راهکارهای صرفه جویی انرژی در سیستمهای هوای فشرده

85% انرژی به صورت حرارت تلف می شود

تجهیزات مقدار قابل توجه زیادی از هوای فشرده را در کارخانجات نساجی اتلاف می کنند که به صورت نشتی از سیستم خارج شوند. جاهایی که بسیار مستعد این نشتی هستند عبارتند از:

• رزوه نقاط اتصال
• اتصالات لوله های خرطومی لاستیکی
• شیرها
• رگولاتورها
• آب بندها
• در تجهیزات پنیوماتیکی فرسوده و قدیمی

بیش از 85% از انرژی برق ورودی به یک کمپرسور به صورت حرارت اتلاف می شود. کمتر از 15% انرژی الکتریکی باقیمانده جهت استفاده برای انرژی هوای فشرده پنیوماتیکی مورد استفاده قرار می گیرد. این مساله باعث می شود که حامل انرژی هوای فشرده در مقایسه با دیگر حاملهای انرژی گران باشد.

اقدامات و راهکارهای زیادی جهت کاهش مصرف انرژی در سیستمهای هوای فشرده وجود دارد. برای عملکرد و صرفه جویی بهینه، پیشنهاد می شود که از یک رهیافت سیستمی بدین منظور استفاده شود.

مثالی از دیاگرام هوای فشرده در یک واحد صنعتی در شکل زیر آورده شده است.

شکل (1) : دیاگرام سیستم هوای فشرده در یک واحد صنعتی

  در ادامه اقداماتی را که جهت صرفه جویی در سیستم هوای فشرده می توان به کار بست، ارائه شده اند.

1. کاهش تقاضا
2. نگهداری
3. پایش (monitoring)
4. کاهش نشتی (در لوله ها و تجهیزات دیگر)
5. تله های تخلیه تراکم الکترونیکی
6. کاهش درجه حرارت هوای ورودی
7. حداکثر کردن فشار مجاز نقطه شبنم در محل ورود هوا
8. بهینه سازی کمپرسور به منظور تطبیق یافتن با بار آن
9. سایز کردن صحیح لوله ها
10. بازیابی حرارت
11. نصب درایوهای سرعت متغیر (ASDs)

 

 

1- کاهش تقاضا

به دلیل هزینه های عملیاتی نسبتا گران سیستمهای هوای فشرده، باید حداقل مقدار ممکن هوای فشرده در کوتاه ترین زمان استفاده شود. پیوسته پایش شود و گزینه های ممکن برای کاهش دادن بررسی شود.

 

2- نگهداری

نگهداری ناکافی می تواند راندمان متراکم سازی را کاهش داده، نشتی هوا یا تغییرپذیری فشار را افزایش داده و باعث افزایش دمای کارکرد شود و همچنین باعث کنترل رطوبت ضعیف و در نتیجه آلودگی زیاد هوای فشرده گردد. نگهداری بهتر این مشکلات را کاهش داده و در مصف انرژی صرفه جویی می کند.

شکل شماره (2) : تکنسین واحد نگهداری در حال سرویس نگهداری واحد هوای فشرده

3- پایش

نگهداری می تواند از طریق پایش مستمر پشتیبانی شود با استفاده از تجهیزاتی مطابق موارد زیر می توان سیستم هوای فشرده را پایش کرد.

• فشار سنجها در هر گیرنده یا خط انشعاب اصلی و گیجهای تفاضلی در میان خشک کنها، فیلترها و غیره
• دما سنجهایی در سراسر کمپرسور و سیستم خنک کاری به منظور کشف گرفتگی ها و رسوبات و آلودگی
• جریان سنج (Flow meter) برای اندازه گیری مقدار هوای استفاده شده
• گیجهای حرارت نقطه شبنم برای پایش اثربخشی خشک کنهای هوا
• کنتور سنجش توان مصرفی (kwh) و سنجش ساعتهای کارکرد بر روی درایو کمپرسور

شکل شماره (3) : پایش (monitoring) سیستم هوای فشرده

4- کاهش نشتی ها (در لوله ها و تجهیزات)

نشتی باعث افزایش هزینه های نگهداری و انرژی کمپرسور می گردد. رایج ترین نواحی برای نشتی عبارتند از:

• کوپلینگها
• لوله های خرطومی
• تیوبها
• اتصالات
• تنظیم کننده های فشار
• شیرهای خفه کن
• مفصلهای لوله ها
• قطع شدگی ها
• محل درزگیرها

نکته: اتصال دادن با اتصالات سریع معمولا نشت می دهد و باید از آن اجتناب گردد.

