工业实用效率

使用“系统方法”的国际线材调整压缩空气成本

CAC徽标

国际线材集团有限公司(IWG)总部位于纽约卡姆登,是美国最大的裸铜线和铜线产品制造商,并在欧洲扩大业务。产品包括一个广泛的铜线配置和各种电气和仪表导电特性,利用的各种各样的客户主要是在工业和能源、电子、数据通信、航空航天和国防,医疗电子产品和设备,汽车、还有消费和家电行业。

IWG文化是在持续改进之一,以及客户满意的基础,可靠性,价格,声誉,客户服务和准时交货。先进的质量保证和检测设备加上持续改进升级和对制造设备的投资确保产品始终如一地满足客户的规格和质量要求。

IWG工厂工程团队成员认识到压缩空气系统是工厂中的主要能源用户,其性能直接影响了制造过程和产品质量。团队成员,Dave Sherwood,Tom Lewis,Eric Bryant和John Hoyt代表了植物管理,生产,工程和研发的横截面。成功的关键是合作的互动精神,为评估做好准备,实验过程修改,并对专业知识和决心的挑战进行挑战,以解决项目的成功结果导致所需的障碍。

该工厂拥有六条高速生产线,用于拉制铜线和电镀铜线,以满足客户的严格要求。连续的高速电镀线通过各种液体化学处理槽,清洁,蚀刻和电镀线。在罐与罐之间,粘在金属丝上的液体必须在金属丝进入下一个化学过程之前除去。压缩空气驱动的“空气抹布”在金属丝经过空气抹布中心时,将残余液体吹掉。鉴于空压机是用电大户,空气湿巾是压缩空气大户;已经尝试减少空气湿巾的使用数量。

通过实验,发现当该过程中的几个空气擦拭物取消服务时,会出现质量控制问题。不适当地去除工艺液体,下游化学罐变得污染。超过30k美元的40万美元代替宠坏化学品,电镀质量可能会受到损害;对IWG严格的质量标准的不可接受的风险。

该地区的IWG工厂由国家电网提供,是美国东北部的主要效用。国家电网帮助组织压缩空气挑战(CAC)“压缩空气系统的基本原理”1天培训,由IWG团队成员出席。培训资金由NYSERDA(纽约国家能源研究和发展管理局)和DOE(能源部)赞助..

在压缩空气挑战赛(CAC)培训中,IWG团队学习了CAC系统方法;使压缩空气供应符合实际生产的压力和流量要求。回到工厂后,团队成员向IWG管理层解释说,解决方案不是只关注空气擦拭,而是关注整个压缩空气系统,了解压力和气流的实际生产需求。国家电网与IWG共同提供资金,对压缩空气系统进行全面评估。Data Power Services的汤姆·塔兰托(Tom Taranto);一名CAC讲师和美国能源部(DOE) AIRMaster高级讲师+合格专家,签约在IWG工厂3进行压缩空气系统评估。国家电网的代表是Ram K. Kondapi,高级技术支持工程师和Tom Higgins先生,客户经理。

IWG工厂3压缩空气系统提供所有工厂空气要求,包括气动气缸,工具和其他辅助气动设备。空气抹布是消耗大部分工厂空气的最大压缩空气需求,是压缩空气终端使用的关键应用,直接影响着线材电镀工艺和产品质量。多年来工厂的增长和物理空间的考虑导致了压缩机、支撑设备、管道和管道布局的不优化。五个空气压缩机;两级无润滑油设计,其辅助设备安装在工厂内四个不同的位置。系统性能的基线测量包括在2010年7月和8月期间测量的气流、动力和压力数据。

表1

在过去,工厂人员对各种吹除喷嘴配置进行了试验,并优化了单个空气抹布的性能。之前通过使用更少的空气湿巾来减少空气消耗的努力都没有成功。在CAC基础培训中,工厂团队学习了“人工需求”;以及如何在超过必要的空气压力下运行压缩空气终端使用应用程序,增加空气消耗,而对产品终端使用性能没有任何好处。因此,系统评估的一个技术目标是评估空气擦拭性能和不同供应压力下的压缩空气消耗。也许与其减少空气擦拭的数量,还不如通过控制空气擦拭的压力来实现节省,这样每次空气擦拭消耗的压缩空气就更少,但仍能提供令人满意的性能。

在压缩空气系统评估过程中,选择了一条生产线进行空气擦拭试验。安装了一个3”直径低压(LP)压缩空气集管,与现有的1”工厂空气压力集管平行(见图1)。安装了一个高流量精密先导操作的压力调节器,以调整低压空气擦除供应集管的空气压力。在仔细监测工艺化学储罐和产品质量的同时,进行了测试以测量空气压力与气流之间的关系。图2中的数据是空气擦拭供应压力与测量压缩空气消耗量的散点图。在40 ~ 60 psig压力范围内测量运行数据,在15 ~ 20 psig压力范围内测量非运行数据,在20 ~ 40 psig之间计算内插空气消耗。

LP空气擦拭

图1空气擦拭试验,先导操作调节器和新的低压空气擦拭头

测试结果表明,在40 psig运行空气抹布可以减少45 scfm压缩空气的需求。6条电镀线的预计空气需求减少为270立方英尺。使用美国能源部的AIRMaster+压缩空气系统软件工具进行分析,预计每年可节省624306千瓦时的能源和59309美元的成本。

空气擦拭测试结果

图2 - 空气擦拭测试结果,空气消耗-VS压力

IWG植物3压缩空气系统评估的其他关键结果是:

  • 压缩空气分配管道的尺寸小于2½"总管总管。
  • 由于多个压缩机位置和压缩机之间的管道限制,压缩机处的控制压力信号不一致。
  • 需要更换失效的空气烘干机。
  • 有一个可用于集中压缩机安装的区域,为空气供暖提供热量恢复的机会,为空间加热。
  • 空气湿巾的目标压力是40psig,选择少量空气湿巾可能需要保持在更高的压力。
  • 将一部分压缩机能力作为专用低压发电来运行,每年可额外节省88894千瓦时,每年节省8,445美元。
  • 可以以低压空气供应运行的空气湿巾超过本厂房空气需求的70%以上。

评估建议:

建议包括两个步骤的实施过程,第一阶段提供系统重新设计,作为高低压发电、传输和最终使用部门;更换干燥机。建议的系统框图如下面的图3所示。

系统设计

图3-阶段1推荐系统设计的框图

第一阶段实现:

使用现有的空气压缩机重新定位到工厂的单个区域,具有改进的通风和热回收。

  • 用适当设计的供应侧管道和主存储器改进压缩机控制,以允许现有的自动双重控制自动启动和停止过量压缩机容量。
  • 允许选择两个级润滑剂可自由压缩机以供应高压或低压。
  • 安装一个流量/压力控制,作为“溢出阀”,用于基础负载低压发电和控制低压需求部门的压力。
  • 升级处理设备以支持高压生成部门。
  • 配电系统升级包括安装一个6英寸直径的LP干线联箱。
  • 预计每年总共节省能源471 500千瓦时($ 44 800 /年)。

需要注意的是,由于没有确定最终低压目标压力(40 ~ 60 psig),因此计算出的最大节省量有60%分配给了第一阶段。

第1阶段实施的测量和验证(M&V)节省了93%的预测。M&V测量计划的目标是在2011年8月2日至15日的报告期内测量的2周基线。每年节约442,300千瓦时,每年节约成本42,000美元。

热回收:

除由于实施上述措施而节约电能外,工厂工程人员还设计并实施了从压缩机中回收余热的热预热,为工厂补充空气。每台压缩机都连接到一个绝缘管道和装有电动阻尼器的增压壁室,这些阻尼器可以使暖空气在冬季输送到工厂,在夏季输送到室外。在冬季的几个月里,压缩机的总热量回收估计约为544290 BTU/HR,从而大大节省了空间供暖。

该项目的第2阶段将包括更换老化压缩机,压缩机性能优化到新的空气需求曲线和高/低压发电系统。

第二阶段实现:

  • 使用M&V数据评估新的空气需求配置文件以优化压缩机性能选择。
  • 将一个或多个新型空气压缩机安装为LP基础负载能力。
  • 考虑一种新的HP(高压)压缩机,针对修剪容量进行了优化。

第二阶段评估结果表明,空气湿巾在40-60psig目标范围的高端运行,在58.8 psig下运行。调查显示,虽然大部分空气擦拭巾可以在目标压力范围的下端运行,但关键位置的一些空气擦拭物需要更高的58.8普遍。可以重新配置的那些空气湿巾以从HP植物空气头操作,并且LP系统目标压力可以进一步降低。

IWG工厂3阶段2评估的其他关键发现包括新的压缩空气需求曲线。图4中的压缩空析曲线直方图示出了在平均为1分钟的6秒数据间隔测量的气流数据,并使用来自400至800 SCFM的20个CFM桶的直方图绘制。数据显示总空气需求通常为600 - 720 SCFM,具有500 - 640 SCFM LP需求,指示HP需求在80到100个SCFM之间。数据验证将测量的需求总量进行比较,以提供使用Airmaster +软件计算的总(AM +)数据。Airmaster +表​​示略大的空气流量,这是预期的,因为Airmaster +计算ACFM并测量数据是SCFM。当升高的环境温度会减少测量的SCFM读数时,8月份测量了性能。

直方图

图4-IWG电厂三期二压缩空气需求直方图

图4中的流型数据是在系统被修改为将关键的空气擦除器移动到HP Plant air之前测量的,低压空气擦除器的压力从58.8 psig降低到50 psig。在进行这些改变后,对测量的气流进行抽查,得到如下图5所示的数据。正如预期的那样,低压空气需求在50 psig操作压力下有所减少,而HP空气需求略有增加,主要空气湿巾由HP工厂空气系统提供。

流程图

图5-IWG工厂3阶段2流程谱点检查数据

第2阶段评估建议:

基于图5中的需求概况;实施第二阶段包括进一步减少空气需求的措施,并改善系统的供应/需求平衡。以下行动计划解决了建议的补救措施。

  • 安装新的空压机以提供灵活性,以满足系统新的低需求配置范围,并取代现有老化低效的空压机。
  • 安装一台40 HP两级润滑油旋转螺杆压缩机,以178 CFM和50 psig运行。
  • 安装一个50 HP两级润滑油旋转螺杆压缩机,以226 CFM和50 PSIG运行。
  • 安装一台100马力变速驱动两级无润滑油旋转螺杆压缩机,在100 psig工作压力下容量为80 - 331 cfm。
  • 安装试点操作调节器(数量2),在现有的HP工厂供气管道和废物处理管道上各安装一个。每个调节阀应设置为他们所供应的每个需求部门所需的最低最佳供应压力。预计目标压力约为85 psig。

使用推荐的空气压缩机混合的正常植物操作将允许两台LP系统(50个PSIG)空气压缩机的完全负载操作,总计404 CFM输送的气流。结果,HP系统需要165 CFM和225 CFM的空气供应;80 -100 CFM HP到LP溢出流,45氟氯烃厂@ 85 PSIG,以及40至80碳水化合物的废物处理。推荐的VSD空气压缩机容量为333 CFM,将在满载能力的50%和68%之间运行。

初始控制策略是用于操作员手动启动和停止操作为基本负载容量的低压压缩机,以及新的高压VSD压缩机以修剪容量运行。总体空气需求相对恒定,并且随着六种生产线中的一个或多个生产线中的一个或多个逐渐变化。由于植物操作场景通常发生了很少的变化,并且减少的操作场景表示可能的时间的一小部分手动操作。建议在将来评估压缩机控制自动化的考虑因素。

第二阶段节能和节约成本预测:

预计优化供应/需求余额的新型空气压缩机的安装将导致238,900千瓦时的能量减少,每年额外的22,700美元。该工厂目前正在购买和安装设备以完成第2阶段实施。

概括:

压缩空气挑战培训为设计和管理工业压缩空气系统的系统方法提供了根本的理解。在减少能源使用和提高系统可靠性时,仅努力改善系统的单个组件(空气湿巾)的努力。但是,在应用CAC系统方法时,了解生产的压缩空气需求和设计和优化系统,以支持这些要求导致节能,降低成本和改善的系统可靠性。

引用IWG工厂3经理Eric Bryant;“经过一些需要压缩机的初始问题,系统的可靠性次数为几个月。”2阶段更换老化压缩机刚刚开始安装和调试。

作者简介:

Tom Taranto是L2 CAC认证的教练。他是一个独立的压缩空气系统专业,拥有30多年的经验,为工业客户,公用事业和能源机构提供服务。他是数据电力服务的所有者,LLC。他拥有丰富的设计和应用流体动力系统液压和气动。Tom的作品涉及压缩空气系统设计,空气压缩机应用和相关压缩空气系统部件的性能。他在全世界开展压缩空气系统评估,设备测试和压缩空气系统欧宝体育是真的吗培训。有关汤姆的更多信息可以找到CAC的网站.联系汤姆塔兰托。

Ram K. Kondapi是一名高级工程师,具有广泛的工业经验,并在纽约州锡拉丘兹国家电网办事处采用商业和工业能源效率集团。在此职位,他协助国家电网的野外人员和商业/工业客户在南部纽约和新英格兰地区进行了评估和实施能源效率项目。RAM是一家设施工程师(AFE)认证植物工程师(CPE)的协会。他拥有伊利诺伊州伊利诺伊州理工学院的印度和哈拉大学机械工程学士学位,是伊利诺伊州理工学院的工业工程与运营研究硕士学位。国家网格是一个CAC赞助商。联系Ram Kondapi。

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