Lượng khí nén tiêu thụ được tính như thế nào? Các đơn vị thường dùng, phương pháp tính toán và đo đạc tại hiện trường

I. Các đơn vị đo lưu lượng khí nén thông dụng và trạng thái tiêu chuẩn

Trong hệ thống khí nén, lưu lượng thường được hiểu là thể tích khí chảy qua một mặt cắt nhất định trong một đơn vị thời gian. Do khí có tính nén nên thể tích của nó thay đổi theo nhiệt độ và áp suất; vì vậy, cần phải đưa ra khái niệm “trạng thái tiêu chuẩn”. Các đơn vị lưu lượng thường dùng bao gồm mét khối tiêu chuẩn trên phút (Nm³/min), mét khối trên phút (m³/min) và tốc độ tăng mỗi phút (L/min）。

Nm³/min là chỉ lưu lượng thể tích tại áp suất khí quyển tiêu chuẩn và nhiệt độ tiêu chuẩn xác định (thường là 0℃ hoặc 20℃, cụ thể cần tham chiếu theo các tiêu chuẩn ngành liên quan). Khi tiến hành lựa chọn thiết bị và tính toán hệ thống, việc thống nhất sử dụng lưu lượng thể tích ở trạng thái tiêu chuẩn sẽ giúp tránh sai số tính toán do biến động của nhiệt độ và áp suất trong điều kiện vận hành.

II. Phương pháp tính toán lượng khí tiêu thụ theo lý thuyết

Tính toán lý thuyết chủ yếu dựa trên các thông số vật lý và tần suất hoạt động của thiết bị sử dụng khí. Lấy xy-lanh khí nén – loại thiết bị phổ biến trong hệ thống khí nén – làm ví dụ, việc tính toán lượng khí tiêu thụ cần xem xét đường kính xy-lanh, hành trình, số lần hoạt động cũng như áp suất làm việc.

• Xi-lanh tác động đơn:Chỉ cấp khí vào buồng không cần thanh để đẩy pít-tông, còn buồng có thanh thì xả khí. Khi tính toán, cần căn cứ vào thể tích của buồng không cần thanh, tần số hoạt động và tỷ số nén (tỷ lệ giữa áp suất làm việc tuyệt đối và áp suất khí quyển) để xác định lượng khí tiêu thụ trong trạng thái tự do.
• Xi lanh tác động kép:Không khí được cấp luân phiên vào buồng không có thanh và buồng có thanh. Khi tính toán, cần xác định riêng thể tích của từng buồng; do buồng có thanh có phần thể tích bị chiếm bởi thanh pit-tông, nên lượng khí tiêu thụ của hai buồng có chút chênh lệch; tổng lượng khí tiêu thụ bằng tổng của hai giá trị này.

Khi tính toán tổng lượng khí tiêu thụ lý thuyết của toàn bộ mạng lưới ống dẫn, không thể đơn giản cộng tổng lượng khí tiêu thụ của tất cả các thiết bị. Cần phải đưa vàoHệ số sử dụng đồng thời(Xem xét rằng các thiết bị không cùng lúc hoạt động hết công suất) vàHệ số rò rỉ(Cần tính đến lượng rò rỉ nhỏ thường xuyên tại mạng lưới đường ống và các mối nối) để xác định mức tiêu thụ khí nén thiết kế sát với thực tế hơn.

3. Công nghệ đo lường lượng khí tiêu thụ tại hiện trường

Các tính toán lý thuyết thường khó có thể phản ánh đầy đủ tổn thất thực tế của mạng lưới đường ống cũng như điều kiện làm việc thực tế của thiết bị; do đó, đo đạc tại hiện trường là phương pháp quan trọng để kiểm chứng và tối ưu hóa hệ thống.

• Lưu lượng kế khối lượng kiểu nhiệt:Sử dụng nguyên lý dẫn nhiệt để đo trực tiếp lưu lượng khối lượng của khí. Ưu điểm của thiết bị này là không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất khí, không cần thực hiện bù nhiệt – áp suất, có độ chính xác cao, phù hợp để đo tại các nhánh hoặc đường ống chính có đường kính nhỏ đến trung bình.
• Lưu lượng kế siêu âm:Sử dụng nguyên lý đo chênh lệch thời gian, tốc độ dòng chảy được tính toán thông qua việc đo chênh lệch thời gian truyền sóng siêu âm theo chiều thuận và ngược trong môi trường khí. Phương pháp này thuộc loại đo không tiếp xúc hoặc dạng lắp trên đoạn ống, không gây tổn thất áp suất phụ, rất phù hợp để giám sát lưu lượng trên các đường ống chính có đường kính lớn.
• Phương pháp giảm áp suất trong bình chứa khí:Trong trạng thái hệ thống đã ngừng sản xuất khí và được đóng kín, bằng cách ghi nhận mức giảm áp suất của bồn chứa khí trong một khoảng thời gian nhất định, kết hợp với dung tích đã biết của bồn chứa và nhiệt độ môi trường, ta có thể sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng để ước tính tổng lượng khí tiêu thụ của hệ thống. Phương pháp này phù hợp cho việc đánh giá sơ bộ và kiểm tra rò rỉ khi không có đồng hồ đo lưu lượng chuyên dụng.

IV. Những lưu ý khi đánh giá mức tiêu thụ khí

Khi tiến hành tính toán và đo đạc lượng tiêu thụ khí, cần xem xét tổng hợp nhiều yếu tố thực tế. Tình trạng đường ống mạng bị lão hóa và các mối nối lỏng lẻo sẽ làm gia tăng lượng rò rỉ; phần tiêu thụ khí ẩn này thường vượt xa mức dự kiến theo lý thuyết. Ngoài ra, nếu giá trị cài đặt áp suất của thiết bị sử dụng khí cao hơn nhu cầu thực tế, điều này không chỉ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng của máy nén khí mà còn khiến kết quả tính toán lượng tiêu thụ khí bị đội lên.

Đề nghị các doanh nghiệp định kỳ tiến hành đo đạc lưu lượng tại hiện trường, đồng thời so sánh, phân tích số liệu thực tế với số liệu tính toán lý thuyết. Thông qua việc lắp đặt các thiết bị đo lưu lượng thông minh và xây dựng sổ theo dõi tiêu thụ khí, có thể kịp thời phát hiện rò rỉ trong mạng lưới đường ống cũng như các hành vi sử dụng khí bất thường, từ đó cung cấp cơ sở dữ liệu đáng tin cậy cho công tác cải tạo tiết kiệm năng lượng tại trạm máy nén khí.