高效控制喷砂压缩空气系统的巨大流量变化

高流量“按需”喷砂控制比传统控制节省能源

介绍

大多数工业系统，如压缩空气，基本上都有随机需求，如果你看看系统的长期生命周期。数百甚至数千个独立的或小或大的子系统需要恒定或变化的流。这些需求通常不是定时的，也不是彼此同步的，所以它们在一定范围内聚集成一个相当随机的流量剖面。当生产过程发生变化时，这个范围会发生显著变化。当然，为期两周的审核可能会显示出一些模式，对于需求a(“生产”)和需求B(“非生产”)或日型来说，这些模式似乎是可预测的，但随着工厂适应新的生产系统并移除旧的生产系统，它们会随着时间而变化。如果需求永远都是这种情况，经验较差的审计师可能会倾向于选择一套适合这种情况的压缩机，而不是替代压缩机。

因此，典型的工业压缩空气系统应设计为在一个恒定压力下，所有可能的流量变化和范围，而不仅仅是在一个2周的审计中看到的流量范围和变化的全范围流量和增长。这通常导致某种类型的多路复用系统，通常具有类似尺寸和类型的压缩机，由自动化系统旋转和分级。在包括VFD或离心式压缩机的情况下，存在特殊的设计标准（参见之前ABP关于“螺杆式压缩机控制间隙”、“离心式压缩机控制间隙”和“VFD和主控制装置”的文章）。

在一些通用的压缩空气系统中，一个主要过程“冲击”系统，产生的峰值是正常峰值的2倍或更多，特殊的设计标准将使上述系统不太理想。它可以是材料加工公司的空气运输，微电子工厂系统的空气测试，或大型金属制造的喷砂。在大型喷砂系统的情况下，峰值可远远超过非喷砂需求的10倍。在本文中，我将讨论一个实际的系统，峰值平均为34:1，以及如何使用VFD压缩机节省70%的能源，甚至超过“最佳实践”。在市场上没有VFD压缩机可以流动的范围!这些大型喷砂系统需要不同类型的系统设计。

系统描述

在重型制造业务中，大型焊接件用于大型结构，因此只能通过驳船运输，因此位于港口设施。这些大型制造车间建造或维修大型船只或永久性结构的结构焊接件。在这个例子中，最终产品是一个100英尺长、30英尺长、重量超过10吨的桥梁结构。焊接前，需要对大块进行喷砂处理。有时事后也会被炸掉。建造工人在其中工作的巨大喷砂区域，并设计和安装专用喷砂“罐”。为了以高效的方式喷射更大的表面积，此类系统使用的喷嘴通常非常大，有时直径超过0.50“。我们在本文中看到的系统有四个大喷嘴。在审计时，对0.625“喷嘴进行了测试，每个喷嘴的空气流量需求约为500 scfm。这些是库存中最大的。见图1。在拍摄照片的时候，用一个小得多的罐子和喷嘴进行了小规模的喷砂。

图1。喷砂壶

由于大罐设计为4个500 scfm喷嘴，2000 scfm峰值，一个2900 scfm压缩空气系统匹配它。同样的系统提供一般的空气需求，如维护和除尘器。该系统拥有最佳可用效率的压缩机，两级油润滑螺杆与VFD。然而，它是为高峰时间而设计的，而不是非高峰时间。当地供应商提供的最大单元额定转速为1450 scfm，因此安装了两个单元，一个是VFD，另一个是固定转速。它们被放置在3250 scfm循环冷冻干燥机和除雾器中。请参见图4中的系统关系图。

在附近的轻工制造大楼，安装了一个50马力的负载卸载压缩机与干燥机。压缩机负载很轻。设备概述见表1，系统图见图2。

表1。设备库存。点击放大．

图2。现有的系统图

数据收集与分析

在审计之初，不清楚大规模喷砂会发生多少次，如果会发生的话。当时，大型制造项目的生产订单较少。然而，这个小罐子大部分时间都在使用。由于一项初步措施是使用一个按需控制系统，在大多数时间内运行一个较小的压缩机，而且附近已经有一个较小的系统manbetx客户端12-5下载可能被集成，我们同时监测两个系统。收集了以下数据并进行了测试:

2周数据采集，8秒采样率:

• AC1（VFD）电源
• AC1 (VFD)进口压力
• AC2(定速)电流
• AC2(定速)进口压力
• 喷砂系统压力
• 50马力
• 50 HP系统压力

一次性测试：

• 首先以“手动”（入口调制）运行定速装置AC2。这提供了一个稳定的流量度量（调制）。
• 运行VFD，AC1，如果需求足够高，可以将其保持在速度范围内。
• 数据记录时，每次打开一个大喷嘴。

趋势数据显示，大锅在两周内只使用了四次，总共使用了1.8小时，或仅使用时间的1.1%！这个小罐子只用了14个小时，只有8.4%的时间。系统每周加压49.5小时，占29.5%。一台大型VFD压缩机以最小速度和负载运行。虽然大型压缩机在其速度范围内相当有效，但它不在低端，平均需要32 kW才能提供42 scfm的大部分泄漏。如果主压缩机不是VFD，则情况会更糟，在该负载下约为200 kW。趋势数据还显示，大型喷嘴发生泄漏，并且没有自动减压。请参见图3至图4以获取摘要。“T2”是大型喷砂系统的名称。

通用制造系统的负载也非常轻，没有大的峰值。然而，其压缩机的空载功率要低得多，只有7千瓦。“B48”是通用制造系统建设的名称。

系统现有性能如下:

• 平均总流量：66 scfm
• 峰值总流量:2290 scfm
• 小时/年:5296
• 平均压力:喷砂压力为131 psig，一般空气压力为103 psig
• 总平均功率:37kw
• 效率:1.79 scfm/kW (55.9 kW/100 scfm)
• 能耗:196668千瓦时/年

图3。流,2周。Cick将扩大．

图4。流量和压力，峰值流量测试。点击放大．

建议的改进

在非高峰时段，必须以某种方式关闭大型压缩机。这看起来很简单，但事实并非如此。不允许操作人员随意启动和停止这样的大型系统。它必须满足其他需求，而且操作部门通常没有启动和停止压缩机的权限。这个系统必须是自动的和可靠的。

传统的控制系统在需求增加时增加manbetx客户端12-5下载压缩机，在需求减少时减少压缩机，即使将T2和B48集成在一起，也无法很好地处理这些尺寸的压缩机。小的压缩机可以放在位置1，但大的压缩机会经常“颠簸”小峰值，启动和停止太频繁。它需要的是一个“按需”的自动化系统，实现以下功能:

• 使用非常可靠的峰值需求指标。最好使用喷嘴上的安全电气开关，而不是流量或压力。这些电气开关是较大喷嘴系统的一部分，位于喷嘴手柄上。当按下第一个自动喷嘴开关时，大喷砂已经开始。在最后一个被打开后，这将表明大型喷砂已经结束。
• 当没有峰值发生时，通过自动阀减少死负载
• 小压缩机应在无高峰时进行加卸载操作
• 峰值出现时，仅运行较大的压缩机。并在正确模式下运行，VFD在所有负载下均处于微调状态。

这是一个自定义控制系统。据我们所知manbetx客户端12-5下载，没有压缩空气OEM或自动化公司提供标准的按需喷砂控制。然而，这可能是一个系统设计，可以适应许多不同的喷砂系统配置。这就是为什么我们认为这篇文章是必要的。

本项目实现上述功能的具体要素如下(见图5):

• 在B48和T2系统之间安装一根2”管道。
• 安装阀门，使系统部件在较低的压力下运行，并在不使用时隔离泄漏的喷砂软管:
  • 为B48安装一个压力调节阀，设置为100 psig
  • 为T2除尘器安装压力调节器，设置为100 psig
  • 安装四个可靠的常闭电磁阀用于大罐管道，每个大喷嘴一个。
  • 为小罐压缩空气供应安装一个电磁阀
• 升级125psig的B48压缩机如下:
  • 购买新电机:60马力1800转ODP 3/60/460V 364TSC (c法兰)框架
• 对B48和T2压缩机进行远程控制升级，具体如下:
  • VFD的远程设定点。
  • 远程加载和启动。

• 安装自定义自动化系统，如下所示：
  • 工业标准PLC, T2压缩机室配有显示器。
  • 在B48和T2处安装远程I-O，带有用于负载和启动的继电器。
  • 在T2(高压)内安装压力变送器。
  • 将所有三台压缩机的本地调节调整至130 psig
  • 将大型喷砂喷嘴电气开关通过继电器连接到自动化系统，这样它就能知道操作员何时在使用每个喷嘴。第一个关闭的将使系统进入“大喷砂”模式，当最后一个打开并计时器到期后，它将回到“非峰值”模式。
  • 小罐空气安装1小时定时启动按钮。
  • 将大小喷砂锅电磁阀与PLC连接。
  • 喷砂软管不使用时，应自动关闭电磁阀，以隔离喷砂软管。
  • 级压机根据系统是否处于“大喷砂”的“非峰”模式而有所不同。
  • 在所有模式和转换中调整和调试系统。

图5。推荐改进的系统图。点击放大．

节能

改进后的系统性能如下:

• 平均总流量：12 scfm
• 峰值总流量:2290 scfm
• 小时/年:4505
• 平均压力:128 psig用于喷砂和一般空气(在调整器之前)
• 总平均功率:12kw
• 效率：4.37 scfm/kW（22.9 kW/100 scfm）
• 能耗:23365千瓦时/年
• 节省:173303千瓦时/年

节省85% !在这个系统中，总能源成本约为每年9200美元。他们只支付0.047美元/千瓦时(华盛顿，大型工业)。但上述项目不需要新的压缩机，可节省约85%的能源，$7,800/年，加上$5,000的维护费用，$12,820/年。这个项目的成本可能高达7.5万美元，而且一切顺利。有了激励措施，回报减少到3年左右。但是记住这个系统已经有一个变频器压缩机，并且只运行每年2500小时。对于现在不是VFD驱动、运行时间更长、能源成本更高的其他系统，即使没有激励，回报也可能低于2年。

结论

为了优化高峰喷砂系统，需要一个在两种不同模式之间切换的“按需”系统。通过在非高峰时段运行低空载功率的小型压缩机，以及只有在进行喷砂时才运行最佳的大型压缩机，可以获得显著的节省。如果目前使用的是大型VFD压缩机，该系统将节省大量的能源和减少运行时间，降低维护和运行压缩机在其更可靠的范围。

要阅读类似的系统评估文章，请访问//www.ghtac.com/system-assessments．