马铃薯片厂的五个需求侧项目
一家主要的快餐食品制造商估计每年花费148,220美元在能源上，用于在其位于中大西洋地区的食品加工厂操作压缩空气系统。随着电费从目前的平均每千瓦时8美分上涨，他们的年支出只会增加。
在这次压缩空气审计中，确定了一组项目，这些项目一旦实施，将会减少大约40 785美元的能源费用，即该设施目前使用的28%。此外，这些项目将有助于生产质量和降低维护成本。完成建议项目的估计费用约为18.5万美元，简单的回收期为54个月。
审计全面评估了该工厂，并确定了压缩空气系统的供应和需求方面的节能项目，本文特别关注在该食品加工厂确定的5个需求方面的项目。
关于设施的压缩空气系统
这个特殊的植物有两条生产薯片的生产线。该工厂通常经营一条到两条生产线，具体取决于一年中的时间和生产需求。
该工厂的压缩空气系统分为两条单独的进料线——一条到工厂空气，一条到芯片运输和氮生成线。植物饲料从87 psig的平均排放压力调节到88 psig的Zeks压力流量控制器。芯片传输和氮气系统从系统的非调节侧馈入，通常运行在97至105 psig。
主要压缩空气供应由两个ATLAS COPCO 125-HP无油旋转螺杆压缩机提供。一个是变速驱动单元，而另一个是标准的两步控制单元。Ingersoll Rand 250-HP两级离心用作紧急备用。看看完整原理图，请参阅图1。
图1：食品加工厂的初始压缩空气系统
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该系统有两个英格索兰水冷冷冻干燥机来处理空气需求。在炎热的夏季，由于冷凝水向下游迁移增加，工厂人员操作两个干燥器。
空气系统每年运行8760小时。每年生产压缩空气的工厂电力成本为141998美元。如果包括与操作辅助设备有关的6 222美元的电费，则空气系统的总电费每年为148 220美元。这些估计数是根据混合电费0.08美元/千瓦时计算的。
建立压缩空气使用基线
采取以下措施来建立流动和压力的基线措施（在表1中可以看出）：
- 使用红外表面高温计获得所有单元的温度读数。这些都被观察和记录下来，与机组的性能、负载条件和完整性相关联。
- 关键压力，包括进口和排放，是由单数字校准真空和压力测试表测量的，具有极高的重复性。
- 趋势数据用工厂/企业的kW仪表测量，并将趋势数据发送到设置为30秒的数据点的数据记录器，用于两天的诊断。它以70秒的数据点再次发送，持续了两周，平均时间更长。
- 两步控制压缩机的运行性能是通过确定在满载和空载时的总时间来计算的满负荷能力的百分比。然后计算acfm满载的百分比，以达到一个非常准确的平均峰值和随时间变化的最小流量需求。
- 使用独立的压力传感器和记录仪对系统压力进行了相同的基本测量和测井活动。这些设备都被校准到一个测试仪表上，每一个都被设置为同时开始测量压力。这提供了一个准确的操作压力剖面。
表1：电流系统的键空气测量
*按每千瓦时0.08元及每年8,760小时的混合电价计算。
用于提高能源效率的需求侧项目
在下面的部分中，将描述在审核期间确定的五个需求侧项目。总的来说，这些项目有可能每年为公司节省40777美元的压缩空气系统相关能源成本。
1.纠正包装总管管道
主集箱系统的工作是将压缩空气从压缩机区输送到工厂的各个部门，压力损失很小或没有损失。如果在任何地方出现显著的压降，则可能需要采取纠正措施。对于主集箱性能而言，压力损失不超过1到2psid是一个合理的目标。
还希望主要集管中的压缩空气速度保持在20fps的低于20fps，以允许在预定的漏极点处有效地丢弃污染物，并通过过度湍流使压力损失最小化。湍流效应的幅度取决于压缩空气速度，管道配置和管尺寸。
典型的头部项目包括添加管道，更换具有大直径的管道，重新定向或重新引导气流，有时会创建超大的“收集器”或“存储”标题。
在审核过程中，标头在适当的点同时被多个校准传感器记录。在目前的系统中，有1到2psig的表观压力损失。集箱系统显然可以将所需的空气输送到任何区域而没有任何显著的压力损失。如果遇到低压问题，很可能是由于从封头到包装区域的馈源或额外的、在流程的线路中略微应用的过滤器和/或调节器造成的。
因此，该项目的第一部分是通过在两个2英寸子标头上取下过滤器和调节器来校正植物包装区域中的主要分配头管道。这些子标题喂养多个包装线，并在满载时经历随机，低压问题。
这个项目的另一部分包括完成所有四个子标题的末端之间的循环。薯片包装线每条都有两个2英寸的副标题，从一端馈入，另一端是死角。完成循环允许在需要时从不同的方向提供这些头。这个管道项目在更大的循环中创建了两个循环。
合并的项目消除了过度的操作压力损失。
2.安装额外的空气存储以降低植物压力
如果它使用最低的流量和最低有效压力，空气系统将是最有效的。因此，可以利用压力调节器以有效地使用空气接收器容量并在具有不同需求的最低有效压力下维持系统的稳定气流。这避免了压力尖峰，可以为所有未降级的空气使用产生增加的流量。
工厂工作人员已经在分配总管上安装了Zeks流量控制器——在压缩机室和生产区域之间——以87至88 psig的速度输送压缩空气。产品传输和氮气发生器在较高的压力(正常97 psig)下从流量控制器前的管道馈入。在流量控制器放电处，电流控制带大约为1到2 psi。我们在包装头部测量了87.7 psig，其他位置也有类似的读数。这将表明主分配集箱系统能够处理工厂对生产区域的需求。
气动传递过程持续时间短，峰值流量高达427 scfm，超过2.25分钟。这导致在此期间的“流速”为190 scfm。峰值之间的周期时间是15分钟。在2.25分钟的运行中，当前的存储降低了25 psig。
这为PSA氮气发生器和气动转移线中的典型空气需求建立了有效的“缓冲区”。
有4200加仑的储存来处理这个循环流量，这消除了过度的压力波动。为了在满足峰值需求的同时有效地降低工厂压力，需要额外的2500加仑的有效短缺来将损失保持到所需的水平。所需的水平是15 psig，这将允许空气压缩机在较低的压力下运行。
将净流入接收器
计算净流量:时间=(体积)(P2-P1) /(净流量)(14.5)
2.25 =561年(95 - 70)=14025年= 427 SCFM净流出
NF（14.5）32.85
系统压力较低时的存储计算:
2.25 =卷。（85-70）
427 x 14.5
2.25 =卷(15)=13930年= 928 Cu ft. x 7.48（GAL / FT3.) = *6941 - 4200加仑= 2741加仑。
427 x 14.5 15
*存储需要保持最大压力损失15 psig(4200是当前存储，2741加仑是额外存储)。
泵升时间电流存储:
8分钟TPU.=516 cuft (25)=12900年= 111 scfm
NF (14.5) 116
泵起时间建议储存:
T.PU.=928 (15)=13920年= 8.65分钟
111（14.5）1609
新的存储容量的未来填充速率将从8分钟增加到大约8分39秒。
由于额外的存储，流量控制器可以有效地运行，保持恒定的工厂压力在85 psig。
3.实施泄漏识别和修复计划
大多数工厂都能从正在进行的空气泄漏管理计划中受益。一般来说，最有效的程序是那些让生产主管和操作人员与维护人员协同工作的程序。因此，建议所有方案包括以下两个阶段:
- 短期的计划:为维护人员建立一个持续的泄漏检查程序，以便每个季度对工厂的每个主要部门进行一次检查，以识别和修复泄漏。所有发现、纠正措施和整体结果都应保存记录。
- 长期的项目:考虑制定计划，激励操作人员和主管识别和修复泄漏。有一种方法在许多操作中都行之有效，那就是监测/测量流向每个部门的气流，并让每个部门负责确定其空气使用量，作为操作费用中可衡量的一部分。这通常与有效的内部培训、意识和激励计划相结合时效果最好。
当该区域空闲时，将空气供应关闭或俯视空气供应，从而节省泄漏的显着能源。降低整体系统压力也会降低泄漏的影响 - 当机器无法关闭时，当空气无法关闭时。修复泄漏可以节省额外的能量。与泄漏管理程序相关的估计节省基于压缩机的卸载控制能够有效地将较少的气流需求转化为更低的成本。
美国空军建议使用超声波泄漏定位器来识别和量化压缩空气泄漏。除了一些小的例外，这次审计中的大多数泄漏如果没有使用超声波检漏仪和训练有素的操作人员是不可能被发现的。在生产期间使用合适的设备定位泄漏是非常有效的，并且经常可以发现闲置时不存在的泄漏。然而，在“空闲时间”用“空中动力”检查系统也是一个好主意。在这样的系统中，80% ~ 90%的泄漏将发生在机械的使用中，而不是配电系统中。
4.用电机更换空气驱动的振动器
空气振动器用于保持产品或包装移动或分离(例如在密封前保持盖子分离)。如果一家工厂使用空气振动器，每个振动器使用大约10 cfm，那么它们将需要大约2.5 hp或更多的功率来生产与类似的电动振动器相同的振动器，后者可能需要大约0.25 hp的输入能量。
通过简单地将工厂的两个空气驱动振动器替换为电动装置，该工厂每年可以减少548美元的成本(图2)。一般来说，空气振动器几乎总是可以被电动振动器替换，除了铸造砂型的操作。
图2：空气驱动振动器的年成本明显大于电动振动器。
5.提高制氮系统的效率
在这个工厂里，氮气被用来净化包装袋里的空气，然后再填充和密封。当管线不运行时，氮气发生器就关闭。这个特殊的工厂使用PSA氮气发生器(吹扫氧气)在现场生产氮气。该设备最初感知的纯度要求是99.999%。
氮气的产生和它的纯度是由压缩空气的流量和压力决定的，你可以通过控制压缩空气的体积和压力来控制氮气的成本。当你使用比你需要的纯度更高的压缩空气时，成本更高。因此，了解氮气的纯度是很重要的，因为它决定了压缩空气的流量和压力。你还应该知道每种类型的发电机压缩空气与氮气的比例，以满足所需的氮气流量、压力和纯度。
包装中氮气的纯度要求因产品本身和预期的“保质期”而异。
表2:需求侧项目的成本分析
该工厂原有的PSA制氮系统在95 psig进口压力下，每4.4 scfm压缩空气产生1 scfm氮气。发电机每分钟开关一次，压缩空气流量根据氮气需求确定。因此，它将随运行的生产线的数量而变化。
植物工程和生产人员调查确定了98.6％的氮纯度将是一个更优化的要求。通过此信息，工厂工作人员和空中动力人员与多个供应商合作，并确定了一个PSA单元，可以提供85个Psig入口压力所需的氮气流量，提供98.7％的一致纯度。
新系统为每2.5 CFM的压缩空气提供1 CFM的氮气。这是空气量减少56至57％。结合增加的存储项目，它允许压缩机放电压力（8至9psig）显着降低，从而提供总入口功率的4％的能量降低。
欲了解更多信息，请联系汉克·范·鲍鱼，空中电器美国或访问www.airpowerusainc.com。
阅读更多关于系统评估,请访问www.ghtac.com/system-assessments。
