金属制造商保持压缩空气需求低

Enduron是一家位于加拿大温尼伯的家庭式合金制造商。该公司专门为OEM和系统集成商制造精密组装定制件。自1997年以来，随着对其高质量制造的需求增加，该公司的规模和产能稳步增长。多年来，许多新的数控机床，激光切割机和粉末涂层喷涂操作已经增加，但随着所有的扩张，设施惊人地保持了工厂的压缩空气消耗低。这是通过遵循优秀的“最佳实践”压缩空气效率原则和保持系统浪费来实现的。超声波泄漏检测和流量计量设备的常规使用使泄漏水平保持在较低水平，甚至在一些与压缩空气无关的领域产生了一些令人惊讶的结果。

该VSD空气压缩机改变内部螺杆的速度，以使流量输出与负载相匹配。

背景

理查德·克拉森（Richard Klassen）自1997年起担任公司总裁，他于1999年首次就其压缩空气系统与当地电力公司马尼托巴水电联系。Klassen说：“当马尼托巴水电公司第一次宣传“电力智能计划”并主动向我们展示如何降低能源消耗时，这似乎太好了，不可能是真的。为什么一家公司会试图减少其销售额？”。“不管怎样，我试过了，发现他们很快就找到了节约能源的简单方法。他们向我们展示了如何更好地使用现有的空气压缩机设备，并立即开始节约资金。那是15年前的事了。”

当时，压缩空气系统由两台小型10马力往复式压缩机组成。这两件事都让人头疼。工厂负荷已经增加到压缩机经常超过最大额定负荷，导致低压事件，这些单位经常过热。机器产生的热油空气很难干燥和过滤，导致工厂的空气质量问题。

该工厂的压缩空气系统需要升级和容量增加。在与供应商核对后，一个小型30马力润滑螺杆压缩机被选择了一个类似大小的循环制冷空气干燥机。Klassen说:“我们的压缩机容量已经超出了我们的容量，当我们升级时，我犯了一个错误，即在购买新压缩机时没有咨询Manitoba Hydro。”“结果是产能充足，但运营成本高得多。”

发现

安装完成后，Manitoba Hydro受邀对新压缩机的效率进行评估。放置数据记录器来测量和计算系统功率输入，以及由此产生的工厂压力水平。通过这些测量，系统审核员能够确定该系统消耗了大约253,000千瓦时，几乎是以前往复式压缩机消耗的5倍，占整个电厂电力消耗的40%。

这些结果出乎意料，但在从往复式压缩机转换为螺杆压缩机的系统中并不少见，尤其是在低效率控制模式下运行的轻负载螺杆压缩机系统。更改原因的解释如图1所示。这是各种空气压缩机控制类型的简化功率-流量曲线。以前的压缩机在启动/停止模式下运行。当压缩机产生低于其额定容量的流量时，该模式具有非常线性的功率下降。然而，新压缩机是在调制模式下运行的，这是润滑螺杆压缩机运行效率最低的方式（图2）。Klassen说：“在评估之后，Hydro再次介入，向我们展示了一个超大的调压井和调节阀如何再次降低我们的成本。我们在下次升级时没有犯同样的错误。”。“他们帮助我们了解了什么是新的，什么是有效的，同样重要的是，什么技术在我们的环境中是可靠的。他还建议我们将空气系统分成几个区域，并安装截止阀以快速隔离泄漏。”

图1所示。往复式空压机在“启动/停止”模式下的能量输入远低于调制模式。

图2。在调制模式下，输入电流的变化对于流量的任何变化都很小。点击在这里放大。

能源预测

能源审计员检查了数据，发现如果压缩机控制模式改为加载/卸载，可以获得节省。然而，在此之前，需要增加一些额外的存储接收器容量。如图1所示，使用小罐装卸作业的功率曲线并不比调制方式效率高多少。审核员建议存储容量大约为1200加仑，大约是压缩机每cfm输出10加仑。这种存储水平显著减缓了负载卸载周期，允许更少的压缩机每小时吹气，减少浪费的电力消耗。

此外，新的压缩机控制器有一个内置的算法，允许在轻负荷时一些启动/停止操作。减少压缩机空载运行时间，降低整机功耗。在这种模式下，压缩机排气时需要一个宽的压力带，大约20至30 psi，如果允许压缩空气到达工厂，就会影响压缩空气动力过程的运行。因此，建议使用气动控制的压力/流量控制阀，将工厂压力限制在不高于98 psi。该装置稳定了压力，节省了人为的需求。供给未经调节的压缩空气需要的压力高于必要的会造成人为的需求。审核员估计，这些措施，连同泄漏减少，将减少压缩空气系统能源消耗50%。

图3显示了大存储和压力/流量控制的压缩机的运行情况。排气压力的波动受压缩机额定压力的限制。排气压力不能高于125psi(压缩机最大满载压力)，也不能低于约100psi(工厂所需的最低压力)。压缩机在加载/卸载模式下运行，当条件指示每小时启动超过4小时，但控制允许一些可能的停机。这些立即停机限制了空压机在空载条件下运行所浪费的功率，即使在不产生压缩空气的情况下，也会消耗约35%的空压机满负荷功率。

图3。调整设置和额外的存储容量允许空压机在负载周期之间关闭。点击在这里放大。

验证

在安装了接收器和流量控制器后，数据记录器再次安装在系统上，实际节省了63%的运营成本，高于预期。除了由于更好的控制所带来的变化外，工厂人员将泄漏修复到较低水平，并在晚上和周末不需要时关闭空压机，从而减少空压机的运行时间。安装一个循环制冷空气干燥器也有助于节省开支。因此，Enduron从Manitoba Hydro获得了巨大的经济奖励，使得整个项目在不到两年的时间内就获得了回报。

持续流量维护

从项目的早期阶段开始，Richard Klassen就意识到压缩空气的高成本，他知道一个典型的空气工具的成本大约是直接驱动电动工具的7到8倍。他还热衷于保持他的泄漏水平低，这样他就可以最小化压缩空气的成本，并保持他的空气压缩机的尺寸小。很多时候，生产工人要求使用压缩空气驱动的手动工具进行特殊处理，但在确定了能源成本后，通常的决定是在工厂的大多数区域，在可能的情况下使用电动工具。工厂维修人员也充分利用了电力公司的超声波检漏仪出借计划，定期借用这些设备进行集中检漏突击检查。

多年来，公司的成功需要一些建筑扩建和一些重要的生产机器的增加，然而，不是增加他们的空压机的大小，公司实际上发现它可能减少总的空压机马力大小。

房间隔缺损的安装

原来的润滑螺杆空压机成本低，寿命有限。数年后，Enduron开始寻找更新、更高效的版本。额外的数据记录显示，尽管增加了存储，负载/卸载空压机控制仍然使空压机在卸载状态下消耗了约39%的功率。在过去，这方面没有什么可做的，但技术的变化使其有可能显著改善。他们的空压机供应商提供了VSD版本的高质量空压机产品线。

这对Enduron来说很有吸引力，尤其是考虑到电力公司会用额外的激励资金来支持这一改变。一个较小的25hp变速驱动控制空压机被购买为工厂的主要空压机。VSD单元改变内部螺杆的速度，以匹配输出到负载的流量，保持压力恒定，同时消除任何空载空压机操作。安装过程中不需要额外的设备升级，就像之前做的那样，并且比之前的基本情况节省了62%，项目回收期为1.7年。

在高流量事件超过空气压缩机容量的情况下，大型储罐中的压差保持在10 psi左右。

变速驱动空气压缩机不需要这么大的存储空间来高效运行，但拥有这么大的储罐和压力/流量控制器，对Enduron系统的运行很有好处。在生产高峰期间，工厂负荷曲线有一些瞬态大流量事件。在一个存储容量小的典型系统中，这些事件将导致需要运行第二台空压机，增加峰值电力需求费用，并消耗额外的能源。但是，由于在大储罐中保持了约10psi的压差，如果大流量事件超过了空压机的能力，则无需运行任何空压机就可以从储罐中供应空气。图4显示了在工厂中没有低压事件的情况下这是如何发生的。

图4。使用更大的存储允许空压机关闭之间的轻负荷，节省电力。点击在这里放大。

流量计量的好处

作为第二个项目验证的一部分，Manitoba Hydro安装了一个热质量流量计，并提供了资金，以监视整个系统的流量。该仪表被认为是跟踪压缩空气使用和测量工厂泄漏的优秀工具，当非生产时间内的流量增加到不可接受的水平时，就会开始进行泄漏修复。“Hydro建议我们在我们的空气供应系统上安装一个流量计，他帮助我们找到了一个合适的流量计，”Richard Klassen说，“我们对我们的系统泄漏量感到惊讶。

他推荐的带阀门的区域和廉价的超声波探测仪帮助我们立刻找到原因。我们的泄漏率显著下降，并一直保持在低水平。我们也惊讶于某些应用程序使用了多少空气。例如，我们使用压缩空气起泡器来搅拌铬酸盐预处理浸槽浴。当我们意识到它消耗了多少空气时，我们开始研究一种更节能的搅拌系统，并在此过程中询问了化学品供应商的建议。他们说不需要搅拌，而且气泡实际上缩短了浴缸的寿命。试验证实搅拌是不必要的。我们关掉了起泡器，减少了6%的空气消耗。随着时间的推移，这真的会增加。”

Enduron发现了这些仪表的另一个很好的用途，监测它们的氮气和其他焊接气体的使用。“我们决定在激光切割机的氮气系统上尝试流量计。这些是高压的，特别校准版本的压缩空气表，所以它们更贵。当我们安装它们的时候，我们发现其中一个激光器上的一个阀门已经被怀疑了大约两周，而另一个激光器上的缓慢泄漏自从机器安装后就一直存在。”克拉森说。“流量计的投资回报不到两个月。我们的下一步是研究如何远程监控流量计，并在流量超出运行参数时发送信息。这将使我们在未来更快地发现问题。”

持续的监控

工厂空气压缩机的运行会不时受到监控，以确保系统的效率得以维持。最近，理查德·克拉森(Richard Klassen)正在检查他的工厂的电力负荷，以确定是否有任何额外的节能潜力。在测量VSD空压机的运行情况时，他注意到在非生产负载期间，一些安培的消耗高于预期。因此，压缩空气审计员在系统周围放置了数据记录器。数据记录器显示空气压缩机的调节方式有问题。机组在低流量时已经开始调节，严重影响了空压机的效率。可以进行调整，空压机恢复到以前的状态。这是一个很好的提醒，定期检查任何系统的操作的价值。

结论

基于这些发现，我们可以得出以下结论:

• 从往复式空气压缩机到螺杆式空气压缩机的转换会导致压缩空气消耗量的显著增加。
• 调制控制的使用效率低下。
• 在装载/卸载模式下增加大的存储和操作可以节省大量的运行成本。
• 使用VSD控制可以节省更多。
• 当峰值流量超过空气压缩机的容量时，VSD空气压缩机可受益于大型存储和压力/流量控制装置的安装。
• 减少负荷和泄漏修复的重点可以减少所需压缩机的尺寸，保持压缩空气的运行成本低。
• 流量计是跟踪压缩空气和其他气体的非常有用的工具。
• 持续的压缩空气监测可以发现需要干预的系统问题。

欲了解更多信息，请联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，邮箱:ronm@mts.net。

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