工业实用效率

有效地控制喷砂压缩空气系统的巨大流动变化

Sandblasting的高流量“按需”控制拯救了传统控制的能量

介绍

大多数工业系统,比如压缩空气,基本上都有随机需求如果你看一下系统的长期生命周期。数百,甚至数千个独立的或大或小的子系统需要恒定或变化的流程。这些需求通常不定时或彼此不同步,因此它们在一定范围内聚合为一个相当随机的流配置文件。当生产过程改变时,这个范围会发生显著变化。当然,一个2周的审核可能会显示一些可以预测需求a(“生产”)和需求B(“非生产”)或日间类型的模式,但它们会随着工厂适应新的生产系统和删除旧的系统而变化。如果需求永远是那个概要文件,一个经验较少的审计人员可能会试图确定一组压缩器,它可以完美地工作于那个概要文件,但不能用于替代。

因此,典型的工业压缩空气系统应设计用于全系列流量,加上生长,在一个恒定的压力下,可能的所有流动变化和范围,不仅仅是在一个2周审计中看到的流量范围和变化。这通常导致某种类型的多路复用系统,通常具有类似的尺寸和类型压缩机,其由自动化系统旋转和分页。在包括VFD或离心式压缩机的情况下,存在特殊的设计标准(参见之前的“螺杆压缩机控制间隙”,“离心式压缩机控制间隙”和“VFD和主控制”)上的先前ABP制品。

在一些一般的压缩空气系统中,一个主要的过程“冲击”系统,创造一个2倍或更多的正常峰值,特殊的设计标准将使上述系统不理想。它可以在材料加工公司中运输空气,在微电子fab系统中测试空气,或在大型金属制造中喷砂。在大型喷砂系统的情况下,峰值可以远远超过非喷砂需求的10倍。在这篇文章中,我将讨论一个峰值为34:1的真实系统,以及如何在VFD压缩机的“最佳实践”之外节约70%的能源。市场上没有一个VFD压缩机可以达到这个流量范围!这些大型喷砂系统需要不同类型的系统设计。

系统描述

在沉重的制造业务中,为结构创造了大型焊接,因此它们只能通过驳船运输,因此它们位于港口设施。这些巨大的制造商店为永久结构构建或修理大船或结构焊接。在这个例子中,最终产品是超过100英尺长的桥梁结构30英尺长的重量超过10吨。在焊接之前,大块需要喷砂。有时他们也会被爆炸。设计和安装的工人内部工作的巨大的喷砂区域,并设计并安装了专用的喷砂“锅”。为了以较效的方式鼓出更大的表面积,用于这些类型的系统的喷嘴通常非常大,有时是大于0.50“的直径。我们在本文中看到的系统有四个大喷嘴。在审计时,测试每次约500 scfm的空气流量需求的0.625“喷嘴。这些是库存中最大的。 See Figures 1. At the time of the photo, small sandblasting was occurring, using a much smaller pot and nozzles.

喷砂锅

图1.喷砂锅

由于大罐设计为4个500 scfm喷嘴,2000 scfm峰值,一个2900scfm压缩空气系统与之匹配。该系统为小需求提供一般空气,如维护和除尘器。该系统具有最有效的压缩机,两级油润滑螺杆与变频器。然而,它是为高峰时间设计的,而不是非高峰时间。当地供应商提供的最大的设备额定功率为1450 scfm,因此安装了两个设备,一个带变频器,另一个固定速度。它们被连接到一个3250 scfm循环冷冻干燥器和除雾器。参见图4中的系统关系图。

在附近的一个轻型制造建筑,安装了一个50马力的负载-卸载压缩机和干燥机。压缩机负载很轻。设备概要见表1,系统图见图2。

压缩空气供应设备

表1。设备库存。点击放大

现有的系统设计

图2。现有的系统图

数据收集与分析

在审计之初,不清楚大型喷砂是否会经常发生。当时,大型制造项目的生产订单较少。然而,这个小罐子大部分时间都在使用。由于初步措施是使用一个随需应变的控制系统,其中有一个较小的压缩机大部分时间运行,而且附近已经有一个较小的系统可以集成,所以我们同时监控两个系统。进行了以下数据收集和测试:

数据采集,8秒采样率:

  • AC1(VFD)电源
  • AC1 (VFD)进口压力
  • AC2(固定速度)电流
  • AC2(定速)进口压力
  • 喷砂系统压力
  • 50马力
  • 50 HP系统压力

一次性测试:

  • RAN固定速度单元AC2首先在“手”(入口调制)中。这给出了稳定的流量度量(在调制中)。
  • RAN VFD,AC1,如果需求足够高,以便在速度范围内保持它。
  • 一次打开一个大喷嘴,同时进行数据记录。

趋势数据显示,大罐仅在两周内使用四次,共计1.8小时,或者只有1.1%的时间!小锅仅使用14小时,只有8.4%的时间。该系统在49.5小时/周内加压,29.5%的时间。大型VFD压缩机以最小的速度和装载运行。虽然大型压缩机在其PEED范围内相当有效,但它不在低端,平均需要32 kW,以供应42 SCFM大多数泄漏。如果主要压缩机不是VFD,那么这负载将会更糟糕,大约200kW。趋势数据还表明,泄漏的大喷嘴,并没有自动取消加压。有关摘要,请参见图3至4。“T2”是大型喷砂系统的名称。

