Thiết bị nguồn khí là gì? Có những loại thiết bị nào?

Thiết bị nguồn khí là gì? Có những loại thiết bị nào?

Thiết bị nguồn khí là thiết bị tạo ra khí nén – máy nén khí. Có nhiều loại máy nén khí, phổ biến nhất là loại piston, loại ly tâm, loại trục vít, loại cánh trượt, loại xoắn ốc, v.v.
Khí nén đầu ra từ máy nén khí chứa một lượng lớn chất gây ô nhiễm như hơi ẩm, dầu và bụi. Cần sử dụng thiết bị lọc để loại bỏ đúng cách các chất gây ô nhiễm này nhằm tránh chúng gây hại đến hoạt động bình thường của hệ thống khí nén.

Thiết bị lọc nguồn khí là thuật ngữ chung dùng để chỉ nhiều loại thiết bị và dụng cụ khác nhau. Trong ngành công nghiệp, thiết bị lọc nguồn khí cũng thường được gọi là thiết bị xử lý sau, thường bao gồm các bể chứa khí, máy sấy, bộ lọc, v.v.
● bình khí
Chức năng của bình chứa khí là loại bỏ sự dao động áp suất, dựa vào sự giãn nở đoạn nhiệt và làm mát tự nhiên để hạ nhiệt độ, tiếp tục tách hơi ẩm và dầu trong khí nén, và lưu trữ một lượng khí nhất định. Một mặt, nó có thể giải quyết mâu thuẫn giữa lượng khí tiêu thụ lớn hơn lượng khí đầu ra của máy nén khí trong thời gian ngắn. Mặt khác, nó có thể duy trì nguồn cung cấp khí ngắn hạn khi máy nén khí bị hỏng hoặc mất điện, nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị khí nén.

●Máy sấy khí

Máy sấy khí nén, như tên gọi cho thấy, là một loại thiết bị loại bỏ nước khỏi khí nén. Có hai loại máy sấy phổ biến là máy sấy đông khô và máy sấy hấp phụ, cũng như máy sấy hút ẩm và máy sấy màng polymer. Máy sấy lạnh là thiết bị khử nước khí nén được sử dụng phổ biến nhất, và thường được sử dụng trong các trường hợp có yêu cầu chung về chất lượng nguồn khí. Máy sấy lạnh sử dụng đặc tính áp suất riêng phần của hơi nước trong khí nén được xác định bởi nhiệt độ của khí nén để thực hiện quá trình làm lạnh, khử nước và sấy khô. Máy sấy khí nén lạnh thường được gọi là "máy sấy lạnh" trong ngành công nghiệp. Chức năng chính của nó là giảm hàm lượng nước trong khí nén, tức là giảm "nhiệt độ điểm sương" của khí nén. Trong hệ thống khí nén công nghiệp nói chung, nó là một trong những thiết bị cần thiết để sấy khô và làm sạch khí nén (còn được gọi là xử lý sau).

1 nguyên tắc cơ bản

Khí nén có thể đạt được mục đích loại bỏ hơi nước thông qua quá trình tăng áp, làm lạnh, hấp phụ và các phương pháp khác. Máy sấy đông khô là một phương pháp làm lạnh. Chúng ta biết rằng không khí được nén bởi máy nén khí chứa nhiều loại khí và hơi nước, vì vậy nó là không khí ẩm. Hàm lượng ẩm của không khí ẩm thường tỷ lệ nghịch với áp suất, nghĩa là áp suất càng cao thì hàm lượng ẩm càng thấp. Sau khi áp suất không khí tăng lên, hơi nước trong không khí vượt quá hàm lượng cho phép sẽ ngưng tụ thành nước (nghĩa là thể tích của không khí nén trở nên nhỏ hơn và không thể chứa lượng hơi nước ban đầu).

Điều này có nghĩa là so với lượng không khí ban đầu được hít vào, hàm lượng hơi ẩm trở nên ít hơn (ở đây đề cập đến sự trở lại trạng thái không nén của phần không khí bị nén này).

Tuy nhiên, khí thải của máy nén khí vẫn là khí nén, và hàm lượng hơi nước của nó ở mức tối đa có thể, tức là ở trạng thái tới hạn giữa khí và lỏng. Khí nén lúc này được gọi là trạng thái bão hòa, vì vậy chỉ cần tăng áp suất một chút, hơi nước sẽ ngay lập tức chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng, tức là nước sẽ ngưng tụ.

Giả sử không khí là một miếng bọt biển ướt đã hấp thụ nước, thì độ ẩm của nó chính là lượng nước đã hấp thụ. Nếu một phần nước bị ép ra khỏi miếng bọt biển bằng lực, thì độ ẩm của miếng bọt biển sẽ giảm đi đáng kể. Nếu để miếng bọt biển phục hồi, nó sẽ tự nhiên khô hơn so với ban đầu. Điều này cũng đạt được mục đích loại bỏ nước và làm khô bằng áp suất.
Nếu sau khi đạt đến một lực nhất định trong quá trình vắt miếng bọt biển mà không tác dụng thêm lực nào nữa, nước sẽ ngừng chảy ra, đó là trạng thái bão hòa. Tiếp tục tăng lực vắt, nước vẫn tiếp tục chảy ra.

Do đó, bản thân thân máy nén khí có chức năng loại bỏ nước, và phương pháp được sử dụng là tạo áp suất, nhưng đây không phải là mục đích chính của máy nén khí, mà chỉ là một gánh nặng "không cần thiết".

Tại sao phương pháp "tăng áp suất" không được sử dụng để loại bỏ nước khỏi khí nén? Chủ yếu là vì lý do kinh tế, việc tăng áp suất thêm 1 kg nhưng tiêu tốn khoảng 7% năng lượng là khá không hiệu quả.

Quá trình khử nước bằng phương pháp làm lạnh tương đối tiết kiệm, và máy sấy lạnh sử dụng nguyên lý tương tự như quá trình khử ẩm của máy điều hòa không khí để đạt được mục tiêu. Vì mật độ hơi nước bão hòa có giới hạn, trong phạm vi áp suất khí động học (khoảng 2MPa), nên có thể coi mật độ hơi nước trong không khí bão hòa chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và không liên quan đến áp suất không khí.

Nhiệt độ càng cao, mật độ hơi nước trong không khí bão hòa càng lớn, và lượng hơi nước càng nhiều. Ngược lại, nhiệt độ càng thấp, lượng hơi nước càng ít (điều này có thể hiểu được bằng kinh nghiệm thực tế, mùa đông khô và lạnh, mùa hè nóng và ẩm).

Làm lạnh không khí nén đến nhiệt độ càng thấp càng tốt để giảm mật độ hơi nước chứa trong đó và tạo thành hiện tượng “ngưng tụ”, thu gom các giọt nước nhỏ hình thành do ngưng tụ và thải chúng ra ngoài, nhằm mục đích loại bỏ hơi ẩm trong không khí nén.

Vì quá trình này liên quan đến sự ngưng tụ và ngưng tụ thành nước, nhiệt độ không thể thấp hơn “điểm đóng băng”, nếu không hiện tượng đóng băng sẽ không thể loại bỏ nước hiệu quả. Thông thường, “nhiệt độ điểm sương áp suất” danh nghĩa của máy sấy đông khô chủ yếu nằm trong khoảng 2~10°C.

Ví dụ, “điểm sương áp suất” ở 10°C là 0,7MPa được chuyển đổi thành “điểm sương áp suất khí quyển” là -16°C. Có thể hiểu rằng khi sử dụng trong môi trường có nhiệt độ không thấp hơn -16°C, sẽ không có nước dạng lỏng khi khí nén được thải ra khí quyển.

Tất cả các phương pháp loại bỏ nước bằng khí nén đều chỉ làm khô tương đối, đáp ứng một mức độ khô nhất định. Không thể loại bỏ hoàn toàn hơi ẩm, và việc theo đuổi độ khô vượt quá yêu cầu sử dụng là rất không hiệu quả về mặt kinh tế.
2 nguyên tắc hoạt động

Máy sấy khí nén làm lạnh khí nén để làm mát khí nén, ngưng tụ hơi nước trong khí nén thành các giọt chất lỏng, nhằm mục đích giảm hàm lượng ẩm trong khí nén.
Các giọt nước ngưng tụ được thải ra khỏi máy thông qua hệ thống thoát nước tự động. Miễn là nhiệt độ môi trường của đường ống phía hạ lưu tại cửa ra của máy sấy không thấp hơn nhiệt độ điểm sương tại cửa ra của thiết bị bay hơi, hiện tượng ngưng tụ thứ cấp sẽ không xảy ra.

3 quy trình làm việc

Quy trình khí nén:
Không khí nén đi vào bộ trao đổi nhiệt không khí (bộ gia nhiệt sơ bộ) [1], ban đầu làm giảm nhiệt độ của không khí nén ở nhiệt độ cao, sau đó đi vào bộ trao đổi nhiệt Freon/không khí (bộ bay hơi) [2], nơi không khí nén được làm mát cực nhanh, hạ nhiệt độ xuống đáng kể đến nhiệt độ điểm sương, và nước lỏng tách ra và không khí nén được tách ra trong bộ tách nước [3], và nước đã tách được xả ra khỏi máy bằng thiết bị xả tự động.

Không khí nén và chất làm lạnh nhiệt độ thấp trao đổi nhiệt trong thiết bị bay hơi [2]. Lúc này, nhiệt độ của không khí nén rất thấp, xấp xỉ bằng nhiệt độ điểm sương từ 2~10°C. Nếu không có yêu cầu đặc biệt (tức là không có yêu cầu nhiệt độ thấp đối với không khí nén), thông thường không khí nén sẽ quay trở lại bộ trao đổi nhiệt không khí (bộ gia nhiệt sơ bộ) [1] để trao đổi nhiệt với không khí nén nhiệt độ cao vừa đi vào máy sấy lạnh. Mục đích của việc này là:

① Sử dụng hiệu quả “làm mát thải” của không khí nén đã được làm khô để làm mát sơ bộ không khí nén nhiệt độ cao vừa đi vào máy sấy lạnh, nhằm giảm tải làm lạnh của máy sấy lạnh;

② Ngăn ngừa các vấn đề thứ cấp như ngưng tụ, rò rỉ và gỉ sét trên bề mặt ngoài của đường ống phía sau do không khí nén khô ở nhiệt độ thấp gây ra.

Quy trình làm lạnh:

Chất làm lạnh freon đi vào máy nén [4], và sau khi nén, áp suất tăng lên (và nhiệt độ cũng tăng lên), và khi nó cao hơn một chút so với áp suất trong bình ngưng, hơi chất làm lạnh áp suất cao được xả vào bình ngưng [6]. Trong bình ngưng, hơi chất làm lạnh ở nhiệt độ và áp suất cao hơn trao đổi nhiệt với không khí ở nhiệt độ thấp hơn (làm mát bằng không khí) hoặc nước làm mát (làm mát bằng nước), do đó ngưng tụ chất làm lạnh Freon thành trạng thái lỏng.

Lúc này, chất làm lạnh dạng lỏng đi vào bộ trao đổi nhiệt Freon/không khí (bộ bay hơi) [2] thông qua ống mao dẫn/van giãn nở [8] để giảm áp suất (làm mát) và hấp thụ nhiệt của không khí nén trong bộ bay hơi để hóa hơi. Vật cần làm mát – không khí nén được làm mát, và hơi chất làm lạnh đã hóa hơi được máy nén hút đi để bắt đầu chu kỳ tiếp theo.

Chất làm lạnh hoàn thành một chu trình gồm bốn quá trình nén, ngưng tụ, giãn nở (tiết lưu) và bay hơi trong hệ thống. Thông qua các chu trình làm lạnh liên tục, mục đích làm lạnh không khí nén được thực hiện.
4 chức năng của từng thành phần
bộ trao đổi nhiệt không khí
Để ngăn ngừa sự hình thành hơi nước ngưng tụ trên thành ngoài của đường ống bên ngoài, không khí được làm khô bằng phương pháp đông khô sẽ rời khỏi thiết bị bay hơi và trao đổi nhiệt trở lại với không khí nén nóng, ẩm ở nhiệt độ cao trong bộ trao đổi nhiệt không khí. Đồng thời, nhiệt độ của không khí đi vào thiết bị bay hơi cũng được giảm xuống đáng kể.

trao đổi nhiệt
Chất làm lạnh hấp thụ nhiệt và giãn nở trong thiết bị bay hơi, chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, và không khí nén được làm mát bằng quá trình trao đổi nhiệt, do đó hơi nước trong không khí nén chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng.

bộ tách nước
Nước dạng lỏng kết tủa được tách khỏi không khí nén trong bộ tách nước. Hiệu suất tách nước càng cao thì tỷ lệ nước dạng lỏng bay hơi trở lại vào không khí nén càng nhỏ, và điểm sương áp suất của không khí nén càng thấp.

máy nén
Chất làm lạnh dạng khí đi vào máy nén lạnh và được nén để trở thành chất làm lạnh dạng khí ở nhiệt độ và áp suất cao.

van bypass
Nếu nhiệt độ của nước ngưng tụ giảm xuống dưới điểm đóng băng, băng ngưng tụ sẽ gây tắc nghẽn. Van bypass có thể điều khiển nhiệt độ làm lạnh và điểm sương áp suất ở nhiệt độ ổn định (từ 1 đến 6°C).

tụ điện

Bộ ngưng tụ làm giảm nhiệt độ của chất làm lạnh, và chất làm lạnh chuyển từ trạng thái khí ở nhiệt độ cao sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ thấp.

lọc
Bộ lọc giúp lọc sạch các tạp chất trong chất làm lạnh một cách hiệu quả.

Van mao dẫn/van giãn nở
Sau khi chất làm lạnh đi qua ống mao dẫn/van giãn nở, thể tích của nó tăng lên, nhiệt độ giảm xuống và trở thành chất lỏng có nhiệt độ và áp suất thấp.

Bộ tách khí-lỏng
Vì chất làm lạnh dạng lỏng đi vào máy nén sẽ gây ra hiện tượng sốc chất lỏng, có thể làm hỏng máy nén lạnh, nên bộ tách khí-lỏng chất làm lạnh đảm bảo chỉ có chất làm lạnh dạng khí mới có thể đi vào máy nén lạnh.

xả tự động
Hệ thống xả tự động sẽ xả nước tích tụ ở đáy bộ phận tách ra khỏi máy theo định kỳ.

máy sấy

Máy sấy lạnh có ưu điểm là cấu trúc nhỏ gọn, sử dụng và bảo trì thuận tiện, chi phí bảo trì thấp. Nó phù hợp cho các trường hợp nhiệt độ điểm sương của khí nén không quá thấp (trên 0°C).
Máy sấy hấp phụ sử dụng chất hút ẩm để khử ẩm và làm khô không khí nén được đưa vào. Máy sấy hấp phụ tái sinh thường được sử dụng hàng ngày.
● bộ lọc
Các bộ lọc được chia thành các loại như bộ lọc đường ống chính, bộ tách khí-nước, bộ lọc khử mùi bằng than hoạt tính, bộ lọc khử trùng bằng hơi nước, v.v., và chức năng của chúng là loại bỏ dầu, bụi, hơi ẩm và các tạp chất khác trong không khí để thu được khí nén sạch.