压缩空气系统节能的四个方面
压缩空气在能量研究中经常被忽视。然而，对于那些愿意寻找的人来说，这是一片充满机遇的土地。由于使用压缩空气生产1马力的工作需要大约8马力的电能，因此评估和优化工厂的压缩空气系统尤其值得。在本文中，我们评估了压缩空气系统的四个具体领域，可以提供显著的能源节约。
压缩空气到底有多贵?作为电力向空中的转移，这真是个糟糕的交易。用压缩空气产生1马力的功大约需要8马力的电能。你认为你们的电力贵吗?你们的空中力量是我们的8倍!
发生了什么?
您的植物中需要压缩空气的每个过程都有CFM（流量）和PSIG（所需压力）的最小电源，以便在最佳水平下运行。当您在更高的压力下供应空气并因此提供更多卷时，您会创造额外的费用 - 但没有提高生产率或质量。这种情况往往称为人工需求。
您知道每个过程的最低有效压力/流量要求吗？您是否进行测量和监控以达到目标？你是否使用/供应过多空气？随着压力升高，压缩空气系统将继续使用更多的空气量。就这点而言，你知道压缩空气的成本吗？你用多少空气？很可能有人知道你每月的电费和使用费。如果不进行测量和监控，则无法管理压缩空气的使用和成本。
一些有用的信息
- 产生压缩空气的电能成本由用于产生流动和压力的马力产生。简单地说：输入kw x $ / kw速率x小时=每年电气成本与压缩空气相关。
- 为了实际降低能源成本，必须减少压缩机供应的压力和流量。在需求方面采取的行动如果不能转化为较低的能源投入，就无法节约经济。
- 典型的空气能耗:
在美元。在每年8000小时的情况下，06kwh，每输入马力可产生4.0 cfm的空气供应:
1 CFM成本=每年能源成本100美元
2 psig成本=每100 hp每年398美元的能源成本
4.在工业厂房，生产的50％的空气不用于生产。这就是我们所呼叫的机会。
以下是我们在审核期间在空中系统中观察到的节能最常见的机会。
节约领域#1:压缩空气能源成本的管理和运营商意识
由电动机驱动的空气压缩机在运行中每年会消耗惊人的大量能量。运行压缩机的年电力成本将等于或超过机组的初始成本。
100马力空压机的初始购买价格从3万美元到5万美元不等，具体价格取决于类型和选择。同样的100马力压缩机每年运行几个小时(功率为0.06美元/kWh，电机效率为0.90)，每年的动力成本为43,265美元。这是三班倒，每周7天，每年47到48周。
您可以通过此公式估算压缩机的适当年电力成本。首先，将压缩机的马力乘以0.746，倍的运行时间，倍率（即HP x .746 x小时x功率）。然后，通过电机效率除以该数字。
工厂里的每个人都应该知道运行压缩机的总功率成本。这对于使用气动设备工作的人来说尤其重要。
节省区域#2：减少互连管道和空气处理设备中的压力损失
空气压缩机排气与工艺之间的管道和空气处理设备是空气系统中最容易被忽视的区域。尽管计算出的摩擦压力损失对管道来说可能很低，但糟糕的管道系统设计(螺旋管道、十字三通连接和死头)可能会造成严重的“紊流驱动”背压。这不仅浪费动力，而且还会导致卸载控制变得无效。选择不当的过滤器和烘干机——不考虑压力损失——只会加剧这种情况。
在配置良好的系统中，从压缩空气供应到工艺(以及总管分配管道)的互连管道应该不会产生压力损失，因此包括主管总管作为“有效存储”的一部分。我们发现的一些更常见的管道机会是:
1.三通连接
三通接头是一条压缩空气的供给管路，试图进入流动的气流。这种类型的连接非常常见，90°入口引起的湍流通常相当于3到5 psid的压力损失（压力损失是相对管道尺寸、流量、速度等的一个因素）。在我们的100 hp示例中，您每年花费近600到1000美元来产生此处损失的压力，而不增加产量。
一个．背压向控件发送错误的“卸载”信号，导致过早的卸载或额外的压缩机在线，导致在零件负载和短循环时运行的多个单元。
使用30至45°方向角条而不是90°Tee将消除该压力损失（如下所示）。定向入口而不是标准T恤连接的额外成本通常可以忽略不计。当互连管尺寸为20 fps速度或更少时，这种类型的管道可能不会产生问题。
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图1：典型三通连接 |
图2：典型的方向角条目 |
2.呆头呆脑
“死头”是管道在T恤连接的两端流动的地方，导致极端湍流。在下面的图3中，压力损失几乎是10 psig。死头用长ell和30°定向进入的校正减少到0 psig。这是300 HP的空气 - 我们的例子中约为1,200美元 - 或者每年的12,000美元，以生产10个PSIG浪费在死头。此外，我们有两个压缩机在“较少功率效率”部分负载。
图3:用长套管和30°方向入口纠正死角有助于减少压力损失。
3.．湍流驱动的压力损失也是管道内压缩空气速度的函数。为了安全起见，我们将连接和分配管道的速度设置为20 fps或更低。
4.不要根据开口尺寸来选择管道:根据所需的长度和流量确定管道的尺寸。使用传统的压力降图表，显示基于入口压力、管道内径和流量的损失。选择管道尺寸，这将不会记录压力损失。当有疑问时，比较下一个尺寸的管道的材料成本。你可能会发现安装成本上的差别很小。管道安装的大部分材料成本将在人工、阀门和配件上。您不必安装与管道通径相同的阀门——您可以经常“衬套”到更大的管道，保持很少或没有压降，并将成本降至最低。
5.．图4显示了西弗吉尼亚州的一个化学加工厂的示例。让我们看看过量的背压对它有什么影响。
图4：对比化学加工厂的两个压缩机房。
6.. 在前面的案例研究中，8 psig的压力损失是管道中的“摩擦损失”。来自高速“交叉三通”的湍流驱动背压造成额外的10 psig压力损失。我们在所审查的90%以上的多机组电厂中发现了这一问题。对于步进控制，这将导致短循环，使多台机组在部分负载下保持运行，并可能导致冷却器、轴承、电机等部件过早失效。
储蓄面积＃3：压缩空气泄漏
假设互连管道和控制器正常运行，现在响应输入能量的比例降低到空气需求的降低，泄漏是下一个关键目标。
根据我们的经验，没有正式的、受监控的、有纪律的压缩空气泄漏管理计划的工厂，其累积泄漏水平将等于总空气需求量的30%或更多。
所有电厂都可以受益于正式的持续泄漏管理计划。最有效的计划是生产主管和操作员与维护人员合作的计划。因此，建议所有计划包括以下内容：
- 短期：建立由维修人员进行的持续泄漏检查，以便在一段时间内，对核电站的每个主要部门每季度进行一次检查——或至少每六个月检查一次——以识别和修复泄漏。所有发现、纠正措施和整体结果都应保存记录。在生产和非生产过程中，应使用高质量的超声波检漏仪进行检查。
- 长期:考虑制定计划，激励操作人员和主管识别和修复泄漏。有一种方法在许多操作中都行之有效，那就是监测每个部门的空气流量，并让每个部门负责确定其空气使用量，作为该地区运营费用的一个可衡量部分。这通常与有效的内部培训、意识和激励计划相结合时效果最好。
节省区域#4:使封头压力高于要求
这通常由过度的系统压力浮动浮动，这是管道，调节器和有时压缩机控制问题。然而，更常见的是，它是“需要”某个“最小压力”的一定的过程或过程。这些索赔应始终审查他们来自的地方，即“感知”操作，OEM规格等。
例如：
“我的研磨机需要98 psig才能运行。因此，空气系统的最低要求为98 psig。”
图5:审计前的磨床操作。
当你听到这些话时，开始寻找操作人员真正在告诉你什么:“当系统头压力低于98 psig时，他的磨床工作不好。”生产人员通常不知道工具上的实际压力，他们可能也不知道工具使用了多少空气。
生产辅助设备的选择是：
- 1/2英寸软管太重，使用3/8英寸软管
- 使用2个3/8英寸快速断开(成本更低)
我们在最近的空气系统能源审计中发现了这种情况。工厂的其余部分可以在80 psig的压力下运行。该系统为98，因为研磨区域（总需求的20%）需要它。
测试显示，工具的实际进口压力在负载时为63 psig，而封头压力保持在98 psig。换句话说，通过3/8英寸软管，我们有35 psig的压力损失，并迅速断开。进一步的测试表明，这些特殊工具的最佳进口压力为75 psig。
图6：系统评估后的研磨机操作和建议的变化。
标准3/8英寸快速断开与每个电台23 Psig的组合压力损失发生在工业快速断开（每组2.50美元额外 - 每站5.00美元），每个电台的压力损失为5 Psig。
3/8英寸的软管被替换为1英寸的管道，连接到站的底部(每个站花费30美元)。一个调节器被选择以75 psig和80 psig进料压力(消除人工需求)向磨床提供全流量。封头压力降低到控制的85 psig。18个月后的结果:
- 磨床的工具修理工作进行下去了
- 整个工厂的产量增加了30%(包括17台新磨机)和其他新设备
- 更改研磨机区域分布的实施成本：
（9站）：
- 快速断开连接：180.00美元
- 管道270.00美元
- 监管机构912.00美元
- 总计1362.00美元*
*不是一个糟糕的回报
- 总空气需求从1600升至1400厘米的平均水平。产量增加了30％，空气用途下降。
我们在这里做了什么?我们从这个过程开始:在工具上你真正需要什么压力?空气多少?我们如何以一致且经济的方式将其应用到工具中?
