Bạn đã bao giờ nghe một dụng cụ khí nén hoạt động trong nhà máy hoặc nhìn thấy máy khoan dùng khí tại công trường xây dựng chưa? Cả hai đều phụ thuộc vào khí nén, một trong những nguồn năng lượng và khí quy trình được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp.
Khí nén là không khí trong khí quyển được nén cơ học đến áp suất cao hơn áp suất của môi trường xung quanh. Năng lượng áp suất được lưu trữ sau đó có thể được vận chuyển qua đường ống và giải phóng tại nơi cần sử dụng.
Bài viết này giải thích khí nén là gì, cách khí nén được tạo ra, những thành phần nào cấu thành một hệ thống khí nén công nghiệp, khí nén được sử dụng ở đâu và cách xử lý khí cũng như bảo trì đúng cách giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống.
Khí nén là gì?
Khí nén là không khí được duy trì ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển.
Không khí môi trường chủ yếu gồm nitơ và oxy, cùng với một lượng nhỏ các khí khác và hơi nước. Vì khí có thể nén được, thể tích mà không khí chiếm có thể giảm bằng cách tác dụng lực cơ học.
Trong quá trình nén, một số thay đổi xảy ra:
- Thể tích không khí giảm
- Áp suất tăng
- Nhiệt độ tăng
- Hơi nước trở nên tập trung hơn
Năng lượng áp suất được lưu trữ trong khí nén sau đó có thể được chuyển đổi thành chuyển động cơ học, dòng khí hoặc năng lượng quy trình.
Đây là lý do khí nén thường được sử dụng để vận hành dụng cụ khí nén, xi lanh, cơ cấu chấp hành, van, thiết bị vận chuyển, máy móc sản xuất và hệ thống tự động hóa.
Áp suất tương đối và áp suất tuyệt đối
Hai mốc áp suất thường được sử dụng trong kỹ thuật khí nén.
Áp suất tương đối đo áp suất so với áp suất khí quyển xung quanh.
Áp suất tuyệt đối đo áp suất so với chân không tuyệt đối.
Mối quan hệ giữa chúng có thể được biểu thị như sau:
Áp suất tuyệt đối = Áp suất tương đối + Áp suất khí quyển
Hiểu rõ loại mốc áp suất đang được sử dụng rất quan trọng khi so sánh thông số thiết bị, hiệu suất máy nén và yêu cầu xử lý khí.
Tại sao quá trình nén tạo ra nhiệt?
Nén không khí cần năng lượng cơ học.
Khi không khí bị ép vào một thể tích nhỏ hơn, nhiệt độ của nó tăng lên. Nhiệt nén này là một yếu tố quan trọng trong các hệ thống công nghiệp vì không khí rời khỏi máy nén có thể nóng hơn nhiều so với môi trường xung quanh.
Khi khí nén sau đó nguội đi trong bộ làm mát sau nén, bình chứa, hệ thống đường ống hoặc thiết bị xử lý, một phần hơi nước có thể ngưng tụ thành nước lỏng.
Đây là một trong những lý do chính khiến việc quản lý độ ẩm trở nên cần thiết trong các hệ thống khí nén.
Nhiệt nén cũng có thể được thu hồi trong một số quy trình xử lý khí. Ví dụ, máy sấy tái sinh sử dụng nhiệt nén có thể tận dụng năng lượng nhiệt trong khí xả nhiệt độ cao của máy nén để tái sinh chất hút ẩm.
Khí nén được tạo ra như thế nào?
Khí nén được tạo ra bằng máy nén khí.
Máy nén hút không khí môi trường vào máy và sử dụng năng lượng cơ học để tăng áp suất. Động cơ điện thường được sử dụng làm nguồn dẫn động chính trong các hệ thống máy nén công nghiệp.
Máy nén thường có thể được chia thành hai nhóm chính.
Máy nén thể tích
Máy nén thể tích giữ một lượng không khí và giảm thể tích của nó bằng cơ học.
Các ví dụ phổ biến bao gồm:
- Máy nén piston
- Máy nén trục vít
Máy nén trục vít được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp cần lưu lượng khí liên tục và tương đối ổn định.
Máy nén động lực
Máy nén động lực trước tiên làm tăng vận tốc không khí, sau đó chuyển một phần vận tốc đó thành áp suất.
Máy nén ly tâm là một ví dụ phổ biến và thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp có lưu lượng lớn hơn.
Bất kể loại máy nén nào, khí nén rời khỏi máy thường vẫn cần được làm mát, tách ẩm, lưu trữ, lọc và đôi khi sấy trước khi đến điểm sử dụng.
Các thành phần của hệ thống khí nén
Một hệ thống khí nén công nghiệp bao gồm nhiều hơn chỉ riêng máy nén. Cấu hình chính xác phụ thuộc vào lưu lượng, áp suất, chất lượng khí, điểm sương áp suất và điều kiện ứng dụng yêu cầu.
Một hệ thống điển hình có thể bao gồm các thiết bị sau.
1. Bộ lọc khí đầu vào
Bộ lọc đầu vào giúp ngăn bụi trong không khí và các hạt lớn hơn đi vào máy nén.
Giữ sạch phía đầu vào giúp bảo vệ các bộ phận của máy nén và hỗ trợ vận hành ổn định.
2. Máy nén khí
Máy nén tạo ra áp suất và lưu lượng khí nén yêu cầu.
Việc lựa chọn cần xem xét:
- Lưu lượng yêu cầu
- Áp suất vận hành yêu cầu
- Chế độ tải
- Chu kỳ làm việc
- Yêu cầu chất lượng khí
- Nhu cầu trong tương lai
3. Bộ làm mát sau nén
Khí nén rời khỏi máy nén ở nhiệt độ cao.
Bộ làm mát sau nén loại bỏ nhiệt khỏi khí nén. Khi nhiệt độ giảm, một phần hơi nước ngưng tụ và sau đó có thể được tách khỏi dòng khí.
4. Bình chứa khí
Bình chứa khí cung cấp khả năng lưu trữ khí nén tạm thời và giúp ổn định hoạt động hệ thống.
Tùy theo hệ thống, bình chứa có thể giúp:
- Đệm các thay đổi về nhu cầu khí
- Giảm dao động áp suất nhanh
- Hỗ trợ điều khiển máy nén
- Cung cấp thêm thời gian làm mát
- Cho phép nước ngưng tích tụ để xả
5. Máy sấy khí nén
Ngay cả sau khi làm mát và tách nước ngưng ban đầu, khí nén vẫn chứa hơi nước.
Máy sấy làm giảm lượng ẩm còn lại xuống điểm sương áp suất chấp nhận được.
Hai công nghệ quan trọng là sấy bằng tác nhân lạnh và sấy hấp thụ.
Sấy bằng tác nhân lạnh
Máy sấy khí tác nhân lạnh làm mát khí nén để lượng hơi nước bổ sung ngưng tụ và có thể được tách ra.
Trong quá trình sấy bằng tác nhân lạnh, khí nén được làm mát trong dàn bay hơi môi chất lạnh đến điểm sương áp suất khoảng 2–10°C, sau đó lượng ẩm ngưng tụ được tách và xả.
Để biết giải thích chi tiết hơn, xem cách sấy khí bằng tác nhân lạnh hoạt động.
Sấy hấp thụ
Khi cần điểm sương áp suất thấp hơn đáng kể, có thể sử dụng công nghệ hấp thụ.
Khí nén đi qua một lớp chất hút ẩm, nơi hơi nước còn lại được hấp thụ.
Ví dụ, máy sấy hấp thụ module dòng M cung cấp điểm sương áp suất đầu ra ≤−20°C, với tùy chọn −40°C.
Đối với các ứng dụng cần sấy sâu hơn, xem hướng dẫn về hệ thống máy sấy khí hấp thụ.
6. Bộ lọc khí nén
Chỉ sấy khí không thể xử lý mọi chất ô nhiễm.
Bộ lọc khí nén có thể được sử dụng để loại bỏ hạt rắn, aerosol lỏng, aerosol dầu và các chất ô nhiễm khác tùy theo chất lượng khí yêu cầu.
Các cấp lọc khác nhau có thể được kết hợp theo yêu cầu loại bỏ hạt và dầu.
Các nhà máy đang đánh giá việc bảo trì hệ thống lọc có thể tham khảo hướng dẫn thay bộ lọc máy sấy khí.
7. Bộ xả nước ngưng và đường ống phân phối
Nước ngưng được thu gom trong bộ làm mát, bình chứa, bộ tách, bộ lọc và máy sấy cần được xả một cách đáng tin cậy.
Bộ xả tự động giúp loại bỏ chất lỏng tích tụ mà không cần vận hành thủ công liên tục.
Sau đó, mạng đường ống phân phối khí nén đã xử lý đến các khu vực sản xuất và điểm sử dụng.
Để có cái nhìn tổng quát hơn về kiến trúc hệ thống xử lý, xem các thành phần cốt lõi của hệ thống xử lý khí nén.
Tại sao khí nén cần được xử lý?
Xử lý khí là cần thiết vì máy nén không tạo ra khí hoàn toàn sạch và khô.
Dòng khí nén cuối cùng có thể chứa:
- Hơi nước
- Nước ngưng tụ
- Hạt trong không khí
- Aerosol dầu, tùy theo hệ thống
- Rỉ sét và mảnh vụn đường ống
- Các chất ô nhiễm khác được đưa vào phía hạ lưu
Độ ẩm có thể góp phần gây ăn mòn, cản trở thiết bị khí nén, làm nhiễm bẩn quy trình và gây vấn đề trong môi trường lạnh.
Mức xử lý phù hợp phụ thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng.
Thiết bị xưởng thông thường có thể chấp nhận điểm sương áp suất tương đối vừa phải, trong khi điện tử, dược phẩm, thiết bị đo, sản xuất chuyên biệt hoặc các quy trình nhạy cảm với độ ẩm khác có thể cần khí nén khô hơn nhiều.
Một bước tiếp theo hữu ích là xem cách lựa chọn máy sấy khí nén theo lưu lượng, áp suất, nhiệt độ và điểm sương áp suất yêu cầu.
Khí nén được sử dụng để làm gì?
Khí nén nhìn chung có thể được sử dụng như một nguồn công suất cơ học hoặc như một phần của quy trình công nghiệp.
Năng lượng và tự động hóa
Khí nén có thể vận hành:
- Dụng cụ va đập
- Máy khoan
- Máy mài
- Máy chà nhám
- Xi lanh khí nén
- Van điều khiển
- Hệ thống kẹp
- Băng tải
- Thiết bị sản xuất tự động
Vì hệ thống khí nén có thể cung cấp chuyển động nhanh và lặp lại, chúng được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp.
Sản xuất
Khí nén hỗ trợ lắp ráp, vận hành máy móc, vệ sinh, vận chuyển, định vị, thiết bị đo và thiết bị sản xuất trong nhiều nhà máy.
Ứng dụng trải rộng từ máy móc, điện tử, sản xuất ô tô, sản xuất thép, phát điện, sản xuất pin đến nhiều ngành công nghiệp khác.
Sản xuất thực phẩm và dược phẩm
Khí nén có thể hỗ trợ đóng gói, vận chuyển, vận hành khí nén và các quy trình sản xuất khác.
Trong các ứng dụng nơi khí nén có thể ảnh hưởng đến sản phẩm hoặc môi trường sản xuất, yêu cầu chất lượng khí cần được đánh giá cẩn thận.
Điện tử và sản xuất chính xác
Kiểm soát độ ẩm và nhiễm bẩn có thể đặc biệt quan trọng đối với điện tử và các quy trình chính xác khác.
Khí nén khô và được xử lý đúng cách có thể giúp bảo vệ thiết bị khí nén nhạy cảm và hỗ trợ điều kiện sản xuất ổn định.
Hóa dầu và xử lý hóa chất
Khí nén được sử dụng cho điều khiển khí nén, thiết bị đo, thiết bị quy trình và các hoạt động khác trong nhà máy.
Máy sấy và hệ thống lọc phù hợp cần được lựa chọn theo yêu cầu an toàn của quy trình và chất lượng khí yêu cầu.
Các ứng dụng công nghiệp khác
Các ứng dụng bổ sung có thể bao gồm:
- Vận chuyển bằng khí nén
- Sơn
- Xử lý vật liệu
- Khai khoáng
- Xử lý nước thải
- Đóng gói
- Máy công cụ
- Thiết bị đo
Cấu hình xử lý khí phù hợp có thể khác nhau đáng kể giữa các ứng dụng này.
Mẹo bảo trì hệ thống khí nén
Vận hành hiệu quả phụ thuộc vào cả máy nén và thiết bị xử lý phía hạ lưu.
1. Kiểm tra và sửa chữa rò rỉ khí
Rò rỉ làm lãng phí công suất máy nén và buộc hệ thống phải sản xuất nhiều khí hơn mức nhà máy thực sự sử dụng.
Khảo sát rò rỉ định kỳ cần bao gồm:
- Mối nối đường ống
- Ống mềm
- Khớp nối
- Van
- Bộ điều áp
- Kết nối tại điểm sử dụng
Phát hiện rò rỉ bằng siêu âm có thể giúp xác định các điểm rò rỉ khó nghe thấy trong môi trường sản xuất ồn ào.
Thay vì giả định một tỷ lệ tổn thất năng lượng chung, các nhà máy nên đo mức rò rỉ thực tế của hệ thống và ưu tiên sửa chữa theo lượng khí thất thoát thực tế.
2. Bảo trì bộ lọc
Bộ lọc bẩn có thể làm tăng chênh áp và hạn chế dòng khí.
Kiểm tra và thay lõi lọc theo điều kiện vận hành thực tế và khuyến nghị của nhà sản xuất.
Tổn thất áp suất qua thiết bị xử lý cũng cần được theo dõi vì tổn thất áp suất không cần thiết làm tăng áp suất máy nén cần thiết để duy trì áp suất đầy đủ tại điểm sử dụng.
Để biết thêm chi tiết, xem tổn thất áp suất khí nén và hiệu suất hệ thống.
3. Theo dõi hiệu suất máy sấy
Không đánh giá tình trạng máy sấy chỉ dựa vào việc có nhìn thấy nước lỏng hay không.
Theo dõi các thông số liên quan như:
- Điểm sương áp suất
- Nhiệt độ đầu vào
- Nhiệt độ môi trường
- Lưu lượng khí
- Áp suất
- Hoạt động của bộ xả
- Tình trạng làm lạnh hoặc tái sinh
Đối với thiết bị hấp thụ, tình trạng chất hút ẩm, van chuyển đổi, hệ thống purge hoặc tái sinh và bộ lọc cũng cần được kiểm tra định kỳ.
4. Kiểm tra bộ xả nước ngưng
Bộ xả bị tắc hoặc hỏng có thể khiến nước ngưng tích tụ và di chuyển xuống phía hạ lưu.
Kiểm tra các bộ xả được lắp trên:
- Bộ làm mát sau nén
- Bộ tách ẩm
- Bình chứa khí
- Bộ lọc
- Máy sấy
Bảo đảm nước ngưng được loại bỏ đáng tin cậy trong điều kiện vận hành thực tế.
5. Tránh áp suất hệ thống cao không cần thiết
Sản xuất khí ở áp suất cao hơn yêu cầu của quy trình làm tăng tải cho máy nén và cũng có thể làm tăng tổn thất do rò rỉ.
Mục tiêu là duy trì đủ áp suất tại điểm sử dụng đồng thời giảm thiểu áp suất không cần thiết trong quá trình tạo khí, xử lý và phân phối.
6. Theo dõi bộ trao đổi nhiệt và hệ thống làm mát
Bộ trao đổi nhiệt bẩn, thông gió không đủ hoặc nước làm mát không đáp ứng có thể làm giảm hiệu suất máy sấy và máy nén.
Đặc biệt đối với máy sấy khí tác nhân lạnh, tình trạng bình ngưng và hiệu suất làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến chu trình làm lạnh.
7. Lưu hồ sơ bảo trì
Ghi lại các thông tin chính như:
- Áp suất máy nén
- Nhu cầu lưu lượng
- Điểm sương áp suất của máy sấy
- Chênh áp bộ lọc
- Kiểm tra bộ xả
- Sửa chữa rò rỉ
- Ngày bảo dưỡng
- Cảnh báo bất thường
Dữ liệu xu hướng có thể cho thấy sự suy giảm dần trước khi phát triển thành vấn đề sản xuất.
Câu hỏi thường gặp về khí nén
1. Tại sao khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp?
Khí nén dễ phân phối qua đường ống và có thể vận hành nhiều loại bộ phận khí nén, dụng cụ, van, cơ cấu chấp hành và thiết bị tự động hóa.
Nó đặc biệt hữu ích khi cần chuyển động cơ học đơn giản, nhanh hoặc phân phối năng lượng khí nén tập trung.
Tuy nhiên, khí nén không phải lúc nào cũng là nguồn năng lượng hiệu quả nhất cho mọi nhiệm vụ. Mức độ phù hợp cần được đánh giá theo ứng dụng và tổng chi phí vận hành của hệ thống.
2. Điểm sương áp suất của khí nén là gì?
Điểm sương áp suất, hay PDP, là nhiệt độ mà tại đó hơi nước bắt đầu ngưng tụ trong khi không khí vẫn ở áp suất vận hành.
PDP thấp hơn cho thấy khí nén khô hơn.
Điểm sương áp suất yêu cầu phụ thuộc vào ứng dụng và công nghệ máy sấy. Hệ thống tác nhân lạnh thường cung cấp điểm sương trung bình, bao gồm khoảng 2–10°C PDP đối với máy sấy khí tác nhân lạnh Lingyu, trong khi hệ thống hấp thụ có thể cung cấp điểm sương thấp hơn đáng kể.
3. Tại sao khí nén cần được sấy?
Độ ẩm có thể ngưng tụ khi khí nén nguội đi.
Nước này có thể góp phần gây ăn mòn đường ống, các vấn đề với thiết bị khí nén, nhiễm bẩn quy trình và đóng băng khi đường ống tiếp xúc với nhiệt độ thấp.
Sấy khí làm giảm rủi ro bằng cách giảm lượng hơi nước còn lại trong khí nén.
4. Các ứng dụng khác nhau có cần điểm sương khác nhau không?
Có.
Không có một điểm sương áp suất duy nhất phù hợp cho mọi hệ thống khí nén.
Máy sấy khí tác nhân lạnh có thể phù hợp khi chỉ cần kiểm soát độ ẩm ở mức trung bình. Sấy hấp thụ hoặc sấy kết hợp phù hợp hơn khi cần điểm sương áp suất thấp hơn đáng kể.
Hệ thống sấy kết hợp sử dụng sấy sơ bộ bằng tác nhân lạnh sau đó là hấp thụ, giúp giảm tải ẩm lên giai đoạn chất hút ẩm đồng thời đạt điểm sương áp suất cuối cùng thấp hơn nhiều.
5. Làm thế nào để chọn máy sấy khí?
Các yếu tố lựa chọn quan trọng bao gồm:
- Điểm sương áp suất yêu cầu
- Lưu lượng khí thực tế
- Áp suất đầu vào
- Nhiệt độ đầu vào
- Điều kiện môi trường
- Điều kiện làm mát
- Số giờ vận hành
- Chi phí năng lượng
- Tổn thất áp suất
- Yêu cầu bảo trì
Lựa chọn thiết bị chỉ theo công suất máy nén hoặc lưu lượng danh định có thể dẫn đến hiệu suất kém nếu điều kiện đầu vào thực tế khác với điều kiện định mức của máy sấy.
Giải pháp xử lý khí nén Lingyu
Guangdong Lingyu Energy Equipment Co., Ltd. cung cấp thiết bị xử lý và phân tách khí nén, bao gồm máy sấy khí tác nhân lạnh, máy sấy hấp thụ tái sinh, hệ thống sấy kết hợp, máy tạo nitơ và bộ lọc khí nén chính xác.
Các cấu hình máy sấy khác nhau có sẵn cho các yêu cầu loại bỏ độ ẩm và năng lượng khác nhau, bao gồm công nghệ tác nhân lạnh, không gia nhiệt, gia nhiệt bằng khí purge, gia nhiệt bằng quạt thổi, sử dụng nhiệt nén, module và kết hợp.
Tùy theo model và cấu hình, một số thiết bị có thể hỗ trợ các chức năng như truyền thông RS-485, kết nối IoT, điều khiển lập trình, giám sát điểm sương và điều khiển tiết kiệm năng lượng.
Lingyu cũng cung cấp tư vấn kỹ thuật, chạy thử thiết bị, hỗ trợ sửa chữa và bảo trì, phụ tùng và các giải pháp bảo trì tùy chỉnh.
Đối với việc lựa chọn máy sấy, cấu hình hệ thống hoặc yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho dự án, người dùng có thể liên hệ Lingyu.
