Tkc q3 chuong 16 he thong cung cap khong khi nen (rev3)

Chương

16
HỆ THỐNG CUNG CẤP KHƠNG KHÍ NÉN

Tháng 10/2017
Thực hiện:

Hồng Văn Thước

Kiểm tra:

Đồn Trung Tín

Ngày

Ký tên


MỤC LỤC
1.
2.
2.1.

TỔNG QUAN VÀ SỰ CẦN THIẾT ...........................................................................1
TIÊU CHÍ THIẾT KẾ..................................................................................................2
Thông số thiết kế ..........................................................................................................2

2.1.1.

Chất lượng và yêu cầu của khơng khí nén ........................................................ 2

2.1.2.

Nhu cầu của khơng khí nén ............................................................................... 3

2.1.3.

Áp suất và nhiệt độ khơng khí nén .................................................................... 4

2.1.4.

Tiếng ồn............................................................................................................. 5

2.2.

Tiêu chuẩn áp dụng ......................................................................................................5

2.2.1.

Tiêu chuẩn Việt Nam ........................................................................................ 5

2.2.2.

Tiêu chuẩn quốc tế ............................................................................................ 5

3.
3.1.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ................................................6
Phân tích lựa chọn cơng nghệ.......................................................................................6

3.1.1.

Lựa chọn máy nén và cấu hình máy nén ........................................................... 6

3.1.2.

Phân tích, lựa chọn thiết bị xử lý khơng khí nén ............................................ 12

3.1.3.

Bình chứa khí nén ........................................................................................... 14

3.1.4.

Hệ thống đường ống khí nén. .......................................................................... 15

3.2.
4.
4.1.

Sơ đồ bố trí các thiết bị chính trong hệ thống khơng khí nén (P&ID) .......................15
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG......................................................................17
Tính tốn cơng suất hệ thống .....................................................................................17

4.1.1.

Tổng nhu cầu khơng khí nén ........................................................................... 17

4.1.2.

Cơng suất hệ thống khơng khí nén .................................................................. 17

4.2.

Tính tốn các thiết bị xử lý khơng khí .......................................................................18

4.2.1.

Mấy sấy khí và các bộ lọc ............................................................................... 18

4.3.
4.4.
5.

Bình chứa khí nén ......................................................................................................19
Đường ống khí nén .....................................................................................................20
PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

1.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TỔNG QUAN VÀ SỰ CẦN THIẾT

Khơng khí tự nhiên tồn tại trong khí quyển bao gồm 78% Nitơ, 21% Oxy, 1% là các

loại khí khác như CO2, SO2, NOx, Argon…
Khơng khí nén chính là khơng khí tự nhiên sau khi được nén. Do đó, khơng khí nén có
đặc điểm là mang năng lượng, có khả năng vận chuyển (trong đường ống), lưu trữ
(trong các bình kín chịu áp lực) và sinh cơng (khi giải nén).
Trong cơng nghiệp nói chung và trong nghành điện nói riêng, khơng khí nén được sử
dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ thống, thiết bị.
Hệ thống khơng khí nén dùng để cung cấp khơng khí nén cho các nhu cầu: vận chuyển
thiết bị theo dây chuyền; cặp giữ cố định vị trí các thiết bị trong dây chuyền làm việc;
điều khiển, dịch chuyển quay, tịnh tiến các cơ cấu chấp hành của các thiết bị, máy
cơng cụ cũng như chu trình…; phun phủ sơn, các loại bột, chất lỏng với nhiệt độ và áp
lực khác nhau; thổi rửa, làm sạch bề mặt vật liệu máy móc, cơng cụ; sử dụng trong các
qui trình thử nghiệm, kiểm tra, v.v.
Sở dĩ khơng khí nén được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực này là do nó có các ưu
điểm như:
 Dễ dàng trong lưu trữ, chứa, vận chuyển và phân phối;
 Đơn giản trong thiết kế và vận hành các thiết bị khí nén;
 Đảm bảo vệ sinh, sạch và an tồn cho mơi trường;
 An tồn trong sử dụng: Các thiết bị ít bị mài mịn do đó có đời sống cao và ít sự cố
hơn. Đồng thời sử dụng khí nén cũng rất an toàn tại những nơi dễ xảy ra cháy nổ,
khu vực nguy hiểm về điện;
 Kinh tế: Các thiết bị cơ khí và tự động sử dụng khí nén rẻ hơn so với các thiết bị
thuỷ lực tương đương;
 Tốc độ điều khiển nhanh: khơng khí nén có thể đạt được tốc độ truyền tín hiệu lên
đến 70m/s, trong khi đối với điều khiển bằng thuỷ lực thì tốc độ chỉ vào khoảng
5m/s.
Dải áp suất phổ biến trong công nghiệp bao gồm 4 dải chính sau:
 Dải áp suất thấp – dưới 10 bar: hầu hết các ứng dụng trong công nghiệp và tiểu thủ
công đều nằm trong dải áp suất này;
 Dải áp suất trung bình, từ 10 – 15 bar: thường được sử dụng trong các lốp xe của
các loại xe vận tải hạng nặng hoặc các thiết bị đặc biệt khác được thiết kế vận hành

với dải áp suất này;
 Dải áp suất cao, lên đến 40 bar: thường được sử dụng để khởi động các động cơ
diesel cỡ lớn, thử nghiệm đường ống và thổi làm sạch bình chứa…;
 Dải áp suất siêu cao, đến 400bar: thường dùng để nén các loại khí đặc biệt như oxy
cho bình lặn, sử dụng cho cơng nghệ sản xuất thép, các máy cán hạng nặng;
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 1 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

2.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

2.1.
2.1.1.

Thơng số thiết kế
Chất lượng và u cầu của khơng khí nén

Khơng khí tự nhiên chứa rất nhiều các tạp chất như bụi bẩn, hơi nước, dầu,
hydrocacbon và kim loại nặng như chì, cadimi, thuỷ ngân, sắt…Các tạp chất có trong
khơng khí nén sẽ gây ra những tác hại đối với hệ thống cũng như các dịch vụ sử dụng
khơng khí nén:

Các phần tử khói, bụi bẩn (solid matter particles) : Mài mòn các thiết bị trong hệ thống
khơng khí nén, có hại đối với sức khoẻ (các dịch vụ chăm sóc sức khoẻ, thuốc, thực
phẩm…).
Dầu tạp chất có lẫn trong khơng khí nén sẽ bám bẩn trên đường ống, làm giảm đường
kính ống, tăng trở lực đường ống, gây cản trở trong các hệ thống băng tải, có hại đối
với sức khỏe (các dịch vụ chăm sóc sức khoẻ, thuốc, thực phẩm…).
Nước/hơi ẩm trong khơng khí nén làm oxy hóa, ăn mịn, gây rỉ sét đường ống và các
thiết bị trong hệ thống gây rị rỉ, tạo lỗ trên các màng dầu bơi trơn, gây giảm tính năng
cơng nghệ của thiết bị, gây rị rỉ điện khi tiếp xúc với các phần tử mang điện…
Các tạp chất gây ra sự không đồng nhất của khối khí, dẫn đến việc tác động của khơng
khí nén lên cơ cấu chấp hành, đo lường không đúng, làm sai lệch kết quả đo lường
cũng như đặc tính chấp hành.
Tuỳ thuộc vào mục đích và yêu cầu của từng hộ tiêu thụ cụ thể khơng khí nén, hệ
thống khơng khí nén sẽ được trang bị các thiết bị xử lý phù hợp để đảm bảo chất lượng
khơng khí nén.
Chất lượng khơng khí nén xác định trong các tiêu chuẩn khác nhau của Mỹ, Nhật,
Châu Âu. Trong phạm vi báo cáo này, tiêu chuẩn chất lượng khơng khí nén u cầu
DIN ISO 8573-1 của Đức sẽ được đưa vào để tham khảo vì tiêu chuẩn này được sử
dụng phổ biến trên thế giới.
Chi tiết chất lượng khơng khí u cầu theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573-1 được đưa ra
trong bảng sau:

Bảng 1. Phân loại và yêu cầu chất lượng không khí nén theo tiêu chuẩn DIN
ISO 8573-1
Phân loại

Nồng độ dầu
lớn nhất
mg/m³

0
1.

