Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng

5 Nghiên cứu các thông số vận hành ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống từ đó xácđịnh thời điểm vệ sinh và thời gian vận hành hệ thống vệ sinh tự động.6 Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO

HỆ THỐNG VỆ SINH TỰ ĐỘNG CHO BÌNH NGƯNG

GVHD: ĐOÀN MINH HÙNG

1 HUỲNH PHÚ HÒA 15147089

2 QUÁCH HOÀNG KHẢI 15147098

3 HUỲNH ANH KHOA 15147101

4 TỪ VẠN THIỆN 15147127

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt

Tên đề tài

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO

HỆ THỐNG VỆ SINH TỰ ĐỘNG CHO BÌNH NGƯNG

GVHD: ĐOÀN MINH HÙNG

1 HUỲNH PHÚ HÒA 15147089

2 QUÁCH HOÀNG KHẢI 15147098

3 HUỲNH ANH KHOA 15147101

4 TỪ VẠN THIỆN 15147127

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 05 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Mã ngành đào tạo: 52510206

Hệ đào tạo: Chính qui

(1) Nêu vấn đề nghiên cứu

(2) Nghiên cứu tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về các giải pháp,

hệ thống vệ sinh bình ngưng

(3) Phân tích các ưu nhược điểm của từng giải pháp, hệ thống vệ bình ngưng để từ đó

(5) Nghiên cứu các thông số vận hành ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống từ đó xácđịnh thời điểm vệ sinh và thời gian vận hành hệ thống vệ sinh tự động.

(6) Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống vệ sinh tự động.(7) Nghiên cứu chế tạo hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng

(8) Kết quả vận hành thực nghiệm và phân tích kết quả đạt được

(9) Nhận xét những giá trị đạt được và những vấn đề còn tồn tại từ đó đề xuất nhữngcông việc tiếp theo cần thực hiện cho hệ thống

3 Sản phẩm của đề tài

(1) Một hệ thống thí nghiệm vệ sinh bình ngưng tự động

(2) Kết quả phân tích và xử lý dữ liệu thực nghiệm vệ sinh bình ngưng tự động

(3) Một quyển báo cáo thuyết minh hệ thống thí nghiệm vệ sinh bình ngưng

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 12/05/2019

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/06/2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG VỆ SINH TỰ ĐỘNG CHO BÌNH NGƯNG

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt

I NHẬNXÉT

1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ 1 Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):

2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2019

Giảng viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG VỆ SINH TỰ ĐỘNG CHO BÌNH NGƯNG

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt

I NHẬNXÉT

1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ 1 Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):

2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2019

Giảng viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viênphản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnhđúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hướng dẫn: _ Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2019

Và đặc biệt, nếu không có những lời hướng dẫn nhiệt tình của thầy Đoàn MinhHùng thì bài báo cáo này của chúng em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa,

em xin chân thành cảm ơn thầy Xin được cảm ơn các bạn cùng khóa đã góp ý và hỗtrợ trong suốt thời gian thực hiện đồ án

Tuy nhiên do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn, điều kiện thờigian và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ Thầy Cô để bài báo cáođược hoàn thiện hơn

Chúng em xin kính chúc thầy cô ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt thật dồi dàosức khỏe, thành công nhiều hơn nữa trong sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạtkiếm thức cho thế hệ tương lai

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

“Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng” là đề tài

mà nhóm đã chọn Để thực hiện được đề tài này nhóm đã giải quyết các một số côngviệc như sau:

Đầu tiên, cần nghiên cứu các hệ thống vệ sinh tự động đã có trên thế giới Tìmhiểu nguyên lý tạo ra các cáu cặn trong bình ngưng, tham khảo các nghiên cứu về hệthống vệ sinh tự động của các nhà nghiên cứu trên thế giới và hiệu quả mà họ đã đạtđược sau khi hoàn thành nghiên cứu Tiếp đến nghiên cứu cả các cách vệ sinh thủcông, bằng hóa chất, bằng máy làm sạch và cách vệ sinh tự động để thấy được những

ưu điểm nổi trội của hệ thống vệ sinh tự động trong quá trình sản xuất ngày nay

Thứ hai, từ các nghiên cứu phía trên, tính toán đưa ra các số liệu để chế tạo một

mô hình hệ thống vệ sinh tự động Sau khi có các số liệu đã tính toán bắt đầu đưa vàophần mềm để vẽ ra hệ thống cần chế tạo giúp bóc tách khối lượng vật tư một cáchchính xác và tiết kiệm được chi phí Cũng nhờ vào bản vẽ giúp chúng ta hiểu rõ đượchình dáng và vị chí các bộ phận một cách cụ thể hơn Để giúp hệ thống hoạt động mộtcách tự động thì không thể thiếu một hệ thống điều khiển Dựa vào nguyên lý hoạtdộng của hệ thống vệ sinh tự động, nhóm đã thiết kế được một hệ thống điều khiển, từbản thiết kế chúng ta chọn vật liệu phù hợp và tiết kiệm chi phí Nghiên cứu và chế tạo

bộ vệ sinh bi làm cho quá trình vệ sinh được đảm bảo sạch hơn, thời gian sử dụng bităng lên đáng kể

Cuối cùng, sau khi đã chế tạo thành công hệ thống vệ sinh tự động, cho hệ thốngvận hành thử và tiến hành các kiểm tra các bộ phận khi chạy thử

Kết quả đạt được: Chế tạo thành công mô hình vệ sinh tự động, hệ thống hoạtđộng giống như mục tiêu đã đề ra Khắc phục được việc hệ thống vệ sinh chạy songsong cùng hệ thống lớn mà thay vào đó hệ thống vệ sinh sẽ hoạt động sau khi máy nén

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Vấn đề nghiên cứu 1

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về các giải pháp vệ sinh bình ngưng 1

1.2.1 Cơ chế tạo bẩn trong đường ống 1

1.2.2 Các nghiên cứu về hệ thống làm sạch ống 4

1.3.1 Các phương pháp vệ sinh thủ công 9

1.3.2 Các phương pháp vệ sinh tự động 14

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VỆ SINH TỰ ĐỘNG 18

2.1 Tính toán thiết kế hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng 18

2.1.1 Thiết kế chế tạo và chọn vật liệu cho bình ngưng 18

2.1.2 Thiết kế chế tạo các bộ phận chính của bộ vệ sinh bình ngưng 22

2.1.3 Tính toán và chọn bi 25

2.1.4 Tính toán đường ống dẫn nước và chọn bơm 32

2.1.5 Tiến hành xây dựng theo mô hình thiết kế 37

2.1.6 Tính toán và chọn bơm 43

2.2 Sự tác động của điều kiện vận hành đến hiệu suất làm việc của bình ngưng 49

2.3 Thiết kế hệ thống mạch điện trên phần mềm 51

2.3.1 Thiết kế mạch điện 51

2.3.2 Chọn vật liệu cho hệ thống 52

Chương 3: KẾT QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ CÁC THẢO LUẬN 53

3.1 Chế tạo thành công hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng 53

3.2 Kết quả vận hành thực nghiệm và phân tích kết quả đạt được 57

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO viii PHỤ LỤC x

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

PVC : loại nhựa nhiệt dẻo (Polyvinylclorua)

TDS : Tổng chất rắn hòa tan (Total Dissolved Solids)

RL1,2,3,4,5 : rơ le trung gian điều khiển các van điện từ

DANH MỤC CÁC HÌ

Hình 1.1 Màng sinh học 2

Hình 1.2 Cáu cặn bám cứng trong tháp giải nhiệt và bình ngưng 3

Hình 1.3 Hệ thống làm sạch ống Helios ở Đại học Wisconsin – Madison 4

Hình 1.4 So sánh các hiệu suất của Chiller 2 ở nhiệt độ nước ngưng tụ 65oF 5

Hình 1.5 So sánh hiệu suất của 2 Chiller với nhiệt độ nước vào bình ngưng 75oF 6

Hình 1.6 Hệ thống làm sạch ống Helios ở Denver, Colorado 7

Hình 1.7 So sánh hiệu suất của chiller trước và sau khi gắn Helios 7

Hình 1.8 Tiết kiệm chi phí năng lượng cho dự án được dự đoán sau 15 năm 8

Hình 1.9 Chênh lệch nhiệt độ Chiller được cải thiện 9

Hình 1.10 Hóa chất tẩy rửa cáu cặn 11

Hình 1.11 Vệ sinh bình ngưng bằng máy làm sạch 12

Hình 1.12 RamPro Portable Chiller Tube Cleaner 13

Hình 1.13 RAM-5 Automatic Chiller Tube Cleaner 13

Hình 1.14 Súng vệ sinh bình ngưng 14

Hình 1.15 Hệ thống vệ sinh tự động WSA 15

Hình 1.16 Sơ đồ biểu diễn quá trình vệ sinh và công nghệ lọc 16Y Hình 2.1 Kích thước ống thép không gỉ cho bình ngưng 19

