Hệ thống khí nén thường được quan tâm trong các chương trình cải tiến vì chúng vốn có hiệu suất thấp. Có rất nhiều ý tưởng và đề xuất có thể áp dụng để nâng cao hiệu quả, nhưng phần lớn chỉ mang tính riêng lẻ, không tổng thể. Tuy nhiên, nếu có một cách tiếp cận chiến lược và hướng đến phát triển bền vững, nhiều cải tiến có thể được thực hiện ở phía cung cấp khí nén của hệ thống khí nén.
Khi nhắc đến “bền vững”, ngày nay người ta thường nghĩ đến việc bảo tồn tài nguyên, thân thiện với môi trường và khả năng khai thác liên tục mà không làm cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, bền vững cũng có nghĩa là thiết lập một hệ thống và vận hành nó một cách nhất quán theo đúng thiết kế ban đầu. Điều này bao gồm việc tuân thủ các kế hoạch bảo trì đã lập, cũng như thực hiện các nhiệm vụ bảo trì định kỳ nhằm đảm bảo máy nén khí hoạt động ổn định, hiệu quả và hạn chế tối đa thời gian dừng máy không mong muốn.
Bài viết này cũng có thể giúp các nhà cung cấp hệ thống khí nén hiểu rõ hơn về cách khách hàng đánh giá và ưu tiên vận hành nhà máy.
Các thành phần của hệ thống khí nén – Phía tiêu thụ
Một cách tiếp cận chiến lược để cải tiến bền vững cần bắt đầu bằng việc hiểu rõ toàn bộ hệ thống khí nén. Hệ thống này có thể được chia thành ba phần chính: phía tiêu thụ, hệ thống phân phối, và phía cung cấp. Trước tiên, hãy xem xét phía tiêu thụ.
Phía tiêu thụ mô tả nơi và cách khí nén được sử dụng. Ví dụ điển hình bao gồm: ống khí, dụng cụ cầm tay, bộ điều khiển khí nén, xi-lanh và cơ cấu chấp hành, vốn vận hành nhiều loại máy móc. Ngoài ra còn có động cơ khí và hệ thống điều khiển bằng khí nén. Những thiết bị này thường quyết định áp suất tối thiểu cần thiết trong toàn bộ nhà máy. Do đó, thay đổi áp suất cấp khí là quá trình phức tạp và mất thời gian, vì nó có thể ảnh hưởng đến năng suất hoặc chất lượng sản phẩm.
Dưới đây là hai vấn đề chính thường gặp:
- Thử nghiệm xác thực – Đây là các giai đoạn thử nghiệm có kiểm soát, trong đó áp suất được giảm xuống và các thông số vận hành được theo dõi kỹ lưỡng để xác minh hiệu quả. Các thử nghiệm này thường kéo dài và cần sự đồng thuận của nhiều bộ phận. Nhân viên vận hành có thể không mặn mà với các thử nghiệm như vậy, vì lo ngại nguy cơ gián đoạn sản xuất – trừ khi họ thấy được lợi ích kinh tế rõ ràng từ việc này.
- Lo ngại về bảo hành hoặc hiệu suất thiết bị từ nhà sản xuất (OEM) – Việc thay đổi áp suất cấp khí có thể khiến các nhà cung cấp thiết bị e ngại, vì họ khó cam kết hệ thống sẽ hoạt động ổn định ở áp suất thấp hơn. Các thông số mà họ cung cấp ban đầu thường đã được tính toán dư ra để bù đắp cho tổn thất trong hệ thống, những yếu tố mà họ không thể kiểm soát.
Các thành phần của hệ thống khí nén – Hệ thống phân phối
Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét hệ thống phân phối khí nén. Nhiệm vụ của hệ thống này là vận chuyển khí nén từ nơi sản xuất (máy nén khí) đến các điểm sử dụng. Thành phần chính là hệ thống đường ống, bao gồm: ống khí chính, ống dẫn khí và các van.
