Nguyên tắc hoạt động Nguyên lí thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa,ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại.Như vậy theo định luật Boy-Mariotte,áp xuất trong buồng chứa s
Trang 1TRƯỜNG 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 4 - Lớp: L01-A
Thành viên:
1 Huỳnh Quốc Trạng MSSV: 1513588
2 Nguyễn Hồng Sơn MSSV: 1512843
3 Nguyễn Minh Trung MSSV: 1513724
4 Nguyễn Anh Vũ MSSV: 1514108
5 Huỳnh Lê Ngọc Tuấn MSSV: 1513821
6 Đỗ Văn Tiến MSSV: 1513433
TPHCM, ngày 12 tháng 04 năm 2018
Trang 2Mục Lục
1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MÁY KHÍ NÉN 1
2.1 Nguyên tắc hoạt động 2
2.2 Phân loại máy nén khí 2
2.3 Máy nén kiểu pít tông (Reciprocating compressors) 2
2.4 Máy nén kiểu cánh gạt (Rotary compressors) 3
3 ỨNG DỤNG CỦA MÁY KHÍ NÉN TRONG CÔNG NGHIỆP 4
4 ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG ĐẾN KHÍ NÉN 7
4.1 Độ ẩm 7
4.2 Nhiệt độ 7
4.3 Bụi bẩn 8
4.4 Yếu tố vận hành và bảo dưỡng 8
5 CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG KHÍ NÉN 8
5.1 Cân bằng vật chất trong khí nén 8
5.2 Cân bằng năng lượng 8
6 SẢN XUẤT SẠCH HƠN CHO KHÍ NÉN 8
6.1 Tổn thất ở cân bằng vật chất 8
6.2 Chi phí tiết kiệm 8
6.3 Tổn thất năng lượng 9
Trang 31 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
- Con người thường cho rằng không khí nén rất rẻ, an toàn và tiện lợi vì nó là không khí,
mà không khí thì lấy bao nhiêu cũng được Nhưng người ta không biết rằng không khí sau khi được nén lại ở áp suất cao (không khí nén) thì nó đã không phải là khí rẻ nữa bởi lẽ chi phí vận hành cho một hệ thống khí nén là không hề nhỏ, đồng thời không khí nén ở áp suất cao luôn tiềm ẩn những nguy cơ tai nạn
- Với một máy nén khí thông thường chi phí đầu tư ban đầu chỉ chiếm 15% chi phí chu trình vòng đời của máy nén khí trong khi đó chi phí bảo dưỡng chiếm 10%, chi phí năng lượng vận hành lên tới 75%
- Hiện nay 10% lượng điện năng sử dụng trong công nghiệp là để sản xuất khí nén, tại Việt Nam con số này 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), ông cho rằng với các giải pháp chi phí thấp thậm chí không cần đầu tư có thể tiết kiệm trung bình 30% chi phí vận hành hệ thống khí nén, tương đương với con
số trên là 250.500 tấn phát thải CO2 Từ đó có thể nhận thấy “ Không khí nén không phải là miễn phí, nó là một nguồn lực đắt đỏ, đừng lãng phí nó”
2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MÁY KHÍ NÉN
Áp suất tạo ra từ máy nén, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động
cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng
Sơ đồ nguyên lí làm việc của máy nén khí:
Trang 42.1 Nguyên tắc hoạt động
Nguyên lí thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa,ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại.Như vậy theo định luật Boy-Mariotte,áp xuất trong buồng chứa sẽ tăng lên.Các loại máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như:máy nén khí píttong,cánh
gạt,bánh răng…
Nguyên lí động năng: Không khí được dẫn vào buồng chứa,ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng bánh dẫn.Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn,máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như kiểu máy nén khí ly tâm,máy nén khí đối lưu và máy nén khí dòng hỗn hợp…
Máy nén khí được phân loại theo áp suất hoặc 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 rất 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 là được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600m3/phút Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng
Máy nén pít tông (hình 2.1) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất đến 10m3/phút Máy nén 1 pít tông có thể nén khí khoảng 6 bar và ngoại lệ có thể đến 10 bar; máy nén kiểu pít tông hai cấp có thể nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar
Loại máy nén khí một cấp và hai cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp Máy nén khí kiểu pittông được phân loại theo số cấp nén, loại truyền động
và phương thức làm nguội khí nén Ngoài ra người ta cũng phân loại theo vị trí của pittông
Trang 5Hình 2.1 Máy nén kiểu pít tông
Lưu lượng của máy nén pít tông:
Trong đó:
V - Thể tích của khí nén tải đi trong một vòng quay [cm 3 ];
n – Số vòng quay của động cơ máy nén [vòng / phút]
v – Hiệu suất nén [%]
Hình 2.2 Máy nén kiểu cánh gạt Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 2.2: không khí sẽ được vào buồng hút Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén Sau đó khí nén sẽ đi ra buồng đẩy
Lưu lượng của máy nén cánh gạt tính theo:
Trong đó:
a - Chiều dày cánh gạt [m];
e – Độ lệch tâm [m];
Trang 6z – Số cánh gạt;
D – Đường kính stato [m];
n – Số vòng quay rôto [vòng/phút];
b – Chiều rộng cánh gạt [m]
- Hiệu suất (= 0,7 – 0,8);
3 ỨNG DỤNG CỦA MÁY KHÍ NÉN TRONG CÔNG NGHIỆP
Máy khí nén có vai trò quan trọng trong các nghành công nghiệp Theo thống
kê chưa đầy đủ, khoảng 80% các nhà máy sản xuất hoạt động cần đến sự hoạt động của hệ thống máy nén khí
Trong đó một số nghành công nghiệp sử dụng nhiều hệ thống máy nén khí:
Nghành xây dựng:
Khí nén được sử dụng trong các dụng cụ như: búa khoan cầm tay, búa phá đá cầm tay, đầm rung bê tong, dụng cụ mài bóng, đầm nền, cưa vòng, bơm hố móng, bơm kiểm màng ngăn, dụng cụ bảo dưỡng và sửa chữa máy nén khí…
Xưởng gia công cơ khí:
Máy nén khí cung cấp khí nén cho các máy móc như: Máy xiết bu lông, dụng
cụ tẩy kim loại và đánh bóng, máy mài và máy đánh bóng, máy khoan, dụng cụ
gõ dập, máy cạo, máy búa, máy đục…
Nghành đóng tầu:
Trong nghánh đóng tầu, khí nén được sử dụng để phun cát xử lí bề mặt rỉ sắt kim loại, đánh bóng bề mặt Khí nén còn được dùng cho máy phun sơn, để thử
dò rỉ, dùng cho các dụng cụ chạy bằng khí như xảm, đục, khoan, mài, tán ri-vê, xiết đai ốc, nâng vận chuyển…
Nghành ô tô:
Ứng dụng khí nén được sử dụng trong nghành sản xuất ô tô, xe máy là : khuấy lắc dung dịch tẩy rửa, thay thế lốp, rửa động cơ và xe con, rửa các bộ phận bằng 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:
Trang 7Các thiết bị cần sử dụng đến khí nén để sửa đá silicat (dùng làm đá mài
nghiền), rót sơn và hàn kín lốp, cẩu và nâng, phun bột mầu, vận chuyển vật liệu lỏng
Các nhà máy dệt may:
Cần khí nén để làm vệ sinh máy móc bằng chân không và xịt khí nén, làm ẩm, điều khiển, cẩu và nâng…
Các nhà máy gốm sứ:
Máy nén khí tạo ra khí nén để làm sạch, để vận chuyển vật liệu, dẫn động máy
ép đất sét, cẩu và nâng, phun cát thổi các khuyết tật trên các sản phẩm, phun men và mầu…
Các nhà máy chế biến cao su:
Dùng hệ thống khí nén để làm sạch khuôn và máy móc, để nâng và vận chuyển, tháo dỡ trục gá…
Các nhà máy chế biến thực phẩm:
Khí nén được dùng để khuấy chất lỏng, xục khí cho thùng lên men, rửa thiết bị bằng vòi phun, vận chuyển vật liệu bằng vòi phun, khử nước cho thực phẩm, xông khói, nâng và vận chuyển, điều khiển máy tự động, phân loại cà phê, phun thuốc trừ sâu và trừ dịch, hệ thống phun nước, vận chuyển vật liệu lỏng, đóng gói chân không…Yêu cầu chất lượng khí trong nghành thực phẩm đòi hỏi
độ tinh khiết cao nên máy nén khí trong nghành thực phẩm phải là máy nén khí không dầu
Các nhà máy dược phẩm:
Ứng dụng của khí nén dùng để khuấy chất lỏng, xục khí (ô xy) cho lên men thuốc kháng sinh, vận chuyển vật liệu, khuấy trộn vật liệu, phun vật liệu bằng khí nén, phun khô, vận chuyển vật liệu lỏng, làm khô và bay hơi bằng chân không…
Giàn khoan:
Dùng khí để thử dòng chảy của giếng, cẩu nâng thiết bị khoan và ống vách, dẫn động máy khoan đá…
Các nhà máy nhiệt điện:
Khí nén được sử dụng rất nhiều trong nhà máy nhiệt điện để thổi ống và làm sạch sau khi lắp máy, thổi muội than, bồ hóng, rửa nồi hơi và ống ngưng tụ, vận chuyển than bột, xịt rửa hệ thống ống nước thải, điều khiển các bộ ngắt điện, phun bột than…
Các nhà máy thủy điện:
Trang 8Dùng khí để hãm máy phát điện, khóa hệ thống để bảo dưỡng, thao tác hệ thống chỉ huy, thao tác cửa đập tràn, điều khiển bằng khí nén…
Các nhà máy nhựa:
Sử dụng khí nén để rửa thiết bị bằng vòi phun, phun xịt các chi tiết đã ép
khuôn, thổi phồng các vật rỗng, thổi ống trong quá trình đùn nhựa, dập khuôn bằng áp lực hoặc chân không, thao tác máy ép, thao tác máy cắt mép, phun vật liệu nhựa vào khuôn…
Các nhà máy bia và nước giải khát:
Dùng khí nén để rửa chai, đóng chai, phun tráng phủ trong thùng, dung cho điều khiển, các van chấp hành…
Nghành khai thác mỏ:
Việc sử dụng máy nén khí để tạo ra không khí cho việc thông gió, để khoan lỗ lớn, khử nước bằng thang nâng, thao tác bơm, thao tác máy khoan đá…
Các nhà máy chế biến thép:
Các ứng dụng của khí nén để bơm khí để tách ô xy, để thổi lò mac-tanh và lò thổi besember, khoan túi xỉ lò mact-tanh, thao tác gần rót đúc, làm sạch ống dẫn khói lò Mac-tanh, thao tác khớp li hợp và 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 sạch thiết bị bằng vòi xịt khí, nâng vận chuyển, đặt trục ép giấy, ép khuôn các sản phẩm giấy, thao tác khớp ly hợp, thao tác máy nghiền giấy, chuyển giấy qua máy, điều khiển bằng 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 của khí nén trong nghành giao thông là để vận chuyển cát, thao tác hãm, thao tác bộ phận hãm toa xe, thao tác hệ thống ghi và tín hiệu, các dụng
cụ duy tu và bảo dưỡng trên đường, dụng cụ sửa chữa đầu máy toa xe…
Các nhà máy thuốc lá:
Khí nén được sử dụng để xử lý thuốc lá, vệ sinh máy móc, điền đầy bằng khí…
Các nhà máy thuộc da:
Hệ thống có sử dụng máy nén khí để khuấy sục chất lỏng, nâng vận chyển, điều khiển bằng khí, vận chuyển chất lỏng…
Các nhà máy gỗ và chế biến gỗ:
Trang 9Khí nén dùng cho việc vận chuyển mạt cưa và vỏ bào, tẩm thấm gỗ, thao tác máy ép uốn và nắn gỗ, thao tác thiết bị kẹp và 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 không sử dụng máy nén khí để nạp khí bộ giảm chấn cơ cấu hạ cánh, quay động cơ phản lực trong khi đại tu, dụng cụ bảo dưỡng và sửa chữa máy bay, khởi động động cơ phản lực, thử các thiết bị phụ của máy bay…
Nghành nông nghiệp:
Nghành nông nghiệp có sử dụng khí nén với nhu cầu vận chuyển hạt, xông khói các sản phẩm khác nhau, tỉa cây, phun thuốc trừ sâu và phòng dịch, đào bới thu hoạch một số sản phẩm…
Nghành hóa chất:
Khí nén được sử dụng với mục đích để sục khí và khuấy lắc chất lỏng, dùng cho các thiết bị tách, dùng để vận chuyển, dùng làm sạch ống bằng phương pháp thông, thổi, điều khiển bằng hơi, vận chuyển chất lỏng, vệ sinh thiết bị, dùng để đốt cháy, dùng trong kỹ thuật lạnh, lọc chân không hoặc dưới áp suất, phun sương, thao tác máy bơm tiểu ly, khí công nghệ
Nghành xi măng:
Nghành xi măng sử dụng rất nhiều khí nén để sục khí vào thùng chứa và phễu chứa, để trộn bùn đặc, làm sạch bao và đóng bao, trộn nguyên liệu, làm sạch thiết bị, làm mát clanhke, khí để đốt cháy, vận chuyển xi măng và than, lọc bùn đặc, xếp dỡ xe tải, toa xe, xà lan và tầu biển, làm sạch lò nằm, thiết bị nâng hạ, điều khiển bằng khí nén, máy khoan đá, máy khoan đá cầm tay…
4 ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG ĐẾN KHÍ NÉN
Máy có thể bị chịu ảnh hưởng từ những yếu tố bên ngoài môi trường làm thay đổi hoạt động, ảnh hưởng tới năng suất của công việc
Làm các bộ phận kim loại bị hàn gỉ
