Cách quản lý nhiều hệ thống máy nén khí hiệu quả

Nếu không áp dụng phương pháp quản lý hiệu quả cho nhiều hệ thống máy nén khí, bạn có thể đối mặt với tình trạng thất thoát năng lượng lớn, hao mòn thiết bị nhanh chóng và gia tăng chi phí vận hành không cần thiết. Trong bài viết này, Thiết Bị Việt Á sẽ chia sẻ cách quản lý nhiều hệ thống máy nén khí hiệu quả toàn diện giúp bạn kiểm soát và tối ưu hóa hệ thống, từ cân chỉnh áp suất, giảm thiểu sai lệch đến triển khai kết nối điều khiển từ xa, nhằm cải thiện hiệu suất vận hành và tối đa hóa hiệu quả sử dụng năng lượng.

1. Kiểm soát áp suất máy nén khí

Để hiểu cách máy nén khí kiểm soát áp suất, chúng ta sẽ lấy máy nén trục vít làm ví dụ – đây là loại máy phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp. Những chiến lược kiểm soát áp suất được đề cập dưới đây chủ yếu áp dụng cho máy nén trục vít và có thể không phù hợp với máy nén ly tâm.

Trong bất kỳ hệ thống khí nén nào, yếu tố then chốt là hiệu suất vận hành. Nếu hiệu suất không được duy trì ở mức tối thiểu cần thiết, máy nén sẽ không hoạt động ổn định, dẫn đến gián đoạn trong quy trình sản xuất. Trong một thế giới lý tưởng, bạn chỉ cần cài đặt máy nén ở mức áp suất tối thiểu đáp ứng yêu cầu của thiết bị sử dụng khí, lúc đó, việc kiểm soát áp suất sẽ rất đơn giản hơn nhiều. Khi không có sự can thiệp phức tạp nào, máy nén có thể tự động khởi động, dừng, tải và điều chỉnh trượt để duy trì áp suất đầu ra ổn định và tối ưu.

Tuy nhiên, thực tế không đơn giản như vậy vì luôn tồn tại sự chênh lệch áp suất. Để hình dung rõ hơn, hãy xem xét một hệ thống khí nén đơn giản: khí được tạo ra từ hai máy nén, sau đó đi qua bộ lọc, máy sấy, hệ thống ống dẫn, rồi tiếp tục qua cụm lọc – điều áp – bôi trơn (FRL), trước khi đến được thiết bị sử dụng cuối cùng.

Trong cấu hình phổ biến, khi cả hai máy nén cùng hoạt động ở tải đầy đủ, áp suất cung cấp có thể đạt khoảng 100 psi. Khi tải nhẹ, áp suất có thể tăng lên khoảng 115 psi. Tuy nhiên, khi khí nén đi qua các thành phần khác nhau trong hệ thống, sẽ xảy ra tổn thất áp suất – làm giảm đáng kể áp lực đến được thiết bị đầu cuối.

Vấn đề ở đây là: áp suất tại điểm sử dụng cuối cùng – nơi yêu cầu độ chính xác cao – cần được kiểm soát chặt chẽ, nhưng các điều kiện thực tế lại khiến việc quản lý áp suất trở nên phức tạp và khó đạt được độ chính xác mong muốn.

2. Việc giảm hiệu suất ảnh hưởng đến hệ thống như thế nào?

Khi máy nén khí hoạt động ở công suất tối đa, hiệu suất của khí nén sẽ bị suy giảm dần khi đi qua các bộ phận trong hệ thống. Dưới đây là ví dụ về mức độ giảm áp suất phổ biến:

• Giảm 4 psi tại bộ lọc khí
• Giảm 6 psi tại máy sấy khí
• Giảm 5 psi trong hệ thống đường ống
• Bộ lọc – điều áp – bôi trơn (FRL) giảm 15 psi

Tổng cộng, áp suất khí nén bị thất thoát đến 30 psi trước khi đến được điểm sử dụng cuối cùng. Điều này đồng nghĩa với việc nếu máy nén tạo ra áp suất 100 psi, thì người dùng chỉ còn 70 psi để vận hành thiết bị – đây là tình huống thường gặp khi hệ thống đang hoạt động ở mức tải cao.

Liệu có thể duy trì áp suất ổn định cho đầu ra bằng cách điều khiển từ máy nén không? Câu trả lời là không. Máy nén không thể kiểm soát được áp suất sau khi khí nén đã đi qua các thành phần trung gian như bộ lọc, máy sấy hay hệ thống ống dẫn.

Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao hoặc nhạy cảm với biến động áp suất, việc suy giảm hiệu suất này có thể gây ra nhiều hệ lụy như chất lượng sản phẩm không ổn định, thiết bị vận hành sai lệch hoặc thậm chí ngưng hoạt động. Để khắc phục, người vận hành thường phải nâng áp suất đầu ra của máy nén một cách thủ công nhằm bù đắp cho sự thất thoát này – điều không được khuyến khích vì làm tăng chi phí năng lượng và gây quá tải cho hệ thống.

3. Chi phí tăng áp suất – Tác động khi áp suất giảm

Việc nâng áp suất vận hành của máy nén khí thêm 10 psi một cách giả lập nhằm duy trì hiệu suất trong khoảng 110 đến 125 psi (tùy thuộc chế độ tải) có thể giúp cải thiện hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, điều này cũng kéo theo chi phí năng lượng cao hơn. Theo nguyên tắc chung, với áp suất ở mức 100 psi, cứ mỗi 2 psi tăng thêm sẽ khiến mức tiêu thụ năng lượng của máy nén tăng khoảng 1%.

Việc tăng áp suất quá mức cũng tiềm ẩn rủi ro. Nếu vượt qua giới hạn tiêu chuẩn 125 psi, các thiết bị cơ khí có thể bị quá tải, gây ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ an toàn của hệ thống.

4. Vị trí lắp đặt hệ thống khí nén

Khi vận hành nhiều hệ thống khí nén đặt tại các vị trí khác nhau (như ở nhiều phòng), nguy cơ phát sinh sự cố kỹ thuật sẽ tăng lên, chủ yếu do mỗi máy nén chịu tải khác nhau và xảy ra chênh lệch áp suất giữa các khu vực.

Để quản lý hiệu quả, các máy nén cần được kết nối và đồng bộ, tạo thành một hệ thống kiểm soát tập trung. Điều này đòi hỏi phải có dải điều chỉnh điểm đặt rộng và sử dụng bộ điều khiển cục bộ để đồng bộ hiệu suất giữa các máy.

Tuy nhiên, nếu tải thay đổi liên tục và không đồng đều, việc đồng bộ nhiều máy nén sẽ trở nên phức tạp. Trừ khi hệ thống có khả năng chia sẻ tải linh hoạt giữa các thiết bị ở chế độ tải thấp, việc phối hợp vận hành sẽ rất khó thực hiện hiệu quả.

Xem thêm: Thiết kế lắp đặt hệ thống máy nén khí công nghiệp

5. Máy nén khí hoạt động kém hiệu quả khi chỉ tải một phần

Một sai lầm phổ biến trong vận hành là cho tất cả các máy nén cùng hoạt động song song để chia sẻ tải. Mặc dù cách này có vẻ giúp duy trì hiệu suất ổn định trong phạm vi cho phép, nhưng lại gây tổn thất lớn về năng lượng.

Nguyên nhân là vì máy nén trục vít có tốc độ quay cố định chỉ đạt hiệu suất tối ưu khi vận hành ở mức tải đầy. Khi máy nén chạy ở mức tải thấp, chẳng hạn 30%, nó vẫn có thể tiêu thụ từ 60% đến 80% lượng điện như khi chạy tải đầy. Điều đó có nghĩa là, ở cùng mức tải 30%, máy có thể tiêu thụ gấp đôi điện năng so với khi được vận hành hiệu quả ở mức tải tối đa. Nếu áp dụng cách này cho cả hệ thống gồm 10 máy nén, mức tiêu thụ điện sẽ tăng vọt và khiến hóa đơn năng lượng trở nên khổng lồ.

Do đó, bất kể bạn sử dụng loại hệ thống nào, chiến lược tối ưu là vận hành các máy nén ở mức tải đầy đủ, ngoại trừ một máy chạy ở chế độ tải một phần. Máy chạy tải một phần này cần được chọn là loại có hiệu suất cao nhất trong điều kiện tải thấp.

6. Giảm thiểu sự chênh lệch áp suất trong hệ thống

Ngay cả khi bạn đã kiểm soát hiệu suất ở các vị trí xa hơn trong hệ thống – chẳng hạn như giữa máy sấy và đường ống, hoặc giữa đường ống và cụm FRL – thì vấn đề chênh lệch áp suất vẫn có thể xảy ra tại điểm sử dụng cuối cùng.

Thực tế, trong nhà máy có thể có hàng trăm điểm sử dụng khí nén quan trọng, và việc kiểm tra từng ứng dụng một cách thủ công là điều không khả thi. Tuy nhiên, bạn hoàn toàn có thể cải thiện hiệu quả hệ thống bằng cách thiết kế và sử dụng các linh kiện chất lượng cao, đáng tin cậy ngay từ đầu.

