Dust Collector và những chú ý về thiết kế hệ thống thu gom bụi – hơi – khói

hungtran

11 năm trước

“Thu gom bụi – hơi – khói” mang nhiều ý nghĩa thực tế quan trọng cho cả việc vệ sinh nhà cửa, vệ sinh công cộng, vệ sinh trong các ngành công nghiệp. Thu gom bụi mở rộng hơn còn là lĩnh vực vận chuyển vật liệu “vận chuyển khí động” cho các khâu sản xuất_ nó rất có ý nghĩa trong các ngành dược phẩm, nông nghiệp, sản xuất thực phẩm, sản xuất ximăng, sản xuất thuốc lá,… Ngoài ra thu gom bụi mang ý nghĩa bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khỏe con người.

Thu gom bụi đơn giản nhất là một máy gom bụi mini – gom bụi vệ sinh nhà cửa gia đình, văn phòng công sở, cao ốc- mà chúng ta thường thấy hiện hữu. Các loại này chỉ gồm một motor nhỏ hút chân không, một bình đựng bụi và một đường ống hút. Trong các quá trình vệ sinh nhà cửa, người ta còn phát triển một hệ thống lớn hơn, thuận tiên hơn hệ thống gom bụi trung tâm dạng vacuum. Hệ thống này cũng gồm một motor chân không lớn hơn được đặt một nơi thuận lợi và đi ống nhựa đến các phòng trong tòa nhà. Hệ thống này rất hiện đại vì hệ thống hoạt động theo yêu cầu khi dùng, có nghĩa là nó tự hoạt động và tự tắt, tự điều chỉnh công suất theo yêu cầu sử dụng.

Trong vệ sinh trong nhà máy công nghiệp, hiện nay chúng ta hay sử dụng hệ thống gom bụi trung tâm. Hệ thống này có nhiều ưu điểm hơn so với các máy nhỏ. Hệ thống trung tâm có thể tiết kiệm không gian, tiết kiệm năng lượng, khả năng lọc bụi cao, mang tính chuyên nghiệp hơn. Nhưng hệ thống này thường phải có vốn đầu tư ban đầu cao. Hệ thống trung tâm này gồm hệ thống quạt hút hoặc bơm chân không, đường ống lắp đặt thường là ống tôn dạng xoắn hoặc ống inox và các miệng hút chuyên dùng riêng biệt cho từng dạng bụi và lĩnh vực.

Qua nhiều năm hoạt động trong lĩnh vực lọc bụi “Air Pollution Control”, Chúng tôi xin tóm tắt một vài chú ý quan trọng trong công việc thiết kế một hệ thống gom bụi. Hy vọng những chú ý này mang lại nhiều điều bổ ích cho Quý Vị. Bài thảo luận này bao gồm các phần:

Phần I: Tổng quan về hệ thống gom bụi:

I. Các thông số cần lưu ý khi chọn và thiết kế hệ thống Hút bụi.

Hệ số A/C (air to cloth) tốc độ gió qua màng lọc:

– Là lượng không khí đi qua 1 đơn vị diện tích lọc trong một phút. (m3/60/m2 hay CFM/ft2).

– Dựa vào các loại bụi ta chọ hệ số này cho phù hợp để cho dust collector hoạt động tốt.

– Trong nhiều trường hợp người sử dụng sẽ đưa ra một hệ số A/C mà họ mong muốn hoặc dựa trên kinh nghiệm hay test thực tế để đưa ra hệ số A/C thích hợp

Như ta đã biết Q= A x V

Trong đó:

– Q là lưu lượng khí bẩn cần lọc và bút bụi. (m3/s)

– A (Area) = diện tích vật liệu màng lọc cần bố trí cho máy dust collector (m2)

– V (Velocity): Tốc độ gió qua màng lọc (m/s)

Thông số Q thường cố định theo yêu cầu của hệ thống, như vậy ta tính toán hai thông số A (Arae) và V (Velocity) để có máy dust collector hoạt động tốt nhất.

Nếu thông số A (diện tích) lọc càng lớn thì máy hoạt động càng tốt và giá thành càng cao và ngược lại.

Nếu thông số V càng lớn thì máy càng mau hư hỏng, giá thành càng hạ và ngược lại.

Do vậy V là hệ số quyết định giá thành hoặc công năng của máy gom bụi.

Dựa vào các loại bụi ta chọn hệ số này cho phù hợp để cho dust collector hoạt động tốt, Thông thường thì V chọn ở mức 0.6 -0.7 m/phút là hoạt động tốt.

2. Tốc độ hút bụi của miệng hút và kích thước hạt bụi.

Tùy theo kiểu bụi phát tán (tốc độ bụi phát tán), kích thước và loại bụi ta chọn tốc độ hút tại miệng phễu cho phù hợp thông thường khoảng từ 0.5 – 25 m/s

– Bụi nhẹ và không duy chuyển: 0.25-0.5 m/s

– Bụi nhẹ và vận tốc phát tán không lớn: 0.5-0.1m/s

– Bụi tán phát: 1-2.5 m/s

– Bụi phát tán với vận tốc lớn: 10m/s và lớn hơn

Nguyên tắc tốc độ hút phải bằng và lớn hơn tốc độ phát tán của bụi

3. Vận tốc gió vận chuyển bụi trong đường ống:

Thông thường từ 10 – 25 m/s đối với dust collector

– Khí : 5-10 m/s.

