5.2.1. Nhiệt độ khớ vào
Khụng nờn đỏnh giỏ thấp tỏc động của khớ vào với hiệu quả hoạt động của mỏy nộn. Khớ vào bị nhiễm bẩn hoặc núng cú thể làm giảm hoạt động của mỏy nộn, làm tăng chi phớ năng lượng và chi phớ bảo dưỡng. Nếu hơi nước, bụi và cỏc chất bẩn cú nhiều trong khớ vào, chỳng sẽ gõy ra bỏm bẩn ở cỏc bộ phận bờn trong mỏy nộn
như cỏc van, bỏnh cụng tỏc, rụto, cỏnh gạt. Những cặn bỏm này sẽ gõy mũn sớm và làm giảm năng suất của mỏy nộn.
Mỏy nộn tạo ra nhiệt do quỏ trỡnh hoạt động liờn tục. Lượng nhiệt này phỏt tỏn trong phũng lắp mỏy nộn làm núng dũng khớ vào dẫn đến làm giảm hiệu suất thể tớch và tăng tiờu thụ điện. Theo quy tắc chung, “Cứ mỗi mức tăng 4°C của nhiệt độ khớ vào, mức tiờu thụ năng lượng sẽ tăng thờm 1% để duy trỡ năng suất tương ứng”. Vỡ vậy, nếu khớ cấp vào là khớ mỏt sẽ nõng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của mỏy nộn (bảng 5.2).
Bảng 5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ khớ vào với mức tiờu thụ điện của mỏy nộn: Nhiệt độ vào (o C) Chu chuyển khụng khớ tương ứng Tiết kiệm điện (%)
10,0 102,2 + 1,4 15,5 100 0 21,1 98,1 - 1,3 26,6 96,3 - 2,5 32,2 94,1 - 4,0 37,7 92,8 - 5,0 43,3 91,2 - 5,8
Khi lắp bộ lọc khớ trờn đường cấp khớ vào, cần giữ nhiệt độ mụi trường xung quanh ở mức tối thiểu để trỏnh giảm lưu lượng. Cú thể giảm được nhiệt độ khớ vào bằng cỏch đặt ống hỳt khớ vào bờn ngoài buồng hay nhà đặt mỏy nộn. Khi bộ lọc khớ vào được lắp bờn ngoài nhà, nhất là trờn mỏi, cần xem xột đến cỏc yếu tố về mụi trường xung quanh.
5.2.2. Sụt ỏp trong bộ lọc khớ
Việc lắp đặt một bộ lọc khớ vào mỏy nộn là cần thiết, nếu khụng thỡ phải lấy khớ vào từ vị trớ sạch và mỏt. Cỏc nhà sản xuất mỏy nộn thường cung cấp hoặc đề xuất một loại bộ lọc chuyờn dụng cho khớ vào để bảo vệ mỏy nộn. Việc lọc khụng khớ vào mỏy nộn càng tốt thỡ khối lượng bảo dưỡng càng giảm. Tuy nhiờn, cần giảm thiểu sự sụt ỏp qua bộ lọc khớ vào (bằng cỏch chọn đỳng cụng suất bộ lọc và bảo dưỡng tốt bộ lọc) để ngăn ngừa hiệu ứng thắt hẹp làm giảm cụng suất mỏy nộn. Một trong những cỏch tốt nhất là lắp một đồng hồ đo chờnh ỏp để giỏm sỏt tỡnh trạng của bộ lọc khớ vào. Sụt ỏp qua một bộ lọc khớ vào cũn mới khụng được vượt quỏ 3 pound/ inch2 (psi). Bảng 5.3 nờu rừ ảnh hưởng của sụt ỏp qua bộ lọc khớ vào đối với mức tiờu thụ điện.
Bảng 5.3. Tỏc động của sự sụt ỏp suất qua bộ lọc khớ vào đối với mức tiờu thụ điện: Sụt ỏp suất qua bộ lọc khớ
(mm cột nước)
Tăng mức tiờu thụ điện (%) 0 0 200 1,6 400 3,2 600 4,7 800 7,0
Theo quy tắc chung, “Cứ mỗi mức sụt ỏp suất hỳt 250mm cột nước do tắc bộ lọc ... mức tiờu thụ năng lượng của mỏy nộn sẽ tăng thờm khoảng 2% với cựng một năng suất”
Vỡ vậy, nờn định kỳ làm sạch bộ lọc khớ vào để giảm thiểu sụt ỏp. Cú thể sử dụng ỏp kế hoặc đồng hồ chờnh ỏp đo mức sụt ỏp qua bộ lọc nhằm phục vụ cho việc lờn lịch vệ sinh bộ lọc.
