乳制品工厂发现了52%的潜在节省
一个食品加工机遇到了压缩空气的问题，所以他们邀请了一个压缩空气审计员到他们的工厂进行评估，并帮助他们确定未来永久性空气压缩机的尺寸。尽管有一个干燥剂空气干燥机，但该工厂的空气压力很低，并且在压缩空气管道中发现了水。审核员对压缩空气系统生产设备进行了全面分析，并进行了最终使用评估和泄漏检测。本文将讨论导致当前水平52%的潜在成本节约的发现。
图1:现场有不同类型的无油和润滑空气压缩机的混合物。因此，空气质量不符合食品质量压缩空气的企业标准。
多个领域的机会审查
涉及的工厂生产和包装奶制品。该研究旨在量化当前和潜在的运营成本，估计运营概况，并基于推荐的节能措施计算潜在的运营节约。审计工作包括使用电子数据记录仪监测压力、功率和流量的现场测量，还包括超声波泄漏检测、目视检查、潜在能源效率措施的研究以及与设施人员的面谈。
压缩空气生产和调节设备包括一台租用的145kw无润滑油空压机和两台较小的永久性注润滑油空压机(分别为75马力和40马力)，它们在扩建前是工厂的一部分(图1)。
当添加新的生产工厂决定升级他们的空气质量lubricant-free类的企业标准0空气质量/ ISO 8573 - 1,在这段时间里,大lubricant-free空气压缩机,无热的干燥剂干燥机,1060加仑——存储接收机安装在一个临时租赁。希望只有在无润滑油空压机关闭的紧急情况下，喷油空压机和相关的冷冻干燥机才会运行。不幸的是，工厂的流量经常超过无润滑剂设备的能力，因此需要75马力(hp)的变速驱动器(VSD)空气压缩机来补充能力。一台40马力的小型空压机已经达到了其使用寿命的终点，并在生产高峰期间离开了工厂，导致产能不足。即使有两台空压机在运行，并且使用了干燥剂干燥机，工厂也遇到了压力和空气质量问题。不得不采取一些措施，于是请来了一名压缩空气审计员进行调查。
压力和功率剖面
工厂人员担心压缩空气管道因流量过大而超载，认为这是造成压力问题的原因。为了检查压力梯度，审核员将压力数据记录器放置在空气压缩机排气口、空气干燥器之后，以及处于低压状态的工厂中心位置。两台运行中的空压机上还安装了功率记录仪，以跟踪设备的性能，并确定压力变化时的系统负载。
从图2可以看出，确实存在低压，但空压机排气压力、干燥机排气压力、关键位置压力相互跟踪。这表明没有明显的压力损失通过管道或空气干燥机。因此，存在空压机容量不足的问题。空气压缩机正在下降。当负荷超过所有正在运行的空气压缩机的能力时，由于生产的压缩空气少于使用的压缩空气，工厂压力将“下降”到一个低水平，因为压缩空气供应不足。在这种情况下，压力必须下降。
权力侧面也显示了一些有趣的事情;在轻负荷期间，两台空压机运行，VSD机组以最低速度运行，这是它的最低效率点，而大型145 kW空压机的装卸也由于空载功耗而导致效率低下。同时运行两台空压机时，只有一台空压机可以供负荷，这是低效的，因为一台空压机越满载，耗电就越少，维护时间也就越少。此外，发现无油空压机在轻负荷时每15秒快速循环一次。对空压机计时表的检查显示，空压机在一年半的运作期间，已经历逾70万个负荷循环。这是过度的负荷，会过早地磨损空压机。
图2:压力和功率曲线图显示压力降至临界压力90psi以下(顶部线由1号标出)，但在轻负荷下，仅需要一台空压机时，仍有两台空压机继续运行(底部线由2号标出)。点击在这里扩大。
低压影响产能
空气压缩机的功率在大约一个月的时间内进行了测量，每年的系统运行时间估计为8760小时，在此期间，现有系统预计每年消耗17707300千瓦时的电力。该系统的总电费估计每年约为$119 700，包括税金。租金估计每年$208 000，估计维修费用每年$10 000。
在空气干燥器吹扫(610 cfm)中，压缩空气产量平均为800 cfm减去190 cfm，峰值为1190 cfm(不吹扫的情况下为1000 cfm)。当考虑干燥器吹扫时，系统的比功率计算为每100 cfm空气使用32 kW。这种类型的典型优化系统的具体功率在21至23 kW/100 cfm范围内。这表明，如果改进空压机控制策略，有很好的节省潜力。
