压缩空气评估发现肉类加工厂存在问题|压缩空气最佳实践manbetx王者荣耀

罗恩·马歇尔，马歇尔压缩空气咨询公司

一家位于加拿大的肉类加工者聘请了一名顾问来评估他们的压缩空气系统，这是整个公司节能努力的一部分。评估和分析表明，尽管该系统使用了现代压缩空气系统，使用了VSD空压机和压力/流量控制，但系统运行效率低下，泄漏严重，使用不当。

初步调查结果

该设施安装了一个压缩空气系统，由三台风冷润滑螺杆压缩机组成，其中一台为200 hp变速驱动压缩机（VSD）。定速装置为150马力和100马力。这些压缩机在每个压缩机中进行本地控制。该系统在空气干燥器前安装有除雾器过滤器。安装了一台带有露点控制（EMS）的单加热鼓风机式干燥剂干燥器，该干燥器的入口带有凝聚过滤，出口带有颗粒过滤器，用于为电厂运行生产干燥的压缩空气。压缩空气通过镀锌钢管系统输送至整个工厂。两个大型储罐位于压缩机房区域，作为系统控制储罐，两个位于工厂管道末端，用于压力稳定。安装了一个电子流量控制阀来调节工厂压力，但由于故障，该阀已停止使用。

压缩空气通过一个主要的3英寸镀锌管集箱被输送到多个生产区域，在那里各种分支被抽头供应每个生产区域。主要生产区的管道呈环状布置。安装的数据记录器显示，整个管道系统的压力损失很小。大部分系统压力损失是通过干燥和过滤系统。

压缩空气系统基线

压缩空气系统的电耗使用安培记录仪进行监测。对两个主动压缩机都进行了千瓦读数，以校准安培到功率。系统流量是通过在压缩机室主接收器的输出端新安装的主流量计上放置记录器来记录的。压力记录器位于压缩机排气口，在压缩机室的除雾器和干燥器之后。主管线压力记录器被放置在不同区域的管线末端。以下基线是在两周内确定的:

基线

基准表

部分测量周期是在停机一周的时间内完成的，可以很好地指示非生产流量和功耗。采集了整整8天的生产数据，并用于创建以下负载剖面:

换档曲线

基于每千瓦时0.115美元的混合费率，这将使压缩空气的年电气成本约为153000美元，外加税费。

测量期间的读数和观察结果显示，与类似的优化系统(最优值低于19 Kw/100 cfm)相比，压缩空气系统的产气效率(23.2 Kw/100 cfm)较低。由于压缩机控制不良，压力高于所需，使用不当，以及泄漏和排水，造成了严重的浪费。研究发现，显著的改善是可能的。从上表可以看出，压缩机控制策略不佳导致非生产时间运行效率非常低。

需求方面概要

对系统的需求侧进行了调查，包括泄漏。共发现71个泄漏点（包括一些排水管和不当使用）。发现了一些可能被归类为不当用途的最终用途，包括空气电机、机柜通风、压缩空气冷却、压缩空气吹嘴和手动排水管。

压缩空气流量需求曲线的形状如图1所示。剖面图显示了以轮班为导向的生产过程的典型周期模式。最高峰值为工作日上午中旬，周末和停堆期间流量较低。压力分布反映了流量需求，在最高峰值流量时，电厂压力最低。这些压力低于电厂人员确定的最低可接受压力100 psi。

图1：基线周期间的压缩空气剖面图。点击在这里放大。

潜在的机会

对收集到的信息进行分析表明，存在一些潜在的机会，可以改善压缩空气系统的运行。此外，它们还可能节省压缩空气相关的电气和维护成本，估计为当前成本的52%。每年节省的电费大约为79700美元。如果压缩机的压缩热可用于预热热水，则可节省高达5000美元的额外热回收成本。本文概述了一些特定的潜在机会。

压缩机运行模式

其中一台现有压缩机在加载/卸载模式下运行，带有上限调制。该调节必须与该装置一起进行，以保护压缩机电机不过载，因为压缩机已设置为在高于其最大满载压力额定值115 psi的情况下运行。大型VSD以最低速度运行，按要求启动和停止，但仅在生产班次期间。

调节运行方式是螺杆压缩机效率最低的运行方式。在调制中，一个典型的螺杆压缩机通过输出0%到100%的额定压缩空气输出，将消耗其额定功率的65%到100%。幸运的是，该装置似乎只在其压力设置范围的顶端进行调节，其其余操作处于加载/卸载模式。这种模式的效率低于VSD模式，特别是在卫生轮班、周末和关机期间的低负荷情况下。

200马力的VSD压缩机仅在生产班次期间运行，其运行范围处于最低端。通常不建议使用这种类型的负载，因为该装置在最低速度下效率较低，并且产生的热量较少。降低的热量使装置难以在压缩过程中驱除润滑剂中形成的水分。这样的长期运行可能导致水积聚腐蚀内部构件，并导致润滑失效，从而可能损坏主螺纹元件轴承。

以定速压缩机作为先导单元，以VSD作为滞后压缩机，是一种非标准、低效的控制策略。这是该系统压缩空气生产效率低下的原因之一。通过两个实验，研究了两种不同工况下压缩机电耗的差异。第一个如图3所示。在停机期间，将固定速度单元卸载，以查看对输入安培的影响。可以看到，在相同的流量条件下，输入下降了90安培(该单位没有关闭，因为它没有自动关闭激活，这是纠正)。这相当于通过更好地协调压缩机控制设置减少了约47 kW，或近50%。

图2：对照实验1。点击在这里放大。

第二次试验运行如图4所示，压缩机设置被临时改变，允许VSD在卫生轮班期间运行(在一个正确控制的系统中应该如此)。同样，在类似的条件下，放大器的消耗要低得多。事实上，VSD在不需要任何固定速度压缩机的帮助下(当测试停止时)一直运行到上午。

图3:VSD运行用于卫生值班，显示的安培数低得多。点击在这里放大。

在峰值流量的压力剖面上可以看到压降。这是由于空气干燥器和过滤器的压力损失造成的。VSD保持其输出压力良好且恒定，但设备压力下降。这种压力下降可以通过实施远程压力传感进行校正。在空气干燥器下游安装遥感装置后，VSD压缩机会将工厂压力保持在其设定点，而不是让排放压力升高以补偿下垂压力。

该策略可在正常和低负载条件下降低排放压力。这节省了功率，并且仅在峰值期间调整更高的排放压力，仅在一小部分时间内发生。必须小心执行此策略，以确保定速压缩机不会意外超压。一个低成本的解决方案是从服务提供商处为每个压缩机购买一个遥感套件。但是，更好的方法可能是购买压缩机序列器，以自动控制所有压缩机。定序器的一个优点是能够通过远程web界面远程监控压缩机效率。

修正压缩机控制的预计能耗节约为334200 kWh（峰值6 kW），电气成本降低值为38000美元。

流量控制阀

之前已经安装了一个压力/流量控制阀(PFC)，以限制管道压力波动并降低工厂压力。由流量控制阀维持的较低的系统压力通常会降低能源消耗，因为它减少了对非调节用途施加高于要求的工厂压力所造成的人工需求。如果电站的大部分负荷都是调节的，那么这种阀门就没有什么用处了。它的存在要求压缩机排气压力高于正常设定值，消耗更多的能量。

安装PFC阀的另一个缺点是，它们会降低任何下游存储在帮助压缩机控制方面的效率。这些是根据每个工厂的特点考虑的权衡。

在关闭期间进行的测试表明，低水平的泄漏负荷对压力降低的敏感性很小。最终用途调查显示，大多数生产机器负荷是调节的。结论是，在这个装置中使用PFC只会有很小的好处。

由于故障，现有PFC已被旁通。该装置可能因干燥器问题（稍后将详细介绍）而释放到系统中的高温而损坏。它也位于一个非常差的位置进行维修和调整。由于位置的原因，当阀门发生故障时，工作人员必须获得一个剪式提升以旁通，从而导致长时间的生产中断。

据估计，这项措施(通过远程压力传感降低排放压力)可节省21,400千瓦时(峰值2.3千瓦时)，相当于每年2450美元的电力成本。

泄漏及弃置用途

设施中未使用的耗气设备（废弃用途）的空气泄漏和流量通常非常大，除非有定期的监测、泄漏检测和维修系统。

使用超声波检测器进行泄漏检测。共发现69处重大泄漏或明渠等浪费物品，估计浪费量约为120立方英尺/分。大约一半的流量在压缩机房内（未通过流量计测量）。如果修复100 cfm的定位泄漏，并纠正压缩机控制，则预计每年可节省约122000 kWh（峰值14 kW）和14000美元的成本降低。

最终用途

最终用途通常可以优化，或取消，以大量节省运营成本和改善空气压力。下列最终用途已确定可予以替代:

内阁发泄

这种压缩空气驱动的机柜通风用于防止水在卫生过程中渗入配电盘，并已安装在整个设施中。这似乎是一个低压应用（调节器设置为约10 psi），到达面板时气压约为2 psi及以下。对于这种低压要求，使用125 psi下产生的压缩空气是非常浪费的。

此外，由于部件的物理损坏或故障，在用于这些机柜通风的压缩空气管路上检测到许多泄漏（见泄漏列表）。对其中一些通风系统进行了流量测试，发现流量介于2 cfm和8.9 cfm之间。

图4:许多压缩空气连接已添加到电气面板。

每个排气系统的估计平均流量为3 cfm，排气系统的数量估计为12。这将消耗约36 cfm的高压压缩空气。该流量仅在卫生换班期间需要，约占当前总运行时间的23%。

对于这个应用程序，只需要轻微的积极。在卫生值班期间，应考虑低压压缩空气源，如水族馆泵或鼓风机系统。估计节省了52,600千瓦时(峰值6千瓦时)，每年节省的电力费用为$6,100。无论采用何种通风方式，节省下来的电量都会抵消掉。