Hình 2.2 Kích thước ống đồng cứng cho bình ngưng 19

Hình 2.3 Các hình chiếu về ống trao đổi nhiệt 20

Hình 2.4 Các hình chiếu bình ngưng 21

Hình 2.5 Các mặt của bình chứa bi chính 22

Hình 2.6 Các hình chiếu của bình chứa bi phụ 23

Hình 2.7 Các mặt của thiết bị vệ sinh bi 24

Hình 2.8 Các mặt của lưới bắt bi 24

Hình 2.9 Cách đặt tên bi 26

Hình 2.10 Bảng thông số kỹ thuật ống nhựa PVC 36

Hình 2.11 Các bộ phận chính trong mô hình 37

Hình 2.12 Mô hình thực tế sau khi chế tạo 39

Hình 2.13 Hình chiếu đứng của mô hình 40

Hình 2.14 Hình chiếu bằng của mô hình 41

Hình 2.15 Hình chiếu bằng của mô hình 41

Hình 2.16 Hình chiếu 3 mặt của khung đỡ mô hình thực tế 42

Hình 2.17 Catalog bơm Panasonic 48

Hình 2.18 Mạch điện điều khiển 5 Hình 3.1 Bình ngưng thực tế 53

Hình 3.2 Bình chứa bi chính 54

Hình 3.3 Bình chứa bi phụ 54

Hình 3.4 Lưới bắt bi 55

Hình 3.5 Bộ vệ sinh bi 55

Hình 3.6 Mô hình thực tế sau khi hoàn thành 56

Hình 3.7 Đánh số và quy định đường ống trao đổi nhiệt 57

Hình 3.8 Một bi di chuyển qua và bi quay về 57

Hình 3.9 Biểu đồ kết quả vận hành với 1 bi 58

Hình 3.10 Hai bi di chuyển qua và về 59

Hình 3.11 Biểu đồ kết quả vận hành với 3 bi 59

Hình 3.12 Các bi qua ống và quay về 60

Hình 3.13 Biểu đồ kết quả vận hành với 6 bi 60

Hình 3.14 Các bi di chuyển về bình chứa bi 61

Hình 3.15 Biểu đồ kết quả vận hành với 9 bi 61

Hình 3.16 Các bi di chuyển trong ống 62

Hình 3.17 Biểu đồ kết quả vận hành với 12 bi 63

Hình 3.18 Biểu đồ so sánh thời gian với số bi vận hành khác nhau 64

Hình 3.19 Biểu đồ biểu diễn thời gian trung bình ứng với số bi vận hành 65

Hình 3.20 Đường ống trước khi bi đi qua (trước khi vệ sinh) 66

Hình 3.21 Đường ống đã được làm sạch 66

DANH MỤC CÁC BẢ

Bảng 1.1 Bảng so sánh giữa việc dùng và không dùng hệ thống Taprogge 16Y

Bảng 2.1 Chọn vật liệu cho bình ngưng 21

Bảng 2.2 Phân loại và các đặc tính của bi 26

Bảng 2.3 Các bi vệ sinh TAPROGGE cho tất cả các loại nước làm mát 27

Bảng 2.4 Chọn vật liệu ống dẫn nước 32

Bảng 2.5 Bảng thống kê vật tư thực hiện 42

Bảng 2.6 Hệ số ma sát cục bộ 45

Bảng 2.7 Hệ số ma sát đoạn ống đột mở 46

Bảng 2.8 Bảng thống kê thiết bị mạch điện 52

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Vấn đề nghiên cứu

Bảo trì hệ thống lạnh là một việc làm cần thiết để đảm bảo hiệu suất cũng nhưđảm bảo cho hệ thống hoạt động bình thường , đặc biệt là chiller trong các nhà máy, xínghiệp, siêu thị, tòa nhà lớn,…Nhưng việc bảo trì cho các chiller này cần tiêu tốn khánhiều thời gian, nhất là phải vệ sinh từng đường ống bình ngưng đối với chiller giảinhiệt bằng nước Bên cạnh đó, vệ sinh từng ống tốn thời gian, sức lao động lại cònphải dừng hoạt động chiller gây giảm công sức cho hệ thống Chính vì những nguyên

do trên, nhóm đã bắt đầu đi vào nghiên cứu một hệ thống vệ sinh đáp ứng các tiêu chí:hạn chế dùng sức người, không gian đoạn chiller, khả năng làm sạch tốt bất kể lúc nào

Từ đó, nhóm đã tìm ra phương pháp vệ sinh tự động sử dụng bi tuần hoàn và đó cũngchính là đề tài mà nhóm nghiên cứu

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về các giải pháp vệ sinh bình ngưng

