Cấu Hình Bơm Cấp Liệu Hydrocyclone Cho Mỏ Than Quảng Ninh: Tính Toán Áp Suất Và Chọn Bơm

Đăng ngày 28/08/2026 · Bởi Coolair Group Engineering · 12 phút đọc

Tại các nhà máy tuyển than Quảng Ninh — Vàng Danh, Mạo Khê, Hà Lầm, Hòn Gai — bơm cấp liệu hydrocyclone là thiết bị chạy liên tục 20 đến 22 giờ mỗi ngày với vai trò quyết định chất lượng sản phẩm. Một bơm chọn sai sẽ khiến hiệu suất phân loại giảm 10 đến 25%, đồng nghĩa với tỷ lệ tro trong sản phẩm đáy vượt tiêu chuẩn và phải tuyển lại.

Bài viết này tổng hợp cách tính áp suất đầu vào cyclon, cách chọn model bơm phù hợp với điều kiện than antraxit vùng Đông Bắc, và các lỗi thường gặp khi vận hành thực tế tại nhà máy tuyển.

1. Vai Trò Của Bơm Trong Tuyến Hydrocyclone

Hydrocyclone không có bộ phận chuyển động. Toàn bộ năng lượng phân loại hạt đến từ áp suất và vận tốc dòng chảy do bơm cấp. Nếu bơm không đủ áp, hạt mịn sẽ đi theo dòng xoáy lên trên cùng với sản phẩm đỉnh, lẫn vào than sạch. Nếu bơm thừa áp, hạt thô bị ép theo dòng về sản phẩm đáy, lẫn vào đá, giảm hiệu suất thu hồi.

Trong dây chuyền tuyển than, cụm 8 đến 16 cyclon được lắp song song, mỗi cyclon đường kính 6 đến 10 inch. Một bơm cấp liệu đơn hoặc đôi cung cấp bùn cho cả cụm. Sai số áp suất cho phép ở miệng vào chỉ trong khoảng ±0,15 bar, đòi hỏi bơm có đường đặc tính dốc, không bị sụt áp khi lưu lượng dao động.

Tại Vàng Danh, cụm cyclon thường chạy với lưu lượng 90 đến 140 m³/giờ mỗi cyclon, áp suất đầu vào 1,0 đến 1,4 bar. Đường kính ống cấp liệu DN100 hoặc DN150, kết nối trực tiếp với bơm AH 4/3 hoặc 6/4 qua đế chung.

2. Tính Áp Suất Đầu Vào Cyclon

Có ba con số cần xác định trước khi chọn bơm: áp suất yêu cầu tại miệng cyclon, tổn thất đường ống, và tổn thất phụ kiện.

Áp suất yêu cầu tại cyclon

Với than antraxit cỡ hạt -0,5 mm (sau sàng lắp), áp suất đầu vào tối ưu là 0,9 đến 1,3 bar. Công thức kinh nghiệm:

P(cyclon) = 0,5 × D(cyclon, mm) / 100 × ρ(bùn)

Trong đó ρ(bùn) là tỷ trọng bùn (tấn/m³). Với cyclon đường kính 150 mm và bùn tỷ trọng 1,4 tấn/m³, ta có P ≈ 1,05 bar. Tăng đường kính cyclon lên 250 mm thì P giảm còn 0,7 bar, nhưng độ phân giải hạt cũng giảm theo.

Tổn thất đường ống

Tổn thất phụ thuộc vào chiều dài, đường kính ống, vận tốc dòng và tỷ trọng bùn. Công thức Hazen-Williams cho nước không áp dụng trực tiếp cho bùn, cần nhân thêm hệ số 1,5 đến 1,8 cho bùn than antraxit cỡ hạt dưới 1 mm. Thực tế đo tại Mạo Khê cho thấy:

• Đường ống DN100, chiều dài 30 m, lưu lượng 80 m³/giờ: tổn thất 0,4 đến 0,5 bar
• Đường ống DN150, chiều dài 50 m, lưu lượng 120 m³/giờ: tổn thất 0,5 đến 0,7 bar
• Đường ống DN200, chiều dài 80 m, lưu lượng 200 m³/giờ: tổn thất 0,6 đến 0,9 bar

Tổn thất phụ kiện

Mỗi van cầu tính 0,1 bar, khuỷu 90° tính 0,05 bar, đồng hồ đo tính 0,1 bar. Một tuyến cấp liệu điển hình có 2 van cầu, 4 khuỷu, 1 đồng hồ đo, tổng tổn thất phụ kiện khoảng 0,4 đến 0,5 bar.

Cộng lại, bơm cần cột áp: 1,1 + 0,6 + 0,4 = 2,1 bar, tương đương khoảng 21 m cột nước. Bơm AH 4/3 với cánh 360 mm đạp được cột áp này ở lưu lượng 80 đến 100 m³/giờ.

3. Chọn Model Bơm Cho Than Antraxit

Ba model bơm phù hợp cho tuyến hydrocyclone tuyển than Quảng Ninh:

Mẹo chọn bơm: tính lưu lượng thực tế tăng 15% so với định mức để có dự phòng cho thời điểm tải cao. Lấy ví dụ, nếu cụm cyclon cần 100 m³/giờ, chọn bơm có điểm làm việc tối ưu ở 115 m³/giờ. Điều này tránh cho bơm chạy sát giới hạn trên, kéo dài tuổi thọ vòng bi và phớt cơ khí.

Một yếu tố hay bị bỏ qua: nhiệt độ bùn. Nhà máy tuyển than Quảng Ninh vận hành quanh năm, mùa đông nhiệt độ bùn có thể xuống 8 đến 12°C, mùa hè lên 28 đến 32°C. Nhiệt độ thấp làm tăng độ nhớt bùn, đòi hỏi bơm có công suất đầu vào cao hơn 5 đến 8%. Đây là lý do một số nhà máy phải nâng công suất motor từ 30 kW lên 37 kW sau vài năm vận hành.

4. Vật Liệu Cánh Bơm Và Liner

Thanh antraxit cứng hơn than bituminous (độ cứng Mohs 2 đến 2,5 so với 1,5 đến 2), nhưng hạt mịn thường kèm theo bụi đá và cát từ tầng kẹp. Cánh bơm cao su polyurethane là lựa chọn phù hợp nhất vì ba lý do:

1. Chịu mài mòn đều. Cao su không bị xước rãnh như kim loại, nên hiệu suất bơm giảm chậm theo thời gian thay vì đột ngột.
2. Giá thành thấp hơn 30%. Cánh cao su polyurethane cho bơm AH 4/3 giá khoảng 8 đến 12 triệu VNĐ, thấp hơn cánh kim loại A05 cùng kích thước.
3. Thay nhanh, không cần căn chỉnh. Cánh cao su lắp vào đế bằng bu lông, thời gian thay khoảng 2 đến 3 giờ cho hai người, không cần máy cân trục.

Tuổi thọ trung bình của cánh cao su polyurethane tại nhà máy tuyển than Quảng Ninh là 2.500 đến 3.800 giờ, tương đương 4 đến 6 tháng vận hành liên tục. Liner cao su volute cùng đợt sản xuất có tuổi thọ dài hơn 20 đến 30%, do chịu dòng chảy thứ cấp thay vì dòng sơ cấp.

Khi nào dùng kim loại? Nếu bùn cấp có nồng độ trên 50% trọng lượng hoặc chứa hạt sỏi trên 3 mm, cánh kim loại A05 hoặc A07 là lựa chọn bền hơn. Lúc này, cân nhắc lắp cánh bơm chrome cao và liner kim loại cùng bộ, độ bền đạt 3.500 đến 5.000 giờ.

5. Vận Hành Thực Tế Tại Quảng Ninh

Ba điểm tinh tế thường bị bỏ qua khi đưa bơm vào vận hành tuyến hydrocyclone than.

Van xả khí trên đường ống cấp

Đường ống cấp liệu từ bơm lên cụm cyclon thường đi qua nhiều đoạn cao thấp. Khi bơm dừng đột ngột, khí tích tụ ở điểm cao nhất, tạo túi khí. Lần khởi động lại, bơm sẽ mất 10 đến 15 phút mới ổn định áp suất. Lắp van xả khí tự động ở điểm cao nhất giúp giảm thời gian ổn định xuống dưới 2 phút.

Áp kế ở cả đầu vào và đầu ra bơm

Hầu hết nhà máy chỉ lắp áp kế đầu ra. Lắp thêm áp kế đầu vào bơm giúp phát hiện sớm hiện tượng xoáy khí (air entrainment) khi bùn cấp từ bể chứa xuống. Áp đầu vào âm quá 0,3 bar là dấu hiệu cần kiểm tra bể chứa hoặc van chân.

Đo dòng điện motor mỗi ca

Dòng điện motor tăng dần theo thời gian mài mòn cánh bơm. Nếu dòng tăng 8 đến 10% so với định mức trong khi áp suất vẫn giữ, cánh bơm đã mòn và cần lên lịch thay. Không chờ đến khi áp suất sụt mới thay, vì lúc đó chất lượng sản phẩm đã kém từ vài ngày trước.

Tại Hà Lầm, đội bảo trì đã giảm 22% lần dừng bơm không kế hoạch sau khi áp dụng quy tắc này: theo dõi dòng điện motor 3 lần mỗi ca và thay cánh khi vượt 108% định mức.

6. Lịch Bảo Trì Và Phụ Tùng Dự Trữ

Bơm cấp liệu hydrocyclone không dừng được, việc dừng đồng nghĩa với ngưng cả tuyến tuyển. Do đó, phụ tùng dự trữ tại mỗi nhà máy phải đủ cho ít nhất hai lần thay cánh và một lần đại trùng tu vòng bi.

Phụ tùng hạng A: dự trữ tại mỏ

• Cánh bơm (impeller) polyurethane: 2 bộ cho mỗi model bơm đang chạy
• Liner volute cao su: 1 bộ cho mỗi model
• Phớt cơ khí: 2 bộ (một dùng, một dự phòng)
• Vòng bi trục: 1 bộ cho mỗi bơm

Phụ tùng hạng B: dự trữ kho tỉnh

• Tấm lót thân khung (frame plate liner): 2 bộ
• Throat bush: 2 bộ
• Cover plate: 1 bộ

Phụ tùng hạng C: đặt hàng khi cần

• Bánh đà (shear pin, coupling)
• Bộ giảm chấn (base)
• Motor điện (dự trữ 1 chiếc cho cả nhà máy)

Lịch bảo trì định kỳ cho mỗi bơm cấp liệu hydrocyclone: kiểm tra cánh mỗi 500 giờ, thay cánh khi đường kính giảm 8 đến 12%, kiểm tra vòng bi mỗi 1.500 giờ, đại tu phớt và vòng bi mỗi 4.500 đến 6.000 giờ. Tuân thủ lịch này giúp tuổi thọ bơm đạt 18.000 đến 24.000 giờ, tương đương 3 đến 4 năm vận hành liên tục.

Một số nhà máy tại Quảng Ninh đã chuyển sang dùng cánh bơm cao su chuyên dụng cho tuyển than, thiết kế tối ưu cho hạt antraxit cỡ -0,5 mm, dễ thay và có sẵn tại kho Hải Phòng. Kết hợp với tấm lót volute cao su cùng dòng sản phẩm, hiệu suất phân loại cyclon ổn định hơn và tổng chi phí sở hữu giảm 18 đến 25% so với dùng phụ tùng kim loại không chuyên dụng.

Kết Luận

Bơm cấp liệu hydrocyclone là mắt xích quyết định hiệu suất tuyển than. Chọn đúng model, tính đúng áp suất yêu cầu, dự trữ đủ phụ tùng: ba việc này làm đúng sẽ giảm 30 đến 45% sự cố không kế hoạch và giữ chất lượng sản phẩm đáy ổn định theo tiêu chuẩn.

Với nhà máy tuyển than Quảng Ninh, mô hình phổ biến nhất là bơm AH 4/3 cánh cao su polyurethane cấp cho cụm 8 đến 10 cyclon 6 inch, áp suất làm việc 1,0 đến 1,3 bar, lưu lượng 80 đến 100 m³/giờ. Số liệu này phù hợp với phần lớn thiết kế hiện có và có thể áp dụng ngay khi thay thế hoặc bổ sung bơm.

Sản phẩm liên quan:

• Cánh bơm polyurethane cho tuyển than Quảng Ninh
• Liner volute cao su cho bơm cấp liệu
• Cụm hydrocyclone Cavex tương thích
• Nắp đậy khung bơm bùn than
• Phụ tùng tương thích Warman AH