07 bước thiết kế hệ thống khí nén cho nhà máy

  Thiết kế hệ thống khí nén nhà xưởng bắt đầu từ việc lên ý tưởng, tính toán, lựa chọn, sắp đặt các thiết bị trong hệ thống khí nén: máy nén khí trục vít, máy sấy khí nén, bình chứa khí nén, bộ lọc khí nén công nghiệp. Trong nhà máy, nhà xưởng sản xuất có nhiều công đoạn thiết bị cần cấp khí nén để hoạt động. Kỹ sư cần tính toán tất cả lưu lượng khí nén cần dùng để hệ thống khí nén đáp ứng được yêu cầu mà chi phí tối thiểu. 

• Bước 1: Liệt kê tất cả các thiết bị sử dụng khí nén có trong hệ thống
• Bước 2: Xác định thành phần chính trong hệ thống khí nén
• Bước 3: Lựa chọn loại máy nén khí phù hợp
• Bước 4: Xác định vị trí lắp đặt hệ thống khí nén
• Bước 5: Tính tổng lưu lượng khí nén
• Bước 6: Tính trạm khí nén
• Bước 7: Chọn máy và vẽ sơ đồ bố trí hệ thống khí nén

Bước 1: Liệt kê tất cả các thiết bị sử dụng khí nén có trong hệ thống

Trong một nhà máy không phải chỉ có một thiết bị bị sử dụng khí nén. Việc xác định được các thiết bị cần dùng khí nén này giúp ta hình dung được quy mô của hệ thống và có sự chuẩn bị phù hợp. Chỉ khi đáp ứng được tất cả các thiết bị đã liệt kê, hệ thống mới hoạt động liên tục và không xảy ra lỗi.

Đầu tiên, ta cần xác định được lưu lượng của dòng khí nén, mức độ sạch cần đạt là bao nhiêu? Từ đó, ta chọn mua loại máy nén khí phù hợp, số lượng bộ lọc khí nén công nghiệp cần lắp đặt và kích cỡ, thông số kỹ thuật ra sao .vv

Với các ngành khác nhau thì yêu cầu về chất lượng khí nén đầu ra cũng có sự khác biệt lớn. Ví dụ với các ngành khai khoáng thì chỉ cần khí nén có áp suất, lưu lượng lớn là được. Nhưng với các ngành như y tế, chế biến thực phẩm sạch…khí nén đầu ra cần phải khô, tinh khiết, không lẫn hơi dầu và độ sạch gần mức tuyệt đối.

Ta có thể tham khảo tiêu chuẩn khí nén:

• Thông qua độ sạch và độ khô của khí nén chất lượng khí nén có tiêu chuẩn cụ thể quy định trong ISO 8573-1/JIS B 8392-1.
• Đối với ngành công nghiệp cần đến chất lượng khí siêu sạch cần chọn máy nén đạt tiêu chuẩn Class 0.

Bước 2: Xác định thành phần chính trong hệ thống khí nén

Có nhiều bộ phận trong một hệ thống khí nén như: bộ lọc khí vào, thiết bị làm mát giữa các cấp, thiết bị làm mát sau (làm mát sau nén); thiết bị làm khô khí, bẫy lọc ẩm, bình chứa, hệ thống đường ống, bộ lọc, thiết bị điều tiết và bôi trơn… Mỗi phần này đều có vai trò riêng, điển hình là:

