Trong các hệ thống công nghiệp hiện đại, khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành nhiều thiết bị và máy móc. Để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống khí nén, việc định cỡ chính xác hệ thống đường ống là một yếu tố then chốt. Quá trình này không chỉ giúp tối ưu hóa lưu lượng khí mà còn giảm thiểu sụt giảm áp suất và tiết kiệm năng lượng. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn các bước cơ bản để định cỡ hệ thống đường ống khí nén, từ việc xác định lưu lượng khí, áp suất làm việc cho đến lựa chọn đường kính ống và vật liệu phù hợp.
Giữ áp suất giảm thấp giữa máy nén và điểm tiêu thụ
Kích thước ống khí nén
Ba yêu cầu này chủ yếu áp dụng cho các ống chính và cho việc tiêu thụ khí nén dự kiến cho nhu cầu hiện tại cũng như trong tương lai. Chi phí lắp đặt ống có kích thước lớn hơn và các phụ kiện so với yêu cầu ban đầu là thấp so với chi phí tái thiết kế hệ thống ống khí nén sau này.
Hướng đi, thiết kế và kích thước của mạng lưới đường ống khí nén rất quan trọng đối với hiệu quả, độ tin cậy và chi phí sản xuất khí nén. Đôi khi, một sự sụt giảm áp suất lớn trong đường ống có thể được bù đắp bằng cách tăng áp suất làm việc của máy nén từ 7 bar(e) lên 8 bar(e), chẳng hạn.
Mạng lưới phân phối khí nén cố định cần được thiết kế sao cho sự giảm áp suất trong các ống không vượt quá 0,1 bar giữa máy nén và điểm tiêu thụ xa nhất.
Các yếu tố cần tính đến trong kiểm tra giảm áp suất
Sự giảm áp suất trong các ống nối mềm, khớp nối ống và các phụ kiện khác cũng cần được tính đến. Đặc biệt, cần phải tính toán chính xác các thành phần này, vì phần lớn sự giảm áp suất thường xảy ra tại các kết nối như vậy.
Công thức tính độ dài ống khí nén cho phép
Độ dài ống khí nén dài nhất cho phép trong hệ thống đường ống khí nén với một sự giảm áp suất cụ thể có thể được tính toán theo công thức sau:
Hình 1. Công thức tính độ dài ống khí nén cho phép
Thiết kế hệ thống đường ống khí nén
Giải pháp tốt nhất là thiết kế hệ thống đường ống khí nén theo dạng vòng kín quanh khu vực tiêu thụ khí nén. Các ống nhánh sau đó sẽ được nối từ vòng lặp tới các điểm tiêu thụ khác nhau. Cách này sẽ cung cấp nguồn khí nén đồng đều, ngay cả khi sử dụng không đều đặn, vì khí nén sẽ được dẫn đến điểm tiêu thụ từ hai hướng. Thiết kế hệ thống khí nén theo cách này nên được áp dụng cho tất cả các cài đặt, trừ khi một số điểm tiêu thụ khí lớn nằm quá xa máy nén. Trong trường hợp đó, một ống chính riêng biệt sẽ được dẫn đến các điểm này.
Hình 2. Minh họa đường ống khí nén
Thiết kế và kích thước mạng lưới ống khí nén
Điểm khởi đầu khi thiết kế và kích thước mạng lưới khí nén là một danh sách thiết bị chi tiết tất cả các người tiêu thụ khí nén, và một sơ đồ chỉ ra các vị trí của chúng.
Một mạng lưới khí nén lớn có thể được chia thành bốn phần chính:
– Ống thẳng đứng (Risers): Chuyển khí nén từ nhà máy nén khí đến khu vực tiêu thụ.
– Ống phân phối: Chia khí ra khắp khu vực phân phối.
– Ống dịch vụ: Dẫn khí từ các ống phân phối đến các khu vực làm việc.
Kích thước hệ thống đường ống khí nén
Áp suất có được ngay sau máy nén thường không thể sử dụng hoàn toàn vì việc phân phối khí nén gây ra một số tổn thất áp suất, chủ yếu là tổn thất do ma sát trong các ống và do vật liệu của ống khí nén. Ngoài ra, các hiệu ứng cản và sự thay đổi hướng dòng chảy xảy ra trong các van và khúc cua ống. Những tổn thất này, được chuyển thành nhiệt, dẫn đến giảm áp suất.
Vận tốc
Một ý tưởng thường bị bỏ qua trong việc bố trí và thiết kế đường ống khí nén là vận tốc khí. Vận tốc quá cao có thể là nguyên nhân gây ra áp suất ngược, tín hiệu điều khiển không ổn định, sự nhiễu loạn và sự giảm áp suất do nhiễu loạn.
Hiệp hội khí nén Anh (BCAS) đề xuất rằng vận tốc dưới 6m/s giúp ngăn ngừa việc mang theo hơi nước và các mảnh vụn qua các chân thoát nước và vào các hệ thống điều khiển. Vận tốc lớn hơn 9m/s có thể đủ để vận chuyển bất kỳ nước và mảnh vụn nào trong dòng khí. Do đó, vận tốc đường ống thiết kế được khuyến nghị cho các đường ống kết nối và các ống chính là từ 6-7m/s hoặc ít hơn và không bao giờ vượt quá 9m/s.
Kết luận
Nếu bạn đang thiết kế một hệ thống khí nén, vui lòng liên hệ với đội ngũ chuyên viên của VietMRO để được tư vấn và thiết kế hệ thống phân phối khí nén tối ưu nhất, giúp giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu suất sản xuất của bạn.
