工业效率

系统方法帮助Rockline工业改造压缩空气系统

Rockline Industries是最大的全球消费产品生产商之一,专门从事湿巾和咖啡过滤器。该公司联系了Arkansas Industrial Learinghouse后,确定了斯普林代尔的压缩空气系统,Arkansas设施是一个大量储蓄的潜在来源。信息清算机构的专家然后开始与Rockline Industries,电力效用的代表和当地压缩空气供应商合作,以对系统进行完整的评估。

下面提出的案例研究提供了“系统方法”的结果,其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,降低维护和降低压缩空气系统的运营成本,同时保持压缩空气的质量。基于节能的电力公司代表还驾驭洛芯行业。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。该团队还提供了对整体项目节省的衡量和验证。

图1:原始系统配置的原理图

原系统配置原理图

压缩空气分析系统方法的重要性

经常采用组件级方法来改善压缩空气系统,并且通常涉及非常具体,短回报和容易量化的措施(即用更有效的较高的旧压缩机更换旧压缩机)。然而,能源部和压缩空气挑战部门倡导系统方法作为分析和改善压缩空气系统的最佳实践。根据这些组织,系统方法“不仅需要解决个体组件,而且还不需要分析系统的供应和需求方面以及它们如何交互”(1)。

系统方法包括以下步骤:

  1. 建立当前状况
  2. 确定流程需求
  3. 收集基线数据
  4. 制定潜在的能源效率措施
  5. 评估财务和技术状况
  6. 实施措施
  7. 收集验证数据
  8. 继续监控和评估系统

系统方法可以更昂贵且耗时,但它有可能优化压缩空气系统的整体性能。它还提供了通过将一些措施与他人的储蓄补贴进行补贴,提供更多储蓄措施。

系统地分析压缩空气供需

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,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是载荷时耗尽,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

现有压缩空气系统的基线数据日志

配平压缩机的切入压力设置为100 psig,切断压力设置为110 psig。压缩机室有两个湿储罐,总容量为1800加仑。压缩机室内还设置了一个加热的干燥剂干燥器。干燥的空气被送入工厂的一个2000加仑的干燥储存罐,通常保持在标称的100 psig左右。在干式储罐和集箱回路之间还有一个压力/流量控制器,但压力控制器的设置是为了保持控制器下游的最大压力,基本上绕过了控制器。

分配系统由一个3英寸的铸铁管集管回路组成,它将空气供应给设备的所有终端用途。主联箱与隔膜泵连接,隔膜泵具有独立的、不调节的跌落。有12个这样的泵,用来移动洗液和其他液体。平均每2个月更换一次泵,很大程度上是由于过压导致的机械故障。

用铝管道减少泄漏并消除停机时间

该项目开始时,3英寸黑铁头更换为90毫米铝管道系统。旧的集水头已经有20多年的历史,铁管也随着时间的推移而退化。当最近的一个空压机事件将油送入集气管时,整个工厂被关闭了几个小时,同时大量的油从管道中排出。当系统重新启动时,工厂必须处理系统中多余的油,这些油被困在降解管道的孔隙和粗糙表面中。

选择新的管道系统(图3),因为铝管不会随时间腐蚀。此外,由于滑动配合连接,安装铝管道的时间明显小于安装新螺纹或焊接钢管系统的时间。最后,安装正确安装的铝管道系统应该从不泄漏,而铁或钢管无疑会。

图3:铝管道系统-铝管道是蓝色的,防滑配合连接器是黑色的。

铝管是蓝色的彩色和滑动配合连接器是黑色的。

优化隔膜泵以减少需求

该公司向当地的压缩空气供应商寻求合适的尺寸和配置泵送系统。他们专注于提高泵的可靠性,从而减少与更换故障泵相关的年度维护成本。

隔膜泵通常额定最大输入压力。这是泵安全运行时的压力。泵通常也有一个最小输入压力,低于这个压力泵可能会停转或停止正常工作。泵的转速随压力的变化而变化,泵的流量也随之变化。因此,可以显著降低泵的转速和负荷,以时间为代价节约能源。

如果时间损失是可以接受的,那么压力减少可以产生显著的节省。该公司决定将管线压力从100 psig降低到55 psig,同时不会对生产产生负面影响(图4)。

图4:隔膜泵头调节到55 psig。

隔膜泵头调节到55 psig

流量控制器和助推器有助于降低植物压力

现有系统的平均压力为100psig,其中通过处理设备的压力为5psig,负载/空载控制的压力差为10psig。这意味着当压缩机在100 - 110 psig之间进行调节时,封头的压力范围为95 - 105 psig。最后一个“脏30”(3)的额外压降为5(或更多)psig,意味着最终用户在配平压缩机加载前收到约90 psig,在卸载前收到约100 psig。

该设施的最高压力终端用途包括一套气动控制阀的电动气动定位器。当供应压力下降到约90psig以下时,这些定位器就不可靠了。如果其中一个定位器在低气压下失败,就可能导致生产线关闭或产生废品。头部压力显然被设置为为这些控制器提供至少90 psig。

然而,该设施的大多数最终用途都在55至80 psig范围内。电动气动定位器的固有空气消耗为零cfm(4),因为它们的操作方法是定位执行器。只要执行器处于相同位置,就不消耗空气。这就是“流量静态”应用程序的定义,这使它成为压力助推器的完美候选。在定位器组安装一个2:1的增压调节器(5),并设置为95 psig的工作压力,以确保设备有足够的供应压力。然后,工厂集管压力可以下降到85 psig,允许5 psig下降到末端使用调节到80 psig。工厂压力由原来的压力/流量控制器调节(图5)。

图5:压力/流量控制器调节工厂压力到85 psig(底部视图显示的罐)。

压力/流量控制器调节工厂压力到85 psig

新型VSD空气压缩机提高能源效率

Rockline Industries安装了两个相同的200-HP,115-PSIG级,VSD,单级,润滑剂注入的旋转螺杆压缩机。该公司选择了这些压缩机,因此可以正常操作一个压缩机,第二个压缩机充当100%的冗余备份。

新型压缩机的特定效率低至19.0kW / 100 CFM,在全工作压力下,全流动略高,略高。它们在满载比旧压缩机的满载效率略低,但由于VSD技术,它们在零件负载方面比原始压缩机更有效。

从旧压缩机的记录数据分析(图2)表明引线/滞后控制方案产生约21.8kW / 100 CFM的总体特定效率。来自新型压缩机的记录数据分析显示了19.4 kW / 100 CFM的总体特定效率。

存储和管道变化降低了占地面积和维护成本

将两个湿储罐完全从压缩机室移除。虽然这不是一个常见的措施,但在这种情况下它有意义。使用VSD压缩机,如果主压缩机出乎意料地脱机,备份必须启动(6),则增加的系统卷会增加乘坐时间可用时间,但没有能效益效益。

增加的存储能力还带来了大量的阀门、配件和潜在的维护问题。移除这些额外的储罐简化了压缩机房的管道(图7),消除了与它们相关的压降。它还省去了每年对另外两个ASME压力容器进行检查和认证的需要。

图6:最终压缩空气系统配置。

最后压缩空气系统配置

移除湿式储气罐还为除雾器过滤器创造了空间(图6)。这种10微米的过滤器没有可测量的压降,并从干燥剂干燥器上游的5微米过滤器上消除了大量负载。这种大型过滤器将通过延长所需滤芯更换之间的时间来降低5微米过滤器的维护成本。另外,如果5微米过滤器在相同的时间间隔内使用,压力降将由于负载的减少而降低。

图7:除雾器过滤器和相关管道。

除雾器过滤器和相关管道


使用数据记录器来分析结果

数据记录器还被用于测量能源消耗,生产数据被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)。虽然这平均功率上的差异并不代表实际的节能,因为不同的生产水平,可以更紧密地估计实际的节能计算能源强度,或者每一时期每单位生产的能量。旧系统计算的能量强度为8.432千瓦时/1000千瓦时,新系统为6.982千瓦时/1000千瓦时(图9)。

图8:新系统记录的平均功率。

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


全年节省能源超过24.2万千瓦时,约占基准压缩空气能源使用量的17.2%。在两个采伐期之间,平均电力也减少了47.3 kW,因此每年的需求节约可能在500 - 600 kW-mo/年。

这17%的节约包括压缩机的能源效率提高,约为11%,以及隔膜泵压缩空气消耗的减少,约为1.4%。这一改变使压缩空气的使用减少了17%,预计每年将减少4900美元的泵更换成本。

图10:系统能量分解

系统能量故障

基准系统的其他4.8%的能源消耗是通过降低集箱压力和减少新铝管道的摩擦而减少的人工需求而节省下来的。按平均成本0.072美元/千瓦时计算,该项目每年减少的公用事业成本仅为1.9万美元多一点。

上面详述的维护储蓄金额为近7,000美元的年度储蓄。当考虑项目的所有四个阶段,并包括公用事业退款,本公司的总现金支出仅超过70,000美元,其出现了仅少于3年的简单投资回报。

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更多信息请访问压缩空气挑战®网站或者联系Ron Marshall,Marshall压缩空气咨询,电话:204-806-2085,电子邮件:ronm@mts.net.

参考
  1. 能源,ud .(2003年11月)。改进压缩空气系统性能:工业的一本资料。华盛顿:能源效率和可再生能源。
  2. CAGI。(2012)。性能验证。2014年2月10日,压缩空气与气体研究所:http://www.cagi.org/performance-verification/data-sheets.aspx.
  3. 马歇尔,罗恩。(无日期)。“肮脏的三十” - 在远端发现潜在的差异
  4. 德国宝得美国。(无日期)。连续控制。2014年2月10日www.burkert.us.http://www.burkert.us/products_data/datasheets/DS8630-Standard-ES-ES.pdf
  5. shi,y. m.-l.-p.(2010)。气动增压稳压器的流动特性。哈尔滨工业大学学报,2013 - 2016年。
  6. Wogsland, j .(2001)。压缩空气系统的升级提高了钢厂(美国孟谷钢铁工厂)的产量。案例研究,国家可再生能源实验室,工业技术办公室,戈尔登。