TRNG DI HC BACH KHOA KHOA MOI TRNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÁO CÁO MÔN HỌC SẢN XUẤT SẠCH HƠN ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT SẠCH HƠN HƠI KHÍ NÉN GVHD: PGS TS Đặng Viết Hùng Nhóm - Lớp: L01-A Thành viên: Huỳnh Quốc Trạng MSSV: 1513588 Nguyễn Hồng Sơn MSSV: 1512843 Nguyễn Minh Trung MSSV: 1513724 Nguyễn Anh Vũ MSSV: 1514108 Huỳnh Lê Ngọc Tuấn MSSV: 1513821 Đỗ Văn Tiến MSSV: 1513433 TPHCM, ngày 12 tháng 04 năm 2018 Mục Lục GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MÁY KHÍ NÉN 2.1 Nguyên tắc hoạt động 2.2 Phân loại máy nén khí 2.3 Máy nén kiểu pít tơng (Reciprocating compressors) 2.4 Máy nén kiểu cánh gạt (Rotary compressors) 3 ỨNG DỤNG CỦA MÁY KHÍ NÉN TRONG CÔNG NGHIỆP 4 ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG ĐẾN KHÍ NÉN 4.1 Độ ẩm 4.2 Nhiệt độ 4.3 Bụi bẩn 4.4 Yếu tố vận hành bảo dưỡng CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG KHÍ NÉN 5.1 Cân vật chất khí nén 5.2 Cân lượng SẢN XUẤT SẠCH HƠN CHO KHÍ NÉN 6.1 Tổn thất cân vật chất 6.2 Chi phí tiết kiệm 6.3 Tổn thất lượng GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI - Con người thường cho không khí nén rẻ, an tồn tiện lợi khơng khí, mà khơng khí lấy Nhưng người ta không khí sau nén lại áp suất cao (khơng khí nén) khơng phải khí rẻ lẽ chi phí vận hành cho hệ thống khí nén khơng nhỏ, đồng thời khơng khí nén áp suất cao ln tiềm ẩn nguy tai nạn - Với máy nén khí thơng thường chi phí đầu tư ban đầu chiếm 15% chi phí chu trình vịng đời máy nén khí chi phí bảo dưỡng chiếm 10%, chi phí lượng vận hành lên tới 75% - Hiện 10% lượng điện sử dụng cơng nghiệp để sản xuất khí nén, Việt Nam số tương đương với 2610 tỷ đồng Theo chuyên gia Hệ thống khí nén Eric Harding (Anh) thuộc Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên hợp quốc (UNIDO), ơng cho với giải pháp chi phí thấp chí khơng cần đầu tư tiết kiệm trung bình 30% chi phí vận hành hệ thống khí nén, tương đương với số 250.500 phát thải CO2 Từ nhận thấy “ Khơng khí nén khơng phải miễn phí, nguồn lực đắt đỏ, đừng lãng phí nó” NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MÁY KHÍ NÉN  Áp suất tạo từ máy nén, lượng học động điện động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt  Sơ đồ nguyên lí làm việc máy nén khí: 2.1 Nguyên tắc hoạt động Ngun lí thay đổi thể tích: Khơng khí dẫn vào buồng chứa,ở thể tích buồng chứa nhỏ lại.Như theo định luật Boy-Mariotte,áp xuất buồng chứa tăng lên.Các loại máy nén khí hoạt động theo nguyên lý như:máy nén khí píttong,cánh gạt,bánh răng… Ngun lí động năng: Khơng khí dẫn vào buồng chứa,ở áp suất khí nén tạo động bánh dẫn.Nguyên tắc hoạt động tạo lưu lượng cơng suất lớn,máy nén khí hoạt động theo nguyên lý kiểu máy nén khí ly tâm,máy nén khí đối lưu máy nén khí dịng hỗn hợp… 2.2 Phân loại máy nén khí Máy nén khí phân loại theo áp suất theo nguyên lý hoạt động Theo áp suất: - Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar - Máy nén khí áp suất cao: p > 15 bar - Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 300 bar Đối với nguyên lý hoạt động ta có: - Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tông, máy nén cánh gạt - Máy nén tuốc bin dùng cho công suất lớn không kinh tế sử dụng lưu lượng mức 600m3/phút Vì khơng mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén sử dụng 2.3 Máy nén kiểu pít tơng (Reciprocating compressors) Máy nén pít tơng (hình 2.1) máy nén phổ biến cung cấp suất đến 10m3/phút Máy nén pít tơng nén khí khoảng bar ngoại lệ đến 10 bar; máy nén kiểu pít tơng hai cấp nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar Loại máy nén khí cấp hai cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển khí nén cơng nghiệp Máy nén khí kiểu pittơng phân loại theo số cấp nén, loại truyền động phương thức làm nguội khí nén Ngồi người ta phân loại theo vị trí pittơng Hình 2.1 Máy nén kiểu pít tơng Lưu lượng máy nén pít tơng: Q = V.n v 10-3 [lít / phút] (2.1) Trong đó: V - Thể tích khí nén tải vòng quay [cm3 ]; n – Số vòng quay động máy nén v – Hiệu suất nén 2.4 [vòng / phút] [%] Máy nén kiểu cánh gạt (Rotary compressors) Hình 2.2 Máy nén kiểu cánh gạt Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt mơ tả hình 2.2: khơng khí vào buồng hút Nhờ rôto stato đặt lệch tâm, nên rơto quay chiều sang phải, khơng khí vào buồng nén Sau khí nén buồng đẩy Lưu lượng máy nén cánh gạt tính theo: Q = ( .D – z.a).2.e.b.n. [m3/phút] (2.2) Trong đó: a - Chiều dày cánh gạt [m]; e – Độ lệch tâm [m]; z – Số cánh gạt; D – Đường kính stato [m]; n – Số vịng quay rơto [vịng/phút]; b – Chiều rộng cánh gạt [m]  - Hiệu suất (= 0,7 – 0,8); ỨNG DỤNG CỦA MÁY KHÍ NÉN TRONG CƠNG NGHIỆP Máy khí nén có vai trị quan trọng nghành công nghiệp Theo thống kê chưa đầy đủ, khoảng 80% nhà máy sản xuất hoạt động cần đến hoạt động hệ thống máy nén khí Trong số nghành công nghiệp sử dụng nhiều hệ thống máy nén khí:  Nghành xây dựng: Khí nén sử dụng dụng cụ như: búa khoan cầm tay, búa phá đá cầm tay, đầm rung bê tong, dụng cụ mài bóng, đầm nền, cưa vịng, bơm hố móng, bơm kiểm màng ngăn, dụng cụ bảo dưỡng sửa chữa máy nén khí…  Xưởng gia cơng khí: Máy nén khí cung cấp khí nén cho máy móc như: Máy xiết bu lơng, dụng cụ tẩy kim loại đánh bóng, máy mài máy đánh bóng, máy khoan, dụng cụ gõ dập, máy cạo, máy búa, máy đục…  Nghành đóng tầu: Trong nghánh đóng tầu, khí nén sử dụng để phun cát xử lí bề mặt rỉ sắt kim loại, đánh bóng bề mặt Khí nén cịn dùng cho máy phun sơn, để thử dò rỉ, dùng cho dụng cụ chạy khí xảm, đục, khoan, mài, tán ri-vê, xiết đai ốc, nâng vận chuyển…  Nghành ô tô: Ứng dụng khí nén sử dụng nghành sản xuất ô tô, xe máy : khuấy lắc dung dịch tẩy rửa, thay lốp, rửa động xe con, rửa phận hạt mềm, rửa bu-gi, nắn ba đờ sóc, bơm lốp xe, mài rà van, súng bắn mỡ, kích, nâng, pa lăng, thao tác máy đắp lốp, phun sơn…  Các nhà máy sơn: Các thiết bị cần sử dụng đến khí nén để sửa đá silicat (dùng làm đá mài nghiền), rót sơn hàn kín lốp, cẩu nâng, phun bột mầu, vận chuyển vật liệu lỏng  Các nhà máy dệt may: Cần khí nén để làm