Hệ thống khí nén có thể nói là một thiết bị rất quan trọng và không thể thiếu trong nhiều ngành nghề công nghiệp khác nhau. Nó cung cấp năng lượng cho các công cụ sử dụng khí nén, thiết bị sản xuất,… các ứng dụng vô cùng đa dạng và phong phú.
Tuy nhiên, nếu một hệ thống khí nén công nghiệp không được tối ưu nó sẽ trở thành một thành phần tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong một cơ sở. Dưới đây là một số chiến lược chính và biện pháp tốt nhất cần cân nhắc khi bạn thiết kế hệ thống khí nén để nó có thể tối ưu nhất.
Một hệ thống khí nén được tối ưu có những lợi ích gì?
Một hệ thống khí nén khi được thiết kế cẩn thận, có tính toán kỹ lưỡng để tối ưu nhất cho công việc sẽ đem lại nhiều lợi ích đáng kể cho người dùng về nhiều mặt, bao gồm:
Tiết kiệm năng lượng & tăng hiệu suất: Điều đầu tiên khi nhắc tới lợi ích của tối ưu hệ thống khí nén phải nhắc tới việc giảm tiêu thụ điện. Máy nén khí là một trong những thiết bị tiêu thụ điện năng khá lớn, công suất càng lớn thì càng tốn nhiều chi phí, nhưng nó cũng sẽ được giảm bớt nếu bạn thiết kế được hệ thống tối ưu. Dĩ nhiên khi đã tối ưu thì việc hiệu suất của hệ thống sẽ được nâng cao hơn, giúp công việc của bạn không bị thiếu hụt hoặc dư thừa khí nén.
Tăng tuổi thọ máy móc: Việc duy trì áp suất và lưu lượng khí ổn định giúp giảm thiểu sự mài mòn của các thành phần máy nén, kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Hệ thống khí nén được tối ưu kèm thêm bảo trì định kỳ sẽ giúp phát hiện và khắc phục sớm các vấn đề kỹ thuật, tránh những hư hỏng lớn và tốn kém.
Nâng cao chất lượng sản phẩm: Khi tối ưu hệ thống thì áp suất khí nén sẽ được ổn định, tăng năng suất, giúp đảm bảo chất lượng và độ đồng đều của sản phẩm cuối, đặc biệt trong các quy trình sản xuất đòi hỏi độ chính xác cao.
Tăng độ tin cậy: Độ tin cậy của hệ thống khí nén sẽ được nâng lên cao về mọi mặt như tính ổn định, giảm thiểu thời gian ngừng máy và bị gián đoạn sản xuất. Việc duy trì hoạt động liên tục của hệ thống giúp tăng năng suất, sản lượng và hiệu quả sản xuất.
An toàn: Việc kiểm soát áp suất, nhiệt độ và các thông số khác giúp giảm thiểu rủi ro xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị.
Thân thiện với môi trường: Tiết kiệm năng lượng đồng nghĩa với việc giảm lượng khí thải carbon dioxide, góp phần bảo vệ môi trường.
Hiểu nhu cầu khí nén của bạn để tối ưu hệ thống
Trước khi thiết kế hoặc nâng cấp hệ thống khí nén cho cơ sở của bạn, hãy bắt đầu bằng cách hiểu nhu cầu sử dụng khí nén trên thực tế. Tức là, bạn cần xác định về áp suất khí nén, lưu lượng khí tổng các ứng dụng cần khí nén, chất lượng khí và công suất cần thiết để có thể xác định được hệ thống cần thiết cho công việc.
Các yếu tố cần xem xét khi đánh giá nhu cầu khí nén cho bạn các thông tin vô cùng quan trọng trong việc quyết định mua máy nén khí có thông số như thế nào, loại máy gì, từ đó tiến tới các bước tối ưu hệ thống khí nén tiếp theo.
Các thiết bị sử dụng khí nén: Bạn cần tính tổng các thiết bị sử dụng khí nén như loại thiết bị đó là gì, công suất tiêu thụ của chúng là bao nhiêu, áp suất làm việc cần thiết tối thiểu và tối đa như nào.
Mức độ sử dụng: Tần suất sử dụng khí nén trong một ca làm việc, một ngày, một tháng hoặc một quý bạn cần phải tính toán xem có cần khí nén liên tục hay không, những thiết bị sử dụng khí nén có dừng nghỉ không .v.v.
Lưu lượng khí: Lượng khí tiêu thụ của từng thiết bị và tổng lượng khí tiêu thụ của toàn hệ thống để mua máy nén khí có thể tạo ra lưu lượng khí tương đương đương. Nếu bạn dùng máy nén có lưu lượng quá thấp sẽ dẫn đến thiết hụt khí, không đủ hơi và máy phải làm việc liên tục nhanh hỏng hóc, còn nếu thừa quá nhiều hơi thì sẽ lãng phí và tốn kém chi phí đầu tư, vận hành.
Chất lượng khí: Chất lượng khí bạn cần là gì? Có yêu cầu về độ sạch độ tinh khiết không và độ khô không? Nếu có yêu cầu về chất lượng khí thì bạn cần phải trang bị thêm các thiết bị khác và nó cũng ảnh hưởng đến việc dùng loại máy nén khí nào.
Các phương pháp đánh giá nhu cầu khí nén:
- Phương pháp đo trực tiếp: Sử dụng các thiết bị đo lưu lượng, áp suất để đo trực tiếp tại các điểm sử dụng khí nén. Phương pháp này khá ổn khi bạn không rõ về các thông số cần thiết để xác định.
- Phương pháp tính toán: Dựa trên thông số kỹ thuật của các thiết bị sử dụng khí nén để tính toán nhu cầu về lưu lượng khí. Chúng thường có đơn vị tính là lít/phút hoặc m3/phút …
- Phần mềm mô phỏng: Sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng hệ thống và tính toán nhu cầu khí nén. Dành cho các nhà xưởng có quy mô lớn để tính toán chính xác nhất.
Ví dụ về các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu khí nén:
- Khi thay đổi sản phẩm, nhu cầu khí nén cũng thay đổi.
- Khi mở rộng quy mô sản xuất, nhu cầu khí nén tăng lên.
- Hiệu suất của các thiết bị sử dụng khí nén thay đổi sẽ ảnh hưởng đến nhu cầu khí nén.
Hiểu rõ nhu cầu khí nén là nền tảng để xây dựng và vận hành một hệ thống khí nén hiệu quả và tiết kiệm về nhiều mặt. Bằng cách đánh giá chính xác nhu cầu, bạn có thể tối ưu hóa hệ thống khí nén, giảm chi phí vận hành và nâng cao năng suất sản xuất.
Xem thêm:
Hãy xem xét cách bố trí cơ sở của bạn
Việc tiếp theo trong thiết kế hệ thống khí nén tiết kiệm năng lượng một cách tối ưu chính là bố cục của hệ thống. Vị trí của máy nén và khoảng cách khí di chuyển sẽ đóng vai trò trong bố cục hệ thống khí nén của bạn. Chiều dài của đường ống sẽ ảnh hưởng đến kích thước và cấu hình đường ống.
Những câu hỏi quan trọng cần cân nhắc:
- Vị trí đặt máy nén khí trạm ở đâu? Điều này sẽ xác định nơi cần khí nén nhiều nhất và tác động đến thiết kế hệ thống.
- Những công cụ khí nén nào đang được sử dụng và tần suất như thế nào? Điều này sẽ giúp xác định nhu cầu của bạn như đã nêu ở trên (*).
- Hệ thống cần đi xa đến mức nào? Điều này sẽ ảnh hưởng đến loại thiết bị, tính toán về sụt giảm áp suất, lưu lượng và nhu cầu lưu trữ cần thiết.
Chọn máy nén phù hợp với nhu cầu của bạn
Để có một hệ thống khí nén tối ưu hiệu quả năng lượng nhất, việc chọn loại máy nén khí phù hợp với nhu cầu là điều rất quan trọng. Sau đây là các loại máy nén phổ biến nhất và mục đích sử dụng chính của chúng.
- Máy nén khí trục vít: Khi các ứng dụng công nghiệp cần khối lượng lớn khí nén liên tục, máy nén khí trục vít là lựa chọn đầu tiên. Máy nén khí trục vít sử dụng hai rotor quay cùng lúc để di chuyển không khí xuống buồng. Chúng có hiệu suất cao, lưu lượng khí nhiều và cực kỳ đáng tin cậy.
- Máy nén khí piston: Máy nén khí piston là loại được sử dụng khá phổ biến ở thị trường Việt Nam, nó cung cấp khí nén gián đoạn, nên phù hợp với nhiều ứng dụng không cần đến khí nén liên tục và các nhu cầu sử dụng quy mô vừa và nhỏ bởi sự hạn chế về công suất.
- Máy nén khí cánh quay : Máy nén khí cánh quay tạo ra khí nén trong một buồng hình trụ có hai lỗ mở – một để hút và một để xả. Chúng cực kỳ linh hoạt và được sử dụng trong nhiều ứng dụng từ sơn đến phun cát, thiết bị nha khoa và dụng cụ điện.
- Máy nén khí ly tâm : Máy nén ly tâm chuyển đổi động năng thành thế năng với các cánh quạt quay với tốc độ cao. Chuyển động này đẩy nhanh khí về phía vùng ngoài của cánh quạt. Chúng thường được sử dụng trong làm lạnh, phát điện và xử lý hóa chất.
- Máy nén khí dạng cuộn: Máy nén dạng cuộn thường được tìm thấy trong các hệ thống HVAC như một cách hiệu quả để làm mát không khí mà không sử dụng nhiều năng lượng. Chúng đưa vào và nén chất làm lạnh trước khi đưa đến cuộn ngưng tụ để làm mát một khu vực. Chúng có thể xử lý áp suất cao và có tuổi thọ lâu dài.
Xem thêm: Phân loại máy nén khí
Tối ưu hóa hệ thống đường ống khí nén
Hệ thống đường ống không hiệu quả có thể dẫn đến sụt áp đáng kể, buộc máy nén phải làm việc nhiều hơn mức cần thiết, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Điều quan trọng là tối ưu hóa bố trí đường ống để có hiệu quả tốt nhất. Điều quan trọng nữa là phải chọn đúng vật liệu đường ống .
Những cân nhắc về đường ống:
- Giảm thiểu sự sụt áp : Thiết kế hệ thống đường ống với số khúc cua và hạn chế tối đa để tránh tổn thất áp suất không cần thiết.
- Chọn kích thước ống phù hợp : Chọn ống có đường kính phù hợp để xử lý luồng không khí hiệu quả mà không tạo ra tình trạng tắc nghẽn áp suất.
- Bố trí hệ thống vòng lặp : Hãy cân nhắc bố trí đường ống vòng lặp thay vì bố trí nhánh, vì điều này đảm bảo áp suất đồng đều hơn trong toàn bộ hệ thống và giảm nhu cầu tăng áp suất máy nén.
Xem thêm chi tiết: Lắp đặt hệ thống đường ống dẫn khí nén
Tập trung vào việc phòng ngừa rò rỉ khí nén
Rò rỉ khí là một trong những nguồn lãng phí năng lượng quan trọng nhất trong hệ thống khí nén. Ngay cả một rò rỉ nhỏ cũng có thể dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể theo thời gian. Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống thường xuyên để ngăn ngừa rò rỉ có thể giúp tiết kiệm chi phí đáng kể.
Giảm thiểu sự kém hiệu quả của hệ thống:
- Kiểm tra rò rỉ thường xuyên: Sử dụng máy đo rò rỉ để xác định các rò rỉ không phải lúc nào cũng có thể nghe thấy.
- Sửa chữa rò rỉ ngay lập tức: Sửa chữa bất kỳ rò rỉ nào ngay khi phát hiện để ngăn ngừa tình trạng kém hiệu quả về lâu dài.
- Đầu tư vào phụ kiện và gioăng chất lượng: Phụ kiện và gioăng chất lượng cao ít bị rò rỉ hơn, mang lại hiệu suất tốt hơn trong thời gian dài.
Sử dụng bình chứa khí nén một cách chiến lược
Lưu trữ khí nén là thành phần thiết yếu để đảm bảo sự ổn định của hệ thống, đặc biệt là trong thời điểm nhu cầu biến động. Bình chứa khí nén được thiết kế hợp lý có thể giúp giảm chu kỳ phải hoạt động của máy nén, giảm mức tiêu thụ năng lượng.
Những gợi ý để tìm bình chứa khí nén phù hợp
- Bình chứa khí có kích thước phù hợp: Bình chứa khí phải có kích thước phù hợp với thời gian nhu cầu cao điểm và cho phép máy nén hoạt động ở hiệu suất tối ưu. Quá nhỏ sẽ gây ra tình trạng thiếu khí, quá lớn sẽ lãng phí đầu tư.
- Áp suất làm việc: Áp suất làm việc của bình phải tương thích với áp suất làm việc của hệ thống.
- Bình khí đệm: Có thể lắp đặt bình khí đệm gần những điểm sử dụng có nhu cầu tăng đột biến, ngăn ngừa biến động áp suất trên toàn hệ thống và giảm nhu cầu máy nén phải làm việc nhiều hơn.
Xem thêm chi tiết: Bình chứa khí nén và cách chọn đúng dung tích
Lắp đặt máy sấy khí và bộ lọc hiệu quả
Độ ẩm và chất gây ô nhiễm trong không khí có thể làm hỏng thiết bị và làm giảm hiệu suất hệ thống, khiến máy sấy khí và bộ lọc trở thành thành phần thiết yếu. Tuy nhiên, máy sấy khí và bộ lọc được lựa chọn hoặc bảo dưỡng kém có thể tạo ra sự sụt áp không cần thiết và làm giảm hiệu suất năng lượng.
Có nhiều loại máy sấy khí khác nhau để đáp ứng nhu cầu cụ thể của ứng dụng của bạn. Từ máy sấy lạnh và máy sấy khô đến máy sấy hóa chất và máy sấy màng, điều quan trọng là phải thảo luận xem loại nào phù hợp nhất với cơ sở và nhu cầu của bạn.
Sử dụng hệ thống điều khiển thông minh
Hệ thống điều khiển thông minh có thể tự động hóa và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống khí nén của bạn, đảm bảo rằng nó chỉ chạy khi cần thiết và ở công suất phù hợp. Các hệ thống này liên tục theo dõi nhu cầu khí nén và điều chỉnh đầu ra của máy nén cho phù hợp. Trong các nhà máy lớn thì hệ thống điều khiển thông minh cho hệ thống khí nén là không thể thiếu.
Lợi ích của điều khiển thông minh:
- Chia sẻ tải: Phân bổ tải đều cho nhiều máy nén để tránh làm việc quá sức một máy.
- Tự động tắt: Tự động tắt máy nén khi không hoạt động để tránh sử dụng năng lượng không cần thiết.
- Giám sát từ xa: Nhiều hệ thống điều khiển hiện đại cung cấp tính năng giám sát từ xa, cho phép bạn theo dõi số liệu hiệu suất và xác định tình trạng kém hiệu quả từ mọi nơi.
Bảo trì thường xuyên để kéo dài tuổi thọ và hiệu quả
Một hệ thống khí nén hiệu quả cần được bảo trì thường xuyên để đảm bảo tất cả các thành phần hoạt động bình thường. Các hệ thống được bảo trì kém dễ bị rò rỉ, giảm áp suất và các vấn đề kém hiệu quả khác.
Nhiệm vụ bảo trì chính:
- Kiểm tra bộ lọc và máy sấy thường xuyên : Bộ lọc bẩn và máy sấy hoạt động không bình thường có thể làm tăng tình trạng sụt áp và tiêu thụ năng lượng.
- Theo dõi rò rỉ : Như đã đề cập trước đó, việc phát hiện rò rỉ thường xuyên là điều cần thiết để duy trì hiệu quả.
- Kiểm tra máy nén : Kiểm tra máy nén thường xuyên để xem có bị hao mòn không và thay dầu định kỳ để máy hoạt động hiệu quả.
Xem thêm: Bảo dưỡng máy nén khí