这里的技巧是计算或测量气流到工具或工艺工作站的入口压力在休息和工作时，同时测量集箱压力。如果集箱压力保持稳定，而工艺进口压力下降，那么我们知道限制在集箱到工艺的进料中。
如下所示，工作台和带条是封头进给过程中最常见错误的一个例子——FRLs(过滤器，调节器，润滑器)和QDs(快速断开)。在许多情况下，这些选择很少或没有考虑到性能，即在实际流量下有多少压力损失?相反，它们通常是根据“孔的尺寸”来选择的，即需要什么尺寸的快速断开?这是软管、管道或工具的连接尺寸，与应用程序的尺寸无关。
例如：
图7:工作台和Bander
在图7中，我们有17 psig的压力损失通过3/8英寸的管道和带。这条卷带在工作时牵引约50 cfm。
操作压力损失为(80 psig-入口压力):
- 30英尺3/8英寸管道@ 6 psig损失（1/2英寸有0 psig损失）
- 标准3/8英寸断开(1组2在带= 22 psig损失)
将“标准快速断开装置”替换为“工业”额定断开装置（2套），以实现更大流量/更小压降，从而将压力损失从22 psig降低到8 psig。每套快速断开装置的额外费用为3.36美元。以我们的例子来说，7 psig的能量浪费每年带来1400美元。
显而易见的“真正解决办法”是使用1/2英寸管道和1/2英寸工业断开装置，从而消除大部分（如果不是全部的话）压力损失。
使用相同的例子，让我们看看在压力损失或下降20psig时的FRL选择。我们是如何选择这些设备的?
- 监管机构什么尺寸的?切成1/2英寸
- 你需要过滤器和润滑器吗?为什么?
- 过滤器保护调节器，润滑器润滑捆扎机。
让我们看看实际情况。选择的调节器“额定流量为140 cfm”。那么，100 cfm是否可以？这是一个罕见的调节器选择，得到这么多的思考！但这仍然不够。100 cfm流量下的“压降”或出口压力是多少？仅调节器的压力为30 psig。过滤器和润滑器呢？作为一个团队，总压降现在为45 psig。
你需要过滤器吗?如果你不知道，为什么要浪费精力呢?注油器不适用于带钢上的空气马达。带带最好在带带前面加一个正确选择的润滑器。
经常，FRLS，快速断开和进料管线尺寸，便利性和价格选择 - 对于流量和/或压力损失津贴很少或不足。任何有效的压缩空气节能节省程序的基石，分布或过程侧是识别将在最佳性能下运行该过程的最低有效压力。然后可以实施程序以通过利用我们拥有的所有工具，包括管道，连接，压力/流量控制器，适当的存储等，以尽可能低的成本和压力损失来传递这一点。
当您有一个具有低压问题的工厂时，大多数时间（90到95％）我们发现问题不在标题中，而是在来自标题的馈送中。标题应在20到30个fps或更高的速度之间大小，并尽可能循环。
假设真的需要高压
你可能想要用一个次要的、较小的高压单元或一个适当的“助推器”来满足局部高压需求，而不是驱动整个系统升高。在图8所示的过滤器压力需要100 psig最小，而其余的化学工厂运行良好在90 psig。
在这种情况下，要经常检查高压空气是否确实需要。如果是的话，下一个问题是:我们能否修改工艺以降低空气的压力?例如，换一个直径更大的气缸。如果没有，有几种替代方法来处理这种情况。
例如
第一份工作是计算或测量空气量（CFM），所需的压力（PSIG）和循环时间（截止时间）。使用此数据，我们可以计算最有效和有效的答案：
- 使用单独的空气压缩机和系统来为工艺提供专用空气。
- 使用增压压缩机或液压增压机提供高压空气。
- 使用存储。
图8:使用助推器、存储器和调节器有效地提供更高的压力。
概括
我相信你可以通过系统看到这段旅程一直以来的调查。我们观察、测量、计算、测试压缩空气，并将其视为一种昂贵的工具——因为它是一种工具。确定其成本，并将其应用于一个过程的可控生产成本，就像电力、蒸汽等。
压缩空气是一种非常耗能的公用事业——比电力贵7到8倍。然而，它仍然站在“机会的门口”，而不是进入有效的成本控制和管理领域。
这种公用事业成本的控制和管理在供需方面具有重要的机会。为了使任何计划“优化”经济机会，负责短期和长期实施的人必须集中在系统的所有相互关联的部分并理解工作部位。
有关更多信息，请联系汉克·范奥默，美国空军总统，电话:740-862-4112，或访问www.airpowerusainc.com．
了解更多系统评估,请访问www.aperbestpractics.com/system-assessments.ments.．