5.2.3. Độ cao
Độ cao so với mặt biển cú ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thể tớch của mỏy nộn. Tỏc động của độ cao so với mặt biển đối với hiệu suất thể tớch được cho trong bảng 5.4.
Mỏy nộn đặt ở độ cao hơn so với mặt biển sẽ tiờu thụ nhiều điện hơn với cựng một mức ỏp suất cấp so với mỏy đặt ở độ cao bằng mặt biển, vỡ tỉ số nộn cao hơn.
Bảng 5.4. Tỏc động của độ cao so với mặt biển đối với hiệu suất thể tớch Mỏy đo độ cao Áp suất khớ quyển
(mbar)
Hiệu quả giữa mỏy đo thể tớch và cỏc mặt biển 4 bar 7 bar Mực nước biển 1013 100.0 100.0 500 945 98.7 97.7 1000 894 97.0 95.2 1500 840 95.5 92.7 2000 789 93.9 90.0 2500 737 92.1 87.0 1mbar = 1.01972 x 10-3 kG/cm2.
5.2.4. Bộ làm mỏt giữa cỏc cấp (trung gian) và làm mỏt sau
Phần lớn cỏc mỏy nộn đa cấp đều cú bộ làm mỏt trung gian. Đú là cỏc bộ trao đổi nhiệt thực hiện việc loại bỏ nhiệt sinh ra trong quỏ trỡnh nộn giữa cỏc cấp nộn. Làm mỏt trung gian ảnh hưởng đến hiệu suất toàn phần của mỏy nộn.
Khi cơ năng được cấp cho khớ nộn, nhiệt độ của khớ tăng lờn. Bộ làm mỏt sau được lắp đặt sau cấp nộn cuối cựng để giảm nhiệt độ khớ cấp. Khi nhiệt độ khớ giảm, hơi nước trong khụng khớ ngưng tụ lại, được phõn tỏch, thu hồi và xả ra khỏi hệ thống. Hầu hết nước ngưng từ mỏy nộn cú bộ làm mỏt trung gian được loại bỏ ngay tại cỏc bộ làm mỏt trung gian, và phần cũn lại sẽ được loại bỏ trong bộ làm mỏt sau. Ở phần lớn cỏc hệ thống cụng nghiệp, trừ những hệ thống cung cấp khớ nộn tới những thiết bị khụng nhạy cảm nhiệt, đều cần cú quỏ trỡnh làm mỏt sau. Ở một số hệ thống nộn, bộ làm mỏt sau được tớch hợp với bộ mỏy nộn, trong khi ở một số hệ thống khỏc, bộ làm mỏt sau là một thiết bị rời. Một vài hệ thống cú cả hai lựa chọn.
Một cỏch lý tưởng, nhiệt độ khớ vào ở mỗi cấp của mỏy nộn đa cấp phải tương tự như nhiệt độ khớ vào ở cấp đầu tiờn. Đõy được xem là “làm mỏt hoàn hảo” hoặc nộn đẳng nhiệt. Nhưng trờn thực tế, nhiệt độ khớ vào ở cỏc cấp tiếp theo thường cao hơn ở cấp đầu, dẫn tới mức tiờu thụ điện cao hơn, vỡ phải xử lý một thể tớch lớn hơn cho cựng một tỏc vụ (bảng 5.5).
Bảng 5.5. Tỏc động của bộ làm mỏt trung gian đối với mức tiờu thụ điện của mỏy nộn: Chi tiết Làm mỏt khụng hoàn hảo Làm mỏt hoàn hảo (giỏ trị cơ sở) Nước làm mỏt được làm lạnh
Nhiệt độ vào ở cấp 1 (oC) 21,1 21,1 21,1
Nhiệt độ vào ở cấp 2 (oC) 26,6 21,1 15,5
Năng suất (mm3/min) 15,5 15,6 15,7
Cụng suất hữu dụng (kW) 76,3 75,3 74,2
Tiờu thụ năng lượng cụ thể (mm3/min)
4,9 4,8 4,7
% thay đổi +2,1 -2,1
Sử dụng nước ở nhiệt độ thấp hơn làm giảm tiờu thụ điện. Tuy nhiờn, nhiệt độ nước làm mỏt quỏ thấp sẽ làm độ ẩm trong khụng khớ ngưng tụ, nếu khụng được xả bỏ, nước ngưng sẽ làm hỏng xy lanh.
Tương tự như vậy, nếu làm mỏt ở bộ làm mỏt sau khụng hiệu quả (do cặn bỏm, vv...), sẽ làm khụng khớ ẩm, núng đi vào bỡnh tớch, tạo thờm nước ngưng tụ trong cỏc bỡnh tớch khớ và đường ống phõn phối, làm tăng ăn mũn, sụt ỏp và rũ rỉ trong đường ống cũng như trong cỏc thiết bị sử dụng cuối cựng. Vỡ vậy, cần làm sạch định kỳ và đảm bảo đủ lưu lượng ở nhiệt độ hợp lý cả ở cỏc bộ làm mỏt trung gian lẫn bộ làm mỏt sau để đảm bảo duy trỡ kết quả hoạt động mong muốn.
5.2.5. Đặt ỏp suất làm việc
Với cựng một năng suất, mỏy nộn tiờu thụ nhiều điện hơn ở ỏp suất cao hơn. Khụng nờn vận hành mỏy nộn ở mức ỏp suất vượt quỏ ỏp suất vận hành tối ưu vỡ như vậy sẽ khụng chỉ lóng phớ năng lượng mà cũn dẫn đến mũn nhanh, từ đú gõy cỏc lóng phớ năng lượng khỏc. Hiệu suất thể tớch của một mỏy nộn cũng giảm khi ỏp suất cấp cao hơn.
5.2.5.1. Giảm ỏp suất cấp
Khả năng giảm (tối ưu hoỏ) mức đặt ỏp suất cấp cần được thực hiện thụng qua cỏc nghiờn cứu kỹ về yờu cầu ỏp suất ở những thiết bị khỏc nhau và về sụt ỏp trờn đường phõn phối từ nguồn cấp khớ nộn tới cỏc điểm sử dụng. Cỏc mức tiết kiệm điển hỡnh nhờ giảm ỏp suất cho trong bảng 5.6.
Nếu một hộ tiờu thụ hoặc một nhúm thiểu số cỏc hộ tiờu thụ cần ỏp suất cao hơn nhúm cũn lại trong dõy chuyền, nờn xem xột việc lắp riờng một hệ thống cho nhúm đú hoặc lắp đặt thờm mỏy tăng ỏp suất khớ nộn tại cỏc hộ tiờu thụ này, nhờ đú cú thể duy trỡ nhúm đa số vận hành ở ỏp suất thấp. Vận hành hệ thống mỏy nộn ảnh hưởng một phần đến giỏ thành của khớ nộn. Chẳng hạn như, vận hành mỏy ở mức 120 PSIG thay vỡ 100 PSIG sẽ tiờu tốn hơn 10% năng lượng, cũng như tăng tỷ lệ rũ rỉ. Cần nỗ lực giảm ỏp suất đặt của mỏy nộn và hệ thống xuống mức thấp nhất cú thể.
Bảng 5.6. Tỏc động của việc giảm ỏp suất cấp đối với mức tiờu thụ điện
Giảm ỏp suất Tiết kiệm điện (%)
Từ (bar) Đến (bar) Làm mỏt bằng nước 1 cấp Làm mỏt bằng nước 2 cấp Làm mỏt bằng khớ 2 cấp 6,8 6,1 4 4 2,6 6,8 5,5 9 11 6,5
5.2.5.2. Điều biến mỏy nộn thụng qua thiết lập ỏp suất tối ưu
Ở cỏc doanh nghiệp, rất hay cú trường hợp cỏc mỏy nộn với cấu tạo, năng suất, chủng loại khỏc nhau được kết nối với nhau thành một mạng lưới phõn phối chung. Với những tỡnh huống như vậy, việc lựa chọn phương thức kết nối cỏc mỏy nộn phự hợp và việc điều biến tối ưu cỏc mỏy nộn khỏc nhau sẽ giỳp tiết kiệm năng lượng
Khi cú một hoặc nhiều hơn mỏy nộn cấp cho cho một đầu phõn phối chung, cần vận hành mỏy nộn sao cho chi phớ sản xuất khớ nộn là nhỏ nhất.
Nếu tất cả cỏc mỏy nộn giống nhau, cú thể điều chỉnh ỏp suất đặt sao cho chỉ cú một mỏy nộn xử lý những biến động về tải, cũn những mỏy khỏc hoạt động ở điều kiện gần đầy tải.
Nếu cỏc mỏy nộn cú năng suất khỏc nhau, cần điều chỉnh ỏp suất sao cho chỉ mỏy nộn nhỏ nhất thực hiện điều biến (thay đổi lưu lượng).
Nếu cỏc mỏy nộn khỏc loại cựng làm việc với nhau, mức tiờu thụ năng lượng khụng tải là rất quan trọng. Cần dựng mỏy nộn cú cụng suất khụng tải thấp nhất để điều biến.
Nhỡn chung, những mỏy nộn cú cụng suất tải thấp hơn sẽ phải thực hiện điều biến.
Cỏc mỏy nộn cú thể được phõn loại theo mức tiờu thụ năng lượng riờng, ở cỏc ỏp suất khỏc nhau, với cỏc mỏy cú hiệu suất năng lượng cao nhất đỏp ứng phần lớn nhu cầu hệ thống.
5.2.5.3. Tỏch biệt cỏc nhu cầu ỏp cao và ỏp thấp
Nếu nhu cầu ỏp suất thấp nhiều, nờn phỏt khớ nộn ỏp suất cao và thấp riờng rẽ và cấp riờng cho từng bộ phận thay vỡ phỏt với ỏp suất cao rồi dựng van giảm ỏp để giảm ỏp suất, sau đú cấp cho cỏc hộ tiờu thụ ỏp suất thấp sẽ gõy lóng phớ năng lượng.
5.2.5.4. Thiết kế nhằm giảm thiểu sụt ỏp trờn hệ thống đường ống phõn phối
Sụt ỏp là một thuật ngữ được sử dụng để mụ tả hiện tượng giảm ỏp suất khớ nộn từ cửa ra mỏy nộn tới hộ tiờu thụ. Sụt ỏp xảy ra khi khớ nộn đi qua hệ thống phõn phối và xử lý. Một hệ thống thiết kế tốt sẽ cú mức tổn thất ỏp suất ớt hơn 10% ỏp suất đẩy của mỏy nộn, đo từ đầu ra của bỡnh tớch tới hộ tiờu thụ.
Ống càng dài và đường kớnh càng nhỏ thỡ tổn thất ma sỏt càng nhiều. Để giảm sụt ỏp hiệu quả, cú thể sử dụng một hệ thống khộp kớn với lưu lượng hai chiều. Sụt ỏp gõy ra do mũn và do bản thõn cỏc thành phần của hệ thống là những yếu tố quan trọng.
Sụt ỏp quỏ mức do chọn kớch thước ống khụng chuẩn, bộ lọc bị tắc, cỏc mối nối và ống mềm kớch thước khụng chuẩn sẽ gõy ra lóng phớ năng lượng. Bảng 5.7 mụ tả mức tổn thất năng lượng nếu ống cú đường kớnh nhỏ.
Mức sụt ỏp hợp lý điển hỡnh ở cỏc ngành cụng nghiệp là 0,3 bar từ bộ phõn phối chớnh tại điểm xa nhất và 0,5 bar ở hệ thống phõn phối.
Bảng 5.7. Sụt ỏp điển hỡnh trờn đường phõn phối khớ nộn với ống Đường kớnh ống danh nghĩa (mm) Sụt ỏp trờn 100 m (bar) Tổn thất điện tương ứng (kW) 40 1,80 9,5 50 0,65 3,4 65 0,22 1,2 80 0,04 0,2 100 0,02 0,1 5.2.6. Cỏc giải phỏp khỏc 5.2.6.1. Vị trớ đặt mỏy nộn
Vị trớ đặt mỏy nộn và chất lượng khớ hỳt vào mỏy nộn cú ảnh hưởng rất lớn đến mức năng lượng tiờu thụ. Hoạt động của mỏy nộn khớ cũng giống như một mỏy thở, sẽ được cải thiện nếu sử dụng khớ vào sạch, khụ và mỏt.
5.2.6.2. Giảm thiểu rũ rỉ
Như đó giải thớch ở phần trước, rũ rỉ khớ nộn sẽ gõy lóng phớ điện đỏng kể. Vỡ rất khú thấy cỏc rũ rỉ khụng khớ, cần phải sử dụng cỏc biện phỏp khỏc để xỏc định cỏc chỗ rũ. Cỏch tốt nhất để tỡm ra vết rũ là sử dụng bộ dũ õm thanh siờu õm (xem hỡnh 5.1), để tỡm ra những õm thanh xỡ hơi tần số cao do rũ khớ.
