GIẢI PHÁP CHỐNG CẤU CẶN TRÊN ĐƯỜNG ỐNG – THIẾT BỊ HIỆU ỨNG TỪ

I. GIỚI THIỆU:

Sự có mặt của các chất khoáng tan trong nước như ion canxi, magiê, sắt, mangan là nguyên nhân hình thành cáu cặn trong đường ống và hệ thống bình chứa, thiết bị trao đổi nhiệt.

Khi thay đổi trạng thái của nước như gia tăng nhiệt độ hoặc có sự thất thoát khí CO₂ thì phản ứng tạo kết tủa CaCO₃lắng đọng trong thành ống là điều không tránh khỏi:

Ca²⁺ + 2HCO^3- <=> CaCO₃ + H₂CO₃
H₂CO₃ <=> H₂O + CO₂

Vấn đề nước cứng và hiện tượng đóng cáu cặn trên đường ống và trong các thiết bị trao đổi nhiệt gây thiệt hại rất lớn cho các doanh nghiệp, cụ thể là tăng chiều dày thành ống / bình chứa, giảm đường kính ống dẫn đến việc giảm hiệu suất trao đổi nhiệt, tăng chi phí sử dụng điện năng (22-30%), gây ăn mòn và rút ngắn thời gian sử dụng thiết bị.

Để khắc phục tình trạng này, phổ biến nhất hiện nay là phương pháp tẩy rửa thủ công kết hợp với việc sử dụng hóa chất. Đây là chỉ là biện pháp thụ động nhằm khắc phục hậu quả sau khi cáu cặn đã làm tắc hệ thống và gián đoạn hoạt động sản xuất. Ngoài ra, phương pháp này còn có nhiều yếu điểm như: kéo dài thời gian ngừng máy, tốn kém chi phí hóa chất và nhân công, gây ăn mòn thiết bị, gây ô nhiễm môi trường,…

Một trong những kỹ thuật mới có tác dụng ngăn ngừa cáu cặn là ứng dụng thiết bị hiệu ứng từ. Đây là một phương pháp xử lý không cần dùng hóa chất, điện năng và an toàn về mặt môi trường.

Sau khi chảy qua thiết bị hiệu ứng từ, chất lượng nước không thay đổi, nhưng những phần tử gây cáu cặn (các ion tạo nên độ cứng trong nước) sẽ không còn khả năng đóng bám vào hệ thống ống dẫn và thiết bị mà kết lại thành dạng tinh thể lơ lửng trong nước. Các tinh thể này không mang điện tích, có diện tích bề mặt rất lớn và phân tán đều trong nước, trở thành hạt nhân kết dính các ion can xi, magiê, hạn chế việc đóng bám vào thành ống. Lớp cặn cũ trước đây cũng dần dần tan ra và trở nên tơi xốp, dễ tẩy rửa hơn.

Thiết bị hiệu ứng từ đặc biệt phát huy hiệu quả trong trường hợp nước có độ cứng tạm thời (chứa thành phần Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂) chứ không phải độ cứng vĩnh cửu (CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄). Hiệu quả sử dụng thiết bị hiệu ứng từ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

Thành phần tính chất của nước (hàm lượng ion canxi, magiê, dạng độ cứng tạm thời hay vĩnh cữu).
Nhiệt độ, áp suất của dòng nước.
Vận tốc dòng nước chảy qua thiết bị hiệu ứng từ.
Thời gian dòng nước tiếp xúc thiết bị hiệu ứng từ.
Cường độ từ trường của thiết bị hiệu ứng từ.
Vị trí lắp đặt của thiết bị hiệu ứng từ trên đường ống (trước hoặc sau bơm).
Khả năng chống đóng bám cáu cặn có thể duy trì trong thời gian 2-10 ngày, sau đó chất lượng nước trở lại trạng thái ban đầu.

Hiệu quả chống cáu cặn sẽ giảm trong các trường hợp sau:

Nhiệt độ nước cao hơn 75oC: thường xảy ra trong trường hợp cấp nước cho lò hơi, đường ống dẫn nước nóng. Cáu cặn có thể hình thành dưới dạng lớp mỏng nhưng tơi xốp.
Trong hệ thống có lắp đặt bơm hoàn lưu: Dòng chảy rối và hiện tượng nước va do bơm tạo ra có thể làm hỏng cấu trúc các tinh thể hút ion canxi, magiê. Do vậy thường lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ vào vị trí phía sau bơm.
Khi vận tốc dòng chảy không phù hợp với thông số thiết kế của thiết bị.
Khi trong quy trình có sử dụng các chất oxy hóa nước.

II. PHẠM VI ỨNG DỤNG:

Thiết bị hiệu ứng từ có thể lắp đặt tại các vị trí sau để ngăn ngừa hiện tượng đóng cáu cặn và làm tan rã lớp cặn cũ đã bám dính lâu ngày:

Trên đường ống cấp nước, hệ thống nước nóng/lạnh, thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống nước cấp cho máy giặt.
Đường ống cấp nước cho lò hơi.
Hệ thống nước làm mát.
Sử dụng kết hợp với thiết bị làm mềm nước để kéo dài chu kỳ làm việc của các bể lọc cation, giảm thiểu lượng hóa chất tái sinh.

Cần lưu ý là thiết bị hiệu ứng từ chỉ có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng đóng cáu cặn chứ không làm mềm nước.

Ưu điểm của thiết bị hiệu ứng từ là:

Lắp đặt đơn giản.
Không sử dụng năng lượng điện.
Không sử dụng hóa chất để xử lý nước.
Không cần bảo trì.
Thời hạn sử dụng lâu dài, có thể đến 20 năm.
Là giải pháp xử lý nước an toàn về mặt môi trường.

Ưu điểm của thiết bị hiệu ứng từ MSW so với các thiết bị khác cùng loại:

– So sánh với thiết bị điện từ:

Thiết bị điện từ sử dụng dòng điện để tạo ra từ trường, từ trường này chỉ có hiệu quả trong một khoảng cách nhất định, do vậy cần phải bố trí nhiều thiết bị ở các vị trí khác nhau để ngăn ngừa cáu cặn cho cả hệ thống đướng ống.
Thiết bị hiệu ứng từ tạo một từ trường cố định từ một hay nhiều nam châm lắp đặt bên trong thiết bị. Hiệu quả chống cáu cặn được duy trì trong 2-10 ngày, không phụ thuộc khoảng cách từ thiết bị đến vị trí dòng nước đi qua.

– So sánh với thiết bị hiệu ứng từ của các hãng khác: Có cường độ từ trường cao (khoảng 12.500 gauss so với 2.300-3.700 gauss của các thiết bị khác) do nam châm được chế tạo từ hợp chất các kim loại quý có từ tính cao, đảm bảo thiết bị gọn nhẹ nhưng hiệu quả cao.

Hiệu quả của thiết bị hiệu ứng từ trong các trường hợp sau:

1. Lắp đặt trên đường ống dẫn nước:

a. Ống mới: Sau khi lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ :

Hạn chế hiện tượng đóng cáu cặn, tăng thời gian sử dụng đường ống lên 3-4 lần, ngoài ra chỉ cần dùng vòi nước áp lực cao là có thể làm sạch, không cần sử dụng hóa chất hoặc viên bi sắt.
Tạo lớp màng oxyt bảo vệ đường ống.

b. Ống cũ: Sau khi lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ :

Lớp cặn cũ mềm dần và biến mất sau 1-6 tháng.
Tuy nhiên để đạt hiệu quả sử dụng cao, cần làm sạch bề mặt đường ống trước và sau khi lắp đặt thiết bị trong vòng 2-3 tháng đầu tiên.
Sau khi tan hết lớp cặn cũ sẽ hình thành lớp màng oxyt bảo vệ đường ống.

