افزایش بهره وری کمپرسورهای هوای فشرده

چگونه کمپرسور هوا را کارآمدتر کنیم

هوای فشرده یکی از پرکاربردترین انرژی در بسیاری از صنایع است که تقریبا 70 درصد تولید کنندگان از سیستم هوای فشرده استفاده می کنند.

هوای فشرده می تواند یکی از گران ترین اشکال انرژی برای کارخانه ها باشد که اغلب از انرژی بیشتری نسبت به سایر تجهیزات استفاده می کند. یک اسب بخار هوای فشرده به هشت اسب بخار برق نیاز دارد. بسیاری از کمپرسورهای هوا با بازدهی کمتر از 10 درصد کار می کنند، که این کمپرسورها جای پیشرفت دارند. خوشبختانه 50 درصد سیستم های هوای فشرده تاسیسات صنعتی متوسط تا کوچک هستند که می توانند در کاهش مصرف انرژی موثر باشند.

چه چیزی در بهره وری انرژی کمپرسور هوا تاثیر می گذارد؟

عواملی مانند نوع، مدل، اندازه، درجه قدرت موتور، طراحی سیستم، مکانیزم های کنترل، موارد استفاده و برنامه نگهداری از جمله مواردی هستند که در بهره وری انرژی کمپرسورها تاثیرگذارند.دلیل اصلی فشرده سازی ناکارآمد هوا از دست دادن گرمای تولید شده از افزایش دمای هوای تحت فشار و اصطکاک ناشی از بسیاری از قطعات متحرک سیستم است.

وقتی صحبت از کارآیی کمپرسور هوا می شود، بررسی کل سیستم مهم است، که نه تنها شامل کمپرسور هوا بلکه خطوط تامین، مخازن دخیره هواف خشک کن های هواف گیرنده ها و خنک کننده های پس از آن هستند. با انجام تنظیمات صحیح در سیستم هوای فشرده، می توانید مقدار قابل توجهی از انرژی و هزینه صرفه جویی کنید.

با رویکردهای زیر کارایی سیستم خود را بهبود بخشید:

• کیفیت هوای ورودی را بهبود بخشید

سه آیتم وجود دارد که بر عملکرد کمپرسورهای سیستم هوای فشرده تاثیر می گذارند:

درجه حرارت:

دمای هوای ورودی چگالی هوا را تعیین می کند. هوای خنک برای فشرده سازی به انرژی کمتری نیاز دارد.

ترکیب بندی اجزا:

هوای ورودی تضمین می کند که هوای فشرده می تواند روانتر از طریق سیستم حرکت کند. هوای کثیف حاوی آلودگی هایی است که تجمع یافته و باعث سایش و همچنین کاهش ظرفیت ذخیره سازی می شود.

رطوبت:

رطوبت می تواند برای سیستم هوای فشرده مضر باشد، زیرا داخل سیستم جمع می شود و باعث زنگ زدگی اجزا می شود. این مساله ممکن است منجر به ساییدگی و پارگی و همچنین نشت و کاهش ظرفیت ذخیره سازی شود. هوای خشک کمتر به سیستم و ابزارهای داخلی و محیط آسیب می رساند.

کنترل های کمپرسور هوا را مطابقت دهید

کنترل های کمپرسور هوا مطابق با خروجی کمپرسور و نیازهای سیستم است که ممکن است از یک کمپرسور منفرد یا چند کمپرسور تشکیل شده باشد. چنین کنترل هایی برای کارایی سیستم کمپرسور هوا و همچنین عملکرد بالا ضروری است.

سیستم های هوای فشرده برای حفظ محدوده خاصی از فشار و ارائه حجم هوایی طراحی شده اند که با تقاضای کاربر نهایی متفاوت است. سیستم کنترل با رسیدن فشار به یک سطح مشخص، خروجی کمپرسور را کاهش می دهد. از طرف دیگر، اگر فشار کاهش یابد، خروجی کمپرسور افزایش می یابد.

دقیق ترین سیستم های کنترل می توانند فشار متوسط پایین را حفظ کنند بدون اینکه کمتر از نیاز سیستم باشند. فشار کمتر از نیاز سیستم ممکن است باعث عملکرد نادرست تجهیزات شود. به همین دلیل مطابقت کنترل سیستم با ظرفیت ذخیره سازی بسیار مهم است.

