Установка компьютеризованной системы управления компрессорами на предприятии компании Ford Motor Company (ранее принадлежавшем компании Land Rover) в г. Солихалл (Великобритания) позволила сократить затраты на производство сжатого воздуха 18,5%. Система была установлена и введена в эксплуатацию без приостановки производственного процесса, при этом период окупаемости общих затрат на ее внедрение составил 16 месяцев. Предполагается, что этот опыт может быть воспроизведен в условиях большинства систем сжатого воздуха, использующих три или более компрессора. Этот подход предоставляет операторам крупных систем сжатого воздуха простую и надежную возможность для снижения затрат на электроэнергию, как следует из приводимых ниже данных:

•потенциальная область применения: любой компрессорный цех (участок) с тремя или более компрессорами;

•объем инвестиций: общие затраты на внедрение системы составили 44900 евро, из которых 28300 евро пришлось на капитальные затраты (цены 1991 г.);

•достигнутая экономия: 600 тыс. кВт·ч (2100 ГДж/год, что соответствует 34 тыс. евро/год

(в ценах 1991 г.);

•период окупаемости: 1,3 г. (на основе только прямого экономического эффекта от внедрения системы); 8 мес. (с учетом достигнутого попутно сокращения утечек).

(при расчетах использовался курс 1 британский фунт = 1,415 евро)

К настоящему времени объем инвестиций, необходимых для внедрения подобной системы, значительно сократился. Так, требуемые капитальные затраты снизились с 28300 до 5060 евро к 1998 г., что привело к уменьшению периода окупаемости до величины менее трех месяцев, несмотря на снижение стоимости потребляемой заводом электроэнергии.

Справочная информация

[113, Best practice programme, 1996]

3.7.5. Утилизация тепла

Общая характеристика

Большая часть электроэнергии, потребляемой промышленным компрессором, в конечном счете, преобразуется в тепловую энергию и должна быть отведена в окружающую среду. Во многих случаях при помощи адекватных мер можно обеспечить утилизацию значительной части этого тепла и его полезное применение, например, для нагрева воздуха или воды при наличии соответствующей потребности

Экологические преимущества

Энергосбережение.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Отсутствует.

Производственная информация

Возможны две различные системы утилизации тепла:

•подогрев воздуха: компрессорные агрегаты с воздушным охлаждением пригодны для утилизации тепла в целях отопления помещений, промышленной сушки, предварительного подогрева воздуха для горелок и любых других применений, в которых существует потребность в подогретом воздухе. В таких агрегатах атмосферный воздух проходит через систему охлаждения компрессора, отбирая тепло, образующееся при сжатии воздуха.

Поскольку компрессорные агрегаты, как правило, установлены в кожухе и уже оснащены теплообменниками и вентиляторами, обеспечивающими работу системы охлаждения, единственной необходимой модификацией является добавление воздуховода и дополнительного вентилятора для обеспечения потока воздуха и исключения любого противодавления на

244

вентиляторы системы охлаждения. Работа таких систем утилизации тепла может регулироваться при помощи простого вентиля с термостатическим управлением.

При использовании компрессоров с водяным охлаждением утилизация тепла для отопления помещений является менее эффективной вследствие необходимости дополнительной ступени теплообмена и того факта, что температура доступного тепла, как правило, оказывается ниже. Однако, поскольку многие компрессоры с водяным охлаждением характеризуются значительной мощностью, утилизация тепла в целях отопления может оказаться привлекательным вариантом.

•подогрев воды: возможным вариантом является также установка теплообменника для утилизации тепла, отводимого при охлаждении компрессорного масла в компрессорах с воздушным и водяным охлаждением, посредством производства горячей воды. В зависимости от конструкции теплообменника может производиться горячая вода для хозяйственных или других нужд. Когда потребность в горячей воде отсутствует, горячее масло направляется в обычную систему охлаждения.

Горячая вода может использоваться в системах центрального отопления, душевых и прачечных, в промышленных процессах очистки, тепловых насосах, для промывки изделий после нанесения гальванических (электрохимических) покрытий и для любых других применений, требующих нагретой воды.

Применимость

Производители большинства современных компрессорных систем предлагают системы утилизации тепла в качестве дополнительного оборудования, поставляемого по желанию заказчика. Это оборудование может быть интегрировано в основной компрессорный агрегат или устанавливаться отдельно. Оборудование системами утилизации тепла существующих систем сжатого воздуха, как правило, не сопряжено со значительными трудностями или затратами. Системы утилизации тепла доступны для компрессоров как с воздушным, так и водяным охлаждением.

Экономические аспекты

В конечном счете, в тепловую энергию преобразуется 80–95% электроэнергии, потребляемой промышленным компрессором. Во многих случаях грамотно спроектированная система способна обеспечить утилизацию от 50 до 90% этого тепла для производства горячего воздуха или воды.

Потенциальные объемы энергосбережения зависят от характеристик конкретной системы сжатого воздуха, эксплуатационных условий и применения утилизируемого тепла.

Как правило, характеристики тепла, утилизируемого при работе компрессоров, недостаточны для непосредственного производства пара на его основе.

Характерные температуры получаемого при этом нагретого воздуха на 25–40 °C превышают температуру охлаждающего воздуха, поступающего в систему, тогда как температура нагретой воды может находиться в диапазоне от 50 до 75 °C.

Пример объемов энергосбережения и экономического эффекта для винтового компрессора с впрыскиванием масла приведен в Табл. 3.25:

Таблица 3.25: Пример экономического эффекта в результате утилизации тепла

[168, PNEUROP, 2007]

245

Экономический эффект (евро/ год) = = ном. мощн. компр (кВт) 0,8 время работы (час/ год) стоимость мазута (евро/ л)

ВТС мазута (кВт ч/ л) КПД пр −ва тепла при сжигании мазута

Уравнение 3.12

где:

•ВТС мазута – 10,57 кВт·ч/л;

•КПД производства тепла при сжигании мазута – 75%.

Мотивы внедрения

Снижение затрат.

Примеры

Данных не предоставлено.

Справочная информация

[121, Caddet Energy Efficiency, 1999, 168, PNEUROP, 2007]

3.7.6.Сокращение утечек в системах сжатого воздуха

Общая характеристика

С сокращением утечек в системах сжатого воздуха связан потенциал энергосбережения, значительно превосходящий все остальные резервы. Объем утечек прямо пропорционален рабочему давлению системы. Утечки имеют место в любой системе сжатого воздуха и происходят постоянно, а не только во время работы системы.

В крупных, хорошо обслуживаемых системах непроизводительные затраты мощности компрессора, связанные с утечками, не должны превышать 10%. Соответствующее значение для небольших систем не должно превышать 5%. В «исторически сложившихся» плохо обслуживаемых системах непроизводительные затраты мощности могут достигать 25 %.

Поэтому программы профилактического ТО для систем сжатого воздуха должны включать меры по предотвращению утечек сжатого воздуха и периодическую оценку объема утечек. После обнаружения и устранения утечек необходимо провести повторную оценку. Для оценки объема утечек могут использоваться следующие методы:

•оценка объема утечек: все методы определения объема утечек предполагают отключение от системы всех потребителей для того, чтобы во время измерений расход воздуха в системе был обусловлен исключительно утечками:

•в том случае, когда система оборудована счетчиком расхода воздуха, объем утечек может быть измерен непосредственно;

•в системе сжатого воздуха, где компрессор управляется посредством запуска/останова (т.е., работает в повторно-кратковременном режиме), возможно оценить объем утечек на основании отношения времени работы компрессора к общей продолжительности периода измерения. Для обеспечения репрезентативности результата период измерения должен включать, как минимум, пять запусков компрессора. Объем утечек, выраженный как доля общей мощности компрессора, рассчитывается следующим образом:

•Утечки (%) = 100 x время работы/общее время измерений

•объем утечек в системе, работа которой регулируется на основе какого-либо другого принципа, может быть оценен при наличии запорного клапана между компрессором и системой. Для оценки утечек этим способом необходимо хотя бы приблизительное представление об объеме системы после компрессора, а также наличие манометра после клапана;

246

•в этом случае давление в системе доводится до величины рабочего давления (P1), после чего компрессор останавливается и клапан перекрывается, а затем чего измеряется время (t), необходимое для снижения давления с уровня P1 до величины P2. Последняя должна составлять примерно 50% от величины рабочего давления системы (P1). После этого объем утечки может быть оценен при помощи следующей формулы:

o Утечки (м³/мин) = объем системы (м³) · (P1 (бар) – P2 (бар)) · 1.25/t (мин)

oПоправочный коэффициент 1,25 введен для учета сокращения объема утечек при снижении давления в системе.

oПосле этого объем утечек, выраженный как доля общей мощности компрессора, может быть рассчитан следующим образом:

Утечки (%) = 100 · утечки (м³/мин)/потребление воздуха компрессором (м³/мин)

•иногда для устранения утечек достаточно затянуть соединения, но может потребоваться и замена неисправного оборудования, например, муфт, фитингов, участков трубопровода, рукавов, компенсаторов, дренажных трубопроводов и конденсатоотводчиков. Во многих случаях утечки вызваны некачественным уплотнением резьбовых соединений. Оборудование или целые части системы, не используемые в настоящее время, должны быть изолированы от действующей системы сжатого воздуха.

Еще одним возможным способом сокращения утечек является снижение рабочего давления системы. Поскольку объем потерь зависит от перепада давления в местах утечек, это приводит к сокращению расхода сжатого воздуха.

Экологические преимущества

Энергосбережение.

Приводя к потерям энергии, утечки одновременно могут быть источником и других производственных потерь. Утечки вызывают снижение давления сжатого воздуха в системе, что может снизить производительность устройств с пневмоприводом и, как следствие, всего технологического процесса. Кроме того, приводя к учащению циклов запуска/останова, утечки взывают ускоренный износ практически всего оборудования системы (включая сам компрессорный агрегат). Увеличение времени работы оборудования может также приводить к повышенным требованиям к техническому обслуживанию последнего, а также к увеличению общей продолжительности нештатных остановок. Наконец, результатом утечек воздуха может быть необоснованное увеличение мощности компрессора.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

О воздействиях не сообщается.

Производственная информация

Утечки являются существенным источником потерь энергии в промышленных системах сжатого воздуха – иногда на них приходится 20–30% мощности компрессора. На предприятии, где не осуществляется адекватного технического обслуживания системы сжатого воздуха, объем утечек может достигать 20% общего производства сжатого воздуха.

С другой стороны, профилактическая работа по выявлению и устранению утечек даже в условиях крупной системы сжатого воздуха может снизить объем утечек до уровня менее 10% общей производительности системы.

Существует ряд методов обнаружения конкретных мест утечек:

•на слух (в случае крупных утечек);

•с помощью мыльного раствора, наносимого при помощи кисти на место предполагаемой утечки;

•с помощью ультразвукового детектора;

•с помощью специальных газов, например, водорода или гелия, и соответствующих детекторов.

247