空气储存接收器帮助密相系统|压缩空气最佳实践manbetx王者荣耀

布伦特的埃利希

	本月系统评估
哪里：	佐治亚州
工业:	陶瓷处理器
问题:	气压不足的时期
审核类型：	供应侧压缩空气储存

这个问题

布赖恩开始担任Carbo陶瓷公司麦金太尔工厂工程师的那一天，他坐在办公桌上，建议购买一台新的150马力空气压缩机作为备用机器。工厂已经有六台这样的机器，是的，所有六台机器几乎都是连续运转的。现场已经安装了一个租赁单元，作为备份，以防永久性机器出现故障。新压缩机的目的是取代租赁的压缩机。Brian过去曾与我（作者Brent Ehrlich）一起参与过几个项目，并从这些项目中学到了足够的知识，从而认识到提案中没有任何地方说明现有压缩机得到了有效利用。该提案也没有确定新压缩机将解决的问题。只提到了一个症状：所有安装的压缩机都连续运行，压力不稳定，波动高达25 PSI。这些症状的来源并不明显。它可能在需求侧，在压缩机控制中，或者反映出实际的容量不足。Brian怀疑，如果理解了潜在问题，现有压缩机可以更有效地使用，从而可以关闭其中一台并用作备用压缩机。

卡波陶瓷，麦金太尔，佐治亚工厂

为了确定问题，我们需要更多的数据。我们需要彻底了解压缩空气是如何使用的。为支持购买新压缩机而提供的数据显示了每台压缩机使用的安培数，每台压缩机有一个单独的趋势。这表明所有压缩机保持连续在线（或接近在线），但也表明多台压缩机同时以部分负载运行，表明运行效率低下。我的猜测是，生产事件造成了巨大的需求高峰，导致所有六台压缩机都在加载。当事件结束时，一些将卸载并卸载运行，直到下一个事件发生。但对这些山峰一无所知，甚至不知道它们是否存在。涉及多少空气（体积）？流量曲线（变化率和幅度）是什么样的？最大流量是多少？这些活动持续了多长时间？实际压力要求是什么？我的目标是为Brian提供一个清晰的生产需求图，以便他能够做出明智的决定。

压缩机产生气流。生产需求流动。所以，若我们想使压缩机马力（供应）和需求相匹配，我们不应该测量流量吗？我们都知道，我们无法管理我们没有测量的东西，所以我们最好测量一些东西！在接受过与NASA工程师相同的流量测量培训后，我倾向于测量该参数，然而，类似的信息可以从千瓦、安培或压力的数据中获得。D.O.E.提供的AirMaster+软件甚至将流量与加载/卸载循环时间相关联。

问题:购买新的空压机还是安装储存容量?

	场景#1：购买新的空气压缩机：	场景#2:安装存储容量和修改控件
资本成本:	$50，000	123000美元
电力及维护成本增加*:	40600美元	-
降低电力和维护成本*:	-	$81,200
1年成本增加:	90600美元	41800美元
5年成本增加：	253000美元	-
5年成本降低:	-	$283,000

*50%负荷时的年增加/减少

结论:安装存储容量和修改压缩机控制将解决压力不足的问题，与购买新的空压机相比，公司将节省536,000美元(超过5年)。

在需求方面

为了获得所需的信息，我使用了流量计和压力变送器。我热抽头的8"主，它进入工厂，并安装了插入式热质量流量计。我将流量计和压力变送器的输出通过PLC输入到笔记本电脑上，使用系统控制和数据采集(SCADA)软件显示和记录数据。这种设置允许实时、高分辨率显示，并将记录千兆字节的数据。后来我把这些数据转换成电子表格进行分析。(后来永久性地安装了一个平均皮托管和相关的发射机。)

我们开始看到的数据让我们大开眼界。部分趋势是这样的:

图表中显示的数据是热质量计的输出。有趣的是，平均皮托管提供的峰值更小。TM表是单点仪器;它在管道中心附近的一个点上取读数，并应用一种算法来补偿速度剖面。然而，当流量迅速增加时，速度剖面会随着管道中心相对较高的速度而暂时扭曲。算法(至少在我的仪表中)似乎没有适当地补偿这个扭曲的轮廓，并输出人为高的值。平均仪器不受这种现象的影响。

