Как оптимизировать работу компрессоров

Чтобы предприятие работало бесперебойно, его надо обеспечить электроэнергией, водой, сжатым воздухом, паром, холодом - всем тем, что предусматривается технологическим процессом. На Западе такие расходы относят к fixed costs - фиксированным или постоянным издержкам. На практике они далеко не постоянны и колеблются в довольно широких пределах в зависимости от используемой технологии и структуры выпускаемой продукции. Например, применение сжатого воздуха является довольно ощутимой расходной статьей, при том, что по утверждению американского журнала Р1аnt Engeniring, сфера его применения столь широка, что проще назвать те производства, где он не используется. В ряде производств на компрессоры приходится до 25% общих расходов электроэнергии.

Оптимальная работа компрессоров

На крупных предприятиях производство сжатого воздуха обычно обеспечивается несколькими компрессорами. Когда компрессоры функционируют автономно, вне единой системы контроля, они работают не столь эффективно, как могли бы. При неравномерном потреблении сжатого воздуха можно достичь значительной экономии электроэнергии лишь путем обеспечения строгой «дозировки», то есть когда требуемый объем сжатого воздуха подается в конкретный временной интервал. Оборудование же каждого отдельно взятого компрессора собственной системой управления позволяет добиться определенной экономии, но не столь существенной.

Для эффективного управления требуется знание потребности предприятия в сжатом воздухе в привязке к графику производства, а также характеристик имеющихся компрессоров. Эффект даст только комплексная система управления, охватывающая все предприятие (или его отдельные автономные участки) и которая в состоянии принимать решение о том, сколько компрессоров включить и в какой последовательности, чтобы удовлетворить потребности в производстве сжатого воздуха. Система контроля дает возможность оптимально перераспределять нагрузки между отдельными компрессорами, в зависимости от их параметров в увязке с потребностью в сжатом воздухе в данное время.

Еще одно преимущество комплексной системы управления в том, что вся информация о состоянии каждого компрессора выводится на общий монитор. Диспетчер видит, какие компрессоры выключены, а какие включены и в каком режиме функционируют, какое давление воздуха в сети. Работа по текущему контролю и обслуживанию оборудования существенно облегчается. Больше не нужно собирать оперативную информацию, обходя оборудование, фиксируя сбои и выясняя их причину. Система анализирует данные и в случае, когда контролируемые параметры приближаются к критическому уровню, информирует об этом диспетчера. Если сбой все же произошел, то диспетчеру немедленно сообщается об этом одновременно с результатом диагностики. Остается лишь оперативно направить техника к конкретному компрессору с соответствующим инструментом и запасными частями.

Конечно, получить требуемое изменение давления сжатого воздуха на выходе, меняя нагрузку компрессоров, можно только с определенной степенью точности. Но современные технологии способны обеспечить довольно высокий уровень этой точности. Речь идет, в частности, о применении частотного преобразователя, меняющего скорость вращения двигателя компрессора в соответствии с потребностью в сжатом воздухе. Компрессоры с устройством частотного регулирования обеспечивают высокую эффективность работы, как при полной, так и неполной нагрузке. В зависимости от стоимости электроэнергии, количества рабочих смен, степени использования компрессоров по времени и по нагрузке, а также от объемов потерь сжатого воздуха, срок окупаемости системы комплексного управления составит 1 -3 года.

Поскольку срок службы компрессоров достигает нескольких десятков лет, рано или поздно большинство из нас сталкивается с проблемой морального старения оборудования, наступающего гораздо раньше, чем физический износ. Часто старые компрессоры оснащены системой ручного управления, имеют кнопку «включен-выключен» и мало что сверх этого. При любой поломке до начала собственно ремонта нередко много человеко-часов уходит на диагностику. Модернизация, заключающаяся в оснащении старых компрессоров современными системами контроля, позволяет буквально вдохнуть новую жизнь в оборудование. Устанавливаемая автоматика обеспечивает сбор исходной информации о состоянии компрессора и передачу ее на центральный пульт. При возникновении неполадок все необходимые для диагностики данные выводятся на экран компьютера. Все характеристики в их динамике и взаимосвязи также отображаются графически. Оператору доступна и архивная информация, охватывающая историю компрессора в части предыдущих сбоев, ремонтов и т.п. При аварии центральный компьютер немедленно оповещает об этом весь необходимый персонал, в частности диспетчера и специалистов по ремонту. Данные по запросу могут быть переданы любому ответственному лицу на предприятии. Возможность передачи информации специалистам на домашний компьютер исключает необходимость экстренного их прибытия на завод, например, в случае ночной аварии. Оперативность принятия мер при этом значительно возрастает.

Мировые лидеры по производству компрессорного оборудования активно применяют современные средства контроля и управления их работой.

Так, компания Atlas Copco в своих разработках успешно использует электронный регулятор Electronikon, который выполняет следующие функции:

• регулирование производительности компрессора;
• контроль подлежащих техническому обслуживанию компонентов;
• автоматический повторный пуск;
• после отказа электроснабжения;
• разрешение пуска.

При наличии нескольких компрессоров регулятор позволяет создать централизованную систему управления, которая будет координировать работу отдельных компрессоров и дополнительного оборудования. Регулятор поддерживает давление в сети так, чтобы оно находилось между программируемыми предельными значениями. Управление производится путем автоматической нагрузки и разгрузки компрессора в зависимости от потребления сжатого воздуха. Основные параметры (например, давление разгрузки и нагрузки, минимальное время останова, максимальное количество пусков электродвигателя и т.д.) программируются заранее. С целью снижения энергопотребления регулятор останавливает компрессор в случаях, когда ожидаемая продолжительность периода разгрузки превышает запрограммированный уровень, и производит повторный пуск после падения давления в сети. В компрессоре предусмотрены несколько датчиков температуры и давления. Если одно из измеряемых датчиками значений превысит уровень защитного останова, компрессор будет остановлен. В зависимости от типа компрессора регулятор производит защитный останов также при перегрузке двигателя осушителя или двигателей вентиляторов. После останова регулятор предотвращает повторный пуск двигателя в течение запрограммированного периода времени. Поступившая в этот период команда пуска запоминается и выполняется по истечении этого периода.

Электронные датчики, установленные в ключевых местах компрессора, передают встроенному микропроцессору информацию о температуре и давлении. Микропроцессор непрерывно контролирует состояние всей компрессорной системы по получаемым данным, автоматически регулирует и управляет компрессором, обеспечивая оптимальную производительность и экономичность. За счет минимизации времени холостого хода по оценке специалистов достигает ся экономия энергии до 10%. Система Electronikon также заранее напоминает о необходимости техобслуживания и помогает его планировать. Результатом использования регулятора Electronikon является сокращение потребления энергии, уменьшение износа, увеличение интервалов времени между обслуживанием. Этими регуляторами оснащены, в частности, компрессоры Atlas Copco серий GA в исполнении Расk и Full Feature.

Сложные системы автоматизации основных технологических процессов активно внедряются на предприятиях на протяжении нескольких десятилетий. Потенциальная выгода от применения аналогичных систем во вспомогательном производстве осознается несколько медленнее. Знание того, где, когда и в каком объеме должны потребляться и реально потребляются сжатый воздух, вода, тепло, холод и другие совсем не дешевые энергоресурсы, позволяют оптимизировать работу отдельных систем и снизить общие издержки производства.