工厂的峰值需求消耗1190 cfm，超过了两台主动空压机的容量，但这只发生了2%的时间。偶尔出现的缺口导致压力降至100 psi以下，据报道，这导致生产机器停工，影响生产率。该厂空压机后备能力不足，任何一台空压机出现故障，甚至会导致生产需求难以满足。75和40马力的机组是油浸螺杆型，具有冷冻干燥，但这不符合食品工厂的企业空气质量标准。
在需求侧，该系统被发现效率非常低，有大量泄漏和非生产负荷，估计连续流量为300 cfm，占平均消耗的43%。当空压机缺乏足够的容量时，由于需要补偿压力下降，系统的运行压力也高于所需的平均压力，这导致了高于正常的平均空压机功率，并高于所需的人工需求，进一步负载了空压机。
图3:能源成本是根据电力费率计算的。该工厂每年平均生产800立方英尺的压缩空气要花费大约12万美元，这还不包括干燥机清洗。32kw / 100cfm的系统比功率在同类系统中处于较高的范围，这表明压缩空气的生产存在效率问题。
三组止回阀产生问题
如前所述，发现空压机循环计数过高，轻负荷时空压机每15 - 20秒循环加载和卸载一次。审核员发现，系统安装人员在空压机管道中安装了止回阀，以防止压缩空气从工厂回流到空压机。
在往复式空气压缩机的时代，这样的止回阀是必需的，以防止发动机在试图通过压缩气缸的压力启动时跳闸，但现在的空气压缩机在内部电路中内置了止回阀。干燥剂空气干燥器还在回路中安装了止回阀，以防止压缩空气通过干燥剂回流。然而，如果存在不止一组而是三组止回阀，则会导致带有干燥剂空气干燥器的负载/卸载控制空气压缩机出现问题。
全球食品安全倡议(GFSI)合规:两种压缩空气系统规范-网络研讨会记录下载幻灯片并观看免费网络直播的录音，学习:
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当空气压缩机加载时，从排气口输出的流量给空气干燥机吹扫，但当它卸载时，没有流量给干燥机吹扫流量，在这种情况下是190 cfm。这种吹扫需求导致每次空压机卸载运行后，空压机排气时的压力立即崩溃，导致空压机再次快速加载，甚至当厂内压力不够低时需要空压机加载。这种快速循环操作持续的空气干燥机是清洗。由于空气干燥机是一个固定的循环装置，它不断地在全流量下进行清洗，即使是轻负荷时，其容量的一小部分。
如图4所示，在暂时关闭干燥器吹扫的地方进行了测试。图表显示，当吹扫被移除时，空压机开始正常循环，功率消耗大幅下降，这表明，如果对空气干燥机的吹扫和快速循环做一些事情，可以有显著的能源节省。
试验还表明，空气干燥机的吹扫量为190 cfm，这是基于压缩机在两种条件下的循环时间的变化，吹扫量比额定吹扫量高40 cfm。烘干机也被设置为6分钟循环(每边3分钟)，而不是正常的10分钟循环。这些额外的不必要的循环浪费了大量的压缩空气，因为每次都需要额外的空气来对干燥器容器加压，只有在三分钟后循环结束时才对它们减压。
在进气过滤器之前，在空气干燥器上安装了冷凝分离器。这个分离器安装了无空气冷凝水排水管，然而，有人轻轻地打开了手动排水管。采访表明，这样做是因为工厂管道内的水分经常形成，人们认为额外的排水将防止这个问题。然而，在进一步调查后，发现75马力润滑空气压缩机湿式接收器上的冷凝水排放无法关闭，导致水箱几乎完全充满了水。当75马力的空气压缩机必须在高流量下运行时，游离水就会从这个接收器无意中注入工厂。
图4:显示的是一个特殊的测试，空气干燥器清洗被暂时关闭空气干燥器清洗中断。当吹扫中断时，空压机循环(蓝色线)恢复正常，空压机功率(绿色线平均值)下降43%。与此同时，75马力VSD空压机继续以最低速度运行，即使这是不必要的，显示出较差的空压机协调。点击在这里扩大。
糟糕的本地连接实践
一些局部低压停机的关键机器偶尔发生，影响生产。总的来说，厂内低压的主要原因是空压机容量问题，但由于当地连接操作不当，也发现了局部问题。
