ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 3 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN KIM ÁNH ThS. NGUYỄN VĂN TẤN TS. VÕ QUANG SƠN Đà Nẵng, tháng 8/2021 MỞ ĐẦU Hiện nay,chúng ta còn thiếu nhiều các nghiên cứu cơ bản để xác định các thông số tính toán thiết kế của các công trình đơn vị trong công nghiệp xử lý nước thải . Do vậy,trong bài nghiên cứu này nhóm đã đưa ra cách tiến hành xác định các thông số tính toán thiết kế phù hợp với điều kiện của nhà máy đề ra,và cách điều khiển cơ bản cho một hệ thống xử lý nước thải công nghiệp. Ngoài ra trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá nước nhà, công nghiệp Điện Lực giữ một vai trò đặc biệt quan trọng bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Khi xây dựng một nhà máy, một khu kinh tế, khu dân cư, thành phố trước tiên người ta phải xây dung hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và nhu cầu sinh hoạt của con người. Sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng điện năng đã làm cho sự phát triển không ngừng của hệ thống điện cả về công suất truyền tải và mức độ phức tạp với sự yêu cầu về chất lượng, điện năng ngày càng cao, đòi hỏi người làm chuyên môn cần phải nắm vững kiến thức cơ bản, và hiểu biết sâu rộng về hệ thống điện. Tuy nhiên bài nghiên cứu này chỉ mang tính chất tham khảo hơn là các ví dụ mẫu về tính toán thiết kế công nghệ xử lý nước thải.Trong quá trình nghiên cứu đồ án do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức nên đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót ,kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy Cô giáo và các bạn. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2021 BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC CỦA PBL3 STT HỌ VÀ TÊN NHIỆM VỤ TRANG 1 - Tính chọn ,kiểm tra thiết bị mạng cao áp và mạng hạ áp cung cấp điện cho nhà máy. - Tính toán tổn thất điện áp. - Viết chương trình cho block 0 - Thực hiện bản vẽ mặt bằng và mô hình 3D cho nhà máy - Thực hiện hình vẽ sơ đồ tổn thất điện áp trên hệ thống - Thực hiện bản vẽ cho tủ điều khiển - Thực hiện bản vẽ cho tủ phân phối - Thực hiện bản vẽ cho tủ chiếu sáng. 46 85 119 43 85 104 68 84 2 - Tìm hiểu cơ cấu chấp hành và cảm biến có trong bể trung hòa , bồn Bazo,bồn Axit . - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động bể trung hòa,bồn chứa Axit và bồn Bazo,. - Tính toán thông số các thiết bị và kích thước bể. - Thiết kế,tính chọn và kiểm tra thiết bị điện cho tủ động lực ở bể trung hòa. - Thiết kế và thực hiện vẽ mạch điều khiển và mạch động lực ,mạch trung gian cho bể trung hòa bằng CADe simu. - Thực hiện vẽ tủ trung hòa bằng AutoCAD - Viết chương trình cho khu vực bể trung hòa - Viết bài thuyết minh bằng PowerPoint. 4 22 24 70 80 80 126 3 - Tìm hiểu cơ cấu chấp hành và cảm biến có trong bể lắng 2 , bể Aerotank,bể chứa bùn. - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động bể lắng 2 và bể Aerotank,bể chứa bùn. - Tính toán thông số các thiết bị và kích thước bể. - Thiết kế, tính chọn và kiểm tra thiết bị điện cho tủ động lực ở bể lắng 2 và bể Aerotank. - Thiết kế và thực hiện vẽ mạch điều khiển và mạch động lực ,mạch trung gian cho bể lắng 2 và bể Aerotank bằng CADe simu. - Thực hiện vẽ tủ Aerotank và lắng 2 bằng AutoCAD - Viết chương trình cho khu vực bể Aerotank và lắng 2. - Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất của nhà máy. 4 31 & 39 32& 39 70 82 82 137 91 4 - Tìm hiểu cơ cấu chấp hành và cảm biến có trong bể lắng 1, bể khử trùng và bể lưu lượng. - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động bể lắng 1 ,bể khử trùng và bể lưu lượng. - Tính toán thông số các thiết bị và kích thước bể. - Thiết kế, tính chọn và kiểm tra thiết bị điện cho tủ động lực ở bể lắng 1 ,bể khử trùng và bể lưu lượng. - Thiết kế và thực hiện vẽ mạch điều khiển và mạch động lực, mạch trung gian cho bể lắng 1 và bể khử trùng bằng CADe simu. - Thực hiện vẽ tủ Lắng 1 và khử trùng bằng AutoCAD - Viết chương trình cho khu vực bể lắng 1 và khử trùng. - Xây dựng lưu đồ thuật toán các bể. 4 26 & 36 27 & 37 70 81 & 83 81 & 83 133 & 140 105 5 - Tìm hiểu cơ cấu chấp hành và cảm biến có trong bể thu gom và bể cân bằng. - Nghiên cứu nguyên lý hoạt động bể thu gom và bể cân bằng. - Tính toán thông số các thiết bị và kích thước bể. - Thiết kế, tính chọn và kiểm tra thiết bị điện cho tủ động lực ở bể thu gom và bể cân bằng. - Thiết kế và thực hiện vẽ mạch điều khiển và mạch động lực ,mạch trung gian cho bể thu gom và bể cân bằng bằng CADe simu. - Thực hiện vẽ tủ thu gom và cân bằng bằng AutoCAD - Viết chương trình cho khu vực bể thu gom và bể cân bằng. - Tính toán nối đất,chống sét cho nhà máy. 4 16 & 18 17 & 19 70 78 & 79 78 & 79 121-123 97 NHIỆM VỤ CHUNG - Nghiên cứu và xây dựng quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải. - Viết bài báo cáo tổng hợp. MỤC LỤC MỞ ĐẦU I BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC CỦA PBL3 II DANH MỤC BẢNG IX DANH MỤC HÌNH VẼ XI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XIV CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG 1 1.1. Giới thiệu về nhà máy 1 1.1.1. Vị trí địa lý 1 1.1.2. Thông số cơ bản của nhà máy 1 1.2. Quy trình công nghệ 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 3 CHƯƠNG II. SƠ LƯỢC VỀ CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 4 2.1. Cơ cấu chấp hành 4 2.1.1. Hệ thống máy sục khí 4 2.1.2. Máy khuấy 7 2.1.3. Máy bơm chìm 7 2.1.4.Van điện từ (Solenoid valve) 8 2.1.5. Máy bơm bùn 10 2.2. Cảm biến 12 2.2.1. Cảm biến đo độ pH 12 2.2.2.Cảm biến đo mực nước 13 2.2.3. Cảm biến đo mức bùn 15 CHƯƠNG III. CẤU TẠO , NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG 16 3.1. Bể thu gom 16 3.2. Bể Cân Bằng 17 3.3. Bồn định lượng 21 3.4. Bể trung hòa 22 3.5. Bể lắng 1 ( Bể lắng ngang ) 26 3.6. Bể Aerotank 31 3.7. Bể lắng 2 34 3.8. Bể khử trùng và Bể Lưu Lượng 36 3.9. Bể chứa bùn 39 CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ MẶT BẰNG TỔNG THỂ CHO NHÀ MÁY 43 4.1. Kích thước tính toán của các bể 43 4.2. Thiết kế mặt bằng 44 CHƯƠNG V. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY 46 PHẦN 1. THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY 48 5.1.1. Thiết kế trạm biến áp tổng 48 5.1.2. Tính chọn máy cắt đầu nguồn 52 5.1.3. Tính chọn cáp cao áp và xác định tổn thất công suất trên đường dây 52 5.1.4. Chọn cầu dao cao áp ( Dao cách ly – DCL ) 54 5.1.5. Chọn cầu chì cao áp 55 5.1.6. Chọn chống sét van 56 5.1.7. Tính toán ngắn mạch cao áp 56 5.1.8. Kiểm tra các thiết bị điện cao áp 58 PHẦN 2. THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 59 5.2.1. Tính chọn Aptomat tổng 60 5.2.2. Tính chọn cáp tổng hạ áp 61 5.2.3. Tính chọn thanh cái ( Thanh góp ) 62 5.2.4. Chọn các Aptomat nhánh 62 5.2.5. Tính chọn dây dẫn của các nhánh 63 5.2.6. Tính toán ngắn mạch phía hạ áp 64 5.2.7. Kiểm tra các thiết bị điện hạ áp 67 5.2.8. Thiết kế tủ chuyển đổi nguồn tự động ATS 68 PHẦN 3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ TỦ ĐỘNG LỰC 70 5.3.1.Dòng điện tính toán của các tủ động lực 70 5.3.2. Tính chọn aptomat 71 5.3.3. Tính chọn Contactor và Rơle nhiệt đi kèm 71 5.3.4. Tính chọn dây dẫn 73 5.3.5. Tính toán ngắn mạch 75 5.3.6. Kiểm tra thiết bị 76 5.3.7. Thiết kế tủ động lực 78 5.3.8. Tính toán tổn thất điện áp cho hệ thống 85 5.3.9. Mô phỏng và đánh giá hệ thống bằng ETAP 87 CHƯƠNG VI. TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO NHÀ MÁY 91 6.1.Đặt vấn đề 91 6.2. Xác định dung lượng bù cần thiết cho toàn nhà máy 92 6.3. Phân bố dung lượng bù cho các nhánh 93 6.4.Chọn thiết bị bù 95 CHƯƠNG VII. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 97 7.1.Tính điện trở nối đất cần thiết. 97 7.2.Xác định điện trở nối đất nhân tạo 98 7.3.Thiết kế nối đất nhân tạo 98 CHƯƠNG VIII. THIẾT KẾ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 101 8.1. Giới thiệu về bộ điều khiển 101 8.1.1. Tổng quan về PLC 101 8.1.2. Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển 101 8.1.3. Ngôn ngữ lập trình 103 8.1.4. Thiết kế tủ điều khiển PLC 104 8.2.Lưu đồ thuật toán 105 8.1.1. Vùng 1 – Bể thu gom 105 8.1.2.Vùng 2 – Bể cân bằng 106 8.1.3.Vùng 3 – Bể trung hòa 107 8.1.4.Vùng 4 – Bể Lắng 1 108 8.1.5.Vùng 5 – Bể Aerotank 109 8.1.6.Vùng 6 – Bể lắng 2 110 8.1.7. Vùng 7 - Bể khử trùng 111 8.2.Chương trình điều khiển 112 8.2.1. Bảng phân kênh các thiết bị vào ra 112 8.2.2. Chương trình điều khiển 119 KẾT LUẬN 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO 144
GIỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu về nhà máy
Nhà máy xử lý nước thải công nghiệp là cơ sở có 100% vốn đầu tư từ doanh nghiệp tư nhân, chuyên xử lý nước thải phát sinh từ các hoạt động trong khu công nghiệp quy mô nhỏ Diện tích toàn bộ khuôn viên của nhà máy xử lý nước thải rộng gần
500 m 2 , nằm trên vùng đất tương đối bằng phẳng Đây là một nhà máy nhỏ với tổng công suất hơn 100 kW , làm việc 3 ca/ ngày.
