Jak zarządzać wieloma sprężarkami

Jak zarządzać wieloma sprężarkami

Próba skoordynowania układu sprężonego powietrza może być w najlepszym przypadku obniżona, zwłaszcza jeśli w różnych komorach sprężarek znajduje się kilka sprężarek. Jeśli system sprężonego powietrza jest ręcznie regulowany i utworzono strategię sterowania przy użyciu tylko lokalnych ustawień ciśnienia sprężarki, prawdopodobnie zużywa on znacznie więcej energii niż to konieczne. Rozwiązanie tego problemu może nie tylko obniżyć rachunki za energię elektryczną, ale także zapewnić bardziej niezawodne i stabilne ciśnienie powietrza w systemie.







Jak ciśnienie kontroluje sprężarkę?

Rozważymy tutaj zarządzanie sprężarkami śrubowymi w zakładach przemysłowych, jako najczęściej spotykany typ. Ciśnienie jest najważniejszym parametrem w systemie sprężonego powietrza. Jeśli ciśnienie nie przekracza wymaganego minimum, sprzęt zużywający sprężone powietrze nie będzie działać lub będzie miał usterki wpływające na wydajność. Idealnie można zainstalować sprężarki dokładnie przy minimalnym wymaganym ciśnieniu, i będą one kontrolować same siebie: uruchamiać i zatrzymywać, ładować i pracować bezczynnie oraz utrzymywać idealny poziom ciśnienia przy optymalnym zużyciu energii. Ale świat sprężonego powietrza jest daleki od doskonałości, a największym problemem jest spadek ciśnienia.

Jak zarządzać wieloma sprężarkami

Rozważmy Rys. 1, który jest uproszczonym schematem układu sprężonego powietrza. Sprężarki w tym układzie są sterowane ciśnieniem w punkcie P1. Jeśli grupa nie kontrola ciśnienia z typowym układzie kaskadowym (punkty zestaw ciśnienia pokrywają 0,3bar), sprężarki te zapewniają ciśnienie, powiedzmy, 7bar gdy zarówno przy pełnym obciążeniu i, powiedzmy, 8bar z minimalnym kosztem. Ale ważne jest, aby zrozumieć, że mówimy o ciśnieniu w punkcie P1. Ciśnienie w punkcie P6, w najbardziej krytycznym dla użytkownika końcowego, jest właśnie miejscem, które należy uregulować. Jednak rzeczywiste warunki są sprzeczne z tym wymogiem.

Rzeczywisty system ma różnice ciśnień w elementach samego systemu. Przy pełnym obciążeniu, może być 0,25bar filtr z 0,50bar włosów, 0,30bar w instalacji rurowej i upuść 1,0bar filtr regulatora smarowane kubek (FRL), a także przewody i połączenia. Pozostawia to konsumentowi tylko 5 bar ciśnienia w najgorszym przypadku, jeżeli system jest w pełni obciążony, a ciśnienie sprężarek jest ustawione na min. 7 barów. W warunkach słabego oświetlenia, ponieważ różnica ciśnień wzrasta od dolnej wartości, ciśnienie użytkownika może wzrosnąć do 8 barów, w zależności od lokalnych warunków regulatora ciśnienia.

Czy można kontrolować sprężarkę, gdy użytkownik końcowy stabilizuje ciśnienie? Nie, ponieważ sprężarki są sterowane ciśnieniem w punkcie P1. Dlatego też, gdy obciążenie systemu zmienia się bardziej / mniej w ciągu dnia, ciśnienie w punktach P4 do P6 będzie się zmieniać w szerokim zakresie. Tak szeroki zasięg może spowodować niestabilną pracę całego przedsiębiorstwa, a jeśli użytkownik końcowy jest wrażliwy na presję, może całkowicie zatrzymać pracę. Aby rozwiązać te problemy, operatorzy wzrośnie ciśnienie tłoczenia sprężarki do zrekompensowania spadku, na przykład, w naszym przypadku na 0,7bar, tak by ciśnienie było znacznie powyżej minimalnych wymogów w warunkach pełnego obciążenia.