人事部门特别提到了一项。该机器的输入压力数据记录显示，在主线和管道下降之间没有显著的局部管道损失。然而，在管道压降和实际最终使用之间可能存在显著的压力损失。可以看出，这台机器的FRL元件链仅由柔性塑料管馈电，这并不是防止机器内部峰值流量时压力损失的最佳做法。需要仔细分析油管、过滤器、调节器和润滑器的能力，并与机器的峰值需求进行比较，以确保这些限制不会造成过度的压力损失。
压缩空气泄漏时间增加
压缩空气泄漏代表着空气压缩机不断增长的负荷，随着工厂的老化，以及持续的能源成本。在工厂使用超声波枪进行泄漏检测，以评估32个重大泄漏(或未控制的最终使用)的情况。估计流量为116 cfm。
随后在系统上安装了流量计，结果显示，在非生产时间内，工厂的总需求约为300 cfm，约占工厂平均流量的53%。显然，超声检查并没有发现所有的渗漏。其中一些流量是由于不受控制的吹气设备造成的，比如未关闭的压缩空气驱动的真空发生器，还有一些不受控制的清洁流量是在非生产时间使用的平面喷嘴造成的。
系统效率推荐解决方案
本网站推荐的解决方案如下:
- 拆卸系统止回阀或在无油空压机上安装远程压力监控，以减少快速循环。
- 归还尺寸过小的临时租赁空压机，并购买多个合适尺寸的永久无油机组，其中一台空压机由VSD控制。VSD机器将消除浪费的空载电力消耗。选择空压机应充分满足电厂的高峰需求，但也应在平均和低负荷时有效运行。建议购买足够的备用容量，使润滑空压机可以退出使用。空压机的尺寸应仔细选择，以防止由于VSD空压机等于或小于基台而造成的控制间隙。
- 购买带有热压缩干燥器的新空压机。这种干燥机类型将消除190 cfm的浪费吹扫流量，并增加可用的空压机容量。
- 将空压机排气压力降低10psi，并更好地协调空压机压力设置，以便在轻负荷时只有一台机组运行。
- 在所有空压机、干燥机、过滤器、接收器上安装无空气冷凝水排水管。
- 更好地控制压缩空气真空发生器，使其在没有生产时不会连续运行。
- 消除或更好地控制吹气装置，使它们不会浪费空气时，没有生产或在输送线上没有什么吹干净。
- 调查当地压力问题，升级关键生产设备的供应线。
- 实施压缩空气监测系统，确保压缩空气效率和泄漏水平可以跟踪。
- 修复100cfm的泄漏。
下表详列估计的费用削减额:
加载/卸载 |
房间隔缺损 |
|||
测量 |
美元了 |
%保存 |
美元了 |
%保存 |
空气压缩机替换 |
17035美元 |
14.2% |
16842美元 |
14.0% |
减少压力 |
2480美元 |
2.1% |
3875美元 |
3.2% |
修复漏洞 |
7215美元 |
6.0% |
10963美元 |
9.1% |
把排水管 |
12420美元 |
10.4% |
6475美元 |
5.4% |
消除干燥机清洗 |
13298美元 |
11.1% |
20220美元 |
16.9% |
减少使用结束 |
2489美元 |
2.1% |
3417美元 |
2.8% |
升级的过滤器 |
645美元 |
0．5% |
577美元 |
0．5% |
减少上班。干燥机 |
455美元 |
0.4% |
455美元 |
0.4% |
总计 |
56037美元 |
47％ |
62823美元 |
52％ |
节省能源及更多
本文还展示了通过审核压缩空气系统可以节省能源和降低成本的另一个例子。不仅可以节约能源，还可以改善空气质量和减少生产机器的停机时间。审计确认了核电站所经历的压力和水污染问题的来源，但令人惊讶的是，原因并不是公司最初预期的。
有关本文的更多信息，请联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，电子邮件:ronm@mts.net．
读过类似的压缩空气系统评估文章的访问www.ghtac.com/system-assessments．