Khả năng dầu máy bị oxy hóa cao làm giảm khả năng bôi trơn của dầu
Đối với những máy nén đầu tuabin có thể tạo nên cặn bùn, gây tắc nghẽn cho đường ống dẫn, thúc đẩy nhanh quá trình hư hỏng ở ổ bạc và một số chi tiết cần bôi trơn
Trang 10 Khí nén từ bên ngoài, nạp vào có nhiệt độ khá cao thêm vào nhiệt độ phát sinh từ quá 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 không khí tăng mỗi 50C tăng 1,5% điện năng tiêu thụ
Bụi bẩn quá nhiều làm tắc nghẽn các hệ thống lọc, bụi chui vào bên trong máy làm tắc nghẽn chi tiết, bịt kín các đường răng
Quá trình vận hành phải xem xét đến áp suất, làm biến thiên áp gây hao tổn và kém hiệu quả nén khí
Không chú ý đến việc bảo dưỡng, các chi tiết máy dễ bị rò rỉ như van nạp hay đường ống khí
5 CÂN BẰNG VẬT CHẤT TRONG KHÍ NÉN
Tổng lượng khí đầu vào = lượng khí nén + lượng khí tổn thất
Năng lượng cấp cho quá trình = năng lượng nén khí + năng lượng tổn thất
6 SẢN XUẤT SẠCH HƠN CHO KHÍ NÉN
Nguyên nhân :Do rò rỉ trong quá trình
Giải pháp :
Lắp đặt thiết bị cảm biến nhiệt, độ ẩm để có điều chỉnh phù hợp.Sử dụng thiết bị kiểm tra rò 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
Ví dụ : Trong một năm, với giá trị điện năng 1,138 VNĐ/kWh, với yêu cầu phát điện khí nén là : 18kW/100 cfm
100 vết rò rỉ 1/32'' ở áp suất 6.2 bar tương ứng với 131.211.000 VNĐ
Trang 1150 vết rò rỉ 1/16'' ở áp suất 6.2 bar tương ứng với 258.030.000 VNĐ
10 vết rò rỉ 1/4'' ở áp suất 6.2 bar tương ứng với 909.648.000 VNĐ
Vì vậy cần chọn máy nén hợp lí phù hợp với hệ thống, tiêu chuẩn chọn đúng các thông số của hệ thống ống dẫn ( đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phân phối cũng đóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén
- Chi phí năng lượng chiếm 80 %
- Nguyên nhân : nguồn khí đầu vào nhiễm bẩn (trở lực), hiện tượng rò rỉ, chạy không tải
- Giải pháp : để giảm trở lực cần có bộ lọc khí đầu vào, tách nước/dầu khí nén kết hợp với bộ lọc vi xử lí sụt áp
- Nguyên nhân sụt áp trên mạng phân phối:
Ma sát do bảo dưỡng kém; Chọn đường ống không hợp lí; Bố trí ống không hợp lí
Rò rỉ do bảo dưỡng kém
- 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, các khớp nối cơ động
Lắp đặt các đồng hồ đo áp suất tại các vị trí cần thiết
Tổn thất áp qua bộ lọc(mm H2O) % gia tăng nhiệt lượng
- Kiểm tra rò rỉ khí nén
% KK rò rỉ = [T/(T+t)] * 100%
Lượng KK rò rỉ = % KK rò rỉ * Q
Trang 12Trong đó : T – Thời gian lên tải ( min)
T – Thời gian xuống tải ( min)
Q – Lưu lượng khí đầu vào (m3/s)
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 và MNK thấp áp cho
hộ tiêu thụ áp thấp; tối ưu hóa ống dẫn (kích thước, chiều dài, phụ kiện,…), đặt máy nén khí ở vùng trung tâm đường ống; buồng đặt máy nén thông thoáng, nhiệt độ môi trường không 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 bằng điện)
Bảo dưỡng: đảm bảo quy trình bảo trì bảo dưỡng: hạn chế rò rỉ, đảm bảo hiệu quả giải nhiệt máy nén (đưa quá trình nén khí tiến đến nén đẳng nhiệt (n→1)
Năng lượng tổn thất bao gồm : tỏa nhiệt từ quá 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 các máy nén lạnh có thể thu được nước nóng 50-60oC cấp cho lò hơi
Ví dụ sản xuất sạch hơn hơi khí nén: Giải pháp là lắp biến tần cho 01 máy nén khí công suất 75 kW Ở giải pháp này, nhu cầu khí nén sẽ được đo đạc qua sensor áp suất trên đường ống, thông qua bộ điều khiển PID tích hợp trên biến tần để điều chỉnh tốc độ máy nén cho phù hợp nhằm giữ cho áp suất khí nén được ổn định Do công suất tỷ lệ với lập phương tốc độ, khi ta điều chỉnh được tốc độ động cơ giảm 20% thì thực tế công suất tiêu thụ chỉ còn khoảng 60%, tiết kiệm được 40% lượng điện năng tiêu thụ Sử dụng 1 biến tần chạy luân phiên cho 3 máy nén này