vệ sinh máy móc chân khơng xịt khí nén, làm ẩm, điều khiển, cẩu nâng…  Các nhà máy gốm sứ: Máy nén khí tạo khí nén để làm sạch, để vận chuyển vật liệu, dẫn động máy ép đất sét, cẩu nâng, phun cát thổi khuyết tật sản phẩm, phun men mầu…  Các nhà máy chế biến cao su: Dùng hệ thống khí nén để làm khn máy móc, để nâng vận chuyển, tháo dỡ trục gá…  Các nhà máy chế biến thực phẩm: Khí nén dùng để khuấy chất lỏng, xục khí cho thùng lên men, rửa thiết bị vòi phun, vận chuyển vật liệu vịi phun, khử nước cho thực phẩm, xơng khói, nâng vận chuyển, điều khiển máy tự động, phân loại cà phê, phun thuốc trừ sâu trừ dịch, hệ thống phun nước, vận chuyển vật liệu lỏng, đóng gói chân khơng…u cầu chất lượng khí nghành thực phẩm địi hỏi độ tinh khiết cao nên máy nén khí nghành thực phẩm phải máy nén khí khơng dầu  Các nhà máy dược phẩm: Ứng dụng khí nén dùng để khuấy chất lỏng, xục khí (ơ xy) cho lên men thuốc kháng sinh, vận chuyển vật liệu, khuấy trộn vật liệu, phun vật liệu khí nén, phun khô, vận chuyển vật liệu lỏng, làm khô bay chân không…  Giàn khoan: Dùng khí để thử dịng chảy giếng, cẩu nâng thiết bị khoan ống vách, dẫn động máy khoan đá…  Các nhà máy nhiệt điện: Khí nén sử dụng nhiều nhà máy nhiệt điện để thổi ống làm sau lắp máy, thổi muội than, bồ hóng, rửa nồi ống ngưng tụ, vận chuyển than bột, xịt rửa hệ thống ống nước thải, điều khiển ngắt điện, phun bột than…  Các nhà máy thủy điện: Dùng khí để hãm máy phát điện, khóa hệ thống để bảo dưỡng, thao tác hệ thống huy, thao tác cửa đập tràn, điều khiển khí nén…  Các nhà máy nhựa: Sử dụng khí nén để rửa thiết bị vịi phun, phun xịt chi tiết ép khn, thổi phồng vật rỗng, thổi ống trình đùn nhựa, dập khuôn áp lực chân không, thao tác máy ép, thao tác máy cắt mép, phun vật liệu nhựa vào khuôn…  Các nhà máy bia nước giải khát: Dùng khí nén để rửa chai, đóng chai, phun tráng phủ thùng, dung cho điều khiển, van chấp hành…  Nghành khai thác mỏ: Việc sử dụng máy nén khí để tạo khơng khí cho việc thơng gió, để khoan lỗ lớn, khử nước thang nâng, thao tác bơm, thao tác máy khoan đá…  Các nhà máy chế biến thép: Các ứng dụng khí nén để bơm khí để tách ô xy, để thổi lò mac-tanh lò thổi besember, khoan túi xỉ lị mact-tanh, thao tác gần rót đúc, làm ống dẫn khói lị Mac-tanh, thao tác khớp li hợp hãm, thao tác cửa lò, thao tác thiết bị xếp dỡ, thao tác hệ thống bôi trơn, thao tác dụng cụ khí (đục, mài, nâng vận chuyển…)  Các nhà máy giấy: Sử dụng khí nén để làm thiết bị vịi xịt khí, nâng vận chuyển, đặt trục ép giấy, ép khuôn sản phẩm giấy, thao tác khớp ly hợp, thao tác máy nghiền giấy, chuyển giấy qua máy, điều khiển khí, tạo áp hộp đầu (thiết bị khống chế dòng chảy thể huyền phù…),tháo dỡ hộp dầu…  Nghành đường sắt- đường bộ: Ứng dụng khí nén nghành giao thơng để vận chuyển cát, thao tác hãm, thao tác phận hãm toa xe, thao tác hệ thống ghi tín hiệu, dụng cụ tu bảo dưỡng đường, dụng cụ sửa chữa đầu máy toa xe…  Các nhà máy thuốc lá: Khí nén sử dụng để xử lý thuốc lá, vệ sinh máy móc, điền đầy khí…  Các nhà máy