Воздушный компрессор для завода — руководство для руководителей предприятий | | ТЕПЛОТА

Воздушный компрессор для завода — руководство для руководителей предприятий

Промышленные операции в значительной степени зависят от заводских воздушных компрессоров как источника энергии для инструментов, машин и процессов. Фактически, сжатый воздух часто называют «четвертой полезностью» наряду с электричеством, водой и газом. Производство сжатого воздуха является энергоемким — производство сжатого воздуха может составлять 10–30% от общего потребления электроэнергии предприятием. Хуже того, например Министерство энергетики США оценивает, что 30–50% этой мощности сжатого воздуха тратится впустую из-за утечек, неправильной конструкции и других неэффективных факторов. А если сравнить — большего потребления в Украине. Это делает крайне важным для руководителей предприятий тщательно выбирать, обслуживать и оптимизировать свои системы воздушных компрессоров, чтобы избежать потерь энергии и ненужных затрат. В этом всеобъемлющем руководстве мы рассмотрим все, что вам нужно знать о системах воздушных компрессоров предприятий.

Типы заводских воздушных компрессоров, используемых на промышленных предприятиях

Выбор правильного типа компрессора является основополагающим для проектирования эффективной системы. Наиболее распространенные типы заводских воздушных компрессоров включают поршневые компрессоры, винтовые компрессоры, пластинчатые компрессоры, спиральные компрессоры и центробежные компрессоры. Ниже приведен обзор каждого из них:

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры используют поршневой и цилиндровый механизм для сжатия воздуха. Они лучше всего подходят для небольших диапазонов потребления (примерно от 2 до 25 лошадиных сил) и известны своей надежностью с минимальными потребностями в обслуживании. Поршневые агрегаты обеспечивают высокое давление и часто встречаются в мастерских и на небольших заводах. Однако у них ограниченный рабочий цикл — им нужны периоды охлаждения после непрерывной работы — поэтому они менее подходят для крупномасштабного круглосуточного промышленного использования. Перегрузка поршневого компрессора без отдыха сократит его срок службы.

Винтовые компрессоры

Роторно-винтовые компрессоры, рабочие лошадки промышленных предприятий, широко используются в широком диапазоне размеров (от ~5 л. с. до 1000+ л. с.). Они используют два взаимозацепляющихся винтовых винта (ротора) для непрерывного сжатия воздуха. Большинство из них представляют собой конструкции с впрыском масла (масляным заполнением), в которых масло вводится для охлаждения и смазки винтов и помогает герметизировать камеру сжатия. Роторно-винтовые компрессоры обеспечивают постоянный поток воздуха и могут работать непрерывно, что делает их идеальными для крупных систем сжатого воздуха на заводе. Они подают много воздуха (высокий CFM) в относительно компактной упаковке. С другой стороны, винтовые компрессоры с масляным охлаждением требуют надлежащего обслуживания масла и фильтрации, чтобы предотвратить унос масла вниз по потоку. При хорошем обслуживании они чрезвычайно долговечны и эффективны для тяжелого промышленного использования.

Спиральные компрессоры

Спиральные компрессоры оснащены двумя взаимосвязанными спиралями (одна неподвижная, одна вращающаяся) для сжатия воздуха. Обычно они доступны в меньших размерах (часто ~10–30 л. с.) и ценятся за подачу безмасляного воздуха. Спиральные агрегаты работают очень тихо и часто используются в лабораториях, больницах, фармацевтическом производстве и любых других средах, где важны сверхчистый воздух и низкий уровень шума. Например, медицинские и стоматологические учреждения используют спиральные компрессоры для воздуха для инструментов, поскольку они обеспечивают чистый, сухой воздух и соответствуют таким стандартам, как рекомендации NFPA для медицинского воздуха. Компромисс заключается в том, что спиральные компрессоры практичны только для более низких скоростей потока и могут иметь более высокие начальные затраты на единицу мощности.

Роторно-лопастные компрессоры

Эти компрессоры используют ротор со скользящими лопастями, которые сжимают воздух в корпусе с помощью центробежной силы. Роторно-лопастные компрессоры встречаются несколько реже, но могут быть эффективным вариантом. Они, как правило, тише поршневых или винтовых компрессоров и обычно стоят примерно на 10% меньше, чем эквивалентная модель роторного винта. Многие роторно-пластинчатые агрегаты также могут быть оснащены частотно-регулируемыми приводами. Они относительно просты в обслуживании и обеспечивают хорошую эффективность при различных скоростях. Однако роторно-пластинчатые агрегаты могут не достигать той же энергоэффективности при полной нагрузке, что и современные роторно-винтовые, и они занимают промежуточное положение с точки зрения производительности.

Центробежные компрессоры

Эти большие компрессоры предназначены для высокого потока воздуха на крупных промышленных предприятиях, как правило, в диапазоне от 200 л. с. до 600+ л. с. Центробежные компрессоры используют высокоскоростные рабочие колеса (вращающиеся «вентиляторы») для ускорения и сжатия воздуха. Они по своей сути безмасляные (внутреннее масло не касается воздуха) и известны компактными размерами, низким уровнем шума и превосходной эффективностью при больших объемах. Центробежные агрегаты часто используются, когда требуется очень большая непрерывная подача воздуха (например, на нефтехимических заводах или крупных производственных кампусах). Они также хорошо справляются с переменным спросом, если оснащены входными направляющими лопатками или элементами управления VSD. Главными соображениями являются более высокая сложность и стоимость, но для крупномасштабных операций их надежность и энергоэффективность могут перевесить расходы.

