Устранение неполадок в системах сжатого воздуха

Большинство предприятий не уделяют первоочередного внимания стоимости эксплуатации систем сжатого воздуха - они просто хотят выполнить свою работу. Недавнее исследование рынка ¹ обнаружили, что только 17 процентов пользователей сжатого воздуха оценили эффективность как цель управления системой сжатого воздуха. Девять процентов были озабочены сдерживанием затрат на электроэнергию.

Семьдесят один процент просто хотел обеспечить стабильную и надежную подачу воздуха.

Эксперты по сжатому воздуху заметили, что многие сотрудники цехов ведут себя так, как будто сжатый воздух свободен, используя его для выдувания излишков масла с обрабатываемых деталей, опилок с деревообрабатывающих устройств, пыли с пола и т. Д. В действительности для подачи сжатого воздуха требуется дорогостоящее оборудование. который потребляет большое количество электроэнергии и требует значительного обслуживания.

Первоначальная стоимость компрессора мощностью 100 лошадиных сил может составлять от 30 000 до 50 000 долларов США, и он может потреблять 50 000 долларов электроэнергии в год. В то же время ежегодные расходы на обслуживание могут достигать 10 процентов от первоначальной стоимости системы. ² Тем не менее, тот же источник сообщает:«Многие предприятия понятия не имеют, сколько стоят их системы сжатого воздуха в год или сколько денег они могут сэкономить, улучшив производительность этих систем».

Таким образом, для многих предприятий повышение эффективности сжатого воздуха является прекрасной, но упускаемой из виду возможностью не только сэкономить деньги на расходах на электроэнергию, но и обеспечить еще более надежную подачу сжатого воздуха.

Рисунок 1.

Во-первых, изучите свою систему
Для повышения эффективности системы сжатого воздуха важно рассматривать вашу систему как систему. Когда вы меняете что-то в системе, это изменение влияет на все остальное. Например, устранение утечки увеличит давление в системе, что приведет к увеличению других, меньших утечек. Таким образом, устранение утечек и устранение других случаев так называемого искусственного спроса (непродуктивного использования воздуха) само по себе не является полным решением. Снижение искусственного спроса должно согласовываться со стратегиями улучшения использования энергии и улучшения вашей системы управления. Первый шаг - узнать вашу систему, ее требования и то, как эти требования могут быть скорректированы для экономии энергии.

Определите свои операционные расходы
Основные затраты на эксплуатацию системы сжатого воздуха - это техническое обслуживание и электроэнергия. Затраты на техническое обслуживание можно определить на основе вашей системы управления активами или путем аудита платежей подрядчику по обслуживанию системы сжатого воздуха, если вы его используете.

Варианты определения затрат на электроэнергию вашей системы:

• Рассчитайте работу при полной нагрузке, используя паспортную табличку двигателя компрессора (в лошадиных силах), паспортный КПД двигателя (или оценку), часы работы в год и стоимость электроэнергии за киловатт-час. Годовая стоимость электроэнергии складывается из этих четырех переменных ³ .
• Более точное определение потребления электроэнергии при полной нагрузке и, соответственно, затрат на электроэнергию с помощью токоизмерительных клещей или мультиметра для измерения тока и напряжения в компрессоре при полной нагрузке.
• Используйте регистратор мощности, чтобы определить реальную потребляемую мощность в киловаттах и ​​проверить коэффициент мощности.

Определение требований спроса
Оцените свой профиль нагрузки сжатым воздухом с точки зрения того, как потребность в кубических футах в минуту изменяется с течением времени. Объекты с различными требованиями к нагрузке часто могут получить выгоду от передовых стратегий управления, в то время как предприятия с относительно короткими периодами высокого спроса могут выиграть от вариантов хранения воздуха.

Чтобы установить профиль нагрузки, измерьте расход и давление в системе при различных условиях нагрузки. Обратите внимание на влияние различной нагрузки на компрессоры. Значительные изменения в эксплуатационных требованиях могут потребовать мониторинга в течение дня или более. Вы можете использовать регистратор данных для сбора и хранения профилей спроса и профилей энергопотребления. Это покажет вам, когда и почему возникают пиковые и минимальные потребности.

Запишите давление в системе
Используйте манометры, измеритель давления / расхода воздуха или модуль давления, подключенный к цифровому мультиметру, для измерения в различных точках системы:

• Входы компрессора (у входного фильтра)
• В системах со смазкой, дифференциал в воздушно-масляном сепараторе.
• Межступенчатые на многоступенчатых компрессорах
• Перепад давления в различных компонентах (например, охладителях, осушителях, фильтрах и т. д.).

Запись системного потока
Используйте портативный измеритель расхода воздуха / давления или массовый расходомер для измерения общего расхода в различных местах системы и в разные смены.

