Khí nén là gì? Cách tạo ra khí nén trong công nghiệp

Khí nén được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xưởng cơ khí và dây chuyền sản xuất tự động. Tuy quen thuộc, nhưng không phải ai cũng hiểu rõ khí nén thực chất là gì và cách nó được tạo ra trong công nghiệp. Việc nắm vững kiến thức cơ bản này giúp doanh nghiệp chủ động hơn trong việc lựa chọn, thiết kế và vận hành hệ thống khí nén hiệu quả.

I. Khí nén là gì?

1.1. Khái niệm khí nén

Khí nén là không khí được nén lại đến một mức áp suất cao hơn nhiều so với áp suất khí quyển, thường trong khoảng 3.000 đến 3.600 psi tùy hệ thống. Khi bị nén, không khí tích trữ năng lượng bên trong và có thể được sử dụng để sinh lực cơ học – chẳng hạn như vận hành máy móc, thiết bị truyền động, hoặc các dụng cụ khí nén trong công nghiệp và kỹ thuật.

Về bản chất, khí nén vẫn là không khí lấy từ môi trường xung quanh, nhưng được ép vào một thể tích nhỏ hơn để tăng áp suất.

Thành phần của không khí tự nhiên

• 78% Nitơ (N₂): khí trơ, giúp ổn định áp suất.
• 21% Oxy (O₂): tham gia phản ứng cháy và oxy hóa.
• 1% còn lại: CO₂, hơi nước, Argon và các khí hiếm.

Tùy vào yêu cầu sử dụng, khí nén có thể được tinh chế để tạo ra khí Nitơ tinh khiết dùng trong công nghiệp, hoặc khí Oxy dùng trong y tế.

1.2. Đặc điểm của khí nén

So với các nguồn năng lượng khác như điện, dầu thủy lực hoặc xăng, khí nén có một số đặc điểm riêng biệt, phù hợp với môi trường công nghiệp yêu cầu độ an toàn và tính linh hoạt cao:

• Không cháy nổ, không dẫn điện: Khí nén không phải là chất dễ bắt lửa và cũng không dẫn điện. Do đó, nó có thể được sử dụng an toàn trong các khu vực có nguy cơ cháy nổ, nơi có tia lửa điện hoặc độ ẩm cao.
• Không sinh khí thải hay chất độc: Trong quá trình sử dụng, khí nén không tạo ra khói, hơi dung môi hoặc khí độc hại. Bản chất chỉ là không khí nén lại, nên phù hợp với các ngành yêu cầu khí sạch như thực phẩm, dược phẩm, y tế, điện tử.
• Dễ dàng truyền dẫn: Hệ thống khí nén có thể dẫn khí qua đường ống dài mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng. Việc lắp đặt đường ống không yêu cầu cách điện, không sợ rò rỉ hóa chất hay cháy nổ, giúp đơn giản hóa thiết kế và thi công hệ thống.
• Có thể tích trữ để sử dụng khi cần: Khí nén được nạp vào các bình tích áp và sử dụng theo nhu cầu. Điều này giúp ổn định áp suất trong hệ thống, hỗ trợ vận hành thiết bị liên tục ngay cả khi máy nén tạm ngừng hoạt động.

Với các đặc tính này, khí nén được xem là một nguồn năng lượng an toàn, sạch và linh hoạt trong nhiều hệ thống truyền động, điều khiển và sản xuất công nghiệp.

1.3. Vai trò của khí nén trong công nghiệp

Trong môi trường sản xuất, khí nén không phải là nguồn năng lượng chính như điện, nhưng lại đóng vai trò trung gian quan trọng trong nhiều công đoạn vận hành. Dưới đây là các ứng dụng thực tế phổ biến nhất của khí nén:

• Truyền động thiết bị: Khí nén cung cấp lực để vận hành xi lanh, motor khí hoặc các thiết bị chấp hành. Cơ cấu này thường thấy trong các hệ thống ép, kẹp, xoay, đẩy sản phẩm, băng tải khí hoặc thiết bị lắp ráp tự động.
• Điều khiển và tín hiệu: Các van khí nén, bộ chia tín hiệu và cơ cấu logic khí được sử dụng để đóng/mở, điều hướng dòng khí hoặc điều khiển thiết bị theo chu trình. Hệ thống này hoạt động ổn định trong môi trường dễ cháy nổ hoặc nơi không thể sử dụng điện.
• Làm sạch và thổi khí: Khí nén được dùng để làm sạch chi tiết sau gia công, xịt bụi bảng mạch, làm khô linh kiện hoặc thổi mảnh vụn ra khỏi máy. Ứng dụng này phổ biến trong ngành điện tử, cơ khí chính xác và sản xuất thực phẩm.
• Đóng gói và vận chuyển: Hệ thống khí nén được dùng để bơm căng bao bì, dán nhãn tự động, hoặc vận hành cơ cấu chân không để nâng, giữ và di chuyển sản phẩm. Tốc độ phản hồi nhanh, cấu trúc đơn giản và ít bảo trì là ưu điểm lớn trong dây chuyền đóng gói.
• Các ngành đặc thù: Trong y tế, khí nén sạch được dùng để cấp cho máy thở, thiết bị mổ hoặc hệ thống khí trung tâm. Trong khai khoáng và xây dựng, khí nén được dùng cho búa hơi, khoan phá hoặc cấp gió cho hầm lò. Trong bảo dưỡng xe, khí nén dùng cho thiết bị nâng, bơm lốp và dụng cụ cầm tay…

Trong tất cả các trường hợp trên, khí nén đóng vai trò là nguồn năng lượng trung gian giúp cách ly với điện, không sinh nhiệt hoặc cháy nổ, đồng thời dễ lắp đặt và vận hành nhờ hệ thống đường ống linh hoạt.

1.4. Ứng dụng của khí nén trong công nghiệp 

Khí nén là nguồn năng lượng trung gian có thể tùy biến cho nhiều dạng thiết bị khác nhau, nên được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp sản xuất và dịch vụ kỹ thuật:

• Ngành chế tạo cơ khí: Khí nén cấp lực cho các máy ép, bàn nâng, cơ cấu kẹp chi tiết, xi lanh truyền động và hệ thống robot công nghiệp. Ngoài ra, khí nén còn được tích hợp vào các bộ điều khiển khí động học trong dây chuyền tự động để đóng/mở van, điều hướng và sắp xếp sản phẩm.
• Ngành thực phẩm và dược phẩm: Yêu cầu khí nén sạch, không chứa dầu hoặc tạp chất. Khí được dùng để vận hành máy đóng gói, chiết rót, dán nhãn, xịt rửa thiết bị và cấp khí cho hệ thống nâng hạ trong môi trường sạch. Việc sử dụng khí nén giúp đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm và tiêu chuẩn GMP.
• Ngành xây dựng: Trong thi công công trình, khí nén được sử dụng để cấp năng lượng cho các thiết bị như búa đục bê tông, khoan đá, máy bơm bê tông hoặc hệ thống nâng hạ tấm panel. Ưu điểm là khả năng làm việc ở môi trường bụi bẩn, ẩm ướt mà không bị ảnh hưởng nhiều như điện hoặc dầu thủy lực.
• Ngành y tế: Khí nén sạch được cung cấp cho máy thở, thiết bị hút dịch, máy gây mê và các hệ thống khí y tế trung tâm trong phòng mổ, phòng hồi sức. Việc kiểm soát chất lượng khí nén y tế rất nghiêm ngặt để bảo vệ bệnh nhân và đảm bảo hiệu quả điều trị.
• Ngành ô tô và dịch vụ kỹ thuật: Gara và trung tâm bảo trì sử dụng khí nén để bơm lốp, tháo lắp bu lông bằng súng xiết khí, xịt rửa khoang máy và làm sạch bề mặt xe. Khí nén còn được dùng để vận hành bàn nâng xe và hệ thống hút bụi nội thất.

Dù là nhà máy sản xuất lớn hay xưởng sửa chữa nhỏ, khí nén vẫn giữ vai trò thiết yếu trong việc hỗ trợ vận hành thiết bị, tiết kiệm sức lao động và tăng độ chính xác trong thao tác.

Xem thêm: Ứng dụng của máy nén khí trong ngành công nghiệp hiện nay 

II. Cách tạo ra khí nén trong công nghiệp

2.1.Nguyên lý và quy trình tạo khí nén trong công nghiệp

Trong công nghiệp, khí nén không chỉ đơn giản là không khí đã qua máy nén. Để đảm bảo vận hành ổn định, thiết bị không bị ăn mòn, và sản phẩm không bị ảnh hưởng bởi tạp chất, khí nén phải được xử lý và phân phối đúng kỹ thuật. Hệ thống tiêu chuẩn thường bao gồm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Nén khí

Không khí từ môi trường được hút vào buồng nén. Tại đây, thể tích khí bị thu nhỏ, áp suất tăng lên trong khoảng từ 7 đến 13 bar, tùy vào mục đích sử dụng cụ thể như vận hành thiết bị, đóng gói, phun sơn hay điều khiển tự động.

Việc lựa chọn loại máy và công suất nén phải dựa trên lưu lượng tiêu thụ thực tế, áp suất làm việc yêu cầu và điều kiện vận hành (liên tục hay gián đoạn, môi trường ẩm hay khô, không gian kín hay mở…). Nếu chọn sai máy, hệ thống có thể bị sụt áp, tiêu hao điện năng lớn hoặc gây hư hỏng thiết bị.

Xem thêm: Cách tính năng lượng tiêu thụ động cơ máy nén khí

Giai đoạn 2: Xử lý khí nén

Khí sau khi nén thường chứa ba nhóm tạp chất chính:

• Hơi nước: Do độ ẩm trong không khí, khi bị nén lại sẽ ngưng tụ, gây rỉ sét và ăn mòn đường ống, thiết bị.
• Bụi bẩn: Tạp chất từ môi trường có thể đi theo luồng khí vào máy nén nếu lọc gió không hiệu quả, gây mài mòn các chi tiết cơ khí.
• Dầu bôi trơn: Trong máy nén có dầu, một phần dầu sẽ lẫn vào khí. Nếu không xử lý, dầu sẽ bám vào van, ống và thiết bị sử dụng khí, đặc biệt nguy hại với ngành yêu cầu khí sạch.

Các tạp chất này nếu không được xử lý sẽ gây tắc nghẽn, ăn mòn, hoặc hư hỏng thiết bị sử dụng khí ở đầu cuối như van, xy lanh, máy thổi, súng khí…

Các thiết bị xử lý khí thường dùng:

• Bộ lọc đường ống: loại bỏ bụi thô và tạp chất cơ học từ 1–10 micron, lắp tại đầu ra máy nén hoặc trước máy sấy khí.
• Máy sấy khí:

  • Sấy lạnh (Refrigerant Dryer): Làm lạnh khí nén đến điểm sương nhất định (khoảng 3–7°C) để hơi nước ngưng tụ thành giọt và được xả ra ngoài. Thích hợp với hầu hết các ứng dụng tiêu chuẩn.

  • Sấy hấp thụ (Desiccant Dryer): Sử dụng vật liệu hút ẩm như silica gel hoặc alumina hoạt tính để giữ lại hơi nước. Đạt được điểm sương sâu hơn (-20 đến -70°C), phù hợp với ngành điện tử, dược phẩm hoặc môi trường lạnh.

• Bộ tách dầu: Tách lượng dầu còn lại sau lọc tinh. Dầu được gom vào bình chứa riêng hoặc qua bộ tách dầu-nước để xử lý trước khi xả ra môi trường. Giúp khí đầu ra sạch hơn và không làm hỏng thiết bị sử dụng.

Lưu ý: Một số ngành như thực phẩm, dược phẩm, y tế hoặc điện tử đòi hỏi khí nén đạt chuẩn sạch ISO 8573-1, trong đó giới hạn tạp chất được kiểm soát chặt chẽ ở từng cấp độ.

Xem thêm: Máy sấy khí là gì? Tại sao nó quan trọng trong hệ thống khí nén

Giai đoạn 3: Lưu trữ và phân phối

Sau khi khí đã được xử lý, hệ thống cần đảm bảo lưu trữ ổn định và phân phối hiệu quả đến các điểm sử dụng:

• Bình tích áp (bình chứa khí nén): Dùng để trữ khí ở áp suất cao. Vai trò chính là ổn định áp suất, giảm dao động khi thiết bị sử dụng khí thay đổi nhanh và giảm tần suất bật/tắt máy nén, từ đó tăng tuổi thọ cho thiết bị.
• Đường ống dẫn khí: Được thiết kế để phân phối khí đến các vị trí sử dụng trong nhà máy. Vật liệu có thể là:
  

  • Thép mạ kẽm: Chịu áp tốt, bền, phù hợp cho hệ thống lớn hoặc môi trường khắc nghiệt. Giá hợp lý, nhưng thi công cần hàn hoặc ren nối.

  • Nhôm chuyên dụng: Nhẹ, không gỉ, lắp đặt nhanh bằng khớp nối. Phù hợp cho hệ thống khí sạch hoặc nhà máy hiện đại.

  • Ống nhựa chịu áp: Dễ thi công, giá thấp, chỉ nên dùng cho hệ thống nhỏ, phụ trợ hoặc tạm thời vì độ bền và khả năng chịu áp hạn chế.

Đường ống cần thiết kế hợp lý, tránh gấp khúc, giảm số lượng co nối và bố trí điểm xả nước để tránh tụ hơi ẩm.

• Phụ kiện đi kèm:
  

  • Van xả nước: Có loại tự động và bằng tay, dùng để xả nước ngưng tụ trong bình chứa, máy sấy hoặc đường ống dẫn khí.

  • Bộ tách dầu – nước: Thu gom và tách riêng dầu thải khỏi nước xả, đảm bảo khí xả ra môi trường đạt tiêu chuẩn.

  • Đồng hồ áp suất, van an toàn: Giám sát áp suất hệ thống và tự động xả khí nếu áp suất vượt ngưỡng cho phép, bảo vệ thiết bị và người vận hành.

Một hệ thống khí nén tiêu chuẩn không dừng lại ở việc chọn máy nén phù hợp, mà còn phải đảm bảo toàn bộ chuỗi từ nén – xử lý – lưu trữ – phân phối đều đồng bộ, hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng. Đây là nền tảng cho mọi dây chuyền sản xuất hiện đại hoạt động ổn định và bền vững.

Xem thêm: Những thành phần cơ bản của hệ thống khí nén công nghiệp 

2.2. Lưu ý khi đầu tư hệ thống khí nén

Không ít doanh nghiệp lắp đặt hệ thống khí nén mà không nắm rõ nguyên lý hoạt động hoặc cách lựa chọn thiết bị phù hợp. Hệ quả thường thấy là hệ thống vận hành kém hiệu quả, tiêu tốn nhiều chi phí bảo trì và điện năng.

Ba sai lầm phổ biến nhất:

• Chọn sai công suất máy nén khí: Nếu chọn máy quá nhỏ, hệ thống sẽ thiếu khí, áp suất tụt, ảnh hưởng đến thiết bị sản xuất. Nếu chọn máy quá lớn, máy chạy non tải thường xuyên gây lãng phí điện.
• Không đầu tư thiết bị xử lý khí đúng mức: Khí nén không được lọc sạch sẽ mang theo hơi nước, bụi bẩn, dầu… làm hư hại thiết bị đầu cuối như van, xi lanh, bộ điều khiển.
• Thiết kế đường ống không hợp lý: Đường ống quá nhỏ, dài, có nhiều khúc cua hoặc lắp đặt không đúng kỹ thuật sẽ gây tổn thất áp suất, tăng tải cho máy nén khí và giảm hiệu quả toàn hệ thống.

Những yếu tố cần xác định rõ trước khi đầu tư:

• Lưu lượng khí sử dụng thực tế theo thời gian.
• Áp suất làm việc tại điểm tiêu thụ.
• Mức độ sạch yêu cầu của khí nén (có cần không dầu, khô tuyệt đối không).
• Mức độ ưu tiên cho chi phí đầu tư ban đầu hay chi phí vận hành lâu dài.
• Khả năng mở rộng hệ thống sau này nếu có.

Hệ thống khí nén không chỉ là một thiết bị, mà là một tổ hợp gồm máy nén khí, thiết bị xử lý, bình tích áp, hệ thống ống dẫn và thiết bị đầu cuối. Nếu thiết kế sai từ đầu, doanh nghiệp sẽ tốn kém chi phí sửa đổi, dừng máy và thất thoát năng lượng trong suốt vòng đời vận hành.

Khí nén là nguồn năng lượng sạch, linh hoạt và an toàn, hiện diện trong hầu hết các ngành công nghiệp. Việc hiểu đúng bản chất khí nén và quy trình tạo ra khí nén không chỉ giúp doanh nghiệp sử dụng hiệu quả mà còn giúp tiết kiệm chi phí, tăng độ bền thiết bị và nâng cao năng suất.

Liên hệ ngay cho chúng tôi:

CÔNG TY CỔ PHẦN HIỂN VINH JSC 

Địa chỉ:
– Miền bắc: Lô 21 Khu Dân Cư Nguyễn Lương Bằng, Phường Việt Hòa, TP Hải Dương
– Miền Nam: 229 Đường Lê Văn Quới, Bình Trị Đông, Bình Tân, Hồ Chí Minh
Số điện thoại: 0973 132 318
Email: maynenkhiaccom@gmail.com
Trang web: maynenkhiaccom.com
Facebook: Máy nén khí ACcom