Một trong những nguyên nhân phổ biến dẫn đến chênh lệch áp suất là việc lựa chọn linh kiện không tối ưu – nhiều thiết bị được chọn chỉ vì chúng phù hợp với kích thước tiêu chuẩn sẵn có, chứ không phải vì chúng là giải pháp tốt nhất cho từng ứng dụng cụ thể. Điều này thường xảy ra với các thành phần như:

• Bộ điều áp
• Ống mềm
• Đầu nối
• Bộ lọc

Không chỉ vậy, việc lắp đặt sai cách cũng góp phần gây ra tổn thất áp suất. Nhiều khi người thiết kế chỉ tập trung vào nhu cầu sử dụng khí của thiết bị ở xa, dẫn đến lựa chọn các bộ phận không phù hợp. Ví dụ, nếu một cờ lê khí nén công suất cao được kết nối bằng một ống mềm chỉ 1/4 inch, chênh lệch áp suất sẽ rất lớn. Việc nâng cấp kích thước linh kiện cho phù hợp với yêu cầu tiêu thụ khí của thiết bị sẽ giúp hạn chế vấn đề này.

Bằng cách lựa chọn và nâng cấp các thành phần như bộ lọc, ống dẫn, máy thổi hoặc đường ống dẫn khí với kích thước và hiệu suất phù hợp, bạn hoàn toàn có thể giảm thiểu sự chênh lệch áp suất mà không cần tăng áp suất hệ thống – từ đó tiết kiệm năng lượng và đảm bảo hiệu suất ổn định cho người dùng cuối.

7. Các biện pháp kiểm soát nhằm nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống máy nén khí

Việc điều khiển hệ thống khí nén theo kiểu không được quản lý tập trung có thể dẫn đến tiêu tốn năng lượng không cần thiết, tăng tần suất bảo trì và phát sinh những sự cố ngoài dự kiến. Khi toàn bộ hệ thống máy nén được điều khiển chỉ bởi một bộ điều khiển duy nhất, một số vấn đề phổ biến thường xảy ra như:

Tiêu thụ năng lượng vượt mức: Nhiều máy nén hoạt động cùng lúc dù không cần thiết, dẫn đến lãng phí điện năng và giảm hiệu suất tổng thể.

Vận hành thiếu tối ưu: Các máy nén không phối hợp hiệu quả, khiến công suất đầu ra bị giảm và tiêu tốn thêm năng lượng không sinh công.

Duy trì áp suất quá cao: Hệ thống bị ép vận hành ở mức áp suất cao hơn nhu cầu thực tế, gây hao phí và làm giảm tuổi thọ thiết bị.

Nguyên nhân chủ yếu của các vấn đề trên nằm ở việc thiếu khả năng phân tích chính xác các tín hiệu, điểm đặt và độ lệch trong quá trình vận hành. Khi không có sự giám sát thông minh và điều phối đồng bộ, hệ thống dễ rơi vào tình trạng hoạt động kém hiệu quả.

8. Các yếu tố ảnh hưởng đến công việc quản lý sơ đồ điều khiển máy nén khí

Hãy hình dung một hệ thống khí nén gồm ba máy nén khí, mỗi máy đều được trang bị bộ lọc trước, máy sấy khí và bộ lọc sau riêng biệt, cùng với biểu tượng hiển thị riêng cho từng máy. Đầu xả của từng máy nén được kết nối trước các thiết bị xử lý như bộ lọc và máy sấy, nhằm đảm bảo sự tối ưu trong hoạt động. Để hệ thống vận hành đồng bộ, các ứng dụng chuyển đổi cần được hiệu chỉnh chính xác với nhau.

Một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến sơ đồ điều khiển là sự suy giảm áp suất từ đầu ra máy nén đến bể chứa, đặc biệt khi qua các thiết bị xử lý khí và đường ống. Nếu mức suy giảm áp suất không đồng đều, các máy nén sẽ không vận hành chính xác theo thiết kế ban đầu.

Việc hiệu chỉnh hệ thống thường không dễ dàng do nhiều yếu tố như lịch bảo trì không đồng bộ và sự khác biệt trong thông số kỹ thuật của các thiết bị xử lý khí. Khi tín hiệu điều khiển và phản hồi từ hệ thống không khớp, điều này có thể dẫn đến việc nhiều máy nén hoạt động đồng thời, gây lãng phí năng lượng và gia tăng chi phí bảo trì không cần thiết.

Ngoài ra, điểm đặt áp suất của bộ điều khiển nén cũng đóng vai trò quan trọng trong cách vận hành. Với máy nén có tốc độ cố định, điều khiển thường ở chế độ “tải/không tải”, nghĩa là van sẽ mở hoặc đóng hoàn toàn, với khoảng chênh lệch giữa điểm tải và điểm ngắt tải thường là 10 psi. Trong khi đó, với máy nén tốc độ biến tần, “điểm đặt” trở thành “áp suất mục tiêu”, cho phép kiểm soát chính xác hơn.

