Nghiên cứu chế tạo hệ thống thu hồi, tái chế dung môi và chất làm sạch công nghiệp trong sửa chữa, bảo dưỡng máy tàu thủy

TS. Trương Thanh Dũng Trường Cao đẳng nghề Hàng hải TP. Hồ Chí Minh Người phản biện: TS. Ngô Duy Nam TS. Nguyễn Sơn Trà

TÓM TẮT: Các hoạt động sửa chữa và bảo dưỡng tàu biển cần nhiều dung môi, chất tẩy rửa công nghiệp. Các chất tẩy rửa công nghiệp sử dụng thường xuyên chứa dầu và hóa chất, sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nếu chúng ta xả trực tiếp ra ngoài môi trường. Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nhóm tác giả nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công "Hệ  thống thu hồi tái chế dung môi và chất làm sạch công nghiệp" có thể được sử dụng trong hầu hết các nhà máy đóng tàu và các khu công nghiệp.

TỪ KHÓA: Dung môi, hệ dung môi.

ABSTRACTS: The ship repair and maintenance activities require a lot of solvents, industrial cleaners. The used industrial cleaners often contain oil and chemical, will cause environmental pollution if we flushing directly to environment. In order to minimize environmental pollution, the researching team has designed, manufactured, and tested the “Solvent recycling and recovery system”, which could be used in most of factories and shipyards.

KEYWORDS: Solvent, solvent system.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Hoạt động sửa chữa, bảo dưỡng các chi tiết máy tàu thủy cần rất nhiều dung môi, chất làm sạch công nghiệp (axit, kiềm, chất làm sạch kim loại…) để tẩy rửa. Thành phần dung dịch sau khi rửa các chi tiết máy thường bao gồm: Dầu mỡ, axit, kiềm, hóa chất tẩy rửa, chất bảo quản, chất tạo màu, kim loại nặng, sơn, các loại phụ gia, chất rắn lơ lửng... Dung dịch này thường được thải trực tiếp ra môi trường. Điều này tác động xấu đến môi trường đất, môi trường nước ở xung quanh các nhà máy sửa chữa và đóng mới tàu biển, gây ra các hiện tượng ô nhiễm dầu, kim loại nặng… Về lâu dài chúng ta rất khó kiểm soát và không thể đánh giá hết các nguy cơ tiềm ẩn mà chúng có thể gây ra đối với môi trường, các loài sinh vật sống, cũng như sức khoẻ của nhân dân địa phương khi sử dụng nước phục vụ cho sinh hoạt, canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và dịch vụ du lịch. Phát triển bền vững ngành công nghiệp không gây ô nhiễm môi trường đòi hỏi các dung môi hóa chất này cần được thu hồi và tái chế trong quá trình sửa chữa bảo dưỡng các chi tiết máy tàu thủy.

2. CÁC LOẠI HÓA CHẤT SỬ DỤNG

Trong sửa chữa thường dùng các loại dung môi hóa chất như: Nước, axit, kiềm, dầu mỡ… để vệ sinh súc rửa đường ống thường sử dụng như axit HCl, H₂SO₄, NaOH.

Dầu mỡ: Dầu mỡ sử dụng trong quá trình bảo dưỡng các chi tiết máy, chạy súc rửa hệ thống đường ống.

Hóa chất bảo quản: Các chi tiết máy trước khi xuất xưởng đều được phun hóa chất bảo quản để bảo vệ bề mặt làm việc của chi tiết, vì vậy trước khi lắp đặt các chi tiết xuống tàu một trong các công đoạn đó là vệ sinh làm sạch các hóa chất bảo quản.

Dung môi pha sơn: Dung môi trong công nghệ sơn thường là hỗn hợp các hợp chất hữu cơ, gồm: Nước, các hydrocarbon mạch thẳng như Naphta; mạch vòng như Cyclohexan, mạch vòng thơm như Benzen, Toluen, Xylen; các dẫn xuất của hydrocarbon như Cyclohexanol, Butanol, Aceton, Ethylacetate, Butylacetate, Methyl-Ethylketon (MEK) và các dẫn xuất halogen khác.

Ngoài ra, có các loại hóa chất đặc chủng phục vụ cho quá trình sửa chữa các thiết bị máy móc tàu biển như: Chất chống rỉ sét (RP7), chất tẩy sơn (ATM), các hóa chất tẩy cáu cặn nồi hơi sinh hàn AT4000… 

3. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THU HỒI, TÁI CHẾ DUNG MÔI VÀ CHẤT LÀM SẠCH CÔNG NGHIỆP TRONG SỬA CHỮA, PHỤC HỒI MÁY TÀU THỦY NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Nắm bắt những nhu cầu trên, nhóm nghiên cứu Trường Cao đẳng nghề Hàng hải TP. Hồ Chí Minh đã thiết kế, thi công chế tạo thử nghiệm thành công hệ thống thiết bị thu hồi, tái chế dung môi và chất làm sạch công nghiệp: HMC-ENPRO 2016-50

Trung tâm của hệ thống là bộ điều khiển lập trình PLC điều khiển toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống thông qua việc tiếp nhận các tín hiểu từ các cảm biến, bộ gia nhiệt...

Cấu hình hệ thống bao gồm:

Két dự trữ dung dịch

Két gia nhiệt trung gian

Két gia nhiệt chính

Két dung dịch sạch

Két dung dịch sau xử lý

Bộ gia nhiệt

PLC: S7-200 (Siemens)

Màn hình cảm ứng: Ormon

Cảm biến áp suất, mức nước, nhiệt độ.

Hệ thống được chế tạo theo 3 cụm mô-đun chính kết nối với nhau bằng các hệ thống ống dẫn truyền công chất. Hệ thống bao gồm: Cụm thiết bị tủ điện điều khiển, bâu ngưng, gia nhiệt, cụm thiết bị két dung dịch, bơm van ống…

Cụm thiết bị gia nhiệt bao gồm kết cấu cơ khí, két gia nhiệt, cảm biến, điện trở, có nhiệm vụ gia nhiệt dung môi và các chất làm sạch.

Cụm thiết bị tủ điện bầu ngưng bao gồm: Tủ điều khiển, hệ thống ngưng tụ hơi công chất, thực hiện ngưng tụ hơi công chất sau khi tiến hành hóa hơi ở két gia nhiệt. Tủ điều khiển điều khiển tự động, giám sát tất cả mọi quá trình hoạt động của hệ thống.

Hệ thống có hai chế độ hoạt động chính: Chế độ tự động và chế độ bằng tay, giao diện chương trình và các chế độ hoạt động được mô tả ở Hình 3.3.

Khởi động hệ thống, tiến hành cài đặt đầy đủ các thông số nhiệt độ ở các két chứa, nhiệt độ hệ thống quạt gió, bơm nước làm mát bầu ngưng hoạt động…

4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Dung dịch sau khi xử lý được làm sạch váng dầu sau đó cung cấp vào trong két chứa dung dịch 250 lít để tiến hành xử lý. Tại két dung dịch 250 lít có lắp đặt cảm biến đo mức sẽ đưa ra các cảnh báo giới hạn mức nước cao và mức nước thấp trong két chứa.

Dung dịch được bơm từ két dung dịch sang két gia nhiệt trung gian 120 lít, gia nhiệt sơ bộ dung dịch lên nhiệt độ được bộ điều khiển cài đặt từ trước. Tại két gia nhiệt trung gian có lắp đặt cảm biến đo mức để giới hạn mức nước cao thấp trong két chứa.

Sau khi dung dịch được hâm đến nhiệt độ cài đặt thì bơm dung dịch sẽ bơm dung dịch từ két gia nhiệt trung gian lên két gia nhiệt. Trên két gia nhiệt có lắp đặt cảm biến đo mức giới hạn mức nước cấp vào trong két, cảm biến đo nhiệt độ hiển thị giá trị nhiệt độ trong két gia nhiệt lên màn hình điều khiển. Khi dung dịch trong két gia nhiệt được bơm đến mức nước cao nhất trong két chứa. Hệ thống sẽ tiến hành gia nhiệt xử lý dung dịch.

Trên két gia nhiệt có lắp đặt các thiết bị: Motor lai thanh quét, van an toàn, cảm biến đo áp suất. Motor lai thanh quét làm sạch bề mặt trong két gia nhiệt được cài đặt cứ hoạt động 20 giây sẽ dừng 60 giây liên tục trong quá trình vận hành hệ thống, áp suất hiển thị giá trị áp suất buồng hơi quá nhiệt trong két gia nhiệt trên màn hình điều khiển. Trong trường hợp áp suất vượt qua giới hạn cho phép thì van an toàn được điều khiển mở ra giảm áp suất cho hệ thống.

Hơi sinh ra trong két gia nhiệt được đưa qua bầu ngưng tụ hơi thành dung dịch sạch. Bầu ngưng được làm mát bằng gió và bằng nước, quá trình vận hành hệ thống làm mát bằng gió, làm mát bằng nước được điều khiển trên màn hình điều khiển thông qua việc cài đặt thông số nhiệt độ mà hệ thống quạt gió và làm mát nước sẽ hoạt động, các giá trị tham chiếu nhiệt độ thông qua giá trị nhiệt độ trong két gia nhiệt được hiển thị trên màn hình điều khiển.

Hơi dung dịch sau khi ngưng tụ được cấp về két chứa dung dịch sạch.

Phần dung dịch sau khi gia nhiệt được xả về két chứa, thông qua quá trình điều khiển đóng mở van điện từ lắp đặt dưới két gia nhiệt.

Sau khi kết thúc một chu trình gia nhiệt hệ thống sẽ phát báo động để người vận hành biết để tiến hành các chu trình tiếp theo.

THỬ NGHIỆM

Sau khi hoàn thành việc chế tạo, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm hóa chất tẩy rửa có tính kiềm để kiểm định chất lượng hoạt động của hệ thống, dung dịch hỗn hợp thử nghiệm bao gồm: Nước, dầu mỡ bẩn, hóa chất tẩy rửa có tính kiềm: Sodium hydroxide (NaOH) đậm đặc, các chất bẩn sau khi tẩy rửa lẫn trong nước.

Tiến hành kiểm tra dung dịch bằng giấy quì tím để kiểm tra chỉ số pH của dung dịch trước và thu được sau khi chạy thử hệ thống.

Căn cứ vào bảng màu quì tím thu được trước và sau khi chạy thử nghiệm hệ thống ta thấy chỉ số pH của dung dịch trước khi chạy thử hệ thống là 11. Còn chỉ số pH của dung dịch sau khi chạy qua hệ thống là 7. Ta thấy, trong dung dịch trước khi chạy thử hệ thống có chứa xút NaOH có thể tái sử dụng hoặc thải thẳng ra môi trường.

Các mẫu dung môi tẩy rửa trước và sau khi thử nghiệm được tiến hành phân tích tại Viện Pasteur TP. Hồ Chí Minh.

Dựa trên kết quả so sánh phân tích, mẫu nước sau khi xử lý nằm trong giới hạn cho phép của QCVN40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp có thể thải thẳng ra môi trường hoặc tận dụng lại vào quá trình sữa chữa và bảo dưỡng các chi tiết máy.

01 cụm thiết bị tủ điện, bầu ngưng; 02 cụm thiệt bị két gia nhiệt; 3 cụm thiết bị két dung dịch, bơm van ống

KẾT LUẬN

Việc thiết kế thi công, chế tạo thử nghiệm thành công hệ thống thiết bị thu hồi, tái chế dung môi và chất làm sạch công nghiệp trong sửa chữa, phục hồi máy tàu thủy, đáp ứng một nhu cầu cấp bách trong việc xử lý ô nhiễm môi trường do các nhà máy đóng mới, sửa chữa tàu biển hiện nay. Mở rộng ra, sản phẩm có thể sửa dụng cho các nhà máy, các khu công nghiệp nhằm thu hồi các hóa chất độc hại, tránh thải thẳng ra môi trường.

Tài liệu ham khảo

[1]. TS. Trương Thanh Dũng, TS. Lê Văn Vang (2010), Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị tự động làm sạch công nghiệp các chi tiết máy tàu thủy,  Trường Đại học GTVT TP.  Hồ Chí Minh.

[2]. https://www.youtube.com/watch?v=Akul31H0kRU.

[3]. https://www.youtube.com/watch?v=SCm6vrXDbA4.

[4]. http://www.irac.it/en/specifica.asp?ID=3.