ممیزی هوای فشرده : فرآیند جامع و مهم ۵ مرحله ای که باید تا انتها بخوانید!

اهمیت ممیزی هوای فشرده روز به روز بیشتر مشخص می شود.
وزارت انرژی ایالات متحده تخمین می زند که کمپرسورهای هوا از ۱۰ درصد کل برق تولید شده در ایالات متحده استفاده می کنند.
علاوه بر این، DOE محاسبه می کند که تا ۵۰٪ از این انرژی هدر می رود.
نشت هوای فشرده به تنهایی ۲۵ تا ۳۰ درصد استفاده از هوای فشرده را تشکیل می دهد.
این میزان، بیش از یک چهارم کل هوای فشرده تولیدی در سیستم تولید هوای فشرده است!

در نتیجه، بسیاری از شرکت های صنعتی در حال شناسایی راه هایی برای کاهش مصرف انرژی سیستم هوای فشرده خود هستند.
یکی از محبوب ترین روش ها برای انجام این کار، ممیزی جامع هوای فشرده یا «تجزیه و تحلیل تقاضای هوا» است.
هدف این مقاله تعریف پنج مرحله مورد نیاز در ممیزی هوای فشرده است.
ما از یک مثال واقعی با اطلاعات سیستم از یک سازنده مواد مغناطیسی استفاده خواهیم کرد.
با این کار، هر مرحله را به وضوح نشان دهیم.
بطور خلاصه، در نظر بگیرید که در حالت زیر، کاربر به کاهش ۴۲ درصدی هزینه انرژی سالانه دست یافت.

مرحله ۱: یک نظرسنجی مرکز انجام دهید.

فهرست کردن و درک تمام تجهیزات موجود در یک سیستم هوای فشرده قبل از نصب هر دستگاه اندازه گیری مهم است تا:

1. دستگاه ها به درستی قرار گرفته باشند.
2. دینامیک سیستم به درستی درک شود.

فرد مسئول جمع آوری اطلاعات باید به این موارد توجه داشته باشد:

شرایط محیطی، طرح فیزیکی، جزئیات مربوط به تمام اجزای سیستم هوا از جمله تصفیه هوای پاک، لوله کشی، ذخیره سازی و کنترل ها.
فرآیندهای موجود در تاسیسات نیز باید مستند باشد.
اکثر حسابرسان پرسشنامه ای خواهند داشت که آن را برای جمع آوری جزئیات در یک سند تکمیل می کنند.

مورد واقعی برای ممیزی هوای فشرده :

این مرکز دارای دو کمپرسور خانه دارای کمپرسورهای روتاری اسکرو از سه سازنده مختلف بود.
آنها همچنین ترکیبی از درایر های هوای تبریدی، مخازن هوای فشرده و فیلترها داشتند.
شبکه لوله کشی از خطوط ۱٫۲۵، ۱٫۵ و ۲ اینچی تشکیل شده است.

هر دو کمپرسور ۱ و ۲ در کنترل مدولاسیون کار می کردند.
کمپرسور شماره ۳ نیز از کنترل مدولاسیون استفاده می کرد اما در طول دوره آزمایش آفلاین بود.

مرحله ۲: اندازه گیری و کمیت سنجی بر حسب kW / 100 cfm

برای بسیاری از سیستم ها، قدرت، جریان و فشار باید برای یک دوره ۱۰ روزه اندازه گیری شود تا یک عکس فوری دقیق از سیستم به دست آید.
(سایر نقاط داده مانند نقطه شبنم فشار [برای تعیین کیفیت هوای فشرده]، خلاء و دما باید بر اساس سیستم مورد نیاز و ممیزی هوای فشرده اندازه گیری شوند).
دوره اندازه‌گیری باید شب‌ها، آخر هفته‌ها یا سایر زمان‌های توقف را برای شناسایی تقاضاهای غیرمولد شامل شود.
توان واقعی استفاده شده توسط کمپرسورهای هوا با استفاده از کیلووات متر اندازه گیری می شود که آمپر، ولتاژ و ضریب توان را کنترل می کند.
دیتالاگرها باید نقاط داده را در هر ۰٫۵ ثانیه روی هر کمپرسور هوا ثبت کنند.
همچنین میانگین داده ها را در یک بازه ضبط از پیش تعیین شده مانند وضوح ۲۰ ثانیه محاسبه کنند.

