Tính toán lưu lượng bơm bitum cho các nhà máy sản xuất nhựa đường

Khi thiết kế hệ thống hỗ trợ cho nhà máy trộn nhựa đường, người ta thường dễ đánh giá thấp vai trò của bơm nhựa đường. Bể chứa có thể đủ lớn và nhựa đường có thể ở nhiệt độ vận hành thích hợp, nhưng nhà máy nhựa đường vẫn có thể phải chờ chất kết dính nếu bơm chuyển không thể cung cấp lưu lượng cần thiết trong điều kiện vận hành thực tế.

Do đó, không nên chỉ chọn bơm dựa trên lưu lượng ghi trong catalogue. Việc tính toán kích thước bơm phải bắt đầu từ nhu cầu nhựa đường thực tế, sau đó mới tính đến thời gian vận chuyển, mật độ, độ nhớt, sức cản đường ống, độ cao tĩnh, nhiệt độ, yêu cầu tuần hoàn và đường cong hoạt động của bơm.

Hướng dẫn này giải thích cách tính toán lưu lượng bơm nhựa đường sơ bộ cho một trạm trộn nhựa đường và những điều kiện kỹ thuật bổ sung nào cần được kiểm tra trước khi lựa chọn bơm cuối cùng.

Tại sao lưu lượng bơm nhựa đường lại quan trọng

Trong quá trình sản xuất nhựa đường, nhựa đường nóng phải được vận chuyển một cách ổn định từ hệ thống lưu trữ đến nhà máy trộn nhựa đường. Nếu hệ thống cung cấp chất kết dính chậm hơn tốc độ tiêu thụ của nhà máy, thì sự liên tục của quá trình sản xuất sẽ phụ thuộc vào hệ thống vận chuyển chứ không phải công suất định mức của nhà máy nhựa đường.

Máy bơm có công suất nhỏ hơn mức cần thiết có thể gây ra:

• Nguồn cung nhựa đường không đủ trong thời kỳ sản xuất cao điểm.
• Thời gian chuyển nhiên liệu giữa các bể chứa rất dài.
• Mức nước trong bể chứa không ổn định
• Thời gian dỡ hàng tàu chở dầu lâu hơn
• Thời gian chờ đợi tại nhà máy nhựa đường

Tuy nhiên, việc chọn một máy bơm quá lớn không nhất thiết là điều tốt hơn. Lưu lượng cao hơn có thể làm tăng vận tốc dòng chảy trong đường ống, tổn thất thủy lực, nhu cầu sử dụng động cơ và áp suất tại các van và bộ lọc.

Mục tiêu là điều chỉnh công suất bơm sao cho phù hợp với quy trình thực tế.

Bước 1: Tính toán nhu cầu nhựa đường theo giờ

Phép tính đầu tiên là lượng chất kết dính tiêu thụ của trạm trộn nhựa đường.

Nhu cầu nhựa đường mỗi giờ = Sản lượng nhà máy nhựa đường × Hàm lượng nhựa đường

Cho rằng:

• Công suất nhà máy sản xuất nhựa đường: 160 tấn/giờ
• Hàm lượng bitum: 5%

Nhu cầu nhựa đường trên lý thuyết là:

160 × 0,05 = 8 tấn/giờ

Do đó, nhà máy cần khoảng 8 tấn bitum mỗi giờ để sản xuất 160 tấn nhựa đường mỗi giờ với hàm lượng chất kết dính 5%.

Tỷ lệ chất kết dính phải được xác định từ thiết kế hỗn hợp đã được phê duyệt thực tế. Lớp nền, lớp mặt đường, hỗn hợp nhựa đường biến tính (SMA) và nhựa đường cải tiến có thể sử dụng hàm lượng chất kết dính khác nhau.

Bước 2: Chuyển đổi lưu lượng khối lượng sang lưu lượng thể tích

Sản lượng nhựa đường thường được biểu thị bằng tấn/giờ, trong khi công suất bơm thường được biểu thị bằng mét khối/giờ.

Công thức chuyển đổi là:

Lưu lượng thể tích = Lưu lượng khối lượng bitum ÷ Mật độ bitum

Nếu sử dụng mật độ bitum minh họa là 0,98 t/m³:

8 ÷ 0,98 ≈ 8,16 m³/h

Do đó, yêu cầu về thể tích liên tục theo lý thuyết xấp xỉ là 8,16 m³/h.

Giá trị mật độ nêu trên chỉ là giả định tính toán sơ bộ. Mật độ thực tế thay đổi tùy thuộc vào loại chất kết dính và nhiệt độ. Các tính toán cuối cùng nên sử dụng dữ liệu vật liệu cụ thể của dự án.

Bước 3: Kiểm tra các yêu cầu chuyển giao theo lô

Lượng tiêu thụ liên tục của nhà máy nhựa đường không phải lúc nào cũng là yếu tố quyết định kích thước máy bơm.

