Skontaktuj się z nami

Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

1000 znaków pozostało
e-mail

Zadzwoń do nas:

tel./fax: +48 (22) 868 03 53
tel./fax: +48 (22) 868 00 33

telefon

Odwiedż nas na Facebook

facebook ikonka 2

facebook


Wytwarzanie sprężonego powietrza bez zawartości oleju przy mniejszym o 22,5% zużyciu energii elektrycznej

 

fot1

System zasilania sprężonym powietrzem musi spełniać cztery wymogi i tylko wówczas można stwierdzić, że jest on „optymalny”. Sprężone powietrze musi być zawsze dostępne w odpowiedniej ilości, z uwzględnieniem ewentualnych nadmiarów, przy zachowaniu możliwie najlepszych parametrów ekonomicznych i pełnej niezawodności, a przy tym mieć jakość zgodną z wymogami obowiązującymi w danej branży lub dla danego sposobu wykorzystania. Niespełnienie chociażby jednego z kryteriów może szybko spowodować ogromne koszty, niewystarczającą jakość produkcji, a w ekstremalnym przypadku nawet długotrwałe przestoje w produkcji.

 

Z tego powodu jedno z przedsiębiorstw zajmujące się przetwórstwem mięsnym poprzez nową, a równocześnie nowoczesną instalację sprężonego powietrza chciało wykluczyć wszelkie możliwe ryzyka. Poprzez wdrożenie nowej koncepcji chciano nie tylko spełnić wymogi międzynarodowej klienteli w zakresie wytwarzania sprężonego powietrza w 100% wolnego od oleju, ale także zrealizować własne cele w zakresie produkcji sprężonego powietrza na możliwie najwyższym poziomie. Mimo wystarczającej mocy sprężarek – choć bez możliwości sterowania nadmiarami – i możliwości regulacji prędkości obrotowych w części z nich, brakowało optymalnego dopasowania do bardzo zmiennego zapotrzebowania.

 

Sytuacja wyjściowa

 

Do czerwca 2012 r. sprężone powietrze było wytwarzane przy pomocy sprężarek śrubowych z wtryskiem oleju, a następnie uzdatniane, co generowało dodatkowe koszty i stwarzało ryzyko. Przy użyciu nowej stacji obejmującej trzy różnej wielkości sprężarki śrubowe z regulowaną prędkością obrotową i chłodzeniem przez wtrysk wody z serii LENTO firmy ALMiG realizuje się obecnie nową wzorcową, a równocześnie przyszłościową koncepcję, przy czym od samego początku prognozuje się, że oszczędności energetyczne sięgną 22,5% w porównaniu ze starą stacją. Dodatkowe oszczędności będzie można uzyskać dzięki wstępnie przygotowanemu systemowi odzysku ciepła, co będzie możliwe, jak tylko instalacje zakładowe zostaną przygotowane do odbioru tegoż ciepła.

 

fot1

Fot. Nowa stacja sprężonego powietrza – na pierwszym planie urządzenie o mocy 31 kW, za nim dwie instalacje o mocy 110 kW każda

 

Dla przedsiębiorstwa o bardzo dobrze zorganizowanej produkcji bezawaryjne zasilanie sprężonym powietrzem bez zawartości oleju jest niezbędne. Do początku czerwca 2012 r. było ono wytwarzane przy pomocy czterech starszych sprężarek śrubowych z wtryskiem oleju, których maksymalny łączny strumień objętości wynosił 24,6 m3/min (tabela 1), a następnie powietrze było poddawane filtracji. Należy jednak pamiętać, że system uzdatniania sprężonego powietrza pracuje w pełni prawidłowo tylko przy regularnej i prawidłowej konserwacji elementów do uzdatniania powietrza. Mimo to nie można wykluczyć nagłego uszkodzenia filtra. Taka sytuacja może spowodować przedostanie się sprężonego powietrza o zawartości oleju od 3 do 5 mg/m3 do sieci, a następnie – po spadku ciśnienia w maszynach – do pomieszczeń roboczych, gdzie wszystkie urządzenia i elementy mające kontakt z artykułami spożywczymi mogą zostać pokryte cienką warstwą oleju. Co więcej pracownicy są wówczas narażeni na wdychanie składników oleju.

 

Sprężarka

Moc znamionowa silnika

Strumień objętości

(maksymalny)

Strumień objętości

(minimalny)

Uwagi

Urządzenie 1

22 kW

3,2 m³/min

 

stała prędkość obrotowa

Urządzenie 2

30 kW

4,7 m³/min

 

stała prędkość obrotowa

Urządzenie 3

50 kW

8,0 m³/min

1,5 m³/min

regulowana prędkość obrotowa

Urządzenie 4

55 kW

8,7 m³/min

 

stała prędkość obrotowa

Tabela 1: Sprężarki starej stacji

 

Urządzenia składające się na starą stację miały już wiele lat, a ponadto pracowały na granicy swojej mocy, bez regulacji nadmiarów i mimo regulacji prędkości obrotowej nie było możliwości dostosowania ich pracy do zapotrzebowania na sprężone powietrze, w szczególności w okresach niskiego obciążenia zakładu. Znaczny hałas, jaki generowały, spowodował też, że konieczna była przebudowa pomieszczenia, w którym się znajdowały.

 

Nowa koncepcja wytwarzania sprężonego powietrza

 

Jedynym możliwym rozwiązaniem było opracowanie zupełnie nowej koncepcji wytwarzania sprężonego powietrza. Kilka zapytań przesłanych do znanych producentów nie przyniosło pożądanego rezultatu, z jednym wyjątkiem. Zakład zajmujący się przetwórstwem spożywczym – midzy innymi ze względów marketingowych – wymagał sprężonego powietrza bez zawartości oleju, które byłoby wytwarzane od razu bezolejowo. W nowej koncepcji ze względu na niezbędną filtrację powietrza wykluczono możliwość zastosowania sprężarek śrubowych z wtryskiem oleju oraz – ze względu na duże nakłady serwisowe i energetyczne – sprężarek pracujących na sucho. Przy wymaganej przez klienta wielkości urządzeń firma ALMiG zaoferowała optymalne rozwiązanie w postaci sprężarek śrubowych z regulacją prędkości obrotowej serii LENTO, które umożliwiają wytwarzanie sprężonego powietrza od razu bez zawartości oleju. Koncepcja sprężania z wtryskiem wody, bardzo dobre parametry ekonomiczne urządzeń oraz niski poziom hałasu od razu przekonały zleceniodawcę. Pozytywnie oceniono również wspólne planowanie oraz możliwość dostawy instalacji w stanie „pod klucz” z siedziby firmy ALMiG.

 

Szczegółowy pomiar zapotrzebowania w ramach analizy EBS

 

W celu określenia optymalnej wielkości nowej stacji sprężonego powietrza firma ALMiG w kwietniu 2011 r. przez siedem dni badała zapotrzebowanie na sprężone powietrze przy pomocy sytemu EBS (system bilansowania energii). Wspomagany komputerowo system EBS w trzech krokach wyznacza drogę do najbardziej wydajnego energetycznie systemu wytwarzania sprężonego powietrza. Na etapie 1 (pomiar) gromadzone są wszystkie informacje dotyczące aktualnej sytuacji, jak np. ilości powietrza wytwarzanego jednorazowo i łącznie, obciążenia, ciśnienia roboczego itd. Na etapie 2 (analiza) zmierzone dane są analizowane przez program komputerowy, który dokładnie przedstawia aktualny koszt energii, wyliczając go także w skali całego roku. Dodatkowe tabele i wykresy zawierające liczne dane umożliwiają przeprowadzenie dokładnej analizy i optymalne doradztwo. Na etapie 3 (symulacja) system EBS przedstawia propozycje rozwiązań, oblicza oczekiwane koszty energii oraz potencjalny zakres oszczędności energii. Dzięki temu można z góry precyzyjnie obliczyć oczekiwany stosunek kosztów do korzyści i wynikający z niego zwrot z inwestycji. W okresie dokonywania pomiaru stwierdzono następujące zakresy zapotrzebowania:

  • - podczas zmian roboczych, tj. od poniedziałku do piątku, zapotrzebowanie wahało się w granicach 17 do 22 m3/min,
  • - poza zmianami roboczymi i w dni wolne od pracy wynosiło jednak zaledwie 2 do 5 m3/min.

 

fot2

Fot. Woda do chłodzenia krążąca we wspólnym dla trzech sprężarek LENTO obiegu jest chłodzona w dwóch urządzeniach do schładzania umieszczonych na dachu hali

 

Generalnie dla starej stacji analiza EBS wykazała przedstawione w tabeli 2 ilości wytworzonego sprężonego powietrza, zużycie energii i koszty energii, które zostały także wyliczone dla całego roku (koszt energii przyjęty jako podstawa do obliczeń: 0,34 zł/kWh).

 

Kryterium

Termin pomiaru

12 do 18 kwietnia 2011 r.

Wyliczenia dla całego roku (52 tygodnie)

Czas pracy stacji sprężonego powietrza w okresie prowadzenia pomiarów (praca przynajmniej 1 sprężarki)

164 rg

 

Łączna liczba godzin pracy (praca wszystkich sprężarek pod obciążeniem i na biegu jałowym)

305 rg

15 864 rg

Ilość sprężonego powietrza dostarczana przez wszystkie sprężarki

86 153 m³

447 9963

Zużycie energii przez wszystkie sprężarki (praca pod obciążeniem i na biegu jałowym)

11 793 kWh

613 212 kWh

Koszty energii dla wszystkich kompresorów

4 111 zł

213 767 zł

Tabela 2: Koszty energii w okresie prowadzenia pomiarów i w skali 1 roku

 

W ramach symulacji wykonanej w systemie EBS (etap 3) jako optymalne rozwiązanie została zaproponowana instalacja trzech sprężarek śrubowych serii LENTO firmy ALMiG z regulacją prędkości obrotowej i systemem chłodzenia przez wtrysk wody, o następujących parametrach:

dwa urządzenia typu LENTO 110 (nominalna moc silnika 110 kW, strumień przepływu w obu przypadkach od 4,66 do 19,62 m3/min),

jedno urządzenie typu LENTO 31 (nominalna moc silnika 30 kW, strumień przepływu od 1,97 do 4,75 m3/min).

 

Powyższy system został zainstalowany w nowym zakładzie i uruchomiony na początku czerwca 2012 r. Stara stacja została odłączona od sieci. Trzy nowe sprężarki firmy ALMiG z regulacją prędkości obrotowej są sterowane przez wbudowane urządzenia Air Control 3 pod stałym ciśnieniem na poziomie ok. 7,5 bar w sieci przewodów, przy wahaniach ciśnień wynoszących jedynie ±0,1 bar, w zależności od zapotrzebowania i przy optymalnym wykorzystaniu energii zgodnie z następującą koncepcją:

podczas pracy zakładu na dwie lub trzy zmiany od poniedziałku do piątku dwie duże sprężarki (nr 1 i nr 2) pracują równocześnie w średnim zakresie mocy, co jest bardzo korzystne ze względu na zapotrzebowanie na energię. W przypadku awarii jednego urządzenia drugie z nich (o mocy 110 kW) samo pokrywa całe zapotrzebowanie (ewentualnie wraz ze sprężarką nr 3);

w czasie pozaprodukcyjnym i w weekendy mała sprężarka nr 3 sama pokrywa całkowite zapotrzebowanie urządzeń, m. in. instalacji chłodniczej. W przypadku awarii tego urządzenia automatycznie uruchamia się sprężarka nr 1 lub nr 2.

 

Nawet podczas prac konserwacyjnych lub w razie awarii powyższe rozwiązanie gwarantuje stałe zasilanie układu poprzez załączenie instalacji nadmiarowej. W przypadku dalszej rozbudowy linii produkcyjnych na początku będzie można pokryć zwiększone zapotrzebowanie na sprężone powietrze z istniejącej rezerwy mocy. W razie konieczności zwiększenia mocy szeroka oferta produktów z serii LENTO bez wątpienia umożliwi optymalną rozbudowę. Na życzenie zleceniodawcy wszystkie trzy sprężarki wyposażono we wbudowany system odzyskiwania ciepła. Dzięki sterowaniu zintegrowanemu ze sprężarką użytkownik może zmieniać temperaturę cieczy chłodzącej i generować temperatury do 50°C w celu ogrzewania wody użytkowej.

 

rys1

Rys. Schemat działania pokazuje obieg powietrza i wody w sprężarce z serii LENTO

 

rys2

Rys. Na wykresie przedstawiono oszczędność energii w przypadku sprężania izotermicznego w porównaniu ze sprężaniem adiabatycznym

 

Oszczędność energii elektrycznej o 22,5%

 

Dla zaproponowanej tu konfiguracji urządzeń obejmującej trzy sprężarki z serii LENTO system EBS w rachunku rocznym określił zmianę liczby roboczogodzin, ilości wytwarzanego sprężonego powietrza, zużycia energii, a także kosztów energii, jak przedstawiono w tabeli 3. Dzięki prognozowanemu spadkowi zużycia energii o 22,5% spadną także koszty energii – również o 22,5%, a dokładnie o 47 242 zł – z 213 767 zł do jedynie 166 525 zł. Ponadto system EBS prognozuje bardzo niski udział przebiegów na biegu jałowym – na poziomie 1% dla 2 urządzeń 110 kW i 2% dla urządzenia 37 kW.

 

Kryterium

Stara stacja

Nowa stacja

Zmiana

Roboczogodziny [rg]

15 864

10 535

-33,6 %

Strumień objętości [m³/min]

4 479 963

4 390 834

-2,0 %

Zużycie energii [kWh]

613 212

477 683

-22,5 %

Koszty energii [zł]

213 767

166 525

-22,5 %

Tabela 3: Prognozowane oszczędności na energii

 

Firma ALMiG produkuje sprężarki śrubowe serii LENTO z chłodzeniem z wtryskiem wody w wersji z chłodzeniem powietrznym i wodnym, przeznaczone do zakresu ciśnienia 5 do 10 bar i 13 bar, jako urządzenia z regulacją prędkości obrotowej (moce napędu: 15 do 110 kW, strumień objętości: 0,86 do 19,6 m3/min) i urządzenia o stałej prędkości obrotowej o mocy do 75 kW. Wszystkie urządzenia z serii LENTO zostały przebadane przez TÜV Rheinland pod kątem zgodności z normą ISO 8573-1, klasa 0. Uruchamiają się one energooszczędnie, bez skoków natężenia prądu i bez zmian cykli łączeniowych oraz drogich przebiegów na biegu jałowym; są dokładnie dopasowywane do danego zapotrzebowania na sprężone powietrze. Przy pomocy tych urządzeń można optymalizować istniejące stacje sprężonego powietrza dla instalacji o stałym, jak i zmiennym zapotrzebowaniu na sprężone powietrze. Dostępne w portfolio produktów firmy ALMiG sprężarki tłokowe o niższych mocach, a także bezolejowe sprężarki śrubowe typu DUPLEXX i bezolejowe turbosprężarki DYNAMIC o mocy nominalnej do 2500 kW sprawiają, że ALMiG gwarantuje pełne zaopatrzenie w urządzenia do bezolejowego wytwarzania sprężonego powietrza.

 

Sprawdzona technika LENTO

 

Wszystkie urządzenia z serii LENTO wykorzystują zamknięty i samowystarczalny system wtryskiwania wody, nie trzeba ich podłączać do sieci wodociągowej, konieczne jest tylko jednokrotne napełnienie systemu przy uruchamianiu urządzenia. Wtryskiwana woda – jak olej w sprężarkach śrubowych z wtryskiem oleju – uszczelnia szczeliny między wirnikami, jak i między wirnikami i ściankami danej komory sprężania, pełniąc równocześnie funkcję cieczy chłodzącej podczas procesu sprężania. Woda w porównaniu z olejem posiada dużo lepsze właściwości chłonięcia ciepła i dużo lepiej się rozpyla podczas wtryskiwania, co umożliwia utrzymywanie niskich temperatur końcowych sprężania nieprzekraczających 60°C. To sprawia, że proces sprężania posiada cechy sprężania izotermicznego. Z tego z kolei wynika wyższa sprawność danego etapu sprężania.

 

Separator umieszczony w urządzeniu oddziela sprężone powietrze i wodę. Wirniki wyprodukowane z bardzo twardej mieszanki tworzyw sztucznych i stali szlachetnej pracują na łożyskach wałeczkowych walcowych i łożyskach kulkowych skośnych w cylindrach do sprężania bardzo precyzyjnie wyprodukowanych z antykorozyjnych materiałów, co daje maksymalną niezawodność. Mechaniczne uszczelnienia i dodatkowe przestrzenie pośrednie gwarantują pełną szczelność bezolejowej komory sprężania. We wbudowanym osuszaczu ziębniczym nasycone w 100% sprężone powietrze jest schładzane przy punkcie rosy wynoszącym od +3°C do +7°C, dzięki czemu w przypadku wielu zastosowań nie jest potrzebny dodatkowy osuszacz zewnętrzny. Zebrane skropliny są odprowadzane z powrotem do wewnętrznego obiegu wody. Elektroniczny system odprowadzania skroplin oddziela skropliny i – jako że nie zawierają one oleju – oprowadza je bezpośrednio do kanalizacji. Poprzez stałe doprowadzanie czystego kondensatu do obiegu, jakość wody jest utrzymywana na stałym, wysokim poziomie, a jej zanieczyszczenie jest wyraźnie niższe niż przy pierwszym napełnianiu systemu wodą z kranu o jakości wody pitnej. Filtr wody wychwytuje wszelkie zanieczyszczenia dostające się do systemu wraz z zasysanym powietrzem. Wyraźne zmniejszenie ilości cząstek organicznych i nieorganicznych w stosunku do ich ilości w zasysanym powietrzu zostało kilkukrotnie jednoznacznie potwierdzone przez niezależne instytuty.

