Phần này mô tả các biện pháp đã được chứng minh theo thời gian để cải thiện hiệu quả năng lượng của hệ thống khí nén, bao gồm:

• Xác định và sửa chữa rò rỉ không khí
• Giảm thiểu giảm áp suất
• Giảm thiểu việc sử dụng cuối cùng của khí nén
• Kiểm tra thu hồi nhiệt máy nén
• Tối ưu hóa thiết bị sản xuất không khí

1. Rò rỉ hệ thống khí nén

Rò rỉ khí có thể là một đóng góp đáng kể của năng lượng lãng phí trong một hệ thống khí nén, và trong một số trường hợp dẫn đến tổn thất năng suất. Không có gì lạ khi gặp phải 20% -30 % công suất của máy nén dưới dạng rò rỉ khí tại các cơ sở công nghiệp. Các chương trình quản lý rò rỉ chủ động (phát hiện và sửa chữa) có thể giảm rò rỉ xuống dưới 10% sản lượng khí nén của nhà máy.

Ngoài việc là một nguồn năng lượng lãng phí, rò rỉ cũng có thể góp phần vào các tổn thất hoạt động khác. Có mối quan hệ nhân quả mạnh mẽ giữa số lượng và cường độ rò rỉ khí với áp suất hệ thống khí nén tổng thể. Ví dụ, áp suất không khí thấp hơn có thể ảnh hưởng đến các công cụ và thiết bị bằng cách giảm sản lượng cơ học và giảm năng suất kết quả của quy trình.

Sự thờ ơ với việc quản lý rò rỉ khí có thể dẫn đến việc mua công suất máy nén khí không cần thiết, do đó làm tăng chi phí vốn.

Hình 1 cho thấy chi phí điện hàng năm ước tính (0,10 đô la / kWh) cho các rò rỉ kích thước khác nhau dựa trên hoạt động một, hai và ba ca.

Loại điều khiển máy nén có thể có ảnh hưởng lớn đến kết quả của bất kỳ nỗ lực giảm rò rỉ nào. Ví dụ, một nỗ lực giảm rò rỉ làm giảm 10% mức tiêu thụ không khí, trong một hệ thống có một máy nén điều chế duy nhất, sẽ chỉ đạt được khoảng 3% tiết kiệm năng lượng vì khả năng quay vòng hạn chế của điều khiển máy nén điều chế. Việc giảm tương tự này khi áp dụng cho một hệ thống có máy nén VSD sẽ giúp tiết kiệm năng lượng khoảng 10%.

Ước tính tổng rò rỉ không khí

Bước đầu tiên tốt trong việc giải quyết rò rỉ không khí trong nhà máy là thực hiện kiểm tra tải thấp trong thời gian không sản xuất. Điều này có thể khá dễ dàng nếu có một lưu lượng kế chính xác đã được lắp đặt trong hệ thống hoặc nếu máy nén khí có đồng hồ đo công suất. Nếu không, một thử nghiệm đặc biệt có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một hoặc nhiều máy nén khí nhà máy.

Nếu máy nén của nhà máy đã hoạt động ở chế độ tải / không tải (nhà cung cấp dịch vụ máy nén có thể hỗ trợ xác định điều này), ước tính rò rỉ có thể được thực hiện bằng cách đo thời gian tải và dỡ tải trong khi máy nén đang cấp rò rỉ. Ví dụ: nếu máy nén 100 HP được đánh giá ở 400 cfm được tải trong 2 phút và dỡ tải trong 3 phút, tải rò rỉ có thể được ước tính bằng cách lấy thời gian tải và chia tổng thời gian tải cộng với thời gian không tải hoặc trong ví dụ này 2/5 = 0,4. Điều này cho thấy máy nén được tải 40% thời gian. Tải rò rỉ sau đó sẽ là 40% của 400 cfm hoặc 160 cfm. Nếu một máy nén khác được tải trong thời gian này, công suất của nó sẽ được thêm vào giá trị tính toán này. Nói chung, công suất đầu ra của bất kỳ máy nén nào hoạt động khoảng 100 psi sẽ gấp khoảng 4 lần định mức mã lực bảng tên máy nén.

Thử nghiệm này cũng có thể được thực hiện với máy nén điều chế bằng đồng hồ đo áp suất chính xác và đồng hồ bấm giờ. Thử nghiệm này gây ra dao động áp suất lớn, vì vậy điều quan trọng là phải xác định xem thiết bị quan trọng có bị ảnh hưởng hay không.

Nếu nhà máy có thể chạy trên một máy nén, hãy kiểm tra tải rò rỉ bằng cách tắt máy nén và đo thời gian cần thiết để áp suất giảm từ điểm thấp hơn 10 psi so với áp suất hệ thống bình thường xuống điểm thấp hơn 30 psi (giảm 20 psi). Thử nghiệm được thực hiện tại điểm thấp hơn này để ngăn chặn điều chế máy nén trong quá trình thử nghiệm.

Đối với phần thứ hai của thử nghiệm, bật máy nén và đo thời gian cần thiết để áp suất tăng lên mặc dù hai điểm áp suất giống nhau. Lặp lại thử nghiệm một số lần, cẩn thận không vượt quá 4 lần khởi động động cơ mỗi giờ. Tỷ lệ tải máy nén được xác định bằng cách lấy thời gian tăng và chia cho tổng thời gian (tăng cộng với giảm). Như trong ví dụ trước, tải rò rỉ được ước tính bằng cách nhân tỷ lệ này với đầu ra cfm của máy nén. Nếu một máy nén thứ hai được yêu cầu để đạt được áp suất cần thiết, công suất của nó sẽ được thêm vào tổng số.

Chi phí gần đúng để cung cấp các rò rỉ này ở mức 100 psi có thể được xác định như sau:

0,2 x rò rỉ cfm x giờ mỗi năm x chi phí cho mỗi kWh

Tỷ lệ rò rỉ 100 cfm sẽ có giá khoảng 0,2 x 100 x 4.250 x 0,10 đô la = 8.500 đô la mỗi năm để duy trì ở mức 10 xu cho mỗi kWh pha trộn.

Cách theo dõi rò rỉ không khí

Rò rỉ không khí rất khó nhìn thấy hoặc nghe thấy trong môi trường có tiếng ồn xung quanh cao (ví dụ: quạt và máy móc).

Khi nhà máy ngừng hoạt động, bạn thường có thể nghe thấy tiếng rò rỉ không khí. Nếu có tiếng ồn xung quanh, có thể bạn sẽ cần sử dụng máy dò rò rỉ siêu âm. Máy dò âm thanh siêu âm là thiết bị cầm tay nhận ra sự hiện diện của rò rỉ không khí bằng các mẫu âm thanh siêu âm của chúng. Khi vị trí chung của rò rỉ không khí được xác định, nước xà phòng có thể được áp dụng cho các khu vực nghi ngờ. Phương pháp nước xà phòng rất đáng tin cậy, tuy nhiên nó tốn thời gian để thực hiện.

Thận trọng: Luôn sử dụng thiết bị bảo vệ thị lực và thính giác thích hợp, và tuân thủ các quy trình an toàn thích hợp khi phát hiện rò rỉ không khí hoặc khi làm việc ở độ cao lớn.

Kinh nghiệm đã chỉ ra rằng rò rỉ không khí xảy ra thường xuyên nhất tại các khớp và kết nối. Sửa chữa rò rỉ có thể đơn giản như thắt chặt kết nối hoặc thay thế nguyên nhân gốc rễ thiết bị bị lỗi bao gồm:

• Khớp nối
• Phụ kiện
• Phần ống
• Vòi
• Khớp
• Bẫy thoát nước
• Thân van

Ngăn chặn rò rỉ không khí

Dưới đây là một số mẹo giúp ngăn chặn rò rỉ xảy ra ngay từ đầu:

• Lắp đặt phụ kiện đúng cách với chất bịt kín thích hợp nếu có.
• Cách ly thiết bị không hoạt động bằng van trong hệ thống phân phối.
• Giảm áp suất không khí của hệ thống nếu có thể. Chênh lệch áp suất thấp hơn trên rò rỉ không khí làm giảm tốc độ dòng chảy xuống một lượng nhỏ. Tuy nhiên, đây không phải là cách chữa trị rò rỉ không khí.
• Lựa chọn phụ kiện chất lượng cao từ các nhà cung cấp uy tín bao gồm ống khí, ống, ngắt kết nối ngay từ đầu.

Hãy nhớ rằng một khi rò rỉ đã được sửa chữa, hệ thống điều khiển máy nén thường cần phải được điều chỉnh để đạt được tiềm năng tiết kiệm năng lượng thực sự.

2. Giảm áp suất xả máy nén bằng cách giảm thiểu sụt áp

Áp suất xả máy nén ảnh hưởng đến hiệu suất của máy nén khí. Trong một số trường hợp, áp suất xả của máy nén sẽ vô tình được đặt quá cao mà không có lý do chính đáng. Trong những trường hợp này, năng lượng có thể được tiết kiệm bằng cách điều chỉnh lại các điểm đặt điều khiển máy nén xuống mức thấp hơn. Điều này nên được thực hiện cẩn thận và trong các bước nhỏ để không ảnh hưởng đến các thiết bị nhạy cảm.

Tuy nhiên, thông thường, áp suất xả máy nén được đặt cao một cách giả tạo để khắc phục các sự sụt giảm áp suất hệ thống khác nhau giữa máy nén và các mục đích sử dụng cuối cùng quan trọng. Giảm áp suất là do hạn chế dòng chảy bên trong đường ống hệ thống và các thành phần. Giảm áp suất quá nhiều có thể dẫn đến hiệu suất hệ thống kém và tiêu thụ năng lượng máy nén quá mức.

Các khu vực có vấn đề về giảm áp suất bao gồm bộ làm mát sau máy nén, bộ lọc, bộ tách nước, máy sấy, đường ống và van một chiều. Hạn chế dòng chảy của bất kỳ loại nào trong hệ thống đòi hỏi áp suất vận hành cao hơn, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn.

Nói chung, một hệ thống khí nén được thiết kế phù hợp phải có tổn thất áp suất (hoặc rơi) nhỏ hơn 10% áp suất xả của máy nén, được đo từ điểm xả đến điểm sử dụng cuối.

Cách giảm thiểu giảm áp suất

Danh sách sau đây thảo luận về một số cách phổ biến để giảm thiểu sự sụt giảm áp suất trong hệ thống khí nén:

• Các thành phần thiết bị để xử lý không khí bao gồm bộ làm mát sau, bộ tách ẩm, máy sấy và bộ lọc phải được lựa chọn với mức giảm áp suất thực tế thấp nhất ở các điều kiện vận hành tối đa được chỉ định. Sau khi cài đặt, các quy trình bảo trì được khuyến nghị của nhà sản xuất phải được tuân thủ và ghi lại.
• Bảo trì thiết bị lọc và sấy khô không khí để quản lý tác động của độ ẩm, ví dụ như ăn mòn đường ống.
• Thiết kế đúng hệ thống phân phối với kích thước đường kính ống phù hợp và cấu hình hệ thống vòng lặp nếu có thể.
• Giảm khoảng cách khí nén đi qua hệ thống phân phối.

• Đánh giá các yêu cầu về mức áp suất của các ứng dụng sử dụng cuối. Giảm thiểu áp suất hệ thống khí nén để phù hợp với yêu cầu sử dụng cuối cùng.
• Kiểm tra áp suất không khí ở đầu vào của các dụng cụ không khí để xác định xem có đủ áp suất được cung cấp hay không. Không có gì lạ khi đo áp suất giảm 30 đến 40 psi giữa đầu nguồn phân phối và điểm sử dụng cuối cùng. Sự sụt giảm áp suất này thường được gây ra bởi các đường dẫn khí quá nhỏ, khớp nối nhanh, bộ lọc, bộ điều chỉnh và chất bôi trơn. Mất áp suất đáng kể cũng phổ biến trong các ống sử dụng cuối. Thông thường, sẽ có một ống cuộn dài, hoặc một loạt các ống, cung cấp việc sử dụng cuối cùng. Kết quả chênh lệch áp suất cao sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến công suất công cụ làm việc hữu ích và thường buộc áp suất hệ thống chính tăng lên.
• Kiểm tra từng điểm sử dụng cuối cùng và xác định điểm có yêu cầu áp suất cao nhất. Giảm áp lực này xuống mức để duy trì chức năng, và sau đó giảm áp lực hệ thống tổng thể.
• Chỉ định bộ điều chỉnh áp suất, chất bôi trơn, ống mềm và các kết nối có chênh lệch áp suất thấp nhất và các đặc tính hiệu suất tốt nhất. Các thành phần kích thước cho tốc độ dòng chảy thực tế chứ không phải tốc độ dòng chảy trung bình.

Chênh lệch áp suất công cụ sử dụng cuối có thể dễ dàng chẩn đoán bằng cách tạo ra một thiết lập máy đo thử nghiệm được chèn bằng cách sử dụng các khớp nối nhanh trong nguồn cấp không khí gần cuối sử dụng. So sánh áp suất không khí có hoặc không sử dụng cuối cùng tiêu thụ không khí sẽ cho thấy chênh lệch áp suất.

• Sử dụng khớp nối kích thước lớn hơn để giảm chênh lệch áp suất. Ví dụ, ở cùng một dòng chảy, bộ ghép nhanh 3/8 inch có chênh lệch áp suất bằng một phần sáu của đầu nối 1/4 inch.

3. Giảm thiểu các yêu cầu về năng lượng sử dụng cuối cùng của khí nén

Dưới đây là một số mẹo giúp bạn giảm thiểu tổng nhu cầu năng lượng của hệ thống khí nén.

• Thay thế các ứng dụng sử dụng cuối không phù hợp (chẳng hạn như thổi mở) bằng các mô hình hiệu quả (vòi phun xoáy, bộ phun).
• Lắp đặt bộ điều khiển lưu lượng để giảm áp suất nhà máy và giảm nhu cầu nhân tạo do áp suất cao hơn yêu cầu.
• Tắt thiết bị tiêu thụ không khí, sử dụng solenoids điện hoặc van ngắt thủ công.
• Tránh vận hành các dụng cụ không khí mà không tải, vì điều này tiêu thụ nhiều không khí hơn một công cụ dưới tải.
• Thay thế các dụng cụ bị mòn, vì chúng thường đòi hỏi áp suất cao hơn và tiêu thụ khí nén dư thừa so với các dụng cụ có hình dạng tốt.
• Bôi trơn dụng cụ không khí theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Giữ không khí được sử dụng bởi tất cả các mục đích sử dụng cuối cùng không có ngưng tụ để tối đa hóa tuổi thọ và hiệu quả của dụng cụ.
• Nếu có thể và thực tế, nhóm cuối cùng sử dụng thiết bị không khí có yêu cầu không khí tương tự về áp suất và chất lượng không khí.

Thu hồi nhiệt máy nén khí

Làm nóng không khí

Máy nén trục vít đóng gói là ứng cử viên lý tưởng để thu hồi nhiệt để sưởi ấm không gian. Nói chung, không khí xung quanh được làm nóng bằng cách đưa nó qua bộ làm mát khí và bộ làm mát chất bôi trơn của máy nén. Vì máy nén đóng gói được đặt trong tủ, và thường được trang bị bộ trao đổi nhiệt và quạt, chỉ cần lắp đặt ống dẫn và quạt HVAC để trích xuất nhiệt. Các ống dẫn có thể bao gồm một lỗ thông hơi được điều khiển bởi một bộ điều chỉnh nhiệt. Lỗ thông hơi có thể hướng không khí nóng ra bên ngoài trong những thời điểm ấm hơn trong năm. Là một biện pháp hiệu quả năng lượng, khoảng 50.000 BTU mỗi giờ nhiệt có thể được chiết xuất cho mỗi 100 scfm khí cho một máy nén hoạt động ở mức đầy tải.

Không có gì lạ khi có thể làm nóng không khí đến 15 đến 25 ° C so với nhiệt độ đầu vào không khí làm mát với hiệu suất thu hồi nhiệt 80-90 phần trăm. Điều quan trọng là phải nhận ra trong việc sử dụng nhiệt này rằng bất kỳ ống thông gió thu hồi nhiệt nào cũng không được hạn chế luồng khí làm mát máy nén. Quạt tăng áp thường được yêu cầu nếu ống dẫn rộng được lắp đặt.

Nước nóng

Với một bộ trao đổi nhiệt thích hợp, nhiệt thải có thể được chiết xuất từ các bộ làm mát chất bôi trơn trong máy nén trục vít làm mát bằng nước, tịnh tiến hoặc quay. Một số nhà sản xuất cung cấp đây là thiết bị tùy chọn. Điều này có thể được sử dụng để sản xuất nước nóng để sử dụng trong hệ thống sưởi ấm hoặc nồi hơi trung tâm, quy trình làm sạch công nghiệp, hoạt động mạ, máy bơm nhiệt, giặt ủi hoặc bất kỳ ứng dụng nào khác cần nước nóng. Bộ trao đổi nhiệt cũng cung cấp một cơ hội để sản xuất cả không khí nóng và nước nóng, và cho phép người vận hành một số khả năng để thay đổi tỷ lệ không khí nóng / nước nóng. Vì nhiều máy nén làm mát bằng nước lớn (>100 HP), thu hồi nhiệt để sưởi ấm không gian có thể là một cơ hội hấp dẫn.

Thông thường, 50-60% nhiệt máy nén có thể được thu hồi thực tế cho các ứng dụng làm nóng nước. Điều quan trọng là phải nhận ra trong việc sử dụng nhiệt này rằng bất kỳ chiến lược thu hồi nhiệt nào cũng không được hạn chế dòng nước làm mát máy nén hoặc quá nhiệt có thể xảy ra.

4. Thực hiện điều khiển máy nén hiệu quả hơn

Cuộc thảo luận trong phần trước có tiêu đề "Điều khiển máy nén và hiệu suất hệ thống" cho thấy có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể bằng cách chạy máy nén ở chế độ hoạt động hiệu quả hơn. Điều này nên được xem xét cho các hệ thống có máy nén hiện có khả năng hoạt động như vậy. Các nhà cung cấp dịch vụ máy nén khí địa phương có thể hỗ trợ nâng cấp hoặc sửa đổi các điều khiển để dịch vụ hiệu quả hơn.

Liên quan đến điều khiển máy nén, cần xem xét các điểm bổ sung sau:

• Để có năng lượng và hiệu suất vận hành tối ưu, các hệ thống có nhiều máy nén đòi hỏi các chiến lược điều khiển hoặc điều khiển tiên tiến hơn (dải áp suất xếp tầng, điều khiển tổng thể mạng hoặc hệ thống) để phối hợp vận hành máy nén và cung cấp khí cho hệ thống.
• Hãy nhớ xem xét yếu tố thời gian khi thiết kế hoặc điều chỉnh hệ thống điều khiển máy nén. Máy nén đòi hỏi thời gian để khởi động và được tăng tốc. Điều này có thể yêu cầu thêm dung lượng bộ thu lưu trữ.
• Các dải áp suất xếp tầng các dải áp suất đơn cần được điều chỉnh theo thời gian.
• "Máy nén cắt" phải là máy có khả năng chạy hiệu quả nhất ở tải một phần.

