Оптимизация системы сжатого воздуха мебельной фабрики

Нами было проведено обследование, расчет, разработан и реализован проект оптимизации системы сжатого воздуха мебельной фабрики. В настоящее время общее устройство многих действующих систем сжатого воздуха не отвечает существующим условиям работы предприятия. Поэтапное добавление к системе новых компрессоров и потребителей сжатого воздуха без параллельного пересмотра исходного устройства системы в целом часто приводит к тому, что системы работают в условиях, далеких от оптимума.

Одной из важнейших характеристик системы сжатого воздуха является давление, конкретная величина которого определяется рядом требований, зависящих от применения сжатого воздуха. Как правило, эта величина представляет собой компромисс между доводами в пользу низкого давления (более высокая энергоэффективность) и высокого давления (возможность использования меньших и более дешевых устройств). В большинстве случаев потребители используют давление 6 бар (м), однако требования к давлению могут достигать 13 бар (м). Часто давление системы выбирается исходя из максимального давления, необходимого потребителям.

Важно иметь в виду, что слишком низкое давление может привести к нарушению работы некоторых устройств, тогда как слишком высокое давление не вызывает негативных эффектов такого рода, но приводит к снижению эффективности (КПД) системы. Во многих случаях система функционирует при давлении 8 или 10 бар (м), однако при этом большая часть воздуха, подаваемого потребителям, дросселируется до уровня 6 бар (м).

Прогрессивной практикой является выбор давления в системе, удовлетворяющего требованиям потребителей 95% всего воздуха, и установка небольших устройств, повышающих давление, для остальных потребителей. Компания-оператор может попытаться устранить (заменить) устройства, требующие давления выше 6 бар (м), или установить две системы – одну с давлением 6,5 бар (м) и другую, рассчитанную на более высокое давление.

Еще одной важной характеристикой системы является объем резервуаров для хранения сжатого воздуха. Поскольку в большинстве случаев потребителями сжатого воздуха является множество устройств, лишь немногие из которых работают постоянно, потребность в сжатом воздухе подвержена значительным колебаниям. Достаточный объем резервуаров позволяет сглаживать колебания требований к производительности системы и удовлетворять краткосрочные пики спроса.

Сглаживание колебаний потребностей создает условия для более равномерной эксплуатации компрессоров меньшей мощности, что позволяет сократить время простоев и общее потребление электроэнергии. В системе может быть установлено несколько резервуаров. Продуктивным может быть и размещение резервуаров вблизи устройств, отличающихся краткосрочным интенсивным потреблением сжатого воздуха, что позволяет удовлетворять пиковые потребности и эксплуатировать систему при меньшем давлении.

Третьим фундаментальным вопросом, который должен быть решен при проектировании системы, является выбор диаметра трубопроводов и мест расположения компрессоров. Любые затруднения или препятствия для движения воздуха, так же, как и необходимость преодолевать длинные участки труб, приведет к падению давления. Как правило, в распределительных системах наибольшее падение давления имеет место у конечных устройств, где часто встречаются элементы недостаточного размера, включая рукава, трубы, соединения, фильтры, регуляторы и маслораспылители. Снижению фрикционных потерь может способствовать, в частности, использование сварных трубопроводов.

В некоторых случаях потребление сжатого воздуха на каком-либо участке предприятия постепенно растет по мере развития производства, в результате чего диаметр соответствующего ответвления оказывается недостаточным для возросшего расхода воздуха, что приводит к падению давления. Иногда некоторые устройства, потреблявшие сжатый воздух, выводятся из эксплуатации. В этом случае необходимо отключить максимальный участок трубопровода, ведущий к этому оборудованию, который можно перекрыть, не нанося ущерба действующим потребителям.

В системе, спроектированной надлежащим образом, падение давления между компрессором и конечным потребителем составляет менее 10% давления на выходе компрессора. Это может быть достигнуто при помощи: регулярного мониторинга падения давления, выбора осушителей, фильтров, шлангов и соединений, характеризующихся низким падением давления при проектных условиях, сокращения пути, проходимого воздухом в распределительной системе, а также пересчета необходимого диаметра трубопроводов в случае увеличения потребления сжатого воздуха.

Часто в категории «общее устройство системы» учитывается и то, как организовано использование воздуха на уровне конечного потребителя. В некоторых случаях такое использование может быть неэффективным – так, воздух может сначала сжиматься до избыточного давления, а потом расширяться, чтобы довести его давление до необходимого. Однако в настоящее время такие ситуации встречаются редко, поскольку в промышленности распространено понимание того, что сжатый воздух представляет собой значительный фактор затрат.

Экологические преимущества

Поддержание общего устройства системы сжатого воздуха на современном уровне позволяет снизить потребление электроэнергии.

Производственная информация

Повышение энергоэффективности может требовать большего количества оборудования более высокого качества (больше труб и фильтров большего размера и т.п.).

Применимость

Энергоэффективность значительной части систем сжатого воздуха, составляющей, согласно оценкам, 50% всех систем, может быть улучшена посредством пересмотра общего устройства системы. При этом за счет снижения давления и подбора оптимальной емкости резервуаров может быть достигнуто среднее энергосбережение в размере 9% общего энергопотребления (в 50% систем), а за счет снижения падения давления в трубопроводах может быть достигнуто энергосбережение в размере 3% от общего потребления (в 50% систем). Таким образом, средний потенциал энергосбережения за счет мер подобного характера составляет 6% = 0,5 · (0,09 + 0,03).

Усовершенствование общего устройства системы может включать также оптимизацию некоторых конечных устройств. Согласно оценкам, за счет этих мер в 5% всех систем можно снизить потребление сжатого воздуха примерно на 40 %. Таким образом, средний потенциал энергосбережения за счет таких мер составляет 2% (т.е. 0,05 · 0,4).

Экономические аспекты и мотивы внедрения

Затраты на пересмотр общего устройства системы сжатого воздуха с последующей корректировкой давления и модернизацией части трубопроводов с трудом поддаются оценке и существенным образом зависят от условий конкретного предприятия. Возможный экономический эффект для системы средней производительности с потребляемой электрической мощностью 50 кВт может составлять:

50 кВт · 3000 ч/год · 0,08 евро/кВт · 10% = 1200 евро/год

При этом затраты на существенную модификацию системы, включая добавление резервуара емкостью 90 л у критически важного потребителя и отсечного клапана на редко используемом ответвлении, замену 20 м труб, а также 10 рукавов и разъединителей составляют около 2000 евро, так что период окупаемости составляет 1,7 года, что является привлекательной величиной. Часто затраты оказываются ниже, поскольку возможно обойтись одной лишь корректировкой давления в системе. Однако в любом случае необходим тщательный анализ системы с целью определения минимально возможного давления, отвечающего требованиям потребителей.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *