Problemen met persluchtsystemen oplossen

De meeste faciliteiten geven geen prioriteit aan de kosten van het bedienen van persluchtsystemen - ze willen gewoon de klus klaren. Een recent marktonderzoek ¹ ontdekte dat slechts 17 procent van de gebruikers van perslucht efficiëntie waardeerden als een doel voor het beheer van persluchtsystemen. Negen procent hield zich bezig met het in de hand houden van de energiekosten.

Eenenzeventig procent wilde gewoon een consistente, betrouwbare luchttoevoer leveren.

Experts op het gebied van perslucht hebben opgemerkt dat veel personeel op de werkvloer zich gedraagt ​​alsof perslucht vrij is en gebruikt wordt om overtollige olie van machinaal bewerkte onderdelen te blazen, zaagsel van houtbewerkingsapparatuur, stof van de vloer, enz. In werkelijkheid vereist het leveren van perslucht dure apparatuur dat veel stroom verbruikt en veel onderhoud vergt.

De initiële kosten voor een compressor met 100 pk kunnen variëren van $ 30.000 tot $ 50.000, en het kan jaarlijks $ 50.000 aan elektriciteit verbruiken. Tegelijkertijd kunnen de jaarlijkse onderhoudskosten oplopen tot 10 procent van de initiële kosten van een systeem. ² Toch meldt dezelfde bron:"Veel faciliteiten hebben geen idee hoeveel hun persluchtsystemen op jaarbasis kosten of hoeveel geld ze zouden kunnen besparen door de prestaties van deze systemen te verbeteren."

Voor veel faciliteiten is het verbeteren van de persluchtefficiëntie dan ook een gouden, over het hoofd geziene kans om niet alleen geld te besparen op energiekosten, maar ook om een ​​nog betrouwbaardere persluchtvoorziening te bereiken.

Figuur 1.

Ken eerst uw systeem
Om de efficiëntie van een persluchtsysteem te verbeteren, is het belangrijk om uw systeem te zien als een systeem. Als je één ding in het systeem verandert, heeft die verandering invloed op al het andere. Zo zal het repareren van een lek de druk in het systeem verhogen, waardoor andere, kleinere lekken groter worden. Het repareren van lekken en het elimineren van andere gevallen van de zogenaamde kunstmatige vraag (onproductief luchtgebruik) is dus op zich geen complete oplossing. Het verlagen van de kunstmatige vraag moet worden afgestemd op strategieën om het energieverbruik en uw controlesysteem te verbeteren. De eerste stap is om te weten wat uw systeem is, wat de vereisten zijn en hoe deze vereisten kunnen worden aangepast voor energiebesparing.

Bepaal uw bedrijfskosten
De belangrijkste kosten van het gebruik van een persluchtsysteem zijn onderhoud en stroom. Onderhoudskosten kunnen worden bepaald aan de hand van uw activabeheersysteem of door controle van betalingen aan uw contractant voor de service van uw persluchtsysteem, als u er een gebruikt.

Opties voor het bepalen van de elektriciteitskosten van uw systeem:

• Bereken de werking bij vollast, gebruikmakend van het nominale vermogen van de compressormotor (in pauzevermogen), de efficiëntie van het motortypeplaatje (of een schatting), de jaarlijkse bedrijfsuren en de elektriciteitskosten per kilowattuur. De jaarlijkse elektriciteitskosten zijn het product van deze vier variabelen ³
• Nauwkeuriger bepalen van het elektriciteitsverbruik bij vollast en vervolgens de energiekosten door een stroomtang of multimeter te gebruiken om stroom en spanning in de compressor bij vollast te meten
• Gebruik een powerlogger om het werkelijke stroomverbruik in kilowatts te bepalen en test de arbeidsfactor

Bepaal de vraagvereisten
Schat uw persluchtbelastingsprofiel in termen van hoe de vraag in kubieke voet per minuut in de loop van de tijd verandert. Faciliteiten met wisselende belastingseisen kunnen vaak profiteren van geavanceerde regelstrategieën, terwijl faciliteiten met relatief korte perioden van grote vraag kunnen profiteren van luchtopslagopties.