– Hơi sương, khói: 10-15 m/s

– Bụi nhẹ (bông vải, cotton): 12.5-15m/s

– Bụi khô (powder, dry dust): 15-20 m/s

– Average industrial dust: 15.2-20 m/s

– Bụi nặng (heavy or moist): 22 – 45m/s hoặc cao hơn

4. Hiệu suất khối lượng (Mass Efficiency) gom:

– Ví dụ: 100g hạt vào có 0.005g hạt thóat ra) => hiệu suất = 99.995%- Phần trăm số hạt bụi được giữ lại từ dòng không khí

– Cartridge Camfil farr lọc được 99,999% đối với hạt bụi 0.5 micron

– Phương pháp test DOP theo tiêu chuẩn của Mỹ STD 282 hay MPPS theo tiêu chuẩn Châu Ân EN 1822

5. Hiệu suất lọc và bánh bụi

Sự hình thành lớp bụi bao nhiêu là thích hợp để đánh giá những ảnh hưởng của nó đến hiệu suất lọc là vấn đề cần xem xét. Khi bánh bụi phát triển trên bề mặt vật liệu lọc, nó sẽ thực sự điều chỉnh tất cả quá trình lọc. Vì vậy, vấn đề thực sự quan trọng là làm sao thiết lập và giữ vững được một lớp bánh bụi thích hợp cho tất cả các vật liệu lọc.

6. Một số vấn đề khác:

– Số lượng bụi trên một đơn vị thể tích không khí (nồng độ bụi trong không khí). Khi nồng độ bụi cao, hạt bụi lớn cần áp dụng kỹ thuật hút bụi chân không dạng “central vacuum”;

– Áp suất vận hành tối đa của hệ thống;

– Độ ẩm, nhiệt độ dòng khí,

– Dòng khí có mùi, có tính axit hay tạp chất nào khác;

– Tính chất bụi thu gom có tính động hại cho người và môi trường, tích chất dễ cháy nổ hay không;

– Sự ma sát và bào mòn do bụi.

– Vấn đề chống tĩnh điện cho hệ thống vận chuyển.

II. Một số loại dust collector.

1. Loại cyclone

Ưu điểm:

Giá thành hạ, Chế tạo đơn giản
Thu hồi bụi ở dạng khô, hạt bụi >5 m
Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 – 1500N/m2);
Hiệu quả không phụ thuộc sự thay đổi nồng độ bụi.

Nhược điểm:

Hiệu quả vận hành kém khi bụi có hạt bụi mịn kích thước nhỏ hơn 5 m
Không thể thu hồi bụi kết dính
Thu hồi bụi trong xiclon diễn ra dưới tác dụng của lực li tâm.

2. Loại rung

3. Loại gom bụi Cartridge

Lợi điểm của loại này là:

Gom được tất cả các loại bụi
Gọn nhẹ và thấp
Tiết kiệm điện năng
Hiệu suất lọc cao
Giá thành vừa phải

Phần III: Thiết kế hệ thống gom bụi phù hợp với tiêu chuẩn an toàn:

Một số tiêu chuẩn hướng dẫn về an toàn cho quá trình gom bụi như sau:

Bảo vệ lửa và sự nổ bụi từ quá trình sản xuất theo tiêu chuẩn NFPA 654
Lỗ nổ được sản xuất theo tiêu chuẩn NFPA 68
Hệ thống hút bụi được nối đất để chống lại điện tính theo NFPA 77
Thiết kế, chế tạo lắp đặt, vận hành, kiểm tra và bảo trình hệ thống vận chuyển khí, bụi, hơi theo NFPA 91.
Tuân theo tiêu chuẩn NFPA 61, NFPA 69… với các loại bụi đặt biệt với Kst cao (bụi kim loại, bụi dược phẩm, bụi hóa chất).

I. Cơ Bản về Nổ Bụi

Có 5 nhân tố cho sự nổ bụi xảy ra được biểu diễn như đỉnh của một hình ngũ giác.