Khi có nhiều máy nén được điều khiển bằng một bộ điều khiển cục bộ, các điểm đặt áp suất thường trải dài trên một phạm vi nhất định. Điều này yêu cầu máy nén khởi động đầu tiên phải hoạt động ở hiệu suất cao hơn để giữ ổn định toàn hệ thống. Chiến lược này được gọi là sơ đồ điều khiển theo tầng (cascade control), giúp duy trì áp suất ổn định nhưng lại làm tăng tiêu thụ điện năng.

Trong sơ đồ điều khiển theo tầng, máy nén khởi động sau cùng thường được cài đặt ở áp suất thấp nhất có thể chấp nhận, trong khi máy nén khởi động đầu tiên sẽ có điểm khởi động cao hơn (ví dụ: khởi động ở 115 psi, ngừng ở 125 psi). Ở mức tải thấp, hệ thống có thể hoạt động ở mức tối thiểu từ 25 đến 35 psi. Tuy nhiên, trong tình huống này, lượng điện năng tiêu thụ có thể cao hơn khoảng 15% so với mức thông thường, dẫn đến giảm hiệu suất tổng thể.

9. Lợi ích của kết nối điều khiển từ xa

Bất kể bạn đang sử dụng loại máy nén khí nào, việc tích hợp hệ thống điều khiển chất lượng cao với khả năng kết nối từ xa đều mang lại giá trị vượt trội. Các nhà sản xuất hiện nay thường cung cấp các thiết bị giám sát riêng, tích hợp giao diện đồ họa trực quan giúp người dùng dễ dàng theo dõi trạng thái vận hành của toàn hệ thống. Ngoài ra, nhiều hệ thống còn hỗ trợ điều khiển từ xa qua nền tảng web, giúp quản lý và giám sát từ bất kỳ đâu.

Việc kết nối từ xa giúp khắc phục nhiều rủi ro vận hành. Ví dụ, nếu máy nén không được kết nối và xảy ra sự cố trong ca làm việc ít nhân sự kỹ thuật, tín hiệu cảnh báo có thể bị bỏ lỡ, gây gián đoạn cung cấp khí và buộc nhà máy phải ngừng sản xuất để liên hệ dịch vụ khẩn cấp.

Trái lại, khi hệ thống được tích hợp tính năng cảnh báo qua thiết bị di động, nhà cung cấp dịch vụ có thể nhận thông báo ngay lập tức, đánh giá tình trạng từ xa và truy xuất dữ liệu vận hành để xác định nguyên nhân. Trong một số trường hợp, nhà cung cấp thậm chí có thể khởi động lại hệ thống nếu được ủy quyền, giúp giảm thiểu thời gian ngừng máy và tiết kiệm chi phí bảo trì.

Tóm lại, kết nối điều khiển từ xa không chỉ nâng cao khả năng phản ứng nhanh với sự cố mà còn giúp tăng hiệu suất vận hành, giảm thiểu rủi ro và tối ưu lợi nhuận.

10. Thiết Bị Việt Á – Đồng hành cùng doanh nghiệp trong quản lý hệ thống khí nén

Tại Thiết Bị Việt Á, chúng tôi hiểu rằng việc duy trì hoạt động ổn định của hệ thống khí nén là yếu tố then chốt trong quá trình sản xuất và đảm bảo an toàn cho nhân sự. Vì vậy, chúng tôi cung cấp các giải pháp kết nối thông minh giúp bạn giám sát máy móc từ xa, chủ động trong bảo trì và xử lý sự cố.

Với công nghệ kết nối hiện đại, đội ngũ kỹ thuật của Việt Á có thể theo dõi trạng thái máy nén khí theo thời gian thực, hỗ trợ bạn đảm bảo dây chuyền sản xuất vận hành liên tục, không gián đoạn. Bạn sẽ luôn có thông tin chính xác về hiệu suất thiết bị mà không cần kiểm tra thủ công hay ghi chép rườm rà. Nếu có bất kỳ sự cố nào xảy ra, chúng tôi sẽ chủ động liên hệ, tư vấn giải pháp và hỗ trợ xử lý trước khi ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất của doanh nghiệp.

Liên hệ ngay với Việt Á để được tư vấn giải pháp quản lý hệ thống máy nén khí tối ưu nhất.

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP VÀ DỊCH VỤ VIỆT Á

• Địa chỉ: Số 4 phố Võ Trung, Phúc Lợi, Long Biên, Hà Nội
• Hotline: 0988 947 064
• Email: thietbivietavn@gmail.com
• Website: thietbivieta.com

Ngô Văn Hùng