HƯỚNG DẪN LỰA CHỌN BÌNH CHỨA KHÍ PHÙ HỢP CHO MÁY NÉN KHÍ
Bình chứa khí nén là một trong những thiết bị quan trọng của hệ thống máy nén khí công nghiệp. Việc lựa chọn dung tích bình chứa khí phù hợp không chỉ giúp hệ thống duy trì áp suất ổn định mà còn có thể giảm số lần đóng/ngắt hoặc chuyển trạng thái tải của máy nén, đáp ứng tốt hơn các thời điểm nhu cầu khí tăng đột ngột và nâng cao độ ổn định của toàn hệ thống.
Vậy máy nén khí cần bình chứa bao nhiêu lít? Cách tính dung tích bình chứa khí như thế nào?
Trong bài viết này, Nhất Huy hướng dẫn cách lựa chọn và tính toán dung tích bình chứa khí dựa trên lưu lượng khí, áp suất làm việc và thời gian cần duy trì khí nén.
1. Bình chứa khí nén là gì?
Bình chứa khí nén (Air Receiver Tank) là thiết bị dùng để tích trữ khí nén sau máy nén khí.
Trong một hệ thống khí nén công nghiệp, cấu hình thường gặp là:
Máy nén khí → Bình chứa khí → Máy sấy khí → Bộ lọc → Đường ống → Thiết bị sử dụng khí
Tùy yêu cầu về chất lượng khí và thiết kế hệ thống, vị trí bình chứa có thể được bố trí khác nhau hoặc sử dụng nhiều bình chứa.
Bình chứa khí có một số chức năng quan trọng:
- Tích trữ một lượng khí nén dự phòng.
- Giảm dao động áp suất trong hệ thống.
- Đáp ứng các tải sử dụng khí tức thời.
- Hỗ trợ giảm chu kỳ đóng/ngắt hoặc tải/không tải của máy nén.
- Hỗ trợ tách một phần nước ngưng và dầu dạng lỏng.
- Giúp hệ thống khí nén vận hành ổn định hơn.
2. Vì sao phải lựa chọn đúng dung tích bình chứa khí?
Bình chứa quá nhỏ có thể khiến áp suất hệ thống biến động mạnh khi nhu cầu khí thay đổi nhanh.
Điều này có thể làm máy nén phải thay đổi trạng thái hoạt động thường xuyên hơn và hệ thống khó đáp ứng những thiết bị có mức tiêu thụ khí tức thời lớn.
Ngược lại, lựa chọn bình quá lớn không phải lúc nào cũng mang lại hiệu quả tương ứng. Chi phí đầu tư, diện tích lắp đặt và thời gian nạp đầy hệ thống đều tăng.
Vì vậy, dung tích bình chứa nên được tính toán dựa trên lưu lượng khí, áp suất, đặc tính điều khiển của máy nén và nhu cầu sử dụng thực tế của nhà máy.
3. Cách tính dung tích bình chứa khí
Một phương pháp hữu ích khi cần xác định lượng khí dự trữ để duy trì tải trong khoảng thời gian nhất định là:
V = Q × t × Pₐ / (P₁ − P₂)
Trong đó:
V: Dung tích bình chứa khí cần thiết (m³)
Q: Lưu lượng khí cần cấp (m³/phút, quy đổi về điều kiện khí tự do)
t: Thời gian cần duy trì lưu lượng khí (phút)
P₁: Áp suất tuyệt đối ban đầu trong bình (bar abs)
P₂: Áp suất tuyệt đối tối thiểu cho phép (bar abs)
Pₐ: Áp suất khí quyển tuyệt đối, xấp xỉ 1 bar abs
Lưu ý cực kỳ quan trọng
Áp suất hiển thị trên đồng hồ máy nén thường là áp suất dư – barg, trong khi công thức nhiệt động phải sử dụng áp suất tuyệt đối – bara.
Có thể quy đổi gần đúng:
P(abs) = P(g) + 1 bar
Ví dụ:
Áp suất ban đầu = 8 barg → khoảng 9 bara
Áp suất tối thiểu = 7 barg → khoảng 8 bara.