Cài đặt dung lượng lưu trữ

Máy thu có thể giúp hệ thống khí nén hoạt động hiệu quả hơn và có thể giúp ổn định áp suất hệ thống như đã thảo luận trong "Máy thu và lưu trữ khí".

Những điểm sau đây cũng cần được xem xét:

• Nếu có thể, hãy đặt các máy thu càng gần máy nén khí càng tốt.
• Đối với hầu hết các cơ sở có máy nén trục vít tải / không tải, hãy lắp đặt công suất bình chứa khí là 10 gallon Mỹ cho mỗi cfm công suất máy nén.
• Khi máy thu tiếp xúc với nhiệt độ dưới mức điểm sương, cần phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa để tránh đóng băng trong cống nước ngưng. Trong một số trường hợp, máy thu được đánh giá cho nhiệt độ thấp hơn là bắt buộc.
• Chọn một bộ thu lớn hơn một chút so với những gì có thể được yêu cầu hiện tại. Điều này thường sẽ dẫn đến những cải tiến để ổn định áp suất hệ thống và cũng đáp ứng nhu cầu không liên tục.
• Trong trường hợp không khí cần được sấy khô, đôi khi có lợi khi lắp đặt hai máy thu - một trước và một sau máy sấy.

5. Tối ưu hóa máy sấy không khí

Máy sấy khí có thể tiêu thụ khí nén hoặc năng lượng điện đáng kể và thường có khả năng quay vòng hạn chế. Có thể máy sấy không khí hiện tại có thể được nâng cấp hoặc thay thế với kết quả tiết kiệm tốt. Hãy xem xét các điểm sau đây liên quan đến máy sấy:

• Đối với những lần mua máy sấy không khí lạnh mới, hãy luôn xem xét cách vận hành tiết kiệm năng lượng.
• Tránh làm khô không khí đến mức điểm sương thấp hơn mức cần thiết cho một ứng dụng cụ thể.
• Sử dụng bộ điều khiển điểm sương tiết kiệm năng lượng cho tất cả các loại máy sấy hút ẩm tái sinh.

6. Giảm thoát nước hệ thống

Cống thoát nước ngưng là một điểm phổ biến của thất thoát khí nén. Hãy coi cống không có không khí là sự thay thế cho cống hẹn giờ hoặc cống thủ công bị nứt một phần. Những điểm sau đây cần được xem xét:

• Nếu có thể, mua cống ngưng tụ có kính đo. Điều này sẽ cung cấp một chỉ báo trực quan nếu bẫy bị trục trặc.
• Thường xuyên kiểm tra bẫy thoát nước tự động để hoạt động đúng.
• Đường ống nên được dốc xuống một chút và cách xa máy nén.
• Xác định vị trí cống ở dưới cùng của các tiêu đề chính để cho phép ngưng tụ thu thập và chảy theo trọng lực.
• Tránh sử dụng van xả bằng tay mở.

Mua máy nén hiệu quả hơn

Một chiến lược quản lý năng lượng tốt có thể là mua một máy nén mới hiệu quả hơn để thay thế cho một đơn vị hiện có cũ hơn. Thường thì các đơn vị máy nénhiện tại có thể được nghỉ hưu để làm nhiệm vụ dự phòng, cung cấp khả năng dự phòng để tăng độ tin cậy của hệ thống. Hãy xem xét những điều sau đây khi mua máy nén:

• Mua máy nén tiết kiệm năng lượng nhất, bao gồm cả máy nén được trang bị động cơ hiệu suất cao.
• Trong các tình huống liên quan đến nhiều máy nén, hãy vận hành các đơn vị tải cơ sở ở công suất tối đa thay vì tải một phần.
• Cân nhắc mua và vận hành ít nhất một máy nén Biến tần để cung cấp các biến thể về lưu lượng trên tải cơ bản.

Mua máy nén hai giai đoạn có thể mang lại hiệu quả hệ thống tốt hơn nếu được sử dụng làm máy nén cơ sở