Thu Hồi Nước Ngưng và Khi Nào Sử Dụng Bơm Nước Ngưng

Việc vận chuyển và thu hồi nước ngưng để tái sử dụng luôn đòi hỏi một chênh lệch áp suất dương từ nguồn đến điểm đến (thường là khu vực thu gom nước ngưng hoặc đường ống gom). Trong một số trường hợp, áp suất hơi đầu vào của bẫy hơi có thể đủ để khắc phục áp suất ngược của hệ thống, nhưng trong nhiều lắp đặt, chênh lệch áp suất là âm và đòi hỏi phải sử dụng một máy bơm để chuyển nước ngưng đến khu vực thu hồi.

Sử Dụng Áp Suất Đầu Vào Bẫy Hơi

Khi chênh lệch áp suất là dương, việc vận chuyển nước ngưng đến bể thu gom có thể được thực hiện chỉ bằng cách sử dụng áp suất đầu vào của bẫy hơi làm lực đẩy. Phương pháp thu hồi này có chi phí thấp nhất và thường đáng tin cậy nhất. Vì không cần thiết bị đặc biệt, nó tương đối dễ triển khai và nên là lựa chọn ưu tiên đầu tiên bất cứ khi nào có thể.

Có hai loại lắp đặt khác nhau mà việc thu hồi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng áp suất đầu vào bẫy hơi:

• Đường về trọng lực (Gravity Returns)
• Đường về cao với Chênh lệch Áp suất Dương (Elevated Returns with Positive Pressure Differential)

Đường về thấp

Thiết bị cần thiết cơ bản chỉ là một bẫy hơi và đường ống vận chuyển vì chênh lệch áp suất luôn dương do thoát nước xuống dưới bằng trọng lực đến một hệ thống hoặc bình chứa khí quyển.

Đường về cao

Bẫy hơi có thể xả lên cao đến một đường về được nâng cao với điều kiện chênh lệch áp suất vẫn dương và các tiêu chuẩn an toàn hiện trường phù hợp được tuân thủ. Một ví dụ điển hình là việc xả nước ngưng từ các bẫy hơi được lắp đặt trên các đường hơi chính.

Khi khoảng cách theo phương ngang và phương đứng tăng lên, áp suất ngược của hệ thống cũng sẽ tăng. Một khi chênh lệch áp suất trở nên âm, phương án đơn giản sử dụng áp suất đầu vào bẫy hơi sẽ không còn hiệu quả và khi đó cần đến phương án sử dụng bơm hoặc bơm/bẫy, như được trình bày chi tiết dưới đây.

Mẹo: Khi sử dụng áp suất đầu vào bẫy hơi, bẫy hơi phải được định cỡ đủ lớn cho tải nước ngưng, đồng thời đảm bảo áp suất hơi đầu vào thấp nhất đủ để khắc phục cả tổn thất áp suất qua bẫy hơi và áp suất ngược của hệ thống.

Sử Dụng Bơm Để Khắc Phục Áp Suất Ngược (Đường Ống Về)

Một hệ thống bơm là cần thiết để vận chuyển và thu hồi nước ngưng một khi áp suất ngược của hệ thống trở nên cao hơn áp suất đầu vào bẫy hơi thấp nhất có thể. Áp suất ngược hệ thống có thể được tính bằng cách tổng hợp 3 thành phần phía đầu xả:

1. Độ nâng sau bẫy hơi, bơm hoặc bơm/bẫy
2. Tổn thất ma sát của đường ống vận chuyển
3. Áp suất tĩnh bất kỳ liên quan đến bình thu hồi điểm đến

Tổng các lực áp suất ngược trong một hệ thống nước ngưng thường được gọi là Tổng Cột Áp Động Lực (Total Dynamic Head – TDH).

Dưới đây là một số điều kiện điển hình có thể yêu cầu sử dụng bơm để khắc phục các trường hợp chênh lệch âm do TDH/áp suất ngược cao hơn:

• Áp suất ngược từ độ nâng tạo ra bởi một bể thu gom đặt cao
• Ma sát đường ống gây ra bởi việc vận chuyển nước ngưng qua khoảng cách xa
• Bể Thu Gom Có Áp hoặc Bình Giãn Nở (Flash Vessel)
• Nước ngưng được trả trực tiếp về nồi hơi

Bơm Nước Ngưng Ly Tâm hoặc Tuabin Chạy Điện

Khi chênh lệch áp suất từ nguồn đến điểm đến là âm, một máy bơm nước ngưng ly tâm hoặc tuabin thông thường có thể được sử dụng để tăng áp suất cung cấp và đạt được chênh lệch áp suất dương. Bơm có thể giúp việc vận chuyển và thu hồi nước ngưng qua các khoảng cách xa hơn và cao hơn trở nên khả thi. Nước ngưng đầu tiên được thu gom trong một bể chứa, sau đó được bơm bằng điện đến (các) vị trí nơi nó sẽ được tái sử dụng.

Hai yếu tố quan trọng cần xem xét khi sử dụng bơm nước ngưng ly tâm hoặc tuabin là Cột Áp Hút Dương Ròng Khả Dụng (Net Positive Suction Head Available – NPSHA) ở phía đầu vào của bơm và Tổng Cột Áp Động Lực (TDH) ở phía đầu ra. Để bơm hoạt động thành công, các lựa chọn bơm ly tâm hoặc tuabin phải có Cột Áp Hút Dương Ròng Yêu Cầu (Net Positive Suction Head Required – NPSHR) nhỏ hơn hoặc bằng NPSHA, và Tổng Áp Suất Đẩy (Total Discharge Pressure – TDP) phù hợp để dòng chảy chống lại TDH hiện có. Khi đáp ứng các tiêu chí này, bơm điện có thể cho phép thu hồi và cung cấp một lượng lớn nước ngưng ở áp suất cao. Trong một số trường hợp bơm áp suất cao, nước ngưng thu hồi thậm chí có thể được cấp trực tiếp vào nồi hơi.

Tuy nhiên, ngoài các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến thiết kế, như thiếu điện tại chỗ, các yêu cầu điện đắt đỏ/nghiêm ngặt và quá tải dòng điện/công suất không đủ, bơm nước ngưng ly tâm hoặc tuabin cũng có thể đối mặt với một vấn đề nghiêm trọng được gọi là xâm thực (cavitation).

Xâm thực (Cavitation)

Xâm thực gây ra bởi sự hình thành các khoang hơi bên trong nước ngưng do sự quay của cánh bơm (impeller). Hiện tượng này điển hình hơn với các động cơ tốc độ cao (RPM) và có thể xảy ra khi nhiệt độ chất lỏng được bơm tăng trên 80°C [176°F] và NPSHA thấp hơn NPSHR của bơm. Xâm thực có thể dẫn đến hư hại đáng kể cho cánh bơm và làm cho bơm không hoạt động được.

Để bơm nước ngưng nóng và hạn chế xâm thực, NPSHA phải được tăng lên. Một phương pháp để giải quyết điều này là lắp đặt một bể thu gom nâng cao (hoặc đường ống gom) và tăng cột áp nạp (filling head) thêm từ 3 đến 5 mét [10-16 ft] trên giá trị NPSHR của bơm đối với nước ở nhiệt độ thường (miễn là áp suất ngược bổ sung từ thiết bị là chấp nhận được). Một phương pháp khác là sử dụng áp suất hơi để tăng áp suất bên trong bể nếu các thành phần có thể chịu được áp suất/nhiệt độ cao hơn. Các bơm ly tâm chuyên dụng không bị xâm thực cũng có sẵn, như sẽ được mô tả sau.

Bơm Nước Ngưng Cơ Khí Chạy Bằng Hơi hoặc Khí Nén (Không Điện)

Bơm nước ngưng cơ khí, còn được gọi là Thiết bị Xả Áp Suất Thứ Cấp (Secondary Pressure Drainers – SPD), được phát minh để khắc phục các vấn đề nêu trên có thể xảy ra với bơm điện. Với bơm cơ khí, những vấn đề được tham chiếu trước đó, chẳng hạn như xâm thực, được loại bỏ hoặc giảm đáng kể.

Bơm nước ngưng cơ khí dựa vào nguyên lý chuyển thể tích (positive displacement) để bơm và không sử dụng cánh bơm quay, vì vậy không có nguy cơ xâm thực. Hơn nữa, chúng tương đối không bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch lớn về áp suất ngược, vì vậy các yêu cầu về TDH không quá quan trọng trong việc định cỡ chúng. Ngoài ra, chúng rất phù hợp cho các khu vực chống cháy nổ và các vị trí xa xôi vì không yêu cầu bất kỳ nguồn điện nào. Các loại và công suất của bơm cơ khí đã tăng lên trong những năm gần đây, biến chúng thành một trong những phương pháp được ưa chuộng nhất để thu hồi nước ngưng.

Sử Dụng Bơm Ly Tâm Chuyên Dụng Cho Bơm Thu Hồi Nước Ngưng

Các bơm ly tâm chuyên dụng không bị xâm thực cũng đã được phát triển cho việc thu hồi nước ngưng. Chúng sử dụng một bộ phun (ejector) được lắp đặt ở phía đầu vào của bơm để giải quyết vấn đề liên quan đến sự sụt giảm áp suất tĩnh do cánh bơm quay.

Bộ ejector khắc phục sự sụt giảm áp suất bằng cách cấp nước ngưng nhiệt độ cao có áp vào bơm ly tâm, giúp có thể bơm nước ngưng mà không sợ xâm thực ngay cả khi NPSHA thấp đến 1 m [3 ft]. Do yêu cầu về cột áp nạp thấp, các bơm thu hồi nước ngưng này giúp giảm yêu cầu không gian và chi phí lắp đặt, đồng thời loại bỏ nhu cầu sử dụng bể thu gom nâng cao hoặc bình chứa có áp vốn sẽ tạo ra áp suất ngược trên thiết bị đang được xả. Về bản chất, việc sử dụng chúng tương tự như một máy bơm thông thường.

Bơm ly tâm cao áp có ejector cũng thường được sử dụng trong các hệ thống có áp để cấp trực tiếp nước ngưng nhiệt độ cao trở lại nồi hơi.