Bụi bẩn dư trong khí
nén
Kích thước
phần tử m

Nồng độ
mg/m³

Ẩm dư trong khí nén
Nồng độ
mg/m³

Nhiệt độ
điểm
sương °C

Theo yêu cầu của người sử dụng thiết bị hoặc nhà cung cấp và yêu
cầu chất lượng khơng khí nén nghiêm ngặt hơn so với phân loại 1
0,01

0,1

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

0,1

0,003

- 70
Trang 2 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Phân loại

Nồng độ dầu
lớn nhất

Bụi bẩn dư trong khí
nén

2.

0,1

1

1

0,117

- 40

3.

1

5

5

0,88

- 20

4.

5

15

8

5,953

+3

5.

25

40

10

7,732

+7

6.

-

-

-

9,356

+10

Ẩm dư trong khí nén

Trong nhà máy nhiệt điện, khơng khí nén được áp dụng khá rộng rãi trong các hệ
thống, kể cả hệ thống cơng nghệ chính và hệ thống phụ trợ.
Theo mục đích sử dụng và u cầu về chất lượng cấp khơng khí nén trong nhà máy
điện (NMĐ) để tăng tuổi thọ của thiết bị máy móc sử dụng khí nén, giảm chi phí đầu
tư ban đầu, chi phí vận hành và sữa chữa nên sẽ được chia làm 2 loại: khơng khí nén
dịch vụ và khơng khí nén điều khiển.
Khơng khí nén điều khiển dùng để điều khiển các cơ cấu chấp hành của các van điều
khiển. Thông thường tất cả những van này u cầu chất lượng khơng khí nén rất
nghiêm ngặt việc lựa chọn nồng độ dầu lớn nhất, bụi bẩn dư trong khí nén và ẩm dư

trong khí nén tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại van và chất lượng khơng khí nén sẽ
được lựa chọn phụ theo van (đối tượng sử dụng) u cầu chất lượng khơng khí nén
nghiêm ngặt nhất.
Khơng khí nén dịch vụ chủ yếu đáp ứng yêu cầu về xịt rửa, làm sạch bề mặt vật liệu,
vận hành nâng hạ, vận chuyển các thiết bị, vật liệu trong nhà máy, sơn, phủ bề mặt
thiết bị. Do đó u cầu chất lượng khơng khí nén khơng cao nên chỉ cần xử lý sơ bộ
nồng độ dầu và bụi bẩn trong khí nén.
2.1.2.

Nhu cầu của khơng khí nén

Tất cả các nhu cầu chính của hệ thống khơng khí nén trong nhà máy bao gồm tổng nhu
cầu khơng khí nén cung cấp cho dịch vụ và khơng khí nén cung cấp cho điều khiển
như trình bày sau.
1. Khơng khí nén điều khiển trong nhà máy sẽ cung cấp không khí nén điều khiển
cho các hệ thống sau đây:
 Hệ thống đo lường và điều khiển lò hơi;
 Hệ thống đo lường và điều khiển tuabin;
 Hệ thống vận chuyển tro bay;
 Hệ thống FGD;
 Hệ thống CEMS;
 Hệ thống xử lý nước;
 Hệ thống xử lý nước thải;
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 3 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3

Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

 Hệ thống sản xuất hydro;
 Hệ thống lấy mẫu;
 Hệ thống xử lý nước ngưng;
 Phịng thí nghiệm hóa học;
 Bơm chân khơng;
 Hệ thống điều khiển cho các hệ thống phụ trợ;
 Hệ thống châm clo;
 Các thiết bị khác.
2. Hệ thống khí nén dịch vụ sẽ cung cáp khí nén để khởi động, vận hành và bảo
trì hệ thống. Khí nén dịch vụ sẽ cung cấp khí cho các hạng mục sau đây:
 Hệ thống lấy mẫu than tinh;
 Hệ thống vận chuyển than;
 Hệ thống đo lương và điều khiển lò hơi
 Thiết bị gia nhiệt;
 Thiết bị gia nhiệt kiểu khí khí;
 Hệ thống xử lý nước ngưng;
 Hệ thống xử lý nước- xử lý nước thải;
 Phịng thí nghiệm;
 Hệ thống châm hóa học;
 Hệ thống châm clo;
 Hệ thống lấy mẫu;
 Hệ thống vận chuyển tro bay;
 Các hệ thống khác.
2.1.3.

Áp suất và nhiệt độ khơng khí nén

1. Áp suất khơng khí nén
Áp suất làm việc của hệ thống cung cấp khơng khí nén là một thơng số rất quan
trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn công nghệ của hệ thống. Do đó, Việc
lựa chọn áp suất làm việc cần phải được xem xét đầy đủ ở nhiều khía cạnh khác
nhau.
Lựa chọn áp suất làm việc cao thì tiêu tốn thêm nhiều năng lượng, còn nếu lựa
chọn áp suất làm việc thấp thì khơng đáp ứng được u cầu vận hành.
Như vậy, ta phải liệt kê đầy đủ các áp lực làm việc của các hệ thống, thiết bị, máy
cơng cụ mà ta có, sau đó mới lựa chọn áp lực làm việc. Nếu dải áp lực làm việc của
các thiết bị mà chênh nhau quá lớn, có thể sẽ phải lựa chọn, sử dụng máy nén làm
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 4 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

việc với các mức áp suất khác nhau hoặc thêm bộ tăng áp. Không nên điều chỉnh
để lấy áp suất làm việc thấp từ nguồn máy nén áp lực cao vì như thế sẽ lãng phí
năng lượng.
Trong nhà máy nhiệt điện, áp suất làm việc (Plv) của các thiết bị thường không
vượt quá 6 - 8 bar.
2. Nhiệt độ khơng khí nén
Nhiệt độ khơng khí nén cũng phải được chú ý. Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm cháy
dầu bôi trơn, ảnh hưởng đến hiệu suất, công suất của máy nén.

Khi bị nén, khơng khí sẽ tăng nhiệt độ gắn liền với sự tăng áp suất. Nhiệt độ cuối
mỗi lần nén phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ đầu vào, đặc tính khí, q trình
làm mát khí. Nhiệt độ cuối phụ thuộc vào tỷ số nén m ( m = P2/P1).
2.1.4.

Tiếng ồn

Khi vận hành, máy nén có thể phát ra tiếng ồn với cường độ lên đến 85dB và có thể
cao hơn nếu trong cùng một vị trí có nhiều máy nén vận hành.
Do đó, máy nén cần phải có biện pháp giảm âm. Thơng thường, người ta thường dung
vật liệu cách âm là sợi bông khoáng, các vật liệu xốp chống cháy để bọc thiết bị.
2.2.

Tiêu chuẩn áp dụng

2.2.1.

