طراحی هوای فشرده برای یک شبکه هوای فشرده
در مورد طراحی هوای فشرده برای یک شبکه هوای فشرده باید موارد زیادی مورد توجه قرار بگیرند. این موارد باید به صورت دقیق بررسی و محاسبه شوند، تا یک شبکه هوای فشرده استاندارد با سایز مناسب طراحی و راه‌اندازی شود. در ادامه به مواردی که باید بررسی و محاسبه شوند، می‌پردازیم.
تولید هوای فشرده چگونه صورت می گیرد؟
از ابتدای نقطه تولید هوای فشرده که در واقع تجهیزات کمپرسور خانه می‌شود و به همین ترتیب شبکه توزیع و نقاط مصرف در کارخانه نیز انتهای خط می‌شوند. به این صورت است، باید ابتدا در کارخانه‌ای که قرار است شبکه هوای فشرده ایجاد شود، اطلاعات تک تک مصرف کننده‌ها را جمع‌آوری کنید. سپس بدانید که هر تجهیز به چه میزان هوای فشرده و به چه فشاری نیاز دارند.
بعد از آن میزان فشار هوای تک تک تجهیزات را با هم جمع کنید. قبل از جمع کردن باید واحدهای مقدار‌های بدست آمده را به یک واحد مشخص تبدیل کنید و پس از آن این مقدارها را با هم جمع نمایید. مجموع این مقدارها همان ظرفیت نرمال مورد نیاز است. در مورد فشار هم باید واحدهای آن‌ها را با هم برابر کنید و بالاترین فشار را مبنا قرار دهید.
برای نمونه 10 مصرف کننده دارید که یکی از این مصرف کننده ها به 10 لیتر بر ثانیه هوای فشرده و یکی دیگر به 15 متر مکعب بر ساعت و سومین مصرف کننده به 12 متر مکعب بر دقیقه هوای فشرده نیاز دارند. در ابتدای کار این ظرفیت ها را به واحدهای مشخصی تبدیل کنید. برای مثال همه واحد‌ها را به متر مکعب بر دقیقه تبدیل کرده و بعد از برابر کردن واحد‌ها، هر سه مقدار را باهم جمع کنید. عدد به دست آمده نرمال متر مکعب می‌شود که میزان هوای فشرده است. (Compressed air)
در مورد فشارها نیز برای نمونه، یکی از تجهیزها به فشار 4 Bar و یکی دیگر از تجهیزها به فشار 15 psi و تجهیز دیگر به 10 MPa فشار نیاز دارند. ابتدا واحدهای این سه مقدار را به یک واحد مشخص تبدیل کنید. برای نمونه همه واحد‌ها را به بار تبدیل نمایید:
- Bar(بار) psi 15 = 1.034213863 (پی اس آی)
- 10 MPa (مگا پاسکال) = 100 (بار) Bar
پس از تبدیل واحد، مقدار فشاری که بیشتر بود را به عنوان مبنا انتخاب کنید. در بین این سه مقدار 100 بار از همه بیشتر بوده و به عنوان فشار مبنا انتخاب می‌شود.
مورد بعدی که باید در نظر بگیرید، ارتفاع سطح دریاهای آزاد است. برای اینکه به فشار اتمسفر برسید، به عدد ارتفاع از سطح دریا نیاز دارید. فشار اتمسفر در شرایط استاندارد برابر یک اتمسفر یا یک بار است. ولی در ارتفاع‌های مختلف یعنی ارتفاع‌های بالاتر از سطح دریاهای آزاد این فشار از یک بار یا یک اتمسفر، کمتر و کمتر می‌شود. برای نمونه ارتفاع شهر تهران برابر 1400 متر است. ارتفاع از سطح دریاهای آزاد و فشار محیط یک بار نیست و فشار آن حدود 0.85 بار است. در واقع ابتدا باید ارتفاع از سطح دریا یا شهری که قرار است در آن طراحی هوای فشرده انجام شود را با کمک نقشه مشخص کنید و طبق جدول فشار محیط آن شهر را به دست آورید.
تنظیم دمای محیط در تولید هوای فشرده
مورد بعدی که باید در نظر گرفته شود، مینیمم دمای محیط و ماکسیمم دمای محیط در فصول مختلف سال است. برای طراحی هوای فشرده به مینیمم دمای محیط نیاز ندارید. مینیمم دمای محیط برای ساخت کمپرسور خانه مهم است. اگر هوای محیط قرار است به زیر صفر برسد، باید کمپرسورخانه‌ای طراحی شود که در فصول سرد سال داخل آن هیتر و گرمکن قرار بگیرد، تا مانع کاهش دما به زیر صفر شود.
در طراحی هوای فشرده به ماکسیمم دمای محیط نیاز داریم؛ زیرا دمای هوای استاندارد برای تولید هوای فشرده 15 درجه سانتی گراد است. هرچقدر از این دما بالاتر بروید، یعنی دمای محیط از این دما بالاتر شود، یک ضریب تصحیح در کمپرسور اعمال می‌شود. دمای بالاتر از 15 درجه سانتی گراد در تولید هوای فشرده تاثیر منفی دارد و باید این ضریب تصحیح حتما به آن اعمال شود.
رطوبت در تولید هوای فشرده
مورد بعدی که باید مد نظر قرار بگیرد، رطوبت محیط است. رطوبت هم یک عامل منفی است. هرچقدر درصد رطوبت بالاتر باشد، ضریب تصحیح بیشتری باید به ظرفیت کمپرسور اعمال شود. در این صورت باید کمپرسور را Oversized تر در نظر بگیرید. تا درصد رطوبت آن محل یا منطقه مورد نیاز تیم محاسبات هوای فشرده باشد.
با این عدد به دست آمده طبق فرمولی که وجود دارد، مقدار هوای فشرده شده را محاسبه می‌کنیم. ورودی فرمول ما عدد ظرفیت نرمال و بالاترین فشار یا همان فشار مبنا است. تاثیر ضریب‌های اعمال شده به فرمول، یعنی درصد رطوبت و بالاترین دمای محیط در فصل گرم سال و فشار محیط است.
با این اطلاعات محاسبه هوای فشرده را انجام می‌دهید. بعد از انجام محاسبه مدل کمپرسور مورد نظر خود را مشخص خواهید کرد. ابتدای تولید هوای فشرده این کمپرسور را به این صورت سایز کنید. پس از سایز کردن کمپرسور تجهیزات مورد نیاز طراحی می‌شوند. تجهیزاتی مانند درایر که برای خشک کردن هوای فشرده استفاده می‌شود. درایرها دارای دو نوع جذبی و تبریدی هستند. شما باید بررسی کنید که به کدام نوع درایر نیاز دارید.
انتخاب درایر به حساسیت کارخانه مورد نظر و میزان رطوبت هوا بستگی دارد. برای نمونه در صنایع سیمان و صنایع دارویی که میزان حساسیت بالا است، از درایرهای جذبی استفاده می‌شود. در صنایعی مانند صنایع عام که میزان حساسیت زیاد بالا نیست، از درایرهای تبریدی استفاده می‌شود.
جداسازی ذرات روغن در تولید هوای فشرده
ذرات روغن موجود در هوای فشرده حساسیت دیگری است که در هوای فشرده وجود دارد. اگر نیاز باشد که روغن موجود در هوای فشرده جدا شود، باید از میکرو فیلترهای جذب روغن استفاده کنید که آن هم محاسبه و در سیستم نصب می‌شود.
ذخیره هوای فشرده
پس از تولید هوای فشرده و پالایش آن توسط تجهیزاتی مانند درایر و فیلتر، مورد بعدی ذخیره هوای فشرده است. مخزن ذخیره هوای فشرده طبق یک فرمولی محاسبه می‌شود و با ظرفیت کمپرسور ارتباط مستقیم دارد. حجم مخزن هوای فشرده حدوداّ 30 درصد ظرفیت کمپرسور می‌شود. برای مثال اگر ظرفیت تولید کمپرسور 30 متر مکعب بر دقیقه باشد، حدوداً یک سوم آن یعنی 10 متر مکعب بر دقیقه، حجم مخزن ذخیره هوای فشرده می‌شود.
این موارد تقریبا تجهیزات کامل یک کمپرسور خانه هستند. با این تجهیزات می‌توانید تولید هوای فشرده را انجام دهید.
توزیع هوای فشرده در کارخانه
بعد از تولید، نوبت به توزیع هوای فشرده در کارخانه می‌رسد. توزیع هوای فشرده به این صورت است که بعد از مراحلی که تا این بخش مقاله بیان کردیم. تولید توسط کمپرسور، ذخیره توسط مخزن، خشک کردن توسط درایرها و خشک کن‌ها و پالایش یا پاک کردن هوای فشرده، از مواد جامد و روغن‌ها که توسط میکرو فیلتر‌ها انجام شد). لوله خروجی هوای فشرده در داخل کارخانه توزیع می‌شود. هر کارخانه‌ای احتمال دارد، یک، دو، سه یا بیشتر سوله های تولید داشته باشد.
این لوله ها باید توسط شرکت‌هایی که در واقع عملیات اِفِکتیو انجام می‌دهند برای آن‌ها طراحی و توزیع شوند. مواردی که در این مرحله باید در نظر گرفت، جنس لوله های توزیع هوای فشرده است که باید از جنس‌های استاندارد باشند تا بتواند فشار موردنیاز این لوله ها را تامین کند. مورد بعدی ضد زنگ بودن لوله‌ها است تا رطوبت موجود در هوای فشرده باعث خوردگی و در نتیجه فرسایش لوله های توزیع نشود.
توزیع هوای فشرده در هر سوله‌‌ای از کارخانه که قرار است شبکه هوای فشرده پخش شود، باید به این صورت انجام شود:
لوله‌ی هوای فشرده‌ای که وارد سوله می‌شود، باید از طریق انتقال هوایی انجام شود؛ یعنی لوله ها در ارتفاع نصب شوند. این لوله باید از ورودی سوله که وارد می‌شود به صورت دایره و رینگ در ارتفاع حداقل 4 متری در کل سوله بچرخد. انتهای لوله نباید بسته و بن بست باشد، باید انتهای لوله به ابتدای لوله‌ای که به سوله وارد شده است، وصل شود. در اصطلاح به این شکل اتصال لوله می‌گویند: «لوله ما رینگ شده است».
این خط لوله که در ارتفاع رینگ نصب شد، سایز آن هم باید به صورت استاندارد انتخاب شود. سایز لوله به ظرفیت مورد نیاز سوله مربوط می‌شود. این سایز‌ها ممکن است به صورت یک اینچ، دو اینچ، سه اینچ یا بالاتر یا پایین تر انتخاب شوند. زمانی که در ارتفاع این رینگ ایجاد شد، خروجی لوله برای هر مصرف کننده باید از خروجی که اصطلاحا به آن خروجی عصایی گفته می‌شود، گرفته شود.
یک لوله‌ای را تصور کنید که در ارتفاع عبور کرده است. در این حالت از پایین لوله نباید خروجی گرفت، بلکه باید از بالا یا همان سقف لوله خروجی بگیرید. هوای فشرده باید به صورت هلالی دور بزند و به سمت پایین حرکت کند و در اختیار مصرف کننده ها قرار بگیرد.
این نوع اتصال به این دلیل است که اگر در این لوله‌ای که رینگ شده رطوبت ایجاد شود، این رطوبت به سمت پایین لوله جریان می‌یابد و اگر خروجی را از بالای لوله بگیرید این رطوبت به مصرف کننده‌ها انتقال پیدا نمی کند.
بعد از اینکه هوای فشرده به مصرف کننده‌ها رسید، با توجه به حساسیت آن مصرف کننده به قطعات آب یا ذرات گرد و غبار واحدهای مراقبتی باید قبل از مصرف نصب شوند. واحدهای مراقبتی می‌توانند برای جدا کردن آب و ذرات موجود در هوای فشرده آبگیر و فیلتر داشته باشند تا هوای فشرده با بهترین کیفیت وارد مصرف کننده‌ها شود. در این صورت می تواند هم عملیات پنوماتیک را انجام دهد و هم کمترین آسیب را به تجهیزات مصرف کننده وارد شود.