• Определите потребление воздуха во время работы
• Установите контрольные показатели для оценки улучшений.
• Оценить нагрузку от утечки во время непроизводственной деятельности

Регистрировать температуру системы
Используйте температуру, чтобы оценить работоспособность системы. Как правило, оборудование, которое нагревается сильнее, чем ожидалось, работает неоптимально и требует обслуживания. Для максимальной эффективности используйте инфракрасный термометр для регистрации температуры поверхности следующих компонентов:

• Температура на выходе из дополнительного охладителя - могут потребоваться корректирующие меры, если воздух на выходе из дополнительного охладителя превышает максимальную температуру на входе в 100 градусов по Фаренгейту.
• Температура воздуха на выходе из ротационных компрессоров со смазкой. Для нормальной работы требуется температура ниже 200 градусов по Фаренгейту.
• Температура воздуха на входе в компрессоры

Используйте системный подход к улучшениям
Три основных стратегии повышения производительности промышленных систем сжатого воздуха - это снижение искусственного спроса, улучшение стратегий управления и улучшение использования энергии. Имейте в виду, что прогресс в одной области, скорее всего, повлияет на две другие, что делает этот процесс постоянным.

Снижение искусственного спроса означает устранение утечек и поиск различных способов выполнения задач, которые расходуют впустую сжатый воздух. Соблюдайте правила работы в цехе и обратите внимание, например, на использование системного воздуха для очистки деталей и оборудования. Затем объясните персоналу, что сжатый воздух платный.

Первым шагом в борьбе с утечками является оценка нагрузки от утечки. Некоторая утечка (менее 10 процентов мощности и мощности) ожидается, но утечка от 20 до 30 процентов является обычным явлением и неоправданно расточительна. Определите нагрузки от утечек в качестве ориентира для сравнения улучшений.

Поскольку системы управления различаются, различаются и методы оценки нагрузки от утечки. Если у вас система с элементами управления пуском / остановом, просто запустите компрессор, когда в системе нет нагрузки (между сменами или во вне смены, если ваша работа не круглосуточно). Снимите несколько показаний, чтобы определить среднее время разгрузки нагруженной системы из-за утечек.

Утечка (%) =(T x 100) ÷ (T + t), где

T =время без нагрузки (минуты) и
t =время без нагрузки (минуты) .

В системах с более сложными стратегиями управления поместите манометр после ресивера и оцените объем системы (V в кубических футах), включая все вторичные ресиверы, магистраль и трубопроводы. Опять же, без каких-либо требований, кроме утечки в системе, доведите систему до нормального рабочего давления (P ₁ в фунтах на кв. дюйм). Выберите второе давление (P ₂ , примерно половина значения P ₁ ) и измерьте время (T, в минутах), необходимое для того, чтобы система упала до P ₂ .

Утечка (куб. футов в минуту свободного воздуха) =[(V x (P1 - P2) ÷ (T x 14,7)] x 1,25

Множитель 1,25 корректирует утечку до нормального давления в системе, тем самым уменьшая утечку при понижении давления в системе.

Получив этот тест, вы можете находить и устранять утечки с помощью ультразвукового течеискателя, который распознает высокочастотное шипение, связанное с утечками воздуха. Этот метод обнаружения является более быстрым и менее сложным, чем старый способ нанесения мыльной воды с кистью на подозрительные участки.

Чаще всего утечки возникают в месте использования. Обратите особое внимание на муфты, шланги, трубы, фитинги, резьбовые соединения труб, быстроразъемные соединения, FRL (комбинации фильтров, регуляторов, лубрикаторов), конденсатосборники, клапаны, фланцы и уплотнения.

Улучшение стратегий управления, включая добавление таких компонентов, как расширители потребления (регуляторы давления / потока), должно происходить вместе с контролем утечек и других искусственных требований.

Цель состоит в том, чтобы обеспечить установку сжатым воздухом при минимальном стабильном давлении, поддерживая при этом непредвиденные потребности за счет адекватного хранения воздуха под высоким давлением. Для пополнения запаса воздуха необходимо использовать минимальную мощность компрессора.

Следите за использованием компрессора и ищите:

• Компрессоры работают без надобности;
• Компрессоры, кроме триммеров, работают с нагрузкой ниже полной;
• Операции, при которых не удается поддерживать относительно низкое среднее давление; и
• Операции, которые иногда не соответствуют минимальным системным требованиям.

За счет устранения утечек и улучшенных стратегий управления вы можете исключить один или несколько больших компрессоров (в многокомпрессорных системах), значительно сократив потребление энергии. Вы также можете добавить обратно

небольшой компрессор для поддержания системы в заряженном состоянии при низкой нагрузке и устранения неэффективности больших компрессоров, работающих при нагрузке ниже полной. Улучшение энергопотребления предполагает повышение эффективности оборудования как со стороны предложения, так и со стороны спроса в системе. Эффективность всей системы зависит от правильного выбора, правильной установки и тщательного обслуживания каждого компонента.

Что касается предложения, обратите внимание на следующие компоненты:

• Первичные двигатели ваших компрессоров.
• Элементы управления компрессором
• Оборудование для очистки воздуха
• Сушилки
• Фильтры
• Получатели
• Емкости для хранения

Кроме того, легко упустить из виду, как воздушные баки справляются с накоплением конденсата. Некоторые просто позволяют воде наполняться, снижая производительность и рискуя повредить систему. У других есть старая автоматизированная система, которая открывает клапан по времени, независимо от того, необходимо это или нет. По сути, это утечка; Лучшее решение - клапан, который открывается только при необходимости и закрывается, как только сливается вода.

Наконец, размер и компоновка всей системы должны быть такими, чтобы общий перепад давления от компрессора до точек использования был значительно меньше 10 процентов от давления на выходе компрессора.

Что касается спроса, обратите внимание на следующие компоненты:

• Сепараторы конденсата / смазки
• Сепараторы воздуха и масла
• Системы рекуперации тепла
• Системы точек использования

Свяжите производительность системы с производством
В конечном счете, повышение продуктивности - это последний критерий успеха. Используя описанные здесь стратегии, периодически коррелируйте такие результаты, как производительность системы (кубические футы в минуту при фунтах на кв. Дюйм) и потребление энергии (киловатт-часы) с единицами производства. В целом ожидайте, что улучшения приведут к снижению потребления энергии, если только производство не увеличится вместе с соответствующим увеличением нагрузки сжатым воздухом. Если добыча не увеличивается с увеличением давления, отрегулируйте элементы управления по мере необходимости.

Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт корпорации Fluke по адресу www.fluke.com.

Примечания

¹ См. «Приложение D» документа «Повышение производительности системы сжатого воздуха:справочник для промышленности» на сайте http://www.compressedairchallenge.org/library/index.html#Sourcebook. Исследование выполнено по заказу Министерства энергетики США (DOE) при технической поддержке Compressed Air Challenge (CAC).

² Повышение эффективности системы сжатого воздуха:Справочник для промышленности:раздел 12, «Экономика системы сжатого воздуха и проекты по продаже руководству», с. 69.

³ См. Там же, раздел 10, «Базовые параметры систем сжатого воздуха», стр. 61. а также Раздел 11 «Определение потребностей в анализе вашей системы сжатого воздуха».

Количественная оценка затрат на электроэнергию
На типичном промышленном предприятии в США производство сжатого воздуха потребляет около 10 процентов от общего счета за электроэнергию. В некоторых случаях она превышает 30 процентов при ориентировочной стоимости от 18 до 30 центов за 1 000 кубических футов воздуха.

Между тем, эффективность системы сжатого воздуха может составлять всего 10 процентов. Например, для работы пневмодвигателя мощностью 1 л.с. при давлении 100 фунтов на кв. Дюйм требуется подача 7 или 8 лошадиных сил на воздушный компрессор.

Вот как рассчитать долларовую стоимость сжатого воздуха:

Стоимость = (л.с. x 0,746 x часы работы x $ / кВтч x% времени работы x% л.с. при полной нагрузке) , КПД двигателя,

где

л.с. =мощность двигателя при полной нагрузке, часто выше, чем мощность двигателя, указанная на паспортной табличке,

0,746 =коэффициент преобразования лошадиных сил в киловатты,

время выполнения в процентах =процент времени, в течение которого компрессор работает на своем рабочем уровне,

л. с. при полной нагрузке в процентах =л.с. в процентах от л.с. при полной нагрузке на рабочем уровне и

КПД двигателя =КПД двигателя на рабочем уровне

Предположим, что на производственном предприятии есть компрессор мощностью 200 л.с., который требует 215 л.с. и работает 6800 часов в год. Если он полностью загружен 85% времени (КПД двигателя =0,95), в остальное время разгружен (25% л.с. при полной нагрузке и КПД двигателя =0,90) и совокупный тариф на электроэнергию составляет 0,05 доллара США / кВтч, тогда

Стоимость при полной загрузке =(215 л.с. x 0,746 x 6800 часов x 0,05 доллара США / кВт · ч x 0,85 x 1,0), 0,95 = 48 792 доллара США ,

Стоимость без нагрузки =215 л.с. x 0,746 x 6800 часов x 0,05 доллара США / кВт · ч x 0,15 x 0,25), 0,90 = 2272 доллара США и

Годовая стоимость электроэнергии =48 792 доллара США + 2272 доллара США = 51 064 доллара США . .

Источник:Рекомендации Министерства энергетики США по сжатому воздуху № 1, «Определите стоимость сжатого воздуха для вашего предприятия», август 2004 г.