Máy bơm cũng có thể cần phải chuyển nhựa đường giữa các bể chứa, dỡ hàng từ xe bồn hoặc vận chuyển vật liệu từ máy nấu chảy đến kho lưu trữ trong một khoảng thời gian giới hạn.

Giả sử cần phải vận chuyển 20 tấn nhựa đường nóng trong vòng 45 phút.

Sử dụng mật độ minh họa là 0,98 t/m³:

20 ÷ 0,98 ≈ 20,41 m³

45 phút bằng 0,75 giờ:

20,41 ÷ 0,75 ≈ 27,2 m³/h

Do đó, lưu lượng chuyển tải theo lô cần thiết xấp xỉ là 27,2 m³/h.

Con số này cao hơn nhiều so với nhu cầu sản xuất nhựa đường liên tục là 8,16 m³/giờ.

Một nguyên tắc sơ bộ thực tế là:

Lưu lượng bơm cần thiết = giá trị lớn hơn giữa nhu cầu vận hành liên tục hoặc lưu lượng chuyển tải theo mẻ cần thiết.

Bước 4: Đánh giá khoản dự trữ hoạt động

Giá trị lưu lượng lý thuyết không tính đến sự biến động trong quá trình vận hành. Tùy thuộc vào dự án, nhà thiết kế có thể xem xét bổ sung công suất cho:

• Biến động sản xuất
• Mở rộng nhà máy trong tương lai
• Biến đổi nhiệt độ
• Điện trở lọc
• Tắc nghẽn đường ống
• Giày cao gót
• Các loại chất kết dính khác nhau

Chỉ để minh họa, khi áp dụng mức dự trữ thiết kế 20% cho lưu lượng 8,16 m³/h ta được:

8,16 × 1,20 ≈ 9,8 m³/h

Điều này không có nghĩa là 20% là một yêu cầu chung. Mức dự trữ phù hợp nên được lựa chọn theo quy trình thực tế và triết lý vận hành.

Ví dụ về tính toán lưu lượng bơm

Bảng sau đây giả định hàm lượng chất kết dính là 5%, mật độ minh họa là 0,98 t/m³ và trữ lượng minh họa là 20%.

Đây là các phép tính lưu lượng, chứ không phải là lựa chọn máy bơm cuối cùng.

Chỉ riêng lưu lượng dòng chảy là chưa đủ.

Một máy bơm có công suất định mức 10 m³/h không nhất thiết phải cung cấp lưu lượng 10 m³/h trong mọi hệ thống lắp đặt.

Điểm vận hành thực tế phụ thuộc vào đường cong đặc tính của bơm và điện trở của toàn bộ hệ thống.

Máy bơm có thể cần phải vượt qua:

• Ma sát trong ống thẳng
• Khuỷu tay và tee
• Van
• Bộ lọc
• Lưu lượng kế
• Độ cao tĩnh
• Bộ trao đổi nhiệt
• Các hạn chế khi tiếp nhận thiết bị

Do đó, việc lựa chọn máy bơm cuối cùng phải xác định cả hai yếu tố:

Lưu lượng yêu cầu + áp suất chênh lệch yêu cầu

Độ nhớt của nhựa đường là rất quan trọng

Độ nhớt của nhựa đường thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ giảm, chất kết dính trở nên khó bơm hơn và sức cản thủy lực tăng lên.

Điều này có thể dẫn đến:

• Lưu lượng thực tế được cung cấp thấp hơn
• Mô-men xoắn bơm cao hơn
• Áp suất chênh lệch cao hơn
• Khởi nghiệp khó khăn hơn
• Nguy cơ tắc nghẽn cao hơn

Do đó, hiệu suất của bơm cần được đánh giá ở độ nhớt dự kiến tại nhiệt độ hoạt động thực tế.

Đường kính ống phải phù hợp với lưu lượng bơm.

Máy bơm lớn hơn không thể bù đắp cho đường ống có kích thước không phù hợp. Lưu lượng quá lớn qua đường ống nhỏ có thể gây ra tổn thất vận tốc và áp suất cao.

Để biết thêm thông tin về giai đoạn thiết kế hệ thống tiếp theo, vui lòng xem:

Cách tính đường kính ống dẫn bitum cho nhà máy trộn nhựa đường

Việc lựa chọn máy bơm và đường ống nên được thực hiện như một phép tính thủy lực duy nhất.

So sánh bơm chuyển chất lỏng và bơm tuần hoàn

Bơm chuyển

Máy bơm chuyển tải vận chuyển nhựa đường giữa các thiết bị, ví dụ:

• Tàu chở dầu đến bể chứa
• Thùng chứa chuyển chất lỏng sang bể chứa.
• Máy nấu chảy bao tải thành bể chứa
• Từ bể chính đến bể làm việc
• Từ bể chứa đến nhà máy sản xuất nhựa đường

Bơm tuần hoàn

Máy bơm tuần hoàn sẽ đưa vật liệu trở lại qua một vòng khép kín để duy trì sự chuyển động, ổn định nhiệt độ và giữ cho tuyến vận chuyển luôn sẵn sàng hoạt động.

