Установки такого рода могут изменять скорость вращения приводного электрического двигателя благодаря постоянному отслеживанию колебаний расходования сжатого воздуха на производстве. Поэтому во время разгрузки компрессоры практически прекращают энергопотребление, сводя таким образом расход электроэнергии к минимуму. В результате за весь срок эксплуатации такие компрессорные установки экономя в общей сложности до 22 % потребляемой электроэнергии, что считается на сегодняшний день одним из лучших возможных показателей с точки зрения снижения энергозатрат.
Необходимо заметить, что далеко не все производители компрессоров с частотными преобразователями используют такие двигатели, которые способны обеспечивать работающей установке максимальную надежность при условии высокой эффективности, особенно при широком диапазоне загрузки оборудования (от 20% до 80%). Двигатели переменного тока, применяющиеся в компрессорах, могут ограничивать их рабочие ресурсы, так как не лучшим образом приспособлены к работе на малых оборотах (меньше 60% загрузки установки). Вынужденно работая на малых оборотах, такие двигатели очень быстро перегреваются, что нередко приводит к их поломке. Поэтому, приобретая компрессор с частотным преобразователем, необходимо особое внимание уделить эксплуатационным характеристикам двигателя.
Заводские магистрали сжатого воздуха разведены по древовидной схеме.
Длина магистральных трубопроводов достигает нескольких километров. Самые удаленные из крупных потребителей – цех 95, цех 133 и цех 16.
Разветвленные пневмосети предприятия являются источником значительных потерь сжатого воздуха. При выходе пневмотрубопроводов на улицу воздух охлаждается, теряя энергоемкость, в нем конденсируется влага, образуются гидратные и ледяные пробки, в цеха воздух поступает загрязненным влагой и продуктами коррозии трубопроводов, вызывая поломки и коррозию пневмоинструмента, пневмоцилиндров и т.п.
Основные потребители имеют сеть типа "замкнутый объем" - в основном, пневмодвигатели. Потребители со свободным истечением воздуха в атмосферу (обдув) включаются эпизодически. Части потребителей, например станкам с ЧПУ, необходим воздух, осушенный до точки росы ниже окружающей среды при нормальных условиях.
Порой эти станки требуют воздух большего давления, чем даёт центральная компрессорная станция.
3.2 Мероприятия по сокращению расходов на сжатый воздух
Разработка данных мероприятий является основным назначением этого отчета.
Мероприятия можно разделить на три основные группы.
1. На источнике воздухоснабжения
2. На магистральных трубопроводах
3. На потребителях сжатого воздуха.
-Мероприятия на источнике воздухоснабжения:
Период существования российского компрессорного производства на современном этапе можно назвать реорганизационным. Отечественные структуры получили в наследство после распада СССР масштабные компрессорные установки высокой производительности (сотни м3/мин). Но после долгой эксплуатации оборудование стало изношенным и малопродуктивным. Большие затраты необходимы для периодического ремонта, для функционирования водоснабжения, так как старые поршневые компрессоры охлаждаются только водой. Экономить электроэнергию по принципу централизованного обеспечения сжатым воздухом невозможно. Именно поэтому винтовые компрессоры стали выгодным шагом вперед к децентрализованной системе обеспечения сжатым воздухом.
В промышленности сейчас, винтовые компрессоры являются наиболее часто применяемым типом - благодаря широкому диапазону своих характеристик, возможности длительной непрерывной работы, легкой адаптируемости к варьирующемуся потреблению (наличие режима холостого хода), высокому качеству сжатого воздуха (благодаря встроенной системе сепарации масла), относительно, в сравнении с поршневыми компрессорами, низкому уровню шума.
Преимущества и недостатки винтовых компрессоров: + Возможность длительной безостановочной работы (оснащены автоматической системой управления и контроля работоспособности, а потому безопасны, не требуют наблюдения за их работой, обладают большой надежностью, способны на длительную работу без обслуживания);
+ Гибкость при изменении потребления (возможность холостого хода);
+ Идеальны в качестве машин базовой нагрузки;
+ Возможность частотного регулирования;
+ Возможность пропорционального регулирования ;
+ Высокое качество сжатого воздуха (практически не имеют расхода масла (2-3 мгр/куб. м), в отличие от крупных поршневых компрессоров с лубрикаторной смазкой, соответственно и качество воздуха винтовых компрессоров на порядок выше и позволяет использовать их для питания самого современного пневмооборудования);
+ Низкий уровень шума и вибрации малые габариты и вес и могут устанавливаться непосредственно в цехах, где потребляется воздух, не требуют для этого специального фундамента
+ Воздушное охлаждение винтовых компрессоров позволяет отказаться от громоздкой системы оборотного водоснабжения (градирня)
- Относительная сложность конструкции;
- Сложность достижения высоких (>15 бар) давлений.