کنترل های زیر می تواند به افزایش کارایی تک کمپرسورها کمک کند:

کنترل های شروع/توقف بسته به فشار کمپرسورها را روشن و خاموش می کنند.
عملکردهای بارگیری و تخلیه، کمپرسور را برای کاهش فشار تخلیه می کنند
کنترل های تعدیل کننده نیاز جریان را کنترل می کنند، درحالی که کنترل های چند مرحله ای به کمپرسور اجازه می دهند تا در شرایط نیمه بارگیری شده نیز کار کند.
کنترل های دوال کنترل/ آتو دوال امکان انتخاب شروع یا توقف یا تخلیه / بارگیری را فراهم می سازند.

درایوهای با سرعت متغیر به طور مداوم سرعت موتور را تنظیم می کنند تا نیازهای متغیر را برآورده کنند.
سیستم های دارای چندین کمپرسور از کنترل های اصلی سیستم برای هماهنگی تمام عملکردهای لازم برای بهینه سازی هوای فشرده استفاده می کنند.

هنگامی که پیچیدگی بیش از توان کنترل های محلی و شبکه است، کنترل های اصلی سیستم می توانند سیستم های هوای فشرده را هماهنگ کنند. چنین کنترل هایی می توانند اجزای سیستم را کنترل کرده و همچنین داده ها را برای بهبود عملکردهای نگهداری کنترل کنند.

کنترل کننده های فشار/جریان این کترل ها هوای بیشتری ذخیره می کنند که بعدا می تواند برای رفع نوسانات تقاضا استفاده شود.

سیستمی که به درستی طراحی شده باشد باید از موارد زیر استفاده کند:

کنترل تقاضا/ ذخیره سازی، کنترل های کمپرسور، کنترل مکان سیگنال های خوب و کنترل های کلی استراتژی. هدف اولیه هر سیستمی با کارایی خوب ارائه هوای فشرده با کمترین فشار پایدار و همچنین پشتیبانی از نوسانات هوای فشرده در فشار بالا و ذخیره هوای فشرده است.

برای چندین کمپرسور، کنترل های توالی می توانند هنگام نیاز سیستم کمپرسورها را به سیستم وارد کنند و هنگام عدم نیاز آنها را خاموش کنند. کنترل های شبکه همچنین به مدیریت بارهای کل سیستم نیز کمک می کنند.

طراحی سیستم را بهبود بخشید

پنج روش برای بهبود طراحی سیستم کمپرسور هوا وجود دارد.

مسیر مستقیم. خطوط تحویل بار باریک یا خمیدگی های شدید، می تواند باعث افزایش اصطکاک در خطوط تولید و افت فشار در سیستم شود، به این معنی که فشار کمتری به نقطه استفاده می رسد. یک طراحی بهینه بدون این همه خم و حلقه فشار بیشتری را با استفاده از همان انرژی تولید می کند.
درصورت لزوم در مصرف انرژی صرفه جویی کنید. یک مخزن ذخیره سازی یا گیرنده می تواند تغییرات تقاضای کوتاه مدت و چرخه شروع/توقف را کاهش دهد. مخزن همچنین می تواند از پایین آمدن فشار سیستم به زیر فشار حداقل جلوگیری کند درحالیکه تقاضا در بالاترین حد باشد. افت فشار ممکن است باعث افزایش فشار سیستم شود که منجر به هدر رفتن فشار هوا می شود. اندازه مخازن بسته به قدرت کمپرسور است. به عنوان مثال یک کمپرسور هوا با قدرت 50 اسب بخار، به مخزن گیرنده هوای 50 گالنی احتیاج دارد.

هوای ورودی را خنک کنید

از آنجا که انرژی مورد نیاز برای فشرده سازی هوای خنک کمتر از انرژی مورد نیاز برای فشرده سازی هوای گرم است، می توانید با انتقال ورودی کمپرسور به یک منطقه سایه دارد درخارج، انرژی مورد نیاز برای فشرده سازی را کاهش دهید. به عنوان مثال، کاهش 20 درجه فارنهایت می تواند هزینه های عملیاتی را تقریبا 3.8 درصد کاهش دهد.

از چندین کمپرسور کوچک استفاده کنید.

کمپرسورهای بزرگ هوا می توانند بسیار ناکارآمد باشند زیرا هنگام کار با بار جزئی انرژی بیشتری در آن واحد مصرف می کنند. چنین سیستم هایی با جایگزینی چند کمپرسور کوچکتر و بهره مندی از کنترل توالی در صرفه جویی انرژی و بهینه سازی سیستم موثر باشند به طوری که زمانهایی که به کمپرسوری نیاز نیست، خاموش و از چرخه سیستم حذف می شود.

گرمای هدر رفته را بازیابی کنید

از گرمای ایجاد شده در سیستم می توانید برای گرم کردن آب، و گرم کردن فضا استفاده کنید. یک واحد بازیابی حرارت به درستی طراحی شده می تواند 50 تا 90 درصد انرژی الکتریکی مورد نیاز استفاده شده در فشرده سازی هوا را بازیابی کند.

کمپرسور را در نزدیکی منطقه ای با تقاضای زیاد قرار دهید

با قراردادن گیرنده های هوا در نزدیکی منابع با تقاضای زیاد، پاسخگویی به تقاضا با کاهش ظرفیت کلی کمپرسور راحتتر انجام می گیرد.

نیازهای هوای فشرده را در نظر بگیرید

مشخصات بار را بررسی کنید. یک سیستم هوای فشرده مناسب طراحی شده باید مشخصات بار را در نظر بگیرد. اگر تغییرات زیادی در تقاضای هوا وجود داشته باشد، سیستم باید تحت بار میانگین کار کند و به طور موثر کار کند. هنگامی که نوسانات زیادی در تقاضا وجود دارد، استفاده از کمپرسورهای متعدد استفاده از انرژی را باصرفه تر می کنند. هنگامی که نوسانات زیادی در تقاضا وجود دارد، کمپرسورهای متعدد استفاده از انرژی را با صرفه تر می کند.

تقاضای کاذب را به حداقل برسانید.
تقاضای کاذب، حجم هوای اضافی در مواقع استفاده بی رویه است که فشار بیش از حد ضرورت را برای سیستم ایجاد می کند. اگر سیستمی به 50 psi نیاز داشته باشد و 90 psi دریافت کند، سیستم در حال تولید هوای بدون استفاده است. تنظیم کننده های فشار در پایان استفاده می توانند تقاضای کاذب ایجاد شده را به حداقل برسانند.

فشار صحیح مورد نیاز را تعیین کنید.

برای تعیین سطح فشار لازم باید فشار هدر رفته در سیستم که حاصل از فیلترها، لوله کشی ها، جدا کننده ها و خشک کن ها می باشند را در نظر بگیرید. بالابردن فشار تخلیه، تقاضای استفاده بی رویه مانند نشت را افزایش می دهد. به عبارت دیگر، افزایش فشار باعث افزایش ناکارآمدی می شود.

عرضه و تقاضای مناسب را بررسی کنید.

بررسی کنید کمپرسورهای هوا برای استفاده نهایی خیلی بزرگ نباشند. تمام استفاده کننده های نهایی را در نظر بگیرید، مقدار هوای مورد نیاز برای هر برنامه را بررسی کنید. ارزیابی کلی از سیستم هوای فشرده شما باید به بررسی سیستم توزیع برای مشکلات و به حداقل رساندن استفاده های نامناسب از هوا کمک کند.

از نمودارهای دو بعدی برای فشار سیستم استفاده کنید. نمودارها به شناسایی تمام اجزای موجود در سیستم فشرده سازی هوا کمک می کند. یک نمودار، افت فشار در سیستم را نشان می دهد که باید بازخورد را برای تنظیم کنترل ها فراهم کند. برای تکمیل مشخصات فشارف باید ورودی کمپرسور، دیفرانسیل جدا کننده هوا، روان کننده و سطح بین کمپرسورهای چند مرحله ای را اندازه گیری کنید. با بدست آوردن فشار کلی سیستم و فشار ورودی می توانید اختلالات سیستم، بارهای متناوب، تغییرات سیستم و شرایط عمومی را تعیین کنید. تغییرات در فشار و جریان هوا را می توان با کنترل سیستم کنترل کرد تا تاثیرات آن بر تولید هوای فشرده به حداقل برسد.

از ذخیره هوای فشرده استفاده کنید. ذخیره سازی می تواند باعث کاهش میزان پوسیدگی و میزان افت فشار، نوسانات تقاضا را در طی اوج تقاضا کنترل کند. همچنین در صورت لزوم با خاموش کردن کمپرسور می تواند از حوادث ناشی از فشار اضافی بر سیستم محافظت کرد.