Lượng nhựa đường lưu thông không nhất thiết phải bằng với lượng tiêu thụ của nhà máy sản xuất nhựa đường.

Những lưu ý đặc biệt đối với nhựa đường biến tính

Nhựa đường biến tính SBS và nhựa đường biến tính bằng cao su vụn có thể có độ nhớt và đặc tính chảy khác biệt đáng kể so với nhựa đường cấp độ xuyên thấu thông thường.

Đánh giá:

• Độ nhớt thực tế ở nhiệt độ hoạt động
• Hàm lượng polyme hoặc cao su vụn
• Đặc tính hạt (nếu có)
• Tốc độ tuần hoàn cần thiết
• Sưởi ấm bằng bơm
• Khả năng tương thích của gioăng
• Mô-men xoắn động cơ
• Sưởi ấm đường ống

Không có nghĩa là một máy bơm phù hợp với nhựa đường thông thường cũng phù hợp với mọi loại chất kết dính biến tính.

Điều phối lưu lượng bơm với hệ thống lưu trữ và sưởi ấm.

Công suất bơm phải được đảm bảo bằng lượng vật liệu nóng đủ trong hệ thống lưu trữ.

Để biết thông tin về dung lượng lưu trữ, vui lòng xem:

Cách tính toán dung tích bể chứa bitum cho nhà máy trộn nhựa đường

Để tính toán chi phí sưởi ấm, xem:

Cách tính công suất lò sưởi dầu nhiệt cho bể chứa nhựa đường

Hệ thống nên được đánh giá như sau:

Dung tích lưu trữ → Công suất sưởi ấm → Lưu lượng bơm → Đường ống

Thông tin cần thiết để lựa chọn máy bơm

• Công suất nhà máy nhựa đường
• Tỷ lệ bitum trung bình và tối đa
• Loại và cấp độ nhựa đường
• Nhiệt độ hoạt động
• Yêu cầu dòng chảy liên tục
• Số lượng chuyển giao theo lô
• Thời gian chuyển khoản cần thiết
• Chiều dài và đường kính của đường ống
• Chênh lệch độ cao tĩnh
• Các van, khuỷu nối và bộ lọc chính
• Lưu thông bắt buộc
• Nguồn điện
• Nhiệt độ môi trường xung quanh

Những câu hỏi thường gặp

Một nhà máy sản xuất nhựa đường công suất 160 tấn/giờ cần lưu lượng bơm bao nhiêu?

Với hàm lượng chất kết dính 5%, về lý thuyết, một nhà máy có công suất 160 tấn/giờ sẽ tiêu thụ 8 tấn/giờ nhựa đường. Sử dụng mật độ ví dụ là 0,98 tấn/m³ sẽ cho ra khoảng 8,16 m³/giờ. Công suất bơm cuối cùng cũng phụ thuộc vào lưu lượng truyền tải, tổn thất áp suất, độ nhớt và lượng dự trữ vận hành.

Liệu máy bơm 10 m³/h có đủ đáp ứng nhu cầu 8 m³/h không?

Không nhất thiết. Lưu lượng bơm định mức phải được kiểm tra ở áp suất chênh lệch yêu cầu và độ nhớt thực tế của nhựa đường.

Có thể sử dụng cùng một máy bơm cho cả việc chuyển chất lỏng và tuần hoàn nước không?

Trong một số hệ thống, câu trả lời là có. Tuy nhiên, cần phải đánh giá trước cách bố trí van, trình tự vận hành, lưu lượng yêu cầu và tính dự phòng.

Nhiệt độ nhựa đường có ảnh hưởng đến công suất bơm không?

Đúng vậy. Nhiệt độ thấp hơn thường làm tăng độ nhớt, làm tăng tải trọng bơm và sức cản đường ống.

Kết luận

Việc tính toán kích thước máy bơm nhựa đường nên bắt đầu từ lượng tiêu thụ của nhà máy sản xuất nhựa đường, nhưng cũng phải xem xét toàn bộ quá trình vận chuyển.

Trình tự kỹ thuật sơ bộ như sau:

Sản lượng nhà máy nhựa đường → Nhu cầu bitum → Lưu lượng → Thời gian vận chuyển → Tổn thất áp suất → Công suất bơm

FEITENG cung cấp bồn chứa nhựa đường, thiết bị nấu chảy, hệ thống dầu nhiệt, máy bơm, đường ống gia nhiệt và các giải pháp xử lý nhựa đường hoàn chỉnh.

Để nhận được khuyến nghị cụ thể cho dự án của bạn, vui lòng cung cấp cho chúng tôi sản lượng của nhà máy sản xuất nhựa đường, tỷ lệ chất kết dính, loại bitum, nhiệt độ vận hành, khoảng cách vận chuyển và thời gian vận chuyển cần thiết.

WhatsApp: +86 15335447006
E-mail: [email protected]
Trang web: www.bitumenmachine.com