Phòng ngừa hiện tượng búa nước tại các trạm bơm trong điều kiện mất điện.

Xin chào và chào mừng bạn đến với Controlling Water, không gian để chúng ta cùng trò chuyện về van, đồng hồ nước và những góc nhìn thú vị về ngành nước. Mỗi tập, chúng tôi sẽ có cuộc trò chuyện với các chuyên gia trong ngành, những người am hiểu về tất cả các loại van, đồng hồ đo và kiến thức thực tiễn tốt nhất trong ngành nước. Hôm nay, chúng tôi có mặt cùng Colin Kirkland từ BERMAD Australia, người đang là quản lý sản phẩm van xả khí tại Úc.

Với hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, Colin tham gia cùng chúng tôi hôm nay để nói về việc phòng ngừa hiện tượng búa nước tại các trạm bơm khi xảy ra sự cố mất điện. Trước đây, chúng tôi đã bàn về các phương pháp kiểm soát búa nước trong quá trình khởi động và tắt máy bơm thông thường, cũng như một số giải pháp hiệu quả hiện có.

Trong tập hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về những gì xảy ra khi mất điện tại một trạm bơm, và hậu quả của nó là gì? Colin, anh là chuyên gia trong lĩnh vực này. Anh có thể giải thích rõ hơn về tình huống mất điện sẽ như thế nào và những hậu quả có thể xảy ra không?

Vì vậy, trong các tập trước, Sarah, chúng ta đã thảo luận về việc giảm thiểu hiện tượng búa nước tại các trạm bơm bằng cách sử dụng van điều khiển bằng động cơ để mở và đóng từ từ nhằm tránh hiện tượng này.

Vấn đề lớn khi mất điện tại một trạm bơm là nếu chúng ta nghĩ về các trạm bơm điển hình, chúng được sử dụng cho cấp nước, tưới tiêu, khai thác mỏ trong các tòa nhà, tất cả đều đóng vai trò quan trọng. Và toàn bộ kỹ thuật đằng sau trạm bơm, đường ống và mọi thứ khác, đều phải an toàn và phù hợp với mục đích sử dụng trong mọi điều kiện vận hành. Điều này áp dụng cho cả khi khởi động và tắt máy bình thường, nhưng cũng trong trường hợp mất điện hoặc dừng máy đột ngột. Hệ quả là nếu không có kiểm soát khi máy bơm dừng lại, lượng nước đã được bơm lên đồi hoặc lên tòa nhà sẽ có rất nhiều năng lượng. Và khi chúng ta dừng lại ngay lập tức, năng lượng đó sẽ lao ngược trở lại trạm bơm và tạo ra hiện tượng búa nước nghiêm trọng.

Tôi muốn chia sẻ một câu chuyện thực tế từ nhiều năm trước khi tôi được gọi đến một trạm bơm ở New South Wales và họ gặp phải hiện tượng búa nước nghiêm trọng tại trạm bơm này. Các nhân viên vận hành đã dẫn tôi vào tòa nhà trạm bơm và giải thích cho tôi về vị trí xảy ra sự cố, rồi họ hỏi tôi, và nói: “Colin, trước khi chúng tôi trình diễn hiện tượng búa nước, chúng ta có thể di chuyển sang bên cạnh một chút không?”

Tôi nói, được thôi. Sau đó họ tắt máy bơm và hiện tượng búa nước xảy ra rất mạnh, tạo ra rất nhiều tiếng ồn. Tôi hỏi họ, tại sao lại yêu cầu tôi di chuyển? Họ trả lời, trong quá khứ, hiện tượng búa nước đã nghiêm trọng đến mức khi van một chiều đóng lại, một trong các cánh tay của van đã bị bật ra và xuyên qua phía sau tòa nhà, đúng chỗ mà anh đang đứng.

Đây là một tình huống thực tế. Vì vậy, không chỉ là bảo vệ tài sản, trạm bơm và mọi thứ khác, mà đây còn là một sự cố hiếm gặp có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Tôi thực sự rất mừng vì anh ấy đã yêu cầu tôi di chuyển sang một bên.

Vâng, chắc chắn rồi.

Vì vậy, nói một cách nghiêm túc, điều này có thể khá đáng sợ nếu bạn đang ở trong một trạm bơm rất lớn và chuyện này xảy ra, bởi vì nó đi kèm với rất nhiều tiếng ồn. Đường ống và các trạm bơm phải chịu rất nhiều áp lực quá mức, bạn biết đấy, đến mức có thể làm các máy bơm bị lệch khỏi vị trí, và gây căng thẳng cho đường ống cũng như tất cả các bộ phận. Vì vậy, khi thiết kế một hệ thống như thế này, bạn phải cân nhắc đến những gì sẽ xảy ra khi mất điện.

Nếu điều đó có nghĩa là áp suất sẽ tăng gấp đôi hoặc gấp ba, thì tôi phải đánh giá tất cả các bộ phận và đường ống ở mức độ an toàn cao hơn nhiều. Và điều đó thường không thực sự thực tế. Vì vậy, nhiều nhà thiết kế và kỹ sư sẽ xem xét và nói, được rồi, chúng ta sẽ làm gì trong trường hợp mất điện? Và chúng ta cần làm gì để đảm bảo hệ thống sẽ an toàn?

Vậy nên, nếu mất điện thì hậu quả ròng là gì? Tôi đoán đây là mối quan tâm lớn đối với hầu hết các trạm bơm.

Đúng vậy. Vì vậy, điều then chốt ở đây là khi mất điện đột ngột, chúng ta sẽ thấy xuất hiện các xung lớn, hiện tượng búa nước và tiếng ồn. Mỗi máy bơm sẽ có quán tính riêng, nghĩa là khi máy bơm dừng lại do mất điện, nó sẽ không dừng ngay lập tức mà có thể tiếp tục quay trong một khoảng thời gian ngắn. Do đó, chúng ta sẽ thấy sự giảm dần từ từ, tùy thuộc vào thiết kế của máy bơm.

Nhưng điều quan trọng nhất là chúng ta sẽ gặp phải hiện tượng búa nước ở đây và chúng ta phải đảm bảo thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng. Thông thường, áp lực mà hiện tượng này gây ra cho mọi thứ sẽ ở mức cao nhất. Vì vậy, công tác kỹ thuật phải được thực hiện thật tốt và chính xác, để chúng ta có thể lên kế hoạch cho những việc cần làm tiếp theo.

Tất nhiên rồi. Colin, bạn nghĩ những điều gì mà một nhà thiết kế cần cân nhắc để giúp giảm thiểu hậu quả xảy ra khi gặp phải một sự kiện hiếm như vậy?

Đó là một câu hỏi rất hay, Sarah, bởi vì tất cả đều liên quan đến việc lập kế hoạch. Tại Bermad, chúng tôi có một phần mềm chuyên dụng mà chúng tôi có thể nhập vào rất nhiều đặc điểm thiết kế đường ống và các trạm bơm. Chúng tôi thực sự có thể lập kế hoạch cho việc này bằng cách mô phỏng các tác động sẽ xảy ra như thế nào. Vì vậy, chúng tôi có thể thấy nếu chúng tôi dừng bơm sau năm giây, chúng tôi sẽ dự đoán được kết quả này. Nếu chúng tôi dừng ở 4, 3, 2 giây, chúng tôi cũng sẽ thấy được các kết quả sẽ như thế nào.

Vì vậy, lời khuyên tốt nhất mà tôi có thể đưa ra cho mọi người là hãy thực hiện các báo cáo tốt và phân tích kỹ lưỡng về những gì bạn biết sẽ xảy ra. Hiện nay, hầu hết các phần mềm đều có rất nhiều năm kinh nghiệm. Chúng tôi có phần mềm giới hạn nhưng mang lại cho chúng tôi một cái nhìn tổng quan rất tốt. Và tôi nên nhấn mạnh rằng những gì chúng tôi cung cấp tại BERMAD AU không phải là một phân tích xung động hoàn chỉnh, nhưng đó là một cái nhìn tổng quan rất tốt và khá chính xác về những gì chúng tôi nghĩ sẽ xảy ra. Vì vậy, lời khuyên tốt nhất là hãy có được thông tin tốt trước khi điều này xảy ra, để chúng ta có thể lên kế hoạch cho các sản phẩm phù hợp.

Vậy nên, nghe có vẻ đây là thứ mà Bermad cung cấp cho những người dùng tiềm năng. Nó có phức tạp lắm không?

Nó không quá phức tạp. Về cơ bản, có khoảng 8-10 câu hỏi mà chúng tôi sẽ đặt ra cho những người muốn sử dụng nó. Những câu hỏi này chủ yếu liên quan đến tốc độ bơm, tốc độ động cơ, vật liệu đường ống, chiều dài và áp suất chịu đựng của nó. Có một số điều chúng tôi sẽ hỏi, nhưng khi đã thu thập đủ thông tin đó, chúng tôi có thể xác định được khả năng xảy ra xung lực sẽ như thế nào.

Và thực sự có rất nhiều lựa chọn khác nhau mà chúng tôi có thể sử dụng để cố gắng giảm thiểu điều đó. Vì vậy, điều quan trọng là phải có được thông tin chính xác. Chúng tôi biết những câu hỏi cần hỏi, đó mới là điều quan trọng.

Hãy nghỉ giải lao một chút. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào muốn được giải đáp trong podcast này, hãy liên hệ với chúng tôi qua trang web https://www.bermad.com.au hoặc gửi email đến info.au@bermad.com và Colin sẽ chắc chắn trả lời bạn. Bây giờ, chúng ta quay lại chương trình.

Vậy, giả sử bạn đã nhận được báo cáo về hiện tượng tăng áp này. Những giải pháp nào bạn có thể đề xuất để giảm thiểu tác động của hiện tượng búa nước?

Vì vậy, điều chúng tôi làm về cơ bản là phân tích các kết quả ngay từ đầu. Có những giải pháp có thể dao động từ rất rẻ đến hạ tầng cực kỳ đắt đỏ để đối phó với vấn đề này. Có khoảng ba đến bốn giải pháp chính mà chúng tôi có thể cung cấp. Đầu tiên là khi chúng tôi xem báo cáo về hiện tượng dội nước, điều chúng tôi tìm kiếm là hiểu được tốc độ dòng nước dội trở lại trạm bơm sẽ nhanh như thế nào và khung thời gian diễn ra hiện tượng đó.

Chúng tôi cũng xem xét rất kỹ áp suất tại trạm bơm sẽ như thế nào. Trong nhiều trường hợp, nếu trạm bơm không tạo ra nhiều áp suất và nằm ở vùng đất khá bằng phẳng; chúng ta có thể thấy hiện tượng tách cột nước, tức là khi máy bơm dừng lại, áp suất trong đường ống chính giảm xuống áp suất khí quyển.

Vì vậy, nếu tại điểm đó có van xả khí, thì van này sẽ cho phép một lượng lớn không khí được hút vào đường ống. Và khi cột nước quay trở lại trạm bơm, van sẽ xả không khí ra ngoài. Nếu có hiện tượng tách cột nước và chúng ta thấy điều đó trong báo cáo, cách đơn giản, dễ dàng và hiệu quả nhất là sử dụng loại van xả khí chống va đập. Chúng tôi đã nói về các loại van này trong các tập trước khi sử dụng trên đường ống, nhưng chúng cũng có thể được sử dụng tại trạm bơm. Và điều mà van xả khí chống va đập làm được một cách đơn giản và dễ dàng mà không cần sử dụng năng lượng hay điện là khi máy bơm dừng lại và áp suất giảm về 0, một lượng lớn không khí sẽ được hút vào đường ống. Như vậy, chúng ta có một bong bóng khí lớn bên trong ống. Khi cột nước này quay trở lại trạm bơm, bong bóng khí đó sẽ muốn thoát ra rất nhanh.

Van xả khí chống va đập sẽ xả khí ra ngoài với tốc độ rất chậm và kiểm soát, nghĩa là chúng ta thực sự sử dụng lượng không khí đã được hút vào ống để thoát ra ngoài một cách từ từ. Vì vậy, về cơ bản, khí được xả ra với tốc độ rất chậm và kiểm soát. Đây là giải pháp cực kỳ hiệu quả và đã được chứng minh qua rất nhiều ứng dụng trong nhiều năm. Quan trọng là nó có thể được mô phỏng trên phần mềm và các công cụ khác để đảm bảo phù hợp với mục đích sử dụng và an toàn.

Vì vậy, van xả khí chống va đập là một lựa chọn rất tốt chỉ khi có hiện tượng tách cột nước.

Đúng vậy, vậy nếu không có sự tách cột nhưng áp suất vẫn dương, thì có giải pháp thay thế nào không?

Vâng, vì vậy van chống va đập khí ở vị trí như vậy sẽ không có tác dụng gì. Vì vậy, những gì chúng ta sẽ trải nghiệm trong những điều kiện đó là khi máy bơm dừng lại, đúng như bạn nói, áp suất sẽ giảm xuống, nhưng nó vẫn sẽ duy trì ở trạng thái dương. Tuy nhiên, điều chúng ta sẽ thấy là khi cột nước đó quay trở lại trạm bơm và nén toàn bộ năng lượng đó, chúng ta sẽ thấy một đỉnh áp suất tăng nhanh tại đó.

Từ góc độ của chúng tôi, có ba giải pháp chính mà chúng tôi có thể cung cấp. Một trong số đó được gọi là van xả áp suất phản ứng nhanh. Ví dụ, nếu chúng ta có một đường ống rất ngắn, chỉ dài 800 mét, và chúng ta gặp phải sóng hồi lưu quay trở lại trong vòng 0,8 giây; thì chúng tôi có các van xả áp suất phản ứng rất nhanh sẽ ngay lập tức tiêu tán năng lượng đó khi nó vượt quá điều kiện bình thường.

Đối với chúng tôi, đó là van xả áp suất tác động trực tiếp VRCA, rất đơn giản, hiệu quả và hoạt động rất tốt trong điều kiện như vậy. Nếu đó là một đường ống dài hơn và chúng ta gặp phải sóng hồi lưu quay trở lại trong 3, 4, 5 giây; chúng tôi có thể sử dụng một loại van gọi là van dự đoán sóng xung kích. Đây là công nghệ mà Bermad đã có trong nhiều năm. Nó thực sự đã được kiểm chứng và rất hiệu quả, và về cơ bản, nó dự đoán sóng hồi lưu này quay trở lại, đúng như tên gọi van dự đoán sóng xung kích. Vì vậy, nó thực sự mở ra khi chúng ta thấy sóng áp suất thấp, và khi sóng hồi lưu quay trở lại, năng lượng đó sẽ được tiêu tán qua van xả áp, sau đó van sẽ đóng lại từ từ.

Nó được gọi là van dự đoán sóng xung kích, vì vậy có nhiều cách để cấu hình nó, nhưng nó rất an toàn. Về cơ bản, nó giống như một cầu chì thủy lực trong đường ống, đảm bảo rằng chúng ta sẽ dự đoán được sóng hồi lưu quay trở lại, chúng ta sẽ xả nó ra, và đóng lại từ từ với tốc độ kiểm soát rất chặt chẽ để đảm bảo không tạo ra sóng thứ cấp. Đây là một tính năng đã được kiểm chứng về cách khắc phục vấn đề đó.

Cách thứ ba có thể chỉ là chúng ta gặp phải sự tăng áp nhẹ, và nó sẽ quay trở lại rất chậm vì ống có thể là PVC hoặc poly, nên sóng có thể quay trở lại trạm bơm trong 60-70 giây. Khi đó, chúng ta có thể lắp đặt một van xả áp suất tiêu chuẩn, đối với chúng tôi, van này sẽ mở ra vừa đủ để loại bỏ năng lượng đó và đóng lại thật chậm và nhẹ nhàng để làm giảm sóng xung kích.

Vì vậy, đối với chúng tôi, có 3-4 giải pháp chính với chi phí khá hợp lý. Chúng tôi biết chúng hoạt động thực tế và có thể mô phỏng, tích hợp vào phần mềm để dự đoán hiệu quả hoạt động của chúng. Và tất nhiên, tất cả đều dựa vào kinh nghiệm và hiểu biết về cách thiết kế, lắp đặt chúng.

Đây là một số giải pháp đã được kiểm chứng mà chúng tôi đã sử dụng cho hiện tượng búa nước.

Chắc chắn rồi. Vậy nếu tôi hiểu đúng, van thủy lực mà bạn đang nói đến không được kết nối với điện, cũng không có nguồn pin dự phòng. Có đúng không?

Chắc chắn rồi. Một trong những điều then chốt rất quan trọng ở đây, Sarah, là chúng ta đang giả định rằng đã có một tia sét đánh, mất điện và không có nguồn điện. Chúng ta muốn có một giải pháp thủy lực có thể hoạt động chính xác trong những điều kiện đó.

Bây giờ, trong một số đường ống rất phức tạp, đôi khi chúng tôi thực sự lắp đặt thêm bộ pin dự phòng và cũng sẽ lắp một cuộn dây điện từ trên van. Chúng tôi làm điều này nếu biết rằng sẽ có các sóng thứ cấp quay trở lại, bởi vì đôi khi trong các đường ống rất phức tạp, việc tìm kiếm giải pháp không phải là một câu trả lời đơn giản hay nhanh chóng, mà có thể khá phức tạp. Nhưng nhìn chung, chúng tôi không yêu cầu bất kỳ nguồn điện dự phòng nào. Vì vậy, về cơ bản, đó hoàn toàn là một giải pháp thủy lực từ góc nhìn của chúng tôi.

Tuyệt vời. Colin, có vẻ như van dự đoán tăng áp là một thiết kế linh hoạt và hiệu quả có thể giảm tác động của hiện tượng búa nước trong mọi điều kiện trạm bơm. Công nghệ này đã được kiểm chứng và đủ tin cậy để các kỹ sư và nhà thiết kế cân nhắc sử dụng chưa?

Chắc chắn rồi, Sarah. Công nghệ này đã tồn tại từ rất lâu. Trong nhiều, rất nhiều năm, tôi đã làm việc với các van dự đoán sóng áp và van xả áp suất. Và điều quan trọng nhất ở đây là không chỉ đơn giản mở một cuốn catalogue và đề xuất một sản phẩm. Điều quan trọng là phải hiểu báo cáo sóng áp thực sự có ý nghĩa gì. Nếu bạn thực sự hiểu được mức độ và thời gian mà các sóng áp này sẽ quay trở lại trạm bơm, và bạn đã đặt ra những câu hỏi đúng ngay từ đầu, đồng thời có đầy đủ các công cụ cần thiết, bạn hoàn toàn có thể thiết kế cách lắp đặt van và cách nó xả nước, bởi vì trong nhiều trường hợp, chúng ta có thể loại bỏ lượng nước đó. Nhưng nếu chúng ta không loại bỏ nó đủ nhanh, thì hệ thống sẽ không phản ứng kịp thời và sẽ xuất hiện một đỉnh sóng áp.

Tôi vẫn còn nhớ một tình huống khi chúng tôi sử dụng van dự đoán sóng áp và nước chảy ra qua van của chúng tôi thông qua một ống xả lớn, khoảng 50 mét phía dưới đổ ra sông. Và khi van thực sự đóng lại, khi sóng áp đã tiêu tan, chúng tôi đã tạo ra một lực hút chân không rất lớn trong đường ống phía hạ lưu đến mức làm sập cả đường ống. Bạn có thể dễ dàng khắc phục điều đó bằng cách lắp đặt một van phá chân không và thực hiện nhiều thiết kế khác nhau để đảm bảo an toàn. Ý tôi muốn nói là kinh nghiệm là tất cả.

Chúng tôi có rất nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực này và làm rất tốt, điểm khác biệt của Bermad là không chỉ thiết kế và sản xuất sản phẩm phù hợp với mục đích sử dụng, mà chúng tôi còn hỗ trợ nhà thiết kế đảm bảo lắp đặt đúng cách, lắp đặt các van cách ly liên quan, hệ thống ống, khối chống đẩy và mọi thứ khác để đảm bảo khi hệ thống hoạt động thì nó hoạt động ổn định. Bởi vì hậu quả cuối cùng là nếu bạn làm sai, bạn sẽ làm hỏng một thứ gì đó.

Chúng ta học hỏi từ những sai lầm của mình, và tôi không nói rằng chúng tôi chưa từng mắc sai lầm, nhưng chắc chắn chúng tôi luôn cố gắng không lặp lại chúng lần thứ hai.

Suy nghĩ tốt đấy. Đó là một ý kiến hay. Chà, chắc chắn là bạn và đội ngũ Bernard có rất nhiều kinh nghiệm trong việc giảm thiểu hiện tượng va đập nước tại các trạm bơm, Colin, đặc biệt là trong trường hợp mất điện. Cuộc trò chuyện này thực sự rất bổ ích. Cảm ơn bạn rất nhiều vì đã trò chuyện với tôi. Tôi mong chờ lần tiếp theo.

Để tìm hiểu thêm về ngành nước, bao gồm sản phẩm, mẹo, lắp đặt, vận hành và kỹ thuật bảo trì, hãy truy cập https://www.bermad.com.au và đăng ký nhận bản tin ngành của chúng tôi. Bạn sẽ gia nhập hơn 3000 chuyên gia trong ngành và học hỏi từ đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm của Bermad.

Cảm ơn bạn đã theo dõi tập này của Controlling Water. Để xem thêm các tập khác, tài nguyên và hướng dẫn, hãy truy cập https://www.bermad.com.au ngay hôm nay.