Płatność za wyższe ciśnienie

Po dokonaniu tej regulacji sprężarki będą sterowane ciśnieniem w zakresie od 7,7 do 8,7 bar, w zależności od warunków obciążenia. To wysokie ciśnienie ma swoją cenę. Z reguły przy ciśnieniu 7 barów moc zużywana przez sprężarkę wzrasta o około 1% na każde 100 mbar zwiększania ciśnienia tłoczenia. Ponadto, na każde 50 mbar wzrostu ciśnienia, zużycie sprężonego powietrza przez nieregulowanych użytkowników wzrasta o nieco mniej niż 1 procent. Ten wysoki przepływ, który zależy od charakterystyki układu, dodatkowo zwiększa zużycie energii sprężarki.

Wyższe ciśnienie może również powodować inne problemy z wydajnością. Całkowite maksymalne ciśnienie dla sprężarek powietrza wynosi 8,7 bara. Być może filtr w systemie jest stary i zatkany, więc operatorzy systemu powinni zwiększyć ciśnienie na wyjściu sprężarki, aby to zrekompensować. Ale jeśli tak się stanie, kompresor będzie działał z ustawieniami wyższymi niż ustawione przez producenta, co spowoduje przeciążenie silnika i uaktywni ochronę wewnętrznego nadciśnienia. To wysokie ciśnienie może również wymagać, aby sprężarka pracująca w płynnym trybie sterowania działała nieefektywnie przy częściowym obciążeniu.

Kilka stanowisk sprężarek

Jeśli w układzie jest kilka sprężarek - prawdopodobnie w kilku komorach sprężarkowych, jak pokazano na rys. 2 - to problemy się mnożą. Każda stacja sprężarek będzie miała różne warunki obciążenia i różne spadki ciśnienia. Rozdzielacze powietrza na różnych końcach instalacji mogą mieć inne obciążenie. Aby skutecznie zarządzać systemem, sprężarki w jednym pomieszczeniu muszą być odpowiednio skoordynowane z innymi. Aby prawidłowo koordynować sprężarki powietrza z regulacją lokalną, wymagany będzie bardzo szeroki zakres ciśnienia. W systemach, w których obciążenie zmienia się w dużych zakresach, ich koordynacja jest praktycznie niemożliwa, jeśli nie ma żadnych sprężarek działających przy częściowym obciążeniu.

Jak zarządzać wieloma sprężarkami







Obciążenie częściowe nieskuteczne

Jedną z niewłaściwych strategii, które można zastosować, jest zainstalowanie takiego samego ciśnienia we wszystkich sprężarkach, aby wszystkie one miały wspólny ładunek. Wszystkie sprężarki utrzymają ciśnienie w systemie w tym samym paśmie ciśnienia i oddzielają obciążenie systemu. Można to po prostu zrobić, ale spowoduje to ogromne rachunki za energię elektryczną. Tradycyjna sprężarka śrubowa (o stałej wydajności) jest najskuteczniejsza przy pełnym obciążeniu (lub gdy jest wyłączona).

Działająca sprężarka, na przykład przy obciążeniu 30%, może zużywać od 60 do 80% całkowitej mocy sprężarki. Po uruchomieniu trzech sprężarek z tylko 30% obciążeniem, zużycie energii będzie dwa razy większe niż jedna sprężarka przy pełnym obciążeniu. Wdrożenie takiej strategii z dziewięcioma sprężarkami zaowocuje niebotycznym wydatkiem na energię elektryczną.

Optymalna strategia kontroli w każdym systemie powinna być taka, aby wszystkie sprężarki, z wyjątkiem jednej, były w pełni załadowane. Sprężarka, która przyjmuje częściowe obciążenie, zostanie wybrana poprzez ocenę, która sprężarka ma maksymalną wydajność przy częściowym obciążeniu (obciążenie / praca na biegu jałowym, z przetwornicą częstotliwości lub ze zmienną objętością). Być może ta decyzja zostanie podjęta automatycznie.

Przenoszenie punktu kontrolnego i sterowanie automatyzacją

Aby osiągnąć optymalizację regulacji ciśnienia, sprężarki muszą zostać skonsolidowane w jedną wspólną sieć. Próba optymalnego sterowania sprężarkami oparta na różnych różnicach spadku ciśnienia, które zmieniają się w czasie, jest po prostu ćwiczeniem bezużyteczności. Pierwszym krokiem w uzyskaniu optymalnej kontroli jest zapewnienie, aby wszystkie sprężarki w systemie "widziały" takie samo ciśnienie. Na przykład na rysunku 1 chcielibyśmy, aby sprężarki były sterowane ciśnieniem w punkcie P3, lub jeszcze lepszym P4. Poza tym, jeśli jest kilka sprężarek w kilku komorach sprężarkowych, potrzebny jest rodzaj dźwięku. Ponadto pożądany byłby system automatyzacji, który będzie monitorował ciśnienie w centralnym punkcie systemu. Ten typ sterowania zwykle obejmuje panel sterowania MASTER, który organizuje system do szerokiej kontroli sprężarek w oparciu o jeden lub więcej krytycznych punktów nacisku w systemie.

Jak zarządzać wieloma sprężarkami

Rysunek 3 pokazuje typową kaskadową strategię kontroli ciśnienia, która zapewnia, że ​​wszystkie sprężarki, z wyjątkiem jednej jednostki, działają przy pełnym obciążeniu. Możesz sobie wyobrazić, że gdyby było dziewięć sprężarek do monitorowania - możesz nie mieć wystarczającego zakresu ciśnienia u góry iu dołu paska. Rysunek 4 pokazuje typową grupę jednego ciśnienia, którą można zastosować, sterując centralą MASTER. Dzięki tej strategii grupa ciśnieniowa pozostaje taka sama dla dowolnej liczby sprężarek. Sterowanie MASTER obejmuje następującą sprężarkę, jeśli ciśnienie spada poniżej dolnej wartości zadanej i wyłącza następną sprężarkę, gdy tylko ciśnienie osiągnie najwyższy poziom. Jeżeli w systemie używana jest jedna lub więcej sprężarek z falownikiem, ustawione ciśnienie będzie zwykle ustawione w środku między ciśnieniem obciążenia a ciśnieniem jałowym.

Jak zarządzać wieloma sprężarkami

Oprócz obiecującego optymalnego sterowania sprężarkami, niektóre z systemów sterowania MASTER spełniają także inne funkcje, takie jak monitorowanie godzin przepracowanych przez każdą sprężarkę, monitorowanie różnych systemów pomocniczych i raportowanie wydajności systemu. Z czasem systemy te staną się bardziej złożone i dostosowane. Teraz jednak prawie wszystkie z nich spełniają swoją podstawową funkcję - opisana właśnie kontrola systemu: praca wszystkich niezbędnych sprężarek jest w pełni załadowana, z wyjątkiem pracy z niepełnym obciążeniem. Inne sprężarki są wyłączone, zmniejszając czas biegu jałowego i zwiększając sprawność całego układu.

Eliminacja spadku ciśnienia

Uważny czytelnik mógł już zdać sobie sprawę, że monitorowanie ciśnienia w punkcie P3 lub P4 nie może całkowicie rozwiązać problemów różnicy ciśnień, które mogą występować w punkcie P6, w odbiorniku krytycznym. System może mieć setki krytycznych odbiorców i niemożliwe jest kontrolowanie ciśnienia systemu sprężonego powietrza dla każdego z nich. Być może w celu poprawy sytuacji konieczne jest umieszczenie takich konsumentów w pobliżu.

Najczęściej wybiera się filtry, regulatory, węże i połączenia pneumatycznych narzędzi i urządzeń, ponieważ są one standardowe / ogólne / mają typ i są używane w całym zakładzie. Ich instalacja jest często wykonywana bez uwzględnienia rzeczywistych szczytowych obciążeń określonego sprzętu podłączonego na drugim końcu węża. Podłączenie dużej pneumatycznej nakrętki udarowej na końcu długiego węża za pomocą złącza o średnicy ¼ cala może spowodować ekstremalny spadek ciśnienia przekraczający dopuszczalne 3 bary lub spowodować bardzo niską wydajność narzędzia. Poprawiając wymiary elementów, które spełniają wymagania określonego narzędzia, można uzyskać różnicę ciśnień o wartości 0,5 bara i zdolność lepszego monitorowania i kontrolowania ciśnienia w punkcie P3 lub P4.

