Предлагаем Вам, ознакомится с результатами проведённого пневмоаудита системы снабжения сжатым воздухом потребителей предприятия комбинат СКиМ».
В настоящий момент система снабжения сжатым воздухам является наиболее затратной составляющей на любом производстве. Перед отделом энергетики завода стоит задача модернизировать систему снабжения сжатым воздухом с использованием современных, энергоэффективных компрессорных установок, с целью понижения уровня энергопотребления и повышения эффективности и надёжности всей системы снабжения сжатым воздухом.
Наилучшим решением является использование винтовых компрессорных установок, обладающих низким удельным энергопотреблением, воздушной системой охлаждения, легкостью и удобством монтажа, низким уровнем шума, с современными системами регулирования производительности. Выделяемое тепло в зимний период можно использовать для отопления производственных помещений.
Для определения оптимальной схемы снабжения сжатым воздухом было принято решение провести инструментальные замеры реального потребления сжатого воздуха каждым отдельным цехом (участком) производства.
1. Обзор пневмосистемы.
1.1 Схема пневмосети КЭСП.
Структура пневмосети на предприятии разветвленная древовидная.
Потребителями сжатого воздуха являются: РМЦ, ЛЭП, цех строительных материалов, КУ, КБ и выгрузка цемента.
Все потребители снабжаются сжатым воздухом с центральной компрессорной станции.
На всех участках воздухоснабжения наблюдаются “шипуны”, т. е. утечки сжатого воздуха, в основном это поврежденные трубы, недержащая запорная арматура, негерметичные пневмоцилиндры и др.
1.2 Обзор компрессорной станции
Производство сжатого воздуха происходит в центральной компрессорной станции стационарными компрессорными установками (табл. 1).
Компрессорные установки, используемые на компрессорной станции
Таблица 1
№ п/п | Модель КУ | Производительность, н. м3/мин | Рабочее давление (изб.), бар | Мощность (потребляемая), кВт | Примечание |
1 | ВП-20/8М | 20,0 | 8,0 | 132 | Рабочий |
2 | ВП-20/8М | 20,0 | 8,0 | 132 | Рабочий |
3 | ВП-20/8М | 20,0 | 8,0 | 132 | Рабочий |
4 | ВП-20/8М | 20,0 | 8,0 | 132 | Рабочий |
Рисунок 1. Компрессорная станция.
Компрессорная станция оснащена 4 ресиверами-воздухосборниками объемом по 3,2 м3 6 рабочим давлением 8 бар.
Рисунок 2. Воздухосборники компрессорной станции.
От ресиверов воздух направляется в общий коллектор. От коллектора воздух отводится трубопроводом на РМЦ, ЛЭП, КБ, КУ, цех строительных материалов.
Для охлаждения компрессорных установок компрессорная станция оборудована градирней, расположенной рядом.
2. Замеры расхода сжатого воздуха
2.1 Расход сжатого воздуха по участкам
Замеры расхода сжатого воздуха на отдельных производственных участках осуществлялись портативным расходомером сжатого воздуха и газов DS300 (производство Германия).
№ контрольной точки | Наименование участка включенного в контрольную точку |
т.1 | Замеры на общем коллекторе на выходе с компрессорной |
т.2 | Расход сжатого воздуха РМЦ |
т.3 | Расход сжатого воздуха ЛЭП |
т.4 | Расход сжатого воздуха на выгрузку цемента |
т.5 | Общий расход сжатого воздуха цехом КУ и КБ |
т.6 | Расход сжатого воздуха потребляемого при подаче цемента в КБ |
Контрольная точка №1.
В период времени с 7.05 по 7.55 в работе был компрессор технол.№2, производительность компрессора составляет 17-18 м3/мин при паспортной производительности 20 м3/мин. Потери в 2-3 м3/мин объясняются износом цилиндро-поршневых групп и внутренними утечками компрессора.
В 7.55 был выключен компрессор №2 и запущен №1, на графике это сопровождается резким спадом и резким увеличением расхода воздуха через датчик расхода.
В период времени с 7.55 по 8.53 в работе был компрессор №1, производительность компрессора составляет 18-19 м3/мин при паспортной производительности 20 м3/мин.
В 8.53 был выключен компрессор №1 и запущен №3.
В период времени с 8.57 по 9.54 в работе был компрессор №3, производительность компрессора составляет 18-19 м3/мин при паспортной производительности 20 м3/мин.
В период времени с 9.15 по 9.45 происходило стравливание определенного количества вырабатываемого воздуха в атмосферу в связи с увеличением давления в напорной магистрали (потребители уменьшили воздухопотребление).
В период времени с 9.54 по 10.18 в работе был компрессор №4, производительность компрессора составляет 18-19 м3/мин при паспортной производительности 20 м3/мин.
С 10.18 происходит резкое уменьшение расхода проходящего через воздушную магистраль, в это время был выключен компрессор, и движение воздуха прекратилось.
Контрольная точка №2.
Замеры расхода сжатого воздуха потребляемого на разгрузку цемента
В данной контрольной точке замерялся расход сжатого воздуха потребляемого при перекачке цемента из бункера-накопителя в силосные банки.
Максимальный расход сжатого воздуха в данной контрольной точке составляет 24-25 м3/мин.
После окончания перекачки оператором была открыта воздушная заслонка, для продувки системы, при этом кратковременно (1,0-1,5 мин) выросло воздухопотребление до 35 м3/мин.
Контрольная точка №3.
Замер расхода сжатого воздуха потребляемого при перекачке из силосных банок в КБ
В данной контрольной точке замерялся расход сжатого воздуха потребляемого при перекачке цемента из силосных банок в КБ.
Максимальный расход воздуха в данной контрольной точке составил 19 м3/мин.
Величина утечек составляет 0,9-1,0 м3/мин. Утечки явно видны в период времени с 14.21 до 15.12, когда перекачка цемента не проводилась.
Контрольная точка №4.
Замеры расхода сжатого воздуха суммарного потребления цехами КУ и КБ (включая подачу цемента в КБ)
Максимальный расход сжатого воздуха в данной контрольной точке 30-31 м3/мин.
Кратковременное увеличение расхода (до 37 м3/мин) не принимаем в расчет, поскольку это компенсируется установкой ресиверов (имеются в существующей системе).
Средняя величина расхода во составляет
Наблюдается цикличный характер потребления воздуха, это объясняется перекачкой из силосных банок в КБ.
Величина утечек составляет величину порядка 5,0-6,0 м3/мин. Снижение расхода ниже 5,0 м3/мин объясняется выключением компрессоров и соответствующим снижением давления в системе во время обеда и соответственно конце рабочего дня (при понижении давления меньше утечки).
Необходимый для производства расход составляет 30-6 = 24 м3/мин (при условии устранения утечек).
Контрольная точка №5.
Замеры расхода сжатого воздуха потребляемого цехом ЛЭП
Расход сжатого воздуха м3/мин
Давление в сети, бар
Максимальный расход сжатого воздуха составляет 14 м3/мин Утечки в данном цехе составляют от 3-4 м3/мин, утечки зависят от давления воздуха (чем выше давление тем выше давление).
Приняв то что утечки будут сокращены до 2,0 м3/мин., требуемая производительность компрессоров будет равна 12 м3/мин.
Контрольная точка №6.
Замеры расхода сжатого воздуха в РМЦ
Максимальный расход сжатого воздуха в данной контрольной точке 7,5 м3/мин.
Величина утечек составляет значения 3,5-4,3 м3/мин.
2.2 Баланс сжатого воздуха по предприятию
Компрессорная станция работает в двух режимах
1. Минимальный режим – потребление сжатого воздуха всеми подразделениями предприятия, кроме подачи из силосных банок (склад цемента) и разгрузки цемента. В работе находится одна компрессорная установка.
2. Максимальный режим – потребление сжатого воздуха всеми подразделениями предприятия, в том числе подачи из силосных банок (склад цемента) и разгрузки цемента. В работе находятся 2 или 3 компрессорные установки.
Необходимая потребность предприятия в сжатом воздухе регулируется включением-выключением отдельных компрессорных установок в центральной компрессорной станции.
Поэтому для исключения превышения рабочего давления выше 8 бар приходится выбрасывать избыточный воздух в атмосферу.
Существенную положительную роль в данном случае оказывают имеющиеся в сети воздухосборники. Их общий объём составляет 12,80 м3.
Однако уже по проведённым измерениям и наблюдениям можно определённо сделать вывод, что существующая система снабжения сжатым воздухом в настоящее время не эффективна, имеет большие потери и сложна в обслуживании.
Трудность и сложность обслуживания системы заключается не только во включении и выключении отдельных компрессорных установок, а в постоянном контроле рабочего давления и его регулирования частым открытием-закрытием (оператором вручную) вентильного крана на сброс избыточного сжатого воздуха.
В данном случае рекомендуется применить современные винтовые компрессорные установки с автоматическим регулированием производительности.
Даже с учетом того, что на данном предприятии стоимость электроэнергии составляет 1,68 руб./кВт-час, а это почти в 2 раза меньше, чем на большинстве других промышленных предприятиях России, применение современных компрессорных установок даст ощутимый экономический эффект.
3. Технический анализ
3.1 Варианты модернизации системы снабжения сжатым воздухом и подбор оборудования
Для существующей системы обеспечения сжатым воздухом ввиду ее большой протяженности, целесообразным будет полная децентрализация предприятия. Т. е. уход от центральной компрессорной и обустройство локальных компрессорных участков.
Для организации работы предприятия рекомендуем вариант системы снабжения сжатым воздухом:
1. Создание общего компрессорного участка обеспечивающего воздухом цеха КБ и КУ (включая выгрузку цемента).
2. Создание в ЛЭП локального источника снабжения сжатым воздухом. Данное предложение обосновывается удалённостью от компрессорной.
3. Создание в РМЦ локального источника снабжения сжатым воздухом. Данное предложение обосновывается также удалённостью от компрессорной.
Подбор компрессорного оборудования.
1.Локальная компрессорная на КУ и КБ.
Суммарное потребление цехов КУ и КБ составляет 24 м3/мин (без учета потребления при выгрузке цемента ввиду очень редкого использования).
На данный расход предлагаем две компрессорные установки производительностью 12,0 м3/мин (при давлении 7 бар).
Основные технические характеристики табл.№1
Наименование | Произв-ть н. м3/мин | Давление номин. изб, МПа | Привод, (мощность), кВт | Расход масла, г/час | Шумность, дБА | Габаритные размеры ДхШхВ, мм (масса, кг), |
ДЭН-75Ш | 12,0 9,7 7,8 | 0,7 1,0 1,3 | 75 | 2,52 2,04 1,64 | 80 | 1900х1200х1 |
Компрессора рекомендуем комплектовать ресиверами (воздухосборниками), для стабильной работы компрессоров общим объемом не менее 30%, т. е. 11-12 м3
Также по необходимости нашими специалистами может быть осуществлен подбор оборудования по подготовке воздуха.
Цех РМЦ
Максимальный расход сжатого воздуха в данной точке 7,5 м3/мин.
Величина утечек составляет значения 3,5-4,3 м3/мин. При условии что утечки будут сведены до значения 0,5-1,0 м3/мин можно принять требуемую производительность компрессоров для данного цеха равной 4,5 м3/мин. В этом цехе для работы гильотины требуется воздух давлением не ниже 7,5-8 бар. Данной производительности соответствует компрессор ДЭН-37Ш (4,8 м3/мин при давлении 10 бар).
Основные технические характеристики табл.№1
Наименование | Произв-ть н. м3/мин | Давление номин. изб, МПа | Привод, (мощность), кВт | Расход масла, г/час | Шумность, дБА | Габаритные размеры ДхШхВ, мм (масса, кг), |
ДЭН-37Ш | 6,0 4,8 4,3 | 0,7 1,0 1,3 | 37 | 1,26 1,01 0,90 | 75 | 1610х1000х1 |
Компрессора рекомендуем комплектовать ресиверами (воздухосборниками) , для стабильной работы компрессоров общим объемом не менее 30%, т. е. 1,4 м3
Также по необходимости нашими специалистами может быть осуществлен подбор оборудования по подготовке воздуха.
Цех ЛЭП
Требуемая производительность компрессора для данной точке равна 6 м3/мин.
Данной производительности соответствует компрессор ДЭН-37Ш (6,0 м3/мин).
Основные технические характеристики табл.№1
Наименование | Произв-ть н. м3/мин | Давление номин. изб, МПа | Привод, (мощность), кВт | Расход масла, г/час | Шумность, дБА | Габаритные размеры ДхШхВ, мм (масса, кг), |
ДЭН-75Ш | 12,0 9,7 7,8 | 0,7 1,0 1,3 | 75 | 2,52 2,04 1,64 | 80 | 1900х1200х1 |
Компрессора рекомендуем комплектовать ресиверами (воздухосборниками) , для стабильной работы компрессоров общим объемом не менее 30%, т. е. 3-4 м3
Также по необходимости нашими специалистами может быть осуществлен подбор оборудования по подготовке воздуха.
4. Вопросы снабжения сжатым воздухом. Методы оптимизации.
На крупных промышленных предприятиях для снабжения производства сжатым воздухом, как правило, используются центральные компрессорные станции с поршневыми или центробежными турбинными компрессорами. Как правило, возраст станций и пневмосетей превышает 30 лет и такая система в настоящее время имеет ряд недостатков.
Снижение потребления воздуха цехами:
- Существующий «большой» компрессор, без системы регулирования, вынужден работать на полную нагрузку, а часть воздуха просто выбрасывается.
Как следствие предприятие тратит огромные деньги на электроэнергию впустую.
- Из-за большой мощности компрессора и его конструктивных «особенностей», каждый новый запуск крайне негативно отражается на его характеристиках.
Большая протяженность трубопроводов:
- Однажды проложенные, трубопроводы не меняются многие годы. За время эксплуатации трубы изнашиваются и ржавеют, возникают множественные утечки воздуха.
- Перемерзание трубопроводов зимой.
- Для отвода конденсата на длинных трубопроводах устраиваются врезки с ручными дренажами, которые постоянно открыты. Кажущиеся незначительными шипуны приводят к огромным потерям дорогого сжатого воздуха.
Потери сжатого воздуха при выдувании его в атмосферу, л/мин | ||||||||
Диаметр отверстия, мм | ||||||||
Давление изб., МПа | 3 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
0,5 | 507 | 1400 | 2021 | 2748 | 3584 | 4542 | 5605 | |
0,7 | 676 | 1866 | 2694 | 3664 | 4779 | 6056 | 7474 | |
1,0 | 930 | 2565 | 3705 | 5038 | 6571 | 8327 | 10276 | |
1,3 | 1183 | 3265 | 4715 | 6412 | 8364 | 10598 | 13079 |
Годовые потери из-за утечек через отверстие в 10 мм при давлении сжатого воздуха в пневмосети составят до 667 900 рублей (при круглосуточной эксплуатации).
Потери давления в трубопроводах:
Из-за значительной протяженности, большого количества колен, тройников и ответвлений, наличия шипунов, износа и коррозии внутри трубопроводов, давление в начале и конце трубы имеет разительное отличие. Потери в две атмосферы ни для кого не новость.
Однако следует помнить, что повышение давления на компрессоре на одну атмосферу приводит к увеличению энергопотребления на 6-8 процентов.
Для компрессора мощностью в 500 киловатт это увеличение становится очень серьезной цифрой.
500 кВт х 14% = 70 кВт. Годовые потери составят более рублей.
Решением очень многих проблем стало широкое внедрение в промышленное производство винтовых компрессоров. Именно после их появления на рынке стал возможным переход к децентрализованной системе обеспечения сжатым воздухом. Компактные, бесшумные, почти не требующие материальных затрат на монтаж, винтовые компрессоры практически полностью вытеснили поршневые в диапазоне производительности от 1 до 100 м3/мин. На многих предприятиях экономический эффект от перехода к децентрализованной системе уже составил десятки тысяч долларов, и это при окупаемости проекта всего за 2 года.
