Khi nước tiến gần đến điểm sôi, một phần chất lỏng sẽ chuyển pha thành hơi. Trong hệ thống bơm, điều này có thể xảy ra ở những vùng có áp suất thấp hơn bên trong bơm. Thông thường, vùng áp suất thấp được tạo ra do sự quay của cánh bơm (impeller). Vận tốc cao hơn dẫn đến giảm áp suất tĩnh, và khi vận tốc nước ngưng tăng lên, áp suất giảm xuống. Điều này khiến nước ngưng nóng bốc hơi đột ngột, tạo thành khoang hơi.

Một số yếu tố liên quan đến Chiều cao hút (NPSH) có thể làm trầm trọng thêm hiện tượng bốc hơi:

• Nhiệt độ nước ngưng cao dẫn đến nhiều hơi bốc lên hơn trong bơm.
• Bơm tốc độ cao tạo ra vận tốc nước ngưng lớn hơn ở cánh bơm, dẫn đến giảm áp suất cục bộ mạnh hơn (ví dụ: 3.500 RPM so với 1.750 RPM).
• Chiều cao làm đầy không đủ ở đầu vào bơm không ngăn được hiện tượng bốc hơi (không cung cấp đủ áp suất tĩnh cho nước ngưng trong buồng xoắn).
• Trong một số trường hợp hiếm, kích thước đường ống hẹp có thể gây giảm áp đáng kể ở đầu vào bơm.

Trong những trường hợp này, thể tích hơi bốc lên cục bộ lớn, nhưng hàm lượng nhiệt ẩn so với tổng khối lượng hỗn hợp lại thấp. Sau đó, khi hơi bốc tiếp tục trộn lẫn với ngưng tụ, các khoang hơi hình thành bên trong chất lỏng sẽ sụp đổ, nhanh chóng co lại với lực rất lớn. Những lần co lại nhanh này tạo ra sóng xung kích, gây ra âm thanh nghe được. Những âm thanh này thường là dấu hiệu đầu tiên để nhân viên nhà máy nhận biết hiện tượng xâm thực đang xảy ra.

Thiệt hại do Xâm thực Gây ra

Âm thanh xâm thực là dấu hiệu có thể phát hiện từ bên ngoài bơm, cho thấy có thể có hư hỏng bên trong. Những âm thanh này thường được mô tả giống như tiếng lắc viên sỏi trong lọ. Xâm thực không chỉ gây hại cho bơm mà còn ảnh hưởng đến đường ống và các thiết bị liên quan khác.

Sự hình thành và co lại nhanh chóng của các khoang hơi do xâm thực làm hỏng bề mặt bên trong của bơm và đường ống, gây xói mòn và mỏng đi ở cánh bơm và vỏ bơm. Ngoài ra, khi nước ngưng không được bơm hiệu quả, nó sẽ bị ứ đọng, tạo điều kiện lý tưởng cho ăn mòn xảy ra. Ăn mòn đường ống và thiết bị do ứ đọng nước ngưng, cùng với xói mòn cánh bơm và các bộ phận khác của bơm, là hai dạng thiệt hại không phải lúc nào cũng quan sát được từ bên ngoài. May mắn thay, có thể áp dụng các biện pháp để tránh những vấn đề ẩn này.

Cơ chế & Biện pháp Khắc phục

Như bạn có thể đã biết, việc lắp đặt van xả khí hoặc các thiết bị loại bỏ khí khác sẽ không giúp ngăn ngừa xâm thực, vì những sản phẩm này chỉ nhằm loại bỏ khí xâm nhập từ bên ngoài hệ thống và không giải quyết được nguyên nhân gốc rễ của xâm thực. Để ngăn chặn xâm thực, điều cốt yếu là phải ngăn chặn sự hình thành các khoang hơi bên trong bơm.

Ngay cả khi nhiệt độ ngưng tụ đi vào bơm thấp hơn đáng kể so với điều kiện sôi, nguy cơ xâm thực vẫn có thể cao do một phần chất lỏng có thể bốc hơi. Hiện tượng bốc hơi có thể xảy ra do sự gia tăng nhiệt độ nhẹ hoặc giảm áp suất khi có sự điều chỉnh áp suất hơi, khi nhiều thiết bị xả vào cùng một đường ống ngưng tụ chung, khi van bypass mở hoặc khi rò rỉ bẫy hơi không được khắc phục.

Việc tính toán Chiều cao hút (NPSHA) và lựa chọn cẩn thận bơm có Chiều cao hút yêu cầu (NPSHR) phù hợp có thể giúp giảm thiểu hiện tượng cavitation và thiệt hại do nó gây ra. Tuy nhiên, vẫn có nhiều ứng dụng mà NPSHA không đủ để các bơm giá rẻ có thể ngăn chặn xâm thực. Sự gia tăng nhiệt độ ngưng tụ có thể gây ra xâm thực trong bất kỳ bơm lực ly tâm nào khi NPSH(A) thấp hơn NPSH(R), vì vậy có nhiều yếu tố cần xem xét.

Bài viết này không đề cập đến phía xả của bơm ngưng, nhưng cũng có yêu cầu liên quan là phải tính toán kỹ lưỡng Tổng cột áp động (TDH) của hệ thống để chọn bơm có Tổng cột áp xả (TDP) phù hợp. Thông thường, bơm được chọn tốt theo NPSHA lại không phải là lựa chọn tốt nhất cho sự thay đổi của TDH, nhưng đó có lẽ là chủ đề cho một bài viết khác về lý thuyết hơi nước.

May mắn thay, xâm thực có thể được loại bỏ hoàn toàn bằng cách sử dụng bơm cơ chạy bằng hơi hoặc khí nén thay vì bơm điện. Việc ngăn ngừa xâm thực trong bơm thu hồi nước ngưng sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở phần sau của bài viết.

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương