Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống khí nén


  HỆ THỐNG KHÍ NÉN - Tiết kiệm Năng Lượng

1. Mục tiêu

- Hiểu những vấn đề cơ bản của Hệ thống khí nén về vận hành, bảo trì sao cho hiệu quả năng lượng

- Hiểu được tại sao phải tiết kiệm năng lượng cho hệ thống khí nén

- Xác định các vấn đề và giải pháp tiết kiệm năng lượng đối với hệ thống khí nén trong nhà máy

2. Tại sao cần quan tâm đến hệ thống khí nén

Tỉ lệ tiêu thụ năng lượng của các hệ thống/ khu vực trong một nhà máy may

 

Các công đoạn sử dụng khí nén trong ngành dệt may

 


Tỉ lệ các chi phí phổ biến
 

 

Giản đồ Sankey – Sơ đồ năng lượng trong hệ thống máy nén khí


 Hệ  thống khí nén thông thường có hiệu quả năng lượng rất thấp, khoảng 70 – 90% năng lượng bị tổn thất

3. Sơ đồ nguyên lý một hệ thống khí nén

 

4. Quản lý và theo dõi hiệu suất của máy nén khí

4.1. Các bước kiểm tra năng suất máy nén khí

  


Tính năng suất của máy nén khí theo công thức sau:

Lưu lượng khí nén thực tế =   (m3/min)

Trong đó:

P2: Áp suất cài đặt ở mức cao (kg/cm2)

P1: Áp suất ban đầu (kg/cm2) sau khi xả

P0: Áp suất khí quyển (kg/cm2)

V: Thể tích bình chứa, bao gồm bình chứa, bộ giải nhiệt và đường ống (m3)

T: Thời gian để nâng áp suất lên đến P2 (min)

4.2. Kiểm tra và quản lý rò rỉ khí nén

 

Lưu ý: Các bước cần thực hiện liên tục theo định kỳ và kết hợp với quy trình hoạt động của hệ thống khí nén

BƯỚC 1: TÌM KIẾM RÒ RỈ - 3 BIỆN PHÁP

- Nghe: phù hợp vào thời gian nghỉ trưa, nghỉ giữa ca và vào các ngày nghỉ

- Nước xà phòng: có thể xác định nhiều vị trí rò rỉ ở những chỗ đặc biệt

- Kiểm tra bằng siêu âm: biện pháp nhanh, linh hoạt để xác định rò rỉ

Những vị trí rò rỉ thường gặp

 

BƯỚC 2: ĐÁNH DẤU (GẮN THẺ) VỊ TRÍ

- Thiết kế và lập bảng gắn thẻ rò rỉ

- Đào tạo, khuyến khích đồng nghiệp tìm và đánh dấu vị trí rò rỉ

- Tạo nhật ký cho các thẻ theo dõi

 

BƯỚC 3: KHẮC PHỤC RÒ RỈ - NGĂN NGỪA RÒ RỈ

- Đảm bảo các rò rỉ được xử lý

- Cập nhật vị trí/khu vực được nhận dạng

- Theo dõi việc xử lý các vị trí gắn thẻ

- Thống kê loại mối nối, vật liệu dễ bị rò rỉ

BƯỚC 4: ĐO ĐẠC VÀ BÁO CÁO (ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ)

 



4.3. Áp suất cài đặt

Áp suất cài đặt càng cao, máy nén tiêu thụ công suất càng lớn và hiệu suất thể tích giảm

- Vận hành 1 máy nén tại 100 PSIG thay vì 120 PSIG: giảm tiêu thụ năng lượng 10% và giảm lưu lượng khí rò rỉ

- Giảm áp suất nén của máy nén 1 bar sẽ giảm công suất tiêu thụ 6 – 10%


Lý do áp suất đầu ra cao hơn nhu cầu và cách khắc phục


5. Theo dõi và kiểm soát tổn thất áp suất

Tổn thất áp suất tại các thành phần chính

- Bộ lọc: 0.5 – 1.5 psi (1psi = 0.069bar)

- Máy sấy: 2 – 3 psi

- Đường ống phân phối: 3 – 4 psi (ma sát, van, co).

- Yêu cầu thiết kế đường ống:

   + Thẳng

   + Dốc xuống

   + Vận tốc < 20 fps

   +   Đầu góp ống nhánh lấy ra từ bên trên để tránh nước đọng

   + Bẫy nước đọng tại cuối đường ống hoặc ở những vị trí thấp

   + Thay các nối T bằng các nối góc

   + Sử dụng các đầu nối lớn hơn (3/8” có tổn thất áp suất 1/6 so với 1/4”)

   + Sử dụng đường ống có kích thước phù hợp 



Để kiểm soát tổn thất áp suất

- Sử dụng thiết bị với tổn thất thấp: bộ làm mát khí, tách nước, sấy không khí, bộ lọc,…

- Tuân thủ theo đúng yêu cầu bảo trì của nhà sản xuất

- Giảm khoảng cách: thiết kế đường ống phân phối khí nén đến nơi tiêu thụ ngắn nhất có thể

- Sử dụng với mức lưu lượng thực tế: xác định kích thước các bộ phận theo lưu lượng thực tế không phải theo lưu lượng trung bình

Các bước theo dõi và kiểm soát tổn thất áp suất – 4 bước

 

6. Các giải pháp tiết kiệm và tối ưu hóa hệ thống khí nén

 

6.1. Các giải pháp không đầu tư và đầu tư thấp

6.1.1. Khắc phục rò rỉ khí nén

Thực hiện khắc phục rò rỉ khí nén theo các bước đã được nêu trong mục 4.2 (thực hiện gồm 4 bước).

6.1.2. Giảm lạm dụng khí nén

Không sử dụng khí nén cho các mục đích không phục vụ sản xuất như:

- Dùng khí nén vệ sinh cá nhân

- Dùng khí nén làm mát (giải nhiệt) các thiết bị,…

6.1.3. Cải thiện năng suất máy nén khí

- Lập bảng theo dõi năng suất máy nén định kỳ để kịp thời có biện pháp khắc phục

- Tăng cường giải nhiệt máy nén và tạo không gian thông thoáng cho phòng máy nén

- Bảo trì bảo dưỡng máy nén định kỳ

- Giảm nhiệt độ đầu vào máy nén khí

Tác động của nhiệt độ khí nén đến công nén

 

Nhiệt độ không khí tăng mỗi 50C -> tăng 1.5% điện năng tiêu thụ

Nguyên nhân làm tăng nhiệt độ không khí đầu vào và hướng khắc phục

 

6.1.4. Sử dụng bẫy nước ngưng tự động theo mực nước

 


- Bẫy thoát kiểu phao/cơ

    + Yêu cầu bảo trì thường xuyên

    + Dễ đóng cáu cặn

    + Có thể dẫn tới rò rỉ khí nén

- Van điện từ thì hiệu quả hơn

   + Ít bộ phận di động

  + Có hiển thị cảnh báo khi bị hỏng

6.2. Các giải pháp đầu tư vừa và cao

6.2.1. Sử dụng mạch vòng, giảm áp suất cài đặt

 

Hệ thống đường ống có hiệu quả tốt nhất là một vòng khép kín quanh khu vực tiêu thụ khí nén.

Ống nhánh sẽ đi từ vòng chính này tới các điểm tiêu thụ khác nhau

Ưu điểm:

- Cung cấp lượng khí nén không đổi

- Đảm bảo đồng nhất áp suất

- Cân bằng giữa lưu lượng và áp suất

- Hạn chế sụt áp giả trên đường ống

Các bước thực hiện

 

6.2.2. Điều khiển hệ thống máy nén khí trung tâm

Lắp đặt bộ điều khiển để điều khiển đồng bộ các máy nén khí sao cho các máy hoạt động như sau:

- Chỉ 1 máy nén khí trong cùng hệ thống hoạt động Load/Unload đáp ứng nhu cầu thay đổi của tải

- Các máy nén còn lại chạy ở chế độ Full load hoặc dừng/standby

6.2.3. Lắp biến tần cho máy nén khí

Các bước thực hiện để lắp đặt biến tần cho hệ thống máy nén khí hiện hữu

 

Ưu điểm:

- Giảm tiêu thụ năng lượng trong thời gian không tải

- Giảm áp suất trung bình do giảm tiêu thụ và rò rỉ

- Áp suất ổn định, lưu lượng đều

Thực hiện đầu tư máy nén khí mới có tích hợp biến tần điều khiển

Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ gọn hơn 2 lần

- Biến tần (VFD) được tích hợp từ đầu nên phần điện và phần cơ khớp với nhau hoạt động hiệu quả hơn

- Tiềm năng tiết kiệm điện cao hơn máy thường lắp VFD hoạt động cùng tải tiêu thụ

- Rủi ro xảy ra sự cố khi máy nén hoạt động với VFD rất thấp so với máy thường lắp VFD

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư cao

- Thời gian thu hồi vốn nhiều hay ít phụ thuộc và đặc tính tải tiêu thụ và số lượng máy nén có trong hệ thống

- Môi trường đặt máy nén phải thoáng, nhiệt độ và độ ẩm thấp

- Cần tính toán tải tiêu thụ chính xác trước khi đầu tư

6.2.4. Sử dụng máy nén tăng áp (Booster air compressor)

Áp dụng cho những tải tiêu thụ khí nén áp suất cao, chiếm tỉ lệ không nhiều so với các tải sử dụng khí nén áp suất thấp trong nhà máy

- Máy nén sử dụng khí nén: phù hợp với những tải tiêu thụ khí nén có lưu lượng nhỏ

- Máy nén sử dụng động cơ điện: phù hợp với những tải tiêu thụ khí nén có lưu lượng lớn

 

6.2.5. Thu hồi nhiệt máy nén khí

- Sử dụng bộ thu hồi nhiệt từ dầu bôi trơn và khí nóng

- Hệ thống có thể gia nhiệt nước đến 900C (theo nhà cung cấp)

- Thích hợp cho việc thay thế các ứng dụng sản xuất nước nóng bằng điện, dầu,…

Các bước thực hiện:

 


 

6.2.6. Đầu tư máy nén trục vít thay cho máy nén pitton

Máy nén khí trục vit có hiệu suất cao hơn so với máy nén khí pitton. Bảng dưới đây so sánh 2 loại máy nén khí này: