系统方法帮助Rockline工业改造压缩空气系统
Rockline Industries是全球最大的消费品生产商之一，专门生产湿巾和咖啡过滤器。在确定阿肯色州斯普林代尔工厂的压缩空气系统是一个潜在的节约资源后，该公司联系了阿肯色州工业能源交易所。然后，Clearinghouse的专家开始与Rockline Industries、电力公司的代表和当地的压缩空气供应商合作，对该系统进行全面评估。
下面的案例研究提供了“系统方法”的结果，该项目的主要目标是增加可靠性，减少维护，并降低压缩空气系统的运行成本。同时保持压缩空气的质量。Rockline工业公司也因为节能而受到电力公司代表的激励。总的来说，该项目包括管道改造、设备升级、压力控制改变和压缩机改造。该团队还提供了整个项目节省的度量和验证。
图1:原始系统配置的原理图
压缩空气分析的系统方法的重要性
组件级方法通常用于改进压缩空气系统，它通常涉及非常具体、短期回报和容易量化的措施(例如，用更高效的压缩机替换旧的压缩机)。然而，美国能源部和压缩空气挑战赛提倡将系统方法作为分析和改进压缩空气系统的最佳实践。根据这些组织，系统方法“不仅需要处理单个组件，而且还需要分析系统的供给和需求两方面以及它们如何相互作用”(1)。
系统方法包括以下步骤:
- 建立当前状况
- 确定过程的需要
- 收集基线数据
- 开发潜在的能源效率措施
- 评估财务和技术状况
- 实施措施
- 收集验证数据
- 继续监测和评估系统
系统方法可能更昂贵和耗时，但它有潜力优化压缩空气系统的整体性能。它还提供了实施更多节约措施的机会，用其他措施节省的资金补贴某些措施。
压缩空气供需系统分析
该工厂现有的压缩机是相同的150马力，单级，负载/卸载旋转螺杆压缩机。CAGI对这些压缩机的额定比效率为18.7 kW/100 cfm，每台压缩机可产生678个acfm。数据记录仪收集的基准能耗显示，其中一台压缩机几乎满负荷运行，而微调压缩机的负载和卸载以控制系统压力(图2)。manbetx客户端12-5下载
图2:现有压缩空气系统的基线数据日志
修剪压缩机的切断压力设置为100 psig，切断压力设置为110 psig。压缩机室有两个湿储罐，总容量为1800加仑。一个加热的干燥剂干燥器也位于压缩机室。干燥空气被送入工厂的一个2000加仑的干燥储罐中，通常保持在100 psig左右。在干燥储罐和集箱回路之间也有一个压力/流量控制器，但压力控制被设置为保持控制器下游的最大压力，基本上绕过了它。
分配系统由一个3英寸的铸铁管集管回路组成，为工厂的所有终端用户提供空气。主总管以独立的、不调节的液滴连接隔膜泵。有12个这样的泵，用来移动洗液和其他液体。平均每2个月更换一台泵，主要是由于过度加压造成的机械故障。
使用铝制管道减少泄漏和减少停机时间
项目开始时，用90毫米的铝管道系统替换了3英寸的黑铁头。旧的采煤头已经有20多年的历史了，铁管已经随着时间的推移而退化。当最近的一次空气压缩机事件使石油进入总管时，整个工厂关闭了几个小时，同时大部分的石油从管道中被排出。当系统重新启动时，工厂必须处理系统中多余的油，这些油被困在降解管道的孔隙和粗糙表面。
选择新的管道系统(图3)是因为铝管不会随着时间的推移而腐蚀。此外，由于滑动配合连接，安装铝质管道的时间明显少于安装新的螺纹或焊接钢管系统的时间。最后，一个正确安装的铝管道系统理论上应该不会泄漏，而铁或钢管无疑会泄漏。
图3:铝管道系统-铝管道是蓝色的，滑配合接头是黑色的。
优化隔膜泵，减少需求
该公司向当地的压缩空气供应商寻求合适的尺寸和配置泵系统。他们专注于提高泵的可靠性，从而降低每年更换故障泵的维护成本。
隔膜泵的额定压力通常为最大输入压力。在这个压力下操作泵是安全的。泵通常也有一个最小的输入压力，低于这个压力泵可能会停止或停止正常运行。泵的转速随压力而变化，泵的流量也随之变化。因此，泵的转速和负荷可以显著降低，在节省时间的同时节约能源。
如果时间损失是可以接受的，那么压力降低可以产生显著的节省。该公司决定，他们可以将生产线压力从100 psig降低到55 psig，而不会对生产产生负面影响(图4)。
图4:隔膜泵头部调节到55 psig。
流量控制器和助推器有助于降低工厂压力
现有系统的平均压力为100 psig，其中包括通过处理设备的约5 psig的下降，以及与负载/空载控制的10 psig差值。这意味着当压缩机在100和110 psig之间调制时，报头看到的压力范围是95到105 psig。额外的压力下降5(或更多)psig从最后的“脏30”(3)意味着终端用户收到大约90 psig压气机加载前，和大约100 psig卸载前。
该设备的最高压力终端使用包括一套用于气动执行控制阀的电动气动定位器。当供应压力降到大约90psig以下时，这些定位器就变得不可靠了。如果其中一个定位器在低气压下出现故障，可能会导致生产线关闭或产生废料。封头压力显然设置为这些控制器提供至少90 psig。
然而，该设施的大多数最终用途都被规定在55至80 psig的范围内。电动气动定位器的固有空气消耗为零cfm(4)，因为它们的操作方法是定位执行器。只要执行器在同一位置，就不会消耗空气。这就是“流量静态”应用的定义，这使得它成为压力增压器的完美候选。一个2:1的压力增压调节器(5)安装在定位器的银行，并设置为95 psig的操作压力，确保设备有足够的供应压力。工厂集管压力可以随后下降到85 psig，允许一个5 psig下降到终端使用调节到80 psig。工厂压力由原始压力/流量控制器调节(图5)。
图5:压力/流量控制器调节装置压力到85 psig(底部视图，显示罐)。
新型VSD空压机提高能源效率
Rockline Industries安装了两台相同的200马力、115 psi额定、VSD、单级、注润滑油的旋转螺杆压缩机。该公司选择这些压缩机，以便它可以正常运行一个压缩机，与第二个压缩机作为100%冗余备份。
这种新型压缩机在全工作压力下的比效率低至19.0 kW/100 cfm，在全流量和全关度下的比效率略高。它们在满载时的效率略低于旧压缩机，但由于VSD技术，它们在部分负载时的效率大大高于原始压缩机。
对旧压缩机记录数据的分析(图2)显示，超前/滞后控制方案的总体比效率约为21.8 kW/100 cfm。新压缩机的测井数据分析表明，总体比效率为19.4 kW/100 cfm。
存储和管道的改变减少了占地面积和维护成本
两个湿储气罐被完全从压缩机室移走。虽然这不是一个常见的措施，但在这种情况下是有意义的。对于VSD压缩机，如果主压缩机意外离线，而备用压缩机不得不启动，增加的系统体积增加了可用的行驶时间(6)，但没有能效效益。
增加的存储容量还伴随着大量的阀门、配件和潜在的维护问题。拆除这些额外的储罐简化了压缩机室的管道(图7)，消除了与之相关的压降。它还消除了对另外两个ASME压力容器进行年度检查和认证的需要。
图6:最终压缩空气系统配置。
移除湿储气罐还为除雾过滤器创造了空间(图6)。这种10微米的过滤器没有可测量的压降，并消除了干燥剂干燥器上游所需的5微米过滤器的大量负载。这种大型过滤器将减少维护成本的5微米过滤器，延长了所需的墨盒更换时间。或者，如果5微米过滤器在相同的时间间隔进行维修，则压力降将由于负载的减少而减少。
图7:除雾器过滤器和相关的管道。
使用数据记录器分析结果
此外，还部署了数据记录器来测量能源消耗，并分析生产数据，以确定新系统的能源强度。旧系统的平均功率为168.8千瓦(图2)。新系统的平均功率为121.5千瓦(图8)。虽然这平均功率上的差异并不代表实际的节能,因为不同的生产水平,可以更紧密地估计实际的节能计算能源强度,或者说每单位生产的能量。旧系统的计算能量强度为8.432 kWh/1000 ea，新系统的计算能量强度为6.982 kWh/1000 ea(图9)。
图8:新系统的平均功率记录
图9:压缩空气能量强度。
每年可节约超过24.2万千瓦时的能源，约占压缩空气能源使用量的17.2%。在两次采伐期间，平均功率也减少了47.3 kW，因此每年的需求节省可能在500 - 600 kW / o左右。
这17%的节能包括压缩机能效的提高(约11%)，以及隔膜泵压缩空气消耗的减少(约1.4%)。这一变化减少了约17%的压缩空气使用量，每年预计可减少4900美元的泵更换成本。
图10:系统能量分解
由于集管压力降低和新铝管道摩擦减少，减少了人工需求，节省了其他4.8%的基准系统能耗。该项目平均成本为0.072美元/千瓦时，每年的公用事业费用减少了1.9万美元多一点。
上面详述的维修节余相当于每年节余近7 000美元。考虑到项目的所有四个阶段，包括公用事业的回扣，该公司的总现金支出刚刚超过7万美元，这产生了不到3年的简单回报。
阅读更多关于系统评估,请访问//www.ghtac.com/system-assessments．
更多信息请访问压缩空气挑战赛网站或联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，邮箱:ronm@mts.net．
参考文献
能源，大学(2003年11月)。改善压缩空气系统性能:工业资料手册。《能源效率和可再生能源》。
CAGI。（2012）．性能验证。2014年2月10日，从压缩空气和气体研究所取回:http://www.cagi.org/performance-verification/data-sheets.aspx
马歇尔,罗恩。(无日期)。“Dirty Thirty”——在远端发现压力差．
德国宝得美国。(无日期)。连续控制。2014年2月10日，从www.burkert.us：http://www.burkert.us/products_data/datasheets/DS8630-Standard-ES-ES.pdf
施,y M.-L.-P。(2010)。气动增压器的流量特性。哈尔滨工业大学学报，2013-2016。
Wogsland, j .(2001)。压缩空气系统的升级提高了钢铁厂(美国钢铁蒙谷厂)的产量。案例研究，国家可再生能源实验室，工业技术办公室，戈尔登。