علاوه بر افزایش مصرف انرژی، نشتی ها می تواند باعث کاهش راندمان سیستمها و تجهیزات پنیوماتیکی گردد و به صورت معکوس بر تولید اثر می گذارد. باعث کوتاه شدن عمر تجهیزات گشته، منجر به نیازمندی به تعمیر و نگهداری بیشتر شده و مدت زمان از کار افتادن (خواب) دستگاه را افزایش می دهد.

یک کارخانه نوعی که به خوبی نگهداری نشده است می تواند دارای نشتی هوای فشرده بین 20 تا 50% کل ظرفیت تولید هوای فشرده خود باشد. تعمیر و برطرف کردن نشتی ها بعضی اوقات این عدد را به کمتر از 10% کاهش می دهد. مشابه همین اعداد و ارقام توسط تحقیقات دیگران ذکر شده است. رویهم رفته، یک کاهش 20 درصدی انرژی مصرفی سالیانه در سیستمهای هوای فشرده از طریق تعمیر نشتی ها نشان داده شده است.

یک روش ساده برای یافتن نشتی های بزرگ اعمال آب صابون بر روی نواحی مشکوک به نشتی است. بهترین روش استفاده از آشکارسازهای صوتی اولتراسونیک است. که می توانند صدای هیس ناشی از نشت هوا را تشخیص دهند.

 

5- تله های تخلیه تراکم الکترونیکی (ECDTs)

بدلیل نیاز به حذف محصول میعان (condensate) از سیستم، عرق کردن پیوسته، با اجبارسوپاپ تخلیه به باز شدن که رویه معمول در حین عملکرد سیستم است، تامین می شود. که این کار موجب تلفات زیاد و پرهزینه ای می گردد.

تله های تخلیه تراکم الکترونیکی (ECDTs) قابلیت اطمینان را بهبود داده و بسیار کارآمد هستند و واقعا هیچ تلفات هوای فشرده ای در هنگام تخلیه تراکم ندارند. دوره بازگشت سرمایه به میزان نشتی کاهش یافته بستگی دارد، و با توجه به مقدار فشار، تعداد ساعتهای کارکرد، اندازه فیزیکی نشتی و هزینه های برق تعیین می گردد.

شکل شماره (4): سوپاپ تخلیه اتوماتیک هوای فشرده

 

6- کاهش درجه حرارت هوای ورودی

کاهش دادن درجه حرارت هوای ورودی انرژی مورد استفاده کمپرسور را کاهش می دهد. در بسیاری از واحدهای صنعتی، با مکش هوای ورودی از بیرون ساختمان می توان درجه حرارت هوای ورودی را کاهش داد. بسته به موقعیت کمپرسور و دهانه ورود هوا ، وارد کردن هوای تازه، دوره بازگشت سرمایه حداکثر 5 ساله دارد.

توجه: به عنوان یک قاعده سرانگشتی هر کاهش 3 درجه ای دما می تواند 1 درصد انرژی مصرفی کمپرسور را کاهش دهد.  

7- حداکثر کردن فشار مجاز نقطه شبنم در محل ورود هوا

خشک کنی را انتخاب کنید که حداکثر فشار مجاز نقطه شبنم و بهترین راندمان را دارد. یک قاعده سرانگشتی بیان می کند خشک کن هایی که از مواد جاذب رطوبت (desiccant) استفاده می کنند 7 تا 14 درصد و خشک کن یخچالی 1 تا 2 درصد کل انرژی کمپرسور را مصرف می کنند.

فرض کنید از یک خشک کن با نقطه شبنم شناور استفاده می کنیم. توجه کنید در جایی که خطوط پنیوماتیک در معرض شرایط انجماد قرار دارند، خشک کن های یخچالی یک گزینه قابل انتخاب نیستند.

شکل شماره (5): سمت چپ: خشک با استفاده ار مواد جاذب - سمت راست: خشک کن یخچالی

8 بهینه سازی کمپرسور به منظور تطبیق دادن با بار آن

پرسنل واحد صنعتی تمایل به خرید تجهیزات بزرگتر از نیاز خود دارند. (که درعمل درست به نظر می رسد)، به این دلیل این کار را انجام می دهند که با حاشیه ایمنی مناسب کار کرده و پیش بینی اضافه ظرفیت در آینده را پاسخگو باشند. اما بایستی توجه کرد که کمپرسور در حالت کارکرد با قسمتی از بار خود انرژی بیشتری مصرف می کند و این مساله ای است که باید از آن اجتناب گردد.