在这种情况下，流量在15秒内增加了1300 SCFM，在不到3分钟的时间内增加了一倍。很明显，我们需要检查需求端，并将生产中的事件与观察到的流中的变化关联起来。

密集阶段运输系统造成需求高峰

许多密相输送系统正在使用中。通过比较与这些系统的运行相关的时间戳和我的数据中的时间戳，我能够确定每个系统循环需要多少空气，它们的使用频率，以及它们何时被同时使用。这些信息在以后帮助管理需求时会很有用，但目前，我们已经了解到了一些未知的情况：峰值显著（增加2500+SCFM）且持续时间短（60到90秒）。两台压缩机连续运行，以达到仅持续90秒的峰值。如果这些流量峰值可以由储存的空气提供，则至少可以关闭一台压缩机。但在非高峰时段，是否有足够的剩余容量来储存五台压缩机？如果是这样，接收器需要多大，压力需要改变多少？我收集了更多的数据；我想确定我已经记录并能够分析最坏的情况。我们还需要验证压力要求，以便能够以适合生产需要的压力输送空气。我们希望能够降低压力。在没有数据的情况下，我所拥有的只是另一种观点，我不会仅仅根据自己的观点来设计工程解决方案。

现在我们已经知道了是哪些生产事件导致了需要所有压缩机运行的流量峰值，峰值有多大，持续了多长时间，以及发生的频率。由于单个事件的时间很短，我们怀疑它们可以从储存在罐中的空气中供应。然而，当一系列连续的运输事件发生时，我们也确定了重复发生的两个小时。这些时期形成了最高的平均需求。我们需要在这段时间关闭压缩机。

满足间歇性需求的三种方法

有三种众所周知的方法来满足大量的间歇性需求。这些都是:

用于事件的需求方接收器。
专用于活动的压缩机。
供应方面的接收器。

在这种情况下，有许多运输系统，一些位于工厂最远的角落，一个在中间。为他们每个人配备专用设备并不是一个切实可行的选择。

在供给方面

我们解决大型间歇性需求问题的方法是使用我开发的一个名为流量分析(Flow Based Analysis, FBA)的计算机应用程序，比较已安装的压缩机(供应)的容量与记录的流量(需求)，并寻求平衡。我们输入有关供应的信息，如每个压缩机的最大压力能力、SCFM在最大全流量压力(MFFP)下的容量、MFFP下的千瓦和空载千瓦。我们还输入电力成本信息。然后我们根据需求输入信息——实际的系统流量数据，通常在12个小时的区块中，数据以5秒的间隔采样。当系统参数被操纵时，FBA将对系统的行为进行建模。

三个灵活性领域

首先，我们可以操作流的记录值。也许有一些泄漏或其他形式的浪费，我们可以解决以抑制需求，或者我们可以提高速度，以反映新的生产设备的增加。第二，我们可以控制接收机的总容量。第三，我们可以操纵用于压缩机控制的压力设定点。

FBA中的算法将压缩机的容量(供应)与记录的流量(需求)进行比较(本例中为每5秒一次)。如果出现盈余，压力就会上升。如果出现赤字，压力就会衰减。如果压力衰减到“负载”设定点，应用程序模拟另一个压缩机的启动和加载。如果压力上升到“卸载”设定值，压缩机将被卸载，并在计时器耗尽后停止。我们可以增加接收机的音量，改变控制设定值之间的跨度。这就控制了储存空气的体积。随着容积的增加，压缩机装卸的频率降低。也许，我们将达到一个点，其中一个(或多个)压缩机关闭，不重新启动。如果总接收器体积太小，无论控制跨度有多宽，压力都会衰减到可接受点以下，需要额外的马力。 Total volume cannot be too great, but the cost of the tank could be prohibitively high. The computer is actually simulating what is going to happen in the compressor room as the flow rate, receiver volume and set points are changed.

该图表说明了相关系统的存储选项。它显示了在最坏情况下，当接收器体积变化时，我们能够保持的最小压力，并且只允许五台压缩机运行。该模型显示，即使跨度为15 PSI，如果添加的接收器体积小于14000加仑，最坏情况下的一系列传输事件将使系统下降，导致压力衰减到临界水平，并且仍然需要第六台压缩机。

然而，FBA告诉我们，即使在添加14000加仑之后，压缩机5和6仍会循环。第五台压缩机的容量尚未实现，我们需要一个更大的油箱来利用它。计算表明，我们需要增加至少27000加仑的接收器容量，以消除对第六台压缩机（15 PSID）的需求。

基于流的分析(FBA)

FBA将这个公式应用于每一行数据:

ΔP = ((T)(C)(PSIA)) ÷ V，更新供方存储压力。如果压力达到一个设定点，则从“C”的计算中增加或删除来自另一个压缩机的流量。

哪里：

V=储罐容积，单位为立方英尺（30000/7.48=4010.7 ft3）

∆P =储罐内压力变化量

PSIA =大气压

C =流量(供给与需求之差，可能为负值)

