在快餐食品工厂的氮气，真空和压缩空气|压缩空气最佳实践manbetx王者荣耀

唐·范·奥尔默，美国空军

介绍

按目前的运行情况，工厂每年生产压缩空气的电力成本为141998美元。如果包括与操作烘干机等辅助设备有关的6 222美元的电费，则操作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。

这个工厂有三条生产休闲食品的生产线。根据一年中的时间和生产需求，工厂可以在任何地方运营，从没有生产线到所有三条生产线。

在该工厂进行了彻底的供需侧系统评估。由于文章篇幅有限，本文将重点介绍一些推荐的需求侧减少项目，包括制氮、空气振动器、泄漏和真空文丘里管。

供应侧概述：空气压缩机和干燥器

空压机均运行可靠，达到预期要求。有两台Atlas Copco，水冷，无油，旋转螺杆空气压缩机生产的压缩空气满足系统需求。其中一款是ZR 90,125马力(132 bhp)，满载时可生产511 scfm，并配备两步卸载控制。当需要更高的生产水平时，它被用作基础负荷压缩机。

第二台Atlas Copco型号ZR 90 VSD，125马力级（142马力），满载时产生503 scfm。该变速驱动（VSD）空气压缩机在高生产水平时用作微调压缩机，并在低生产期用作基本负载装置。在较低的生产水平下，该空气压缩机很少达到满负荷。

该厂还拥有一台英格索兰型号1CV12M2、250马力、两级水冷离心式空压机，可作为应急备用，或在阿特拉斯·科普柯压缩机需要维修时使用。

该系统有两台英格索兰DXR 1250型水冷冷冻干燥机，用于处理空气需求。在炎热的夏季，由于在生产区域发现下游冷凝水增加，电厂人员操作两台干燥器。

表1:现有空压机OEM工程数据

按混合电价计算，每千瓦时0.08美元，每年运行8760小时。

压缩空气系统

压缩空气系统分为两个单独的管道供应管道，一个到植物空气和一个到玉米运输和氮产生地区。工厂空气供应调节从平均排放压力97 psig到88 psig;使用Zeks 30X PC00流量控制器。玉米转运和氮系统是由系统中不受管制的一方喂养的。

压缩空气系统每年运行8760小时。在不同的生产线上，该系统的负荷曲线或空气需求不稳定。在生产过程中，系统压力从95 psig的氮和玉米转移区到87 psig的集管-除了在玉米片包装生产线上，由于短集管上的内联调节器和过滤器。

表2:三条生产线压缩空气和氮气的用途

产氮区

对压缩空气需求最大的线路是玉米运输和氮发电PSA机组。

氮气用于在芯片填充和密封之前从包装袋中清除周围的空气。目前的氮气生成系统是Parker / Balston PSA型号DB8000- 0.5，在105 psig的压力下，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而定，并随生产线运行的数量而变化。当发电机不能满足系统需求时，提供液氮作为补偿。

N2用于薯片装袋系统，而不是用于玉米片生产线。当没有Potato Chip生产线运行时，关闭氮气发生器。

电厂人员计划安装新型氮气发生器Parker DB9000-B0503，该发生器需要383 scfm的压缩空气，压力为85 psig，以产生高达150 scfm的氮气。新一代氮气发生器效率更高，有助于减少压缩空气需求，并有更稳定的氮气供应。

在过去的十年中，氮气生产效率的提高使得现场生产比非现场生产更加有效。与许多新趋势一样，现场发电系统的安装往往没有完全意识到真正的运营成本是什么或可能是什么。现场生成氮气的主要运行成本是压缩空气。

氮来自空气
现场产生的氮气来自压缩空气: 
- 吸附氮气(吹扫氧气)
- 膜分离(吹扫氧)

当你使用比所需更多的氮气纯度时，压缩空气的成本更高。 最重要的运行能源成本是压缩空气的输送:
- 压缩空气是昂贵的能源:8马力的电力只能产生1马力的工作与压缩空气
- 控制氮气的成本就是控制所需压缩空气的体积和压力
- 重要的信息需要

#1 -氮气纯度要求决定流量和压力

了解每种类型的发电机的CA/N2的比例，以满足确定的氮气流量，压力和纯度

最常见的氮气纯度规格是99.999%——对生产来说是安全的，但生产成本昂贵。

✅推荐项目(# 1)

安装新的更高效的氮气发生器，将压缩空气与氮气的比率从(4.4比1)降低到(2.5比1)。

目前压缩空气使用量	300年scfm
估计压缩空气使用更有效的发电机	170立方英尺
估计压缩空气节省	130年scfm
能源回收项目	每年21128美元

人工需求背景

如果空气系统使用尽可能低的流量和最低的有效压力，它将是最有效率的。因此，可以使用压力调节器来有效利用空气接收能力，并在最低有效压力下保持系统中稳定的空气流量。这避免了压力峰值，从而增加了所有非调节空气使用的流量，而没有提高生产率。

人为需求是指由于压力过大或系统超速运转而产生的对空气的需求，这种需求并不能提高生产率或质量。“受控系统”的其他好处包括:

生产应该找到一个稳定的压力，有利于稳定需求和提高生产率。一个稳定的，固定的压力也可以增加生产运行的质量，通过固定的重复性标准。
一旦系统稳定下来，流量和压力得到控制，工厂人员可以进行实验，找到最低的有效压力，这将优化流量需求。
适当大小的需求侧控制接收器和控制器可能经常在其运行时间跨度内携带峰值需求事件，而不开启或加载另一个压缩机。存储以覆盖某些可识别的较大需求“事件”，应该通过计算来确定存储的大小，以覆盖额外的流。一旦确定大小，就必须决定是否将所需的存储设备安装在压缩机室或靠近工艺。

低压对无调节流量的影响

在100 psig压力下，一个工厂的500cfm的无调节流量水平将自动降低，大约如下图所示。这种减少被称为消除人为需求或系统超速。示例包括:储蓄

压力降低到95 psig可节省25 cfm或5 HP
压力降低到90 psig可节省50 cfm或10 HP
压力降低到85 psig可节省75 cfm或15 HP
全网络控制系统和变速驱动控制也将manbetx客户端12-5下载为任何需求不超过供应的系统提供稳定的压力——这种性能与存储无关

当前应用

工厂人员已经安装了一台Zeks型号30X PC00，在从压缩机室到生产区的分配集管上，湿的88 psig，玉米转移和氮气发生器从流量控制器前的一条线馈送。在流量控制器上，当前浮子大约为1到2 psi。我们测量了87.7 psig在PC包装头部和在其他地方的读数相似。这将表明主配电集箱系统能够满足工厂的需求。

用于将高峰流量转换为低平均流量的存储

玉米转运过程持续时间短，峰值流量427scfm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。 目前，该工厂已经安装了4200加仑的接收器存储，以处理这一需求，在供应管道上有一个1⁄4”孔，以降低接收器的补充速度。部分项目列出的是降低压缩机/集管排放压力从90 psig到85 psig。在压力较低的情况下，需要额外的存储来满足峰值需求。另外还需要安装一个2,500加仑级的接收器。

在此过程中建立进入接收者的净流:

泵入公式:时间=(体积)(P2-P1)/（净流量）（14.5）

2.25 = 561 (95-70) = 14025 = 427 scfm NF (14.5) 32.85

系统压力较低时的存储计算:

2.25 =卷(85 - 70)＝13930年= 928立方英尺x 7.48(加仑/立方英尺。英国《金融时报》)=

427 x 14.5 15 

= 6,941加仑- 4,200加仑= 2,741加仑

泵升时间电流存储:

8分钟Tpu =516 cuft (25)＝12900年= 111 scfm

NF (14.5) 116

泵送时间建议存储：

锤头=928 (15)＝13920年= 8.65分钟

111 (14.5) 1609

新的存储容量的未来补充速度将从8分钟增加到大约8分39秒。

✅推荐项目(# 2)

在玉米转运区安装一个2500加仑级别的空气接收器，连接到现有的4200加仑存储。这额外的2500加仑将在85 psig的较低压力下提供足够的存储。

压缩空气泄漏调查

在工厂对压缩空气泄漏进行了部分调查，对8处泄漏进行了识别、量化、标记和记录。潜在节约总计24立方英尺。

数量的泄漏	8泄漏
根据拟议项目估算的空气流量减少量	24立方英尺
可回收的空气流量减少节省	每年每CFM $162.51
计划项目每年节省电费	每年3900美元
修复泄漏的单位成本(每次泄漏25美元的材料和每次泄漏75美元的人工)	＄100
工程总成本(材料、安装)	800美元

表3：压缩空气泄漏清单

✅推荐项目(# 3)

修复压缩空气泄漏

集中真空供应箱安装和包装区

根据工厂人员的说法，工厂里所有的文丘里真空发生器都已被中央真空系统取代。有六个Busch型号的mwk1142变速泵，位于箱室。

该系统比非受控空气驱动文丘里真空发生器效率更高，而文丘里真空发生器是OEM提供的盒装机。一般来说，如果有一个大型的中央真空系统已经到位，并且运行能力过剩，将真空发生器的要求与它捆绑起来可能会产生能源节约。

真空发生器被选择用于更本地化或“使用点”的真空应用，这些应用需要更小的体积和更快的本地响应时间。生产机械的制造商经常将它们作为标准设备供应。喷射泵有两种基本类型:单级真空发生器和多级真空发生器。

单级真空发生器利用压缩空气，通过节流管加速空气，创造文丘里效应，排出所需体积的空气。这些单级文丘里发生器在有效适应许多应用的能力上有些有限，因为它们的基本设计是为了适应最高流量或最高容量的要求。通常，这种类型的真空发生器压缩空气消耗(scfm)与真空流量(从系统中除去大气压力的速率)的比率不超过1:1，有时高达2:1或3:1。

为了提高这种效率，人们开发了多级真空发生器。多级装置使用一系列的喷射器和喷嘴，允许压缩空气在可控级内膨胀。这通常将压缩空气消耗与真空流量的比例提高到高达1:2或更高的水平。多级机组也更安静。

压缩空气从较小的第一泵喷嘴流出，在这一阶段形成一个低压区。这种低压力会产生文丘里管，将疏散空气从舷窗吸入。这些抽真空的空气被混合进压缩空气流。这一行动在随后的阶段中继续进行。挡板阀允许压缩空气通过泵喷嘴流动而不会回流到真空中。

一般来说，真空发生器:

打开时使用压缩空气
在一定负荷下，多级机组比单级机组使用更少的空气，效率更高
需要仔细选择-为每个特定的应用选择正确的泵并不总是容易的
在需要大容量和/或连续卷时，可能不是正确的方法
将使用大量的压缩空气时，拉一个较低的真空
在不需要生产的任何时候抽真空，是否会浪费大量的压缩空气
当单个区域使用大量真空发生器时，可能比“中央机械”泵经济。

真空发生器非常方便，响应非常快，但与较大的容积泵(例如，较大的旋转螺杆泵，叶片泵或往复式泵)相比，真空发生器的效率可能较低，当条件需要大流量时，可能是更好的选择，并允许潜在的较慢的响应时间。它们也可能非常、非常有效。

随着文丘里发生器的真空度降低，能量成本也随之上升，因此，只在最小真空度(psia)、最小可接受的“准时”周期和最低有效压缩空气压力下运行文丘里真空发生器是非常重要的。适当的应用，文丘里发电机可以非常高效的电力，并可以提高生产率。

空气振动器

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。如果发电厂使用的空气振动器每台使用约10 cfm，则需要约2.5 hp或更高功率才能产生与类似的电动振动器相同的能量，可能需要约0.25 hp的输入能量。

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。如果发电厂使用的空气振动器每台使用约10 cfm，则需要约2.5 hp或更高功率才能产生与类似的电动振动器相同的能量，可能需要约0.25 hp的输入能量。除了铸造砂型，空气振动器几乎总是可以用电动更换。

振动器

table4

✅RECOMMENDED项目(# 4)

将两个空气驱动的压缩空气振动器更换为电动装置。

目前使用的压缩空气	14 cfm
减少压缩空气的使用	14 cfm
可回收的空气流量减少节省	cfm 162.51美元/年
总能源回收项目	每年2275美元
工程概算	$1，000