thuộc da: Hệ thống có sử dụng máy nén khí để khuấy sục chất lỏng, nâng vận chyển, điều khiển khí, vận chuyển chất lỏng…  Các nhà máy gỗ chế biến gỗ: Khí nén dùng cho việc vận chuyển mạt cưa vỏ bào, tẩm thấm gỗ, thao tác máy ép uốn nắn gỗ, thao tác thiết bị kẹp ly hợp, thao tác dụng cụ khí ( dụng cụ khắc gỗ, khoan, đóng đinh, đánh bóng, bào soi, mài bóng, xiết đinh vít…), phun sơn, hệ thống phun nước cứu hỏa…  Cảng hàng không: Cảng hàng khơng sử dụng máy nén khí để nạp khí giảm chấn cấu hạ cánh, quay động phản lực đại tu, dụng cụ bảo dưỡng sửa chữa máy bay, khởi động động phản lực, thử thiết bị phụ máy bay…  Nghành nơng nghiệp: Nghành nơng nghiệp có sử dụng khí nén với nhu cầu vận chuyển hạt, xơng khói sản phẩm khác nhau, tỉa cây, phun thuốc trừ sâu phòng dịch, đào bới thu hoạch số sản phẩm…  Nghành hóa chất: Khí nén sử dụng với mục đích để sục khí khuấy lắc chất lỏng, dùng cho thiết bị tách, dùng để vận chuyển, dùng làm ống phương pháp thông, thổi, điều khiển hơi, vận chuyển chất lỏng, vệ sinh thiết bị, dùng để đốt cháy, dùng kỹ thuật lạnh, lọc chân không áp suất, phun sương, thao tác máy bơm tiểu ly, khí cơng nghệ  Nghành xi măng: Nghành xi măng sử dụng nhiều khí nén để sục khí vào thùng chứa phễu chứa, để trộn bùn đặc, làm bao đóng bao, trộn nguyên liệu, làm thiết bị, làm mát clanhke, khí để đốt cháy, vận chuyển xi măng than, lọc bùn đặc, xếp dỡ xe tải, toa xe, xà lan tầu biển, làm lò nằm, thiết bị nâng hạ, điều khiển khí nén, máy khoan đá, máy khoan đá cầm tay… ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG ĐẾN KHÍ NÉN Máy bị chịu ảnh hưởng từ yếu tố bên ngồi mơi trường làm thay đổi hoạt động, ảnh hưởng tới suất công việc 4.1 Độ ẩm  Làm phận kim loại bị hàn gỉ  Khả dầu máy bị oxy hóa cao làm giảm khả bôi trơn dầu  Đối với máy nén đầu tuabin tạo nên cặn bùn, gây tắc nghẽn cho đường ống dẫn, thúc đẩy nhanh trình hư hỏng ổ bạc số chi tiết cần bơi trơn 4.2 Nhiệt độ  Khí nén từ bên ngồi, nạp vào có nhiệt độ cao thêm vào nhiệt độ phát sinh từ trình nén gây ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất làm việc, chất lượng đầu nén  Nhiệt độ cao làm tuổi thọ giảm  Nhiệt độ khơng khí tăng 50C  tăng 1,5% điện tiêu thụ 4.3 Bụi bẩn Bụi bẩn nhiều làm tắc nghẽn hệ thống lọc, bụi chui vào bên máy làm tắc nghẽn chi tiết, bịt kín đường 4.4 Yếu tố vận hành bảo dưỡng  Quá trình vận hành phải xem xét đến áp suất, làm biến thiên áp gây hao tổn hiệu nén khí  Không ý đến việc bảo dưỡng, chi tiết máy dễ bị rò rỉ van nạp hay đường ống khí CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG KHÍ NÉN 5.1 Cân vật chất khí nén Tổng lượng khí đầu vào = lượng khí nén + lượng khí tổn thất 5.2 Cân lượng Năng lượng cấp cho q trình = lượng nén khí + lượng tổn thất SẢN XUẤT SẠCH HƠN CHO KHÍ NÉN 6.1 Tổn thất cân vật chất  Ngun nhân :Do rị rỉ q trình  Giải pháp :  Lắp đặt thiết bị cảm biến nhiệt, độ ẩm để có điều chỉnh phù hợp.Sử dụng thiết bị kiểm tra rị rỉ khí nén ( ví dụ : thiết bị sóng siêu âm LEAK - DETECT)  Địa điểm phù hợp đặt máy khí nén  