W tym samym duchu, należy zmniejszyć spadek ciśnienia między punktami P1 i P4 poprzez modernizację komponentów systemu. Filtry / osuszacze o niższym spadku ciśnienia, a także zwiększenie objętości rurociągu, przenoszą punkt P1 bliżej P3 lub P4. W rezultacie: niższe ciśnienie wylotowe sprężarki i niskie zużycie energii.

W prawdziwym świecie

Tysiące systemów zostało zoptymalizowanych na całym świecie przy użyciu odpowiednio zainstalowanego i dostosowanego systemu sterowania MASTER. Oto tylko jeden z nich:

Duży sklep odlewniczy posiadał system czterech dużych 7-barowych sprężarek 110 kW umieszczonych w dwóch komorach sprężarkowych. Przepływ powietrza w fabryce jest bardzo zróżnicowany, w weekendy działa tylko jedna sprężarka, a następnie sporadycznie, podczas gdy maksymalne obciążenie w dni robocze wymaga trzech, a czasem czterech, sprężarek przy pełnej wydajności. Wymaganą jakość sprężonego powietrza uzyskano dzięki zastosowaniu filtrów ogólnego przeznaczenia i suszarki do lodówki.

Punkt startowy znajdował się na zaworze minimalnego ciśnienia w obudowie sprężarki. Z tego miejsca "spojrzał" przez wszystkie krople ciśnienia, chłodnicę sprężarki, filtry i osuszacz. Pożądane minimalne ciśnienie w układzie wynosi 6 bar. Najwyższe ciśnienie sprężarek wynosi 7 bar. Spadek ciśnienia na osuszaczu i filtrach wynosi 0,5 bara, pozostawia tylko 0,5 bara, w zakresie którego można sterować czterema sprężarkami.

Firma zmodernizowała cały system sprężonego powietrza, instalując trzy nowe sprężarki, w tym o zmiennej wydajności (VS). Nowa główna konsola MASTER koordynuje pracę wszystkich sprężarek, zawsze dostarczając sprężarki VS z częściowym obciążeniem, podczas gdy podstawowe sprężarki o stałej prędkości pozostają w pełni załadowane. Gdy obciążenie spada, podstawowe sprężarki są wyłączone i pozostają w trybie gotowości na wypadek niespodziewanego zdarzenia, które może wymagać dodatkowego zasilania. Regulacja ciśnienia jest utrzymywana w granicach 0,5 bara. Filtry powietrza i osuszacz zostały zastąpione mniejszym spadkiem ciśnienia, aby zaoszczędzić energię. Zwiększono niezawodność ciśnienia i stabilności fabrycznej poprzez dodanie opcji sterowania, w której ciśnienie było mierzone przez główny kontroler na obu końcach systemu. To optymalne zarządzanie zmniejszyło zużycie energii o 45% i osiągnęło 1,8 miliona kWh rocznie.

Czy twój system jest bardziej wydajny?

Jeśli nie wiesz, jak kontrolowane są Twoje sprężarki, zapytaj głównego inżyniera energetyki / dyrektora technicznego. Jeśli nikt nie wie (bardzo powszechne zjawisko), prawdopodobnie masz problemy z nadmiernym zużyciem energii. Przedstawiciele / autoryzowani dystrybutorzy wiodących zakładów produkujących sprężarki mogą zaoferować szkolenie w zakresie podstaw wydajności sprężonego powietrza, aby pomóc operatorom stać się bardziej biegli w zarządzaniu wykorzystaniem sprężonego powietrza w instalacji. Uzbrojeni w lepsze zrozumienie tego, w jaki sposób i dlaczego, będziecie w lepszej pozycji, aby poprawić efektywność systemu sprężonego powietrza.







Powiązane artykuły

Poprzedni

Następna

Top Top