Tại sao có nước trong hệ thống máy nén khí?

Sự ngưng tụ nước là hiện tượng tự nhiên và là một sản phẩm phụ của trong quá trình nén khí. Lượng nước tạo ra bởi quá trình nén khí phụ thuộc vào chất lượng khí đầu vào, nhiệt độ và áp suất. Nói một cách đơn giản hơn, nhiệt độ môi trường, độ ẩm không khí, công suất máy nén, và áp suất yêu cầu là các yếu tố làm ngưng tụ nước trong khí nén đầu ra và có thể tìm thấy trong đường ống khí nén. Không khí và độ ẩm cao sẽ chứa lượng nước nhiều hơn so với không khí có nhiệt độ vả độ ẫm thấp,kết quả sẽ có nhiều nước ngưng hơn trong hệ thống sau khi nén. Ví dụ, một máy nén khí trục vít 55 kW (75HP) làm việc ở nhiệt độ môi trường  240C với độ ẩm tương đối là 75% sẽ tạo ra 280 lít nước mỗi ngày. Dưới dây là minh họa về quá trình loại bỏ nước khỏi hệ thống khí nén. 

This water can be separated using accessories, including aftercoolers, condensation separators, refrigerant dryers and adsorption dryers. 

A compressor working with 7 bar(e) overpressure compresses air to 7/8 of its volume. This also reduces the air's ability to hold water vapor by 7/8.

The quantity of water released is considerable. The following example further illustrates this point. A 100kW compressor drawing in air at 20 °C and 60% relative humidity gives off around 85 liters of water over 8 hours. Consequently, the amount of water that will be separated depends on the application area of the compressed air. These factors determine which combination of coolers and dryers are suitable.

To further explain compressed air moisture, let's evaluate ambient temperature, flow rate (size of compressor), inlet pressure, inlet temperature, and pressure dew point (PDP).

Để giải thích rõ hơn về vấn đề trên, ta sẽ tìm hiểu về một số khái niệm như nhiệt độ môi trường, lưu lưu lượng khí, áp suất đầu vào, nhiệt độ đọng sương (PDP) ảnh hưởng bởi quá trình sây khô khí và lượng nước trong hệ thống khí nén

Lưu lượng khí nén (Flow rate FAD) hay công suất máy nén: đối với những ứng dụng cần lưu lượng cao (CFM hoặc l/s) sẽ có nhiều nước ngưng hơn trong hệ thống khí nén. Nhiệt độ môi trường / độ ẩm không khí (compressor room ambient): đối với máy nén khí làm việc ở nơi có nhiệt độ môi trường cao hơn và độ ẩm cao sẽ tạo ra lượng nước nhiều hơn trong hệ thống khí nén. Nhiệt độ đầu vào (Inlet temperature): nếu Nhiệt độ đầu vào máy sấy cao, sẽ dẫn đến việc có nhiều nước hơn trong khí nén đầu ra của máy sấy, vì vậy cần một máy sấy lớn hơn để xử lý khí nén và nước ngưng tụ. Áp suất không giống như lưu lượng, nhiệt độ hay độ ẩm, áp suất làm việc càng cao thì lượng nước trong khí nén sẽ thấp và dễ dàng được sấy khô. Nếu bạn làm miếng bọt biển thấm đầy nước, bạn càng bóp mạnh thì sẽ càng nhiều nước chảy ra và nó sẽ nhanh khô. Nhiệt độ điểm sương (PDP) Nhiệt độ điểm sương là đơn vị phổ biến để đo lượng nước trong khí nén, PDP là nhiệt độ mà tại đó không khí bảo hòa và nước bắt đầu ngưng tụ và chuyển thành trạng thái lỏng. Để giảm lượng nước trong khí nén đầu ra, ta cần PDP thấp hơn, đồng nghĩa với việc PDP cao hơn sẽ có nhiều nước hơn trong hệ thống khí nén. Kích thước của máy sấy sẽ quyết định về PDP và lượng nước ngưng tụ trong khí nén

Độ ẩm quá nhiều trong khí nén sẽ gây hại cho hệ thống và giảm hiệu quả sản xuất. Nước ngưng tụ trong hệ thống khí nén nếu không được xử lý sẽ gây hại cho hệ thống khí nén của nhà máy, động cơ khí, các loại van và bất kì thành phần nào của hệ thống và có thể làm giảm chất lượng và hư hại sản phẩm. Dưới đây là danh sách về các thiệt hại mà hơi nước gây ra:

• Ăn mòn hệ thống đường ống và các thiết bị (ví dụ: các loại máy CNC)
• Làm hỏng các hệ thống điều khiển bằng khí nén dẫn đến hư hại toàn hệ thống.
• Rò rỉ và tăng độ ăn mòn các thiết bị sản xuất do hơi nước rửa trôi các chất chống ăn mòn.
• Các vấn đề về chất lượng do thay đổi màu sắc, chất lượng sơn.
• Trong môi trường sản xuất lạnh có thể gây đóng băng trong hệ thống điều khiển.
• Tốn nhiều chi phí bảo trì và giảm tuổi thọ của máy và hệ thống.

Ngoài ra, độ ẩm trong hệ thống khí nén có thể gây hại cho hệ thống khí nén của nhà máy , xylanh, van và các dụng cụ cần khí nén khác. Để tránh những khoản phí bảo trì không cần thiết, nên chủ động thực hiện các bước cần thiết để giữ cho khí nén khô và sạch và phù hợp với từng ứng dụng.

Nước ngưng có thể tách bằng những thiết bi sau: bộ làm mát (aftercoolers), bộ tách nước (condensation separators), máy sấy tác nhân lạnh (refrigerant dryers) và máy sấy hạt hút ẩm (adsorption dryers). Một máy nén khí hoạt động tại áp suất 7 bar (e) sẽ nén 7/8 thể tích không khí. Đồng nghĩa với việc giảm khả năng giữ nước của khí 7/8 lần. Ví dụ máy nén khí 100 kW có lượng khí đầu vào ở 200C và độ ẩm 60% sẽ tạo ra 85 lít nước trong 8h chạy máy. Do đó lượng nước được tách ra phụ thuộc vào chất lượng khí nén được yêu cầu và ứng dụng trong sản xuất. Qua đó, ta có thể chọn những thiết bị tách nước (máy sấy, bộ tách nước,..) phù hợp.

Chọn phương pháp làm khô khí nén phần lớn phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể  để không ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và sản phẩm. Một trong những bước đầu tiên để loại bỏ hơi nước khỏi khí nén diễn ra bên trong máy nén khí, sử dụng bộ tách ẩm hoặc giản tản nhiệt có thể loại bỏ 40-60% lượng hơi nước.

Sau khi khí nén ra khỏi bộ tản nhiệt, vẫn còn một lượng hơi nước bảo hòa và có thể gây hại cho hệ thống nếu không được xử lý. Sử dụng bình chứa khí nén có thể giúp giảm lượng nước trong khí nén, vì nhiệt độ trong bình chứa mát hơn đầu ra của máy nén. Nên lưu ý rằng nước đọng lại trong bình chứa khí nén có thể gây ăn mòn bình vì vậy cần xả nước ngưng tụ mỗi ngày.

Nếu  khí nén yêu cầu độ ẩm thấp hơn nữa,cần lắp đặt thêm một máy sấy tích hợp hoặc tách rời. Tùy vào điểm đọng sương (PDP) mong muốn mà có thể lựa chọn máy sấy tác nhân lạnh hay máy sấy hạt hút ẩm. Đối với máy sấy tác nhân lạnh nhiệt độ Điểm đong sương là 3 0C (37 0F). Với máy sấy hạt hút ẩm  điểm đọng sương sẽ đạt PDP -40 0C tạo khí khô hoàn toàn ứng dụng trong ngành phun sơn, in ấn và một số dụng cụ khí nén đặc biệt.