工业效率

使用基线测量来改善压缩空气供应性能

基准测量包括流量、功率、压力、产量和其他影响压缩空气使用的相关变量。这些数据对趋势平均值进行评估,以制定关键性能指标(KPI)和能源性能指标(EnPI)参数,并建立基准年业绩。本文的重点是应用、评价和基线测量的分析,以提供必要的信息,以提高压缩空气供应效率。

根据压缩空气系统训练的压缩空气挑战®基本面,基调涉及测量,以便有效地确定压缩空气系统在满足负荷方面的有效性。

根据ASME EA-4-2010§1.3.2。,对压缩空气系统评估的给定生产输出水平的系统能效需要两个重要措施:

  • 用于产生所消耗的压缩空气总量的主要能量资源总量。
  • 对于给定水平的生产输出消耗的压缩空气的总量。

基线压缩空气系统涉及测量,以建立压缩空气系统的目前是如何运行的。在实施改变以提高性能和能源效率之前建立基本年度表现。后实施基准,通常称为评估,测量和验证(EM&V),评估这些变化的有效性。

减少能量减少三大机会

能源消耗和系统性能的优化包括三个基本机会:

  1. 提高压缩空气供应效率。
  2. 消除不可恢复的压力损失,减少空气压缩机排出压力。
  3. 通过消除废物减少压缩空气消耗。

对于三个机会领域中的每一个,适当的ENPI或KPI可用于量化操作参数并识别储蓄机会。

供应/需求平衡绩效指标

以下性能指标是与压缩空气供应效率相关的性能的常见措施。

  • 通过改进的控制策略和供应/需求平衡,提高供应副作用效率。
    • KPI Q(FL)= SCFM - 全运行空气压缩机满负载能力的气流。
    • KPI Q(AVG)= SCFM - 交付到系统的平均气流速率。
    • KPI Q(峰值)= SCFM - 峰值气流速率输送到系统。
    • ENPI SP = KW / 100 SCFM特定电源。
    • ENPI案例= SCF / KWH样本指数压缩空气供应效率。

评估以下操作条件的KPI表明了改善供应/需求平衡以实现节能的潜在机会:

  • 空压机满负荷运行能力Q(fl)大于平均用气量Q(avg)。
  • 运行空气压缩机Q(FL)的全负荷能力大于峰值空气需求Q(峰值)。
  • 运行空气压缩机Q(FL)的全承载能力如此之大,多个空气压缩机在零件负载容量下运行,使得一个或多个空气压缩机可以关闭,而保持运行的装置可以提供系统空气需求Q(SYS)仍然低于满载能力Q(FL)。

数据挖掘每小时平均操作简档

数据挖掘和绩效指标审查可以提供洞察力和调查改进控制策略的机会的起点。基线数据测量的流量,功率和压力应以频繁的数据间隔测量。

为了允许系统事件的动态分析,通常使用1至10秒的空气压缩机控制响应间隔。KPI和ENPI的计算为基线测量的平均值。例如,图1中所示的性能数据表示使用100毫秒采样率和六秒数据间隔测量的基线数据的每小时平均性能。

每日操作简介 -  KPI和ENPI分析

图1:每日操作型材 - KPI和ENPI分析。点击在这里扩大。

通过观察系统的压缩空气供应效率在于凌晨4:00,特定功率ENPI SP = 19.1 kW / 100 SCFM和ENPI案例是314.8的SCF / KWH。相比之下,5:00 PM enpi SP为30.0 kW / 100 SCFM,ENPI案例为200.3 SCF / KWH。这是在4:00 AM和5:00之间的系统供应效率下降36%。有什么不同吗?研究表明,平均空气压缩机排出压力增加了14.7 psi。比较KPI的Q(FL)和Q(AVG)显示供应/需求平衡[Q(FL)减号Q(AVG)]效率较低时略大。只有257个SCFM差异;1,212 SCFM额外产能在下午4:00和下午5:00运行1,469 SCFM。

进一步调查动态性能将显示在更有效的时间内,有四个空气压缩机运行。四个单位中的三个单位是接近100%的容量。第四空气压缩机在65%至85%之间的全部容量。在较少有效的时间内,三个空气压缩机正在运行。一台空气压缩机连续运行卸载和消耗46千瓦的电力,同时向系统提供压缩空气。应该停止这种空气压缩机。

数据挖掘日常操作型材以提高年度业绩

许多压缩空气系统评估将基线数据期作为年度18luck首页平均值显示为“典型运行期”之间产生的概况差异。此外,能效措施的分析通常适用于平均年度业务的平均改善,而不考虑正常性能变化。

