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. 

Lượng nước này có thể được tách bằng các phụ kiện, bao gồm bộ làm mát sau, bộ tách ngưng tụ, máy sấy lạnh và máy sấy hấp phụ. 

Máy nén khí hoạt động ở mức quá áp 7 bar(e) sẽ nén khí đến 7/8 thể tích của nó. Điều này cũng làm giảm khả năng không khí giữ hơi nước đến 7/8.

Những yếu tố này xác định tổ hợp thích hợp của bộ làm mát và máy sấy.

Để giải thích thêm về độ ẩm của khí nén, hãy cùng đánh giá nhiệt độ môi trường xung quanh, tốc độ dòng chảy (kích thước máy nén), áp suất đầu vào, nhiệt độ đầu vào và điểm đọng sương tại áp suất làm việc (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

Điểm đọng sương tại áp suất làm việc thấp hơn trong hệ thống sấy đồng nghĩa với chi phí năng lượng cao hơn vì cần nhiều công sức hơn để loại bỏ độ ẩm. Để giữ chi phí thấp, điều quan trọng là phải tránh sử dụng giải pháp sấy cực mạnh vượt xa nhu cầu thực tế của bạn. Thay vào đó, hãy chọn hệ thống sấy phù hợp với yêu cầu cụ thể của bạn để duy trì hiệu suất và kiểm soát chi phí.

Khi tiến hành kiểm tra khí nén, điều quan trọng là phải hiểu các loại cảm biến điểm đọng sương khác nhau có sẵn:

• Cảm biến điểm đọng sương loại điện dung: Những cảm biến này lý tưởng để giám sát liên tục điểm đọng sương trong hệ thống khí nén. Chúng đo lường những thay đổi về điện dung do độ ẩm, cung cấp dữ liệu thời gian thực. Dữ liệu này giúp duy trì các điều kiện sấy tối ưu và có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng khi sử dụng với các điều khiển máy sấy thích hợp.

• Gương lạnh: Công nghệ này cung cấp phép đo điểm đọng sương chính xác nhất bằng cách làm mát gương cho đến khi hình thành ngưng tụ. Nhiệt độ xảy ra hiện tượng này là điểm đọng sương. Tuy nhiên, các thiết bị gương lạnh đắt tiền, đòi hỏi phải vệ sinh thường xuyên, cần người vận hành đã qua đào tạo và hiệu chỉnh định kỳ, khiến cho chúng ít phù hợp hơn để giám sát liên tục.

• Chỉ báo độ ẩm: Một công cụ tiết kiệm chi phí thay đổi màu sắc để cho biết mức ẩm. Thiết bị có thể được lắp đặt ở bất kỳ đâu trong hệ thống hạ nguồn từ máy sấy khí. Mặc dù chúng cung cấp chỉ báo trực quan nhanh về mức độ ẩm tăng, nhưng không phải là công cụ đo chính xác.

Hiểu rõ những dụng cụ này có thể nâng cao đáng kể hiệu quả của quy trình kiểm tra khí nén của bạn.

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.

Việc chọn phương pháp sấy thích hợp cho khí nén phần lớn phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể cần thiết để đáp ứng các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng cho ứng dụng của bạn.

1. Một trong những bước đầu tiên là loại bỏ hơi ẩm khí nén bên trong máy nén. Điều này quan trọng vì bộ tách hơi ẩm hoặc bộ làm mát sau có thể loại bỏ 40-60% nước bay hơi.
2. Sau khi khí nén rời khỏi bộ làm mát sau, khí vẫn bão hòa với nước và có thể có hiệu ứng gây hại cho toàn bộ hệ thống nếu không được xử lý.
3. Vì bình của máy nén khí mát hơn nhiều so với khí nén nóng đến nên việc sử dụng bình chứa khí có thể hỗ trợ giảm hàm lượng nước. Điều quan trọng cần lưu ý là bể chứa ướt thu thập hơi ẩm dư thừa và cần được xả hằng ngày. Điều này rất quan trọng để tránh mòn và rách.
4. Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu loại bỏ thêm hơi ẩm, cần phải đưa vào máy sấy bên ngoài hoặc bên trong (tích hợp). 

• Với máy sấy khí lạnh, nhiệt độ không khí giảm xuống 3 độ C (37 độ F). Quá trình này làm cho hơi nước ngưng tụ ngoài khí nén. Nếu điểm đọng sương của máy sấy lạnh không đủ, nên sử dụng máy sấy hấp phụ.
• Máy sấy hấp phụ làm giảm điểm đọng sương xuống ít nhất -40 độ C, dẫn đến không khí khô hoàn toàn. Những mức độ như vậy cần thiết cho các hoạt động sơn phun, in ấn và các ứng dụng dụng cụ khí nén khác.

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.