2. Lắp đặt trong đường ống cấp nước cho hệ thống trao đổi nhiệt, lò hơi:

a. Hệ thống mới: Sau khi lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ :

Nếu nhiệt độ < 70oC, sẽ không có cặn đóng bám thành ống trao đổi nhiệt.
Nếu nhiệt độ > 70oC, sẽ hạn chế hiện tượng đóng cặn tại bề mặt lò hơi, thiết bị đun, ống trao đổi nhiệt, tăng thời gian sử dụng 3-4 lần. Nếu có xuất hiện, cặn cũng rất tơi xốp và dễ làm sạch bằng vòi phun nước.

b. Hệ thống cũ: Sau khi lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ sẽ:

Lớp cặn cũ trở nên tơi xốp, mềm và dễ dàng rửa sạch.
Lắp đặt cùng với thiết bị làm mềm nước:

+ Kéo dài chu kỳ làm việc của hệ thống làm mềm thêm 20-25%, do đó giảm lượng hóa chất tái sinh.
+ Tăng cường bảo vệ đường ống by-pass, đường ống trong các hệ thống làm mềm sơ bộ, hoặc khi chậm thực hiện tái sinh hệ thống làm mềm.

3. Lắp đặt trong hệ thống làm lạnh:

Tăng hiệu suất trao đổi nhiệt.
Tăng lưu lượng dòng chảy.
Tăng mức an toàn trong sản xuất.
Giảm chi phí điện năng so với trường hợp đóng cáu cặn.
Giảm thời gian và chi phí kiểm tra, bảo trì đường ống.

4. Lắp đặt trong hệ thống cấp nước cho xưởng giặt:

Làm giảm sức căng bề mặt của nước nên tiết kiệm hóa chất giặt 30%.

5. Lắp đặt trong hệ thống đường ống có sử dụng bơm:

Tăng hiệu quả sử dụng do giảm hiện tượng đóng cặn trong bơm.
Giảm chi phí tiêu thụ điện năng.
Hạn chế số lần bảo trì.

Cùng mục đích chống cáu cặn, hiệu quả của các phương pháp xử lý khác nhau có thể đánh giá như sau:

Chỉ tiêu so sánh	Thiết bị hiệu ứng từ	Thiết bị điện từ	Thiết bị trao đổi cation
Chi phí đầu tư	Thấp	Thấp	Cao
Vận hành	Đơn giản	Đơn giản	Phức tạp. Theo dõi chu kỳ lọc, pha chế hóa chất
Bảo trì	Không	Có	Phức tạp hơn. Thay thế vật liệu lọc
Đóng bám cáu cặn	Không	Tuỳ thuộc vào từ trường tạo ra bởi cuộn dây & vận tốc dòng chảy	Không
Chi phí vận hành	Không	Điện năng	Điện năng + hóa chất
Thay đổi tính chất nước	Không	Không	Làm mềm nước
Xả chất thải ra môi trường	Không	Không	Hoá chất tái sinh

III. CẤU TẠO THIẾT BỊ – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Cấu tạo chính của thiết bị là nam châm đa cực có dạng hình trụ. Nam châm được chế tạo từ hợp chất các kim loại quý có khả năng nhiễm từ tính cao.

Khi dòng nước chảy qua tiết diện của thiết bị, một từ trường có cường độ ổn định được tạo ra. Lúc này, các tạp chất trong nước bị phá vỡ lớp màng hydrat và trở thành nhân kết dính các ion canxi, magiê. Các tinh thể này lại liên kết với nhau để hình thành cợn có kích thước lớn hơn, lơ lửng trong nước và ngăn không cho các ion canxi, magiê có điều kiện lắng đọng và bám vào thành ống.

Lớp cặn cũ trong thành ống cũng trở nên tơi xốp và tan dần vì các ion canxi, magiê tại đây cũng bị hút bám dần vào các nhân tinh thể và chuyển động lơ lửng theo dòng nước.

IV. THÔNG SỐ KỸ THUẬT :

Vỏ thiết bị: thép tráng kẽm.
Vỏ hộp nam châm: thép không gỉ
Loại nam châm: nam châm điện trường cao
Cường độ từ trường: 12.500 gauss
Hao hụt từ trường: 0,2% sau 10 năm
Áp lực làm việc: 10 kgf/cm²
Áp lực tối đa: 12 kgf/cm²
Nhiệt độ tối đa: 125^oC
Lắp đặt: nằm ngang hoặc thẳng đứng.

Kiểu	DN	LxD, mm	Trọng lượng, kg	Lưu lượng, m³/h			Chú thích
Kiểu	DN	LxD, mm	Trọng lượng, kg	min	TB	max	Chú thích
Dy10	21 (1/2”)	132 x 35	0.50	0.1	0.5	0.9	Nối ren trong
Dy15	21 (1/2”)	183 x 41	0.80	0.2	1.4	2.5
Dy20	27 (3/4”)	183 x 43	0.85	0.5	2.3	4.0
Dy25	34 (1”)	183 x 56	1.35	1.0	4.0	7.0
Dy32	42 (11/4”)	185 x 60	1.80	1.8	5.9	10
Dy40	49 (11/2”)	168 x 160	12	2.5	7.8	13	Nối mặt bích
Dy50	60 (2”)	170 x 180	16.4	3.5	11.7	20
Dy65	80 (21/2”)	216 x 195	22	5	20	35
Dy80	90 (3”)	271 x 215	29	8	26.5	45
Dy100	114 (4”)	425 x 280	49	12	51	90
Dy125	140 (5”)	355 x 405	95	20	85	170	Nối mặt bích Cấu tạo nhiều lõi từ
Dy150	168 (6”)	430 x 405	99	30	130	260
Dy200	220 (8”)	320 x 520	222	55	215	435
Dy250	250 (10”)	320 x 710	398	100	400	700

V. HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT & VẬN HÀNH:

Khi lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ cần lưu ý:

Để thiết bị điện từ làm việc lâu bền, cần loại bỏ hàm lượng sắt có trong nguồn nước bằng cách lắp đặt thiết bị lọc phía trước thiết bị hiệu ứng từ.
Đối với hệ thống cũ đã đóng bám cáu cặn, cần khoảng thời gian 1-6 tháng (tùy điều kiện cụ thể) để lớp cáu cặn có thể tan rã hết. Do vậy cần làm sạch bề mặt đường ống trước khi lắp đặt thiết bị.
Nên lắp đặt thiết bị hiệu ứng từ theo phương thẳng đứng hoặc nằm ngang để tạo trạng thái cân bằng cho thiết bị.
Cần chọn thiết bị hiệu ứng từ theo đúng lưu lượng dòng chảy, không chọn theo kích thước đường ống đang sử dụng.
Dòng chảy rối và sức va của nước khi chảy qua bơm sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng thiết bị hiệu ứng từ. Do vậy cần bố trí thiết bị hiệu ứng từ vào phía sau bơm, hoặc nếu cần bảo vệ bơm thì bố trí thêm một thiết bị phía trước bơm.
Cần lắp đặt tại vị trí dễ thực hiện các thao tác kỹ thuật.
Trong trường hợp cần đảm bảo tính liên tục của dòng chảy, cần bố trí một đường ống by-pass để có thể thực hiện công tác kiểm tra hiệu quả sử dụng thiết bị.
Tùy theo tính chất của nguồn nước, cần thực hiện công tác bảo trì sau 1-5 năm sử dụng.

VI. ĐIỀU KIỆN AN TOÀN LAO ĐỘNG:

Cần tuân thủ các điều kiện sau:

Không được tăng nhiệt độ thiết bị hiệu ứng từ quá 150^oC.
Không để gần thiết bị (< 10cm) các dụng cụ bằng sắt, thép có khả năng nhiễm từ.

VII. BẢO TRÌ THIẾT BỊ:

Sau một thời gian vận hành, 1-5 năm tùy chất lượng nguồn nước, bề mặt thiết bị hiệu ứng từ có thể bị bám dính các tạp chất sắt. Công tác vệ sinh thiết bị cần thực hiện như sau: