Энергоаудит системы воздухоснабжения

Рассмотрим пример проведения энергоаудита отдельной части обследуе­мого предприятия, данные которого должны входить в окончательный отчёт.

Целью энергетического обследования компрессорного оборудования, систем распределения и потребления сжатого воздуха на предприятии явля­ются анализ затрат в основном электрической энергии на его производство, а также оценка непроизводительных потерь сжатого воздуха и эффективности его использования у потребителей.

Система воздухоснабжения (СВС) промышленного предприятия является одним из самых энергоёмких потребителей, поскольку сжатый воздух отно­сится к числу распространённых энергоносителей, а его производство — к числу низкоэффективных процессов использования энергии. Анализ энер­гопотребления в реальных системах централизованного производства и рас­пределения сжатого воздуха показывает, что потребители со сжатым возду­хом используют не более 10 % подаваемой в компрессор энергии, а 80—90 % потребляемой мощности выделяется в виде теплоты и теряется при ее отводе.

Структурно СВС (рис. 12.12) состоит из компрессорной станции, включаю­щей в себя оборудование 1—6, трубопроводного и баллонного транспорта 7 для подачи сжатого воздуха к потребителям и потребителей сжатого воздуха 8.

Рис. 12.12. Структурная схема производства и распределения сжатого воздуха:

1 — воздухозаборные фильтры; 2 — компрессоры; 3 — воздухоохладитель; 4 — влагоотделитель (может устанавливаться вместо воздухоосушителя); 5 — воздушный ресивер; 6 — воздухоосушитель (необязательно); 7 — распределительная сеть; 8 — потребители

 

В зависимости от необходимых потребителям расхода и давления воз­духа компрессорные станции оборудуются центробежными турбокомпрес­сорами с избыточным давлением сжатого воздуха 0,35—0,90 МПа и подачей каждого из них 250—7000 м /мин или поршневыми компрессорами сдавлением воздуха 0,9—20,0 МПа и подачей не более 100 м /мин [8].

На ознакомительном этапе обследования энергоаудитору рекомендуется составить схему производства и распределения сжатого воздуха с указа­нием размеров воздухопроводов и давления в местах потребления, а также перечень потребителей (технологические процессы, пневмоинструмент, системы автоматики и т.п.). При этом желательно иметь представление об энергохозяйстве предприятия и доле затрат энергии на производство сжа­того воздуха в общем энергопотреблении предприятия.

Анализ проектной документации (паспортов и регламентов компрессо­ров, потребителей и др.) и данных статистической отчётности (годовых и месячных отчётов о работе СВС, режимов работы компрессоров и др.) об эксплуатации СВС, а также конструктивных особенностей систем распреде­ления сжатого воздуха позволяет по итогам ознакомительного этапа собрать сведения о паспортной и фактической подаче компрессорной станции, удельных расходах электроэнергии на привод компрессоров, максимально возможной, максимально длительной и средней нагрузках станции.

На этом этапе обследования основными задачами являются: определение установленной, рабочей и резервной подачи компрессорной станции, расхо­дов электроэнергии на привод, расходов охлаждающей воды и вспомога­тельных материалов, диаметров внутрицеховых и межцеховых трубопрово­дов сжатого воздуха; установление фактических удельных расходов электроэнергии на выработку сжатого воздуха, водоснабжение и собствен­ные нужды.

Фактическая подача компрессора, от которой зависят удельные энергети­ческие показатели, как правило, оказывается при проверке значительно меньше паспортной. Причин, вызывающих снижение подачи компрессора, много: увеличенное по сравнению с нормативным «вредное» пространство; неплотности всасывающих и нагнетательных клапанов, поршневых колец,

сальников; уменьшенные сечения клапанов; завышенные подъем и толщина клапанных пластин, а также температура всасываемого воздуха и др.

Существуют разные методы определения подачи компрессора. Наиболее простым и точным из них является определение подачи с помощью дрос­сельного расходомера.

Для испытания может быть использован дроссельный прибор, имею­щийся на нагнетательном воздухопроводе компрессора и служащий для экс­плуатационных измерений. К дроссельному прибору подключается дифма- нометр лабораторного типа.

На компрессорной станции, оборудованной несколькими компрессорами, дроссельный прибор для проведения испытания должен быть установлен на нагнетательной линии каждого компрессора.

При определении фактической подачи также используют: пружинные манометры для измерения давления сжатого воздуха, воды и масла; ртутные термометры для измерения температуры воздуха, воды и масла; барометр; тахометр для измерения частоты вращения вала компрессора; электроизме­рительный прибор для измерения мощности, потребляемой компрессором.

Подача компрессора по условиям всасывания, м³/ч, определяется по формуле

 

где А — коэффициент, зависящий от внутреннего диаметра трубы, диаметра отверстия диафрагмы, шероховатости трубы, заострения входной кромки диафрагмы и других факторов. Значение А принимается в зависимости от отношенияd/D (D— внутренний диаметр воздухопровода, см;d— диаметр отверстия диафрагмы, см);Δр — перепад давления на диафрагме, измеряе­мый диафанометром, Па; р₀, р₁ — абсолютное давление воздуха на линии всасывания и сжатого воздуха перед диафрагмой, Па; T ₀, Т₁ — абсолютные

температуры воздуха на линии всасывания и сжатого воздуха перед диа­фрагмой, К.

Фактическая подача компрессора должна быть не менее 90 % номиналь­ной. Если фактическая подача поршневого или ротационного компрессора составляет менее 90%, а турбокомпрессора менее 95 % номинальной, то комп­рессор должен быть остановлен на капитальный ремонт.

Удельный расход электроэнергии на 1000 м³ воздуха, взятого при нор­мальных условиях, находится по данным испытаний компрессора, проводи­мых в целях определения его подачи:

 

где Э — затраты электроэнергии на компрессорной и насосной станциях за время испытаний, кВт•ч; Q_факт — фактическая подача компрессора, установленная при испытаниях по условиям всасывания, м³/ч; а — коэффициент перехода от параметров при действительном состоянии воздуха к парамет­рам при нормальных условиях; τ — длительность испытания,ч. Коэффициент а вычисляется по формуле

где ρ — плотность всасываемого воздуха, кг/м;t₀— температура всасывае­мого воздуха, °С; В — барометрическое давление наружного воздуха во время испытания, мм рт. ст.

ЗначениеЭ зависит от типа компрессора, развиваемого им давления, наличия или отсутствия охлаждения и меняется в пределах 80—140 кВт • ч

на 1000 м сжатого воздуха. В любом элементе СВС между компрессором и потребителем эта величина увеличивается вследствие потерь в системе, а у потребителя она может быть в 1,5—2,0 раза выше приведённого значения.

Существует и расчётный метод определения удельного расхода электро­энергии на привод компрессора и насосов систем оборотного водоохлаждения, базирующийся на расчете работы сжатия для идеального и далее дей­ствительного процессов сжатия.

На последующих этапах энергоаудита СВС составляют баланс сжатого воздуха в целом по предприятию и проводят сопоставление нормированных и действительных расходов сжатого воздуха, определяют непроизводитель­ные расходы (утечки) воздуха в сетях и у потребителей. Примерный вид баланса воздуха приведён на рис. 12.13.

Анализ баланса по целевому направлению позволяет определить долю использования сжатого воздуха по различным направлениям (потенциаль­ная и кинетическая энергия) в расходах его по предприятию в целом и по отдельным цехам, а также долю различных потребителей (пневмомеханизмов) в рамках каждого направления. Анализ данных о потерях энергии и утечках при производстве, транспортировке и распределении сжатого воз­духа по отдельным цехам и потребителям позволяет оценить резервы повы­шения эффективности потребления и производства сжатого воздуха на пред­приятии в целом, на компрессорных станциях и у отдельных наиболее крупных потребителей.

При сравнении фактических показателей с нормативными и аналогич­ными показателями на энергоэффективных предприятиях проводят анализ эффективности использования сжатого воздуха, а также электроэнергии и энергоносителей, расходуемых на его производство.

В табл. 12.5 приведены данные о непроизводительных затратах электро­энергии, связанных с утечками воздуха.

