工业实用效率

药物部署基于流动的系统,以控制离心和螺杆空气压缩机

介绍

如果您刚刚收购了一家运送公司,该公司过去负责运送大型设备,而现在您正在对其进行重新装备,以运送随机组合的大小包裹,那会怎么样呢?你继承了两辆相当现代的18轮(4000立方英尺)和两辆古老的26英尺(1500立方英尺)家具卡车。老男孩们并不总是开始,他们需要大量的TLC才能继续奔跑。新款跑起来很漂亮,但对于超过4000立方英尺的大多数货物来说,尺寸太大了。没有咨询你,你的新采购经理就花了一大笔钱买了两辆新的22英尺(500立方英尺)混合动力货车。现在,你的调度员必须把装载量和卡车匹配起来,他要弄明白这一点快疯了。在混合动力汽车被购买之前,你的调度员运行了两辆新的大型汽车,一辆满载,另一辆带走剩余的,大部分时间都是空的,让旧的汽车在紧急情况下待命。你的燃油费是天文数字,但很简单。大卡车每加仑油能跑4英里,每加仑油能跑6英里。现在你有了这些小型的新卡车,你挠头想,“我如何以最低的成本管理整个车队,同时还能满足需求?”新卡车很棒,但是太小了! What if my demand changes daily, and varies from 3,000 cf to 9,000 cf?

一个人如何获得离心和旋转螺杆压缩机一起工作?

这正是我在最近的压缩空气项目中的情况。我帮助客户解决了这个问题,并通过“基于流量的控制”,每年省电超过400,000美元。

一个大型制药公司需要巨大的流量30 psig空气曝气多个发酵过程,创造食品级材料。流量可能从12,000 scfm到35,000 scfm不等。有各种各样的批处理过程,大多独立运行。每天下午都要为第二天的预期气流制定一小时一小时的时间表。在此基础上,锅炉操作人员运行的空压机可以处理一整天的负荷范围。图1为一周的实际预测数据。实际上,峰值流量可能比预期的要高。这些流量是由每小时预计流量的总和计算出来的,并且预期的峰值并不总是同时发生。如果峰值是并发的,那么总数可以更高。相反,总最小值可能更小。

图1.典型的一周压缩空气流程配置文件

图1

现场可用的空压机,包括新建空压机见表1。就在我参与之前,他们买了三台小型(350马力)单级变频压缩机。它们加在一起的体积略大于一台老式Centac的一半,不到一台3000马力的阿特拉斯·科普柯(Atlas Copco)离心机的30%。在VFD压缩机安装之前,所有的压缩机都处于本地控制,手动运行以满足每24小时的预期需求。3000hp的大型机组具有良好的比例控制,可以在很小的压力变化下从满流量运行到最小流量。然而,1250马力的机组并不受锅炉操作人员的信任。尽管它们的曲线表明,当它们与大型设备同时运行时,它们应该能够提供至少35 psig,但运营商认为它们并没有提高产能。他们不确定自己的情绪是高涨还是消散,但有一个问题给他们带来了不确定性。

在安装vfd之前,他们几乎需要一直运行两台3000马力的机组。预期的峰值总是至少2万scfm,他们不认为他们可以同时运行Centac和Atlas离心。Centacs有局部控制调整问题不允许他们装载。vfd安装后,操作人员不清楚该怎么办。预计峰值约有一半的时间高于25,500 scfm。如果这个问题能够令人满意地回答,平均节省大约1000马力是可能的,超过40万美元/年的电力!

表1。空气压缩机的库存

表格1

如果您现在是锅炉运营商,请立即启动空气压缩机,随着新的VFD安装,您将如何运行压缩机?你得到一个拍摄来决定,并需要整天留在那种模式。您的决定需要基于您可以可靠地运行的高峰期预期的流量和压缩机的尺寸,以及可以以稳定的方式一起运行的压缩机集。

由于预期的峰值流量很少在20,000到25,000个SCFM峰之间,因此运行VFDS的甜蜜点,您大部分时间都会运行两个地图集离心机,您的新vfds将闲置。你的储蓄几乎是零。这是没有主控制的唯一选择。

如果你的工程师或供应商认为你应该买一个“排序器”,不要相信他们。参见我的2011压缩空气欧宝娱乐的网址最佳实践®杂志文章压缩机主控制术语和功能,airbestpractices.com/system-assessments/compressor-controls/compressor-sequencer-problems-and-solutions

定序器通常是为类似尺寸的旋转螺杆空气压缩机设计的,并且通常将最后一个压缩机运行为“修剪”,负载卸载或VFD。通过用两个大型离心式空气压缩机这样做,您无法挽救任何能量,因为他们已经在那样做了最好的工作。第二个单位吹掉1000马力的空气。您无法进出Centacs,如序列器等加载 - 卸载,因为压力差异将太高。You can’t put the VFDs only in trim, because they aren’t big enough to swing the demand variances that are anticipated in a given day, and the range won’t match to the narrow window that is their sweet spot (20,000 to 25,500 scfm) most of the time.

部署基于压缩空气流量的主控制

如果您可以修复Centac,以便它们可以正常运行,并且主控制所有七个空气压缩机,以便最佳集合将在任何流量范围内运行?有时以某种方式运行一个设置,有时以另一种方式运行另一个设置,具体取决于总压缩空气流量?这被称为“基于流量的控制”。

例如,在运输卡车的比喻,如果你可以自动部署18轮和修剪有时混合动力车,或运行一个老卡车满载和修剪在顶部18轮?有很多组合需要考虑。你还需要一个物流系统,可以快速地实时确定使用哪些卡车。

在我们的项目中,由于客户和供应商对流程和压缩机风险的风险的看法,我们不得自动启动和停止3,000惠普地图集离心。实际上,他们本可以自动控制。我们能够修复和调整Centac,以便他们能够在所需压力下完全载荷,远程启动和负载。然而,我们无法远程控制压力。这将需要新的入口导向叶片(IGV)和吹除阀(BOV)控制器,新的发射器和本地PLC,这比我们的客户想要花在这些旧的压缩机上。

我们的客户安装了一个名为PL4000的TTED的智能主控制系统,编程为在每个可能的流量范围内控制不同的基础和装饰压缩机,从零流量到最大值。请参见图2.系统由零吹扫扣除。预计表现假设一些令人禁止,所以这是超出期望!表2显示了我们如何做到。


图2。基于流的控制系统

图2

表2。基于流的控制策略

表2

这是怎么做到的?

在简化的形式中,我们只需要对Centacs和VFD压缩机进行自动控制,一个可靠的流量度量,一个流量范围和压缩机的表,以及一个从一个表转移到另一个表的可靠算法。调整压缩机时,压力变化必须不超过程序设定的操作范围。如果压力下降到一个底部(低于目标压力的差值),主动策略将上升一个。如果流低于更低的阈值,策略将向下移动1。

1.安装控制和监控接口为五台压缩机

理想情况下,我们希望能够控制所有压缩机的设定点、启动/停止和加载-卸载。的问题是:

  • Centacs没有电子控制的IGV和BOV,所以他们的设定值不能被远程控制。
  • 只有远程监测HR10,不受控制。

所以我们只能自动控制五个,两个Centacs和三个vfd。我们不得不依赖操作员来选择正确的HR10的数量来每天运行。通常这是一个。

接下来,我们必须调整Centac本地IGV和BOV以及电线接口,以加载并开始使用旧的Centacs。这需要一些维护,测试称为“浪涌测试”和小的电气修改。我们将Centacs调整到完全负载约35 psig(主设定点约31 psig),没有振荡,然后将启动和负载继电器连接到控制。

对于新的VFD压缩机,我们必须让Modbus网关工作,允许PL4000与压缩机对话,并给他们一个VFD控制的设定值,一个低于设定值的起点,一个高于设定值的停止点。

2.开发了一个可靠的流量度量

起初,我们计划使用两个流量计,一个用于HR10,一个用于Centacs,并根据电机转速计算vfd的容量。然后把它们加起来。湿压缩空气中的热质量流量计是一种麻烦且不可靠的流量计。而涡脱落类型没有压力和温度补偿,所以我们不得不采用B计划,即计算流量,如下:

  • 变频压缩机:得到每台压缩机的电机转速反馈,如果有负载,计算容量为%转速x满负荷acfm。
  • Centacs:通过电机电流(通过电流发射器)和BOV阀门操作员压力(通过压力变送器),并从估计的满载能力和阀门%打开计算的容量。
  • HR10离心机:通过网络连接,我们从PLC获得IGV、BOV、电机电流和压力反馈。
  • 我们总结了所有压缩机的流量以获得总流量,并在数学上平滑它以“去反弹”信号。

这种测量方法比流量计更可靠,因为测量传感器更简单,失败的可能性更小,而且计算不依赖于环境条件。

实现了一个坚实的算法

表1是委托算法。我们不需要尝试太多的选择。测试中需要的主要问题是压力设置。在不涉及太多技术细节的情况下,微调压缩机的设置点必须多次调整才能在所有流量范围内工作。有时,VFD压缩机将压力控制为“trim”,而离心机全部是基础负载。其他时候,HR10压缩机控制压力为“平衡”,vfd关闭。压力范围不能重叠。

4.测试了所有的战略转变

这是测试中最重要的部分,如果做得不对,也会给过程带来最大的风险。因此,离线测试是必不可少的。另一篇文章将对此进行描述。简而言之,该战略up-shift点(低压触发)需要调整不太低,创建一个流程问题,需要调整和战略转变流点不允许一个压力峰值,也要创建一个“死区”问题在升档立即发生。我们通过离线测试复制了每一个战略转变,然后调整系统。然后,我们观察实时系统中发生的变化,并做了少量额外的调优。这花了几天时间,在“上线”之前,我们发现并纠正了许多问题。因此,现场测试非常顺利和平淡无奇。

结论

这个项目真的启动了——它真的运行起来了。这不是一个“潜在的节约”的“研究”,如果……我们实际上一直让一个3000马力的压缩机关闭运行系统,客户相信自动化系统运行其他“小型”空压机的最佳组合。表3和表4显示了系统性能的基线和改进。节省超过550万千瓦/年!这是一个巨大的压缩空气节约项目。控制的总成本比一个小型VFD空气压缩机的成本要低,现在它可以在混合中正常运行。

表3.基线系统性能

表3

表4。优化系统性能

表4

欲了解更多信息,请联系Tim Dugan,电话:(503)520-0700,电子邮件:tim.dugan@comp-eng.com.

阅读更多空压机控制技术文章,请访问airbestpractics.com/technology/compressor-controls。