工业实用效率

系统方法有助于Rockline产业改造压缩空气系统

Rockline Industries是全球最大的消费品生产商之一,专门生产湿巾和咖啡过滤器。在确定阿肯色州斯普林代尔工厂的压缩空气系统是一个潜在的节约资源后,该公司联系了阿肯色州工业能源交易所。然后,Clearinghouse的专家开始与Rockline Industries、电力公司的代表和当地的压缩空气供应商合作,对该系统进行全面评估。

下面的案例研究提供了“系统方法”的结果,该方法评估了系统的供需双方,以开发最具成本效益的解决方案,为制造过程提供高质量的压缩空气(1)。该项目的主要目标是提高压缩空气系统的可靠性,减少维护,降低运行成本,同时保持压缩空气的质量。Rockline Industries还受到电力公司代表基于节能的激励。总体而言,该项目包括管道改造、设备升级、压力控制变更和压缩机改造。该团队还对整个项目的节约进行了测量和验证。

图1:原始系统配置的原理图

原始系统配置的原理图

压缩空气分析的系统方法的重要性

组件级方法通常用于改进压缩空气系统,它通常涉及非常具体、短期回报和容易量化的措施(例如,用更高效的压缩机替换旧的压缩机)。然而,美国能源部和压缩空气挑战赛提倡将系统方法作为分析和改进压缩空气系统的最佳实践。根据这些组织,系统方法“不仅需要处理单个组件,而且还需要分析系统的供给和需求两方面以及它们如何相互作用”(1)。

系统方法包括以下步骤:

  1. 建立当前条件
  2. 确定过程的需要
  3. 收集基线数据
  4. 制定潜在的能效措施
  5. 评估财务和技术条件
  6. 落实措施
  7. 收集验证数据
  8. 继续监测和评估系统

系统方法可能更昂贵和耗时,但它有潜力优化压缩空气系统的整体性能。它还提供了实施更多节约措施的机会,用其他措施节省的资金补贴某些措施。

压缩空气供需系统分析

工厂现有的压缩机是相同的150马力、单级、加载/卸载旋转螺杆压缩机。CAGI将这些压缩机的比效率定为满载时的18.7 kW/100 cfm(2),并且每个压缩机能够生产678 acfm。数据记录器收集的基准能量使用表明,其中一台压缩机几乎满载运行,而微调压缩机加载和卸载以控制系统压力(图2)。

图2:现有压缩空气系统的基线数据日志

基线数据记录现有压缩空气系统

修剪压缩机的切割压力设定为100psig,切断压力设定为110 psig。压缩机室含有两个湿储罐,总容量为1800加仑。加热的干燥剂干燥器也位于压缩机室中。干燥空气被送入工厂到2000加仑干储罐,通常保持在标称100 psig。还有一个压力/流量控制器,位于干储罐和集管回路之间,但是压力控制被设定为保持控制器下游的最大压力,基本上绕过它。

分配系统由一个3英寸的铸铁管集管回路组成,为工厂的所有终端用户提供空气。主总管以独立的、不调节的液滴连接隔膜泵。有12个这样的泵,用来移动洗液和其他液体。平均每2个月更换一台泵,主要是由于过度加压造成的机械故障。

使用铝制管道减少泄漏和减少停机时间

该项目通过用90毫米铝管道系统代替3英寸黑色铁头。旧的标题超过20岁,铁管随着时间的推移劣化。当最近的空气压缩机事件将油状物送入标题时,整个植物关闭了几个小时,同时从管道排出大部分油。当系统开始备份时,该工厂必须在系统中处理多余的油,被困在降解管的孔隙和粗糙表面。

选择新的管道系统(图3)是因为铝管不会随着时间的推移而腐蚀。此外,由于滑动配合连接,安装铝质管道的时间明显少于安装新的螺纹或焊接钢管系统的时间。最后,一个正确安装的铝管道系统理论上应该不会泄漏,而铁或钢管无疑会泄漏。

图3:铝管系统 - 铝管是蓝色的彩色和滑动配合连接器是黑色的。

铝管是蓝色的颜色和滑适合连接器是黑色。

优化隔膜泵,以减少需求

该公司转向了当地的压缩空气的供应商以正确的尺寸和配置的泵送系统。他们专注于提高泵的可靠性,从而降低了与更换故障泵相关的每年的维护费用。

隔膜泵通常额定最大压力输入。这是操作泵的安全压力。泵还通常具有最小输入压力,这是下部的压力,泵可能停止或停止运行以适当地操作。泵速度随压力而变化,泵流量相应地变化。因此,可以显着降低泵速度和占空比,以时间成本节省能量。

如果时间损失是可接受的,然后减压可以产生显著节省。公司决定,他们可以从100psig的降低管路压力至55磅对生产(图4)没有负面影响。

图4:隔膜泵头调节到55 psig为止。

隔膜泵头调节到55磅

流量控制器和增压器有助于降低工厂压力

现有系统的平均压力为100psig,其中包括通过处理设备约5个Psig,以及从负载/无负载控制的10-psig差异。这意味着在压缩机调节100和110 psig之间时,标题透视为95至105 psig的压力范围。来自最后一个“脏三十”(3)的5(或更多)PSIG的额外压降意味着在装载调整压缩机之前,最终用途在装载压缩机之前接收大约90psig,并且在它卸载之前约100psig。

在该设施中的最高压力的最终用途包括一组用于气动致动的控制阀电动气动定位器。当供应压力下降到低于约90磅这些定位变得不可靠。如果定位的一个低气压失败,则可能会导致生产线关闭或产生废料的产品。头压力显然是设置为提供最小90 PSIG的这些控制器。

大多数设施中的最终用途,但是,是在55至80psig的范围内调节。电动气动定位器的固有空气消耗是零CFM(4),因为它们的操作的方法是定位的致动器。只要致动器是在相同的位置,没有空气被消耗。这是一个“静流”的应用程序,这使得它的增压器一个完美的候选人的定义。A 2:1压力增压阀(5)被安装在定位器的银行,并设置为95磅的操作压力,从而确保了器件足够的供给压力。然后将植物头压力可以下降到85磅,允许5 psig的降调节至80磅的最终用途。植物压力由原始压力/流量控制器(图5)调节。

图5:压力/流量控制器调节厂压力至85 psig(底部视图与显示的罐)。

压力/流量控制器调节厂压力至85 psig

新VSD空压机提高能源利用效率

Rockline工业安装两个相同的200马力,115-psig的额定,VSD,单级,润滑剂喷射螺杆式压缩机。该公司选择这些压缩机,以便它可以操作一个压缩机通常,与第二压缩机作为100%的冗余备份。

这种新型压缩机在全工作压力下的比效率低至19.0 kW/100 cfm,在全流量和全关度下的比效率略高。它们在满载时的效率略低于旧压缩机,但由于VSD技术,它们在部分负载时的效率大大高于原始压缩机。

对旧压缩机记录数据的分析(图2)显示,超前/滞后控制方案的总体比效率约为21.8 kW/100 cfm。新压缩机的测井数据分析表明,总体比效率为19.4 kW/100 cfm。

存储和管道更改减少了占地面积和维护成本

两个湿储气罐被完全从压缩机室移走。虽然这不是一个常见的措施,但在这种情况下是有意义的。对于VSD压缩机,如果主压缩机意外离线,而备用压缩机不得不启动,增加的系统体积增加了可用的行驶时间(6),但没有能效效益。

增加的存储容量也具有大量阀门,配件和潜在的维护问题。拆下这些额外的坦克简化了压缩机室管道(图7),消除了与它们相关的压力下降。它还消除了每年检查两种额外的ASME压力容器的需求。

图6:最终压缩空气系统配置。

最终压缩空气系统配置

除去湿存储罐还创建了一个除雾器过滤空间(图6)。该10微米过滤器没有可测量的压力降,并删除从所需的除湿干燥机的上游的5微米过滤器显著负载。这种大的过滤器将通过扩展所需盒更换之间的时间减少为5微米的过滤器的维护成本。替代地,如果5微米过滤器以相同的间隔服务时,压力降会由于减小的负载减小。

图7:雾消除器过滤器和相关管道。

除雾器过滤器和相关联的管道


使用数据记录器分析结果

数据记录器也被部署,以测量能量消耗,并分析生产数据,以确定新系统的能量强度。旧系统的平均功率为168.8千瓦(图2)。新系统的平均功率为121.5千瓦(图8)。而在平均电力的此差异不是因为代表不同生产水平的实际能量的积蓄,实际节能可以更紧密地通过计算每单位产量的能量强度,或能量,对于每个周期估计。所计算的能量强度分别8.432千瓦时/ 1000 EA。旧系统和6.982千瓦时/ 1000 EA。为新的系统(图9)。

图8:用于新系统的平均功率。

录制新系统平均功率

图9:压缩空气能量强度。

压缩空气能量强度


实现了超过242,000千瓦时的年度节能,占基线压缩空气能耗的约17.2%。两个伐木期间,平均功率也减少了47.3千瓦,因此每年需求的节省可能是500至600 kW-Mo /年。

节省17%的包括压缩机,这是大约11%的能量效率的提高,以及从所述隔膜泵,其为约1.4%的压缩空气消耗的减少。改变了约17%,减少了压缩空气的使用,并通过降低年产水泵更换费用每年预计$ 4,900只。

图10:系统节能击穿

系统能量分解

通过组合由于头部压力降低和新铝管道中的摩擦减少,因此通过组合的基线系统能源使用的其他4.8%。平均成本为0.072美元/千瓦时,该项目将年度公用事业成本降低超过19,000美元。

上面详述的维修节余相当于每年节余近7 000美元。考虑到项目的所有四个阶段,包括公用事业的回扣,该公司的总现金支出刚刚超过7万美元,这产生了不到3年的简单回报。

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有关更多信息,请访问Compression AirChalrente®网站或联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司,电话:204-806-2085,邮箱:ronm@mts.net

工具书类
  1. 能源,U. D.(2003年11月)。改善压缩空气系统性能:行业源卜。华盛顿:能源效率和可再生能源。
  2. Cagi。(2012)。性能验证。从压缩空气和天然气研究所撤退2014年2月10日:http://www.cagi.org/performance-verification/data-sheets.aspx
  3. 马歇尔,罗恩。(不详)。“肮脏的三十”——发现远端的气压差
  4. BURKERT美国。(不详)。顶部连续控制。检索2014年2月10日,从www.burkert.ushttp://www.burkert.us/products_data/datasheets/DS8630-Standard-ES-ES.pdf
  5. 施,y M.-L.-P。(2010)。气动增压器的流量特性。哈尔滨工业大学学报,2013-2016。
  6. Wogsland,J。(2001)。压缩空气系统的升级改进,在钢厂(美国钢铁周一谷工程)的生产。案例研究,国家可再生能源实验室,工业技术,金的办公室。