例如:如果T= 5秒，那么T= 5 ÷ 60 = 0.08333分钟，如果需求超过供应1500 SCFM，那么C = -1500

则:ΔP = ((T)(C)(PSIA)) ÷ V = ((0.08333)(-1500)(14.5)) ÷ 4010.7 = -0.451 PSI在5秒内的变化

是的，这个3万加仑的储气罐和它看起来一样大:直径9英尺，长度70英尺。

动力费用

基于流量的分析(FBA)也被用来估算系统的年度电力成本。我们观察这个估计，看看增加的接收机成本是否与电力成本的节省相匹配。还有一个问题是，需要多少压力变化(∆P)。储罐中可用空气的体积是其大小和∆P的函数。减少∆P允许我们降低系统压力，从而降低动力成本，但它增加了所需油箱的尺寸和成本。降低压力也可以使压缩机驱动电机在铭牌Full Load Amps (FLA)或以下工作，而不是在其服务因素上。在这种情况下，结合技术和预算的考虑，我们购买了一个使用30,000加仑的接收器。

控制阀

油箱中的压力必须能够改变，以便油箱发挥作用。同时，工厂需要稳定的压力。在这种情况下，即使增加了一个大型储罐，我们仍然需要一个接近1巴（14.5磅/平方英寸）的增量，这比我们希望在工厂进行的改变还要多。更高的压力增加了人工需求：在这个设施中，这产生了显著的不利影响。此外，当系统不稳定时，降低系统总压力更为困难。

设计和现场建造了流量控制阀，以满足流量变化迅速且幅度大的情况。选择这种阀门(冗余配置)是为了更好地控制，在峰值流量时压力损失较小(< 0.5 PSI)。我们已经安装了一个很好的压力变送器作为永久流量计的一部分，它被连接到工厂的控制系统。manbetx客户端12-5下载我们决定用工厂的控制系统来控制阀门。manbetx客户端12-5下载一旦阀门开始运行，我们开始降低工厂的压力，并创建必要的∆P来存储满足最大需求事件所需的空气量。

次要问题浮出水面

当我们开始降低压力时，仪表空气系统的低压警报就会响起，迫使我们将其提高到110 PSIG。降低压力对于降低电力成本和人为需求至关重要，所以我们一直在研究。仪器空气系统由主系统提供，我们降低了大约10psi的压力。但警报被设定在低于此点15 PSI的水平。尽管它的名字，实际上在这个系统上没有任何仪器。所以我们问了两个问题，为什么需要干燥剂烘干机来进一步抑制露点，以及是什么导致额外的15psi下降触发了警报。我安装了一个压力变送器和数据记录器。数据显示，压力每隔一段时间就会急剧下降15 PSI或更多。这个时间间隔与这种类型的烘干机的发射塔切换时间精确匹配，所以我们叫了一个服务技术人员来修理烘干机。我们还考察了这个系统。 In doing so we found that the dryer served dust collectors and valve actuators located outside the heated spaces, and that the low dew point was to prevent frosting or freezing in the winter. Since this plant is in the deep South I wondered how often the low dew-point was really needed. But at the very least, the dryer could be by-passed in the warmer months, eliminating the purge air requirement (pressure swing dryer).

仪表空气系统中的周期性压力衰减。

烘干机修好后，布莱恩又试着降低压力。这一次压力降低到80 PSIG，直到一组除尘器出现问题，压力再次增加，尽管只有90 PSI。当Brian调查收集器的情况时，他观察到一个压力表显示了大于40psi的下降。在高供应压力下，这种情况没有引起注意。但在80 PSIG(对工厂更合适的压力)时，用于反脉冲过滤袋的空气不足以使滤饼脱落。高压已经弥补了系统中的一个缺陷。为降低除尘器的压力而安装的调节器限制了反脉冲所需的流量。除尘器实际上代表了高流量间歇需求的另一个实例，由此产生的压力波动可以通过本地存储来解决。在此期间，调整器被移除，压力再次降至80 PSIG。

在成功地以80 PSIG运行一段时间后，压力进一步降低。它被降低到70 PSIG，并一直保持在那里，直到其中一个运输系统出现问题。压力再次增加到80 PSIG，运输系统的问题必须进行调查。当需求侧压力要求最终确定后，压缩机控制设定点将进行适当调整。目前它们被设置为94和108 PSIG。

