Parker Transair czyli jak zaprojektować i wykonać energooszczędną instalację sprężonego powietrza V0 Katarzyna Tomczyk Transair Manager Poland katarzyna.tomczyk@parker.com Tel. : +48 603 058 898 23 May 2012
Sprężone powietrze po co i za ile? W większości procesów produkcyjnych wykorzystuje się sprężone powietrze jako wygodny i bezpieczny nośnik energii. Do tej pory powszechnie dominował pogląd, że sprężone powietrze jest tanie, bo jest samo medium jest darmowe. Jednak w procesie sprężania powietrza prawie 85% dostarczonej energii jest zamieniane na ciepło, a więc efektywnie wykorzystujemy zaledwie 15% dostarczonej energii elektrycznej! Sprężone powietrze jest jednym z najdroższych nośników energii. 2
Sprężone powietrze, po co i za ile? Większość dyskusji dotyczących optymalizacji instalacji sprężonego powietrza sprowadza się do doboru nowego kompresora (najczęściej z falownikiem) oraz lepszych urządzeń do osuszania sprężonego powietrza. Należy jednak pamiętać, że sprawność całego systemu zależy od tego jak sprawne jest jego najsłabsze ogniwo..
Historyjka z życia wzięta 2 właścicieli postanawia wybudować nowe fabryki: - planowanie inwestycji - przygotowanie budżetu na inwestycję - po kilku latach - w końcu.. 4
1.Planowanie inwestycji Obie fabryki będą potrzebowały : - 800 m3/h - 6,5 bar w punkcie poboru - powietrze klasy 2.4.2 - sieć 400m długa - 25 zejść Ø 25 mm 5
2.Przygotowanie budżetu dreny : 471 3 różnego rodzaju filtry : 3x1266 = 3798 osuszacz ziębniczy : 6939 Separator oleju : 582 2 kompresory : 32000 6
2.Przygotowanie budżetu Tradycyjny system ( stal (wraz z montażem) = 24.000 (bez malowania) System Transair Ø63mm = 30.000 (już pomalowany)) 7
2 Planowanie budżetu Całkowity budżet : 62.790 (7% taniej!!!!) Całkowity budżet : 67.790 8
3. Po kilku latach. Woda + stalowa rura = rdza Nie ma wody = Nie ma rdzy Wniosek: Potrzebuję lepszego osuszacza!" Kupię osuszacz adsorpcyjny!" Wszystko jest ok, Cały system pracuje bez żadnych problemów i jest ciągle objęty gwarancją (10 lat) 9
3. Po następnych kilku latach.. -W instalacji jest więcej rdzy, moje maszyny i narzędzia coraz częściej ulegają awarii. "- To oczywiste! Twoje rury są skorodowane, a bardzo suche powietrze powoduje odrywanie rdzy od ścianek rurociągów i zapychanie przewodów pneumatycznych na maszynach! - I mam mniej powietrza niż poprzednio!!!!!..." 10 Dodatkowo Osuszacz adsorpcyjny regenerowany na zimno pobiera ok. 15% powietrza dlatego zaczyna Ci jego brakować w sieci "
3.Po następnych kilku latach Podczas gdy "OK! kupię nowy kompresor aby skompensować straty spowodowane przeciekami oraz regeneracją osuszacza. I oczywiście zainstaluję dodatkowe filtry na każdym odejściu aby zabezpieczy wszystkie maszyny i narzędzia przed rdzą!" 11
4. Koniec Historii Goofy Goof zaoszczędził na etapie inwestycji 7% (5.000 ) ALE: w trakcie użytkowania instalacji dokupił osuszacz : 12.000 12 nowy kompresor: 12.000 25 filtrów: 2.000 Razem = 26.000 (41% wartości początkowej inwestycji) Podczas gdy Scroodge nie wydał ani grosza na dodatkowe inwestycje a i rachunki za energię elektryczną nie były zbyt przerażajace!
Koszty sprężonego powietrza W okresie 10 -ciu lat eksploatacji tradycyjnej ( stalowej) instalacji sprężonego powietrza koszty energii stanowią ok. 75% całkowitych kosztów instalacji. 13
Elementy składowe instalacji sprężonego powietrza Instalacje sprężonego powietrza składają się z kilku głównych elementów : - sprężarek (wraz z systemem regulacji i nadzoru), - urządzeń do uzdatniania sprężonego powietrza ( cyklony, filtry, osuszacze) - zbiorników, - systemu dystrybucji przesyłu - sprężonego powietrza (rurociągi)
Właściwy dobór urządzeń i rurociągów sprężonego powietrza Każdy z wcześniej wspomnianych elementów należy odpowiednio dobrać do potrzeb użytkownika. Warto więc przeanalizować zapotrzebowanie w sprężone powietrze pod względem jego ilości, jakości, ciśnienia oraz jego zużycia w czasie.
Brud w powietrzu atmosferycznym Zanieczyszczenia w powietrzu atmosferycznym Powietrze atmosferyczne zasysane przez sprężarzawiera: pył, węglowodory i inne zanieczyszczenia. Pył Lokalizacja mg/m3 wieś 0,15 miasto 0,40 obszar przemysłowy 3,00 cementownia 200,0 spalarnia 1000,0 strona 16
Woda w powietrzu atmosferycznym Powietrze otaczające zawiera parę wodną. 27 g/nm 3 Ilość pary wodnej zawartej w powietrzu zależy od warunków lokalnych: temperatury i wilgotności względnej. T = 30 st. C w/w = 70% 27 g H20 / Nm3 strona 17
Zanieczyszczenia sprężonego powietrza W wyniku sprężania powietrza koncentracja wody i zanieczyszczeń atmosferycznych w sprężonym powietrzu rośnie. Pył: 3,0 mg / 1 Nm3 (1 bar a) 3,2 g / 1 m3 (8 bar a) Olej: 5,0 mg / 1 Nm3 (1 bar a) 40,0 g / 1 m3 (8 bar a) Woda: 27,0 g H2O / 1Nm3 (1 bar a) 216,0 g H2O / 1m3 (8 bar a) Instalacja sprężonego powietrza sprężarka, zbiornik oraz sieć dystrybucji - wprowadzają dodatkowe zanieczyszczenia: olejowe i mechaniczne (np. rdza). strona 18
Po co uzdatniamy sprężone powietrze? Podwyższenie efektywności Procesu technologicznego lub maszyny Podwyższenie jakości produktu końcowego Obniżenie kosztów serwisowych maszyn i urządzeń Obniżenie kosztów eksploatacji instalacji sprężonego powietrza strona 19
Straty spowodowane zanieczyszczeniami Zanieczyszczenie sprężonego powietrza powoduje straty w firmie wynikające z: ubytków sprężonego powietrza powodowanych przez otwarte zawory (eliminacja wody z instalacji), nieszczelności rurociągów podwyższonego zużyciem energii (przewymiarowane sprężarki) szybszego zużycia maszyn i urządzeń (rdza, woda, pył) częstszych remontów maszyn i urządzeń częstszych zakupów części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych nieprzewidzianych awarii i przestojów pogorszenia jakości produktów końcowych (wadliwe wyroby) pogorszenia efektywności procesu technologicznego problemów z odbiorcami (wydłużone terminy dostawy, reklamacje, utrata reputacji).
Gwarantowany punkt rosy przy najniższych kosztach Gwarancja punktu rosy: - unikalny wysokowydajny parownik - demister - skuteczna separacja wilgoci - pomiar temperatury powietrza w wymienniku - przewymiarowany skraplacz - skuteczne usuwanie kondensatu Energooszczędne rozwiązania: - sprężarka spiralna (20%) - dedykowany wymiennik niski spadek ciśnienia b. wysoki współczynnik sprawności - czynnik chłodniczy R407C
Osuszacze chłodnicze: rzeczywiste koszty Koszt zakupu: Koszt energii osuszacza: Koszt energii sprężarki: cena osuszacza bez filtrów energia wydatkowana przez sprężarkę chłodniczą, wentylatory, układ sterowania, etc osuszacza energia wydatkowana przez sprężarkę powietrza na pokonanie oporu osuszacza, 0,1 bar = 1% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% koszt energii sprężarki koszt energii osuszacza koszt zakupu osuszacza 30% 20% 10% 0% 1 rok 5 lat 10 lat 15 lat czas eksploatacji
Absorbed power (kw) potenza assorbita (kw) Najniższe zużycie energii kw 20 18 16 14 12 PST PGN / QSR ATLAS COPCO KAESER MTA-DE PST2 OMI Mikropor Ultrafilter MTA-MG Friulair 10 8 6 4 From brochures 2007-2008 2 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Portata (m3/h FAD 20 C) Air flow m3/h
pressure drop (bar) Najniższe spadki ciśnienia 0,4 0,3 PST ATLAS COPCO KAESER MTA ULTRAFILTER 0,2 0,1 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Air flow (m3/h FAD 20 C) Atlas Copco FX/FD Kaeser MTA DE/DMN Ultrafilter/Donaldson średnio 95% więcej średnio 49% więcej bd średnio 68% więcej
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza System rurociągów, które przesyłają sprężone powietrze do punktów odbioru jest jednym z najważniejszych elementów instalacji sprężonego powietrza. Chodzi tu zarówno o główne rurociągi przesyłowe jak i o podłączenia do maszyn. Wszystkie te elementy źle zwymiarowane i zmontowane będą generowały duże straty energii, wynikające zarówno z dużych spadków ciśnienia jak i przecieków.
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Dobierając średnicę rurociągu należy przestrzegać zasady, aby prędkość powietrza w głównym rurociągu nie przekraczała 10m/s, natomiast na zejściach max. 15 m/s ( jeżeli odejście do maszyny ma do 15 m długośći).
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Spadek ciśnienia w rurociągu można obliczyć : dp=1.6 x 10 8 x [[(V 1.85 xl)/ (d 5 x P)] * gdzie : dp - spadek ciśnienia ( bar) L - długość rurociągu ( m ) P - ciśnienie na wejściu do rurociągu (bar) V - ilość powietrza FAD (m3/s) d - średnica wewnętrzna rury (mm) * Za BCAS Installation Guide, rozdz.6
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Istnieją dwa podstawowe systemy dystrybucji sprężonego powietrza Układ otwarty liniowy
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Istnieją dwa podstawowe systemy dystrybucji sprężonego powietrza Układ zamknięty ring
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. A to co istnieje w wielu zakładach to pewnego rodzaju hybrydy. Gdzie trudno jest policzyć spadki ciśnienia.
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Dlatego warto na etapie projektu przewidzieć plany rozbudowy instalacji. 1 rok 3-ci rok
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Spadki ciśnienia w instalacji generują także wszelkie zmiany kierunku przepływu Np. kolanu 63mm, odpowiada spadek ciśnienia równoważny spadkowi ciśnienia jaki generuje rura 63 mm o długości 4,71 m. Dlatego lepiej stosować łuki niż kolana
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Zbyt małe średnice rurociągów przesyłowych, czy też podłączeniowych, zbyt pokręcona instalacja generowała duże spadki ciśnienia, a tym samym wyższe koszty eksploatacyjne. Będzie to wynikało z większego zużycia energii przez sprężarki, gdyż te będą musiały pracować na wyższym ciśnieniu. Obniżenie ciśnienia pracy sprężarki o 1 bar, to zmniejszenie zużycia energii o ponad 7%.
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Instalacja powinna być wyposażona w odpowiednią ilość zaworów odcinających, tak zamontowanych, aby można było prowadzić prace serwisowe, lub modernizacyjne bez potrzeby wyłączania całego systemu.
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Należy także przewidzieć kompensacje rurociągów
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Należy przewidzieć możliwość odwodnienia rurociągów
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Odejścia wykonywać tak,aby zabezpieczyć je przed zejściem kondensatu tzw. łabędzie szyje
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Wybrać materiał rurociągu, który zapewni stałe warunki przepływu na wiele lat Korozja w rurach stalowych Rury aluminiowe Transair nie ulegają korozji
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza. Wybrać materiał rurociągu, który nie będzie ulegał korozji.
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Straty powietrza zależą od wielkości nieszczelności oraz ciśnienia panującego w instalacji. Im bardziej staramy się pokryć stratę ciśnienia przez podniesienie ciśnienia na sprężarce tym większe straty są generowane. Średnica otworu Strata powietrza przy 6 bar Moc potrzebna na pokrycie strat mm l/s kw 1 1 0,3 3 10 3,1 5 27 8,3 10 105 33
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Z badań w różnych zakładach produkcyjnych wynika, że średnio straty wynikające z nieszczelności wynoszą 30% ( wartość ta zmienia się 5%-60%). Ile kosztują takie nieszczelności? Przykład: Ciśn.rob 6 bar Koszt 1Nm3 0,04 zł Praca : system ciągły ( 1 tydz. przerwy technologicznej) Suma nieszczelności na instalacji - Ø 5 mm 1,62 Nm3/min x 515 520 min x 0,04 zł = 33,4 tys.zł Jeżeli : Suma nieszczelności na instalacji Ø 10 mm 6,3 Nm3/minx 515 520 min x 0,04 = 129,9 tys zł
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Stal DN 150 mm 6m dł = 160 kg Rura aluminiowa Transair 168 mm 6m dł = 29,4 kg
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Będzie systemem łatwym do rozbudowy i modyfikacji
Właściwy dobór rurociągów sprężonego powietrza Będzie posiadał certyfikat CE, zgodności z Dyrektywą ciśnieniową 97/23/EC
Pamiętaj! System jest tak sprawny jak sprawne jest jego nasłabsze ogniwo!" 45
46 Dziękuję za uwagę!