重要的是,性能分析是足够粒度的,以便适当地模拟实际系统操作。性能的变化和能效措施(EEMS)的结果不是比例的。例如,在高于平均总功率的数据中为488.2千瓦时,平均特定功率为24.3kW / 100 CFM。中午特定功率等于24.3千瓦/ 100厘米的平均值,而总功率为579.2千瓦时,大于平均值。另一方面,当平均总功率为486.8千瓦时,凌晨5点,接近平均值488.2千瓦时;平均特定功率为21.9千瓦/ 100厘米,远低于24.3千瓦/ 100cfm的平均值。功率性能特征 - 空气压缩机容量控制的流量 - 不是线性的。因此,有效结果是必要的性能分析的粒度。

而且,不太可能任何生产设施的每天操作都是一年中每天都重复的。年化KPI和EnPI性能参数如图1所示。年基准年结果的运营概况统计显示为每天24小时,每周7天,每年52周。该系统的实际基准年性能可能与所描述的结果有显著不同。

识别典型的运行期

为了提高基本年eNPI结果的准确性,可以使用流量和电源的日常概况来识别典型的运行期。当比较如图2所示的日常操作简档图表时,已经确定了三个典型的操作周期:

  1. 生产No.1的每小时平均功率略低(kW);特别是在晚上的时间。
  2. 通过比较的2号典型运行期略高。
  3. 星期五 - 周六 - 周日典型的运行期,都具有类似的每小时平均功率(kW)。
每日运营型材
    图2:显示的是每日运行型材,具有三个典型的运行期。

    通过分配每个典型运行期的年度总运行时间来预测年化性能。例如,使用图2中确定的典型作业周期,并假设每年作业50周(350天),周五-周六-周日的典型作业周期将被分配为150天。然后,如果1号生产预计比2号生产的典型运行周期多20%;1号生产分配110天,2号生产分配90天。

    数据挖掘和典型运行期结合增加的数据分析粒度粒度提高了基本年性能年度预测的准确性。当使用相同的粒度和基本年分析的典型运行期进行评估时,能量和成本节省投影比仅在不考虑实际操作条件的情况下使用时更现实可靠。

    “尺寸”空气压缩机选择的数据挖掘

    图2所示的系统最大空气需求量为1400 acfm。建议设计的是3台150马力(hp)的空气压缩机,每台750 scfm的容量为100 psig(最大110 psig)。全流量)和装载/卸载控制,用于基本负载/trim/和储备能力。这是一个合理的大小选择吗?750 cfm是最佳供需平衡的空压机尺寸吗?系统所需的气流的正常范围是多少?空气需求量是多少,运行时间的哪一部分?数据挖掘基线流量数据,并使用直方图进行分析,可以让我们了解不同空气需求下压缩空气需求和运行时间的正常变化。

    什么是直方图图表?直方图是用于对数字进行分类并确定每个数字出现的次数的条形图。作为一个例子,让我们滚动骰子。从999骰子开始,掷骰子,看看数量为1或2的频率,它是3或4的频率以及5或6的频率。直方图从标有三个箱“1 - 2”的三个箱开始- 4,“和”5 - 6“和滚动每个骰子后,我们将把它放在垃圾箱中,以便滚动的数字。如果我们这样做999次,每个垃圾箱应该有333个骰子。直方图图表将简单地是三个条形,一个表示每个箱子和每个杆的高度将等于333,箱中的骰子的数量。

    考虑一个系统,每6秒测量一次基线流量数据,持续13天(187,200个流量测量数据点)。间隔6秒的数据将捕获动态性能,包括气流的快速增加和减少。对于直方图分析,我们想要一个更平均的流量,因为将由空气压缩机提供。因此,第一步是计算六秒数据的一分钟平均值,结果如图3所示为18,720个平均流量读数(注意:也可以计算滚动或移动的一分钟平均值)。在直方图中,垃圾箱以100 cfm为单位分配,最高为1400 scfm。我们是否期望在每个100 cfm的容器中有相同数量的流量测量,就像骰子一样?当然不是,气流并不像骰子设计的那样是随机的。

    图3中所示的直方图排序18,720流读数显示最低流量在300和400 scfm之间(仅13个读数,0.1%较低),并且最高的流量读数是300个数据点(1.6%)在1,300和1,400之间的SCFM之间。

    图3.

    图3:所示是基线气流测量的直方图。点击在这里扩大。

    以下三个空气压缩机尺寸选择中的哪一个是“正确尺寸”?