Каждый тип компрессора имеет свое место. Специальные потребности (например, безмасляный воздух или бесшумная работа) могут потребовать спиральных или ротационных пластинчатых компрессоров. Понимание этих различий помогает выбрать оптимальную технологию для требований вашего предприятия.

Как определить размер воздушного компрессора для завода

Правильный расчет размера и планирование разработки имеют решающее значение для обеспечения достаточного количества воздуха для удовлетворения спроса без перерасхода на мощность, которая вам не нужна. Слишком большой компрессор может быть таким же проблемным, как и слишком маленький! Он будет работать неэффективно при частичной нагрузке и тратить энергию или слишком часто включаться и выключаться. Вот основные шаги и соображения по выбору правильной компрессорной системы для вашего завода:

Определите потребность в воздухе (CFM): начните с оценки потребности в сжатом воздухе всего вашего оборудования и процессов. Сложите кубические футы в минуту (CFM), необходимые инструментам и машинам, которые будут работать одновременно в пиковых условиях. Также рассмотрите средний спрос по сравнению с пиковым спросом. Если на вашем заводе есть определенные приложения с высоким потреблением воздуха, которые работают с перерывами (например, пескоструйная камера, используемая несколько часов в неделю), вам, возможно, не захочется определять размер основного компрессора только для этого экстремального пика. Из-за слишком большого размера компрессор может работать только на ~10% мощности большую часть времени, что крайне неэффективно. Вместо этого вы можете справиться с пиками с помощью вторичного компрессора или буфера с хранимым воздухом. Также проанализируйте свой профиль спроса по сменам. На многих заводах есть две смены с высоким спросом и более легкая третья смена. Ваша цель — сопоставить производительность компрессора с типичным спросом, используя при этом резервуары для хранения или резервные блоки для обработки краткосрочных пиков.
Требования к давлению: Определите самое высокое давление (PSI), необходимое вашему оборудованию, и убедитесь, что компрессор может его обеспечить. Большинство общепромышленных инструментов работают в диапазоне 90–125 PSI. Однако помните, что давление выше необходимого расходует энергию. Каждое увеличение давления в системе на 2 PSI увеличивает потребление энергии примерно на 1%. Выберите компрессор для минимального давления, которое надежно соответствует вашим конечным потребностям.
Требования к качеству воздуха и осушенности: Рассмотрите требования к качеству воздуха ваших процессов. Если у вас есть чувствительные области применения (пищевая промышленность, фармацевтика, покрасочные работы и т. д.), вам может потребоваться очень сухой воздух и воздух без масла. Это влияет на выбор двумя способами: (1) вы можете выбрать конструкцию безмасляного компрессора (например, центробежный или спиральный), если даже следы масла неприемлемы, и (2) вам понадобятся соответствующие осушители воздуха и фильтры ниже по потоку. Например, рефрижераторный осушитель обеспечивает точку росы ~38 °F, что хорошо для общего производства, тогда как адсорбционный осушитель может достигать -40 °F или более низких точек росы для сверхсухого воздуха, необходимого в электронике или фармацевтике. Требования к качеству воздуха будут определять тип компрессора и необходимое оборудование для сушки/фильтрации.
Тип компрессора и рабочий цикл: подберите технологию компрессора в соответствии с вашей нагрузкой и рабочим циклом. Если ваш спрос относительно низкий и прерывистый, может подойти поршневой компрессор. Для постоянного интенсивного использования более подходящим будет роторный винтовой. Для чрезвычайно больших или безмасляных требований рассмотрите центробежный. Профиль каждого типа (как обсуждалось ранее) должен соответствовать потребностям вашего завода с точки зрения надежности, обслуживания и стоимости жизненного цикла. Также подумайте, будете ли вы использовать один большой компрессор или несколько меньших агрегатов. Иногда два компрессора (ведущий и ведомый) могут улучшить избыточность и позволить одному из них отключиться в периоды низкого спроса.
Будущий рост и буфер мощности: разумно включить некоторый запас прочности для будущего расширения или непредвиденных скачков спроса, но не переоценивать его. Традиционные рекомендации по размерам часто предлагают добавить 10–20% дополнительной емкости CFM в качестве буфера. Вы также можете включить дополнительный объем резервуара воздушного ресивера в качестве буфера для коротких пиков, а не увеличивать размер самого компрессора. DOE рекомендует использовать индивидуальный подход на основе вашего конкретного профиля нагрузки и стратегически использовать хранилище.
Проконсультируйтесь со специалистами: Наконец, не стесняйтесь консультироваться со специалистами по системам сжатого воздуха или производителями при определении размера системы. Они могут выполнить оценку спроса или даже аудит воздуха, чтобы точно измерить ваши потребности.