یک شاخص عملکرد کلیدی مناسب (KPI) برای همه سیستم‌های هوای فشرده، توان مصرفی ویژه (کیلووات) در هر ۱۰۰ فوت مکعب در دقیقه (cfm) هوای فشرده مورد استفاده در نیروگاه است.
این ایده ای از کارآمدی یک سیستم تولید هوای فشرده ارائه می دهد.
صرف نظر از سطوح مختلف خروجی کارخانه!
سیستم های توصیه شده دارای KPI زیر ۲۱ کیلووات / ۱۰۰ cfm هستند.

برگردیم به کیس اصلی ممیزی هوای فشرده :

جریان در کمپرسور شماره ۲ با نصب یک مبدل خلاء در ورودی کمپرسور هوا اندازه گیری شد.
یک مبدل خلاء را نمی توان روی کمپرسور شماره ۱ نصب کرد؛
بنابراین یک فلومتر در محل تخلیه این سیستم قبل از لوله کشی توزیع نصب شد.
سنسورهای فشار در هر دو کمپرسور خانه هم نصب شد.

KPI توان ویژه اندازه گیری شده (kW / 100 cfm) سیستم موجود تقریباً ۳۲ kW / 100 cfm اندازه گیری شد.
بر این اساس دلیلی وجود داشت که به پتانسیل صرفه جویی در هزینه انرژی مشکوک شد.

مرحله ۳: در ممیزی هوای فشرده دینامیک سیستم را بشناسید!

اطلاعات سیستم جمع آوری شده باید به طور کامل تجزیه و تحلیل شود و مناطق بهبود یافته باید شناسایی شوند.
چندین سناریو باید برای کاهش مصرف انرژی سیستم هوای فشرده در نظر گرفته شود؛
از جمله تجزیه و تحلیل کاربران اصلی هوای فشرده در تاسیسات برای تعیین اینکه آیا هوای فشرده کارآمدترین گزینه برای هر برنامه کاربردی است یا خیر.

کیس مورد بررسی در ممیزی هوای فشرده :

متوسط عرضه هوای فشرده ۲۴۰ cfm در نقطه تنظیم فشار مورد نیاز کارخانه ۹۵ psig بود.
محدوده عرضه هوای فشرده اندازه گیری شده بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ cfm بود.

اغلب، هر دو کمپرسور ۱ و ۲ برای حفظ فشار کارخانه بارگذاری می شدند.
عرضه کمپرسور موجود به طور قابل توجهی از تقاضای هوای فشرده فراتر رفت.

در این ممیزی هوای فشرده ، بر اساس پروفیل‌های جریان اندازه‌گیری شده در طول دوره آزمایش، کمپرسور شماره ۱ قادر به پاسخگویی به میانگین تقاضا بدون کمک کمپرسور شماره ۲ بود؛
اما قادر به پاسخگویی به اوج تقاضا نبود.

حال چاره چه چیزی بود؟

همانطور که در شکل قبل نشان داده شده است، دو واحد در کنترل مدولاسیون کار می کردند، که تا حدی ولو های ورودی کمپرسور را باز یا بسته می کرد، که منجر به ایجاد خلاء در ورودی ها برای مطابقت عرضه با تقاضا می شد.

با توجه به فشار منفی در ولوهای ورودی، نسبت تراکم افزایش یافت.
این افزایش تراکم باعث افزایش توان مورد نیاز در هر فوت مکعب هوا برای رسیدن به فشار نقطه تنظیم شد.
اگرچه دو کمپرسور فشار کاری ثابتی را حفظ می‌کردند، اما به مصرف انرژی بسیار بالایی در بارهای جزئی نیاز داشتند؛
بنابراین KPI توان ویژه بسیار ناکارآمد ۳۵ کیلووات / ۱۰۰ cfm را ایجاد کرد.

در این ممیزی هوای فشرده هنگامی که کمپرسور شماره ۱ به صورت دستی متوقف شد یا زمانی که دستگاه دچار خرابی شد، فشار در تاسیسات به زیر حداقل سطح مورد نیاز ۹۵ psig کاهش یافت.
در این زمان‌ها، فلومتر در کمپرسور شماره ۱ به طور متوسط ۵۰ cfm را می‌خواند.
این خود نشان می دهد که بخش قابل توجهی از تقاضای هوا نشت هوا بوده است.
شکل ۲ یکی از این روزها را برجسته می کند.
این نمودار همچنین افت فشار قابل توجه بین دو اتاق کمپرسور را در زمانی که کمپرسور شماره ۱ آفلاین بود، بین ۱۰ تا ۱۵ psi نشان می دهد.
این خود نشان می دهد که شبکه لوله کشی (۱٫۲۵، ۱٫۵ و ۲ اینچ) اندازه کافی نداشت.

