工业效用效率

当金属磨削负荷增加时,避免资金和维护成本

前几篇专栏文章的主题是直接节能。我们以一种简单的方式介绍了计算和节能,并且只研究了与电力和压缩空气减少相关的直接节能。

我们没有指出的是,一个应用和实现良好的操作系统必然会带来额外的和伴随的节省。这些额外的好处包括避免资本成本,降低维护成本,安全改进,提高生产力和产品质量。

您可能还记得2018年10月出版的《压缩空气最佳实践®杂志》上的一篇文章,题为,欧宝娱乐的网址“系统压力控制的重要性。”这篇文章的重点是中西部的一家制造工厂,该工厂生产了大量定制的高端性能旅行和赛车。这篇文章介绍了相同的制造设备,以及如何改进其压缩空气系统,特别是在研磨过程中,使工厂使用相同的压缩空气系统,而工厂生产增加了30%,以满足其产品的需求。

当前压缩空气系统概述

电厂当前的压缩空气系统运行如下:

  • 总平均生产压缩空气流量:1500 hp或1243输入kW
  • 年度运营能源总成本:411085美元
  • 年总运营生产小时数:6240

由于压缩空气压力不稳定,电厂人员在其工艺研磨机性能方面一直存在问题。这造成了产品质量方面的潜在问题。没有适当的压力,研磨机不能正常工作。此外,电厂工作人员希望在提议增产30%之前解决这些问题,并建议将集管压力从当前98 psig的工作压力提高到125 psig。这背后的想法是,如果从集管到研磨机过程的压力下降到63 psig,那么提高到过程的压力将给研磨机足够的压力,使其能够在更高的峰值生产时间内工作。

图1

图1所示。目前磨削过程

如图1所示,工厂的集管系统在研磨过程中设置为98 psig。然而,当工艺运行时,研磨机的实际入口压力从98 psig降至63 psig。集管压力没有下降,但工艺压力显著下降。

金属表面磨削:一项关键功能

表面磨削可能是最常见的工业磨削应用。该工艺用于通过去除表面杂质,对金属或非金属材料进行抛光和平滑处理,以获得抛光和无缝外观。

在自行车制造企业,由于高端高价自行车主要用于赛车,而不是休闲活动,所以打磨尤为重要。传递给磨床的压力对磨床操作员实现所需的外观和操作质量有重大影响。

在工厂,自行车车架被带到每个打磨站,在那里,经验丰富的操作员使用研磨机打磨车架表面,以清除车架组装处的焊缝。每个操作员的任务是为每个车架的铝合金表面制作无缝、统一的外观。框架令人满意地光滑后,将其送至粉末涂层区域,然后进行组装。每台研磨机的额定功率约为0.3 hp,每道工序使用约33 cfm。

初步建议:购买一台新的300马力空气压缩机!

由外部来源提出的初步解决方案建议该厂考虑购买和安装一台新的300马力空气压缩机。有人认为,新的空气压缩机不仅可以覆盖30%的产量增长,还可以在研磨过程中提供有效运行所需的125 psig,从而缓解低压问题。

虽然新的压缩机肯定有助于提高产量,但它将增加资金使用,加上能源和维护成本。添加新的压缩空气供应组件,例如,一个300马力的空气压缩机,空气处理新设备和新管道的主要分布头,不仅包括重要的资本费用成本和安装新设备,但也增加压力和总千瓦的系统。

审计发现磨削由3/8“空气软管管道提供

考虑到涉及的巨大成本,电厂聘请了第三方对压缩空气系统进行审计,并协助确定最佳行动方案。在审查所有供需侧设备后,审计团队与电厂操作员一起发现,研磨过程由一条3/8英寸的空气软管从4英寸的管道集管供应。

这表明通往工艺空气的管线只能在98 psig的压力下通过有限数量的压缩空气,因此当工艺无法获得足够的空气时,系统集管无法再供应。

审计团队和工厂工作人员最终确定研磨过程所需的正确压力约为75 psig,并进行了拟议的修改。建议每个研磨机流程添加一个80加仑的小型压缩空气储存容器、压力调节器,并将流程重新连接到1英寸的管道上,以代替3/8英寸的软管。

虽然设备供应商的评估非常彻底,并且肯定解决了所有主要的工厂问题,但它遗漏的是查看整个系统中的所有关键绩效指标(KPI)。有时,更大的项目往往被推到最前面,并首先解决——通常,在某些情况下,查看较小但同样重要的指标,如微小的管道变化和压力调节,可以节省更大且总体更昂贵的资本和可变成本。

表1对此进行了说明,其中显示了一些非常有趣的相关计算,包括该系统中工厂提供的KPI数据。

现行制度

建议的系统方案#1

(产量增加30%)

*拟议制度

选项2

(产量增加30%)

最大流量生产

新300 hp压缩机、新干燥器、管道改造和增加的集管压力

压力调节器,增加工艺储存和管道改造

系统总马力和输入功率(kW)

1500马力/1243千瓦

1800马力/ 1492千瓦

1400马力/1160千瓦

当前与拟定年度电能成本(0.053美元/千瓦时)

411085美元

$493,434

$383,635

年营业时间

6,240

6,240

6,240

年产量

956

1242年

1242年

当前与拟议的资本设备成本

$250,000

$650,000

$250,000

*本表中使用的数字由工厂员工提供。这些数据和计算是专有的,并且特定于应用程序。

以下是概述选项的资本和可变费用明细:

选择1

选择2

总资本费用(设备+安装)

$650,000

$250,000

五年维护费用:

$200,000

$100,000

估计费用总额:

$850,000

$350,000

检查选项

如表1所示,选项1将为电厂提供1800马力和1492输入kW的压缩空气。这将花费工厂65万美元的实施和额外的20万美元的维护费用在5年期间,并将覆盖生产的增加。与基准相比,这一选择将使电厂每年增加82,349美元的电力成本。

相比之下,方案2将为工厂提供生产增加所需的空气。该方案的实施将花费工厂25万美元,并在5年期间额外支付10万美元的维护费用。该方案将年成本从基准的27,450美元/年降低。选择2也将减少标题压力从98 psig到85 psig,并节省100 hp或83千瓦。该工厂也将能够调节空气在每个磨床过程到75 psig,并增加五个额外的磨床基座/机架。

压缩空气系统金属制造和加工最佳实践–网络研讨会记录

下载幻灯片并观看免费网络广播的录制安迪·波普林主持要了解:

  • 在具有重要金属制造和机械加工操作的大型工厂学到的经验教训
  • 优化零件冷却和干燥应用
  • 改进的气动回路和机柜冷却器
  • 改进的涡流真空泵系统
  • 实施空气管理系统
  • 消除了所有进口调节
  • 将控制方案重新配置为基本/微调

带我去网络研讨会

满足增加的生产目标

在了解可用选项和相关成本后,电厂继续进行选项2中所述的压缩空气系统升级。它包括对每个研磨站的以下修改:

  • 拆卸3/8英寸供气软管。
  • 增加了从集管到各站的1英寸压缩空气供应管道。
  • 增加有效的压缩空气存储,并在每个站安装一个80加仑的存储容器和压力调节器。

推荐解决方案的实施使工厂能够实现其目标,包括在使用当前压缩空气供应的同时,产量增加30%。它还允许工厂增加五个研磨站/底座。此外,整个系统使用现有的空气压缩机在1400 hp的条件下运行。

图2

图2。修正磨削工艺

图2说明了压缩空气系统审计确定并由电厂人员实施的每个研磨站的修正。这是一个“妙计”更多的生产与减少空气需求500立方英尺,或100马力以下!它不需要新的空气压缩机!

实施方案2后,电厂的年度电力成本总额为383635美元,而不是拟议方案1的493434美元,这意味着每年可避免109799美元的成本,每年可减少27450美元的运行能耗

最后的想法

必须注意的是,应始终考虑其他可回收压缩空气成本,例如空气系统维护、水成本和设备生命周期。通常,这些设备的电力成本占“可变压缩空气成本”的50-75%。生产率、维护成本和产品质量通常占已确定电力成本的30%以上。

对于该工厂,在考虑可变成本比较时,方案2将始终处于领先地位。在现实世界中,所有成本,无论是固定成本还是可变成本,都需要准确报告。制定一个清晰的生命周期成本计划比本文描述的要复杂得多,但它展示了这个故事的寓意:始终遵循线索直到最终结论,并查看所有变量。

有关更多信息,请联系Hank van Ormer,电子邮件:hank@airpowerusainc.com或致电740-862-4112。

阅读更多最终用途系统评估文章,请访问airbestpractices.com/system-assessments/end-uses.