Om een ​​belastingsprofiel vast te stellen, meet u het debiet en de druk in het hele systeem onder verschillende vraagomstandigheden. Let op het effect van verschillende belastingen op de compressoren. Aanzienlijke variaties in operationele vereisten kunnen een dag of meer monitoring vereisen. U kunt een datalogger gebruiken om verbruiksprofielen en stroomverbruikprofielen te verzamelen en op te slaan. Dit laat u zien wanneer en waarom piek- en minimale eisen optreden.

Systeemdruk registreren
Gebruik manometers, een druk-/luchtstroommeter of een drukmodule aangesloten op een digitale multimeter om metingen te verrichten op verschillende punten in het systeem:

• Compressorinlaten (bij het inlaatfilter)
• Op gesmeerde systemen, het differentieel over de lucht/smeermiddelafscheider
• De tussentrappen op meertrapscompressoren
• Drukverschillen tussen verschillende componenten (bijv. nakoelers, drogers, filters, enz.)

Systeemstroom registreren
Gebruik een draagbare luchtstroom/drukmeter of een massastroommeter om de totale stroom op verschillende plaatsen in het systeem en tijdens verschillende diensten te meten.

• Bepaal het luchtverbruik tijdens operaties
• Benchmarks opstellen om verbeteringen te meten
• Schat de lekbelasting tijdens niet-productie

Systeemtemperaturen loggen
Gebruik temperatuur om de systeemgezondheid te evalueren. Over het algemeen presteert apparatuur die heter wordt dan verwacht niet optimaal en heeft onderhoud nodig. Gebruik voor maximale efficiëntie een infraroodthermometer om de oppervlaktetemperaturen van de volgende componenten te registreren:

• Uitlaattemperaturen van nakoeler - corrigerende maatregelen kunnen nodig zijn als de uitlaatlucht van de nakoeler de maximale inlaattemperatuur van 100 graden Fahrenheit overschrijdt
• Uitlaatluchttemperaturen van roterende, gesmeerde compressoren. Normale operaties vereisen temperaturen van minder dan 200 graden F
• Inlaatluchttemperatuur bij compressoren

Neem een ​​systeembenadering voor verbeteringen
De drie basisstrategieën voor het verbeteren van de prestaties van industriële persluchtsystemen zijn het verlagen van de kunstmatige vraag, het verbeteren van regelstrategieën en het verbeteren van het energieverbruik. Houd er rekening mee dat vooruitgang op het ene gebied waarschijnlijk invloed zal hebben op de andere twee, waardoor dit een continu proces is.

Het verminderen van de kunstmatige vraag betekent het repareren van lekken en het vinden van verschillende manieren om taken uit te voeren die perslucht verspillen. Observeer de praktijk op de werkvloer en kijk bijvoorbeeld naar het gebruik van systeemlucht voor het reinigen van onderdelen en apparatuur. Leer het personeel vervolgens dat perslucht niet gratis is.

De eerste stap bij lekkagecontrole is het inschatten van de lekbelasting. Enige lekkage (minder dan 10 procent van capaciteit en vermogen) is te verwachten, maar lekkage van 20 tot 30 procent is zowel gebruikelijk als onnodig verspillend. Bepaal lekbelastingen als maatstaf om verbeteringen mee te vergelijken.

Aangezien de controlesystemen variëren, variëren ook de methoden voor het schatten van de lekbelasting. Als u een systeem heeft met start/stop-bediening, start u uw compressor gewoon wanneer er geen vraag op het systeem is (tussen ploegen of tijdens een off-shift als uw bedrijf niet 24/7 is). Voer verschillende metingen uit om de gemiddelde tijd te bepalen om het geladen systeem wegens lekkage te lossen.

Lekkage (%) =(T x 100) ÷ (T + t), waarbij

T =laadtijd (minuten) en
t =laadtijd (minuten)

Plaats in systemen met complexere regelstrategieën een manometer stroomafwaarts van de ontvanger en schat het systeemvolume (V, in kubieke voet), inclusief alle secundaire ontvangers, hoofdleidingen en leidingen. Nogmaals, zonder eisen, behalve lekkage op het systeem, breng het systeem op zijn normale werkdruk (P₁ , in psig). Selecteer een tweede druk (P₂ , ongeveer de helft van de waarde van P₁ ) en meet de tijd (T, in minuten) die het systeem nodig heeft om naar P₂ te zakken .

Lekkage (cfm vrije lucht) =[(V x (P1 – P2) ÷ (T x 14,7)] x 1,25

De multiplier van 1,25 corrigeert lekkage tot normale systeemdruk, waarbij rekening wordt gehouden met verminderde lekkage bij afnemende systeemdruk.

Zodra u deze benchmark heeft, kunt u lekken vinden en repareren met behulp van een ultrasone lekdetector die het hoogfrequente sissen in verband met luchtlekken herkent. Deze detectiemethode is sneller en minder rommelig dan de oude manier om met een penseel zeepsop aan te brengen op verdachte gebieden.

Het meest voorkomende gebied voor lekken is op het punt van gebruik. Besteed speciale aandacht aan koppelingen, slangen, buizen, fittingen, pijpverbindingen met schroefdraad, snelkoppelingen, FRL's (filter, regelaar, smeermiddelcombinaties), condensaatafscheiders, kleppen, flenzen en pakkingen.

Verbetering van regelstrategieën, inclusief het toevoegen van componenten zoals vraaguitbreidingen (druk-/stroomregelaars), moet plaatsvinden in combinatie met het beheersen van lekken en andere kunstmatige eisen.

Het doel is om de fabriek te voorzien van perslucht met de laagste stabiele druk en tegelijkertijd onverwachte vraag te ondersteunen met voldoende hogedrukluchtopslag. Het aanvullen van opgeslagen lucht zou minimaal compressorvermogen moeten gebruiken.

Bewaak het gebruik van de compressor en zoek naar:

• Compressoren die onnodig draaien;
• Compressoren, met uitzondering van trimcompressoren, die op minder dan vollast draaien;
• Operaties die er niet in slagen om een ​​relatief lage gemiddelde druk te handhaven; en
• Bewerkingen die soms minder leveren dan de minimale systeemvereisten.

Door lekkagereparaties en verbeterde regelstrategieën kunt u mogelijk een of meer grote compressoren elimineren (in systemen met meerdere compressoren), waardoor het energieverbruik aanzienlijk wordt verminderd. U kunt ook weer toevoegen

een kleine compressor om het systeem opgeladen te houden bij weinig vraag en om de inefficiënties van grote compressoren die bij minder dan vollast werken te elimineren. Verbetering van het energieverbruik houdt in dat de efficiëntie van de apparatuur aan zowel de vraag- als de aanbodzijde van het systeem wordt verbeterd. De efficiëntie van het hele systeem hangt af van de juiste selectie, correcte installatie en rigoureus onderhoud van elk onderdeel.

Overweeg aan de aanbodzijde de volgende componenten:

• De krachtbronnen van uw compressoren
• Compressorbedieningen
• Luchtbehandelingsapparatuur
• Drogers
• Filters
• Ontvangers
• Opslagvaten

Het is ook gemakkelijk om over het hoofd te zien hoe luchttanks omgaan met de ophoping van condensaat. Sommige laten het water gewoon vollopen, waardoor de capaciteit afneemt en het systeem beschadigd raakt. Anderen hebben een oud geautomatiseerd systeem dat een klep op tijdbasis opent, of dat nu nodig is of niet. Dit is eigenlijk een lek; een betere oplossing is een klep die alleen opent wanneer nodig en sluit zodra het water wordt verwijderd.

Ten slotte moet u het hele systeem zo dimensioneren en indelen dat het totale drukverlies van de compressor naar de gebruikspunten aanzienlijk minder is dan 10 procent van de druk bij de compressorafvoer.

Let aan de vraagzijde op de volgende componenten:

• Condensaat/smeermiddel afscheiders
• Lucht/smeermiddel afscheiders
• Warmteterugwinningssystemen
• Point-of-use-systemen

Systeemprestaties koppelen aan productie
Uiteindelijk is een verhoogde productiviteit de laatste maatstaf voor het succes. Gebruik de hier beschreven strategieën om periodiek bevindingen zoals systeemoutput (kubieke voet per minuut bij psig) en energieverbruik (kilowattuur) te correleren met productie-eenheden. Verwacht in het algemeen dat verbeteringen het energieverbruik zullen verminderen, tenzij de productie samen met de overeenkomstige toename van de persluchtbelasting toeneemt. Als de productie niet toeneemt naarmate de druk toeneemt, pas dan de bedieningselementen aan.

Bezoek voor meer informatie de website van Fluke Corporation op www.fluke.com.

Opmerkingen

¹ Zie "Appendix D" van Verbetering van de prestaties van persluchtsystemen:een bronnenboek voor de industrie online op http://www.compressedairchallenge.org/library/index.html#Sourcebook. Onderzoek in opdracht van het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) met technische ondersteuning van de Compressed Air Challenge (CAC).

² Verbetering van de prestaties van persluchtsystemen:een bronnenboek voor de industrie:Sectie 12, "Economie van persluchtsystemen en verkoop van projecten aan het management", p. 69.

³ Zie Ibid., Sectie 10, “Baselining van persluchtsystemen”, p. 61. en ook Sectie 11, "Bepalen van de analysebehoeften van uw persluchtsysteem."

Energiekosten kwantificeren
In een typische Amerikaanse industriële faciliteit verbruikt het genereren van perslucht ongeveer 10 procent van de totale elektriciteitsrekening. In sommige gevallen is het meer dan 30 procent, tegen een geschatte kostprijs van 18 tot 30 cent per 1.000 kubieke voet lucht.

Ondertussen kan het rendement van een persluchtsysteem zo laag zijn als 10 procent. Als u bijvoorbeeld een luchtmotor van één pk bij 100 psig wilt laten werken, is een toevoer van 7 of 8 pk naar de luchtcompressor vereist.

Zo berekent u de dollarkosten van perslucht:

Kosten = (pk x 0,746 x bedrijfsuren x $/kWh x % bedrijfstijd x % vollast pk) , motorefficiëntie,

waar

pk =motorvermogen bij volledige belasting, vaak hoger dan het motorvermogensplaatje,

0.746 =de omrekeningsfactor tussen pk en kilowatt,

percentage looptijd =percentage van de tijd dat de compressor op bedrijfsniveau draait,

procent vollast pk =pk als percentage van vollast pk op bedrijfsniveau en

motorrendement =motorrendement op bedrijfsniveau

Stel dat een productiefaciliteit een compressor van 200 pk heeft die 215 pk nodig heeft en jaarlijks 6.800 uur werkt. Als het 85 procent van de tijd volledig is geladen (motorrendement =0,95), de rest van de tijd is gelost (25 procent pk bij volledige belasting en motorrendement =0,90) en het totale elektriciteitstarief $ 0,05/kWh is, dan is

Kosten bij volledige belading =(215 pk x 0,746 x 6800 uur x $ 0,05/kWh x 0,85 x 1,0), 0,95 =48.792 dollar ,

Kosten wanneer gelost =215 pk x 0,746 x 6800 uur x $ 0,05/kWh x 0,15 x 0,25), 0,90 =$ 2.272 en

Jaarlijkse energiekosten =$ 48,792 + $ 2272 = $ 51,064 .

Bron:U.S. DOE Perslucht Tip Sheet #1, "Bepaal de kosten van perslucht voor uw fabriek", augustus 2004.