4. Ví dụ tính dung tích bình chứa khí
Giả sử một hệ thống cần:
- Lưu lượng khí: 5 m³/phút
- Áp suất ban đầu: 8 barg
- Áp suất tối thiểu: 7 barg
- Thời gian cần duy trì: 15 giây
Đổi thời gian:
15 giây = 0,25 phút
Áp suất tuyệt đối:
P₁ = 8 + 1 = 9 bara
P₂ = 7 + 1 = 8 bara
Áp dụng công thức:
V = 5 × 0,25 × 1 / (9 − 8)
V = 1,25 m³
Tương đương:
V ≈ 1.250 lít
Theo giả định trên, hệ thống cần khoảng 1.250 lít thể tích chứa hữu dụng để đáp ứng mức tiêu thụ 5 m³/phút trong 15 giây khi áp suất được phép giảm từ 8 barg xuống 7 barg.
Khi lựa chọn bình thực tế cần xem xét thêm tải nền, khả năng máy nén tiếp tục cấp khí trong thời gian đó, phương pháp điều khiển, tổn thất áp suất và tiêu chuẩn thiết kế.
5. CÔNG CỤ TÍNH DUNG TÍCH BÌNH CHỨA KHÍ TỰ ĐỘNG
Khách hàng chỉ cần nhập:
Lưu lượng khí → Áp suất ban đầu → Áp suất tối thiểu → Thời gian dự trữ
Hệ thống sẽ tự động tính dung tích bình chứa khí đề xuất
6. Bảng tham khảo dung tích bình chứa khí
Không nên lựa chọn bình chỉ dựa vào công suất motor của máy nén. Tuy nhiên, bảng dưới đây có thể được sử dụng như một mốc tham khảo ban đầu trước khi tính toán chi tiết.
| Công suất máy nén |
Dung tích bình tham khảo |
| 5,5 – 7,5 kW |
200 – 500 lít |
| 11 – 15 kW |
500 – 1.000 lít |
| 18,5 – 22 kW |
500 – 1.500 lít |
| 30 – 37 kW |
1.000 – 2.000 lít |
| 45 – 55 kW |
1.500 – 3.000 lít |
| 75 – 90 kW |
2.000 – 5.000 lít |
| 110 kW trở lên |
Cần tính theo hệ thống thực tế |
Lưu ý: Đây chỉ là khoảng tham khảo. Hai nhà máy sử dụng cùng máy nén khí 37 kW vẫn có thể cần dung tích bình chứa hoàn toàn khác nhau nếu đặc tính tiêu thụ khí khác nhau.
7. Những yếu tố cần xem xét khi lựa chọn bình chứa khí
Lưu lượng máy nén khí
Lưu lượng là một trong những thông số quan trọng nhất. Cần xác định lưu lượng thực tế ở áp suất làm việc, không nên chỉ dựa vào công suất motor.
Áp suất làm việc
Áp suất làm việc của bình phải phù hợp với áp suất tối đa có thể xuất hiện trong hệ thống và đáp ứng yêu cầu thiết kế, kiểm định, van an toàn cũng như các quy định hiện hành.
Mức biến động nhu cầu khí
Những nhà máy có thiết bị sử dụng khí theo chu kỳ, xả khí nhanh hoặc cần lưu lượng lớn trong thời gian ngắn thường cần tính toán dung tích dự trữ riêng.
Ví dụ:
- Máy đóng gói
- Máy thổi chai
- Máy cắt laser
- Hệ thống xi lanh khí
- Máy ép
- Dây chuyền sản xuất tự động
Chế độ điều khiển máy nén khí
Máy nén khí ON/OFF, Load/Unload và máy nén khí biến tần VSD/VFD có đặc tính vận hành khác nhau.
Do đó, dung tích bình tối ưu cũng có thể khác nhau.
Đường ống khí nén
Không nên xem bình chứa khí là giải pháp duy nhất cho hiện tượng tụt áp.
Đường ống quá nhỏ, quá dài, nhiều co nối, bộ lọc bị nghẹt hoặc máy sấy có tổn thất áp suất lớn đều có thể khiến áp suất tại điểm sử dụng thấp hơn yêu cầu.
8. Bình chứa khí càng lớn càng tốt?
Không hoàn toàn.
Mục tiêu không phải là lắp bình lớn nhất có thể mà là lựa chọn dung tích phù hợp với đặc tính của hệ thống.
Một hệ thống khí nén hiệu quả cần xem xét đồng thời:
Máy nén khí + Bình chứa khí + Máy sấy khí + Bộ lọc + Đường ống + Thiết bị sử dụng khí + Hệ thống điều khiển
Chỉ cần một thành phần lựa chọn không phù hợp cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn hệ thống.