    1. 我们的三个750 SCFM,150惠力空气压缩机,带有基准/装饰/预留选择的三个750 SCFM,从压缩空气流量基准数据的直方图中获得了哪些洞察力?该性能为100 PSIG(110 psig最大)和129.9千瓦封装电源的性能为750 SCFM。
    • 在35.0%的运行时间内,气流在400 - 600 scfm范围内。使用750 scfm空压机,在35%的时间内,空气需求量为满载能力的53%至80%。
    • 32%的操作时间内,空气流量在700 ~ 900 scfm范围内。当一台750 scfm空压机的容量不足时,第二台750 scfm空压机将启动并在满载能力的0 - 20%之间运行。
    1. 作为替代方案,可以考虑使用3台125马力空气压缩机,以100 psig(最大110 psig)提供620 scfm。全流量)和107.4 kW满载(FL)包功率。
    • 在35.0%的运行时间内,气流在400 - 600 scfm范围内。使用620 SCFM空压机,空气需求量为35%的全部负载能力的65%至97%。
    • 32%的操作时间内,空气流量在700 ~ 900 scfm范围内。当单620 SCFM空气压缩机不够容量时,第二个620 SCFM装饰空气压缩机将启动和操作在满载能力的13至45%之间。
    • 两台620 scfm空气压缩机将为系统提供93.5%的运行小时。剩下的6.5%的时间将需要所有三个空压机。如果储备容量需要满足100%的运行时间,则需要额外的空压机容量。
    1. 最后考虑到未来的空气需求增加,所提出的操作是两个,200 HP空气压缩机,其中第三种机器为储备容量。该性能为100psig(110 psig max。全流量)和170.8 kW封装电源。

    用表1中绘制的结果计算了三种系统中的每一个的能量使用。对于直方图图表能量使用,可以在中位空气需求下计算。对于400 - 500的SCFM,使用450 SCFM的空气需求。能量计算基于使用负载/卸载容量控制,假设每CFM的调整空气压缩机尺寸的三加仑存储体积。右侧柱子由每CFM的5加仑计算,其与具有三个200 HP空气压缩机的系统所需的相同的体积(3,100加仑)。

    空气压缩机QTY X容量和惠普

    存储卷

    3 x 620 SCFM 125 HP

    1,860(3 Gal。/ CFM)

    3 x 750 scfm 150 hp

    2,250(3加仑/立方英尺)

    3 x 1030 SCFM 200 HP

    3,090(3 Gal。/ CFM)

    3 x 620 SCFM 125 HP

    3,100(5加仑/立方英尺)

    年度能源使用

    1,328,000千瓦时/年。

    1,409,000千瓦时/年。

    1,420,000千瓦时/年。

    1,302,000千瓦时/年。

    年度成本(0.10美元/千瓦时)

    $ 132,800 /年

    $ 14900 /年

    $ 142,000 /年

    $ 130,200 /年

    表1:图表是各种空气压缩机尺寸的年能使用和成本的比较。

    通过分析系统气流直方图,使用Insight获得了通过使用150 HP空气压缩机的系统节省125-HP空压机系统每年节省8,1​​00美元。通常根据一些未知的“扩展”和“空气需求增加”来选择较大的空气压缩机。该系统运营200-HP空气压缩机将每年9,200美元用于电力比125-HP系统更多。在五年内,右上尺寸可节省40,000至46,000美元。将来,如果实际需要额外的空气压缩机容量,节能几乎可以支付新的空气压缩机。

    数据挖掘 - 有价值的信息和洞察力

    如本文所述,压缩空气系统基线性能测量:

    • 确定了控制策略改进,以关闭长时间卸载的空气压缩机。
    • 通过识别典型的运行期,提供了改进的基年性能ENPI。
    • 给出了“合适尺寸”的空压机选择与最有效的供需平衡的信息。

    数据挖掘压缩空气系统基线性能测量可以解锁大量的基线数据,以提供有价值的信息和在其他压缩空气系统设计,性能和效率方面的迷人洞察。动态性能分析可以识别空气储存机会。压力分布数据可以识别可抵抗的压力损失和减少空气压缩机工作压力的机会。可以识别和评估压缩空气废物,特别是人工需求的损失。

    有关更多信息,请联系Tom Taranto,数据电力服务,电话:315-635-1895,电子邮件:tom@datapowerservices.com.

    阅读更多系统评估文章请访问https://www.airbestpractics.com/system-assessments.