1.2.1 Cơ chế tạo bẩn trong đường ống

Theo trang Eurotech[1], trong quá trình làm việc với nước, cáu cặn sinh ra và bámtrên bề mặt thiết bị bao gồm: cáu cặn cacbonat, vôi, bùn, gỉ sét, silica, các chất kết tủa

không tan khác, rác,…Cáu cặn cacbonat (cáu cặn) hình thành và kết tủa bao phủ trên

bề mặt làm việc, nhất là trong môi trường nước cứng Trong nước có muối cacbonat

hoặc bicacbonat của cation Canxi (Ca 2+ ), hoặc cation Magiê (Mg 2+ ) là nguyên nhân

chính sinh ra loại cáu cặn này

Cáu cặn sinh ra phổ biến nhất là CaCO3 Trong nước ion Canxi (Ca 2+ ) kết hợp

với ion bicacbonat (HCO 3 ) tạo thành Canxi bicacbonat (Ca(HCO 3 ) 2 ) :

 Sự phát triển của vi sinh

Quá trình sinh trưởng và phát triển vi sinh diễn ra ở mọi môi trưởng, đặc biệt môitrường điều kiện nhiệt độ nóng ẩm của dàn ngưng, tháp giải nhiệt Vì dàn ngưng, thápgiải nhiệt có tỷ lệ bay hơi cao và thể tích nước thấp, thì việc khuếch tán và phát triểncủa vi sinh càng nhanh chóng

Trong bài viết của David Daniels và Tony Selby, màng sinh học là một cấu hình

hoặc tập hợp của nhiều loại vi khuẩn khác nhau, được bảo vệ bởi exopolysacarit (EPS)

[2] - một chất được sản xuất bởi vi khuẩn trong màng sinh học nói trên Màng sinh học

có cả lớp hiếu khí và kỵ khí, nơi chứa loại vi khuẩn tương ứng của chúng Màng sinhhọc có thể hình thành trên các bề mặt hệ thống như đường ống, tường bể lắng, đáytháp giải nhiệt và bộ trao đổi nhiệt

Hình 1.1 Màng sinh học

Màng sinh học được hình thành khi vi khuẩn có trong nước xử lý bắt đầu bámvào bề mặt và dấu hiệu cho các vi khuẩn khác tham gia Tốc độ hình thành vi khuẩn và

hạn chế dòng chảy ngay sát bề mặt, hạn chế trao đổi nhiệt từ bề mặt bên dưới màngsinh học với lượng nước lớn phía trên màng sinh học.

Hình 1.2 Cáu cặn bám cứng trong tháp giải nhiệt và bình ngưng

Sự tồn tại của các chất rắn hòa tan không liên quan đến khả năng làm mát củanước Tuy nhiên các chất rắn hòa tan là rất nhiều các hợp chất sẽ kết hợp với nhau đểtạo thành các kết tủa khoáng không tan trên bề mặt truyền nhiệt, thường được gọi là

"cáu cặn" Cáu cặn bám dính vào bề mặt trở nên nhiều hơn sẽ tác động vào hệ thống

đường ống (cụ thể là ở tháp giải nhiệt và bình ngưng như hình 1.2), ảnh hưởng đến sự

truyền nhiệt và áp lực nước

Các thông số quan trọng của nước giải nhiệt là: tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ

dẫn điện, độ PH, độ cứng, độ kiềm và chỉ số bão hòa[2]

Tổng chất rắn hòa tan (TDS) và độ dẫn điện: độ dẫn điện là thước đo độ dẫn điện

của nước và nó tương quan với số lượng các chất rắn hòa tan trong nước Nước cất

tinh khiết có độ dẫn rất thấp (khoáng chất thấp) và nước biển sẽ có độ dẫn cao

(khoáng chất cao) Sư hiện diện của các chất rắn hòa tan trong nước dễ tạo thành các

kết tủa khoáng không tan trên bề mặt truyền nhiệt, thường được gọi là cáu cặn Cáucặn bám dính vào hệ thống truyền nhiệt từ từ nhiều lên, ảnh hưởng đến sự trao đổinhiệt, áp lực nước và hệ thống

Độ cứng: Lượng canxi và magie hòa tan trong nước xác định độ cứng của nước

Độ cứng tổng được chia làm hai loại Độ cứng Cacbonnat (độ cứng tạm thời) và độ cứng phi Cacbonat (độ cứng vĩnh viễn) Độ cứng tạm thời phổ biến hơn và là tác nhân

chính gây nên sự sự bám cáu cặn trong đường ống thiết bị

pH là thước đo tính Axit, Bazơ của nước Phạm vi đo từ 0 – 14, còn 7 là trungtính Kiểm soát độ pH là rất quan trọng Nhìn chung khi độ pH biểu thị môi trườngAxit thì khả năng ăn mòn tăng, còn khi độ pH biểu thị môi trường Bazơ thì khả năngđóng cặn tăng Giá trị pH > 7 biểu thị tính kiềm Khi pH nhỏ hơn 8.3, hầu hết các độkiềm trong nước ở dạng bicarbonate, và hình thành cáu cặn thường không phải là vấn

đề Tuy nhiên, khi độ pH tăng lên trên 8.3, độ kiềm chuyển đổi từ bicarbonate vớicacbonat và cáu cặn sẽ bắt đầu hình thành

1.2.2 Các nghiên cứu về hệ thống làm sạch ống

Công nghệ Innovas đã làm việc với đội ngũ cơ sở tại Đại học WisconsinMadison[3] để phân tích dữ liệu vận hành chiller trong lịch sử để đánh giá và ước tínhtổn thất hiệu quả của chiller do tắc nghẽn ống Chiến lược cho thử nghiệm là chạy haichiller giống hệt nhau trong cùng điều kiện và cùng thời gian làm việc, một chiller

(Chiller 2) được trang bị thêm với hệ thống vệ sinh tự động Helios (hình 1.3) và chiller

còn lại (Chiller 1) không có Các chiller có chung đường nước làm mát, đường nước

ngưng và được theo dõi trong suốt thời gian thử nghiệm Điều quan trọng đối với thửnghiệm là tận dụng nhiều nguồn dữ liệu so sánh để xác nhận đầy đủ hiệu quả của hệthống vệ sinh tự động Helios

Sau khi phân tích cẩn thận dữ liệu, rõ ràng hệ thống vệ sinh tự động Helios đãmang lại sự cải thiện hiệu quả rất đáng kể cho Chiller 2 khi so sánh trực tiếp với

Chiller 1 Hình 1.4 so sánh các đường cong hiệu suất của Chiller 2 từ năm 2017 (trước

khi có vệ sinh tự động) và 2018 (sau khi có vệ sinh tự động) với nhiệt độ nước vào làm

mát 40oF và nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ là 65oF và cho thấy cải thiện hiệu suất14%

Hình 1.4 So sánh các hiệu suất của Chiller 2 ở nhiệt độ nước ngưng tụ 65oF

Hệ thống Helios giữ cho các ống sạch sẽ và tối ưu hóa hiệu quả truyền nhiệt, tăngcông suất chiller và sản lượng làm mát Hình 1.5 nêu lên hiệu suất tăng của Chiller 2

so với Chiller 1 ở nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ ở 75oF Ở điều kiện hoạt độnggiống hệt nhau, Chiller 2 tạo ra khả năng làm mát nhiều hơn 400 tấn so với Chiller 1ngay cả khi tiêu thụ ít năng lượng hơn Chiller 1

Hình 1.5 So sánh hiệu suất của 2 Chiller với nhiệt độ nước vào bình ngưng 75oFTương tự với nghiên cứu của Mike O’Malley tại một nhà máy năng lượng XcelEnergy ở Denver, Colorado[4] Mike đưa ra kiến thức về tác động tiêu cực của bìnhngưng tắc nghẽn ống và tìm kiếm một phương pháp để nâng cao hiệu quả làm lạnh đã

đưa anh ta đến với hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng (như hình 1.6) Để áp

dụng sáng tạo công nghệ mới đòi hỏi mức độ đánh giá cao và xem xét mức độ ảnhhưởng của phương pháp mới Mike giữ vai trò là người luôn có ý tưởng mới lạ và tíchhợp cho hệ thống vệ sinh tự động cho chiller 2.500 tấn lạnh Ông nhìn thấy và hiểuđược tiềm năng đã tiết kiệm được một khoản lớn năng lượng nhờ vào hệ thống

Hình 1.6 Hệ thống làm sạch ống Helios ở Denver, Colorado

Nghiên cứu trường hợp ở Trung tâm y tế VCU[5], việc triển khai hệ thống làmsạch ống Helios giúp cải thiện 8% hiệu suất làm lạnh và giảm mức tiêu thụ năng lượng

hơn 2 triệu kW/giờ.

Hình 1.7 So sánh hiệu suất của chiller trước và sau khi gắn Helios

Dữ liệu màu cam (hình 1.7) cho thấy hiệu quả của chiller sẽ không được lắp đặt

Helios và dữ liệu màu xanh lam chứng minh hiệu quả làm lạnh thực tế với hệ thốngHelios đang hoạt động

Với một tuổi thọ dự án dự đoán 15 năm, hình 1.8 cho thấy mức tiết kiệm chi phínăng lượng cho vòng đời của dự án vượt quá 170.000 đô la và dự án đã giúp giảm hơn1.600 tấn khí thải GHG

Hình 1.8 Tiết kiệm chi phí năng lượng cho dự án được dự đoán sau 15 năm

Một nghiên cứu điển hình khác về hệ thống làm sạch ống tự động của Helios:Trung tâm y tế Holy Heart Pat Lamb, Trưởng nhóm Nhà máy Tiện ích Trung tâm[6],

đã nghiên cứu các ứng dụng hóa học thay thế, các phương pháp cạnh tranh để xử lýkhông hóa chất Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng, Pat đã chọn quả bi xốp là giải pháp tốtnhất để kiểm soát các vấn đề ô nhiễm đáng kể trong hệ thống nước lạnh của mình Vấn

đề về hiệu suất làm lạnh bị suy giảm do tắc nghẽn cho thấy đáng chú ý nhất là ở chênhlệch nhiệt độ chiller tăng nhanh Sau khi cài đặt lần đầu vào năm 2013, các hệ thống vệsinh ống tự động đã cung cấp giải pháp ngăn chặn và làm sạch đặc biệt tại PeaceHealth

ở RiverBend Trên thực tế, đội ngũ bảo trì đã không phải làm sạch thủ công bìnhngưng kể từ ngày có hệ thống vệ sinh tự động Ngoài ra, PeaceHealth sử dụng mô hìnhvận hành chiller theo giai đoạn Kể từ khi lắp hệ thống vệ sinh tự động, các đơn vịhình thành màng khuẩn hầu như đã bị loại bỏ do việc loại bỏ ứ đọng bên trong bó ống

ngưng tụ, đặc biệt là chênh lệch nhiệt độ chiller được cải thiện (hình 1.9).

Hình 1.9 Chênh lệch nhiệt độ Chiller được cải thiện

Với việc lắp thêm hệ thống vệ sinh tự động đã tiết kiệm chi phí bao gồm: nănglượng, bảo trì và loại bỏ khối lượng công việc liên quan đến các vấn đề làm lạnh trongchiller bệnh viện Chi phí điện hằng năm tiết kiệm được $62000, tiết kiệm năng lượng

là 765000 kWh và giảm 582 tấn phát thải khí nhà kính GHG[6] Các hệ thống làm sạchống tự động bằng bi ban đầu được các kỹ sư người Đức nghĩ ra vào những năm 1950

để ứng dụng trong ngành sản xuất điện Trên toàn cầu, hơn 15.000 đơn vị làm sạchống bi xốp đã được đưa vào phục vụ trong lĩnh vực sản xuất điện, với 50% tổng côngsuất phát điện ở châu Âu và 40% công suất phát điện tại Nhật Bản được trang bị hệthống làm sạch ống tự động này

1.3 Các phương pháp vệ sinh bình ngưng hiện tại

1.3.1 Các phương pháp vệ sinh thủ công

Phương pháp dùng que và bàn chải

Có lẽ phương pháp làm sạch ống bằng que và bàn chải là phương pháp lâu đời và

dễ chịu nhất Điều này liên quan đến việc sử dụng chiều dài của thanh, thường là kimloại thuộc loại nào đó, bằng nylon hoặc bàn chải dây lớn hơn đường kính bên trongống, được gắn vào một đầu Thông thường, các ống được xả bằng nước từ vòi, sau đóbàn chải được đẩy bằng tay qua các ống Các ống sau đó được rửa lại với nước

 Ưu điểm

+ Giá thấp

+ Hoạt động đơn giản

+ Đòi hỏi ít đào tạo, hoặc chuyên môn

+ Linh hoạt thời gian thực hiện

+ Làm sạch cục bộ và chủ động hơn

 Nhược điểm:

+ Tiêu tốn nhiều thời gian

+ Tốn nhân công lao động

+ Bởi vì lông bàn chải được gấp lại, chúng có xu hướng lau quét ống nhiều hơn làchải

+ Các ống làm lạnh được làm sạch khi bắt đầu công việc có xu hướng khô với cácmảnh vụn vẫn còn trong đó, làm cho việc xả nước cuối cùng không hiệu quả

+ Yêu cầu đủ không gian để sử dụng một thanh dài hơn một chút so với các ống làm

lạnh, để được làm sạch (nếu không, các phần của thanh phải được ghép với nhau làm

tăng thêm thời gian cần thiết để hoàn thành công việc).

+ Không ai muốn thực hiện công việc, vì vậy nó không được thực hiện, hoặc nó đượcthực hiện kém

Dùng hóa chất

Hình 1.10 Hóa chất tẩy rửa cáu cặn

Ít phổ biến hơn so với những năm trước đây, phương pháp làm sạch ống này sửdụng các dung dịch axit, được lưu thông qua các bó ống, để phá vỡ hoặc làm mềm cặn

lắng trong ống (hình 1.10).

 Ưu điểm:

+ Cáu cặn có thể được làm mềm đủ để cho phép làm sạch bàn chải như là một hoạtđộng thứ cấp

+ Nhanh chóng, dễ sử dụng, tẩy cặn hiệu quả

+ Hầu như không ăn mòn thiết bị với chất siêu ức chế ăn mòn sinh học

+ Xử lý các hệ thống phức tạp, không cần di rời, nâng chuyển

+ Trả lại bề mặt sáng bi và trạng thái làm việc ban đầu cho thiết bị

+ Công suất tẩy cặn cao (1,5 kg cặn / 1 gallon hóa chất).

+ Khả năng xuyên thấm tốt

 Nhược điểm:

+ Chi phí - hóa chất có thể tốn kém và trở thành chi phí phát sinh mỗi khi ống cần làmsạch

+ Tốn thời gian - chiller bị gián đoạn (ngừng) trong ít nhất 24 giờ.

+ Hóa chất nguy hiểm khi làm việc, làm tăng rủi ro về sức khỏe và an toàn của nhânviên vệ sinh

+ Với tất cả các hạn chế của địa phương, tiểu bang và liên bang đối với việc xử lý chấtthải nguy hại, việc loại bỏ các hóa chất đã qua sử dụng là khó khăn, tốn kém và mangmột số vấn đề pháp lý

+ Yêu cầu đào tạo và chuyên môn quan trọng

+ Chất lượng hóa chất vệ sinh Sử dụng sản phẩm giá rẻ kém chất lượng vệ sinh bìnhngưng gây ăn mòn các ống đồng và có thể làm thủng bình ngưng, đặc biệt các bìnhngưng đã sử dụng thời gian dài Chi phí để khắc phục cao gấp nhiều lần chi phí chúng

ta tính toán giảm thiểu

Dùng máy làm sạch

Với máy làm ống, một người có thể thực hiện công việc vệ sinh đường ống mộtcách đơn giản Máy sử dụng bơm công suất lớn bắn ra dòng nước cực mạnh hoặc các

bàn chải hoặc các dụng cụ vệ sinh khác, được gắn ở đầu trục linh hoạt xoay (như các

hình 1.11, 1.12, 1.13) Trong quá trình quay trục, máy xả nước qua ống trao đổi nhiệt,

loại bỏ các cặn bị bong ra Ngoài ra, máy được trang bị hệ thống truyền động xíchđược đổi mới và hệ thống kết nối nhanh được cấp bằng sáng chế giúp thay đổi bànchải, trở thành một nhiệm vụ, một công việc dễ dàng Máy đã được thiết kế đặc biệtcho môi trường làm việc đòi hỏi khắt khe của các công ty vệ sinh chuyên nghiệp

Hình 1.11 Vệ sinh bình ngưng bằng máy làm sạch

Một số máy làm sạch ống:

Hình 1.12 RamPro Portable Chiller Tube Cleaner

Hình 1.13 RAM-5 Automatic Chiller Tube Cleaner

Phương pháp làm sạch ống chiller bằng súng vệ sinh sử dụng khí nén và nước,hoặc nước áp lực cao, để đẩy đạn làm sạch qua các ống để loại bỏ cặn Đạn có thể từđạn cao su đến bàn chải cho đến các loại phế liệu nhựa hoặc kim loại các loại[7] Hình1.14 bên dưới là một loại súng làm sạch ống của hãng Goodway và người vận hành chỉcần đưa một viên đạn vào ống và bắn Khi đạn được đẩy về phía trước, nó đẩy các cặnlắng ra, làm cho ống được làm sạch hoàn toàn

Hình 1.14 Súng vệ sinh bình ngưng

 Ưu điểm

+ Trong điều kiện thích hợp, ống có thể được làm sạch hoàn toàn bằng phương phápnày.

 Nhược điểm

+ Phương pháp này có khả năng hạn chế về các loại cáu cặn mà nó có thể loại bỏ (hầu

hết các loại đạn chỉ phù hợp với cáu cặn nhẹ, như bùn và tảo).

+ Cả hai nắp cuối phải được gỡ bỏ để cho phép thu hồi đạn - tăng yêu cầu lao động.+ Các đơn vị áp lực nước cao là tốn kém và yêu cầu bảo trì đáng kể

+ Vấn đề an toàn - một số súng không được thông hơi để loại bỏ khả năng "bắn

ngược" (Điều này xảy ra khi một người cố bắn một viên đạn vào ống cắm Ống bị áp

lực với không khí và khi rút súng ra khỏi ống, đạn sẽ bị bắn ra mắt nhân viên vệ sinh).

1.3.2 Các phương pháp vệ sinh tự động

 Hệ thống vệ sinh tự động WSA

Hệ thống vệ sinh tự động WSA là hệ thống được trang bị các bàn chải để vệ sinhcác ống trong bình ngưng[8] Khi khởi động hệ thống vệ sinh van chuyển hướng sẽ thayđổi dòng chảy thông qua bộ trao đổi nhiệt đưa các bàn chải ra khỏi vị trí bình chứa điqua ống cho đến khi nó được bắt lại bởi lưới ở đầu đối diện, khi chu trình dòng chảybình thường được thiết lập các bàn chải trở lại vị trí bình chứa Hệ thống vệ sinh tựđộng WSA được thể hiện thực tế như hình 1.15 bên dưới

Hình 1.15 Hệ thống vệ sinh tự động WSA

Ưu điểm đạt được của hệ thống này là:

- Giảm tiêu thụ điện kW/tấn

- Giảm thời gian và chi phí bảo trì

- Giảm chi phí xử lý nước

- Tăng công suất làm lạnh

- Tăng khả năng làm lạnh

- Tăng tuổi thọ ống và loại bỏ rỗ ống

- Hoàn vốn đầu tư nhanh

 Hệ thống vệ sinh tự động TAPROGGE

Hệ thống làm sạch đường ống bình ngưng của TAPROGGE[9] hoạt động hoàntoàn tự động, hiệu quả và liên tục Công tác làm sạch được thực hiện bởi những viên bixốp bằng cao su, có khả năng đàn hồi và có kích thước lớn hơn so với đường kính ống.Với sự chênh lệch kích thước này cùng với khả năng co dãn của bi, trong quá trình điqua đường ống, bi sẽ làm sạch cáu cặn bám bên trong đường ống Hệ thống làm sạchđường ống bình ngưng bằng bi xốp của TAPROGGE là một hệ thống kín, tuần hoàn

bơm tuần hoàn sẽ bơm những viên bi này vào lại hệ thống nước làm mát qua đầu phun

bi theo một chu trình tuần hoàn và khép kín Sơ đồ nguyên lý hệ thống vệ sinh tự độngTAPROGGE được thể hiện như hình 1.16:

Hình 1.16 Sơ đồ biểu diễn quá trình vệ sinh và công nghệ lọc

Bảng 1.1 Bảng so sánh giữa việc dùng và không dùng hệ thống Taprogge

Thông số

Chiller dùng hệ thống vệ sinh tự động Taprogge

Chiller không dùng

hệ thống vệ sinh tự động Taprogge

Tiêu thụ năng lượng

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VỆ

SINH TỰ ĐỘNG

2.1 Tính toán thiết kế hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng

Sau quá trình nghiên cứu chúng em quyết định chế tạo một mô hình, mô phỏngbình ngưng chiller và một hệ thống vệ sinh tự động Hệ thống hoạt động dựa trênnguyên lý của các hệ thống ngoài thực tế Để có một hệ thống hoàn chỉnh cần có bơm

để giúp cho lưu thông nước qua bình ngưng, do mô hình chỉ thể hiện hoạt động của hệthống vệ sinh tự động nên không cần sự trao đổi nhiệt ở bình ngưng Do đó chúng takhông sử dụng ống đồng làm ống trong bình ngưng mà chúng ta sử dụng ống nhựnlàm ống bình ngưng, và van điện từ điều chỉnh dòng nước được thay thế bằng van bi

để giảm chi phí mô hình

2.1.1 Thiết kế chế tạo và chọn vật liệu cho bình ngưng

Ống dẫn nước trong bình ngưng thường được làm từ thép không gỉ hoặc ống đồng cứng Dựa theo các bảng thông số kích thước ống dùng trong bình ngưng dưới đây để chọn kích thước ống cho thiết bị ngưng tụ trong mô hình

Hình 2.1 Kích thước ống thép không gỉ cho bình ngưng

Ở đây ta chọn kích thước đường ống bình ngưng cho mô hình là Ø =16mm, sử dụng loại nhựa Acrylic trong suốt để dễ dàng quan sát quá trình hoạt động của thiết bị

Do mô hình chỉ thể hiện quá trình hoạt động của hệ thống và để giảm thiểu chi phí chế tạo nên ta chọn bình ngưng sẽ được thiết kế có ống dạng 2 pass và 3 đường ống

Hình 2.3 Các hình chiếu về ống trao đổi nhiệt

Hình 2.4 Các hình chiếu bình ngưng

1 - Ống trao đổi nhiệt; 2 - Nắp bình; 3 - Vỏ bình ngưng; 4 - Ống nước ra vào

Chọn vật liệu phù hợp với mục tiêu nghiên cứu đề ra phía trên Do mô hình dạngnhỏ và chỉ mô phỏng nên ưu tiên chọn vật liệu chế tạo thiết bị là nhựa PVC cùng cácống nhựa trong suốt Acrylic để đáp ứng các tiêu chí đề ra Vì ống nhựa PVC bền, nhẹ,chi phí hợp lý, chịu được áp lực nước tốt nên thích hợp cho việc lựa chọn

Bảng 2.1 Chọn vật liệu cho bình ngưng

1 Ống trao đổi nhiệt trong bình ngưng Ống nhựa Acrylic trong suốt