Tiêu chuẩn Việt Nam

1. TCVN 2289 – 1978: Quá trình sản xuất. Yêu cầu chung về an toàn. –
Manufacturing processes – General safety requirements.
2. TCVN 6155 – 1996: Bình chịu áp lực-u cầu kỹ thuật an tồn về lắp đặt, sử
dụng, sửa chữa – Pressure vessels – Safety engineering requirements of
erection, use, repair.
3. TCVN 6156 – 1996: Bình chịu áp lực-u cầu kỹ thuật an tồn về lắp đặt, sử
dụng, sửa chữa – Phương pháp thử - Pressure vessels – Safety engineering
requirements of erection, use, repair. Testing method.
4. TCVN 8366 – 2010: Yêu cng, sửa chữa – Phương pháp thử - Pressure
vessels – Safety engineering requireme.
2.2.2.

Tiêu chuẩn quốc tế

1. Tiêu chuẩn DIN
 DIN ISO 8573-1: Tiêu chuẩn chất lượng khơng khí nén u cầu.
 DIN 51506: Tiêu chuẩn mơi chất làm mát máy nén khí.
 DIN 2440, 2441, 2442: Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, chế tạo và kiểm tra
cho các loại ống thép.
 DIN 1786 , DIN 1754: Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, chế tạo và kiểm tra
cho các loại ống đồng.
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 5 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

2. Tiêu chuẩn ISO
 ISO 2604 và ISO 7005/1: Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, chế tạo và kiểm
tra bình chứa.
 ISO 2604 và ISO 7005/1: Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, chế tạo và kiểm
tra cho các loại ống thép.
3. Các tiêu chuẩn khác
 Viện tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ANSI)
 Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hòa kỳ (ASTM)
 Tài liệu kỹ thuật về cẩu trục - Trang 410

 Tiêu chuẩn đường ống nhà máy điện ASME B31.1
 Tiêu chuẩn lị hơi và bình chứa áp lực ASME chương – VIII, Phần – 1
 Tiêu chuẩn chất lượng khơng khí nén điều khiển ISA S7.3.
3.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

3.1.
3.1.1.

Phân tích lựa chọn cơng nghệ
Lựa chọn máy nén và cấu hình máy nén

1. Lựa chọn máy nén
Máy nén khí sử dụng trong các dịch vụ nhà máy nhiệt điện có các loại chính
sau: máy nén ly tâm làm việc theo nguyên lý khí động học và các loại máy làm
việc theo nguyên lý thể tích như máy nén trục vít, máy nén piston, máy nén
rôto cánh trượt, …
Bảng 2.
Kiểu

So sánh ưu nhược điểm của một số loại máy nén
Ưu điểm

Nhược điểm

Máy nén Dãi công suất máy nén rộng từ 15m3/p – Cấu tạo phức tạp, khó
ly tâm
3000 m3/p, lưu lượng, áp suất cao.
vận hành sửa chữa.

Suất tiêu thụ năng lượng của máy nén
loại này nằm từ 5,7 đến 7,1 kW/m3
/phút. Tuy nhiên, những ưu điểm này chỉ
có được khi tải của hệ thống ổn định.
Máy nén khí ly tâm phải hoạt động với
cơng suất gần với công suất thiết kế.
Chúng không nên được sử dụng trong
các hệ tiêu thụ có nhu cầu dao động.
Máy nén Gồm có 2 loại: máy nén plunger, máy
piston
nén crosshead (theo hành trình của cơ
cấu piston - trục khuỷu); đơn và đa cấp
nén.
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Tuy nhiên máy nén
nhiều cấp phức tạp
hơn về cấu tạo, khó
vận hành, sửa chữa.
Trang 6 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Kiểu

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Ưu điểm
Hiệu suất, áp suất cao (loại đa tầng
cánh), nhiệt độ đầu ra thấp do có làm
mát trung gian, tiết kiệm năng lượng hơn
máy nén 1 cấp.
Máy nén piston có một số ưu điểm sau:
 Đáp ứng được các yêu cầu trong
điều kiện làm việc không liên tục,
dao động lớn
 Khi u cầu lưu lượng khơng khí
nén nhỏ: máy nén piston sẽ kinh tế
hơn máy nén trục vít
 Áp suất nén cao hơn: dải 8, 10, 15,
30, 35 bar.
Máy nén loại xi lanh đứng: Không phát
sinh ứng suất trên piston hoặc vành
piston bởi khối lượng của nó. Diện tích
lắp đặt nhỏ.
Máy nén loại xi lanh ngang: Lực trọng
lực tác dụng lên piston thấp.
Máy nén loại V, W, L-type: Cân bằng cơ
học tốt, yêu cầu diện tích lắp đặt nhỏ

Nhược điểm
Máy nén khí piston
tuổi thọ thấp do ma sát
nên thường xuyên
phải tiến hành đại tu,
để đảm bảo lưu lượng
của khí, và giảm

lượng dầu bị mất đi.
Lượng dầu bị mất đi
lớn.

Máy nén Máy nén trục vít có các ưu điểm chung Máy nén trục vít có
trục vít
như sau:
nhược điểm chung
 Làm việc khơng có ma sát, làm việc sau:
êm do khe hở giữa hai trục vít và  Dải áp suất làm
giữa đỉnh răng rất nhỏ do đó tuổi
việc khơng cao
thọ cao, chi phí bảo trì thấp.
bằng các loại máy
nén khác.
 Hiệu suất làm việc đầy tải cao do
máy nén trục vít được cấu tạo theo  Khó khăn trong
ngun lý ăn khớp giữa các trục vít
vận hành ở trạng
với nhau hoặc qua một cặp hay vài
thái quá tải (load
cặp bánh răng ăn khớp nên máy có
peak).
thể làm việc với số vòng quay cao  So với máy nén
với số vịng từ 3000 vịng/phút trở
khí piston, máy
lên thậm trí lên đến 15.000
nén khí trục vít có
vịng/phút. Thêm vào đó, máy có tỉ
giá thành cao, đầu

số nén cao với mức cực đại là 25,
tư ban đầu lớn.
hiệu suất lưu lượng đều và tăng theo
 Các trục vít yêu
thời gian 1,4m/phút và có thể lên tới
cầu độ chính xác
60m/phút.
cao nên khó chế
 Cấu tạo gọn nhẹ, dễ di chuyển và
tạo và sửa chữa,
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp không khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 7 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Kiểu

Máy nén
roto cánh
trượt
(máy nén
ly tâm)

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Ưu điểm

Nhược điểm
khơng cần phải có đế đặc biệt khi
địi hỏi thợ sửa
hoạt động. Thêm vào đó, máy vận
chữa phải có tay
hành rất ổn định, khơng dao động
nghề cao để xử lý
trong khí thốt, ít rung động và
các sự cố kỹ thuật.
tiếng ồn nhỏ. Ngồi ra, loại máy nén Máy nén có dầu:
khí này cũng khơng bị nóng khi hoạt
 Chất lượng khơng
động so với các loại máy nén khí
khí nén đầu ra
khác.
thấp vì có dầu
 Cơng bảo trì, chi phí vận hành máy
cuốn theo
nén khí trục vít thấp.
Máy nén khơng dầu :
Máy nén có dầu:
 Cấu tạo phức tạp
 Hiệu suất máy nén có dầu cao hơn
hơn máy nén có
khơng dầu vì có dầu làm kín các khe
dầu vì tăng hiệu
hở giữa cặp trục vít.
suất nén, khe hở
giữa các bánh răng
 Nhiệt độ đầu ra khí nén nhỏ hơn

nhỏ và có thêm bộ
máy nén không dầu.
chuyển đổi tốc độ
 Cấu tạo đơn giản hơn máy nén
quay.
không dầu.
 Giá thành rẻ hơn máy nén khơng  Giá thành cao hơn
máy nén có dầu vì
dầu.
cấu tạo phức tạp.
Máy nén không dầu :
 Chất lượng không khí nén dầu ra cao
do khơng có dầu cuốn theo.
Làm việc không ma sát tuổi thọ cao, làm
việc êm , khí đầu ra đều, cân bằng,
khơng dao động, diện tích yêu cầu nhỏ,
giá thành bảo trì thấp.

Hiệu suất thấp và chi
phí bảo trì lớn do bị
mài mịn cạnh trong
q trình vận hành.
Yêu cầu độ kín khít và
giá thành chế tạo cao
Tồn tại lực ly tâm và
lực dọc trục nên lực
tác dụng trên các ổ lăn
phúc tạp.

Máy nén trục vít, piston hoặc máy nén ly tâm thường được sử dụng trong nhà

máy nhiệt điện. Cả ba loại máy nén này đều có những ưu khuyết điểm.
Từ bảng trên cho thấy việc lựa chọn loại máy nén cho mỗi loại nhu cầu khác
nhau để đạt hiệu quả kĩ thuật cũng như kinh tế phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
khác nhau:

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 8 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

 Khi nhu cầu khơng khí nén thay đổi với biên độ lớn, máy nén cần đáp ứng
khả năng vận hành không liên tục, thay đổi và khi u cầu lưu lượng khơng
khí nén nhỏ. Trường hợp này máy nén piston là phù hợp nhất.
 Khi nhu cầu khơng khí nén ổn định khơng có trạng thái dao động, xung xảy
ra do vậy nó có thể được áp dụng trong các nhu cầu với thiết bị có độ nhạy
cảm cao, hệ số sử dụng thường xuyên cao (UR lớn) vận hành ở tải cơ sở và
yêu cầu lưu lượng khí vừa. Máy nén trục vít nên được lựa chọn.
 Khi nhu cầu khơng khí nén ổn định, hệ số sử dụng thường xuyên cao (UR
lớn) vận hành ở tải cơ sở và yêu cầu lưu lượng khí lớn. Máy nén ly tâm nên
được lựa chọn.
Đối với các nhà máy nhiệt điện đốt than với áp suất làm việc khoảng 8 bar và
nhu cầu tiêu thụ trải ra cho nhiều hạng mục nhỏ thì các máy nén trục vít, làm
mát bằng nước, có thể có dầu hoặc khơng dầu thường được lựa chọn để linh
hoạt cho quá trình sử dụng.

2. Các phương pháp làm mát máy nén
Trong quá trình hoạt động của máy nén khí, nhiệt lượng liên tục được sinh ra
do sự ma sát trong đầu nén khí. Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm cháy dầu bôi trơn,
ảnh hưởng đến hiệu suất, công suất của máy nén. Do đó khơng khí nén cần
phải được làm mát trung gian (nếu hai cấp nén trở lên) và trước khi ra khỏi
máy nén.
Về cơ bản, có hai phương thức làm mát chủ yếu cho máy nén khí là:
 Làm mát bằng gió;
 Làm mát bằng nước.
Bảng dưới đây sẽ phân tích so sánh hai phương thức làm mát trên.
Bảng 3.

Các phương án làm mát máy nén

Yếu tố

Làm mát bằng gió

Làm mát bằng nước

Mơ tả

Phương pháp này sử dụng quạt
gió để đẩy gió làm mát thổi
qua đầu nén hoặc qua các lá
tản nhiệt trên giàn làm mát để
làm giảm nhiệt độ của dầu
hoặc nước tuần hồn và khí
nén. Tiếp đó, dầu hoặc nước đã
hạ nhiệt độ sẽ được đưa trở lại

bình đựng dầu và đầu nén để
tiếp tục bôi trơn và hấp thụ
nhiệt lượng sinh ra ở máy rồi
quay lại giàn làm mát để tiếp
tục một chu trình làm mát bình

Nước làm mát mạch kín (nước
khử khống) sẽ được bơm tuần
hồn vào thiết bị trao đổi nhiệt
ống đồng, nơi dầu tuần hồn và
khí nén chạy qua. Dầu hấp thụ
nhiệt lượng sinh ra từ đầu nén sẽ
đi qua bộ trao đổi nhiệt và bị
nước hấp thụ nhiệt lượng rồi đưa
dầu ra ngoài nhờ sự lưu thông
liên tục của nước làm mát. Dầu
tuần hồn đã được làm mát sẽ
quay lại bình chứa dầu và tiếp
tục một vịng tuần hồn mới.

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 9 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Yếu tố

Làm mát bằng gió

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Làm mát bằng nước

thường.
Ưu điểm

Máy nén khí làm mát bằng gió Thích hợp cho những nơi có mơi
có cơ cấu gọn nhẹ, có tính cơ trường khói bụi, nhiệt độ mơi
động cao.
trường cao.
Tấn suất vệ sinh hệ thống tản
nhiệt thấp.
Tận dụng được hệ thống nước
làm mát mạch kín.

Nhược
điểm

Trong q trình vận hành phải Cồng kềnh hơn máy nén khí làm
thường xuyên vệ sinh giàn tản mát bằng gió do máy nén khí
nhiệt.
làm mát bằng nước luôn yêu cầu
Phụ thuộc nhiều vào điều kiện phải có hệ thống bơm và bốn
khơng khí xung quanh, thích nước tuần hoàn làm mát đi theo
hợp với những nơi ít bụi bẩn, máy.
nhiệt độ xung quanh thấp (dưới

40 độ C).

Mỗi phương pháp làm mát máy nén khí đều có những ưu và nhược điểm riêng
tuy nhiên trong NMĐ thường được làm bằng nước do tận dụng được hệ thống
nước làm mát mạch kín.
3. Phân tích, lựa chọn cấu hình trạm máy nén
Để đảm bảo nhà máy có thể vận hành ổn định và liên tục, hệ thống cung cấp
không khí nén cần được thiết kế có tính đến yếu tố dự phịng trong trường hợp
có sự cố hỏng hóc thiết bị. Đối với các dự án NMĐ, có ba loại cấu hình chính
thường được xem xét có thể đáp ứng yêu cầu trên là 2x100%, 3x50% và
4x33%. Mỗi loại cấu hình đều có những ưu, nhược điểm riêng được nêu trong
bảng bên dưới.
STT
1

Bảng 4. Bảng phân tích lựa chọn cấu hình 2x100%, 3x50% và 4x33%
Yếu tố
Cấu hình 2x100%
Cấu hình 3x50%
Cấu hình 4x33%
Nhu

cầu Phù hợp với nhu cầu Phù hợp với nhu cầu Phù hợp với nhu cầu

khơng

khí khơng khí nén nhỏ vì khơng khí nén vừa vì khơng khí nén lớn.

nén

lúc này các hệ tiêu thụ lúc này các hệ tiêu thụ Lúc này các hệ tiêu
ít, tải ít dao động sẽ vừa, tải dao động thụ nhiều, nhiều máy
nâng cao hiệu quả không quá lớn nên số nén nhỏ sẽ có lợi hơn
trong q trình vận lượng máy nén không về mặt kinh tế trong

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 10 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

STT

Yếu tố

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Cấu hình 2x100%
hành của máy nén.

Cấu hình 3x50%

Cấu hình 4x33%

cần nhiều cũng khơng q trình vận hành,
ít quá để nâng cao hiệu bảo trì, bão dưỡng.
quả trong q trình

vận hành.

2

u

cầu Vận

vận hành

hành

thường

Vận

hành

thường Do hệ thống có nhiều

xun và công suất của

xuyên và công suất máy nén nên việc vận

máy nén luôn vận hành

của máy nén luôn duy hành linh hoạt hơn.

ở tải đỉnh.

trì ở mức tải trên 50%. Khi hệ thống vận
hành với tải thấp, thì
có thể chạy 1 hoặc 2
máy ở tải đỉnh và các
máy còn lại dừng.
Điều kiện làm việc có
thể khơng liên tục
hoặc dao động lớn.

3

Khả

năng Khả năng dự phòng là Khả năng dự phòng là Khả năng dự phòng là

dự phòng

100% nên hệ thống 50% nên hệ thống vận 33% nên hệ thống
vận hành ổn định, an hành tương đối ổn vận hành khơng ổn
tồn.

định và an tồn.

định và an tồn bằng
cấu hình 2x100% và
3x50%.

4

Chi phí đầu Do khả năng dự phịng Khả năng dự phịng Do khả

tư ban đầu/ khi có sự cố là 100% 50%
vận hành

nên chi phí đầu tư cao.

nên

chi

năng dự

phí phịng khi có sự cố

khơng q cao và chi thấp 33% nên chi phí

Tuy nhiên chi phí vận phí bảo trì, bảo dưỡng đầu tư thấp.
hành, bảo dưỡng thấp.

cũng không cao.

Tuy nhiên số lượng
máy nén nhiều cũng
làm tăng chi phí đầu
tư

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

ban

đầu,

Trang 11 / 22

bảo


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

STT

Yếu tố

Cấu hình 2x100%

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Cấu hình 3x50%

Cấu hình 4x33%
dưỡng và sửa chữa.

Trên đây là những phân tích các yếu tố ảnh hưởng để lựa chọn cấu hình phù
hợp hệ thống cung cấp khơng khí nén. Tùy theo điều kiện vận hành và dãi
công suất của hệ thống mà lựa chọn cấu hình cho phù hợp, bên cạnh đó cần xét
đến yếu tố về kinh tế.
3.1.2.

Phân tích, lựa chọn thiết bị xử lý khơng khí nén

Như đã phân tích trong các mục trên, đối với các dịch vụ và yêu cầu áp dụng của
NMĐ, các thiết bị xử lý đầu ra khơng khí nén sẽ được xem xét lắp đặt như sau.
1. Bộ lọc
Các bộ lọc thường được lắp trong hệ thống khơng khí nén mà độ sạch và tinh
khiết của khơng khí địi hỏi cao. Chức năng chính của bộ lọc này là lọc bụi, lọc
dầu và các hạt rắn lơ lửng trong khơng khí có kích thước rất nhỏ.Bộ lọc thường
gồm có bộ lọc trước (lọc thơ) và lọc sau (lọc tinh). Bố trí giữa hai bộ lọc này là
thiết bị sấy khơ khơng khí.
Tùy thuộc, vào u cầu chất lượng khơng khí nén mà ta lắp các bộ lọc thơ hay
lọc tinh.
Có 2 giá trị cần lưu ý trong lựa chọn bộ lọc là hiệu suất lọc và tổn thất áp lực
qua bộ lọc.
Hiệu suất lọc () là giá trị được tính tốn trên cơ sở nồng độ bụi vào và ra bộ
lọc:
 = 100 – (C1/C2×100)
Trong đó :  là hiệu suất lọc (%)
C1 là nồng độ bụi đầu vào (g/m³)
C2 là nồng độ bụi đầu ra (g/m³)
Chênh áp: là sự chênh áp suất đầu ra và đầu vào bộ lọc. Giá trị chênh áp này sẽ
có một giá trị giới hạn do nhà sản xuất đưa ra. Thông thường, đối với bộ lọc
mới, chênh áp khoảng từ 0,02 – 0,2 bar tuỳ thuộc vào từng loại khác nhau.
Chênh áp này sẽ tăng lên theo thời gian vận hành do bụi bẩn được thu giữ
trong đường ống. Giá trị giới hạn chênh áp kinh tế cho phép khoảng 0,6 bar.
Khi chênh áp này vượt quá giá trị cho phép, bộ lọc cần phải được làm sạch
hoặc thay thế cơ phận.
Bộ lọc thô thường lọc các phần tử có kích thước lớn hơn 3µm, hiệu suất tách
lọc đạt 99,99%. tổn thất áp suất > 0,03bar. Chúng hoạt động theo nguyên lý bề
mặt. Vật liệu tiêu chuẩn làm phần tử lọc là: đồng thiếc nung thiêu kết,
polyetilene cao phân tử, gốm thiêu kết, sợi đồng thau hoặc thiếc hoặc các lớp

giấy tấm cen-lu-lô.
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 12 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Bộ lọc tinh được cấu tạo từ những lớp vật liệu cái hình thành từ những sợi, thớ
rối, phức tạp xoắn vào nhau một cách ngẫu nhiên. Giữa những lớp vật liệu này
có một hệ thống đường thơng và khe hở dạng ma trận để cho dịng khí đi qua.
Vật liệu làm bộ lọc này là các sợi tổng hợp borrosilicate, sợi kim loại hoặc sợi
tổng hợp. Bộ lọc tinh lọc các phần tử có kích thước lớn hơn 0.01µm, hiệu suất
lọc đạt 99,999%. Tổn thất áp suất > 0,1bar.
Bảng 5.
STT

Các thơng số chính của bộ lọc tinh và lọc thơ
Mơ tả

Chênh áp
(bar)

Hiệu suất
lọc (%)

Kích cỡ
phần tử lọc
(m)

Dầu (mg/m³)

1

Bộ lọc thô

> 0,03

99,99

>3

Không lọc

2

Bộ lọc tinh

> 0,1

99,9999

> 0,01

> 0,01

Từ các thông số trên, kết hợp với yêu cầu về chất lượng khơng khí nén, bộ lọc
thơ và bộ lọc tinh sẽ được áp dụng cho hệ thống khí nén điều khiển.
Với khơng khí nén cung cấp cho dịch vụ thì bộ lọc thơ được áp dụng.
2. Bộ sấy khơ
Các phương pháp sấy khơ khơng khí nén phổ biến sau:
 Phương pháp ngưng tụ (condensation): tách hơi ẩm/nước bằng cách giảm
nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ điểm sương.
+ Ưu điểm : Ln duy trì được một điểm sương nhất định khoảng 20C, chi
phí đầu tư thấp, chi phí bảo dưỡng thấp, dễ vận hành, dễ sửa chữa và máy
sấy khí làm việc khá ổn định.
+ Nhược điểm : Nhiệt độ điểm sương thấp nhất khoảng 10C, nếu yêu cầu
nhiệt độ điểm sương nhỏ hơn nữa sẽ làm cho bộ trao đổi nhiệt khí – khí
đóng băng. Khả năng tách ẩm không tốt bằng phương pháp hấp thụ và
phương pháp khếch tán. Một số máy sấy kiểu ngưng tụ có thể có vấn đề về
rị rỉ mơi chất lạnh.
 Phương pháp thấm hút bề mặt (absorption): tách hơi ẩm/nước (sấy khô)
bằng nguyên lý thấm hút.
+ Ưu điểm : Phương pháp này cho phép áp suất đọng sương thấp, khơng đổi
có thể đạt được trong mọi điều kiện vận hành. Năng lượng dùng để thực
hiện quá trình hút ẩm thấp. Khả năng tách nước ra khỏi khí nén đạt tới mức
99,99%.
+ Nhược điểm : Chi phí đầu tư ban đầu cao, vật liệu hấp thụ cần được bổ
sung và thay thế theo thời gian, tổn thất khí nén lớn (khoảng 15- 20% nhu
cầu khơng khí khơ ban đầu khi khơng sử dụng nhiệt để tự hoàn nguyên),
cấu tạo phức tạp và tốn điện ( khi sử dụng phương pháp hoàn nguyên bằng
điện trở để gia nhiệt).

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 13 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

 Phương pháp khuyếch tán (diffusion): Hơi ẩm thấm qua màng nhờ sự chênh
lệch áp suất của hơi nước và các khí khác trong khơng khí.
+ Ưu điểm : Phương pháp này cho phép áp suất đọng sương thấp, không đổi
khoảng -410C. Khả năng tách nước ra khỏi khí nén đạt tới mức 99,99%.
Khơng u cầu cung cấp năng lượng, dễ dàng lắp đặt vào đường ống khí
nén. phù hợp trong các khu vực hẻo lánh, cháy nổ, môi trường đông lạnh..
+ Nhược điểm : Phương pháp này không phù hợp để tách ẩm công suất lớn.
Các phương pháp trên gắn liền với các công nghệ khác nhau và được trình bày
bằng hình vẽ dưới đây.
Bảng 6.

Sơ đồ cơng nghệ sấy khơ khơng khí nén phổ biến

Do chất lượng khơng khí nén u cầu trong các hộ tiêu thụ của nhà máy điện
khơng cao, do đó, các máy nén trong nhà máy điện thường áp dụng phương pháp
sấy ngưng tụ với các máy sấy làm lạnh (refrigeration) với những ưu điểm như
kinh tế (đây là phương pháp kinh tế nhất trong hầu hết các phương án trên), tách
lọc tốt (100% các phần tử rắn và nước lớn hơn 3µm sẽ được loại bỏ, tổn thất áp
lực thấp khoảng 0,2bar).
3.1.3.

Bình chứa khí nén

Nhiệm vụ của bình chứa khơng khí nén là tích trữ lượng khơng khí nén đủ cung
cấp cho nhu cầu, mặt khác điều hoà áp lực, tách nước ngưng cũng như ổn định lưu
lượng khơng khí khi cung cấp.
Để bình chứa tách ẩm tốt, diện tích bố trí nhỏ thì bình chứa hình trụ đứng, làm
bằng thép các bon thép hàn sẽ được lựa chọn.
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 14 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

3.1.4.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Hệ thống đường ống khí nén.

Vật liệu ống và hệ thống đường ống phân phối khí nén phải đáp ứng được một số
yêu cầu cơ bản sau:
 Chống được tình trạng ăn mịn, khơng bị rỉ sét, cáu cặn
 Làm việc được trong môi trường nhiệt độ, áp suất vận hành cao
 Tổn thất áp lực trên đường ống và các thiết bị phụ trợ phải thấp
 Việc lắp đặt phải có chi phí thấp (tối ưu về chiều dài hệ thống…)
Vật liệu đường ống khơng khí nén được làm bằng thép mạ kẽm, thép đúc, thép
không gỉ, ống đồng, ống nhựa tuỳ vào vị trí, mơi chất, và yêu cầu của thiết bị làm
việc.

Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế, chế tạo và kiểm tra: ISO 2604 và ISO 7005/1,
DIN 2440, 2441, 2442 (cho các loại ống thép) hoặc DIN 1786, DIN 1754 (cho ống
đồng).
Vật liệu đường ống nước làm mát khơng khí nén được làm bằng thép mạ kẽm hoặc
tương đương. Áp lực làm việc thiết kế 2 kg/cm², và áp lực tĩnh lớn nhất là 7
kg/cm². Vận tốc nước đi trong ống không vượt quá 2 m/s.
3.2.

Sơ đồ bố trí các thiết bị chính trong hệ thống khơng khí nén (P&ID)

Hệ thống khơng khí nén đầy đủ trong nhà máy điện cho cả hai phần hệ thống điều
khiển và dịch vụ sẽ bao gồm các thiết bị chính sau: máy nén, bình chứa, các bộ sấy, bộ
lọc dầu (oil aerosol filter), lọc bụi (air line fỉne filter), đường ống và phụ kiện để cung
cấp không khí nén cho các nhu cầu đo lường, điều khiển và dịch vụ.
Việc bố trí các thiết bị trong hệ thống là một trong những gia đoạn quan trọng, nó địi
hỏi phải tích lũy nhiều kinh nghiệm, kiến thức lý thuyết và sáng tạo. Bố trí các thiệt bị
trong hệ thống hợp lý sẽ đảm bảo hệ thống vận hành với độ tin cậy cao hơn, an toàn
hơn và tăng tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống.
Trong NMĐ có hai cách bố trí phổ biến như sau:
 Bình chứa khí nén được bố trí sau bộ sấy khơ, các bộ lọc bụi bẩn và bộ lọc dầu được
gọi là bình chứa khơ vì khơng khí nén được xử lý ẩm trước khi vào bình chứa;
 Bình chứa khí nén được bố trí trước bộ sấy khơ, các bộ lọc được gọi là bình chứa
ướt vì khơng khí nén từ máy nén đi ra là khơng khí bảo hịa.
Bảng dưới đây sẽ phân tích những ưu nhược điểm của hai cách bố trí trên, những ưu
điểm của cách bố trí này là nhược điểm của cách bố trí kia và ngược lại.
Bảng 7.

So sánh ưu nhược điểm của hai cách bố trí bình chứa khơng khí
nén.

Cách bố trí

Bình chứa ướt

Ưu điểm

Bộ sấy khơ và bộ lọc nhỏ gọn vì cấu Hệ thống cung cấp khơng
tạo của bình chứa khí nén là kiểu trụ khí nén cho các hộ tiêu thụ

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp không khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Bình chứa khơ

Trang 15 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Cách bố trí

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Bình chứa ướt

Bình chứa khơ

đứng, do đó khơng khí nén từ máy nén
đi ra có chứa các hạt ẩm, dầu với vận

tốc lớn đi vào bình chứa sẽ va đập vào
thành bình, làm dịng khí nén đổi
hướng, mất động năng, các hạt ẩm, dầu
sẽ rơi xuống đáy bình.

ổn định, an tồn.
Bộ sấy khơ làm việc ổn
định không xảy ra trường
hợp quá tải.

Tăng tuổi thọ các thiết bị xử lý khơng
khí nén vì bình chứa được bố trí phía
trước giúp điều hịa áp lực của hệ
thống, ổn định lưu lượng khơng khí khi
cung cấp.
Nhược điểm

Khả năng cung cấp khơng khí nén cho
các hệ tiêu thụ khơng tin cậy, khơng an
tồn trong trường hợp bộ sấy khơ, các
bộ lọc, hệ thống đường ống hoặc các
van gặp sự cố.

Tuổi thọ các thiết bị xử lý
khơng khí nén khơng cao.
Cơng suất bộ sấy khô và bộ
lọc dầu lớn hơn. Do đó bộ
sấy khơ và bộ lọc lớn.

Khi nhu cầu khơng khí nén điều khiển

tăng đột biến, bộ sấy khơ phải làm việc
q tải.
Từ bảng so sánh bố trí bình chứa khơng khí nén trên ta thấy mỗi cách bố trí đều có
những ưu và nhược điểm riêng, do đó để tận dụng được những ưu điểm và khắc phục
được các nhược điểm của các cách bố trí bình chứa khơng khí nén ta sẽ kết hợp hai
cách bố trí này lại với nhau như sau:
 Bố trí một bình chứa khí nén (bình chứa ướt) sau khi khơng khí nén ra khỏi máy
nén. Bình chứa ướt này khơng có tác dụng để dự trữ khí nén cho hệ thống, mà như
một bình đệm, giảm xung khí nén và tách một phần ẩm trước khi đi qua các thiết bị
lọc, máy sấy,…qua đó tăng tuổi thọ của các thiết bị này. Cơng suất bình chứa ướt
trong trường hợp này được tính tốn trên cơ sở lưu lượng và thời gian đóng-mở
(on/off) cho phép của máy nén khí theo quy định của nhà sản xuất và thường khơng
q lớn.
 Bố trí bình chứa khơng khí nén (bình chứa khơ) phía sau bộ sấy khí nén và các bộ
lọc. Bình chứa khơ này sẽ đóng vai trị dự trữ khí nén chính cho các hoạt động của
nhà máy. Cơng suất bình chứa khơ phụ thuộc vào lưu lượng khí nén điều khiển và
thời gian dự trữ cần thiết theo yêu cầu của hợp đồng.
Dưới đây là sơ đồ bố trí sơ bộ cho các thiết bị theo phương án đề xuất bên trên:

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 16 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

4.

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

4.1.
4.1.1.

Tính tốn cơng suất hệ thống
Tổng nhu cầu khơng khí nén

Tổng nhu cầu cho khơng khí nén cho nhà máy điện sẽ là tổng nhu cầu khơng khí nén
điều khiển (Ti) và dịch vụ (Ts) có xem xét đến hệ số vận hành đồng thời.
T = Ti.n + Ts.m
Hệ số vận hành không đồng là hệ số thực nghiệm được các nhà sản xuất, chế tạo và
vận hành đưa ra trong các sách hướng dẫn của họ. Hệ số này tùy thuộc vào hệ tiêu thụ
là khí nén điều khiển hay khí nén dịch vụ. Với khí nén điều khiển thường có hệ số
đồng thời lớn hơn khí nén dịch vụ.
Tổng nhu cầu khơng khí nén phải được xác định ở các điều kiện vận hành của nhà máy
như khởi động, vận hành bình thường và dừng máy. Dưới đây là một số chế độ vận
hành thường gặp của nhà máy được sử dụng để xác định nhu cầu tiêu thụ khí nén:
 Trường hợp 1: 1 tổ máy vận hành và 1 tổ khởi động;
 Trường hợp 2: cả 2 tổ vận hành;
 Trường hợp 3: 1 tổ máy vận hành và 1 tổ máy dừng.
4.1.2.

Cơng suất hệ thống khơng khí nén

Từ tổng nhu cầu khơng khí nén (T) ở trên, ta xác định cơng suất hệ thống khơng khí
nén trên cơ sở xét thêm một số hệ số sau:
Tổn thất ( l - losses %)

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 17 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Tổn thất do dò rỉ, ma sát xuất hiện ở hầu hết các phần của hệ thống không khí nén như
van, mặt bích và vít nối, đường xả, các mối hàn hoặc do lắp đặt không chuẩn các bộ
sấy, lọc và các thiết bị dịch vụ khác.
Khi thiết kế một hệ thống khơng khí nén mới, cho phép tổn thất lên xấp xỉ 5 – 10 %
tổng nhu cầu khơng khí nén (T) tuỳ thuộc vào qui mơ của hệ thống lớn hay nhỏ. Với
hệ thống cũ, cho phép tổn thất lên tới 25%.
Đối với hệ thống không khí nén trong nhà máy điện, l thường chọn 10%.
Đối với trường hợp sử dụng mấy sấy khí loại hút ẩm, khơng gia nhiệt cần thêm một
lượng khí tái sinh cho các chất hút ẩm. Lượng khí này khoảng 15% – 20% (hệ số a)
tổng lượng khí đầu vào máy sấy tùy thuộc dải công suất và nhà sản xuất. Hệ số này
được sử dụng đề xác định tổng lượng khí nén đầu vào cần thiết đi qua bộ sấy khí. Từ
đó làm cơ sở để xác định tổng nhu cầu khơng khí nén. Như vậy:
T = [Ti/(1-a)].n + Ts.m
Dự trữ mở rộng (r - reserves %)
Sự tiêu thụ không khí nén thường được ước định theo nhu cầu hiện tại. Tuy nhiên kinh
nghiệm chỉ ra rằng nhu cầu của hệ thống thường tăng sau đó, dù ít hay nhiều, tuỳ
thuộc vào kế hoạch mở rộng, phát triển của nhu cầu sau này lớn hay nhỏ. Cho phép dự
phòng lưu lượng lên đến 100%. Đối với các hộ tiêu thụ như trong nhà máy điện, r

thường chọn 25-30%.
Dự trữ do lỗi tính tốn (e - margin for error %)
Mặc dù cẩn thận trong tính tốn, con số tổng nhu cầu khơng khí nén vẫn có thể bị tính
sai do một số thông tin ban đầu không được rõ ràng như đã nói ở trên. Để dự phịng
điều này, cho phép dự phòng lưu lượng 5 – 15%. Đối với các hộ tiêu thụ đa dạng và
phức tạp như trong nhà máy điện, e thường chọn 15%.
Sau khi xác định được các hệ số, từ tổng nhu cầu khơng khí nén (T) ta có được tổng
nhu cầu khơng khí nén hiệu chỉnh như sau: Tm = T×(1 + l + r + e).
Giá trị Tm sẽ là giá trị cuối cùng để đưa vào lựa chọn hệ thống máy nén khí.
4.2.
4.2.1.

Tính tốn các thiết bị xử lý khơng khí
Mấy sấy khí và các bộ lọc

Công suất của bộ sấy khô phải đáp ứng mức tiêu thụ lớn nhất của khơng khí nén
cho điều khiển với chất lượng khơng khí nén theo u cầu của hệ tiêu thụ. Khơng
khí nén điều khiển u cầu sẽ được tính tốn dựa trên tổng như cầu khí nén điều
khiển lớn nhất cùng với hệ số dự phòng nhất định cho rò rỉ khoảng 10%.
Đối với trường hợp máy sấy khí loại hút ẩm, khơng gia nhiệt, cần có thêm một
lượng khí tái sinh cho các chất hút ẩm, và lượng khí này khoảng 15% – 20% tổng
lượng khí đầu vào máy sấy tùy thuộc cơng suất và nhà sản xuất.
Công suất của bộ lọc được lựa chọn dựa trên lượng khơng khí nén khi đi qua bộ
lọc.
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 18 / 22

Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Tổn thất áp lực qua các thiết bị máy sấy và các bộ lọc tùy thuộc vào mỗi nhà sản
xuất, thơng thường khơng q 0.5 bar.
4.3.

Bình chứa khí nén

Thể tích bình chứa phụ thuộc vào loại máy nén, lưu lượng khí, áp lực làm việc của
máy nén.
Áp suất bình chứa: căn cứ vào áp lực làm việc lớn nhất của máy nén Pmax, ta lựa
chọn áp lực cho bình chứa, tối thiểu là lớn hơn Pmax = 1 bar.
Cơng thức tổng qt để xác định thể tích bình chứa như sau:
V = V60×(Tm/Vo) – (Tm/Vo)²)/Al×(Pmax – Pmin)
Trong đó:
 V: Thể tích bình chứa khơng khí nén (m³)
 Vo: Lưu lượng khơng khí nén của máy nén (m³/phút)
 Tm: Nhu cầu khơng khí nén (m³/phút)
 Pmax: Áp suất lớn nhất (áp suất lơn nhất dừng làm việc) của máy nén (bar)
 Pmin: Áp suất nhỏ nhất (áp suất nhỏ nhất đóng máy) của máy nén (bar)
 ∆p: Chênh lệch áp suất ở 2 mức Pmax – Pmin. Ở máy nén trục vít ∆p = 0,5 – 1
bar, ở máy nén piston Pmax ≥ 20% Pmin. Pmin luôn cao hơn áp suất Plv,
khoảng 0,5 bar trên áp suất làm việc của thiết bị.
 Al: Chu kỳ động cơ cho phép (lần/giờ).
Cơng thức giản lược để xác định thể tích bình chứa:
 Với máy nén piston: V = (V0×15)/(Al×∆p)
 Với máy nén trục vít: V = (V0×5)/(Al×∆p)

Giá trị tốc độ chu kỳ động cơ cho phép của máy nén (Al):
Giá trị chu kỳ động cơ là số chu kỳ quay của động cơ trong một đơn vị thời gian.
Giá trị chu kỳ động cơ cho phép liên quan đến khái niệm thời gian chờ (Idle
times – ti) và thời gian làm việc (running time – tr ) của máy nén.
Thời gian chờ của máy nén (Idle times – ti) là thời gian mà máy nén khơng vận
hành để cấp khơng khí nén cho hệ thống, lượng khơng khí nén tiêu thụ của hệ
thống trong thời gian này sẽ lấy từ các bình chứa. áp suất trong bình chứa sẽ
giảm từ áp suất Pmax xuống đến áp suất Pmin.
Công thức xác định thời gian chờ của máy nén (td) như sau :
ti = V×(Pmax – Pmin)/Tm
Thời gian làm việc (running time – tr ) của máy nén là thời gian máy nén làm
việc để bù đắp lại lượng khơng khí nén tiêu thụ và áp suất (tăng từ Pmin lên
Pmax).
Công thức xác định thời gian làm việc (running time – tr ) của máy nén như sau :
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 19 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

tr = V×(Pmax – Pmin)/(Vo – Tm)
Tốc độ chu kỳ động cơ lớn nhất phụ thuộc vào công suất của động cơ truyền
động. Động cơ truyền động có thể gặp sự cố hư hỏng nến giá trị này bị vượt quá.
Dựa vào hai khái niệm trên, ta có tính tốn để xác định được giá trị tốc độ chu kỳ
động cơ cho phép theo công thức sau :

Al = 60/(ti + tr) (lần/giờ)
Dựa vào công thức này, ta đưa ra được bảng lựa chọn nhanh giá trị Al dựa trên
công suất điện của động cơ như sau:
Bảng 8. Giá trị tốc độ chu kỳ động cơ cho phép của máy nén (Al)
STT

Công suất điện động cơ (KW)

Al (lần/phút)

1

4 – 4.5

30

2

11 – 22

25

3

30 – 55

20

4

65 – 90

15

5

110 – 160

10

6

200 – 250

5

Theo kinh nghiệm của các nhà sản suất, tỉ lệ giữa lưu lượng khơng khí nén của máy
nén (V0) với thể tích bình chứa (V) như sau:
 Máy nén piston: Do đặc tính q trình nén khơng ổn định, máy nén piston u
cầu cần thể tích bình chứa V = V0
 Máy nén trục vít: Với đặc tính quá trình nén ổn định liên tục thể tích của bình
chứa sẽ nhỏ hơn là V = V0/3.
4.4.

Đường ống khí nén

Đường kính khí nén sẽ được tính tốn dựa theo cơng thức dưới đây:
D

4Q

v3600

Trong đó:
m3
) là cơng suất của hệ thống
h

-

Q(

-

v(m / s) là vận tốc khí nén đi trong ống

Vận tốc được được lựa chọn trên tiêu chí kinh nghiệm, đảm bảo tính kinh tế, an tồn
và tổn thất là tối ưu nhất. Thông thường vận tốc được đưa ra trong các tiêu chuẩn thiết
Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 20 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

kế ở dạng khuyến cáo, kiến nghị. Đối với mơi chất là khơng khí nén trong nhà máy
điện, một số tiêu chuẩn kiến nghị ở mức không nhỏ hơn 10 - 15m/s.

Bảng 9.
Đường
Ống
Nghĩa

Vận tốc khí nén trong đường ống để tham khảo
Kính
Danh

Lưu lượng khí nén
kiến nghị

Vận tốc khí nén
trong ống

½ inch (12 mm)

20,9 m3/h (59 lb/h)

4,2 m/s (14 ft/s)

¾ inch (20 mm)

42,64 m3/h (120 lb/h)

5,2 m/s (17 ft/s)

1 inch (25 mm)

85,27 m3/h (240 lb/h)

6,3 m/s (21 ft/s)

1½ inch
mm)

255,8 m3/h (730 lb/h)

8,5 m/s (28 ft/s)

2 inch (50 mm)

496,1 m3/h (1.400
lb/h)

10 m/s (33 ft/s)

3 inch (75 mm)

1.434 m3/h (4.070
lb/h)

13 m/s (43 ft/s)

4 inch
mm)

(100

2.946 m3/h (8.400

lb/h)

16 m/s (52 ft/s)

5 inch
mm)

(125

5.194 m3/h (14.800
lb/h)

18 m/s (60 ft/s)

6 inch
mm)

(150

8.450 m3/h (24.000
lb/h)

20 m/s (67 ft/s)

8 inch
mm)

(200

1.783 m3/h (51.000

lb/h)

25 m/s (81 ft/s)

10 inch (250
mm)

32.558 m3/h (92.000
lb/h)

28 m/s (93 ft/s)

12 inch (300

51.438

(40

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

m3/h

32 m/s (104 ft/s)
Trang 21 / 22


Tổng Công Ty Phát Điện 3
Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Đường
Ống
Nghĩa
mm)

Kính
Danh

Lưu lượng khí nén
kiến nghị

Thiết kế chuẩn cơng trình Nhà máy Nhiệt điện

Vận tốc khí nén
trong ống

(148.000 lb/h)

Ghi chú: giá trị lưu lượng khí nén trong bảng trên (m3/h) tương ứng ở điều kiện áp suất
và nhiệt độ làm việc. Tuy nhiên, trong nhà máy nhiệt điện có nhiều hộ tiêu thụ khí nén
với áp suất và nhiệt độ làm việc khác nhau nên thông thường các nhu cầu khí nén sẽ
được chuyển đổi về điều kiện bình thường Nm3/h (O0, 1,013bar) để thuận tiện cho việc
tính tốn cơng suất máy nén khí. Cơng thức chyuyển đổi như sau:

Trong đó: QN, PN, TN – Lưu lượng, áp suất và nhiệt độ khí nén tại điều kiện normal
QO, PO, TO – Lưu lượng, áp suất và nhiệt độ khí nén tại điều kiện operation
5.

PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tài liệu thiết kế kỹ thuật Nhà máy điện Vĩnh Tân 4, Tập 4, Chương 8 Hệ thống
khơng khí nén và các hệ thống phụ trợ khác.
[2] Các Quy chuẩn, Tiêu chuẩn Việt Nam liên quan.
[3] Các tiêu chuẩn Quốc tế liên quan.

Quyển 3, Chương 16 – Hệ thống cung cấp khơng khí nén
Ấn bản 3, tháng 10/2017

Trang 22 / 22