افت فشار را به حداقل برسانید

هنگامی که هوای فشرده از طریق سیستم توزیع عبور می کند، افت فشار رخ می دهد. افت فشار بیش از حد ممکن است باعث عملکرد ضعیف و افزایش مصرف انرژی شود. افت فشار در بالا دست منجر به کاهش فشار برای کاربر نهایی می گردد.
برای رسیدن به تنظیمات کنترل کمپرسور به فشارهای بیشتری نیاز است. قبل از افزودن ظرفیت یا افزایش فشار سیستم، حتما افت فشار در سیستم را کاهش دهید. تجهیزات هوای فشرده باید برای دستیابی به بهترین نتیجه در کمترین فشار عملیاتی کارآمد کار کنند.

روش های زیر روش های کاهش افت فشار هستند:

طراحی مناسب سیستم

رایج ترین دلیل افت فشار بیش از حد، استفاده از اندازه لوله نامناسب بین هدر توزیع و تجهیزات تولید است. این امر می تواند درصورتی اتفاق بیفتد که بدون توجه به حداکثر میزان دبی، لوله کشی را براساس متوسط تقاضای هوای فشرده انجام دهید.
تنظیم کننده ها، شیلنگ ها، روان کننده ها و اتصالاتی را انتخاب کنید که بهترین عملکرد فشار را در سیستم داشته باشند.

مسیر کمپرسور هوای فشرده از کاربر نهایی را کاهش دهید

بسیاری از ابزارها می توانند با تامین 80 PSIG یا کمتر به طور موثر کار کنند. با کاهش فشار تخلیه کمپرسور هوا، می توانید میزان نشت را کاهش دهید، ظرفیت را بهبود بخشید و در هزینه صرفه جویی کنید. کاهش فشار عملیاتی ممکن است به تنظیم کننده های فشار، فیلترها و اندازه منبع ذخیره بستگی داشته باشد. بخاطر داشته باشید که اگر فشار سیستم به زیر حداقل نیاز برسد، ممکن است تجهیزات دیگر به درستی کار نکنند.

کاهش افت فشار این امکان را به سیستم می دهد تا در فشارهای کمتری کارآمدتر عمل کند. برای ماشین آلاتی که از مقدار زیادی هوای فشرده استفاده می کنند، کارکرد تجهیزات در سطوح فشار پایین می تواند صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی ایجاد کند. برای حفظ عملکرد مناسب در سطوح فشار پایین، ممکن است اجزایی مانند سیلندرهای بزرگتر هوا لازم باشد، اما صرفه جویی در مصرف انرژی باید بیش از هزینه تجهیزات اضافی باشد.

کمپرسور خود را تقویت کنید

سیستم های فشرده سازی هوای ضعیف، می توانند باعث اتلاف انرژی و هزینه شوند. این امر دلیل خوبی است تا به طور مداوم سیستم های خود را از نظر نشت، ساییدگی زودرس و تجمع آلودگی بررسی کنید.

رفع نشتی

هوای هدر رفته دلیل اصلی اتلاف انرژی در سیستم های فشرده سازی هوا است، به همین دلیل 20 تا 30 درصد از خروجی کمپرسور به این شکل هدر می رود. حتی نشتی های کوچک نیز می توانند پرهزینه باشند و درصورت عدم اصلاح، به مرور زمان مقدار زیادی هوا نشت می کند. به خاطر داشته باشید که اتلاف هوا متناسب با اندازه نشت و میزان فشار در سیستم است. نشت ها نه تنها انرژی را هدر می دهند، بلکه باعث کاهش فشار سیستم می شوند که باعث کاهش کارایی ابزارهای هوای فشرده می شود. این کمبود فشار به این معنی است که تجهیزات برای رسیدن به همان نتایج طولانی تر کار می کنند. افزایش زمان کارکرد نیز به معنای نگهداری اضافی و حتی خرابی بیشتر است.

با شناسایی و رفع نشتی می توان اتلاف انرژی را به کمتر از 10 درصد از خروجی کمپرسور کاهش داد. نشتی را می توان در هر جایی از سیستم هوای فشرده مشاهده کرد، اما بیشتر نشتی ها در تنظیم کننده های فشار، فیلتر میعانات و شیرها، اتصالات، اتصالات لوله ها، درزگیرها، کوپلینگ ها و لوله ها رخ می دهد.

