Hiện tượng thủy kích lò hơi là gì? Nguyên nhân, dấu hiệu và giải pháp

Lò hơi là thiết bị công nghiệp quan trọng, chuyển hóa nước thành hơi nước bằng cách sử dụng năng lượng nhiệt từ quá trình đốt cháy nhiên liệu như than đá, dầu, biomass, trấu và củi. Hơi nước tạo ra từ lò hơi đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, bia rượu, nước giải khát, giặt là, và bao bì, nhờ khả năng truyền nhiệt hiệu quả. Trong quá trình vận hành, một vấn đề thường gặp nhưng có thể gây hậu quả nghiêm trọng là hiện tượng thủy kích lò hơi. Hiểu rõ về hiện tượng này và các đặc tính của lò hơi giúp doanh nghiệp vận hành an toàn và hiệu quả hơn, đồng thời tối ưu hóa chi phí sản xuất.

Hiện tượng thủy kích lò hơi xảy ra phổ biến tại các lò hơi

Hiện tượng thủy kích lò hơi là gì?

Khi nước ngưng tụ trong đường ống bị hơi đẩy đi, nếu không được xả kịp thời và đúng cách, sẽ tích tụ và hình thành nút nước. Nút nước này di chuyển với vận tốc hơi trong ống (≥ 30m/s), tạo ra động năng rất lớn. Khi gặp các đoạn ống cong hoặc nhánh, nút nước bị cản lại, chuyển động năng thành áp năng, gây rung động mạnh tại điểm cản trở. Điều này có thể dẫn đến xô lệch, nứt, gãy mối hàn hoặc thậm chí nổ đường ống, làm hơi thoát ra ngoài. Hậu quả không chỉ gây thiệt hại kinh tế và gián đoạn hệ thống, mà còn nguy hiểm đến tính mạng con người. Vì vậy, khi thiết kế và lắp đặt hệ thống đường ống hơi, cần chú ý đặc biệt để tránh hiện tượng thủy kích hơn là chỉ chọn thiết bị và vật liệu chống thủy kích.

Thông tin chi tiết về hiện tượng thủy kích lò hơi

Tác hại của hiện tượng búa nước (hiện tượng thủy kích)

Khi hơi nước được cung cấp lần đầu vào hệ thống đường ống hoặc thiết bị sử dụng, bạn có thể nghe thấy những âm thanh nhỏ hoặc lớn. Đây là trải nghiệm phổ biến đối với những người vận hành hệ thống hơi nước.

Khi áp suất trong đường ống thay đổi đột ngột vượt quá 10MPa (100 bar), hiện tượng búa hơi có thể xảy ra. Búa hơi có thể gây hư hỏng đường ống, các thiết bị sử dụng hơi và thậm chí các van hơi trên đường ống.

Hiện tượng vỡ hoặc rò rỉ do búa hơi không chỉ gây thất thoát hơi nóng mà còn có thể gây nguy hiểm cho người vận hành. Trong khi van chống va đập (búa nước) đã được phát triển cho hệ thống nước, hiện chưa có hướng dẫn hay tài liệu cụ thể nào về giải pháp tương tự cho hệ thống hơi nóng.

Nguyên nhân xảy ra hiện tượng thủy kích

Hiện tượng thủy kích trong hệ thống thu hồi hơi nước và nước ngưng có thể được phân loại thành hai dạng chính:

Do nước ngưng tụ tốc độ cao

Khi hơi nóng truyền qua đường ống, quá trình truyền nhiệt không hoàn toàn hiệu quả, dẫn đến sự hình thành nước ngưng. Nước ngưng này được đẩy đi bởi áp suất của hơi nóng, tạo ra các sóng. Khi nước ngưng di chuyển với tốc độ cao và gặp các vị trí cong hoặc van, hiện tượng búa nước có thể xảy ra do sự va đập mạnh của nước ngưng.

  Hiện tượng thủy kích do nước ngưng tụ tốc độ ca

Do ngưng tụ nước đột ngột và va chạm giữa các dòng nước ngưng

Hiện tượng thủy kích cũng có thể xảy ra trong hệ thống thu hồi nước ngưng hoặc hệ thống phân phối hơi khi nước ngưng không được loại bỏ kịp thời. Khi hơi nước mất nhiệt và chuyển thành nước ngưng, thể tích của nước ngưng nhỏ hơn 1000 lần so với hơi nước. Sự chuyển đổi này làm giảm đột ngột thể tích của hơi nước, khiến không gian trong ống bị chiếm bởi nước ngưng. Kết quả là các dòng nước ngưng va chạm mạnh vào nhau, gây ra hiện tượng búa nước.

Ngưng tụ nước đột ngột và va chạm giữa các dòng nước ngưng do hiện tượng thủy kích

Một số vị trí xảy ra hiện tượng búa nước trong đường ống hơi

Các vị trí thường gây ra hiện tượng thủy kích được chỉ ra trong hình dưới đây:

Các vị trí thường gây ra hiện tượng thủy kích

Một số cách phòng tránh hiện tượng thủy kích

Dưới đây là một số nguyên nhân và cách khắc phục về hiện tượng thủy kích:

Hiện tượng thủy kích trong đường ống hơi

Triệu chứng

• Đường ống bị rung giật khi hơi nóng (steam) chạy qua.
• Phát ra âm thanh lớn trong đường ống khi hệ thống khởi động.
• Gãy và biến dạng hoặc vỡ hệ thống đường ống.
• Rách gasket, gây rò rỉ hơi nóng.
• Giảm tuổi thọ thiết bị do ăn mòn cơ học.

Nguyên nhân

Quá trình vận chuyển hơi nóng tạo ra nước ngưng trong đường ống, gây cản trở dòng chảy của lưu chất.

Cách khắc phục

• Lắp đặt đường ống hơi với đầu vào cao hơn đầu ra để nước ngưng thoát ra ngoài dễ dàng.
• Tại các điểm giao nhau của đường ống hơi, lắp đặt bộ góp để thu hồi và xả nước ngưng.
• Lắp đặt thiết bị tách ẩm (separator dạng ly tâm) cho đường ống để loại bỏ nước ngưng trước khi vào thiết bị.
• Lắp đặt bẫy hơi (steam trap) trên đường ống chính, mỗi 30-50m nên có một bẫy hơi để xả nước ngưng ra ngoài.

Hiện tượng búa nước trong thiết bị gia nhiệt

Triệu chứng

• Thiết bị gia nhiệt rung giật khi khởi động hệ thống.
• Phát ra âm thanh lớn trong đường ống khi hệ thống khởi động.
• Gãy và biến dạng hoặc vỡ hệ thống đường ống.
• Rách gasket, gây rò rỉ hơi nóng.
• Giảm tuổi thọ thiết bị do ăn mòn cơ học.

Nguyên nhân

• Khi thiết bị gia nhiệt tiêu thụ hơi nóng, nước ngưng được hình thành.
• Khi đạt nhiệt độ yêu cầu, van điều khiển cung cấp hơi đóng lại, làm giảm áp lực đầu vào và nước ngưng tồn đọng bên trong.

Cách khắc phục

• Lắp đặt đường ống hơi với đầu vào cao hơn đầu ra để nước ngưng thoát ra ngoài dễ dàng.
• Lắp đặt thiết bị tách ẩm (separator dạng ly tâm) cho đường ống để loại bỏ nước ngưng trước khi vào thiết bị.
• Lắp đặt bẫy hơi (steam trap) hoặc thiết bị thu hồi nước ngưng dạng bơm cơ khí để xả nước ngưng tự động ra ngoài.

Việc hiểu rõ nguyên nhân và thực hiện đúng các biện pháp khắc phục sẽ giúp ngăn chặn và giảm thiểu hiện tượng thủy kích và búa nước trong hệ thống đường ống hơi và thiết bị gia nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.

Lò hơi là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp từ sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, đến ngành công nghiệp nặng như xi măng, giấy và hóa chất. Nhờ khả năng chuyển hóa nước thành hơi nước với áp suất và nhiệt độ cao, lò hơi đáp ứng hiệu quả nhu cầu năng lượng của các quy trình sản xuất. Tuy nhiên, khi vận hành lò hơi, bạn cần chú ý đến các hiện tượng như hiện tượng thủy kích lò hơi. Đây là hiện tượng nước bốc hơi đột ngột gây ra áp suất lớn, có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị và gây nguy hiểm cho an toàn lao động. Việc nhận biết và phòng tránh hiện tượng thủy kích lò hơi là yếu tố quan trọng để đảm bảo lò hơi hoạt động ổn định và an toàn. Qua đó, việc lựa chọn và vận hành đúng loại lò hơi sẽ góp phần nâng cao hiệu suất sản xuất và bảo vệ môi trường.