从废水搅拌到空气压缩机控制-食品处理器发现74%的节省潜力
尽可能多地知道，系统测量对于确保压缩空气系统是必不可少的，有效且有效地运行，具有良好的空气质量和足够的压力。多国食物公司（姓名已被扣留以保护无辜），这也是很好的理解，他们开始努力衡量和改善全球许多加工厂的压缩空气系统。
通常，研究压缩空气系统的储蓄潜力在10到30％的范围内下降，但每次和一段时间都可以在极度效率低于问题的系统上看到了一些更高的百分比节省。本文重点介绍了一个这样的系统审计，由于这种全球努力而发起，由于压缩机控制问题，缺乏储存和高泄漏浪费效率非常差。
背景
研究的设施是一个小型食品加工和包装工厂。空压机容量由两台25马力风冷润滑螺杆压缩机和专用制冷空气干燥机组成。压缩机室的存储容量为80加仑，80加仑位于工厂系统的远端(无效地安装了小管道连接)。在压缩空气进入工厂之前，一个由八个超大的平行过滤器组成的系统将压缩空气中的压缩机润滑油去除。
初步观察是该系统旨在具有一个主压缩机和一个完全冗余的备份，但是，它似乎两个压缩机都在运行大多数时间。下表显示了两个单位的运行时间，均在初始站点检查时，两周后：
表1：操作型材基于百分比负载的嫌疑人。
从寿命运行时间和两个观测值之间的小时差来看，压缩机在无负载情况下运行了大量时间，特别是1号机组只有1%的负载时间。这些读数表明，可能存在显著的未加载功耗浪费，因此进一步的工作是测量基线。
安装测量仪器以测量压缩机放电，过滤器和干燥机后的压力，以及在植物生产区域。每个压缩机上安装了功率计。使用手持式功率计测量空气干燥器，发现它们具有恒定的负载，显示它们是非循环单元，即使当相关的空气压缩机关闭时也消耗功率。
图1：系统配置设置为一个主要和一个待机。
图2:典型的每日概要显示压缩机控制的问题。点击这里扩大。
图2显示了数据记录器捕获的典型日常操作配置文件。在第1点，我们可以看到，在夜间非生产时期，两个压缩机都不断运行，只有一个加载。第2点显示，在生产时间期间，主压缩机上的装载有时达到100％，第二个压缩机启动和停止，从不保持装载超过几秒钟。待机压缩机义务的仔细分析（图3）显示，第二压缩机仅在此时间跨度期间载有非常短暂的时期，并且压缩机在此期间争取控制，这表明了较差的压力设置协调并揭示了所带来的问题。缺乏足够的控制存储器接收器体积。
图3：生产转换期间的压缩机型材显示了压缩机争取控制。点击这里扩大。
该数据还表明，压缩机的卸载功耗远高于25％，其两个单位分别为54％和42％的实际消耗。这意味着浪费的卸载时间消耗了很多额外的力量。
数据显示，峰值生产需求略多于一个压缩机可以处理，需要第二压缩机以保持压力。这是渴望拥有100％冗余的备用容量的可能性。
该系统的基线读数如下:
表2:基线读数。
可以看出，1号机组的比功率为571 kW/100 cfm，与高效运行的压缩机的最佳功率约为22 kW/100 cfm相比，非常差。
该系统的一般评估是由于大部分时间卸载的滞后压缩机（C1），在延迟的压缩空气产生的效率差。此卸载运行时间是由压缩机室中缺乏存储接收器容量引起的，从而导致内部控制算法使滞后压缩机不必要地运行。与更高效的VSD或开始/停止操作相比，压缩机以负载/卸载模式运行，这会限制压缩机以较轻的负载效率。
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缺乏储存会影响效率
现有的压缩机仅具有160加仑的存储接收器容量，其工作。只有80加仑的容量位于压缩机室，在空气干燥器的干燥侧。这种缺陷使压缩机以高频循环，每40秒循环约一个周期。该接收器容量的有效性受到空气干燥器上的4psi压差的限制，并且在系统过滤器上约为2psi压差。这意味着压缩机正常运行“好像”只连接120加仑。具有105 CFM输出的压缩机的典型推荐的有效存储体积将在500到1000加仑之间，这将使压缩机循环时间为约240秒（4分钟），这将在峰值需求期间基本上更好地稳定压力，这将降低压缩机功耗并更好地稳定压力。
由于在压缩机周期期间跟踪压力衰减的斜率，因此由于内部算法，这种缺乏存储容量也导致旋转螺杆空气压缩机的另一个问题。如果衰减快速，则压缩机控制将预期启动压缩机，通过压力达到卸载压力设置，将需要。降低的存储容量允许即使在正常负载/卸载操作中允许快速斜率，即使不需要第二个运行压缩机，将压缩机欺骗到启动。由于这个原因，压缩机1在卸载的大部分时间（通过测量时段93％，只加载了2％）。由于C1高于正常卸载功耗（54％的满载），卸载的运行时间浪费了相当大的功率。如果添加了大量存储，并且协调压缩机压力频带，可以使用现有的压缩机（调整后的卸载KW）获得优异的节省。该措施将使第二个压缩机的运行时间减少到几乎为零，节省维护成本。
图4:压缩机功率剖面显示缓慢卸载时期。点击这里扩大。
图4显示了当单独操作时C2的功率分布（C1关闭）。可以看出，当压缩机卸载时，需要大量的功率落到最小水平。每分钟周期越多，浪费越多。添加存储，并设置系统，因此第二个压缩机通常不会运行，将节省电量。
泄漏测试
使用超声波探测仪进行了泄漏测试，发现了20处严重泄漏，泄漏量约为38 cfm。根据压缩机的占空比计算，泄漏量约为平均压缩空气产量的62%。大多数泄漏位置被发现在气动管道连接上的推锁配件和泄漏的过滤器排水管上。
基于观察结果，似乎可能很容易修复大约20个CFM或泄漏。减少泄漏将使峰值植物流下降到一个压缩机的容量，给出冗余的备份。该工厂没有泄漏维修计划，无法轻易测量泄漏。审核员建议安装廉价的热质量流量计，以用于确定非生产负荷。建议该工厂选择最大允许泄漏率，随着泄漏超过所需水平的任何时间发起漏电检测和修复。
不合适的结束用途
在进行泄漏调查时，发现一些可能不适当的最终用途:
- 压缩空气被用于在生产机器中的密封上提供约20psi的轻微正压。
- 大型压缩空气操作隔膜泵已安装在污水处理区域。当它们运行时，这些泵的能力消耗了60％的25 HP压缩机的容量的容量（通常为OFF）。
- 安装了空气搅拌装置，以帮助混合容器中的污泥。每一个搅拌喷嘴，如果允许在全流量下操作，有可能消耗一个压缩机的大部分输出。
图5：污水处理容器的空气搅拌是一个可能不合适的最终用途。
压缩机冷却问题
在现场观测期间，热读数是在压缩机室中进行的。这些读数是在周围的冷却空气接近华氏70度时进行的，而压缩机产生的压缩空气在华氏100度或接近华氏100度，即使是在轻负荷下。每个压缩机上方的不完整管道正在加热冷却空气。热空气从管道缝隙中溢出，被吸入压缩机和烘干机的冷却空气入口，导致排出空气过热。这种空气沉重地负载空气干燥机，导致高于所需的压缩空气露点。应该指出的是，这两个压缩机都有内部空气干燥器，但这些在过去失败了，可能是由于过高的冷却空气温度。
图6：缺乏连续管道（左）允许热空气泄漏到压缩机（温度计右）和干燥器中引起过热的冷却摄入量。当用热量相机看，这变得明显。
推荐的效率措施
基于压缩机型线，计算了各种效率选项的预估基本情况。这是通过使用压缩机CAGI数据来实现的。以下是可供选择的四种压缩机类型:
- 使用现有的压缩机，添加存储容量，修复卸载电路，估计节省37％，
- 安装新的VSD压缩机和一些更小的额外存储，节省54%
- 安装VSD无油压缩机和更小的存储空间，节省41%
- 安装水润滑压缩机和小储存。储蓄54％。
一些其他建议将节省更多的权力：
- 将压缩机排气压力降低至平均100psi，约节省2%，
- 改装压缩机通风，提高可靠性和空气质量，
- 安装不透气的排水管而不是定时排水管，大约节省1%，
- 修复20 CFM泄漏，节省约10％，
- 安装循环干燥器，这样当相关的压缩机关闭时，干燥器消耗最小的功率，大约节省4%。
根据不同的选择，该项目可能节省的费用在37%到74%之间。通过降低电力成本，每年可节省2.7万美元的资金。
本研究的一部分成本是通过本地电力效用的资金。此外，该实用程序准备将该项目资助高达19,000美元以支付新设备。
结论
该研究的结果表明，该系统的效率极低，浪费水平很高。工厂人员不知道他们的系统在衡量它之前运行得太差。应该指出的是，一位尖锐的实践技术人员本可以注意到系统简单地运行不当，只需计算它们在单位上进行定期维护时计算加载的与运行时间比率。不幸的是，这些维修技术人员没有被分享眼睛，只需考虑到客户的成本就不必要地运行的压缩机上的正常维护。
该工厂目前正在考虑他们的系统升级选项，从减少泄漏开始。时间将判断是否能够在控制下获取压缩机。
有关更多信息，请联系Ron Marshall，Marshall压缩空气咨询，电话：204-806-2085，电子邮件：ronm@mts.net。
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