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该设计为流量的全范围,加上增长,所有流量变化和范围可能,在一个恒定的压力,而不仅仅是流量范围和变化在一个2周的审计。这通常导致某种类型的多路系统,通常具有类似大小和类型的压缩机,由自动化系统旋转和分级。在VFD或离心压缩机包括的情况下,存在特殊的设计标准(见以前的ABP文章“螺杆压缩机控制间隙”,“离心压缩机控制间隙”和“VFD和主控制”)。

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

在重型制造业务中,大型焊接件是为只能通过驳船运输的大型结构创建的,因此它们位于港口设施。这些巨大的制造车间建造或修理大型船只或永久性结构的焊接结构。在这个例子中,最终的产品是一个超过100英尺长,30英尺长,重量超过10吨的桥梁结构。焊接前,大的工件需要喷砂。有时之后也会被炸。建造了工人工作的巨大喷砂区域,设计并安装了专用喷砂“罐”。为了以高效的方式喷射出更大的表面积,这类系统使用的喷嘴通常很大,有时直径超过0.50英寸。我们在这篇文章中看到的系统有四个大喷嘴。在审核时,测试了每个空气流量要求约为500 scfm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所示。喷砂锅

由于大锅设计了四个500 SCFM喷嘴,因此2,000 SCFM峰值,2,900个SCFM压缩空气系统与其匹配。同样的系统提供了一般空气,用于小需求,如维护和集尘器。该系统具有最佳效率压缩机,2级油润滑螺钉,VFD。但是,它被设计用于峰值,而不是非高峰时间。来自当地供应商的最大可用单元被评为1450 SCFM,因此安装了两个单元,一个带VFD和其他固定速度。它们被遏制到3,250个SCFM循环冷藏干燥器和雾化液。有关系统图,请参见图4。

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

现有系统设计

图2.现有系统图

数据收集和分析

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:

2周数据收集,8秒采样率:

  • AC1 (VFD)的权力
  • AC1(VFD)入口压力
  • AC2(固定速度)电流
  • AC2(定速)进口压力
  • 喷砂系统压力
  • 50惠力电力
  • 50 HP系统压力

一次性测试:

  • 首先在“手上”运行固定速度单元AC2(进气调节)。这给出了一个稳定的流量度量(以调制方式)。
  • 运行VFD, AC1,如果需求足够高,以保持它的速度范围。
  • 一次打开一个大喷嘴,而Datalogging。

趋势数据显示,大锅在两周内只用了4次,总共1.8小时,也就是1.1%的时间!小锅只用了14个小时,只有8.4%的时间。系统加压49.5小时/周,占时间的29.5%。一台大型变频压缩机以最小速度和负载运行。虽然大型压缩机在其转速范围内效率相当高,但它并非处于低端,平均需要32kw来提供42 scfm的大部分泄漏。如果主压缩机不是VFD,情况会更糟,在那个负载下大约200千瓦。趋势数据还显示,大喷嘴泄漏,并不是自动减压的。参见图3到图4中的摘要。“T2”是大型喷砂系统的名称。

一般制造系统也非常轻松地装载,没有大峰。其压缩机的压缩机较低,只有7 kW,只有7 kW。“B48”是综合制造系统建设的名称。

现有的系统性能如下:

  • 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和通用空气的103 psig
  • 总平均功率:37kw
  • 效率:1.79 SCFM / KW(55.9 kW / 100 SCFM)
  • 能源用途:196,668千瓦时/年

流程图

图3。流,2周。Cick扩大

流量和压力图

图4。流量和压力,峰值流量测试。点击放大

建议改进

不知何故,在非高峰期间必须在某种程度上关闭大型压缩机。这似乎很简单,但它不是。操作员不会被允许随机启动并停止这样的大型系统。它必须满足其他需求,并且无论如何,运营通常都没有权限启动和停止压缩机。该系统必须自动可靠。

传统的控制系统随附压缩机随着需求增加和消除它们,因为它的减少不适用于这些尺寸的压缩机,即使T2和B48集成在一起。小型压缩机可以放在位置1,但是,大型压缩机最终会以小峰值“碰撞”,并且经常起动和停止。所需要的是一个“按需”自动化系统,可实现以下功能:

  • 使用一个非常可靠的峰值需求指标。最好使用喷嘴上的安全电气开关,而不是流量或压力开关。这些电子开关是更大喷嘴系统的一部分,就在喷嘴的手柄上。当第一个自动喷砂开关压下时,大喷砂就开始了。最后一个喷砂口打开后,表明大喷砂已经结束。
  • 当未发生峰值时,通过自动阀门最大限度地减少死载荷
  • 无峰值时运行小压缩机加卸载
  • 当峰值出现时,只运行较大的压缩机(或多个压缩机)。在正确的模式下运行它们,VFD在所有负载下都保持平衡。

这是一个定制的控制系统。据我们所知,没有哪家压缩空气OEM或自动化公司提供这样的标准喷砂按需控制。然而,这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。

该项目的具体元素将完成上述功能如下(见图5):

  • 在B48和T2系统之间安装一个2英寸的管道。
  • 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100 psig
    • 为大型罐线安装四个可靠的常闭电电磁阀,每个大喷嘴一个。
    • 为小罐压缩空气供应安装一个电磁阀
  • 升级B48压缩机125 psig,如下所示:
    • 购买新电机:60 HP 1800 RPM ODP 3/60 / 460V 364TSC(C-法兰)框架
  • 升级B48和T2压缩机用于遥控器,如下所示:
    • VFD的远程设定点。
    • 远程加载并启动。
  • 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和T2安装远程I-O,带有负载和启动继电器。
    • 在T2(高压)中安装压力变送器。
    • 调整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。
    • 安装1-HR定时开始按钮,用于小罐空气。
    • 将小型和大型喷砂锅电磁阀到PLC。
    • 在不使用自动关闭电磁阀时,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。
    • 调整和委托所有模式和转换中的系统。

推荐系统

图5.建议改进的系统图。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 kW/100 scfm)
  • 能源用途:23,365千瓦时/年
  • 节省:173303千瓦时/年

储蓄是85%!在该系统中,总能源成本约为9,200美元/年。他们只支付了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以节省约85%的能源,7,800美元/年,维护大约5,000美元,总计为12,820美元/年。项目成本可能高达75,000美元,这一切都是正确的。凭借激励措施,回报减少到大约3年。但请记住这个系统已经有了VFD压缩机,且仅操作每年2,500小时。对于其他非vfd驱动、运行时间更长、能源成本更高的系统,即使没有激励措施,回报率也可能低于2年。

结论

需要在两种不同模式之间切换的“按需”系统来优化高峰喷砂系统。通过在非高峰时段和最佳大型压缩机期间操作具有低载荷功率的小型压缩机,仅当发生喷砂时,可以获得显着的节省。如果目前正在使用大型VFD压缩机,则该系统将节省大量的能量,减少运行时间,降低维护并在其更可靠的范围内操作压缩机。

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