На первом этапе модернизации компрессорного оборудования ОАО "Улан-Удэнский авиационный завод" предлагается заменить один поршневой компрессор тремя винтовыми компрессорами (один из которых с частотным приводом) в непосредственной близости от крупных потребителей сжатого воздуха, а именно рядом с цехами №№ 95, 133, 16.
Исходя из полученных данных цех 95 и цех №133 суммарно потребляют от 80 до 85 м3/мин, потребность в воздухе цеха №16 составляет 13 м3/мин. Чтобы покрыть данную потребность, предлагаю установить винтовые компрессоры следующих марок:
DVK 220 (производительность 27,4 м3/мин);
DVK 100B (производительность 13,8 м3/мин);
Inversys 220 винтовой компрессор с частотным регулированием (производительность 5,5-38,2 м3/мин).
Ввод в группу компрессора с частотным регулированием позволяет ещё больше расширить возможность регулирования производительности. Так, в период максимальной нагрузки на участке будет работать вся система, а при уменьшении потребляемого воздуха, ненужные компрессоры будут отключаться компрессором с частотным регулированием в целях экономии электроэнергии (т.е. производительность системы компрессоров может регулироваться в диапазоне от 5,5 до 79,4 м3/мин). Таким образом, в выходные и праздничные дни, а также во вторую и третью смены, когда работают только отдельные цеха, для поддержания их функционирования не придется запускать компрессоры большой производительности, значительно превышающей потребности оборудования при неполной загрузке. Децентрализация позволяет обеспечить гибкий график работы.
Кроме того, установка компрессоров непосредственно рядом с потребителями воздуха позволит избежать потерь из-за утечек в магистралях (которые достигают обычно 20-50 %).
-Мероприятия на магистральных трубопроводах
Несмотря на оснащение компрессорных станций конечными охладителями сжатого воздуха, рекомендуется проложенные над землей трубопроводы оснастить тепловой изоляцией. Данная мера позволит уменьшить конденсацию влаги в трубопроводах. Также этому может способствовать прокладка трубопроводов под землей вместе с тепловыми спутниками (правда при этом затруднен ремонт и обслуживание трубопроводов).
Отдаленных потребителей малого количества воздуха (они подключены через трубопроводы малого диаметра) рекомендуется перевести на автономное воздухоснабжение. По опыту исследований промышленных предприятий установлено, что потери (объемные, тепловые, гидравлические) на трубопроводах малого диаметра сравнимы с полезным потреблением
В период малой загрузки либо остановки предприятия рекомендуется произвести ревизию запорной арматуры.
-Мероприятия на потребителях сжатого воздуха
Установить быстродействующую запорную арматуру с электрическим приводом на воздушном трубопроводе к каждому потребителю (участок, группа оборудования или отдельный станок). Управление приводом арматуры сблокировать с управлением потребителя по принципу: "Включился потребитель – открылась арматура, отключился потребитель – закрылась арматура". Таким образом, в период простоя потребителя трубопровод сжатого воздуха не будет находиться под давлением, что снизит объемные потери воздуха.
Срок окупаемости установки на потребителях автоматической отсечной арматуры зависит от потребителя и его режима работы, при выраженной периодичности работы - срок окупаемости менее полугода.
3.3 Расчет экономического эффекта от замены поршневого компрессора группой локальных винтовых компрессоров
В капитальные затраты входят расходы на приобретение оборудования, монтаж и пуско-наладочные работы. Общая стоимость на капиталовложения составляет сумму в 8 991 620 руб. Исходя из данных о расходах на содержание компрессорной станции ОАО "Улан-Удэнский авиационный завод" на 2010 год:
Таблица 3.1 Расчет расходов на эксплуатацию одного поршневого компрессора