Trong đó có 3 nhân tố cơ bản nhất là :

NHIÊN LIỆU (Bụi nổ) + NGUỒN MỒI LỬA + OXY TRONG KHÔNG KHÍ

Giá trị đánh giá Kst (bar.m/s) Được đánh giá qua:

St 0: 0 – không nổ

St 1: >0 and <=200 – nổ yếu

St 2: >200 and <=300 – nổ mạnh

St 3: >300 – nổ cực mạnh

Các thông số về bụi nổ, năng lượng mồi mJ, nồng độ ôxy để xảy ra sự nổ bụi dưới áp suất khí quyển được dẫn ra chi tiết trong các tiêu chuẩn trên. ( nfpa.org)

II. Lựa chọn thiết bị để chống lại nổ bụi

Có ba nguyên tắc cơ bản để chọn thiết bị chống nổ bụi:

Giảm áp Dập tắt Cách ly

Sơ đồ quá trình xử lý khi lựa chọn một hệ chống nổ phù hợp nhất:

1. Kiểm Tra Bụi:

Hiểu được đặt tính bụi sẽ lựa chọn được thiết bị phù hợp
Kst – chỉ số nổ của đám bụi.
Pmax – áp suất lớn nhất mà bụi được nổ ở điều kiện tốt ưu.
Bụi thông thường có chỉ số Kst nhỏ hơn 200 (bar.m/s), vì thế chúng ta sử dụng thiết bị chống nổ với Kst = 200 bar.m/s
Với Kst > 200 bar.m/s, khách hàng có thể tự kiểm tra bụi ở các tổ chức có thẩm quyền, hoặc cung cấp bụi cho chúng tôi.
Đối với bụi trong dược phẩm nên chọn giá trị Kst 300 bar.m/s để an toàn.

Camfil Farr đã thiết kế cho hàng trăm khách hàng và cũng đã kiểm tra bụi cho khách hàng, vì thế Farr đã tập hợp được hàng trăm dự liệu về bụi.

Một số bụi thông thường trong nông nghiệp

2. Lỗ nổ “explosion vent”

Định nghĩa: Một lỗ mở ra từ máy hút bụi để giảm áp suất trong quá trình nổ.

Sơ đồ tính toán một lỗ nổ được hướng dẫn bởi NFPA 68

Dust collector của Farr với bề dày từ 3.5- 4.1 mm vì vậy không biến dạng sau khi xảy ra nổ lỗ.

3. Tấm Lệch Cho Đường Lửa

Để an toàn cho người và thiết bị ở đường lửa của lỗ nổ cần thiết kế tấm chắn trước lỗ nổ.

Thiết kế tấm lệch theo tiêu chuẩn NFPA 68_2007

4. Đường Ống Dẫn An Toàn

Để an toàn khi thiết bị đặt trong nhà cần một ống dẫn gọi là vent duct
Chiều dài lớn nhất của vent duct được tính theo công thức sau: (NFPA 68-2007)

5. Thiết Bị Tiêu Lửa:

NFPA 68 cho phép thiết kế flameless để tiêu lửa khi thiết bị đặt trong nhà (phần 6.9 và 10.6).

Thiết bị flameless độc lập với vent duct nhưng không được yêu câu cho những ứng dụng bụi nguy hiểm, ví dụ bụi dược phẩm vì nó có thể thải khói trong phòng.

Chú ý: Những bụi nguy hiểm thường đi với hệ thống bag in- bag out.

6. Thiết Bị Dập Tắt Nổ

Hệ thống dập tắt gồm thiết bị phát hiện (sensor) và dập tắt bằng hóa học trước khi sự nổ nguy hiểm xay ra.
Áp suất khi nổ sẽ tăng nhanh trong vòng 50 milli giây nếu không được dập tắt, những hệ thống dập tắt có thể phát hiện và phản ứng đạt tới 1 milli giây rồi dập tắt.
Hệ thống dập tắt đạt tiêu chuẩn toàn cầu : ATEX – NFPA69 – CSA

* Các trường hợp cần xem xét để sử dụng thiết bị dập tắt nổ:

Thiết bị được bố trí trong nhà;
Bụi với giá trị Kst cao hoặc là hỗn hợp (gas và bụi);
Không đủ diện tích cho lỗ nổ trên thiết kế tính toán;
Những bụi nguy hiểm không thể thải ra môi trường;
Không có đủ không gian an toàn cho lỗ nổ;
Cháy lan chuyền xuyên qua hệ thống ống dẫn.

* Sử dụng nhiều thiết bị có thể giá thành cao hơn sử dụng một hệ thống dập tắt:

ISO 9001- OHSA directive – NFPA69_654 – FM Global

7. Cách Ly Cháy Nổ

Hệ thống cách ly cháy nổ chống lại sự lan chuyền lửa ở mặt trước để dập tắt lửa nhanh chóng. Chúng là các loại van cách ly hoặc các rào chắn bằng hóa học

* Hệ thống cách ly bằng vòi phun nước

Hệ thống gồm các sensor (dạng phát hiện tia lửa/ nhiệt/ áp suất…), bộ sử lý được lập trình (1 zone hoặc nhiều zone khác nhau) và bộ phận phun nước.

8. Một Vài Thiết Bị Quan Trong Khác

Burst indicators: Bộ chỉ thị nổ : mỗi tấm của lỗ nổ thường được trang bị để khi sảy ra sự cố nó sẽ ngừng toàn bộ hệ thống.

Console (PLC): bộ vi xử lý tiếp nhận tín hiệu từ sensor và ngay lập tức đưa ra tín hiệu cảnh báo (dạng âm hoặc hiện thị đèn báo) và có thể ngắt nguồn cho quạt.