Sự ra đời và hoạt động của các khu công nghiệp tạo ra một lượng nước thải lớn, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến chất lượng nước của các hệ thống canh, mương, cống rãnh, ao, hồ xung quanh Vì vậy, việc xây dựng nhà máy xử lý nước thải là cần thiết, và trong thiết kế cung cấp điện, nhà máy này được phân loại là hộ tiêu thụ loại II.
1.1.2 Thông số cơ bản của nhà máy
Lượng nước thải cần xử lý : 2000 m 3 /ngày
Lưu lượng trung bình mỗi giờ : 83,34 m 3 /h
Lưu lượng lớn nhất trong 1 giờ : 116,7 m 3 /h
Diện tích của nhà máy : 500m 2
Khoảng cách giữa lối đi lại là 1,5m
Năng lượng điện cung cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian cách nhà máy 3 km
Phụ tải điện của nhà máy được phân bố tập trung, chủ yếu bao gồm các động cơ điện với cấp điện áp 0,4 kV, cùng với hệ thống chiếu sáng sử dụng điện 220 V.
Thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy : Tmax = 5000h
Số ca làm việc : 3 ca/ ngày
Quy trình công nghệ
Hình 1.1.Quy trình công nghệ
Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng và nắm rõ quy trình công nghệ xử lý nước thải của nhà máy.
Tính chọn thiết bị , thiết kế mạch điện trung gian ,mạch điều khiển và mạch động lực.
Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng mạch điện và thiết kể các tủ điện công nghiệp.
Tính toán ngắn mạch,độ sụt áp,hiệu suất thiết bị ,đánh giá hệ thống thông qua phần mềm ETAP.
Xây dựng được lưu đồ thuật toán ,và thiết kế chương trình điều khiển cho hệ thống thông qua PLC.
SƠ LƯỢC VỀ CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
Cơ cấu chấp hành
2.1.1 Hệ thống máy sục khí a) Giới thiệu chung
Trong hệ thống xử lý nước thải, khí được cung cấp cho bể cân bằng và bể Aerotank Bể cân bằng tập trung nước thải từ nhiều nguồn, giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và ổn định, tránh quá tải Nước thải trong bể này được sục khí liên tục để ngăn ngừa hiện tượng yếm khí Bể Aerotank, sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng, là công trình quyết định hiệu quả xử lý nước thải, nơi vi khuẩn hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn Trong môi trường hiếu khí, vi sinh vật tiêu thụ chất hữu cơ, giảm ô nhiễm nước thải Để đảm bảo quá trình Nitrate hóa, cần tính toán chính xác lượng khí cấp vào bể, với nồng độ Oxy hòa tan luôn lớn hơn 2 mg/l.
Thiết bị cung cấp khí cho hệ thống bao gồm máy thổi khí Longtech từ Đài Loan và đĩa phân phối khí Longtech hoặc Jager từ Đức Để tính toán lượng khí cần cung cấp (m³/phút), cần dựa vào công suất xử lý (m³/ngày) và thể tích bể cần sục khí được xác định bằng công thức Dài x Rộng x Cao.
Hình 2.1 Cấu tạo máy thổi khí của Longtech – Đài Loan.
Cấu tạo gồm : 1 – Khớp nối mềm và Bulong
2 - Ống giảm thanh đầu đẩy
3 – Đồng hồ đo áp lực
4 – Van giảm áp ( van cứu trợ )
6 - Ống giảm thanh đầu hút
8 – Động cơ điên TECO b) Tính toán lựa chọn máy thổi khí Longtech – Đài Loan
Lượng không khí cần cấp cho quá trình xử lý nước thải : Qk = Qtt.D ( m 3 khí/h). Với Qtt : Lưu lượng mước thải tính toán (m 3 / h).
D : Lượng không khí cần thiết để xử lý 1m 3 nước thải (m 3 khí/m 3 nước thải). Áp lực của máy sục khí : P = 98066,5.( 1 + ) (Pa)
Với Hs : Độ ngập thiết bị phân tán trong nước (m).
Công suất của máy sục khí : Pkhí = (kW)
Với Qk : Tổng lưu lượng khí cấp cho bể xử lý (m 3 khí / h) n : Hệ số sử dụng hữu ích của máy sục khí ( Lấy khoảng 0,5 – 0,7 )
Dựa trên các tính toán kỹ thuật, chúng tôi đã chọn máy sục khí Longtech với các thông số phù hợp về lưu lượng khí, áp lực, công suất điện và kích thước chi tiết, dựa trên Catalouge của nhà sản xuất Đồng thời, chúng tôi cũng thực hiện tính toán số lượng đĩa/ống phân phối khí cần thiết cho hệ thống.
Số lượng đĩa cần dùng = Lưu lượng máy thổi khí / lưu lượng đĩa thổi khí.
Hình 2.2 Đĩa phân phối khí bọt mịn lưu lượng : 0,02 – 0,2 m 3 / phút.
Hình 2.3 Đĩa phân phối khí bọt lớn lưu lượng : 0,08 – 0,1 m 3 / phút.
Việc lựa chọn thiết bị phân tán khí phụ thuộc vào từng quy mô công trình Cường độ khí phân tán phải đảm bảo :
Lớn hơn giá trị tối thiểu để có thể tách cặn bẩn chui ra khỏi các lỗ.
Để duy trì thời gian tiếp xúc giữa khí và nước, giá trị tối đa cho vận tốc nổi cần được giảm xuống Đối với các đĩa phân phối khí bọt mịn, kích thước bọt khí dao động từ 1 đến 6mm, trong khi đó, đối với các đĩa đục lỗ và đĩa khí thô, kích thước bọt khí nằm trong khoảng từ 2 đến 10mm.
2.1.2 Máy khuấy a) Giới thiệu chung
Lựa chọn máy khuấy chìm GM17A1T ( GM17A471T1 – 4V2KA0 ) có công suất 1,1 kW.
Máy khuấy chìm Faggiolati là thiết bị quan trọng trong các hệ thống xử lý nước thải, được trang bị động cơ với cánh quạt giúp khuấy trộn chất lỏng hiệu quả Thiết bị này không chỉ hòa tan các hạt lắng mà còn ngăn chặn hiện tượng phân tầng, thường được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy và hồ nuôi trồng thủy sản.
Máy bơm chìm nước là dòng máy bơm có cấu tạo khá đặc biệt, đặt chìm dưới nước để có thể đẩy nước ngầm từ bên dưới lên.
Máy bơm chìm nước có 2 loại, mỗi loại có cấu tạo khác nhau :
Máy bơm chìm nước dạng ly tâm
Máy bơm nước này hoạt động dựa vào lực ly tâm do cánh quạt (bánh công tác) tạo ra, giúp đẩy nước ra khỏi ống bơm và nâng nước lên trên.
Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo máy bơm chìm nước dạng li tâm
Máy bơm chìm nước dạng tích cực
Máy bơm chìm nước hoạt động hiệu quả nhờ nguyên lý tạo môi trường chân không bên trong ống bơm Quá trình này cho phép nước được đẩy ra khỏi thân bơm, giúp vận chuyển nước từ dưới lòng đất lên bề mặt.
Công suất: Từ 0,4-30 kW. Điện áp: 3 pha- 380 V.
2.1.4.Van điện từ (Solenoid valve) a) Giới thiệu chung
Van điện từ là thiết bị cơ-điện phổ biến, có nhiệm vụ chính là cung cấp và kiểm soát dòng lưu chất Thiết bị này đáp ứng nhanh chóng và chính xác nhu cầu hoạt động của hệ thống và người sử dụng, đồng thời đảm bảo công suất hoạt động liên tục.
Van này thường được sử dụng để tối ưu hóa việc điều khiển và kiểm soát các chất như hơi, nước lạnh, hóa chất, gas và nước nóng trong các đường ống Chúng phục vụ cho hệ thống của xưởng, nhà máy sản xuất, cũng như trong trang trại và hộ gia đình.
8 b) Cấu tạo của van điện từ
Van điện từ hiện nay có nhiều loại khác nhau, với cấu tạo thay đổi tùy theo đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên, nhìn chung, van solenoid thường bao gồm hai bộ phận chính là thân van và đầu điện, được kết nối chắc chắn thông qua một trục.
Van điện từ có 2 dạng : thường đóng hoặc thường mở.
Hình 2.7 Cấu tạo của van điện tử
Về chi tiết, cấu tạo của một van điện từ hoàn chỉnh sẽ bao gồm các bộ phận sau:
3 Ống rỗng dẫn lưu chất đi qua
5 Coil điện hay được gọi là đầu điện
9 Khe hở để lưu chất đi qua
9 c) Nguyên lý hoạt động của van điện từ
Tất cả các van solenoid hoạt động dựa trên một nguyên lý chung, tuy nhiên, các van với cấu tạo khác nhau sẽ có những điểm khác biệt trong quá trình hoạt động.
Van điện từ thường đóng hoạt động ở trạng thái bình thường là đóng, ngăn cản dòng lưu chất chảy qua Khi có điện, lõi dây đồng trong cuộn dây sinh ra từ trường, tác động lên piston để mở van, cho phép lưu chất chảy qua Khi ngắt điện, cuộn dây không còn từ trường, lực từ mất đi và lò xo sẽ đẩy pittong đóng van, đưa van trở về trạng thái ban đầu.
Van điện từ thường mở cho phép dòng lưu chất đi qua trong trạng thái bình thường Khi có điện, từ trường tác động đến pittong, làm cửa van đóng lại và ngăn chặn dòng chất Khi mất điện, từ trường biến mất và van trở lại trạng thái ban đầu, cho phép lưu chất tiếp tục chảy.
Nhiều hệ thống hiện đại hiện nay đã tích hợp thành công van solenoid với thiết bị hẹn giờ và cảm biến, cho phép van hoạt động tự động theo cài đặt trước, đảm bảo thời gian và công suất ổn định.
Trong dự án nghiên cứu lần này van điện từ được sử dụng là loại 24VDC
NO-NC của hãng UNID (Đài Loan).
Trên thị trường hiện nay, máy bơm hút bùn đặc có 2 loại chính Đó là:
Máy bơm bùn đặc trục ngang được thiết kế với bộ phận dẫn động và vòng bi lắp khô, giúp tránh tiếp xúc với bùn và đảm bảo 'đầu ướt' kín Thiết kế này cho phép máy bơm đứng tự do, không bị dính vào dung dịch xung quanh, mang lại hiệu suất hoạt động tối ưu.
Cảm biến
2.2.1 Cảm biến đo độ pH a) Giới thiệu chung
Nước thải từ nhiều nguồn khác nhau thường chứa các thành phần hóa học có tính axit hoặc bazo, do đó việc lắp đặt cảm biến đo độ pH trong các hệ thống xử lý là rất cần thiết Tại bể trung hòa nước thải, việc giám sát và kiểm soát độ pH thông qua các công nghệ xử lý giúp đưa độ pH về khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho các công nghệ tiếp theo.
Hình 2.9 Cấu tạo của cảm biến đo độ pH
Một điện cực pH được cấu tạo bởi 2 loại thuỷ tinh
Thân điện cực được chế tạo từ thuỷ tin không dẫn điện, với đầu điện cực có hình dạng bầu Cấu trúc này cho phép ion lithium trao đổi với ion hydro trong chất lỏng, hình thành lớp thuỷ hợp Một điện thế nhỏ (khoảng mV) được sinh ra giữa tiết diện bầu thuỷ tinh pH và dung dịch bên ngoài, có độ lớn phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch Sự khác biệt điện thế giữa lớp bên ngoài và lớp thuỷ hợp bên trong điện cực có thể được đo bằng điện cực bạc/bạc chloride.
Nguyên lý hoạt động của điện cực pH dựa trên nồng độ ion H+ Khi có sự chênh lệch giữa điện cực đo và dung dịch, ion H+ sẽ di chuyển vào bên trong điện cực để cân bằng pH Sự di chuyển này tạo ra chênh lệch điện áp giữa điện cực mẫu và dung dịch đo.
12 điện cực đo pH sẽ được cảm biến xác định và chuyển đổi thành giá trị pH Trong quá trình bảo trì, có thể rửa bầu thủy tinh và hiệu chuẩn lại thiết bị đo bằng cách sử dụng dung dịch mẫu có pH lần lượt là 4, 7 và 10.
2.2.2.Cảm biến đo mực nước a) Giới thiệu chung
Cảm biến báo mức nước bằng điện dung, hay còn gọi là cảm biến điện dung đo mức, là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý điện dung phát tần số để phát hiện sự tiếp xúc với chất lỏng, nước và các chất rắn khác Với nguyên lý đo lường điện dung, chúng ta có thể chế tạo nhiều loại cảm biến đo mức khác nhau, phù hợp cho các môi trường đặc biệt.
Cảm biến đo mức nước bằng điện dung CLS-23N từ hãng Dinel, Cộng Hòa Séc, hoạt động dựa trên cơ chế phát tần số ổn định trong suốt quá trình làm việc Khi chất lỏng hoặc chất rắn tiếp xúc với đầu dò cảm biến ở mức đủ, tần số phát ra sẽ bị thay đổi Tùy thuộc vào phương thức đo lường, cảm biến có thể cung cấp tín hiệu tương ứng cho các chế độ đo liên tục hoặc báo đầy/báo cạn.
Dòng điện dung liên tục cho phép cảm biến phát tín hiệu tương ứng với mức độ vật chất trong thùng chứa, vì nó tiếp xúc liên tục với vật liệu Ngược lại, các cảm biến báo đầy và báo cạn chỉ hoạt động tại một vị trí nhất định và chỉ gửi tín hiệu khi vật liệu chạm vào đầu dò của chúng.
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của cảm biến mực nước
Hình 2.11 Các kích thước của cảm biến mực nước CLS-23N
2.2.3 Cảm biến đo mức bùn
Hình 2.12.Cảm biến đo mức bùn RFLS-28
Cảm biến báo mức ON-OFF Model RFLS-28 là thiết bị chuyên dụng để phát hiện mức chất lỏng dạng kết dính, như bùn thải trong khu vực xử lý nước thải (hố chứa bùn) Đây là ứng dụng phổ biến nhất của sản phẩm này.
Model RFLS-28 với nhiều biến thể mở rộng ứng dụng trong việc báo mức chất lỏng, đặc biệt là cho dầu thải mà các thiết bị khác dễ bị bám bẩn và báo ảo Đối với các chất lỏng có tính ăn mòn hóa học cao như hóa chất gốc axít mạnh, Sút (NaOH) hoặc axít đặc, việc lựa chọn cảm biến báo mức phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả Phiên bản RFLS-35N-11V được thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu khắt khe này.
Hình 2.13.Vị trí lắp đặt cảm biển đo mức bùn
CẤU TẠO , NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG
Bể thu gom
Bể thu gom nước thải được trang bị lưới chắn rác thô và rác tinh, giúp giữ lại các tạp chất nhỏ trước khi vào bơm, từ đó nâng cao khả năng bảo vệ bơm Rác tinh sau khi được lọc sẽ được thu gom theo chu kỳ, nhằm cải thiện hiệu quả lọc rác tinh.
Các loại cặn thô như cát sỏi, mảnh vỡ thủy tinh và nilon sẽ được giữ lại bởi lưới lọc rác thô và được thu gom theo chu kỳ Sau khi xử lý, nước thải sẽ được bơm qua đường dẫn vào bể cân bằng.
Hình 3.1 Cấu tạo bể thu gom a) Cấu tạo
Tấm lọc rác thô: có tác dụng giữ lại các rác thải có kích thước lớn.
Tấm lọc rác tinh: dùng để lọc vỏ trầu, huyền phù và rác loại nhỏ làm chất lượng nước tốt hơn để đưa vào bơm lên bể điều hòa.
Phao cảm biến mực nước (V1.PH) : đo mức nước cao trong bể gom nước thải.
Máy bơm chìm (V1.B1 , V1.B2 ) : bơm nước từ bể thu gom sang bể tiếp theo trong quy trình. b) Nguyên lí hoạt động
Nước thải từ những nơi khác được dẫn vào bể thu gom thông qua đường ống được đặt trong lòng đất.
Khi nước được đưa vào thì sẽ đi qua tấm lọc rác thô để giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như bao bì,chai nhựa,…
Sau khi nước được xử lý qua tấm lọc rác thô, nó sẽ tiếp tục đi qua tấm lọc rác tinh để loại bỏ các tạp chất nhỏ hơn như vỏ trấu, huyền phù và mảnh thủy tinh.
Lưu lượng nước được dẫn vào bể cho đến khi đạt mức cảm biến cao V1.PH, lúc này mạch điện trong cảm biến sẽ đóng lại, gửi tín hiệu đến bộ điều khiển để khởi động hai bơm nước chìm V1.B1 và V1.B2 hoạt động luân phiên mỗi 45 phút một lần Các thông số của bể cần được theo dõi để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Lưu lượng nước thải : Qthu = 83,34 m 3 /h
Thời gian lưu nước : Tthu = 45p = 3/4 h
Thể tích của bể : Vthu = Qthu.Tthu = 83,34.3/4 = 19,98 m 3
Chiều cao hữu ích : hich = 2,5 m
Chiều cao an toàn : hat = 0,5 m
Tổng chiều cao của bể : h = hat + hich = 3m
Diện tích mặt ngang của bể : S = Dài x Rộng = = 6,66 m 2
Công suất của máy bơm nước :
Pbơm = = = 2,56 kW p = 1000 kg/m 3 : khối lượng riêng của nước g= 9,81 m/s 2 :gia tốc trọng trường
� = 85% : hiệu suất của máy bơm
Chọn 2 bơm chìm cho bể thu gom với công suất mỗi máy là Pthu = 2,9 kW
Bể Cân Bằng
Tại bể cân bằng, một hệ thống ống sục khí được lắp đặt ở đáy để khuấy trộn nước thải, giúp đồng nhất các thành phần như BOD, COD, pH và nhiệt độ.
Bể cân bằng là rất cần thiết để điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải, do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và tùy thuộc vào từng công đoạn.
17 lượng nước thải, làm giảm kích thước và tạo chế độ làm việc liên tục ổn định cho công trình, tránh sự cố quá tải
Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sự dao động hàm lượng chất bẩn trong nước thải, đồng thời ngăn chặn lượng nước thải có nồng độ chất độc hại cao đi vào các công trình xử lý sinh học.
Hình 3.2 Tổng thể bể cân bằng a) Cấu tạo của bể cân bằng
Hình 3.3 Cấu tạo của bể cân bằng
Có 3 phao để đo mức nước gồm mức nước thấp (V2.PL) , mức nước trung bình (V2.PM) và mức nước cao (V2.PH) trong bể cân bằng.
Hai máy bơm nước (V2.B1 , V2.B2): dùng để bơm nước từ bể cân bằng lên bồn định lượng.
Hai máy sục khí V2.MSK1 và V2.MSK2 có chức năng trộn lẫn nước với các tạp chất như BOD, COD, pH, N, PP và nhiệt độ, giúp quá trình xử lý nước trở nên hiệu quả hơn Nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên việc tạo ra sự khuấy động trong nước, từ đó làm tăng khả năng hòa tan oxy và cải thiện chất lượng nước.
Báo phao được sử dụng để đo mức nước ở các trạng thái thấp, trung bình và cao khi nước chảy từ bể thu gom vào bể cân bằng Thiết bị này có nhiệm vụ gửi tín hiệu điều khiển đến máy sục khí V2.MSK và hai máy bơm V2.B1, V2.B2.
Hai cảm biến sẽ hiển thị 3 mức nước:
Khi mức nước chạm phao V2.PL thì đây là mức nước thấp.
Khi mức nước chạm phao V2.PM thì đây gọi là mức nước trung bình.
Khi mức nước chạm phao V2.PH thì đây gọi là mức nước cao.
Mức thấp Mức trung bình
Bảng 3.1 Thời điểm hoạt động của thiết bị trong bể cân bằng
Lưu lượng nước thải : QCB = 83,34 m 3 /h
Thời gian lưu nước : TCB = 6h
Thể tích bể cân bằng : VCB = QCB.TCB = 500 m 3
Chiều cao hữu ích : hich = 4,5m
Chiều cao an toàn : hat = 0,5m
Tổng chiều cao của bể : h = 5m
Diện tích mặt ngang của bể : SCB = Dài x Rộng = = 100 m 2
Lượng khí cần cho bể cân bằng : QKK = VCB.I = 500.0,6 = 300 m 3 /h
Với I = 0,2 ~ 0,6 ( m 3 khí / m 3 bể.h) Áp lực của máy thổi khí: p = 98066.5*( )
( với Hs=4m: Độ ngập của thiết bị khí)
Công suất cần của máy thổi khí: PMSK
= 38kW với = 0.7 : Hệ số sử dụng hữu ích của máy thổi khí.
Lắp đặt 2 máy thổi khí với công suất mỗi máy là PMSK= 20 kW
Công suất của máy bơm nước :
Trong đó : p = 1000 kg/m 3 : khối lượng riêng của nước g= 9,81 m/s 2 :gia tốc trọng trường
� = 85% : hiệu suất của máy bơm
Chọn 2 bơm chìm cho bể thu gom với công suất mỗi máy là P = 2,9 kW
Bồn định lượng
Bồn định lượng là nơi điều tiết nữa chảy vào bể trung hòa, làm cho nước chảy vào bể trung hòa không vượt quá mức cho phép.
Hình 3.4 Tổng thể bồn định lượng a) Cấu tạo của bồn định lượng
Bồn định lượng với hai ngăn giúp kiểm soát lưu lượng nước, ngăn chặn tình trạng nước chảy qua bồn trung hòa quá nhiều Nước thừa được bơm lên sẽ tự động tràn trở lại bể cân bằng, đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Nước thải từ bể cân bằng được bơm lên bồn định lượng qua hai bơm V2.B1 và V2.B2, sau đó chảy xuống bể trung hòa qua van điện tử V1 Khi ngăn thứ nhất của bồn định lượng đầy, nước dư sẽ tràn sang ngăn thứ hai, và từ đó nước sẽ tự nhiên chảy trở lại bể cân bằng.
Lưu lượng nước thải : QĐL = 83,34 m 3 /h
Thời gian lưu nước : TĐL = 5p
Thể tích bồn định lượng : VĐL = QĐL.TĐL = 6,945 m 3
Chiều cao hữu ích : hich = 1,5m
Chiều cao an toàn : hat = 0,5m
Tổng chiều cao của bồn : h = 2m
Diện tích mặt ngang của bồn : SĐL = Dài x Rộng = = 3,5 m 2
Bể trung hòa
Bể trung hòa là thiết bị quan trọng trong việc xử lý nước thải, giúp cân bằng tính axit-bazơ và duy trì độ pH trong mức cho phép Mục đích chính của bể này là ngăn chặn hiện tượng ăn mòn và bảo vệ vật liệu của hệ thống ống dẫn cũng như công trình thoát nước Đồng thời, bể trung hòa cũng đảm bảo rằng nước thải công nghiệp có tính axit được xử lý trước khi thải ra các nguồn nước tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ.
Hình 3.5 Tổng thể bể trung hòa a) Cấu tạo của bể trung hòa
Hình 3.6 Cấu tạo của bể trung hòa
Máy khấy chìm V3.MK1 được sử dụng trong bể trung hòa để khuấy đều axit và bazơ vào nước thải, giúp quá trình trung hòa pH diễn ra hiệu quả.
Phao để đo mức nước cao (V3.PH) và mức nước thấp trong bể (V3.PL).
Cảm biến đo nồng độ pH (DPH): có nhiệm vụ kiểm tra độ pH trong bể.
Van điện từ V1 :van thường mở, có nhiệm vụ đưa nước thải trong bồn định lượng xuống bể trung hòa.
Van điện tử V2 : van thường đóng,có nhiệm vụ đưa nước đã được trung hòa vào bể lắng 1.
Khi xây dựng bể trung hòa, cần kèm theo hai bồn chứa axit và bazo để dự trữ và cung cấp cho quá trình trung hòa pH.
Hình 3.7 Bồn chưa Axit và Bazo
Bồn chứa axit: gồm có 2 máy bơm axit (V3.AX1, V3.AX2), 1 máy khuấy
(V3.MK2), 1 phao đo mức axit có trong bồn (V3.PAX).
Bồn chứa bazơ: Gồm có 2 máy bơm bazơ (V3.BZ1, V3.BZ2), 1 máy khuấy
(V3.MK3), 1 phao đo mức bazơ có trong bồn (V3.PBZ). b) Nguyên lý hoạt động:
Phao V3.PH và V3.PL điều khiển máy khuấy V3.MK1 và van tự động V1, V2 Khi mực nước trong bể cân bằng giảm xuống dưới mức của phao V3.PL, mạch điện trong phao V3.PL hở ra, dẫn đến việc không có tín hiệu nào được gửi đi Kết quả là van V1 vẫn mở để nước chảy vào bể trung hòa, trong khi van V2 vẫn đóng.
Khi mực nước đạt hoặc vượt phao V3.PL, cảm biến sẽ gửi tín hiệu kích hoạt máy khuấy MK1 Khi mức nước chạm phao V3.PH, tín hiệu sẽ được gửi đến van V1 để ngừng hoạt động, qua đó quá trình trung hòa pH diễn ra trong vòng 5 phút Đồng thời, thang đo 14 sẽ được sử dụng để điều khiển V3.MK2, V3.MK3 và các bơm trong bồn axit và bazơ.
Khi pH trong nước dưới 6.5, bơm bazơ sẽ hoạt động để bơm bazơ từ bồn vào bể Song song với đó, máy khuấy trong bể cũng được kích hoạt, và quá trình bơm bazơ sẽ tiếp tục cho đến khi pH trong nước đạt mức cho phép.
Khi pH trong nước vượt quá 7.5, bơm axit sẽ hoạt động để điều chỉnh độ pH Axit được bơm từ bồn chứa vào bể, đồng thời máy khuấy trong bể cũng hoạt động Quá trình này tiếp diễn cho đến khi pH trong nước đạt mức cho phép.
Khi độ pH nhỏ hơn 3.5, cần khởi động bơm V3.BZ1, V3.BZ2 và máy khuấy V3.MK3 Nếu độ pH nằm trong khoảng từ 3.5 đến 6.5, chỉ cần khởi động bơm V3.BZ1 và máy khuấy.
Để điều chỉnh quy trình, nếu độ pH nằm trong khoảng 6.5 đến 7.5, cần khởi động van điện từ V2 Khi độ pH từ 7.5 đến 10.5, hãy khởi động bơm V3.AX1 và máy khuấy V3.MK2 Cuối cùng, nếu độ pH nằm trong khoảng 10.5 đến 14, cần khởi động bơm V3.AX1, V3.AX2 và máy khuấy V3.MK2.
Sau khi xử lý xong nước, sau 5 phút, nước sẽ được xả qua bể lắng thông qua van V2 Khi mực nước trong bể lắng thấp hơn phao V3.PL, van V2 sẽ tự động đóng lại và van V1 sẽ được mở để tiếp tục chu trình Thông số của bể trung hòa cũng cần được lưu ý.
Lưu lượng nước thải : QTH = 83,34 m 3 /h
Thời gian lưu nước : TTH = 10p
Thể tích bể trung hòa : VTH = QTH.TTH = 13,89 m 3
Chiều cao hữu ích : hich = 2m
Chiều cao an toàn : hat = 0,5m
Tổng chiều cao của bể : h = 2,5m
Diện tích mặt ngang của bể : STH = Dài x Rộng = = 5,56 m 2
Công suất máy khuấy trong bể trung hòa PMK1 = 1,1 kW
(*)Bồn chứa dung dịch Axit :
Lưu lượng thiết kế : Qaxit = 83,34 m 3 /h pHvào max = 9
Khối lượng phân tử H2SO4 = 98 g/mol
Nồng độ dung dịch H2SO4 = 98%
Trọng lượng riêng của dung dịch = 1,84
Thể tích cần thiết của bể chứa = 0,023.24.14 = 8,28 L
Chọn 2 bơm châm axit H2SO4 ( 1 bơm hoạt động,1 bơm dự phòng) Đặc tính bơm : Qaxit = 0,5 L/h ; áp lực h = 1,5 bar = 15 mH2O
Công suất của máy bơm châm axit
Trong đó : p = 1830 kg/m 3 : khối lượng riêng của axit H2SO4 g= 9,81 m/s 2 :gia tốc trọng trường
� = 85% : hiệu suất của máy bơm
Chọn 2 bơm châm cho bồn axit với công suất mỗi máy là P = 2,9 kW.
Chọn công suất máy khuấy của bồn chứa Axit là PMK2 = 1,1 kW.
*Bồn chứa dung dịch Bazo :
Lưu lượng thiết kế : Qbazo = 83,34 m 3 /h pHvào min = 5 pHtrung hòa = 7
Khối lượng phân tử = 40 g/mol
Trọng lượng riêng của dung dịch = 1,53
Thể tích cần thiết của bể chứa = 0,11.24.14 = 39,6 L
Chọn 2 bơm châm ( 1 bơm hoạt động,1 bơm dự phòng) Đặc tính bơm : Qaxit = 0,5 L/h ; áp lực 1,5 bar.
Công suất của máy bơm châm bazo
Trong đó : p = 2130 kg/m 3 : khối lượng riêng của bazo NaOH g= 9,81 m/s 2 :gia tốc trọng trường
� = 85% : hiệu suất của máy bơm
Chọn 2 bơm châm cho bồn bazo với công suất mỗi máy là P = 2,9 kW.
Chọn công suất máy khuấy của bồn chứa Bazo là PMK3 = 1,1 kW
Bể lắng 1 ( Bể lắng ngang )
Bể lắng 1 được sử dụng để tách các tạp chất thô ra khỏi nước thải nhờ vào trọng lực Các tạp chất dạng thô và cặn lơ lửng sẽ lắng xuống đáy bể Để hỗ trợ quá trình keo tụ và kết tủa, chất PAC được hòa tan vào nước với một lượng nhất định, giúp tăng cường hiệu quả lắng Quá trình này tạo ra bùn tươi, được bơm vào bể chứa bùn, trong khi phần nước ở trên sẽ chảy qua bể Aerotank.
Hình 3.8 Tổng thể bể lắng 1 a) Cấu tạo của bể lắng 1 ( Bể lắng ngang )
Bể lắng ngang là bể có hình chữ nhật, có hai hay nhiều ngăn hoạt động đồng thời Nước chuyển động từ đầu này sang đầu kia của bể.
Chiều sâu của bể lắng H = 1,5m - 4m, chiều dài L = 8m – 12m, chiều rộng B = 3m – 6m Bể lắng ngang có ứng dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.000m3/ngày Hiệu quả lắng 60%
Hình 3.9 Cấu tạo của bể lắng 1
Cảm biến đo độ đục : đo lượng tạp chất trong bể để điều khiển bơm chất PAC
Máy khuấy (V4.MK2): khuấy đều khi cho chất PAC vào bể để đẩy nhanh quá trình lắng.
Cảm biến đo mức bùn có trong bể : cảm biến mức thấp (V4.MBL) và cảm biến mức cao(V4.MBH).
Máy bơm bùn (V4.BB1): bơm bùn trong bể lắng vào bể chứa bùn khi đạt mức cao. b) Nguyên lý hoạt động
Nước được trung hòa nồng độ trong bể trung hòa sẽ được xả vào bể lắng 1 thông qua van V2 thường đóng Sau 30 phút, độ đục của nước trong bể lắng 1 sẽ được tiến hành đo.
Thiết bị đo độ đục DDUC được sử dụng để xác định lượng tạp chất và hạt lơ lửng trong nước, từ đó điều chỉnh bơm chất PAC nhằm cố định và lắng bùn xuống đáy bể.
0 < độ đục < 100 thì không tác động.
100 ≤ độ đục ≤ 500 thì tiến hành khởi động bơm V4.PAC1, V4.MK1 và V4.MK2.
500 ≤ độ đục ≤ 1000 thì tiến hành khởi động bơm V4.PAC1, V4.PAC2, V4.MK1 và V4.MK2.
Cảm biến đo mức bùn có nhiệm vụ theo dõi lượng bùn trong bể lắng 1 Khi mức bùn vượt quá ngưỡng cho phép, cảm biến mức cao V4.MBH sẽ kích hoạt máy bơm bùn V4.BB1 để hút bùn sang bể chứa Ngược lại, khi mức bùn giảm xuống dưới cảm biến thấp V4.MBL, máy bơm bùn V4.BB1 sẽ tự động ngừng hoạt động.
Lưu lượng nước thải : QBL1 = 83,34 /h)
Thời gian lưu nước : TBL1 = 1,5 h
Thể tích bể : = QBL1 TBL1 = 83,34 1,5 = 125,01 m 3
Chiều cao hữu ích của bể lắng 1 : hhi = 3,5m
Chiều cao an toàn của bể lăng 1 : hat = 0,5m
Tổng chiều cao của bể lắng 1 : h = hhi + hat = 4m
Diện tích mặt bằng của bể lắng : SBL1 = B.L = = = 31,25
Chọn công suất máy khuấy chìm trong bể lắng 1 là PMK2 = 1,1 kW
Bể lắng 1 có chiều sâu làm việc được xác định, với chiều cao lớp chứa cặn và chiều cao lớp nước trung hoà đạt 0,4m Ngoài ra, chiều cao thành bể cũng được thiết kế cao hơn mực nước với kích thước 0,5m.
Bể lắng đợt 1 có chiều cao áp lực xả cặn >=1,5m
Tấm chắn cao hơn mặt nước 0,15-0,2m và sâu hơn so với mức nước Tổng chiều cao của bể Aerotank : h = hhi + hat = 4,5 m
- Diện tích bề mặt bể : Saerotank = = 112,37 m 2
-> Chọn kích thước bể : Dài * rộng = 10m*11,24m
- Tính lượng không khí cần thiết :
Trong đó: f : hệ số an toàn, f = 1,5 – 2 chọn f = 1,5.
: lượng oxy thực tế sử dụng cho bể, kg/ng.đ, chọn = 922,05 , kg/ng.đ
OU : công suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối.
Khi dùng hệ thống thổi khí, chiều sâu của đáy bể là 4,5m, thiết bị phân phối khí đặt cách mặt nước 20cm, nên h = 4,3m.
Với : công suất oxy hoà tan của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn.
(/ng.đ) = 1914,56 (/h) = 0,532(/s) Áp lực của máy thổi khí: p = 98066,5.( )
( với Hs=4,3 m: Độ ngập của thiết bị khí)
Công suất của máy sục khí :
G = Qkk.1,29 = 0,532 1,29 = 0,686 kg/s : trọng lượng dòng không khí
R = 8,314 kJ/k.mol’K : hằng số không khí
T = 298’K : nhiệt độ tuyệt đối của không khí
� = 85% : hiệu suất của máy sục khí
P1 = 1 atm : áp suất không khí đầu vào
P2 = 1,37 atm : áp suất không khí đầu ra
Chọn 2 máy thổi khí cho bể Aerotank với công suất P = 23,7 kW
Chọn máy khấy bể Aerotank với công suất PMK = 1,1 kW
Bể lắng 2
Hình 3.12 Tổng thể bể lắng 2 Diễn ra quá trình tách bùn và nước Nước thải từ đây sẽ đến bể khử trùng.
34 a) Cấu tạo của bể lắng 2
Hình 3.13 Cấu tạo của bể lắng 2
Bồn tôn dày trên 6mm được hàn điền cả hai phía và được bảo vệ bằng lớp thuốc chuyên dụng Sản phẩm này được sản xuất bằng máy hàn và máy cuốn lốc thủy lực hiện đại, tuân theo công nghệ tiên tiến của các nước G7.
Các mối hàn đều do thợ hàn có chuyên môn về hàn áp lực (TCXDVN 314:2005) thực hiện.
Trong quá trình chế tạo có sự kiểm tra giám sát chặt chẽ của KCS Và cán bộ kiểm định về an toàn của thiết bị áp lực.
Tất cả các mối hàn được kiểm tra độ kín bằng phương pháp thẩm thấu hoặc siêu âm Đường kính của các thành phần như máng nước dẫn, ống trung tâm, máng thu nước, máng tháo nước, ống xả cặn và ống xả cặn nổi không được vượt quá 3 lần chiều sâu công tác.
Bùn và các chất thải lơ lửng từ bể Aerotank sẽ được chuyển trực tiếp vào bể lắng 2 thông qua máng, theo phương thẳng đứng từ dưới lên.
Sau khi nước thải ra khỏi ống trung tâm, nó va vào thành bể và di chuyển lên trên, trong khi các hạt cặn lắng xuống đáy bể vào hố thu cặn Nước thải được đưa vào bể qua ống phân phối ở tâm bể với vận tốc chậm hơn 30mm/s để tránh làm xáo trộn lớp bùn đã lắng bên dưới.
Nước sau khi lắng được tràn qua máng thu đặt xung quanh thành theo ống dẫn qua công trình tiếp theo.
Nước trong bể lắng 2 được xử lý trong 45 phút, sau đó lớp bùn lắng sẽ được bơm vào bể chứa bùn bằng máy bơm bùn V6.BB2 Sau 15 phút hoạt động, máy bơm bùn V6.BB2 sẽ ngừng hoạt động.
Nước trong bể lắng 2 sẽ chảy sang bể tiếp theo. c) Thông số của bể lắng 2
- Lưu lượng nước thải : QBL2 = 83,34 m 3
- Thể tích bể lắng 2 : VBL2 = QBL2.T = 83,34 1,2 = 100 m 3
- Chiều cao hữu ích của bể lắng 2 : hhi = 3,5m
- Chiều cao an toàn của bể lắng 2 : hat = 0,5m
=> Tổng chiều cao của bể lắng 2 : h = hhi + hat = 4m
- Diện tích mặt của bể : SBL2 = = = 25m 2
- Trong bể lắng 2 ta có :
+ Chiều cao lớp nước trong 1,7 m
+ Chiều cao ống phân phối nước 1,5 m
+ Chiều cao chóp đáy bể, độ dốc 20%
H=0,2* (9 /2) = 0,9 m + Chiều cao chứa bùn hình trụ : hbùn = 3,5 – 1,7 – 0,9 = 0,9 m
=> Thể tích chứa bùn : VbùnBL2 = 25 0,9 = 22,5 m 3
Công suất máy bơm bùn PBB2 = = = 0,51 kW
Vậy chọn máy bơm bùn cánh xoay Piranha PS-75-A/AJ có công suất P = 0,55 kW
Bể khử trùng và Bể Lưu Lượng
Bể khử trùng đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, nhằm tiêu diệt mầm bệnh trước khi xả ra môi trường Giai đoạn này tập trung vào việc lắng cặn, lọc và cân bằng pH của nước thải sau xử lý để đảm bảo an toàn cho môi trường tiếp nhận.
Hình 3.14 Cấu tạo của bể khử trùng
Nước từ bể lắng 2 được chuyển sang bể khử trùng thông qua van điện từ V3, thường ở trạng thái mở Khi mực nước trong bể đạt đến cảm biến mức cao V7.PH, cảm biến này sẽ kích hoạt để khóa van V3, trong khi van đầu ra V4 vẫn đang ở trạng thái khóa, tức là thường đóng.
Khi mức nược chạm vào V7.PH thì đồng thời các bơm và máy khuấy V7.MK1 của bồn Clo và máy khuấy V7.MK2 ở bể khử trùng cùng hoạt động.
Clo được châm vào bể khử trùng với 1 lượng nhất định theo tính toán.
Sau quá trình khử trùng kéo dài 5 phút, van điện từ V4 sẽ được điều khiển mở, cho phép nước chảy từ bể khử trùng sang bể lưu lượng và đến nơi tiếp nhận.
Sau 15 phút van V4 và van V3 được trả về lại trạng thái ban đầu và tiếp tục chu trình. b) Thông số của bể khử trùng và bồn chứa Clo
- Thời gian lưu nước : T = 20 phút.
- Lưu lượng nước : QKT = 83,34 m 3 /ngày
- Thể tích của bể khử trùng : VKT = QKT.T = 83,34 = 27,75 m 3
- Chọn chiều cao hữu ích: = 4,5 (m).
- Chiều cao an toàn : hat = 0,5 m
=> Tổng chiều cao của bể : h = hhi + hat = 5m
- Diện tích mặt của bể khử trùng : SKT = = = 5,55 m 2
- Công suất máy khuấy chìm của bể khử trùng PMK = 1,1 kW
- Lượng Clo hoạt tính cần thiết khử trùng là:
Với: a :liều lượng Clo hoạt tính, đối với nước thải đã xử lý sinh học hoàn toàn thì a= 5 (g/m 3 ).
- Lượng clo dùng trong 1 ngày :
- Lượng Clo dùng trong 1 tuần :
- Lượng Clo dùng trong 1 tháng :
Do lượng Clo tiêu thụ trong một tháng lớn, cần thiết phải xây dựng bồn chứa có dung tích tương ứng Tuy nhiên, để tiết kiệm diện tích, chỉ nên thiết kế bồn chứa với sức chứa đủ cho một tuần sử dụng.
Với = 1,47 kg/m 3 : trọng lượng riêng của Clo
Chọn thể tích bồn chứa Clo là 50 m 3
Chọn công suất máy khuấy của bồn chứa Clo là PMK = 1,1 kW c) Thông số của bể lưu lượng
- Lưu lượng nước thải : QLL = 83,34 m 3
- Thể tích bể lắng 2 : VLL = QLL.T = 83,34 0,5 = 41,67 m 3
- Chiều cao hữu ích của bể lắng 2 : hhi = 3,5m
- Chiều cao an toàn của bể lắng 2 : hat = 0,5m
=> Tổng chiều cao của bể lắng 2 : h = hhi + hat = 4m
- Diện tích mặt của bể : SLL = = = 10,42 m 2
Bể chứa bùn
Hình 3.15 Tổng thể bể chứa bùn
Bể chứa bùn là nơi tiếp nhận bùn đặc,bùn tươi từ bể lắng 1 và bể lắng 2 bằng các bơm V4.BB1 và V6.BB2
Lượng bùn tích trữ trong bể sẽ được thu gom định kỳ mỗi 2 ngày và sau đó được sử dụng làm phân bón cho cây trồng trong nhà máy.
Thông số của bể chứa bùn :
- Thời gian lưu bùn : Tbùn = 2 ngày
- Lượng bùn xả ra trong 1 ngày : Qbùn = QxảBL1 + QxảBL2 = 5,49 + 9,51 = 15 m 3 /ngày
- Thể tích của bể chứa bùn : Vbùn = Qbùn.Tbùn = 15.2 = 30 m 3
- Chọn bể có hình chữ nhật,có độ dốc là 45% để tháo bùn
- Chiều cao hữu ích của bể : hhi = 2,5 m
- Chiều cao an toàn của bể : hat = 0,5 m
=> Tổng chiều cao của bể : h = hhi + hat = 3m
- Diện tích mặt của bể : Sbùn = = 10 m 2
STT Bể Tên thiết bị
Bảng 3.2.Bảng kết quả tính toán phụ tải của nhà máy xử lý nước thải
Hệ số công suất trung bình được tính theo công thức sau :
Hệ số nhu cầu trung bình của tất cả các thiết bị : knc.tb = = 0,865
Chọn suất phụ tải chiếu sáng cho nhà máy xử lý nước thải ɋ0 = 12 W/m 2
(Tra theo bảng Suất phụ tải chiếu áng của một số phân xưởng – Sách “ Hệ thống cung cấp điện” của Nguyễn Công Hiền)
Công suất tính toán của nhà máy:
Công suất phản kháng của nhà máy :
Công suất chiếu sáng cho nhà máy :
Phụ tải tính toán của nhà máy :
Tất cả động cơ, máy khuấy và máy sục khí trong nhà máy đều sử dụng động cơ 3 pha và được cung cấp điện áp 380V Do đó, dòng điện của nhà máy được tính toán theo công thức phù hợp.
THIẾT KẾ MẶT BẰNG TỔNG THỂ CHO NHÀ MÁY
Kích thước tính toán của các bể
Bảng 4.1.Bảng số liệu kích thước mặt bằng của nhà máy
Thiết kế mặt bằng
Hình 4.1 Vị trí của các bể trong khuôn viên 500 m 2
Hình 4.2 Mô phỏng 3D mặt bằng nhà máy
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY
THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY
Hình 5.2.Sơ đồ cấp điện mạng cao áp của nhà máy
5.1.1 Thiết kế trạm biến áp tổng
Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn trên các nguyên tắc sau :
Vị trí đặt TBA phải thỏa mãn :
+ Gần tâm phụ tải : giảm vấn đề đầu tư và tổn thất trên đường dây.
+ Thuận tiện cho vận chuyển,lắp đặt,quản lí và vận hành sau này.
+ An toàn và kinh tế.
Số lượng máy biến áp (MBA) có trong TBA được lựa chọn căn cứ vào :
+ Yêu cầu cung điện của phụ tải ( loại 1 ,loại 2 hay loại 3).
+Yêu cầu vận chuyển và lắp đặt.
+ Chế độ làm việc của phụ tải.
+ Điều kiện chọn : n.khc.SđmMBA > Stt.HT
+ Điều kiện kiểm tra : (n-1).khc.kqtsc.SđmMBA ≥ Sttsc
Trong đó : n: số máy biến áp có trong 1 trạm biến áp.
Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ 49 khc được áp dụng trong tính toán kqtsc, với giá trị là 1,4 Hệ số quá tải sự cố cho phép MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm và 6 giờ mỗi ngày.
Sttsc: công suất tính toán sự cố
Khi xảy ra sự cố, máy biến áp (MBA) có thể loại bỏ các phụ tải không quan trọng nhằm giảm tải cho hệ thống, từ đó giảm vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng thái hoạt động bình thường Để tiết kiệm chi phí ban đầu và thuận tiện trong việc thay thế, cần hạn chế số lượng chủng loại MBA, giúp dễ dàng hơn trong việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa và thay thế.
Dựa trên công suất tính toán của từng khu vực trong nhà máy và sơ đồ mặt bằng, cần lắp đặt một trạm biến áp tương ứng với mỗi máy biến áp Ngoài ra, do nhà máy xử lý nước thải thuộc phụ tải loại II, cần bổ sung một máy phát dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện Máy biến áp dự phòng sẽ có dung lượng tương đương với máy biến áp chính.
Chọn dung lượng MBA : n.khc.SđmMBA ≥ Stt = 124,2 kVA
Chọn máy biến áp tiêu chuẩn ba pha hai cuộn dây do Đông Anh (Việt Nam) chế tạo có dung lượng định mức Sđm 0 (kVA)
Kiểm tra dung lượng MBA theo điều kiện quá tải sự cố là rất quan trọng Sttsc là công suất tính toán của nhà máy sau khi loại bỏ một số phụ tải không quan trọng Giả sử phụ tải chiếu sáng chiếm 10%, ta có khc.kqtsc.SđmMBA ≥ Sttsc = 0,9Stt = 111,78 (kVA).
=> Trạm biến áp đặt máy biến áp 160kVA là hợp lý.
- Đồng thời chọn máy phát dự phòng GF-DC160 , do hãnh Cummins (Mỹ) có SF 160kVA , Uđm = 380/220 , 3 pha.
Tên TBA Số lượng Loại máy biến áp Dung lượng ( kVA)
Bảng 5.1.Máy biến áp và máy phát dự phòng được chọn b) Xác định tổn thất điện năng ΔA trong trạm biến áp
Khi lựa chọn máy biến áp, dựa trên công suất đã xác định ở phần trước, chúng ta có thể tham khảo bảng kết quả chọn máy biến áp cho các trạm biến áp do Liên Xô sản xuất.
Bảng 5.2 Thông số của máy biến áp
- Tổn thất điện năng ΔA trong các TBA được xác định theo công thức : ΔA = n.ΔP0.t + ΔPN.() 2 ȶ (kWh)
Trong đó: n : Số máy biến áp ghép song song t = 8760(h) : Thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành suốt năm. ȶ : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất
Tra PL 1.4 với nhà máy công nghiệp địa phương có Tmax = 5000(h) nên: ȶ = (0,124 + 10 -4 Tmax) 2 8760 = (0,124 + 10 -4 5000) 2 8760 = 3411 (h) ΔP0 ,ΔPN : Tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của MBA
Stt : Phụ tải tính toán của TBA.
SđmMBA : Công suất định mức của MBA.
Tên TBA Số MBA S tt
Trạm biến Áp nhà máy
Bảng 5.3.Tổn thất điện năng của trạm biến áp c) Xác định vị trí đặt các trạm biến áp :
- Trạm biến áp có thể đặt tại tường của nhà máy nên có thể tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến các công trình khác
Trạm lồng là giải pháp cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ nhà máy với chi phí đầu tư thấp và dễ dàng trong việc vận hành và bảo trì Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mức độ an toàn của trạm lồng khi xảy ra sự cố trong trạm hoặc nhà máy không được đảm bảo cao.
Các trạm biến áp chung cho nhiều phân xưởng nên được đặt gần tâm phụ tải, giúp đưa điện áp cao gần hộ tiêu thụ và rút ngắn chiều dài mạng phân phối cao áp cũng như mạng hạ áp, từ đó giảm chi phí kim loại cho dây dẫn và tổn thất điện năng Mặc dù việc sử dụng trạm độc lập có thể tăng vốn đầu tư xây dựng, nhưng vẫn là một lựa chọn hợp lý để tối ưu hóa hệ thống điện.
Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, có thể lựa chọn loại biến áp phù hợp để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị Để đảm bảo mỹ quan công nghiệp, nên sử dụng trạm xây gần tâm phụ tải và các trục giao thông trong nhà máy, đồng thời cần tính đến khả năng phát triển và mở rộng sản xuất trong tương lai.
Trạm biến áp (TBA) có thể được lắp đặt liền chung tường với phân xưởng có công suất lớn nhất mà nó cung cấp, do một trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng Khoảng cách giữa các phân xưởng được cung cấp chung bởi một trạm không xa, nên vị trí đặt các trạm không cần phải quá lớn Phương án đi dây của mạng cao áp cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
- Nhà máy thuộc hộ loại II, nên đường dây từ hệ thống lưới điện cung cấp cho các TBA của nhà máy sẽ dùng lộ kép
Do tính chất quan trọng của một số phân xưởng trong nhà máy, mạng cao áp được thiết kế theo sơ đồ hình tia, lộ đơn Sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
+ Sơ đồ nối dây rõ rang.
+ Các trạm biến áp đều được cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng đến nhau,
+ Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao,
+ Dễ thực hiện biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành.
Để bảo vệ an toàn và duy trì mỹ quan cho nhà máy, các đường dây cao áp được lắp đặt ngầm dọc theo các tuyến giao thông nội bộ.
5.1.2 Tính chọn máy cắt đầu nguồn
Mắt cắt điện là thiết bị quan trọng dùng để đóng cắt mạch điện cao áp (trên 1000V) Nó không chỉ thực hiện nhiệm vụ đóng cắt dòng điện phụ tải cho việc vận hành mà còn có chức năng bảo vệ hệ thống điện bằng cách cắt dòng ngắn mạch.
Để đảm bảo hiệu quả dập hồ quang, trong buồng dập hồ quang được thiết kế với nhiều chỗ cắt từ 1 đến 4 tùy thuộc vào cấp điện áp Cấp điện áp càng cao thì số lượng chỗ cắt càng nhiều, giúp tăng cường khả năng kiểm soát và giảm thiểu rủi ro.
- Điều kiện chọn máy cắt :
+ Điện áp định mức : UMC.đm ≥ Uđm.mm = 10 kV
+ Dòng điện định mức : IMC.đm ≥ Icb (A)
Trong đó Icb qua máy cắt chính là dòng quá tải sự cố khi cắt biến áp :
Tra bảng 5.8 “ Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện – Ngô Hồng Quang” ,chọn được máy cắt theo tính toán do ABB chế tạo :
Tên U dm (kV) I dm (A) I nmax (kA) I N (kA)
Bảng 5.4 Thông số máy cắt đầu nguồn
5.1.3 Tính chọn cáp cao áp và xác định tổn thất công suất trên đường dây a) Tính chọn cáp cao áp
- Đường dây cung cấp từ lưới điện về trạm biến áp của nhà máy dài 3(km) Sử dụng đường dây trên không, lộ kép.
Đối với mạng cao áp có Tmax lớn, việc chọn dây dẫn cần dựa vào mật độ dòng điện kinh tế Jkt Theo bảng 4.3 trong tài liệu TL2-Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang, dây dẫn AC nên được lựa chọn dựa trên thời gian sử dụng công suất lớn nhất.
TmaxP00(h), ta có Jkt = 1,1 (A/mm 2 )
+ Tiết diện kinh tế của cáp : Fkt = (mm 2 )
Vì cáp từ hệ thống lưới điện về các TBA là cáp lộ kép nên :
Dựa vào trị số Fkt đã tính toán, tiến hành tra bảng để chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất Sau đó, cần kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng, cụ thể là khc.Icp phải lớn hơn hoặc bằng Isc.
Trong đó : khc = k1.k2 k1 = 1 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ k2 : hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp đặt trong cùng 1 rãnh.
Isc : dòng điện xảy ra sự cố khi đứt 1 cáp.
Với khc = 0,93 và Isc = 2.Imax nếu 2 cáp đặt trong một rãnh (cáp lộ kép).
Tiết diện kinh tế của cáp :
Chọn dây nhôm lõi thép AC-10 có Icp = 75 (A)
Kiểm tra dây dẫn theo sự cố đứt 1 dây :
Vậy dây dẫn thỏa mãn điều kiện sự cố.
Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép :
Với dây dẫn AC-10 có khoảng cách trung bình Dtb = 1 (m) thì có r0 = 3,12 (Ώ/km) ΔU = = = 46,9(V)
=> Dây dẫn được chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép.
Vậy chọn dây AC-10. Điện trở trên các đường dây được tính theo công thức :
Trong đó : n : là số đường dây đi song song (lộ kép n = 2)
L : là chiều dài của đường dây cần tính Đường cáp
Bảng 5.5 Thông số của cáp cao áp b) Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ΔPD = R.10 -3 (kW)
=> Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn ΔPD = 0,7 kW
- Tổn thất điện năng trên đường dây : ΔAD = ΔP.ȶ (kWh)
Với ȶ = 3411(h) ứng với Tmax = 5000 (h) : thời gian tổn thất công suất lớn nhất.
5.1.4 Chọn cầu dao cao áp ( Dao cách ly – DCL )
THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP
Nhà máy xử lý nước thải công nghiệp có diện tích 500 m² và bao gồm 18 thiết bị được phân chia thành 8 nhóm, với tổng phụ tải tính toán là 124,2 kVA, trong đó 3,43 kW dành cho hệ thống chiếu sáng Điện năng được cung cấp qua sơ đồ hỗn hợp, từ trạm biến áp đến các tủ động lực của nhà máy, với 9 Aptômat nhánh phân phối điện cho 8 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng Sơ đồ hình tia được sử dụng từ thanh cái đến các tủ nhằm thuận tiện cho quản lý và vận hành Mỗi tủ động lực cung cấp điện cho một nhóm phụ tải, trong đó các phụ tải lớn nhận điện trực tiếp từ thanh cái, trong khi các phụ tải nhỏ hơn được nhóm lại và nhận điện theo sơ đồ liên thông Để nâng cao độ tin cậy và dễ dàng thao tác, các áptômat được lắp đặt ở đầu vào và ra của tủ để bảo vệ quá tải và ngắn mạch Mặc dù việc sử dụng cầu dao và cầu chì làm tăng chi phí, nhưng đây là xu hướng thiết kế hiện đại cho các xí nghiệp công nghiệp.
Hình 5.4 Sơ đồ cấp điện mạng hạ áp của nhà máy
Aptômat là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch So với cầu chì, aptômat vượt trội với khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy và an toàn Nó có khả năng đóng cắt đồng thời 3 pha và mức độ tự động hóa cao Do đó, mặc dù giá thành cao, aptômat ngày càng được ưa chuộng trong lưới điện hạ áp công nghiệp và lưới điện sinh hoạt.
- Aptômat tổng, áptômat phân đoạn và áptômát nhánh đều chọn dùng các áptômat không khí do hãng Merlin chế tạo.
- Aptômat tổng được chọn theo các điều kiện:
+ Điện áp định mức: UđmA ≥ Uđmnm = 0,38 (kV)
+ Dòng điện định mức : IđmA ≥ Ilvmax Ta có : IđmA ≥ Ilvmax = = = 245,3 (A)
Loại U dm (V) I dm (A) I cắtN (kA) Số cực Số lượng
Bảng 5.10 Thông số aptomat tổng
5.2.2 Tính chọn cáp tổng hạ áp
- Cáp được chọn và kiểm tra theo dòng điện phát nóng lâu dài cho phép Icp
- Vì khoảng cách từ trạm biến áp đến hạ áp không lớn nên có thể bỏ qua điều kiện tổn thất điện áp ΔU.
- Cáp từ trạm biến áp về thanh cái là cáp lộ đơn
- Điều kiện chọn cáp : khc.Icp ≥ Itt 8,7 (A)
Itt : Dòng điện tính toán của nhóm phụ tải.
Icp : Dòng điện phát nóng cho phép,tương ứng với từng loại dây,từng tiết diện khc = 1 : Hệ số hiệu chỉnh.
- Điều kiện kiểm tra phối hợp với thiết bị bảo vệ của cáp,khi bảo vệ bằng aptomat khc.Icp ≥ = 33,3 (A) với IđmA : dòng điện định mức của aptomat
Tra bảng 4.29 “Hệ thống cung cấp điện của XNCN – Nguyễn Công Hiền” ,chọn được cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo : Đường cáp F
Bảng 5.11 Thông số dây cáp tổng
5.2.3 Tính chọn thanh cái ( Thanh góp )
Thanh góp là thành phần thiết yếu trong hệ thống phân phối điện, có chức năng nhận điện năng từ nguồn cung cấp và phân phối đến các phụ tải tiêu thụ Nó còn được biết đến với tên gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn.
Thanh dẫn có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào dòng điện tải Đối với dòng nhỏ, sử dụng thanh cứng hình chữ nhật, trong khi dòng lớn cần đến thanh dẫn ghép từ 2 hoặc 3 thanh chữ nhật đơn cho mỗi pha Khi dòng điện quá lớn, thanh dẫn hình máng được sử dụng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời cải thiện khả năng làm mát.
- Các thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép Dòng điện cưỡng bức tính với trạm biến áp có Stt4,2 (kVA). k1.k2.Icp ≥ Ilvmax = = = 188,7(A)
Trong đó : k1 = 0,95 : với thanh góp đặt ngang. k2 = 1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường.
Vậy chọn thanh dẫn đồng tiết diện hình chữ nhật có kích thước 25x3 (mm 2 ), mỗi pha một thanh với dòng cho phép Icp = 340 (A)
+ Điện áp định mức : UđmA ≥ Uđmnm = 0,38 (kV)
+ Dòng điện định mức : IđmA ≥ Itt STT Tên bể S tt
Bảng 5.12 Thông số của các aptomat nhánh
5.2.5 Tính chọn dây dẫn của các nhánh
Các đường cáp kết nối từ thanh cái đến các tủ động lực (TĐL) của từng bể được lắp đặt trong rãnh cáp, nằm dọc theo tường phía trong và bên cạnh lối đi lại của các bể.
Cáp được lựa chọn dựa trên điều kiện phát nóng cho phép, đồng thời cần kiểm tra sự phối hợp với các thiết bị bảo vệ và điều kiện ổn định nhiệt trong trường hợp xảy ra ngắn mạch Vì chiều dài cáp không lớn, nên có thể không cần kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép.
- Điều kiện chọn cáp : khc.Icp ≥ Itt Itt : Dòng điện tính toán của nhóm phụ tải.
Icp : Dòng điện phát nóng cho phép,tương ứng với từng loại dây,từng tiết diện khc = 1 : Hệ số hiệu chỉnh.
Để kiểm tra hiệu quả phối hợp giữa thiết bị bảo vệ và cáp, cần đảm bảo rằng dòng điện định mức của aptomat (IđmA) tương ứng với mỗi nhánh phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện ngắn mạch tối đa (Icp) của hệ thống.
STT Tên nhánh I tt (A) I cp ≥ (A) F (mm 2 ) I cp (A)
Bảng 5.13 Thông số của các dây dẫn từng nhánh
5.2.6 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp
Khi thực hiện tính toán ngắn mạch ở phía hạ áp, máy biến áp được xem như một nguồn điện kết nối với hệ thống vô cùng lớn, do đó, điện áp trên thanh cái được coi là không thay đổi trong trường hợp ngắn mạch.
Giả thiết về dòng ngắn mạch tính toán thường lớn hơn thực tế do khó khăn trong việc duy trì điện áp ổn định trên thanh cái sau máy biến áp Tuy nhiên, nếu các thiết bị lựa chọn đáp ứng tiêu chí ổn định động và ổn định nhiệt với dòng ngắn mạch này, chúng có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện thực tế Để đơn giản hóa quy trình tính toán, chúng ta chỉ kiểm tra các tuyến cáp có nguy cơ gặp sự cố nghiêm trọng nhất, và có thể tiến hành kiểm tra thêm các tuyến cáp khác nếu cần thiết.
Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch hạ áp. a) Điểm ngắn mạch N1 Điện trở và điện kháng của máy biến áp
XB = 10 = 10.10 2 = 36,1 (mΏ) Điện trở và điện kháng của cáp tổng 4G 120 từ máy biến áp đến thanh cái
Tra bảng PL 4.29 ,tra được r0 = 0,153 (Ώ/km)
Aptomat tổng loại NS 400E : XAT = 0,1 (mΏ)
RAT = 0,15 (mΏ) ; Rtx = 0,4 (mΏ) Tính toán ngắn mạch tại điểm N1 :
RN1 = RB + RC + RAT + Rtx = 11,84 + 1,53+ 0,15 + 0,4 = 13,92 (mΏ)
Ixk = 1,3 IN = 10,24 (kA) b) Điểm ngắn mạch N2 Điện trở và điện kháng của thanh cái trạm biến áp – tủ động lực :
Kích thước : 25x3 (mm 2 ) , mỗi pha một thanh Khoảng cách D = 300 (mm).
Tra bảng PL 7.1 ,tìm được : r0 = 0,268 (mΏ/m)
Bảng 5.14 Giá trị ngắn mạch của các nhánh
5.2.7 Kiểm tra các thiết bị điện hạ áp a) Kiểm tra cáp tổng hạ áp :
Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện ổn định nhiệt :
Trong đó : α = 6 : Hệ số nhiệt độ của cáp lõi đồng.
Dòng ngắn mạch ổn định được ký hiệu là I∞ Thời gian quy đổi, ký hiệu tqd, được xác định là tổng thời gian tác động của bảo vệ chính tại nhà máy cắt điện gần điểm sự cố, kết hợp với thời gian tác động toàn phần của máy cắt điện Công thức tính tqd là tqd = f(β”, t) với t = 0,5 giây, đại diện cho thời gian tồn tại ngắn mạch Do ngắn mạch xảy ra xa nguồn, ta có IN = I” = I∞ và β” = 1.
Tra đồ thị trang 109 TL VI tìm được tqd = 0,4.
Vậy điều kiện ổn định nhiệt của cáp : F ≥ α.I∞ = 6.5,57 = 21,14 (mm 2 )
Vậy chọn cáp 120 mm 2 là hợp lý. b) Kiểm tra aptomat :
+ Loại NS 400E có IcắtN = 15 (kA) > IN = 5,57 (kA)
+ Loại NC 100H có IcắtN = 6 (kA) > IN = 4,21 (kA) và IN = 3,64 (kA)
+ Loại C60L có IcắtN = 20 (kA) > IN = 1,81 (kA)
+ Loại C60N có IcắtN = 6 (kA) > IN = 2,47 (kA)
=> Các Aptomat được chọn đều thỏa mãn điều kiện ổn định động c) Kiểm tra cáp dẫn
Tiết diện ổn định nhiệt của cáp :
Thu gom có tiết diện 4x1,5mm 2 ≥ α.I∞ = 6.1,81 = 6,87 (mm 2 )
Cân bằng có tiết diện 4x16mm 2 ≥ α.I∞ = 6.4,21 = 15,97 (mm 2 )
Trung hòa có tiết diện 4x6mm 2 ≥ α.I∞ = 6.2,47 = 9,37 (mm 2 )
Lắng 1 có tiết diện 4x4mm 2 ≥ α.I∞ = 6.0,57 = 2,16 (mm 2 )
Aerotank-lắng 2 có tiết diện 4x25mm 2 ≥ α.I∞ = 6.3,64 = 13,81 (mm 2 )
Khử trùng có tiết diện 4x4mm 2 ≥ α.I∞ = 6.0,37 = 1,4 (mm 2 )
Chiếu sáng có tiết diện 4x2,5mm 2 ≥ α.I∞ = 6.0,29 = 1,1 (mm 2 )
Vậy các cáp đã chọn là hợp lý.
5.2.8 Thiết kế tủ chuyển đổi nguồn tự động ATS a) Bộ chuyển đổi nguồn ATS
Hình 5.6 Bộ chuyển đổi nguồn tự động
Tủ điện ATS (Automatic Transfer Switches) là hệ thống điện tự động chuyển đổi giữa nguồn điện lưới và nguồn dự phòng khi xảy ra sự cố Mục tiêu chính của tủ điện ATS là đảm bảo cung cấp nguồn điện ổn định cho doanh nghiệp và sinh hoạt, giúp quá trình sản xuất và cuộc sống không bị gián đoạn.
Hệ thống máy phát điện ATS tự động chuyển đổi nguồn điện sang nguồn dự phòng khi xảy ra sự cố như mất pha, quá áp, mất trung tính hoặc mất điện Tủ chuyển đổi nguồn tự động đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho các thiết bị.
Hình 5.7.Tủ chuyển đổi nguồn tự động ATS
Tủ chuyển đổi nguồn bao gồm hai aptomat tổng cho máy biến áp và máy phát dự phòng, cùng với bộ chuyển đổi nguồn 100A và các aptomat nhánh Đầu ra của bộ chuyển đổi nguồn được kết nối với thanh cái ngoài trời, từ đó dây sẽ được dẫn vào tủ để kết nối với các aptomat nhánh, nhằm phân phối điện đến các tủ động lực.
LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ TỦ ĐỘNG LỰC
5.3.1.Dòng điện tính toán của các tủ động lực
Tên bể Tên thiết bị Số lượng Thông số của từng thiết bị
Bể thu gom Bơm nước chìm 2 2,9 5,52
Bể cân bằng Máy sục khí 2 20 38,07
Bể trung hòa Máy khuấy 3 1,1 2,09
Bể Khử trùng Máy khuấy 2 1,1 2,09
Bảng 5.14 Dòng điện tính toán của tủ động lực
Tủ động lực I dm (A) Aptomat Số cực I dmA (A) I N (kA)
Bảng 5.15 Chọn aptomat cho từng tủ động lực
5.3.3 Tính chọn Contactor và Rơle nhiệt đi kèm
Khi chọn contactor, cần lưu ý các thông số kỹ thuật quan trọng Điện áp định mức Uđm, tương ứng với điện áp của mạch điện mà tiếp điểm chính của contactor hoạt động, thường là 0,4 kV Cuộn hút của contactor có thể hoạt động bình thường trong khoảng điện áp từ 85% đến 105% Uđm.
Dòng điện của Contactor được tính bằng cách nhân dòng điện định mức của động cơ với hệ số khởi động, thường dao động từ 1.2 đến 1.5 Điện áp cuộn dây Ucd là điện áp được áp dụng vào cuộn dây Đối với tủ động lực của bể thu gom, dòng điện của mỗi thiết bị là I = 5,52 (A), do đó dòng điện định mức của Contactor sẽ là Iđm,contactor = 5,52 x 1,5 = 8,28 (A).
Chọn contactor của hãng MITSUBISHI có các thông số như sau :
Số cực 3 Điện áp định mức 380/440V
Tiếp điểm phụ 1NO-1NC Điện áp cuộn hút 220VAC
Số lần đóng cắt 10 6 Điện trở cuộn dây 100m�
Role nhiệt đi kèm TH-T18 Bảng 5.16 Thông số contactor của MITSUBISHI
Tính toán tương tự đối với các động cơ khác, ta chọn được các contactor và rơle nhiệt ghi vào bảng sau :
Tên thiết bị Số lượng
TDL thu gom Bơm nước chìm
TDL cân bằng Máy sục khí
TDL lắng 1 Máy khuấy 2 2,09 S-T12 12 5,5 TH-T18
Bảng 5.17 Contactor và Relay nhiệt cho các cơ cấu chấp hành trong tủ động lực
K1 : Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ nếu có sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo và môi trường sử dụng, tra sổ tay
K2 : Hệ số hiệu chỉnh nếu có nhiều dây cáp đặt chung trong một rãnh.
Icp : Dòng phát nóng cho phép.
Itt : Dòng làm việc lớn nhất
Vì cáp được chôn dưới đất theo từng tuyến và nhiệt độ môi trường là 25 nên k1 = 1, k2 = 1.
Với TDL thu gom : Itt = 5,52 (A) => Icp = 5,52 (A)
Do có thiết bị bảo vệ là aptomat nên ta cần kiểm tra thêm điều kiện
Kết hợp 2 điều kiện ta chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS (Pháp) chế tạo có tiết diện 4 G 1,5 mm 2 và Icp = 23A.
Tính toán tương tự với các động cơ khác ta chọn được dây dẫn ghi vào bảng sau :
Tên tủ động lực Tên thiết bị Số lượng Itt
TDL thu gom Bơm nước chìm 2 5,52 20,8 4G1,5
TDL cân bằng Máy sục khí 2 38,07 133,3 4G35
TDL trung hòa Máy khuấy 3 2,09 12,5 4G1,5
TDL Khử trùng Máy khuấy 2 2,09 12,5 4G1,5
Bảng 5.18 Tiết diện dây dẫn của từng tủ động lực
Bảng 5.19 Tính ngắn mạch các tủ động lực
5.3.6 Kiểm tra thiết bị a) Kiểm tra dây dẫn
Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện ổn định nhiệt
Trong đó : α = 6 : Hệ số nhiệt độ của cáp lõi đồng.
Dòng ngắn mạch ổn định được ký hiệu là I∞ Thời gian quy đổi (tqd) được xác định là tổng thời gian tác động của bảo vệ chính tại nhà máy cắt điện gần điểm sự cố, kết hợp với thời gian tác động toàn phần của máy cắt điện Công thức tính tqd là tqd = f(β”, t) với t = 0,5 giây, phản ánh thời gian tồn tại ngắn mạch Do ngắn mạch xảy ra xa nguồn, nên có thể khẳng định rằng IN = I” = I∞ và β” = 1.
Tra đồ thị trang 109 TL VI tìm được tqd = 0,4.
Vậy điều kiện ổn định nhiệt cáp của : F ≥ α.I∞
Vậy chọn dây dẫn trong các tủ động lực là hợp lý. b) Kiểm tra aptomat :
+ Loại C60L có IcắtN = 20 (kA) > IN
+ Loại C60H có IcắtN = 10 (kA) > IN
+ Loại NC 100H có IcắtN = 6 (kA) > IN
=> Các Aptomat được chọn đều thỏa mãn điều kiện ổn định động
5.3.7 Thiết kế tủ động lực
Hình 5.8 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bể thu gom
Hình 5.9 Thiết kế tủ động lực của bể thu gom
(2) Tủ động lực bể cân bằng
Hình 5.10 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bể cân bằng
Hình 5.11 Thiết kế tủ động lực bể cân bằng
(3) Tủ động lực bể trung hòa
Hình 5.12 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bể trung hòa
Hình 5.13 Thiết kế tủ động lực bể trung hòa
(4) Tủ động lực bể lắng 1
Hình 5.14 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bể lắng 1
Hình 5.15 Thiết kế tủ động lực bể lắng 1
(5) Tủ động lực bể Aerotank và bể lắng 2
Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bể Aerotank ,bể lắng 2
Hình 5.17 Thiết kế tủ động lực bể Aerotank và bể lắng 2
(6) Tủ động lực bể khử trùng
Hình 5.18 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bể khử trùng
Hình 5.19 Thiết kế tủ động lực bể khử trùng
(7) Tủ động lực chiếu sáng
Hình 5.20 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng.
Hình 5.21.Thiết kế tủ động lực chiếu sáng
5.3.8 Tính toán tổn thất điện áp cho hệ thống
Hình 5.22 Giản đồ tính toán tổn thất điện áp
8 Bảng 5.20 Tổn thất điện áp trên các tuyến trong hệ thống cung cấp điện
5.3.9 Mô phỏng và đánh giá hệ thống bằng ETAP
STT Điểm ngắn mạch I N (kA)
Bảng 5.21 Giá trị tính toán ngắn mạch bằng phần mềm ETAP
Bảng 5.22 Tính toán độ sụt áp bằng ETAP
Hình 5.23 Mô phỏng hệ thống cung cấp điện trong phần mềm ETAP
