CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG KHÍ NÉN CỦA CÁC NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP!
- Các nhà máy công nghiệp sử dụng khí nén trong rất nhiều hoạt động sản xuất. Khí nén tạo ra từ các thiết bị nén khí có công suất trong khoảng từ 5 mã lực (hp) cho tới hơn 50.000 mã lực. Báo cáo năm 2003 của Cơ quan Năng lượng Mỹ cho thấy, 70 – 90% khí nén bị tổn thất dưới dạng nhiệt, ma sát, tiếng ồn và do sử dụng không đúng. Vì vậy, máy nén và hệ thống khí nén là những khu vực quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong nhà máy.
- Cần lưu ý rằng, chi phí vận hành một hệ thống khí nén đắt hơn nhiều so với chi phí mua máy nén (xem hình 1). Tiết kiệm năng lượng nhờ cải tiến hệ thống chiếm khoảng từ 20 đến hơn 50% tiêu thụ điện, có thể mang lại hàng trăm nghìn USD. Quản lý hệ thống khí nén hợp lý có thể giúp tiết kiệm năng lượng, giảm khối lượng bảo dưỡng, rút ngắn thời gian ngừng vận hành, tăng cường hiệu quả công việc.
- Hình 1. Các khoản chi phí trong một hệ thống khí nén điển hình
- Sau đây là một số giải pháp có thể giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả cho nhà máy:
- Thông gió phòng đặt máy nén khí:
- Phòng đặt máy nén và chất lượng khí hút vào máy nén có ảnh hưởng rất lớn đến mức năng lượng tiêu thụ. Không khí nóng sau khi thổi mát của máy nén khí cần được thoát khỏi phòng máy nén một cách dễ dàng, nếu không rất nhiều không khí nóng có thể hút vào đầu vào của máy. Như vậy mô hình chung làm tăng nền nhiệt độ môi trường nên dẫn đến máy hoạt động ở điều kiện nhiệt độ cao.
- Ở một số nhà máy phòng đặt máy nén khí có lắp đặt 2 quạt hút gió nóng ra ngoài. Tuy nhiên nhiệt độ trong phòng vẫn rất cao do lượng nhiệt phát sinh trong quá trình hoạt động của máy nén, các cửa sổ lại không thể mở ra nhiều để hút khí tươi vào bởi vì có thể sẽ hút thêm bụi vào phòng làm lọc bẩn gây giảm áp lực và nhiệt độ cao hơn, máy phải làm việc nặng hơn thực tế và nếu hơi nước, bụi và các chất bẩn có nhiều trong khí vào, chúng sẽ gây ra bám bẩn ở các bộ phận bên trong máy nén như các van, bánh công tác, trục vít. Những cặn bám này sẽ gây mòn sớm và làm giảm năng suất của máy nén. Hơn nữa bộ lọc không khí được lắp đặt ngay trong máy nén, dù có quạt thổi khí trong phòng vào buồng máy nhưng nhiệt độ không khí bên trong gian máy nén vẫn rất cao, điều này làm cho máy nén luôn hoạt động ở nhiệt độ cao, dễ xảy ra sự cố nhất là vào mùa nóng.
- Để giải quyết vấn đề này có thể lắp thêm hệ thống ống gió quạt hút để hút khí nóng bên trong máy nén ra ngoài, trong phòng đặt máy nén khí có thể bố trí một quạt cấp khí tươi và một quạt hút để thông gió cho phòng (trường hợp không cần thiết không nên mở cửa sổ). Hoặc nếu điều kiện không cho phép thì có thể di chuyển vị trí đặt bộ lọc khí vào ra bên ngoài buồng, ở phía trên máy nén nhưng cần chú ý phải thường xuyên vệ sinh phòng đặt máy nén thật sạch sẽ.
- Hình 2. Một phương án thông gió cho phòng đặt máy nén khí
- Giảm sụt áp trong bộ lọc khí:
- Việc lắp đặt một bộ lọc khí vào máy nén là cần thiết, nếu không thì phải lấy khí vào từ vị trí sạch và mát. Các nhà sản xuất máy nén thường cung cấp hoặc đề xuất một loại bộ lọc chuyên dụng cho khí vào để bảo vệ máy nén. Việc lọc không khí vào máy nén càng tốt thì khối lượng bảo dưỡng càng giảm. Tuy nhiên, cần giảm thiểu sự sụt áp qua bộ lọc khí vào (bằng cách chọn đúng công suất bộ lọc và bảo dưỡng tốt bộ lọc) để ngăn ngừa hiệu ứng thắt hẹp làm giảm công suất máy nén. Cần giám sát thường xuyên tình trạng của bộ lọc khí vào và vệ sinh định kỳ. Sụt áp qua một bộ lọc khí vào không được vượt quá 0,05 bar, nếu vượt quá cần phải dừng máy kiểm tra vệ sinh ngay hoặc thay thế.
- Hình 3. Bộ lọc khí vào
- Điều chỉnh nước làm mát:
- Trên bộ phận làm mát bằng nước, duy trì nhiệt độ / lưu lượng / áp suất / chất lượng nước vào làm mát để đạt được nhiệt độ hoạt động thấp hơn nhất là trong những tháng mùa hè. Cần chú ý, sử dụng nước ở nhiệt độ thấp hơn làm giảm tiêu thụ điện. Tuy nhiên, nhiệt độ nước làm mát quá thấp sẽ làm độ ẩm trong không khí ngưng tụ, nếu không được xả bỏ, nước ngưng sẽ có nguy cơ làm hỏng các bộ phận của máy nén. Khi bộ làm mát không hiệu quả (do cặn bám,...), sẽ làm không khí ẩm, nóng đi vào bình tích, tạo thêm nước ngưng tụ trong các bình tích khí và đường ống phân phối, làm tăng ăn mòn, sụt áp và rò rỉ trong đường ống cũng như trong các thiết bị sử dụng cuối cùng. Vì vậy, cần làm sạch định kỳ và đảm bảo đủ lưu lượng ở nhiệt độ hợp lý cả ở các bộ làm mát để đảm bảo duy trì kết quả hoạt động mong muốn.
- Đặt áp suất làm việc:
- Với cùng một năng suất, máy nén tiêu thụ nhiều điện hơn ở áp suất cao hơn. Không nên vận hành máy nén ở mức áp suất vượt quá áp suất vận hành tối ưu vì như vậy sẽ không chỉ lãng phí năng lượng mà còn dẫn đến mòn nhanh, từ đó gây các lãng phí năng lượng khác. Hiệu suất thể tích của một máy nén cũng giảm khi áp suất cấp cao hơn.
- Giảm áp suất cấp cho hệ thống:
- Khả năng giảm (tối ưu hoá) mức đặt áp suất cấp cần được thực hiện thông qua các nghiên cứu kỹ về yêu cầu áp suất ở những thiết bị khác nhau và về sụt áp trên đường phân phối từ nguồn cấp khí nén tới các điểm sử dụng. Các mức tiết kiệm điển hình nhờ giảm áp suất cho trong bảng 1. Nếu một bộ phận tiêu thụ hoặc một nhóm thiểu số các bộ phận tiêu thụ của nhà máy cần áp suất cao hơn nhóm còn lại trong dây chuyền, nên xem xét việc lắp riêng một hệ thống cho nhóm đó hoặc lắp đặt thêm máy tăng áp suất khí nén tại các bộ phận tiêu thụ này, nhờ đó có thể duy trì nhóm đa số vận hành ở áp suất thấp. Vận hành hệ thống máy nén ảnh hưởng một phần đến giá thành của khí nén. Chẳng hạn như, vận hành máy ở mức 120 PSIG thay vì 100 PSIG sẽ tiêu tốn hơn 10% năng lượng, cũng như tăng tỷ lệ rò rỉ. Cần nỗ lực giảm áp suất đặt của máy nén và hệ thống xuống mức thấp nhất có thể.
- Bảng 1. Tác động của việc giảm áp suất cấp đối với mức tiêu thụ điện
- Chú ý: Giảm áp suất 1 bar trong máy nén sẽ giảm tiêu thụ điện từ 6 – 10 %.
- Tách biệt các nhu cầu áp cao và áp thấp:
- Nếu nhu cầu áp suất thấp nhiều, nên phát khí nén áp suất cao và thấp riêng rẽ và cấp riêng cho từng bộ phận thay vì phát với áp suất cao rồi dùng van giảm áp để giảm áp suất, sau đó cấp cho các hộ tiêu thụ áp suất thấp sẽ gây lãng phí năng lượng.
- Giảm thiểu rò rỉ hệ thống:
- Rò rỉ khí nén sẽ gây lãng phí điện đáng kể. Vì rất khó thấy các rò rỉ không khí, cần phải sử dụng các biện pháp khác để xác định các chỗ rò. Cách tốt nhất để tìm ra vết rò là sử dụng bộ dò âm thanh siêu âm (xem hình 4), để tìm ra những âm thanh xì hơi tần số cao do rò khí. Phát hiện rò rỉ bằng siêu âm là phương pháp tìm rò rỉ phổ biến nhất cho các nhà máy sử dụng hệ thống khí nén. Có thể sử dụng phương pháp này cho nhiều dạng phát hiện rò rỉ khác nhau.
- Hình 4. Bộ phát hiện rò rỉ siêu âm
- Rò rỉ thường hay xảy ra ở các mối nối. Có thể xử lý bằng cách rất đơn giản là xiết chặt mối nối hoặc rất phức tạp như là thay các thiết bị hỏng, gồm khớp nối, ống ghép, các đọan ống, ống mềm, gioăng, các điểm xả ngưng và bẫy ngưng. Trong rất nhiều trường hợp, rò rỉ có thể do làm sạch các đoạn ren không đúng cách hoặc lắp vòng đệm làm kín không chuẩn. Chọn các ống ghép, ống ngắt, ống mềm và ống cứng có chất lượng cao và lắp đặt đúng cách, sử dụng ren làm kín phù hợp để tránh rò rỉ về sau.
- Xả nước ngưng:
- Sau khi khí nén rời buồng nén, máy sấy khí sẽ giảm nhiệt độ khí xả xuống dưới điểm sương (với hầu hết các điều kiện môi trường xung quanh) và do đó, một lượng hơi nước đáng kể sẽ ngưng tụ. Để vận hành tốt, đường xả ngưng phải có độ dốc từ bình chứa ra ngoài. Có thể sẽ có nước ngưng thêm nếu đường ống phân phối làm khí lạnh đi và do vậy, tại nhà máy ở những điểm thấp trên đường ống phân phối nên có bẫy ngưng và đường xả nước ngưng.
- NGUỒN: Tham khảo và tổng hợp
| Giảm áp suất | Mức tiết kiệm điện (%) | ||
|---|---|---|---|
| Từ (bar) | Xuống đến (bar) | Làm mát bằng nước 1 cấp | |
| 6,8 | 6,1 | 4 | |
| 6,8 | 5,5 | 9 | |