压缩机控制

当电厂在80 PSIG压力下运行时，压缩机卸载并关闭。不幸的是，他们不会袖手旁观。本地压缩机控制装置（作为压缩机机组的一部分提供）旨在相互通信并作为一个系统控制机组，在不需要时不断重启压缩机。有时，所有六个都会在两个或更多未加载的情况下运行。我们需要能够控制组，以便其中只有一个能够以部分负载运行，并且消除不必要的启动。工厂提供的控制无法完成这些任务，需要“重新调整”

布莱恩通过手动控制系统证明了这一点。他发现，在持续两个多小时的密集相传输事件发生之前，他只需在满负荷时使用3台压缩机和第4台轻负荷压缩机就可以支撑压力。(我们通过测量发现，这一系列事件每天发生三次。)正是在这些时期，我们经历了最高和最动态的流量，控制系统是最困难的。在这段时间里，第四个压缩机满负荷运转，第五个压缩机必须启动。虽然Brian的实验实际上提供了比他最初意识到的更多的信息，但它确实证明了系统在“智能”监督下的行为是不同的。当地的卖主被要求进行调整。本地控制网络现在正有效地管理着系统:只有一台压缩机在部分负荷下运行，而且至少有一台根本不再启动。关闭计时器也进行了调整，在空载运行2分钟后关闭压缩机。这导致在高需求期间，微调压缩机每小时大约启动2次，并将空载运行时间减少了约50%。

另一个从这个实验中变得明显的事实是，如果我们减少一点点的需求，大约350 SCFM，另一个压缩机可以关闭(只留下3个压缩机在线)。由于压力从115 PSIG降低到80 PSIG，需求已经下降，减少了人为的需求，但几乎没有采取措施来修复泄漏或消除对压缩空气的不当使用。解决这些废物来源将使关闭第四个压缩机所需的350 CFM以上的需求减少。

在他的实验中，布莱恩还观察到，在长时间的高需求期间，供应侧的压力衰减缓慢，大约15到20分钟后，必须启动第五个压缩机。但这台压缩机在15到20分钟内恢复了压力，这表明只需要它一半的容量。如所述，减少需求应足以保持这第五个压缩机离线期间的高需求，以及保持第四个压缩机离线-正常。但如果没有，我们还有一张王牌。通过与生产经理的交谈，我们很早就了解到，这一时期的高需求是由一系列不间断的运输活动造成的。然而，两个事件之间的小中断(10到20秒)是可以容忍的，计算表明，即使是这么短的中断也会降低平均需求，产生很大的影响。供应和需求之间的平衡将转向有利于供应，压力衰减将被消除，第五台压缩机将不需要。

有效利用能源

所以，最大的问题是：这个项目值得付出努力吗？至少有一台压缩机已经关闭，因此Brian提供备用压缩机并将租赁房屋送回家的目标已经实现。全厂压力现在非常稳定，处于较低水平，因此压力不稳定的症状也得到了解决。但是，购买和安装另一台压缩机不是提供了一个更简单的解决方案吗？不，因为它不会达到同样的结果。事实上，这也会增加能源成本。

首先，让我们来看看不稳定的压力，这是供需失衡的症状。诚然，增加一台压缩机会增加供应，但这要等到新压缩机运行并加载之后。启动和加载、卸载和停止的信号是基于压力的变化。为了让压缩机控制系统做出反应，压力必须发生变化，而且这种变化必须足够大，以使压缩机对系统中的每一个小故障都不做出反应。经验表明，改变10psi是可行的。此外，如果压缩机需要启动，在它能够加载并开始支撑压力之前，需要一段时间。通常，对于这种尺寸的油浸旋转螺杆压缩机来说，这大约是20秒。所以，压力会衰减到控制范围的底部，可能是10psi，然后继续衰减一段时间。当压缩机最终负载时，通过共用空气处理设备的流量增加，会导致压力损失增加，使情况恶化。因为这里有很多变量在起作用，压强的总变化量会变化，但我们可以确定的是，它不会是稳定的。 Therefore, adding another compressor would not have stabilized pressure. The problem was not a lack of capacity, but a lack of control.

增加另一个压缩机也不一定会提供一个备用压缩机。根据定义，备用压缩机不用于支持常规生产。然而，由于六台机器无法承受压力，第七台机器将立即投入使用，几乎是连续运行，也没有解决这个问题。

事实上，第七台压缩机不仅无法解决原来的问题，还会因为能源使用效率降低而导致成本上升。系统中的压力会上升，增加每立方英尺压缩的成本，我们不得不压缩更多立方英尺因为人工需求也会增加。我们也很可能会意识到空载运行时间的增加。此外，再次压缩或将意味着额外的维护费用。由于收集了良好的数据，Brian能够做出明智的决定，以提供备用压缩机和稳定系统压力的最佳方式。