Phỏt hiện rũ rỉ bằng siờu õm là phương phỏp tỡm rũ rỉ phổ biến nhất. Cú thể sử dụng phương phỏp này cho nhiều dạng phỏt hiện rũ rỉ khỏc nhau.
Rũ rỉ thường hay xảy ra ở cỏc mối nối. Cú thể xử lý bằng cỏch rất đơn giản là xiết chặt mối nối hoặc rất phức tạp như là thay cỏc thiết bị hỏng, gồm khớp nối, ống ghộp, cỏc đoạn ống, ống mềm, gioăng, cỏc điểm xả ngưng và bẫy ngưng. Trong rất nhiều trường hợp, rũ rỉ cú thể do làm sạch cỏc đoạn ren khụng đỳng cỏch hoặc lắp vũng đệm làm kớn khụng chuẩn. Chọn cỏc ống ghộp, ống ngắt, ống mềm và ống cứng cú chất lượng cao và lắp đặt đỳng cỏch, sử dụng ren làm kớn phự hợp để trỏnh rũ rỉ về sau.
Hỡnh 5.1. Bộ phỏt hiện rũ rỉ siờu õm
5.2.6.3. Xả nước ngưng
Sau khi khớ nộn rời buồng nộn, bộ làm mỏt sau của mỏy nộn sẽ giảm nhiệt độ khớ xả xuống dưới điểm sương (với hầu hết cỏc điều kiện mụi trường xung quanh) và do đú, một lượng hơi nước đỏng kể sẽ ngưng tụ. Để xả nước ngưng, cỏc mỏy nộn cú lắp sẵn bộ làm mỏt sau được trang bị thờm một thiết bị tỏch nước ngưng hoặc bẫy ngưng.
Trong trường hợp trờn, nờn lắp một van khúa gần cửa đẩy của mỏy nộn. Đồng thời, nờn nối một đường xả ngưng với lỗ xả ngưng ở bỡnh tớch. Để vận hành tốt, đường xả ngưng phải cú độ dốc từ bỡnh chứa ra ngoài. Cú thể sẽ cú nước ngưng thờm nếu đường ống phõn phối làm khớ lạnh đi và do vậy, tại những điểm thấp trờn đường ống phõn phối nờn cú bẫy ngưng và đường xả nước ngưng. Ống dẫn khớ nộn sau cửa đẩy phải cú cựng kớch thước với đầu ống nối trờn cửa đẩy của mỏy nộn sau bộ tiờu õm. Tất cả đường ống và ống nối phải phự hợp với ỏp suất khớ nộn.
Cần xem xột kỹ kớch thước ống từ đầu ống nối trờn mỏy nộn. Nghiờn cứu kỹ chiều dài, kớch thước ống, số lượng và kiểu của ống nối và van để mỏy nộn cú thể đạt hiệu suất tối ưu.
5.2.6.4. Kiểm soỏt sử dụng khớ nộn
Khi hệ thống khớ nộn đó sẵn cú, cỏc kỹ sư của nhà mỏy thường cú xu hướng muốn sử dụng khớ nộn để cung cấp cho cỏc thiết bị cần ỏp suất thấp như cỏnh khuấy, vận tải bằng khớ nộn hoặc cấp khớ cho buồng đốt. Tuy nhiờn, cỏc ứng dụng này nờn lấy khớ cấp từ quạt thổi, là thiết bị được thiết kế chuyờn dụng cho ỏp suất thấp. Như vậy sẽ giảm rất nhiều chi phớ và năng lượng so với sử dụng khớ nộn.
5.2.6.5. Điều khiển mỏy nộn
Mỏy nộn khớ sẽ khụng hiệu quả nếu chỳng được vận hành ở mức thấp hơn nhiều so với sản lượng cfm theo định mức. Để trỏnh trường hợp chạy thờm cỏc mỏy nộn khi khụng cần thiết, nờn lắp đặt một bộ điều khiển để tự động bật và tắt mỏy nộn, tuỳ theo nhu cầu. Và nếu giữ ỏp suất của hệ thống khớ nộn được ở mức càng thấp càng tốt, hiệu suất sẽ được cải thiện và giảm được rũ rỉ khớ nộn.