برای تخمین نشت در سیستم هوای فشرده خود، اندازه گیری هایی را انجام دهید که زمان بارگیری و تخلیه کمپرسور را تعیین کند. افت فشار ناشی از نشت هوا باعث خاموش و روشن شدن کمپرسور می گردد. درصد نشت کل را با استفاده از فرم زیر محاسبه کنید:

(زمان بارگیری در دقیقه + زمان تخلیه در دقیقه)/(زمان بارگیری در دقیقه × 100) = درصد نشت

در یک سیستمی که خوب نگهداری می گردد، درصد باید کمتر از 10 باشد. سیستمی که نگهداری ضعیفی دارد میزان نشت را 20درصد یا بیشتر نشان می دهد.

تشخیص نشت ردیاب صوتی اولتراسونیک با تشخیص صداهای هیرسینگ بهترین موقعیت را برای تعین محل نشت فراهم می کند. آشکارسازهای التراسونیک از مزایای سرعت، دقت، سهولت استفاده، قابلیت انعطاف پذیری و توانایی اجرای آزمایش در هنگام کار تجهیزات برخوردار هستند.

اگر دستگاه نشت یاب اولترا سونیک ندارید، می توانید از آب صابون با قلم موهای رنگ به نقاط مشکوک استفاده کنید.

ترمیم نشتی هنگامی که نشتی را پیدا کردید، ممکن است به سادگی محکم کردن اتصالات باشد. با این حال، ممکن است نیاز به تعویض کوپلینگ ها، مقاطع لوله، شیلنگ، اتصالات، و زهکش ها باشد. حتما آنها را بادرزگیر نخی مناسب آب بندی کنید.
تا زمانی که نتوانید نشتی را ترمیم کنید، می توانید با کاهش فشار در سیستم هوای فشرده، نشت را کاهش دهید. فشار هدر سیستم را در کمترین دامنه تثبیت کنید تا سرعت نشت به حداقل برسد.

 

جلوگیری

یک برنامه مناسب پیشگیری از نشت می تواند به شناسایی و رفع نشت های آینده کمک کند. همچنین به حفظ یک سیستم فشرده سازی هوای کارآمد پایدار و مقرون به صرفه کمک خواهد کرد. یک برنامه پیشگیری از نشت به صورت زیر می تواند مفید باشد.
هزینه نشت هوا را تعیین کنید. این به عنوان یک پایه برای تعیین اثر بخشی تعمیرات عمل خواهد کرد.
شناسایی نشتی ها. اگرچه دستگاه نشت یاب اولتراسونیک بسیار موثر است، اما یک کنترل دستی نیز می تواند به شناسایی نشتی ها کمک کند.
محل های نشت ها را مستند کنید. اندازه، محل، نوع و هزینه تخمینی نشت را ثبت کنید تا بتوانید محل و چگونگی نشت را ردیابی کنید.

 

• نشت های بزرگتر را در اولویت قرار دهید.
• کنترل ها را برای به حداثل رساندن مصرف انرژی تنظیم کنید.
• ثبت تعمیرات نشتی می تواند وسایلی را که باعث ایجاد اختلال می شوند و مشکل ایجاد می کنند شناسایی و در اولویت ردیابی قرار دهد.
• بررسی های دوره ای. بررسی های دوره ای به کارآیی سیستم شما کمک می کند.
• تعویض فیلترها. از فیلترها برای اطمینان از رسیدن هوای پاک به کاربران نهایی استفاده می شود. گرد و غبار، آلودگی و چربی می تواند باعث مسدود شدن فیلترها شود و باعث کاهش فشار هوای سیستم شود. اگر فیلترها تمیز نشوند، افت فشار می تواند برای حفظ فشار مشابه به انرژی بیشتری نیاز داشته باشد. همچنین از فیلترهای افت فشار با عمر طولانی و همچنین فیلترهای اندازه براساس حداکثر جریان استفاده کنید.

 

نگهداری. مطمئن باشید که رویه هایی برای نگهداری سیستم هوای فشرده وجود دارد و کارکنان به درستی آموزش دهید. این کار سیستم را برای سالهای آتی حفظ خواهد کرد.

خوشبختانه روش های زیادی برای بهبود کارایی سیستم هوای فشرده شما وجود دارد. با نگهداری مناسب، هیچ دلیلی وجود ندارد که سیستم شما بتواند در کنار کارآیی بالا، صرفه جویی در هزینه ایجاد نکند.