通用制造系统的负载也很轻,没有大的峰值。然而,它的压缩机空载功率要低得多,只有7千瓦。“B48”是通用制造系统建筑的名称。

现有系统性能如下:

  • 平均总流量:66 SCFM
  • 峰值总流量:2290 scfm
  • 小时/年:5296
  • 平均压力:喷砂131 psig,一般空气103 psig
  • 总平均功率:37kw
  • 效率:1.79 scfm/kW (55.9 kW/100 scfm)
  • 能源使用量:196668千瓦时/年

流程图

图3。流,2周。Cick放大

流量和压力曲线图

图4.流量和压力,峰值流测试。点击放大

推荐的改进

无论如何,大型压缩机必须在非高峰时期以某种方式关闭。这看起来很简单,但其实不然。运营商不允许随意启动和停止这样一个大型系统。它必须为其他需要服务,而且操作通常没有任何启动和停止压缩机的权限。这个系统必须是自动的和可靠的。

传统的控制系统在需求增加时增加压缩机,在需求减少时取消压缩机,即使T2和B48集成在一起,也不能很好地与这些大型压缩机工作。小压气机可以放在位置1,但小峰值时大压气机经常“颠簸”,启停太频繁。它需要的是一个“按需”自动化系统,实现以下功能:

  • 使用非常可靠的峰值需求指示。这是最好用喷嘴上的安全电气开关完成,而不是流动或压力。这些电气开关是较大喷嘴系统的一部分,右在喷嘴的手柄上。当第一自动喷嘴开关压下时,大型喷砂已经开始。在打开最后一个后,它表示大型喷砂结束。
  • 当没有峰值发生时,通过自动阀门将恒载降至最低
  • 无峰值时运行小压缩机加卸载
  • 当峰值发生时,仅运行较大的压缩机(或压缩机)。并在正确的模式下运行它们,VFD在所有负载中修剪。

这是一个自定义控制系统。据我们所知,没有压缩空气OEM或Automation Company提供标准的喷砂按需控制。然而,这可能是一种系统设计,可以适应许多不同的喷砂系统配置。这就是为什么我们认为这篇文章是必要的。

本项目实现上述功能的具体要素如下(见图5):

  • 在B48和T2系统之间安装2“管道。
  • 在不使用时,安装阀门以降低系统部件的压力,隔离泄漏的喷砂软管:
    • 为B48安装一个压力调节阀,设置为100 psig
    • 为T2集尘器安装压力调节器,设置为100psig
    • 对于大型罐管,安装四个可靠的常闭电磁阀,每个大喷嘴安装一个。
    • 为小罐压缩空气供应安装一个电磁阀
  • 升级125psig的B48压缩机如下:
    • 购买新的电机:60马力1800转/分ODP 3/60/460V 364TSC (c -法兰)框架
  • B48、T2压缩机升级远程控制,升级步骤如下:
    • VFD的远程设定点。
    • 远程加载和启动。
  • 安装自定义自动化系统,如下所示:
    • T2压缩机机房有显示的行业标准PLC。
    • 在B48&T2安装远程I-O,带继承的负载和启动。
    • 在T2(高压)内安装压力变送器。
    • 适用于所有三个压缩机的本地调制到130 psig
    • 将大型喷砂喷嘴电气开关通过继电器连接到自动化系统,这样操作员就知道每个喷嘴何时在使用。第一个关闭的系统将进入“大喷砂”模式,最后一个打开,计时器过期后,系统将回到“非峰值”模式。
    • 为小罐空气安装1小时定时启动按钮。
    • 线材大小喷砂罐电磁阀到PLC。
    • 喷砂软管不使用时,自动关闭电磁阀隔离喷砂软管。
    • 级压机根据系统是否处于“大喷砂”或“非峰值”模式而有所不同。
    • 在所有模式和转换中调优和委托系统。

推荐系统

图5。推荐的改进系统图。点击放大

节约能源

改进后的系统性能如下:

  • 平均总流量:12 SCFM
  • 峰值总流量:2290 scfm
  • 小时/年:4505
  • 平均压力:喷砂和一般空气128 psig(在调节器之前)
  • 总平均功率:12kw
  • 效率:4.37 SCFM / KW(22.9千瓦/ 100 SCFM)
  • 能源使用量:23365千瓦时/年
  • 节省:173303千瓦时/年

节省85% !在这个系统中,总能源成本约为9200美元/年。他们只支付0.047美元/千瓦时(华盛顿,大型工业)。但上述项目不需要新的压缩机,可节省约85%的能源,7800美元/年,加上约5000美元的维护,共计12820美元/年。如果一切顺利,项目成本可能高达75000美元。有了激励措施,回报率降低到3年左右。但是记住这个系统已经有了VFD压缩机,只运作每年2500小时。对于现在没有VFD驱动的其他系统,操作较长,并且具有更高的能源成本,即使没有激励,回报也可能低于2年。

结论

为了优化高峰喷砂系统,需要一个在两种不同模式之间切换的“按需”系统。通过在非高峰时段运行低空载功率的小型压缩机和只有在喷砂时才运行的最佳大型压缩机,可以显著节省成本。如果目前使用大型VFD压缩机,该系统将节省大量能源,减少运行时间,降低维护和运行压缩机在其更可靠的范围。

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