Tư vấn - Máy nén trục vít

1. CÓ BAO NHIÊU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHÚ Ý ĐẾN THIẾT KẾ DUNG LƯỢNG LƯU TRỮ CỦA HỌ NHIỀU NHƯ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NÓ? CÓ LẼ CHỈ MỘT SỐ ÍT.

Đó là bởi vì, theo khuyến nghị thông thường cho một hệ thống khí nén điển hình hầu hết sẽ tuân theo quy tắc ngón tay cái. Nhưng thực tế là có nhiều thứ liên quan đến kích thước bình chứa khí, do đó nó được tùy chỉnh theo ứng dụng hơn là chỉ một kích thước phù hợp với tất cả.

Hãy tưởng tượng một bể chứa nước ở độ cao lớn, cung cấp nước cho các khu dân cư trong một khu vực. Điều này tương tự như một máy thu không khí cung cấp cho các nhu cầu công nghiệp khác nhau. Hãy cùng tìm hiểu sự cần thiết của bình chứa khí và chức năng của nó trong hệ thống khí nén.

• Năng lượng dự trữ: Vai trò chính của bình chứa khí là cung cấp nguồn dự trữ tạm thời cho khí nén. Nó lưu trữ khí nén để sử dụng cho nhu cầu tăng đột biến trong thời gian ngắn, còn được gọi là 'sự kiện nhu cầu đột ngột'. Nó cũng hoạt động như một hệ thống cung cấp dự phòng, khi các tình huống phức tạp có thể phát sinh tại nhà máy bao gồm, mất điện trong thời gian ngắn (thường là chuyển từ lưới điện sang máy phát điện), mất nguồn cung cấp đột ngột ngoài dự kiến từ máy nén (thường là do sự cố), v.v. Hãy nghĩ đến tầm quan trọng của pin với UPS cung cấp năng lượng cho máy tính hoạt động mà không bị gián đoạn, bộ thu khí là nguồn pin đáng tin cậy giúp doanh nghiệp của bạn hoạt động trơn tru.
• Bộ ổn định: Việc sử dụng khí nén dao động làm cho nhu cầu sử dụng máy nén khí không đồng đều, dẫn đến việc điều khiển máy nén khí quay vòng nhanh khi máy nén bật và tắt để đáp ứng nhu cầu trong từng thời điểm.

Mỗi lần hệ thống bật và tắt (hoặc tải/dỡ tải), nó được gọi là một “chu kỳ”. Động cơ máy nén khí và các bộ phận khác sẽ tốt hơn nếu giữ các chu kỳ này càng lâu càng tốt. Điều này đúng với tất cả các thiết bị ngược dòng như máy sấy, bộ lọc hạt…. Dòng chảy ổn định qua các hệ thống này cho phép thiết bị hoạt động với hiệu suất dự kiến.

• Cải thiện hiệu suất cho máy nén khí: Khi máy nén khí bật và tắt, khí nén có thể bị lãng phí. Mỗi khi một máy nén khí trục vít quay quay vòng để dỡ tải, bình tách sẽ bị thổi bay khỏi áp suất vận hành của nó, thường là từ 7 bar đến gần áp suất khí quyển. Khí nén được giải phóng trong quá trình thông hơi.

Với việc quay vòng vài giây một lần (thường dưới một phút), điều này làm tăng thêm một tỷ lệ phần trăm đáng kể.

• Cải thiện hiệu quả cho máy sấy: Nếu được sử dụng làm Bình chứa ướt (hoặc bình chứa trước máy sấy), bình chứa này hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt, làm mát không khí và do đó ngưng tụ một số hơi ẩm trước khi đến máy sấy. Nước thoát ra khỏi một van ở đáy bể. Bằng cách loại bỏ một số độ ẩm trước, bình chứa khí sẽ giảm khối lượng công việc mà máy sấy khí cần thực hiện. Điều này đúng với bất kỳ loại máy sấy nào từ máy sấy không khí làm lạnh đến máy sấy hút ẩm.
• Cải thiện hiệu quả cho các bộ lọc kết hợp: Việc loại bỏ độ ẩm ở một mức độ nào đó giúp cho các bộ lọc tương đối khô hơn, so với việc xử lý trực tiếp khí nén từ máy nén, vì lý do tương tự như đã đề cập ở trên.

2. CÁC LOẠI BỒN THU

Có hai loại lưu trữ khí nén: ướt và khô. Các bình chứa khí đều giống nhau; sự khác biệt là ở nơi chúng được cài đặt trong hệ thống.

• Bình thu nhận ướt được đặt trước máy sấy khí nén. Một số chức năng của máy thu ướt bao gồm:
• Cách ly máy nén khỏi các sự kiện theo yêu cầu
• Giảm/loại bỏ chu kỳ của máy nén
• Cho phép máy nén không tải trong thời gian dài hơn

• Hoạt động như một dự phòng cho sự cố máy nén

• Bình chứa khô được đặt sau máy sấy khí, để lưu trữ khí nén đã được sấy khô đến mức ứng dụng mong muốn.
• Khí nén khô có sẵn gần ứng dụng hơn và do đó có sẵn trong trường hợp có nhu cầu cao hoặc sự cố cung cấp.
• Lưu trữ khô làm giảm gánh nặng cho máy sấy khí trong các sự kiện có nhu cầu cao. Nếu không có bộ thu khí khô (nhưng chỉ có bộ thu khí ướt), khi nhu cầu tăng đột biến, máy sấy có thể phải hoạt động với khối lượng cao hơn so với thiết kế/định mức của máy sấy. Điều này dẫn đến hiệu quả làm khô thấp hơn và cũng có thể dẫn đến giảm áp suất đột ngột, dẫn đến nước không mong muốn trong đường dẫn khí và ứng dụng cần áp suất.

Nên sử dụng bình chứa khô lớn hơn bình chứa ướt từ 2 đến 3 lần để đảm bảo các điểm nêu trên. Hầu hết các ứng dụng yêu cầu kết hợp lưu trữ ướt và khô để đạt hiệu quả và hiệu suất tối ưu.

1. TÍNH TOÁN ĐIỂN HÌNH LƯU TRỮ HỆ THỐNG

• Hầu hết các hệ thống có bình chứa khí ướt quá nhỏ
• Kho chứa phía ướt có thể làm quá tải thiết bị xử lý không khí và do đó phải luôn thấp hơn dung tích kho chứa khô.
• Tránh sử dụng các quy tắc ngón tay cái (1 gallon / cfm hoặc theo quy tắc chung của bộ thu khí phải bằng khoảng 25% FAD là không đủ trong hầu hết các hệ thống) Kích thước bộ thu phải được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.

Hãy kiểm tra xem quy tắc ngón tay cái có giúp hệ thống khắc phục sự cố máy nén hay không, sau đó là khởi động ở chế độ chờ tự động – đối với máy nén khí trục vít sẽ có độ trễ 45 giây trước khi nó bắt đầu tạo ra luồng không khí (Trình tự khởi động điển hình là: Bắt đầu sao độ trễ thời gian delta, Ổn định, Chạy không tải và sau đó chạy tải)

``` V = T x D x Pa ```

P1-P2

Tại:

V = Khối lượng máy thu

T = Thời gian cho phép xảy ra hiện tượng tụt áp P1 xuống P2 (hoặc một sự kiện gián đoạn

D = Nhu cầu không khí trong giai đoạn này

Pa = Áp suất khí quyển tuyệt đối

P1 = Áp suất ban đầu trong máy thu (thường là áp suất tải)

P2 = Áp suất hữu ích thấp nhất cần thiết để nhu cầu hoạt động bình thường.

• Điều kiện giả định của phòng máy nén:
• Một máy nén hoạt động với một máy dự phòng, tích hợp tính năng tự động khởi động ngay lập tức (trong vòng 45 giây) khi máy nén 1 gặp sự cố. Mỗi máy nén có công suất FAD 500 cfm (14,2 m3/phút) với cài đặt điều khiển loại không tải 100 psi (7bar g) tải 110 psi (7,7 barg).
• Thời gian khả dụng trước khi áp suất giảm ảnh hưởng đến ứng dụng là 45 giây hoặc 0,75 phút
• D Nhu cầu không khí tại thời điểm xảy ra sự kiện/sự cố cũng được cho là 500 cfm (14,2 m3/phút)
• Áp suất khí quyển là 1 bar (14,5 psi) tuyệt đối
• P1 áp suất ban đầu trong máy thu là 100 psi, 7 bar khi máy nén 1 bị hỏng.
• P2 là áp suất thấp nhất để ứng dụng chạy là 85 psi (5.9 bar)

Áp dụng công thức để có được khối lượng lưu trữ, chúng tôi nhận được

``` V = T x D x Pa ```

P1-P2

``` V = 0.75min x 500cfm x 14.5 ```

(100-85)psig

Lưu trữ được tính toán để sao lưu trong 45 giây = 362,5 cu ft hoặc 10,3 m3

1 gallon /cfm Quy tắc lưu trữ ngón tay cái = 500Gal hoặc 66 cu ft hoặc 1,9 m3

25% lượng lưu trữ theo Quy tắc ngón tay cái của FAD = 25% của 14,2 m3/phút = 3,55 m3 hoặc 125 cu ft.

Nếu trong trường hợp khác, thời gian khôi phục máy nén dự phòng là 90 giây thì yêu cầu lưu trữ sẽ gấp đôi thời gian trên: tức là

Lưu trữ được tính toán để sao lưu 90 giây = 725 cu ft hoặc 20,6 m3

• Những sự kiện/mục nào có thể ảnh hưởng đến kích thước bộ nhớ của Bộ thu:
• Các sự kiện thực tế có thể xảy ra từ phía nguồn cung cấp, chẳng hạn như hỏng máy nén, lọc máy sấy, mất điện, là một vài khả năng.
• Về mặt nhu cầu, các sự kiện thực tế là duy nhất đối với ứng dụng, chẳng hạn như nhu cầu tăng đột biến vượt quá công suất của máy nén trong thời gian ngắn hơn. Chúng có thể được phát hiện trong kiểm tra hệ thống Air.
• Áp suất hữu ích hiện có: Đây là sự chênh lệch giữa áp suất trung bình được duy trì trong hệ thống với áp suất thấp nhất mà hệ thống có thể nhận được.
• Ứng dụng và tầm quan trọng của nó: Một số quy trình có thể xử lý việc mất nguồn cấp khí trong thời gian ngắn, nhưng trong một số trường hợp, nó sẽ dẫn đến gián đoạn việc sản xuất hoặc tắt ngẽn hoàn toàn.
• Mặc dù quy tắc chung đảm nhiệm một số chức năng như ổn định máy sấy và máy nén, nhưng nó có thể thiếu các chức năng khác như tắt máy nén, tăng nhu cầu, v.v.

Bình thu là một trong những nhà vô địch ít được thừa nhận nhất trong hệ thống khí nén. Điều đáng chú ý là đầu thu là mặt hàng ít tốn kém nhất có thể mang lại lợi tức đầu tư trong thời gian ngắn!

Sự dễ dàng và linh hoạt của việc thêm một bộ thu trong một chuỗi vào bất kỳ lúc nào, giúp thuận tiện cho việc nâng cấp và cải thiện hệ thống, bất cứ khi nào cần thiết.

Khi tìm cách đầu tư vào bất kỳ phụ kiện nào cho hệ thống khí nén của bạn, tốt hơn hết là bạn nên tham khảo ý kiến của các chuyên gia, tuân theo các quy tắc thiết kế và khuyến nghị an toàn của địa phương và không đi chệch khỏi các thông số kỹ thuật do nhà sản xuất khuyến nghị.

What are the benefits of Air receivers?

• Stored Energy: The primary role of an air receiver tank is to provide temporary storage for compressed air. It stores compressed air that can be used for short spikes in demand, also referred to as ‘events of sudden demand'. It also acts as a standby supply system, when tricky situations may arise at a factory including, power outage for a short period (typically switching from a grid to generator), a sudden unplanned loss of supply from a compressor (typically from breakdown), etc. Think of the importance of a battery with UPS supplying power for a computer to function without disruptions, the air receiver is that reliable battery source which enables smooth functioning of your business.
• Stabilizer: Fluctuating compressed air utilization causes uneven demand on the air compressor, resulting in rapid cycling of the air compressor controls as the air compressor turns on and off to meet moment-by-moment demand.

Each time the system turns on and off (or loads/unloads) it is called a “cycle.” It is better for the air compressor motor and other components to keep these cycles as long as possible. This is true for all upstream equipment like dryers, particle filters etc. The stabilized flow through these systems allows the equipment to function to its intended performance.

• Improves Efficiency for Air Compressors: As the air compressor cycles on and off, compressed air can be wasted. Every time a rotary screw air compressor cycles to unload, the Separator tank is blown-off from its operating pressure typically from 7 bar to near atmospheric pressure. Compressed air is released during the venting.

With cycling once every few seconds (typically under a minute) this adds up to the loss of a sizeable percentage.

• Improves Efficiency for Dryers: If used as a wet Tank (or receiver before the dryer) the receiver acts as a heat exchanger, cooling off the air and thus condensing some moisture before it reaches the dryer. The water drains out of a valve at the bottom of the tank. By removing some moisture in advance, the air receiver tank reduces the amount of work the air dryer needs to do. This is true for any dryer type from refrigerated air dryer to desiccant dryers.
• Improves efficiency for Coalescing filters: The moisture removal to some extent allows the filters to be relatively dry, in comparison to the direct handling of compressed air coming from the compressor, for the same reason as mentioned above.

TYPES OF RECEIVER TANKS

There are two types of compressed air storage: wet and dry. The tanks are the same; the difference is in where they are installed within the system.

Wet receiver tanks are located before the compressed air dryer. Some functions of the wet receiver include:

• Isolating the compressor from demand events
• Reduces/eliminates compressor cycling
• Allows the compressor to remain unloaded for a longer time
• Acts as a backup for compressor failure

Dry receiver tanks are located after the air dryers, to store compressed air that has already been dried to its desired level of the application.

• Dry compressed air is available closer to the application and is hence available in the case of a high-demand event or supply failure.
• Dry storage reduces the burden on the air dryer during high-demand events. Without a dry air receiver (but having a wet receiver only), during sudden spikes in demand, the dryer can be subject to higher volumes than the dryer is designed/rated for. This leads to lower drying efficiency and may also result in sudden pressure drops, leading to unwanted water in the air lines and the application desiring of pressure.

It is recommended that the dry receiver is larger than the wet receiver by 2 to 3 times to take care of the points mentioned above. Most applications require a combination of wet and dry storage for optimal efficiency and performance.

TYPICAL CALCULATION OF SYSTEM STORAGE

• Most systems have undersized wet air receivers
  • Wet side storage can overload the air treatment equipment and hence should always be lower than the dry storage capacity.
  • Avoid the use of rules of thumb (1 gallon / cfm or as a general rule of thumb air receivers should be about 25% of the FAD is inadequate in most systems) Receiver size should be Engineered to meet customer requirements.

Let's check if the rule of thumb helps the system for a compressor breakdown, followed by an auto-standby startup – which for screw compressors will be a delay of 45 seconds before it starts to generate airflow ( Typical sequence of a start is: Star to delta time delay, Stabilization, Unload run and then load run)

``` V = T x D x Pa

            P1-P2

```

Where:

``` V = Receiver Volume

T = Time allowed for Pressure drop P1 to P2 to occur (or a disruptive event)

D = Air demand for this period

Pa = Atmospheric pressure absolute

P1 = Initial pressure in the receiver (typically the load pressure)

P2 = Lowest useful pressure required for the demand to function properly. ```

Assumed condition of a compressor room:

• One working compressor with one standby, with built-in automation to start immediately (within 45 sec) when compressor 1 fails. Each compressor is 500 cfm (14.2 m3/min) FAD capacity with setting of 100 psi ( 7barg) load 110 psi (7.7 barg) unload type control.
• T time available before the pressure drop affects the application is 45 sec or 0.75min
• D Air demand at the time of event/breakdown is also say 500 cfm ( 14.2 m3/min)
• Atmospheric pressure is 1 bar (14.5 psi) absolute
• P1 initial pressure in the receiver is say 100 psi, 7 bar when the compressor 1 has a breakdown.
• P2 is the lowest pressure for the application to run is 85 psi ( 5.9 bar)

Applying the formula to get the storage volume, we get

``` V = T x D x Pa

            P1-P2

```

``` V = 0.75min x 500cfm x 14.5

                                (100-85)psig

```

Calculated Storage for 45 sec backup = 362.5 cu ft or 10.3 m3

1 gallon /cfm Rule of thumb storage = 500Gal or 66 cu ft or 1.9 m3

25% of the FAD Rule of thumb storage = 25% of 14.2 m3/min = 3.55 m3 or 125 cu ft.

If in another situation, the time to restore the standby compressor is 90 sec the storage required will be twice the above: ie

Calculated Storage for 90 sec backup = 725 cu ft or 20.6 m3

What events/ items can affect the Receiver storage sizing:

• Real events that can happen from the supply side, like compressor failures, dryer purge, power outage, are a few possibilities.
• Real events are unique to application on the demand side like, a sudden spike in demand which is more than the compressor capacity for shorter durations. These can be spotted in Air system audits.
• Useful pressure available: This is the difference between the average pressure maintained in the system to the lowest pressure it can take.
• Application and its criticality: Some processes can handle the loss of air supply for short periods, but in some cases, it will result in loss of production or complete breakdown.
• While the rule of thumb takes care of some of the intended functions like stabilization of dryer and compressor, it may fall short of others like compressor shutdown, demand spikes, etc.

The receiver tank is one of the least acknowledged champions in the compressed air system. What is also noteworthy is that, the receiver is the least expensive item that can give a return on investment in the short run!

The ease and flexibility of adding a receiver in a series at any time, makes it convenient to upgrade and improve the system, whenever necessary.

When looking to invest in any accessory for your compressed air system, it is always better to consult the experts, follow the local design codes and safety recommendations and do not deviate from the manufacturers recommended specifications.