Lắp nguồn điện phù hợp 6.2 Chi phí tiết kiệm Ví dụ : Trong năm, với giá trị điện 1,138 VNĐ/kWh, với yêu cầu phát điện khí nén : 18kW/100 cfm 100 vết rò rỉ 1/32'' áp suất 6.2 bar tương ứng với 131.211.000 VNĐ 50 vết rò rỉ 1/16'' áp suất 6.2 bar tương ứng với 258.030.000 VNĐ 10 vết rò rỉ 1/4'' áp suất 6.2 bar tương ứng với 909.648.000 VNĐ Vì cần chọn máy nén hợp lí phù hợp với hệ thống, tiêu chuẩn chọn thông số hệ thống ống dẫn ( đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phân phối đóng vai trị quan trọng phương diện kinh tế yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén Tổn thất lượng 6.3 - Chi phí lượng chiếm 80 % - Nguyên nhân : nguồn khí đầu vào nhiễm bẩn (trở lực), tượng rị rỉ, chạy khơng tải - Giải pháp : để giảm trở lực cần có lọc khí đầu vào, tách nước/dầu khí nén kết hợp với lọc vi xử lí sụt áp 6.4 - Sụt áp Nguyên nhân sụt áp mạng phân phối:  Ma sát bảo dưỡng kém; Chọn đường ống khơng hợp lí; Bố trí ống khơng hợp lí  Rò rỉ bảo dưỡng - Giải pháp khắc phục  Vệ sinh lọc bụi, dầu, co, ống thắt  Cân nhắc chi phí lợi ích  Thường xuyên bảo dưỡng van, mặt bích, khớp nối động  Lắp đặt đồng hồ đo áp suất vị trí cần thiết - Tổn thất áp qua lọc(mm H2O) % gia tăng nhiệt lượng 200(0.019 bar) 1.6 600(0.058 bar) 4.7 800 (0.078 bar) 7.0 Kiểm tra rị rỉ khí nén % KK rị rỉ = [T/(T+t)] * 100% Lượng KK rò rỉ = % KK rị rỉ * Q Trong : T – Thời gian lên tải ( min) T – Thời gian xuống tải ( min) Q – Lưu lượng khí đầu vào (m3/s) 6.5 Một số biện pháp tiết kiệm khác  Đầu tư: chọn máy hiệu suất cao, chi phí vận hành thấp; sử dụng máy nén khí nhiều cấp có làm mát trung gian  Lắp đặt: sử dụng MNK cao áp cho hộ tiêu thụ áp cao MNK thấp áp cho hộ tiêu thụ áp thấp; tối ưu hóa ống dẫn (kích thước, chiều dài, phụ kiện,…), đặt máy nén khí vùng trung tâm đường ống; buồng đặt máy nén thơng thống, nhiệt độ mơi trường khơng khí thấp (giảm nhiệt độ khí nạp)  Sử dụng: cài đặt áp suất khí nén phù hợp nhu cầu; vận hành cụm máy hiệu suất cao làm tải nền; phân bổ phụ tải hợp lý; hạn chế sử dụng khí nén (vd: thay điện)  Bảo dưỡng: đảm bảo quy trình bảo trì bảo dưỡng: hạn chế rò rỉ, đảm bảo hiệu giải nhiệt máy nén (đưa q trình nén khí tiến đến nén đẳng nhiệt (n→1) 6.6 Ứng dụng tổn thất khí nén Năng lượng tổn thất bao gồm : tỏa nhiệt từ trình nén hay trở lực Lợi dụng tổn thất để phục vụ sản xuất Ví dụ: Sử dụng hệ thống trao đổi nhiệt để thu hồi nhiệt từ máy nén lạnh thu nước nóng 50-60oC cấp cho lị Ví dụ sản xuất khí nén: Giải pháp lắp biến tần cho 01 máy nén khí cơng suất 75 kW Ở giải pháp này, nhu cầu khí nén đo đạc qua sensor áp suất đường ống, thông qua điều khiển PID tích hợp biến tần để điều chỉnh tốc độ máy nén cho phù hợp nhằm giữ cho áp suất khí nén ổn định Do cơng suất tỷ lệ với lập phương tốc độ, ta điều chỉnh tốc độ động giảm 20% thực tế cơng suất tiêu thụ cịn khoảng 60%, tiết kiệm 40% lượng điện tiêu thụ Sử dụng biến tần chạy luân phiên cho máy nén 10 Tài liệu tham khảo: http://ecchaiphong.gov.vn/ http://www.sxsh.vn/ http://vneec.gov.vn/ 11