 

Wszystkie trzy nowo zainstalowane sprężarki LENTO zostały wyposażone we wbudowane sterowanie Air Control 3 firmy ALMiG. Sterowanie steruje urządzeniami przy wysokiej wydajności energetycznej i tolerancji zmiany ciśnień wynoszącej jedynie 0,1 bar, archiwizując wszystkie ważne dane eksploatacyjne. Jest ono wyposażone w ergonomiczny panel obsługi obejmujący duży wyświetlacz LCD oraz wyświetlacz tekstowy, na którym pojawiają się wszystkie najważniejsze parametry.

 

Sterowanie umożliwia samoczynne testowanie, stały nadzór, wyświetla ostrzeżenia, daje też możliwość programowania czasowego, w opcji posiada funkcję zarządzania akcesoriami i zmiennego załączania obciążenia podstawowego. Po zamontowaniu u użytkownika w przyszłości głównego panelu sterowania system Air Control 3 zostanie zastąpiony przez nadrzędne sterowanie firmy ALMiG, które przejmie kierowanie stacją i będzie analizować wszystkie sygnały dochodzące ze stacji. W opcji możliwe byłoby wówczas zdalne przekazywanie tych sygnałów, na życzenie klienta np. do firmy ALMiG.

 

Mimo, że sprężarki LENTO zostały wyposażone we wbudowany osuszacz ziębniczy (punkt rosy w zakresie 3 do 7°C), sprężone powietrze jest osuszane w dodatkowym zewnętrznym osuszaczu ziębniczym typu ALM 1850 firmy ALMiG, dla którego strumień przepływu wynosi 28,33 m3/min, natomiast punkt rosy 2 do 3°C. Ten dodatkowy osuszacz ma na celu zapobiec skraplaniu się pary wodnej ze sprężonego powietrza w halach produkcyjnych, w których – dla ochrony przetwarzanych produktów spożywczych – utrzymuje się niską temperaturę. Przed wprowadzeniem do sieci sprężone powietrze poddaje się oczyszczaniu z wszelkich pozostałych cząstek w mikrofiltrze (maksymalna wielkość cząstki: 1 μm, stopień filtracji: 99,985%) oraz submikrofiltrze (maksymalna wielkość cząstki: 0,01 μm, stopień filtracji: 99,99999%).

 

Zarówno zewnętrzny osuszacz ziębniczy, jak i filtry zainstalowane są przy pomocy przewodów obejściowych. Dwa zbiorniki sprężonego powietrza oraz sieć rurociągów umożliwiają zmagazynowanie łącznie 3 m3 sprężonego powietrza, co dzięki pracy sprężarek LENTO stosownie do aktualnego zapotrzebowania w zupełności wystarcza. Wszystkie trzy sprężarki LENTO są chłodzone wodą i posiadają własny zamknięty obieg cieczy chłodzącej. Nagrzana ciecz chłodząca jest schładzana w dwóch dostarczonych również przez firmę ALMiG i zainstalowanych na dachu hali urządzeniach do schładzania. W celu zapewnienia niskiego poziomu hałasu urządzenia do schładzania cieczy chłodzącej pracują równolegle, co oznacza, że wentylatory regulowane częstotliwościowo i załączane w zależności od temperatury mogą pracować ze zredukowaną do połowy prędkością obrotową. Cała stacja wraz z orurowaniem i urządzeniami do schładzania cieczy chłodzącej, została wzorcowo zbudowana przez firmę ALMiG.

 

Wnioski

 

Dzięki niniejszej stacji użytkownik został wyposażony w doskonały i nowoczesny system, który umożliwia wytwarzanie sprężonego powietrza od razu bez zawartości oleju. Dzięki temu użytkownik systemu może spełniać rosnące oczekiwania swoich wymagających klientów. Nowa koncepcja pozwala nie tylko wyeliminować wszelkie dodatkowe koszty i ryzyko związane z uzdatnianiem sprężonego powietrza, lecz także umożliwia produkcję sprężonego powietrza przy zachowaniu najwyższej niezawodności oraz obniżeniu kosztów eksploatacji z uwagi na mniejsze o 22,5% zużycie energii elektrycznej. Taka jest przynajmniej prognoza wynikająca z przeprowadzonej przez firmę ALMiG analizy EBS. W rzeczywistości wartości te będą jeszcze korzystniejsze.

 

Autor: G. Gammelin jest kierownikiem obszaru sprzedaży w firmie ALMiG Kompressoren

Ta strona używa plików Cookies. Dowiedz się więcej o celu ich używania i możliwości zmiany ustawień Cookies w przeglądarce. Czytaj więcej...