REWOLUCYJNE ZMIANY w systemach zarządzających instalacjami sprężonego powietrza

Stale rosnące koszty energii wymuszają zmianę sposobu myślenia na temat zarządzania sprężonym powietrzem. Aby pozostać konkurencyjnym firmy muszą poprawiać efektywność procesów. Gospodarowanie sprężonym powietrzem jest jednym z obszarów, gdzie oszczędności są nie tylko możliwe do osiągnięcia, ale stanowią też istotną wartość.

Znalezienie rozwiązań zapewniających wymierne korzyści jest procesem wymagającym wiedzy i doświadczenia. Biorąc pod uwagę wszystkie zmienne mające wpływ na sprawność systemu sprężonego powietrza okazuje się , że często należałoby zaprojektować i wybudować instalację od nowa. Pod uwagę należy wziąć nie tylko moc i rodzaj sprężarek, ale również ich konfigurację poprzez wybór właściwego typu sterownika nadrzędnego. W wielu przypadkach całkowite przebudowanie istniejącej instalacji wydaje się być zadaniem niewykonalnym i/lub nieopłacalnym. Najczęściej podejmowana są decyzje o charakterze połowicznym mające na celu „poprawę” sprawności funkcjonowania systemu na przykład dokonując jedynie zakupu sprężarki zmiennoobrotowej.

Producenci sprężarek zmiennoobrotowych (VSD) szacują możliwość redukcji kosztów energii nawet na poziomie 30%. Rozwiązanie takie jest obecnie bardzo popularne. Niestety nie jest równoznaczne ze wzrostem efektywności całego systemu. W rzeczywistości, większość zakładów produkcyjnych korzysta ciągle ze sprężarek działających w nieefektywnym układzie kaskadowym bez udziału sterowników nadrzędnych. W tym układzie nawet jedna niewłaściwie dobrana sprężarka powoduje spadek sprawności energetycznej. Dopiero prawidłowe wyselekcjonowanie kompresora zmiennoobrotowego i precyzyjne zintegrowanie go z pozostałymi sprężarkami i samą instalacją pod stałą kontrolą sterownika nadrzędnego gwarantuje osiągnięcie zakładanych oszczędności.

Parametry instalacji oraz samego sprężonego powietrza mają finalnie największy wpływ na całkowity koszt wykorzystywania tego medium w procesach produkcyjnych. Ilość specjalistycznych informacji dostępnych na temat rozwiązań mogących podnieść efektywność działania instalacji sprężonego powietrza jest ciągle ograniczona. Brak potrzebnej wiedzy jest często źródłem niechęci do podejmowania działań modernizacyjnych. Niestety bez ich przeprowadzenia firmy ryzykują utratę konkurencyjności, w wyniku utrzymywania nadmiernych kosztów produkcji.

Zagadnienia, które powinny zostać rozważone przy podejmowaniu decyzji o modernizacji systemu sprężonego powietrza to:

• Jakie jest rzeczywiste zapotrzebowanie na sprężone powietrze w mojej firmie?
• Czy funkcjonujące w systemie sprężarki zostały optymalnie dobrane pod względem mocy i wydajności?
• Czy istnieje system rejestrowania zużycia energii elektrycznej i wydatkowanego powietrza, umożliwiający prowadzenie bieżącej analizy parametrów funkcjonowania instalacji?
• Czy istnieje system zarządzania sprężarkami w systemie i czy gwarantuje on maksymalną sprawność?
• Czy rzeczywiście wyłącznie zakup sprężarki zmiennoobrotowej przełoży się na podniesienie sprawności energetycznej całego układu i pozwoli obniżyć koszty zużycia energii?

Uzyskanie wymiernych korzyści z wprowadzanych zmian możliwe jest jedynie w ramach wielopłaszczyznowej analizy. Należy zbadać aktualne zapotrzebowanie na sprężone powietrze zarówno w wymiarze ilościowym jak i jakościowym uwzględniając równocześnie plany rozwoju.

Biorąc pod uwagę wnioski z analizy jesteśmy w stanie z dużo większą precyzją dobrać sprężarki stało i zmienno obrotowe. Następnie wybieramy właściwy sterownik nadrzędny, aby za jego pośrednictwem precyzyjnie skonfigurować parametry pracy całego systemu sprężonego powietrza. Bardzo ważną rolę sterownik nadrzędny odgrywa również w obszarze uzyskania i utrzymania parametrów jakościowych sprężonego powietrza. Dodatkowo sterownik nadrzędny może pomóc w redukcji kosztów energetycznych poprzez „wychwycenie” strat wynikających z nieszczelności instalacji oraz urządzeń odbiorczych.

Istnieje wiele sposobów na odwzorowanie zapotrzebowania na sprężone powietrze w strukturze ilościowej i „wielkościowej” sprężarek. Na przykład, jeżeli okaże się, że liczba sprężarek w instalacji jest dobrana właściwie, często wystarczy zmodernizować napęd jednej z nich ze stało na zmienoobrotowy. Jest to rozwiązanie tanie i stosunkowo proste do przeprowadzenia za pomocą odpowiedniego modułu VSD. Jeśli jednak zakup nowej sprężarki zmiennoobrotowej okaże się konieczny, należy przede wszystkim dobrać jej minimalną i maksymalną wydajność. Istotna jest również bezwładność falownika. Stosunkowo często sprężarki VSD wyposażone są w falownik, którego czas reakcji jest zbyt długi. W konsekwencji sprężarka nie jest w stanie zapewnić wiernego odwzorowania swojej wydajności do zmieniającego się zapotrzebowania ilościowego na sprężone powietrze, a taka jest przecież rola sprężarki zmienoobrotowej.

Istnieją również inne metody maksymalizacji sprawności zespołu sprężarek, któremu postawiono zadanie dopasowania wydajności chwilowej do zmiennego zapotrzebowania. Bardzo często w funkcjonujących systemach zapotrzebowanie na sprężone powietrze zawiera się poniżej wydajności maksymalnej poszczególnych sprężarek, co dla urządzeń stałoobrotowych jest jednoznaczne ze stratami wynikającymi ze zbyt długiej pracy na biegu jałowym. Oczywiście sytuacja taka prowadzi do zmniejszenia sprawności energetycznej układu, a czasami o ile jednym z urządzeń jest sprężarka VSD do braku stabilności i pojawienie się tzw. ”martwego pola”.

Klasyczne rozwiązanie połączenia w układ trzech sprężarek w systemie kaskadowym przyporządkowuje pierwszej z nich rolę urządzenia podstawowego, następna pracuje jako uzupełniająca, a trzecia popełni funkcję rezerwy. Zamiana w takim układzie jednej ze sprężarek na zmienoobrotową oznacza, że głównie ona będzie zaspokajać zapotrzebowanie na sprężone powietrze. Jeśli zapotrzebowanie przekroczy wydajność sprężarki zmiennoobrotowej, aktywowana jest jako druga sprężarka stałoobrotowa, a sprężarka VSD obniży moc wyjściową do poziomu wystarczającego, by ciśnienie w systemie zostało utrzymywane, w momencie gdy rolę pierwszoplanową pełni kompresor stałoobrotowy. W takiej sytuacji zagrożeniem dla sprawności energetycznej układu jest praca sprężarki zmiennoobrotowej w tzw. martwym polu. Dzieje się tak wtedy, gdy niski poziom zapotrzebowania na sprężone powietrze powoduje, że sprężarki VSD chcąc precyzyjnie odwzorowywać zapotrzebowanie systemu, musiałyby pracować poniżej swojej minimalnej prędkości obrotowej.

W ramach powyższego przykładu możliwe jest dalsze podniesienie sprawności energetycznej. Pamiętamy, że instalacja składa się z trzech kompresorów o tej samej mocy/wydajności, z których jeden został zmodernizowany do standardu VSD. Układ taki może zostać rozszerzony poprzez dodanie czwartej sprężarki o innej, mniejszej wydajności. Takie rozwiązanie umożliwi dokładniejsze dopasowanie trybu pracy sprężarek i prawie całkowicie wyeliminuje pracę sprężarki zmienoobrotowej w tzw. „martwym polu”.

Przedstawione powyżej przykłady to jedynie niektóre z możliwości redukcji kosztów energii wykorzystywanej w procesie wytwarzania sprężonego powietrza. Firma Vervo posiada w swojej ofercie systemy zarządzania sieciami sprężonego powietrza umożliwiające sprawne i energooszczędne sterowanie nawet 24 sprężarek pracujących w kilku pomieszczeniach.