吹

在工厂内发现了大约12个露天吹风点。使用不受控制的压缩空气鼓风机非常耗能。如果必须使用压缩空气鼓风机，则应实施每个装置的电子控制，以便仅在靠近产品的地方进行吹扫。这可以显著减少空气消耗。

图5:喷嘴的例子。

对吹扫的观察表明，一些鼓风机不能有效地去除包装中的水，因此是一种能源浪费。

在没有生产的时候，风机是关闭的，这是很好的做法。据估计，在生产过程中，大约有32 cfm的吹气(不是所有的鼓风机都在运行)，大约占45%的时间。减少吹气负荷将节省约14 cfm的压缩空气，价值16,400 kWh(峰值1.9 kW)，每年的电力成本为2,350美元。

空气发动机

许多空气马达驱动工厂中的传送带。空气马达消耗的hp大约是直接驱动马达的10倍，更糟糕的是，当它们空载时消耗的空气最多。

图6：该空气马达驱动一个短输送机。

估计生产过程中的空气马达流量为32 cfm(每台马达消耗18 cfm)。估计整个系统小时内空气马达的平均流量为14 cfm。估计每年可节省16000千瓦时和2 450美元。转换为电力驱动将消耗大约200美元的电能，以抵消部分节省的电能。

冷却器

一股压缩空气流被引导到熏肉器(热区域)的门禁把手上。由于压缩空气的成本，这不是提供防热保护的最佳方式。你可能要考虑在把手上提供绝缘。

每个冷却器测量的空气流量为4cfm，即使在关闭期间，该应用程序也会继续运行。如果取消这一限制，它将减少6000千瓦时(峰值0.7千瓦时)的能耗，每年可节省700美元。

空气干燥器

现有的空气干燥器是一种加热型鼓风机干燥剂类型，额定值为1500 cfm。该干燥器在测量期间出现故障，吹扫过度，导致加热器和鼓风机在生产班次期间运行过度。该装置在42%的时间内再生，在干燥的冬季湿度条件下，该装置的再生时间应少于20%。

由于故障，该装置在测得的高达141°C的温度下排出压缩空气。撞击流量控制阀的压缩空气约为70°C，这可能是阀门故障的原因。该温度也可能损坏流量计。

操作人员打电话给压缩机服务公司，发现烘干机运行模式错误(风机冷却模式)。该装置被切换，因此它使用压缩空气冷却，显著降低出口温度。应该调查露点控制的问题，也许测量探头需要更换(一个维护项目)。它可能被高温损坏了。

如果对控制装置进行修复，减少干燥器再生功率，每年将节省约83,000千瓦时(峰值9.5千瓦时)，每年节省的电力成本约为9,600美元。

过滤器

空气干燥器和过滤器的压力损失为9 psi，仅1000 cfm。这表明压降过大（全流量为1500 cfm时应为6 psi）。通常，干燥剂干燥器上的主入口聚结压缩空气过滤器和颗粒物出口过滤器在过滤器的整个使用寿命内有3 psid至10 psid的压力损失。通过将过滤器升级为更高效的装置或安装并联过滤器（容量加倍），可以节省成本，因为每降低2 psid压力，hp就会降低1%。双并联过滤器，如果安装有隔离阀，即使在完全生产过程中也可以更换过滤器。在过滤器上安装无空气排放管。这项措施预计可节省约9100千瓦时（峰值1.0千瓦），每年价值约1000美元。

冷凝水排水管

干燥器进口和出口过滤器的排水管，以及每个压缩机滴上的排水管由于人工排水而通过了大量的空气。将压缩机、接收机和接收机排水管升级为低损耗无气机组，而不是手动打开排水管，或使用漏排水管(压缩机室小干罐有漏排水管)，将节省能源。备用压缩机的排空量为6cfm。如果所有排水系统都得到升级，估计每年可节省21,000千瓦时(峰值2.4千瓦时)，价值2500美元。

压缩机房环境

压缩机位于有许多大型制冷压缩机的热室中。入口冷却空气非常热，导致高于预期的排放温度，从而在空气干燥器上增加额外的水分负荷，导致其消耗更多的能量。每12°C的额外排放温度会使空气中的水量增加一倍。

来自压缩机的压缩热通过夏季/冬季模式的空气阻尼器被重新定向到房间。在夏季，空气被导向室外，在冬季，压缩机的138 kW热量被导向压缩机房间。热成像显示，一些热空气被直接吸入压缩机的冷却空气入口。放电温度显示出出口温度31°C，即使在一个非常冷的日子。

应考虑全年在夏季模式下运行，以保持热空气远离进气口，并帮助保持压缩机室尽可能凉爽。

热回收

空气压缩机产生大量可回收的热量，以满足工艺要求，如热水预热、锅炉补给预热或补充建筑热量。大多数压缩机供应商可为其压缩机提供可选的热回收系统。在该位置应考虑这一点，因为压缩机的热量目前没有得到有效回收（热量被排到已经很热的房间中）。每年将有大约600000千瓦时的热能可供回收。如果将其用于热水，预加热可置换高达41000 m^3.每年价值约5000美元。