تجهیزات تصفیه هوا به خوبی کار می کردند و هیچ مشکلی مشاهده نشد.
اندازه تجهیزات برای بدترین شرایط محیطی بود که عمل خوبی است.

مرحله ۴: یک توصیه برای بهبود kW/100 cfm را اجرا کنید

بسیاری از ارزیابی‌های سیستم تولید هوای فشرده بر کاهش مصرف هوای فشرده با رفع نشت هوای فشرده یا از طریق حذف «استفاده‌های نامناسب» از هوای فشرده تمرکز دارند.
استفاده از نازل های هوای مهندسی شده برای جایگزینی لوله سوراخ دار برای کاربردهای دمنده، تقاضای هوای فشرده را کاهش می دهد.
با این حال، صرفه جویی واقعی انرژی تنها در صورتی محقق می شود که کنترل های روی کمپرسورهای هوا بتوانند از این دستاوردها استفاده کنند.

در صورت لزوم، این صرفه جویی شامل استفاده مناسب از یک درایو فرکانس متغیر (VFD) باشد.
هزینه های مربوط به تنظیم کنترل های کمپرسور تقریباً هرگز در محاسبات ROI (بازگشت سرمایه) لحاظ نمی شود.
بسیاری از کمپرسورهای هوای تعدیل شونده به مصرف همان مقدار الکتریسیته (کیلووات) در محدوده وسیعی از جریان هوای فشرده (cfm) ادامه خواهند داد.
کاربران نمی توانند رابطه خطی بین استفاده از هوای فشرده و مصرف برق را فرض کنند.

کیس ممیزی هوای فشرده : توصیه های زیر پذیرفته و اجرا شد:

1. یک کمپرسور هوای روتاری اسکرو ۵۵ کیلوواتی VFD با خنک کننده هوا نصب شد که قادر به تحمل بار کامل هوا است.
2. کمپرسور شماره ۳ حذف گردید، اما کمپرسورهای شماره ۱ و ۲ برای پشتیبانی نگه داشته شدند.
3. پیکربندی مجدد لوله در تاسیسات برای از بین بردن افت فشار و نشت هوا انجام پذیرفت.
4. افزایش ذخیره سازی با مخزن خشک ۱۰۴۰ گالن صورت گرفت.

آفلاین کردن کمپرسور شماره ۱

لوله کشی یک جزء حیاتی در بهینه سازی سیستم بود.
ایجاد یک حلقه بسته امکان فشار مناسب سیستم در پایین دست را فراهم کرد؛
اما به کار کمتری از کمپرسور نیاز داشت.

با واحد ۵۵ کیلوواتی که قادر به ارائه ۳۸۹ cfm در ۱۰۰ psig است و اندازه آن برای کارکرد در محدوده کارآمد بین ۴۰ تا ۸۵ درصد بار است، KPI توان ویژه جدید ۱۸٫۶ کیلووات / ۱۰۰ cfm برآورد شد.
این KPI توصیه زیر ۲۱ کیلووات / ۱۰۰ cfm را برآورده می‌کند و نشان‌دهنده پیشرفت قابل‌توجهی نسبت به KPI قدرت ویژه سیستم‌های موجود ۳۲٫۱۴ kW/100 cfm است.

مرحله ۵: بررسی عملکرد kW/100 cfm در ممیزی هوای فشرده

برنامه‌های تخفیف شهری گاهی اوقات نیاز دارند که صرفه‌جویی در مصرف انرژی توسط ممیزی هوای فشرده اضافی که پس از بهینه‌سازی سیستم هوا انجام می‌شود، تأیید شود.
در مواردی که تخفیفات خدمات شهری به چنین درجه ای از راستی آزمایی نیاز ندارد، تسهیلات همچنان باید اجرای نوعی ارزیابی پس از بهینه سازی را در نظر بگیرند.
همه سیستم ها را می توان بهبود بخشید؛
حتی سیستم هایی که با استفاده از داده های ممیزی هوایی طراحی شده اند و به تازگی نصب شده اند.
ارزیابی اضافی باید یافته‌های ممیزی هوای فشرده را تأیید کند؛
همچنین به شناسایی زمینه‌های بهبود بیشتر کمک کند.

برخی از کنترلرهای سیستم در واقع داده‌های مصرف انرژی در حال انجام را ردیابی و ذخیره می‌کنند؛
بنابراین برای بسیاری، بررسی با یک کنترل‌کننده اصلی سیستم، اطلاعات کافی برای ارزیابی داخلی فراهم می‌کند و می‌تواند برای تأیید معیارهای بهبود استفاده شود.

برگردیم به کیس: ممیزی هوای فشرده بعدی برای این سازنده انجام شد.

نتایج راستی‌آزمایی نشان داد که اگرچه تقاضای کلی هوا در کارخانه افزایش یافته بود (از ۲۴۴ به ۲۸۹ cfm)، بازده ۵۵ کیلووات VFD به خوبی در محدوده هدف ۱۸٫۶ kW / 100 cfm KPI بود.
فشار عملیاتی متوسط نیز ۳ psig کاهش یافته بود.
حذف نیاز به واتر کولینگ باعث صرفه جویی بالقوه ۱۲۰۸ دلار در سال شد (بر اساس ۰٫۲۰ دلار به ازای هر ۱۰۰۰ گالن هزینه آب خنک کننده).
صرفه جویی در انرژی سالانه ۱۹۱۶۵ دلار در سال تأیید شد.
کاهش چشمگیر ۴۲٪ در هزینه انرژی و کمی بیشتر از آنچه که تخمین زده شده بود.

نتیجه این ممیزی هوای فشرده

تمرکز بر بهبود KPI خاص kW/100 cfm بسیار مهم است.
کاربران هوای فشرده می توانند از بازگشت سرمایه (براساس صرفه جویی در انرژی) در ممیزی سیستم تولید هوای فشرده با همکاری با شرکت هایی که حداقل توان، جریان و فشار را در یک دوره زمانی به اندازه کافی طولانی برای بدست آوردن یک عکس فوری دقیق از سیستم، اغلب ۱۰ روزه، اندازه گیری می کنند، اطمینان حاصل کنند.
علاوه بر این، داده های به دست آمده از ممیزی هوای فشرده باید به طور کامل تجزیه و تحلیل شود.
همچنین توصیه هایی باید بر اساس برآوردهای محافظه کارانه کاهش توان ارائه شود.

پیشنهادات ما

هنگام اجرای یک طرح بهینه سازی، به خاطر داشته باشید که بدون کنترل مناسب، مصرف انرژی کلی سیستم ممکن است به میزان قابل توجهی کاهش پیدا نکند.
در موردی که توضیح داده شد، افزودن یک واحد VFD به سیستم اجازه می‌دهد تا هوای فشرده را با کمترین فشار قابل قبول تولید کند.
در نتیجه مصرف انرژی و هزینه را کاهش دهد.
در بسیاری از موارد، کنترلر سیستم اصلی بهترین راه حل است؛
زیرا کنترلرهای اصلی از کمپرسورها در کارآمدترین نقطه طراحی خود استفاده می کنند؛
یا آنها را خاموش می کنند.

در نهایت، کاربرانی که ممیزی هوای فشرده را تکمیل کرده و سیستم های خود را بهینه می کنند، مطمئناً مصرف انرژی را کاهش می دهند.
همچنین هزینه های عملیاتی کمتری را مشاهده می کنند.
با این حال، حتی بهترین سیستم‌هایی که به تازگی بهینه‌سازی شده‌اند، همیشه می‌توانند بیشتر بهبود یابند.
باید به تسهیلات اطلاع داده شود که با تکمیل ممیزی تشخیص نشت همراه با ارزیابی کامل سمت تقاضای تاسیسات برای استفاده مناسب از هوای فشرده، می توان صرفه جویی بیشتری را تعیین کرد.
تسهیلات باید تعیین کنند که کدام خدمات برای آنها مناسب تر است.
(تشخیص نشت، ممیزی هوای فشرده سمت عرضه، یا ممیزی هوای فشرده سمت تقاضا).
سپس در آخر برنامه ای برای تعداد دفعات انجام این خدمات ایجاد کنند.