全面压缩空气审计:5步流程
美国能源部估计，空气压缩机消耗的电力占美国总发电量的10%。此外，能源部估计，多达50%的能源被浪费了。仅压缩空气泄漏就占压缩空气使用量的25-30%。
因此，许多工业公司正在寻找降低压缩空气系统能耗的方法。最流行的方法之一是全面的压缩空气审计，或“空气需求分析”。本文的目的是定义压缩空气审计所需的五个步骤。我们将使用一个真实的例子，其中包含来自磁性材料制造商的系统信息，以清楚地说明每个步骤。在以下情况下，用户每年的能源成本降低了42%。
第一步:进行现场调查
在安装任何测量设备之前，列出和了解压缩空气系统中的所有设备是很重要的，以便1)设备正确放置，2)系统动力学正确理解。负责收集信息的人应注意:环境条件、物理布局、所有空气系统部件的细节，包括洁净空气处理、管道、储存和控制。工厂的过程也应记录在案。许多审核员会有一份问卷，他们会完成问卷，将细节汇编成一份文件。
案例:该设施有两个压缩机，使用来自三种不同制造商的旋转螺丝空气压缩机。它们还配有混合冷藏式空气干燥器，接收器罐和过滤器。管道网络由1.25,1.5和2英寸的线组成。
1号和2号压缩机都在调制控制下运行。3号压缩机也使用调制控制，但在测试期间处于离线状态。
步骤2:测量和量化千瓦/ 100 cfm
对于许多系统，应该测量10天的功率、流量和压力，以获得准确的系统快照(其他数据点，如压力露点[以确定空气质量]、真空和温度，应该根据系统需求进行测量)。测量期间应该包括晚上、周末或其他停机时间，以识别非生产性需求。空气压缩机所使用的真正功率是用千瓦表来测量的，千瓦表会监测安培、电压和功率因数。数据记录器应每0.5秒记录一次空压机上的数据点，并在设定的记录间隔(如20秒分辨率)内对数据进行平均。
所有压缩空气系统的合适关键性能指示器（KPI）是工厂中使用的压缩空气每分钟每分钟（CFM）的特定功率（kW）。这提供了一种效率的压缩空气系统的概念 - 无论不同的植物输出水平如何。推荐系统的KPI低于21 kW / 100 CFM。
案例:2号压缩机的流量是通过在空气压缩机的进口安装一个真空传感器来测量的。真空传感器不能安装在1号压缩机上，因此在分配管道之前，在该系统的排放处安装了一个流量计。两个压缩机室也安装了压力传感器。
现有系统的实测比功率KPI (kW / 100 cfm)几乎为32 kW / 100 cfm。基于此，我们有理由怀疑节省能源成本的潜力。
步骤3:理解系统动力学
应彻底分析收集的系统信息，并确定需要改进的地方。为了降低压缩空气系统的能耗，应该考虑多种方案，包括对设施内主要压缩空气用户的分析，以确定压缩空气是否是每种应用的最有效选择。
案例:在要求的工厂压力设定点为95 psig时，平均压缩空气供应为240 cfm。测量的压缩空气供应范围在200至300 cfm之间。
通常情况下，压缩机1号和2号都被加载以保持工厂压力。可用压缩机供气量明显超过
压缩空气的需求。根据测试期间所测得的流量分布，1号压缩机能够满足平均流量
没有2号压缩机的帮助，但无法满足峰值需求。如图1所示，这两个单元是
在调制控制中运行，部分打开或关闭压缩机入口阀 - 在入口处创建真空以匹配需求的供应。由于入口阀处的负压，增加了压缩比，增加了每立方英尺的空气所需的功率量以满足设定点压力。虽然两个压缩机保持稳定的工作压力，但它们在部分负载下需要极高的功耗，从而产生35kW / 100 CFM的非常低效的特定功率KPI。
当1号压缩机被手动停止或机组发生故障时，设施内的压力降至最低要求水平95 psig以下。在此期间，压缩机1号的流量计平均读数为50 cfm。这表明很大一部分的空气需求是空气泄漏。图2突出显示了这样的一天。该图表还显示了压缩机1号离线时，两个压缩机间的显著压力下降(介于10psi至15psi之间)。这表明管道网络(1.25、1.5和2英寸)的尺寸不够大。
空气处理设备运行良好，没有注意到问题。该设备的规模为最坏情况，是一种良好的做法。
图1:压缩机1号和2号在调制控制中运行
第四步:实施提高kW/ 100cfm的建议
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如果没有适当的系统控制，系统的整体能源消耗可能不会显着降低。 |
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许多系统评估的重点是通过固定压缩空气泄漏或消除“不适当使用”压缩空气来减少压缩空气消耗。例如，使用工程空气喷嘴来取代吹气用的穿孔管，将减少压缩空气的需求。然而，只有在空气压缩机的控制能够利用这些收益，并在适当的时候适当使用变频驱动器(VFD)，才能实现真正的能源节约。涉及调节压缩机控制的成本几乎从未包括在ROI计算中。许多调制型空压机将继续在大范围的压缩空气流量(cfm)范围内消耗相同的电量(kW)。用户不能假设压缩空气的使用和电力消耗之间存在线性关系。
情况下:下列建议已获接受和执行:
- 安装了一台55kw VFD风冷旋转螺杆空压机，能够承受全部空气负荷。
- 拆卸压缩机#3，但保留压缩机#1和#2作为备用。
- 重新配置了设备内的管道，以消除压力损失和空气泄漏。
- 增加了1040加仑的干油箱。
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安装55 kW的变频器，每100 cfm可节约13.54 kW。 |
图2:压缩机#1离线
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无需重新配置压缩空气管道(图像中的蓝色管道)，设备 |
管道是系统优化的关键组成部分。创建一个闭环，允许下游适当的系统压力，但需要更少的压缩机的工作。该55千瓦机组可在100 psig下提供389 cfm，并可在40-85%负荷的最有效范围内运行，新功率KPI估计为18.6 kW / 100 cfm。该KPI将满足建议的21千瓦/100 cfm以下，并代表了对现有系统32.14千瓦/100 cfm的比功率KPI的显著改进。
步骤5:验证kW/ 100cfm的性能
公用事业回扣计划有时需要在空气系统优化后，通过额外的压缩空气审计来验证节能。在公用事业回扣不需要这种程度的核查的情况下，设施仍应考虑实施某种形式的优化后评估。所有系统都可以增强——甚至是使用空气审计数据设计的系统和新安装的系统。额外的评估应核实压缩空气审计结果，并协助确定需要改进的其他领域。一些系统控制器实际上跟踪和存储持续的能源消耗数据，因此，对许多人来说，主系统控制器的审查为内部评估提供了足够的信息，可以用来验证改进指标。
案例:对该制造商进行后续压缩空气审计。验证结果表明，虽然工厂的整体空气需求已上升（从244至289厘米），55千瓦VFD效率在18.6 kW / 100 CFM KPI的目标区内。平均工作压力也减少了3 psig。消除水冷却要求提供了每年1,208美元的奖金潜在节约（根据每1000加仑的冷却水成本为0.20美元）。年度节能每年核实19,165美元 - 能源成本降低42％，略高于估计。
结论
重点提高kW/100 cfm的具体KPI至关重要。压缩空气用户可以确保在空气系统审计上的投资回报(基于能源节约)，通过与那些在足够长的时间内测量至少功率、流量和压力的公司合作，以获得准确的系统快照，通常是10天。此外，从审计中获得的数据必须进行彻底的分析，并应根据电力减少的保守估计提出建议。
在实施优化计划时，重要的是要记住，如果没有适当的系统控制，系统的总体能耗可能不会显著降低。在本例中，增加一个VFD装置可以使系统在最低可接受的压力下产生压缩空气，从而降低能耗和成本。在许多情况下，主系统控制器是最好的解决方案，因为主控制器在其最有效的设计点使用压缩机或关闭它们。
最后，完成压缩空气审核和优化其系统的用户肯定会降低能耗，并看到较低的运营成本。然而，即使是最好的，新优化的系统也可以始终进一步提高。建议应通过完成泄漏检测审计来确定额外节省的设施，以便完全评估设施的需求方，以适当使用压缩空气。设施应确定哪些服务最适合于它们（泄漏检测，供应侧压缩空气审计和/或需求侧压缩空气审计），并制定应如何执行这些服务的频率。
欲了解更多信息，请联系凯泽压缩机，电话:877-586-2691，电邮:ada.us@kaeser.com，www.kaeser.com/ada。