Một số vấn đề thường gặp bao gồm:
- Kích thước ống không phù hợp, các nhánh phụ được lắp thêm trước đây, hoặc quy hoạch kém – Nhà máy càng cũ thì khả năng hệ thống khí nén đã bị thay đổi, bổ sung hoặc loại bỏ thiết bị là rất cao. Nhiều khi, người ta đơn giản chỉ nối thêm một nhánh cấp khí vào ống hiện có mà không đánh giá kỹ hệ thống phía trước. Đường ống giữa nguồn cấp khí và điểm sử dụng có thể dài hơn rất nhiều so với dự đoán, vì đường ống cũ được bố trí theo cách phù hợp với các thiết bị trước kia. Ngoài ra, tải khí trên đoạn ống đó có thể đã rất lớn do chia sẻ với các khu vực khác.
- Rò rỉ khí nén – Đây là vấn đề gần như luôn hiện diện ở mọi nhà máy. Khi khảo sát và đo lưu lượng thực tế, lượng khí thất thoát qua các điểm rò rỉ có thể chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng nhu cầu tiêu thụ. Việc phát hiện và khắc phục rò rỉ là cơ hội lớn để giảm tải hệ thống và nâng cao hiệu suất.
Các thành phần của hệ thống khí nén – Phía cung cấp
Phía cung cấp mô tả các thành phần có chức năng tạo ra, xử lý, lưu trữ và kiểm soát dòng chảy/áp suất khí nén. Những thành phần phổ biến gồm:
- Máy nén khí
- Ống ướt
- Máy sấy khí
- Bộ lọc và thiết bị tách nước/dầu
- Ống khô
- Bình tích áp
- Hệ thống điều khiển trung tâm
Hiệu suất tổng thể của hệ thống thường phụ thuộc vào mức tải khí nén của nhà máy và sự biến động tải, đặc biệt nếu sử dụng nhiều máy nén khí cùng lúc. Thông thường, nhu cầu khí nén sẽ thay đổi theo từng thời điểm trong ngày. Ví dụ:
- Một máy hoặc quy trình có thể có nhu cầu khí lớn vào lúc khởi động, để làm đầy các xi-lanh, bình chứa, v.v.
- Có thể có nhân viên sử dụng khí nén để vệ sinh khu vực vào cuối ca (dù đây không phải là cách sử dụng hiệu quả, nhưng vẫn thường xảy ra).
- Các quy trình sản xuất khác nhau hoạt động vào những thời điểm khác nhau, dẫn đến nhu cầu khí thay đổi.
Nếu bạn tự hỏi vì sao cần phải hiểu rõ toàn bộ hệ thống khí nén của nhà máy, hãy xem xét các điểm sau:
- Khí nén là nguồn năng lượng chỉ đạt hiệu suất dưới 30%, so với lượng điện tiêu thụ để vận hành máy nén khí.
- Chi phí năng lượng là thành phần tốn kém nhất trong suốt vòng đời vận hành của máy nén khí.
- Mặc dù đang ngày càng được quan tâm, nhưng việc vận hành hệ thống khí nén hiệu quả vẫn còn là một cơ hội rất lớn để tiết kiệm chi phí và nâng cao độ tin cậy.
- Công nghệ máy nén khí và điều khiển mới đang mở ra nhiều cơ hội để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
Bắt đầu bằng việc đánh giá hệ thống khí nén
Cũng giống như nhiều chương trình cải tiến khác, câu hỏi quan trọng đầu tiên là: bắt đầu từ đâu? Khi quyết định cải thiện hệ thống khí nén, điểm khởi đầu tốt nhất là thực hiện một đánh giá tổng thể. Dưới đây là một số đề xuất để triển khai việc đánh giá hệ thống một cách đầy đủ và hiệu quả:
Bước đầu tiên, hãy lập một sơ đồ tổng thể hệ thống khí nén. Bản vẽ này có thể mất vài ngày để hoàn thành, tùy thuộc vào quy mô và độ phức tạp của hệ thống, nhưng nó rất quan trọng và xứng đáng với công sức bỏ ra.
Sơ đồ cần bao gồm các thông tin sau:
- Danh sách tất cả thiết bị
- Bao gồm: máy nén khí, máy sấy khí, ống dẫn chính, đường ống nhánh, v.v.
- Ghi rõ công suất các máy nén khí (ví dụ: kW hoặc HP), kích thước đường ống (inch hoặc mm).
- Ghi chú: số lượng từng thiết bị và tình trạng hoạt động hiện tại (mới, cũ, đang sửa chữa, v.v.).
- Ghi lại các điểm tiêu thụ khí
- Khí nén được sử dụng ở đâu và bao nhiêu?