برخی واحدهای صنعتی از یک سیستم ماژولار با چندین کمپرسور کوچکتر برای تطبیق با مقدار هوای فشرده مورد نیاز خود به صورت ماژولار استفاده می کنند.

 

در برخی موارد، فشار مورد نیاز به قدری پایین است که شما می توانید برای دستیابی به آن از یک بلوور به جای کمپرسور استفاده کنید، که باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی مصرفی می شود. چونکه بلوور تنها به کسر کوچکی از توان مصرفی کمپرسور نیازمند است.

شکل شماره (6) : تاسیسات هوای فشرده

9- سایز کردن صحیح لوله ها

لوله ها جهت عملکرد بهینه بایستی به درستی سایز شوند یا برای تطبیق با سیستم کمپرسور مجددا سایز شوند. اندازه ناکافی لوله ها می تواند باعث اتلاف فشار شده، نشتی را افزایش داده و هزینه های تولید را افزایش دهد. افزایش قطر لوله ها نوعا مصرف انرژی سالیانه کمپرسور را تا 3 درصد کاهش می دهد.

 

شکل شماره (7): صرفه جویی انرژی در واحد تولید هوای فشرده

10- بازیابی حرارت

همانگونه که در شروع مقاله ذکر شد، بیش از 85% انرژی الکتریکی مورد استفاده توسط کمپرسور هوای صنعتی به حرارت تبدیل می شود. یک کمپرسور 150 اسب بخار می تواند حرارتی به اندازه یک گرمکن مقاومت الکتریکی 90 کیلووات یا یک گرمکن گازی 422MJ/hour در هنگام کارکرد اتلاف حرارت داشته باشد.

در بسیاری از موارد، یک واحد بازیابی حرارت می تواند 50 تا 90% انرژی حرارتی در دسترس را برای گرمایش فضاها بازیابی کند. گرمایش فرآیندهای صنعتی، گرم کردن آب، آماده سازی گرمایش هوا، پیش گرم کن و آماده سازی آب بویلر، خشک کن صنعتی، فرآیندهای تمیزکاری صنعتی، پمپهای حرارت، اتو شویی یا پیش گرم کن هوای دمیده توسط مشعلهای گازوئیلی از دیگر کاربردهای حرارت بازیابی شده هستند.

با کمپرسورهای بزرگ خنک شونده با آب، راندمان بازیافت حرارت نوعا 50 تا 60% است. هنگامی که برای گرمایش فضا مورد استفاده قرار گیرد، مقدار حرارت بازیابی شده 20% انرژی مورد استفاده سالیانه سیستمهای هوای فشرده است. دوره بازگشت سرمایه نوعا کمتر از یک سال است.

در بعضی موارد، هوای فشرده در خشک کن های یخچالی برای چگالش و حذف بخار موجود در آب به طور قابل ملاحظه ای به زیر نقطه شبنم آن سرد می شود. حرارت اتلافی از این خنک سازی می تواند بازتولید شده و برای گرمایش فضاها، آب گرم مصرفی، یا گرمایش مربوط به فرآیند مورد استفاده قرار گیرد.

شکل شماره (8) : کمپرسور دورانی خنک شونده مضاعف با آب 280 کیلووات ساخت اطلس کوپکو

11 - نصب درایوهای سرعت متغیر (ASDs)

به کارگیری درایوهای سرعت متغیر در سیستمهای کمپرسور گردان 15% از انرژی مصرفی سالیانه سیستم هوای فشرده را صرفه جویی می کند.

  مرجع : http://electrical-engineering-portal.com

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

در صورتیکه به مباحث مربوط به صرفه جویی انرژی در محرکه ها علاقه مند هستید پیشنهاد موتور درایو مطالعه مقالات زیر است.

1- معایب انتخاب موتور بزرگتر از سایز

2- راهکارهای صرفه جویی انرژی در سیستمهای هوای فشرده

3- صرفه جویی انرژی برق در منزل

4- رهیافتهای جدید افزایش راندمان در محرکه ها

5- گرید انرژی موتورهای القایی

6- راهکارهای صرفه جویی انرژی در سیستمهای پمپ

7- راهکارهای صرفه جویی انرژی در سیستمهای فن

8- راهکارهای صرفه جویی انرژی در الکتروموتورها