工业效率

制药公司部署基于流量的系统来控制离心式和螺杆式空气压缩机

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?

离心和旋转螺杆压缩机如何协同工作?

这正是我在最近的一个压缩空气项目中遇到的情况。我帮助客户解决了这个问题,通过“基于流量的控制”,他们每年节省了超过40万美元的电费。

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所示。典型的一周压缩空气流动剖面

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,它们几乎所有时间都必须运行两个3,000个HP单位。预期的峰值总是至少为20,000 scfm,他们认为他们不能同时运行Centac和Atlas离心机。Centacs具有本地控制调整问题,不允许它们加载。在安装VFDS后,运营商尚不清楚该怎么办。预期峰值高于25,500 SCFM约一半。如果这个问题可以令人满意地回答这个问题,则可以节省约1000息的平均值,电力超过400,000美元/年!

表1.空气压缩机库存

表1

如果你是锅炉操作员,现在负责启动空气压缩机,安装了新的vfd,你会如何运行压缩机?你只有一次机会来做决定,并且需要让他们一整天都保持这种模式。您的决定需要基于您能够可靠运行的压缩机的峰值预期流量和大小,以及能够以稳定的方式一起运行的一组压缩机。

由于预期的峰值流量很少在20,000和25,000 scfm之间,这是运行vfd的最佳位置,您将在大多数时间运行两个Atlas离心机,而您的新vfd将闲置。你的储蓄几乎为零。这是没有主控制的唯一选择。

如果您的工程师或供应商认为您应该购买“序列机”,请不要相信它们。请参阅我的2011年压缩欧宝娱乐的网址空气最佳实践®压缩机主控器的杂志文章控制术语和功能,airbestpractics.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,通常将最后一台压缩机作为“配平”运行,无论是负载-卸载还是VFD。你不能通过这两台离心式空气压缩机来节省任何能源,因为它们已经在这方面做得最好了。第二个单元放出1000马力的空气。你不能像定序器那样让Centacs进进出出,加载卸载,因为压力差异会太高。你不能只把vfd放在一边,因为它们不够大,不足以改变预期一天内的需求差异,而且在大多数情况下,vfd的范围也不符合其最佳位置(20,000至25,500 scfm)的狭窄窗口。

部署压缩空气流量的主控件

如果你能修理Centacs让它们能正常工作,并控制所有7台空气压缩机使最佳装置能在任何流量范围内运行呢?有时以一种方式运行一组,有时以另一种方式运行另一组,这取决于压缩空气的总流量。这就是所谓的“基于流的控制”。

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,由于客户和供应商认为流程和压缩机存在风险,我们不被允许自动启动和停止3000马力的阿特拉斯离心机。实际上,它们可能是自动控制的。我们能够修复和调整Centacs使其能够在所需的压力下完全加载,并远程启动和加载。然而,我们无法远程控制他们的压力。这将需要新的进口导叶(IGV)和排污阀(BOV)控制器、新的变送器和本地plc,这比我们的客户希望在这些老压缩机上花费更多。

我们让客户安装了一个智能主控制系统,该系统名为PL4000,通过编程可以控制从零流量到最大流量的每一个可能的流量范围内不同组的基础和微调压缩机。参见图2。该系统完成了零吹除调试。预期的性能假设了一些失败,所以这超出了预期!表2显示了我们是如何做到的。


图2.基于流量的控制系统

图2.

表2.基于流量的控制策略

表2

这是怎么做的?

在简化的形式中,我们仅仅必须具有Centacs和VFD压缩机的自动控制,可靠的流量度量,流量范围和压缩机表,以及从一个表转移到另一个表的实际算法。转移压缩机必须发生而不会变化超过编程的操作范围。如果压力下降到地板(差异下降到目标压力下方),则活跃的策略转移了一个。如果流量下降到较低阈值以下,则策略向下移动。

1。安装了五个压缩机的控制和监控接口

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。问题是:

  • Centacs没有电子控制的IGV和BOV,因此无法远程控制它们的设定点。
  • HR10只被远程监控,没有被控制。

因此,我们只能自动控制五个,两个Centacs和三个VFD。我们不得不依靠运营商来选择正确的HR10来运行。通常是一个。

接下来,我们不得不调整Centac本地IGV和BOV的界面,以便加载并开始到旧的Centacs。这需要一些维护,测试称为“浪涌测试”和轻微的电气修改。我们将Centacs调整为完全加载到大约35 psig(主设置点约为31 psig)而不浪涌,然后有线启动和负载继承到控件。

对于新的VFD压缩机,我们必须获取Modbus Gateway工作,允许PL4000与压缩机交谈,并为VFD控制提供一个设定点,下面的起点,并且一个停止点。

2。开发了可靠的流量指标

首先,我们计划使用两个流量计,一个用于HR10和一个用于中心的流量计,并根据电机速度计算VFD的容量。然后加起来。流量计令人难以置疑,不可靠,是湿压缩空气中的热质量型。并且涡旋脱落类型没有压力和温度补偿,所以我们必须去计划B,计算流量,如下:

  • VFD压缩机:对每个压缩机的电机速度反馈,并计算为%Speed X全负载ACFM,如果加载,则计算容量。
  • Centacs:获得电机电流(通过电流变送器)和BOV阀门操作人员压力(通过压力变送器),并根据估计的满载能力和阀门开启率计算容量。
  • HR10离心机:通过网络连接,我们得到了PLC的IGV,BOV,电机电流和压力反馈。
  • 我们把所有压缩机的流量加起来得到总流量,然后用数学方法将其平滑,使信号“反反弹”。

该度量率先从流量计变得更可靠,因为测量传感器更简单并且不太可能失败,并且计算不依赖于环境条件。

3.我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.测试所有策略转变

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

这个项目真的开始了 - 它真的运行。这不是“潜在的节省”的“学习”,我们实际上让系统一直在一个3,000 HP压缩机运行,并且客户信任自动化系统以运行其他“小”的最佳组合空气压缩机。基线和改进的系统性能如表3和4所示。节省超过5,500,000千瓦时/年!这是一个巨大的压缩空气储蓄项目。并且控件的总成本小于小VFD空气压缩机中的一个成本,现在现在可以正常在混合中正确运行。

表3。基线系统性能

表3

表4.优化的系统性能

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的文章,请访问airbestpractices.com/technology/compressor-controls。