• Bộ lọc khí nén: Giúp ngăn bụi, cặn bẩn lẫn trong khí. Bụi bẩn có thể gây tắc nghẽn van, mòn xilanh và ảnh hưởng tới các thiết bị khác.
• Thiết bị làm mát giữa các cấp: Giúp giảm nhiệt độ của khí trước khi đi vào. Từ đó, giúp giảm tải nén và tăng hiệu suất. Thông thường, khí sẽ được làm mát bằng nước.
• Thiết bị làm mát sau: Giúp giảm nhiệt độ trong bộ trao đổi nhiệt bằng bằng cách loại bỏ hơi nước có trong khí.
• Bộ làm khô khí: Giúp làm khô lượng hơi ẩm còn sót lại sau khi nén khí. Tại đây, hơi ẩm được làm khô nhờ các chất hấp thụ như gel silic oxit, than hoạt tính,…
• Bẫy lọc ẩm: Giúp loại bỏ độ ẩm trong khí nén. Van xả bằng tay, các van xả tự động hoặc xả theo khoảng thời gian,… là những loại bẫy được tin chọn nhiều.
• Bình chứa: Các bình chứa khí ngoài việc chứa khí còn giúp giảm các xung khí nén, nhờ vậy giảm thay đổi áp suất từ máy nén.

Bước 3: Lựa chọn loại máy nén khí phù hợp

Để giúp bạn dễ dàng chọn được loại máy phù hợp với hệ thống của mình, chúng tôi cung cấp một bảng so sánh như sau:

Bước 4: Xác định vị trí lắp đặt hệ thống khí nén

Việc đọ đạt và tìm ra khoảng cách sẽ giúp bạn thiết kế được hệ thống chuẩn và an toàn. Điều này còn giúp bạn tiết kiệm nhiều chi phí cũng như điện năng.

Bước 5: Tính tổng lưu lượng khí nén

Vì máy nén khí khi đưa vào thực tế sử dụng sẽ có ít nhiều sự thay đổi so với lý thuyết. Các yếu tố như môi trường, nhiệt độ, độ ẩm,.. ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình vận hành của máy. Vì thế, tính được lưu lượng khí nén giúp bạn vận hành hệ thống tốt hơn, hạn chế tình trạng quá tải. tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ của máy cùng các thiết bị đi kèm.

Công thức tính lưu lượng khí nén

Q=(P2-P1)/[P0x(V/T)]           (đơn vị: Nm³/minute)

Trong đó:

• Q lưu lượng khí nén cần tính toán
• P là áp suất của máy (kg/cm2)
• P2 là áp suất đạt được (kg/cm2)
• P1 là áp suất ban đầu lúc vận hành máy (kg/cm2)
• P0 là áp suất tuyệt đối của khí quyền (kg/cm2).
• V là thể tích của các thiết bị chứa khí nén bao gồm đường ống, bình tích áp khí nén, lọc khí hay các thiết bị làm mát, máy sấy
• T là thời gian máy chạy để đạt từ P1 đến P2.

Bước 6: Tính trạm khí nén

Trạm khí nén hay chai khí là bình chứa khí nén. Nếu chọn bình khí nén có dung tích nhỏ quá sẽ khiến máy nén khí vào tải và ra tải liên tục, giảm tuổi thọ của máy nén khí. Nếu chọn bình khí nén có dung tích quá lớn sẽ gây ra sự lãng phí và khi mới khởi động, máy nén khí sẽ tốn nhiều thời gian hơn để đạt được áp suất sử dụng trong bình khí nén.

Để tính được mức dung tích bình chứa cần dùng bạn áp dụng công thức tính thể tích bình chứa khí sau:

Công thức tính dung tích bình chứa khí nén thông qua công suất máy nén khí

 V (lít)= Công suất máy nén khí (Hp) * 40 (lít)

Lưu ý: Phần lớn mức công suất máy nén khí thường được để dưới dạng kw bởi vậy phải chuyển đổi sang đơn vị Hp.

1 Kw = 1.341 Hp

Ví dụ: Máy nén khí công suất 10 HP (7.5 Kw) cần dùng bình có thể tích V= 10*40 = 400 lít.

Bước 7: Chọn máy và vẽ sơ đồ bố trí hệ thống khí nén

Tuỳ vào từng hệ thống mà bạn sẽ thiết kế và bố trí hệ thống khí nén của mình sao cho phù hợp. Dưới đây là hệ thống khí nén cơ bản: