工业实用效率

系统方法有助于Rockline Industries改造压缩空气系统

作者:Andrew Chase Harding，体育博士，CEM, Darin Nutter，体育博士，机械工程系，阿肯色大学

Rockline Industries是全球最大的消费品生产商之一，专门生产湿巾和咖啡过滤器。在确定阿肯色州斯普林代尔工厂的压缩空气系统是一个潜在的节约资源后，该公司联系了阿肯色州工业能源交易所。然后，Clearinghouse的专家开始与Rockline Industries、电力公司的代表和当地的压缩空气供应商合作，对该系统进行全面评估。

下面提出的案例研究提供了“系统方法”的结果，该结果评估了系统的供需侧面，以开发最具成本效益的解决方案，用于为制造工艺提供高质量的压缩空气（1）。该项目的主要目标是提高可靠性，降低维护和减少压缩空气系统的运营成本，同时保持压缩空气的质量。电力公用事业代表还基于节能的电力公司的驾驶速度。总的来说，该项目包括管道改造，设备升级，压力控制变化和压缩机改造。该团队还提供了整体项目储蓄的测量和验证。

图1:原始系统配置的原理图

原始系统配置的原理图

压缩空气分析的系统方法的重要性

组件级方法通常用于改进压缩空气系统，它通常涉及非常具体、短期回报和容易量化的措施(例如，用更高效的压缩机替换旧的压缩机)。然而，美国能源部和压缩空气挑战赛提倡将系统方法作为分析和改进压缩空气系统的最佳实践。根据这些组织，系统方法“不仅需要处理单个组件，而且还需要分析系统的供给和需求两方面以及它们如何相互作用”(1)。

系统方法包括以下步骤：

  1. 建立当前条件
  2. 确定过程的需要
  3. 收集基线数据
  4. 制定潜在的能效措施
  5. 评估财务和技术条件
  6. 实施措施
  7. 收集验证数据
  8. 继续监控和评估系统

系统方法可能更昂贵和耗时，但它有潜力优化压缩空气系统的整体性能。它还提供了实施更多节约措施的机会，用其他措施节省的资金补贴某些措施。

压缩空气供需系统分析

该设施的现有压缩机是相同的150-HP，单级，负载/卸载旋转螺杆压缩机。这些压缩机的具体效率在满载（2）时CAGI为18.7kW / 100 CFM，并且每个压缩机都能够产生678丙烯。数据记录器收集的基线能量使用表明，其中一个压缩机在几乎满负载下耗尽，而装饰压缩机装入并卸载以控制系统压力（图2）。

图2：现有压缩空气系统的基线数据日志

基线数据记录现有压缩空气系统

修剪压缩机的切割压力设定为100psig，切断压力设定为110 psig。压缩机室含有两个湿储罐，总容量为1800加仑。加热的干燥剂干燥器也位于压缩机室中。干燥空气被送入工厂到2000加仑干储罐，通常保持在标称100 psig。还有一个压力/流量控制器，位于干储罐和集管回路之间，但是压力控制被设定为保持控制器下游的最大压力，基本上绕过它。

分配系统由一个3英寸的铸铁管集管回路组成，为工厂的所有终端用户提供空气。主总管以独立的、不调节的液滴连接隔膜泵。有12个这样的泵，用来移动洗液和其他液体。平均每2个月更换一台泵，主要是由于过度加压造成的机械故障。

使用铝制管道减少泄漏和减少停机时间

该项目通过用90毫米铝管道系统代替3英寸黑色铁头。旧的标题超过20岁，铁管随着时间的推移劣化。当最近的空气压缩机事件将油状物送入标题时，整个植物关闭了几个小时，同时从管道排出大部分油。当系统开始备份时，该工厂必须在系统中处理多余的油，被困在降解管的孔隙和粗糙表面。

选择新的管道系统(图3)是因为铝管不会随着时间的推移而腐蚀。此外，由于滑动配合连接，安装铝质管道的时间明显少于安装新的螺纹或焊接钢管系统的时间。最后，一个正确安装的铝管道系统理论上应该不会泄漏，而铁或钢管无疑会泄漏。

图3：铝管系统 - 铝管是蓝色的彩色和滑动配合连接器是黑色的。

铝管是蓝色的颜色和滑适合连接器是黑色。

优化隔膜泵，以减少需求

该公司求助于当地的压缩空气供应商，以便对泵送系统进行适当的尺寸和配置。他们专注于提高泵的可靠性，从而降低与更换故障泵相关的年度维护成本。

隔膜泵通常额定最大压力输入。这是操作泵的安全压力。泵还通常具有最小输入压力，这是下部的压力，泵可能停止或停止运行以适当地操作。泵速度随压力而变化，泵流量相应地变化。因此，可以显着降低泵速度和占空比，以时间成本节省能量。

如果时间惩罚是可以接受的，那么减压可以产生显著的节约。该公司决定，他们可以将管线压力从100 psig降至55 psig，而不会对生产造成负面影响（图4）。

图4：隔膜泵集管调节至55 psig。

隔膜泵集管调节至55 psig

流量控制器和增压器有助于减少植物压力

现有系统的平均压力为100psig，其中包括通过处理设备约5个Psig，以及从负载/无负载控制的10-psig差异。这意味着在压缩机调节100和110 psig之间时，标题透视为95至105 psig的压力范围。来自最后一个“脏三十”（3）的5（或更多）PSIG的额外压降意味着在装载调整压缩机之前，最终用途在装载压缩机之前接收大约90psig，并且在它卸载之前约100psig。