- Cần biết tỷ lệ phần trăm tổng lượng khí của nhà máy được phân bổ cho các bộ phận hoặc quy trình nào.
- Thông tin chi tiết về lưu lượng khí
- Tổng lượng khí được sản xuất cho toàn bộ nhà máy.
- Khí được phân phối đi đâu? (nêu ở mục trên)
Có thể vẽ bản đồ phân phối, chỉ rõ mỗi khu vực hoặc bộ phận nhận bao nhiêu khí nén.
- Lưu lượng khí thay đổi theo thời gian trong ngày hoặc các ngày trong tuần.
- Hệ số tải – Biến động giữa lưu lượng tối thiểu và tối đa.
Nhu cầu khí trong nhà máy thường thay đổi theo ca làm việc hoặc thời điểm cụ thể trong ngày.
- Áp suất hệ thống – Mức áp suất cài đặt của hệ thống là bao nhiêu?
Cần hiểu rõ lý do tại sao hệ thống lại duy trì ở mức áp suất đó.
Vẽ sơ đồ “Hiện trạng” và “Tương lai” của hệ thống
Sơ đồ hiện trạng
Là sơ đồ đơn giản hóa, chỉ gồm máy nén khí, hệ thống ống dẫn và các khu vực tiêu thụ khí trong nhà máy.
Sơ đồ này giúp bạn dễ dàng xác định nguồn phát khí và các điểm sử dụng khí. Đồng thời, bạn có thể chia sơ đồ thành các khu vực, mỗi khu vực gắn với lưu lượng đo được hoặc nhu cầu khí cụ thể.
Sơ đồ tương lai
- Dựa trên các cải tiến dự kiến hoặc nâng cấp hệ thống để nâng cao hiệu suất, giảm tổn thất, và tiết kiệm năng lượng.
Đánh giá hiệu suất hệ thống
Việc này rất quan trọng, và có thể thực hiện bằng cách:
- Sử dụng đồng hồ đo ampe hoặc thiết bị đo điện năng (kW meter) để đo công suất tiêu thụ của máy nén khí.
- So sánh công suất tiêu thụ đó với lưu lượng khí nén thực tế cấp ra cho nhà máy.
- Một số cách phổ biến để ghi nhận hiệu suất:
- Mã lực (HP) / Lưu lượng (cfm) – ví dụ: HP / 100 cfm
- cfm / HP
- cfm / kW
- hoặc lít/phút / kW (L/min per kW)
Sơ đồ hiện trạng
Là sơ đồ đơn giản hóa, chỉ gồm máy nén khí, hệ thống ống dẫn và các khu vực tiêu thụ khí trong nhà máy.
Sơ đồ này giúp bạn dễ dàng xác định nguồn phát khí và các điểm sử dụng khí. Đồng thời, bạn có thể chia sơ đồ thành các khu vực, mỗi khu vực gắn với lưu lượng đo được hoặc nhu cầu khí cụ thể.
Sơ đồ tương lai
- Dựa trên các cải tiến dự kiến hoặc nâng cấp hệ thống để nâng cao hiệu suất, giảm tổn thất, và tiết kiệm năng lượng.
Đánh giá hiệu suất hệ thống
Việc này rất quan trọng, và có thể thực hiện bằng cách:
- Sử dụng đồng hồ đo ampe hoặc thiết bị đo điện năng (kW meter) để đo công suất tiêu thụ của máy nén khí.
- So sánh công suất tiêu thụ đó với lưu lượng khí nén thực tế cấp ra cho nhà máy.
- Một số cách phổ biến để ghi nhận hiệu suất:
- Mã lực (HP) / Lưu lượng (cfm) – ví dụ: HP / 100 cfm
- cfm / HP
- cfm / kW
- hoặc lít/phút / kW (L/min per kW)
Sơ đồ này có thể được thiết kế với sự hỗ trợ từ nhà cung cấp thiết bị, đơn vị dịch vụ kỹ thuật, hoặc tư vấn viên độc lập chuyên thực hiện kiểm toán hệ thống khí nén.
Nếu bạn quyết định thuê tư vấn viên, bất kỳ tài liệu hay dữ liệu nào bạn chuẩn bị từ trước sẽ rất hữu ích để cung cấp thông tin ban đầu cho họ, giúp rút ngắn thời gian đánh giá trong giai đoạn đầu.
Nếu bạn cần thuyết phục cấp trên duyệt chi phí thuê kiểm toán, hãy sẵn sàng xây dựng hồ sơ giải trình ngay cả khi chưa có khuyến nghị cải tiến cụ thể. Đồng thời, hãy cam kết thực hiện ngay những biện pháp tiết kiệm chi phí dễ triển khai nhất để giúp thu hồi vốn cho chính chi phí kiểm toán.
Rất có thể bạn sẽ tìm ra các giải pháp tiết kiệm vượt xa chi phí bỏ ra ban đầu.
Tính toán chi phí vận hành ở trạng thái tương lai
Dù bạn có thuê tư vấn viên hay không, sơ đồ “trạng thái tương lai” vẫn giúp bạn tính được chi phí vận hành năng lượng mới, sử dụng công thức đã nêu trước đó, với các giá trị công suất thấp hơn (do hệ thống tối ưu hơn) nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu khí nén tương đương.
Bạn cũng có thể xác định được các điểm tiêu thụ khí nén không cần thiết đã được loại bỏ, từ đó tính được mức tiết kiệm năng lượng tương ứng.
Tài liệu tham khảo khi xin vốn đầu tư
Các thông tin trong sơ đồ này còn có thể dùng để làm cơ sở định lượng khi đề xuất đầu tư ngân sách cho hệ thống. Tùy công ty mà quy trình này có thể đơn giản hoặc nghiêm ngặt.
Hãy nhớ rằng: đây là một hướng dẫn nhanh, giúp bạn hình dung bức tranh tổng thể và cách tiếp cận hợp lý.
Đánh giá nhà cung cấp hệ thống khí nén
Một yếu tố quan trọng khác quyết định đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống khí nén là nhà cung cấp và đơn vị bảo trì.
Khi đánh giá, hãy đặt trọng tâm vào phòng dịch vụ kỹ thuật, hơn là chỉ đội ngũ bán hàng. Tự hỏi những câu sau:
- Hệ thống khí nén hiện tại của bạn có được bảo trì định kỳ và đáng tin cậy không?
- Có thường xuyên xảy ra sự cố ngoài kế hoạch?
- Bạn có đang sử dụng hợp đồng bảo trì dài hạn với một đơn vị nào không?
- Bạn có thực sự tin tưởng vào độ tin cậy, tốc độ phản hồi và chi phí hợp lý từ nhà cung cấp hiện tại?
Hãy xây dựng quan hệ đối tác với đơn vị bảo trì. Nếu họ không đáp ứng được kỳ vọng, hãy tìm nhà cung cấp khác. Hãy đánh giá họ qua uy tín dịch vụ trước tiên, rồi mới đến giá phụ tùng hay dịch vụ.
“Phòng bán hàng sẽ bán cho bạn chiếc máy nén đầu tiên. Nhưng chính dịch vụ kỹ thuật mới là lý do bạn quay lại để mua chiếc tiếp theo.”
– Kinh nghiệm của người đi trước.
Thời điểm tốt nhất để bắt đầu là ngay bây giờ
Với vai trò là kỹ sư vận hành hoặc kỹ sư bảo trì, bạn chịu trách nhiệm đảm bảo hệ thống khí nén hoạt động liên tục và cũng có thể là người chịu trách nhiệm về mức tiêu thụ điện năng.
Việc nâng cấp hệ thống khí nén là cơ hội để giảm hóa đơn điện, tùy vào quy mô cải tiến bạn thực hiện.
Sau khi triển khai thành công một dự án, hãy theo dõi hóa đơn điện, ghi nhận kết quả cụ thể, và báo cáo nội bộ để tăng khả năng được phê duyệt các dự án tương tự trong tương lai.
Cũng cần lưu ý rằng: nhiều người có thể hiểu sai các cải thiện là do sự thay đổi trong quy trình hoặc chất lượng, vì vậy bạn phải chuẩn bị kỹ số liệu minh bạch và lập luận rõ ràng.
Với kinh nghiệm và chuyên môn trong lĩnh vực khí nén, Việt Nam FIL cam kết mang đến giải pháp toàn diện và hiệu quả cho doanh nghiệp của bạn. Chúng tôi cung cấp các thiết bị chất lượng cao từ các hãng uy tín như Omega-Air, Renner, ELGI.
