Đối với những công ty cần bổ sung đường ống khí nén để mở rộng hoặc lắp mới thiết bị sản xuất thì công tác thiết kế cấu trúc đường ống rất quan trọng đối với hiệu suất và độ bền tổng thể của hệ thống. Trong khi hầu hết những nhà thiết kế tập trung vào động cơ biến tần (VSD) của máy nén hoặc bộ điều khiển để nâng cao hiệu suất hệ thống, thì đường ống vẫn là một yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hệ thống. Việc thay đổi đường ống có thể đóng góp rất nhiều vào hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Có bốn điều cần xem xét khi đánh giá ảnh hưởng của đường ống đến hiệu quả hệ thống:
- Đường kính ống – Các ống quá nhỏ gây ra độ sụt áp cao. Nếu các hệ thống tổn hao áp suất thì các doanh nghiệp sẽ tốn tiền bởi vì họ cần sản xuất nhiều khí hơn để bù vào áp suất chênh lệch.
- Thiết kế mạch vòng không hợp lý trong đường ống chính – Điều này gây ra hiện tượng quá áp ở phía nguồn cung để bù lại sự hao hụt áp suất.
- Các mối nối – Các mối nối kém có thể dẫn đến sự rò rỉ. Công ty sẽ mất tiền nếu mất dòng khí trong quá trình hoạt động. Khi không khí thoát ra khỏi hệ thống khí nén, thì hệ thống lại càng cần tạo ra nhiều khí hơn để bù vào năng lượng mất đi.
- Vật liệu thi công – Một số vật liệu đường ống dễ bị ăn mòn hơn những vật liệu khác và bị tổn hao áp suất nhiều hơn.
Kích thước là yếu tố quan trọng
Hệ thống đường ống thường được thiết kế dựa trên lưu lượng dự kiến tại thời điểm xây dựng ban đầu. Có thể hệ thống đã phát triển mà hệ thống đường ống chính không phát triển theo hoặc hoạt động có thể gặp vấn đề với kích thước đường ống hoặc phụ kiện trong phòng máy nén. Đường ống cũng thường được tính toán kích thước dựa trên kích thước kết nối của các bộ phận, chẳng hạn như kích thước đầu vào và đầu ra của bộ lọc hoặc kích thước đầu ra của máy nén. Chiến lược này không tính đến các tiêu chí quan trọng về lưu lượng, áp suất hoặc khoảng cách cần thiết cho việc truyền tải. Ví dụ, hãy xem xét một đường ống đường kính 2 inch được kết nối với đầu ra của bộ lọc có ren 2 inch được thiết kế cho lưu lượng 1.000 ft khối mỗi phút (cfm). Nếu bộ lọc này làm sạch 1.000 cfm không khí ở áp suất 100 pound trên inch vuông (psig), đường ống có kích thước nhỏ hơn sẽ làm mất hơn 5 psi chỉ trên 100 ft đường ống, dẫn đến tốn khoảng 3.000 đô la mỗi năm cho chi phí điện năng để khắc phục sự chênh lệch áp suất.
Tăng kích thước đường ống giúp giảm tổn thất áp suất và cũng làm tăng công suất của hệ thống. Mặc dù tăng dung tích giúp cải thiện hiệu quả hệ thống, nhưng cũng cần xem xét yếu tố thương mại. Nếu doanh nghiệp thiết kế đường ống cho lưu lượng 1 psig hoặc thấp hơn trên 100 ft chiều dài ống, thì đó là kích thước ống khả thi về mặt thương mại, nhưng các yếu tố khác cũng cần được xem xét khi lựa chọn đường kính.
Thiết kế vòng lặp
Nếu thiết kế phân phối khí nén là một đường ống chính có nhánh thay vì một vòng phân phối có nhánh, các nhà máy có thể cân nhắc việc chạy một đường ống song song từ cuối đường ống chính trở lại điểm sản xuất và sau đó kết nối chúng ở mỗi đầu, tạo thành một thiết kế vòng lặp trong đường ống chính. Thiết kế này đảm bảo áp suất như nhau tại bất kỳ điểm nào trong vòng lặp. Thiết kế đường ống chính thẳng có nhánh có thể làm giảm lượng khí đến người dùng cuối và tạo ra tình huống áp suất toàn hệ thống bị nâng lên một cách không hiệu quả để bù lại sự mất áp suất ở cuối đường ống. Đây là một chi tiết cơ bản nhưng thường bị bỏ qua. Các vấn đề khác cũng có thể gây ra tình trạng thiếu khí cho người dùng cuối: Hãy xem xét một sự cố mất nguồn khí lớn xảy ra trong hệ thống. Tốt nhất là nên đo trước để xác định xem người dùng có nhận được áp suất cần thiết cho ứng dụng hay không.
Điểm nối ống
Một điểm yếu khác trong thiết kế hệ thống khí nén có thể là vị trí các đường ống nối với nhau. Cho dù đó là khớp nối, bộ lọc, bộ điều chỉnh hay van, điểm nối khí nén đều có thể là nguồn rò rỉ. Sử dụng gioăng kín phù hợp và các bộ phận chất lượng sẽ giảm thiểu khả năng thất thoát do rò rỉ. Nghiên cứu rò rỉ định kỳ là biện pháp hay nhất và sẽ giúp hình thành chiến lược hiệu quả về bảo trì và hiệu quả hệ thống.
Sự lựa chọn đa dạng về loại ống dẫn khí nén
Trên thị trường có nhiều lựa chọn cho vật liệu ống: sắt đen, đồng, PVC hoặc nhựa, nhôm và thép không gỉ. Ống sắt đen không có gì vượt trội nhưng thường được sử dụng cho khí nén trong khi có những lựa chọn khác tốt hơn. Sắt đen lưu giữ khí nén trong môi trường giàu hơi ẩm và oxy, làm tăng tốc độ ăn mòn và cuối cùng làm tích tụ cặn và/hoặc bùn di chuyển trong hệ thống đường ống – gây hại cho các thiết bị sản xuất có giá trị và nhạy cảm. Dòng khí phân tầng bị gián đoạn, cùng với đó là tình trạng sụt áp do dòng chảy bị nhiễu loạn. Một số quy trình sử dụng đồng hoặc thậm chí là composite chẳng hạn như PVC để thay thế. Có những rủi ro an toàn cố hữu liên quan đến PVC khi ứng dụng cho khí nén; đường ống có thể dễ giòn và vỡ.
Nhôm không bị ăn mòn và có chi phí mua hợp lý. Nhiều nhà cung cấp bán ống nhôm được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng khí nén. Ống nhôm có đường kính lên đến 10 inch. Ống nhôm có lòng ống trơn nhẵn giúp giảm điện trở và giảm áp suất, đồng thời chống ăn mòn. Vật liệu này cũng nhẹ, dễ gia công và có các kết nối đơn giản giúp lắp đặt nhanh hơn. Thông thường, nhôm có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn nhưng chi phí lắp đặt thấp hơn so với các vật liệu khác.