该设施的最高压力最终用途包括一套用于气动控制阀的电动气动定位器。当供应压力降至约90 psig以下时，这些定位器变得不可靠。如果其中一个定位器在低气压下发生故障，则可能导致生产线关闭或产生废品。显然，集管压力设置为向这些控制器提供至少90 psig的压力。

然而，该设施的大多数最终用途均在55至80 psig的范围内进行调节。电动气动定位器的固有空气消耗为零cfm（4），因为其操作方法是定位致动器。只要执行器处于相同位置，就不会消耗空气。这是“流体静态”应用的定义，使其成为增压器的完美候选。在定位器组上安装了一个2:1的增压调节器（5），并将其设置为95 psig的工作压力，以确保装置有足够的供应压力。然后，电厂集管压力可降至85 psig，允许5-psig的压力降至80 psig的最终用途。设备压力由原始压力/流量控制器调节（图5）。

图5：压力/流量控制器调节厂压力至85 psig（底部视图与显示的罐）。

压力/流量控制器调节厂压力至85 psig

新型VSD空气压缩机提高能效

Rockline Industries安装了两台相同的200 hp、115 psig额定值、VSD、单级、注入润滑剂的旋转螺杆压缩机。该公司选择了这些压缩机，以便能够正常运行一台压缩机，第二台压缩机作为100%冗余备份。

这种新型压缩机在全工作压力下的比效率低至19.0 kW/100 cfm，在全流量和全关度下的比效率略高。它们在满载时的效率略低于旧压缩机，但由于VSD技术，它们在部分负载时的效率大大高于原始压缩机。

对旧压缩机记录数据的分析(图2)显示，超前/滞后控制方案的总体比效率约为21.8 kW/100 cfm。新压缩机的测井数据分析表明，总体比效率为19.4 kW/100 cfm。

存储和管道变化降低了足迹和维护成本

两个湿储气罐被完全从压缩机室移走。虽然这不是一个常见的措施，但在这种情况下是有意义的。对于VSD压缩机，如果主压缩机意外离线，而备用压缩机不得不启动，增加的系统体积增加了可用的行驶时间(6)，但没有能效效益。

增加的存储容量也具有大量阀门，配件和潜在的维护问题。拆下这些额外的坦克简化了压缩机室管道（图7），消除了与它们相关的压力下降。它还消除了每年检查两种额外的ASME压力容器的需求。

图6：最终压缩空气系统配置。

最终压缩空气系统配置

移除湿储槽也为除雾器过滤器创造了空间（图6）。该10微米过滤器没有可测量的压降，可从干燥剂干燥器上游所需的5微米过滤器上移除大量负载。这种大型过滤器将延长所需滤芯更换之间的时间，从而降低5微米过滤器的维护成本。或者，如果以相同的间隔维修5微米过滤器，则由于负载减少，压降将减小。

图7：雾消除器过滤器和相关管道。

除雾器过滤器和相关管道


使用数据记录器分析结果

还部署了数据记录器来测量能源消耗，并对生产数据进行分析，以确定新系统的能源强度。旧系统的平均功率为168.8千瓦（图2）。新系统的平均功率为121.5千瓦（图8）。由于不同的生产水平，平均功率的差异不能代表实际的节能，但可以通过计算每个时期的能源强度或每单位生产的能源来更精确地估计实际的节能。计算的能量强度为8.432 kWh/1000 ea。对于旧系统和6.982 kWh/1000 ea。对于新系统（图9）。

图8：用于新系统的平均功率。

新系统记录的平均功率

图9:压缩空气能量强度。

压缩空气能量强度


实现了超过242,000千瓦时的年度节能，占基线压缩空气能耗的约17.2％。两个伐木期间，平均功率也减少了47.3千瓦，因此每年需求的节省可能是500至600 kW-Mo /年。

17%的节约包括压缩机的能源效率提高（约11%），以及隔膜泵压缩空气消耗的减少（约1.4%）。这一变化将压缩空气的使用量减少了约17%，并将每年的泵更换成本降低了预计的4900美元。

图10：系统能量分解

系统能量分解

通过组合由于头部压力降低和新铝管道中的摩擦减少，因此通过组合的基线系统能源使用的其他4.8％。平均成本为0.072美元/千瓦时，该项目将年度公用事业成本降低超过19,000美元。

上面详述的维修节余相当于每年节余近7 000美元。考虑到项目的所有四个阶段，包括公用事业的回扣，该公司的总现金支出刚刚超过7万美元，这产生了不到3年的简单回报。

阅读更多文章18luck首页， 请拜访//www.epcgrp.com/system-assessments。

有关更多信息，请访问Compression AirChalrente®网站或联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，邮箱:ronm@mts.net。

参考
  1. 能源，U. D.（2003年11月）。改善压缩空气系统性能：行业源卜。华盛顿：能源效率和可再生能源。
  2. Cagi。（2012）。性能验证。从压缩空气和天然气研究所撤退2014年2月10日：http://www.cagi.org/performance-verification/data-sheets.aspx
  3. 马歇尔，罗恩。（注）。“肮脏的三十” - 在远端发现潜在的差异。
  4. 美国伯克特（n.d.）。顶部连续控制。2014年2月10日检索自www.burkert.us：http://www.burkert.us/products_data/datasheets/DS8630-Standard-ES-ES.pdf
  5. 施,y M.-L.-P。(2010)。气动增压器的流量特性。哈尔滨工业大学学报，2013-2016。
  6. 沃格斯兰，J.（2001）。压缩空气系统升级提高了一家钢厂（美国Mon Valley钢铁厂）的产量。案例研究，国家可再生能源实验室，工业技术办公室，Golden。