Далее заполняется энергетический паспорт предприятия по компрессор­ному оборудованию, форма которого приведена в табл. 12.6.

Рис. 12.13. Распределение сжатого воздуха между потребителями на целлюлозно-бумажном комбинате:

1 — на сторону, 6,4 %;2 — цех подготовки древесного сырья, 8,0 %;3 — варочный цех, 5,9 %;4 — цех регенерации щелоков и производства извести, 6,2 %;5 — отбельный цех, 14,6 %;6 — бумагоделательная машина 1, 1,7 %; 7 — картоноделательная машина, 13,1 %;9 — бумаго­делательная машина 4,10,6 %;10 — бумагоделательная машина 5,10,6 %;11 — цех полуфабри­катов высокого качества, 5,9 %;12 — ТЭЦ, 4,9 %;8,13—15 — остальное, 5,9 %

 

Таблица 12.5

Непроизводительные затраты электроэнергии на привод компрессора, связанные с утечками воздуха

Диаметр	Давление в трубопроводе, 105 Па
отверстия повреждений d, мм
Расход утечки, л/с	Дополнительная мощность, расходуемая на привод компрессора, кВт
	0,7	1,0	0,3	1,6	0,2	0,3	0,5	0,7
					4,6	0,0	13,0	17,0
					18,0	33,0	50,0	69,0

На этапе разработки мероприятий по повышению эффективности исполь­зования ТЭР энергоаудитору полезно знать, что в СВС значимы:

а) мероприя­тия по снижению расходов электроэнергии на выработку сжатого воздуха;

б) мероприятия по снижению потерь воздуха на всех участках СВС;

в) рацио­нальная эксплуатация основного и вспомогательного оборудования.

К мероприятиям группы а) можно отнести: установку системы регулиро­вания давления; секционирование компрессоров; межступенчатое охлажде­ние воздуха; снижение номинального рабочего давления в СВС; автоматизацию открытия всасывающих клапанов; улучшение работы компрессоров при регулировании подачи; применение экономичных компрессоров и др.

Таблица 12.6

ФормаЕ энергетического паспорта промышленного предприятия «Сведения о компрессорном оборудовании»

Цех (производство), тип компрессора	Год ввода в эксплуа­тацию	Число компрес­соров, шт.	Подача, м3/мин	Давле­ние, МПа	Мощность электро­привода, кВт	Время работы компрес­сора за год по журналу, ч	Расчётный среднегодо­вой расход электро­энергии, 103 кВт*ч	Удельный расход электро­энергии фактический/ нормативный на 1000 м3, кВт'ч	Система охлаждения (оборотного, водопровод­ного и т.п.)	Примечание
Компрессорная станция, корп. 33, ВК-100			11,50	0,8			297,60	115,3/108,9	Воздушная	Постоянно работают только два компрессора
Цех 1, корп. 32, ВК-30			3,50	0,8			2,11	109,8/104,76	Воздушная	Компрессор включается 1 раз в месяц
Цех 1, корп. 10, ВК-20			2,15	0,8			1,44	121,4/116,28	Воздушная

Среди мероприятий группы б) можно назвать: систематическое устране­ние неплотностей в сальниках, воздуховодах, соединительной и запорной арматуре; отключение отдельных неиспользуемых участков воздухораспре­делительной сети; отключение всей сети в нерабочее время; осушение воз­духа перед поступлением его в сеть и др.

К мероприятиям группы в) следует отнести снижение потерь со сброс­ным воздухом в системе оборотного водоохлаждения; использование авто­номного воздухоснабжения удалённых (на расстоянии 0,7 — 1,0 км) от комп­рессорной станции потребителей, работающих по переменному графику с малыми расходами воздуха и др.

В СВС с потребителями, имеющими резко переменные суточный и неде­льный графики нагрузки, чаще всего используется один из самых неэконо­мичных способов регулирования — сброс избыточного сжатого воздуха в атмосферу, что является прямой потерей затрачиваемой в компрессоре энер­гии. Практика эксплуатации компрессоров показывает, что эта потеря может составлять 10—15 и даже достигать 30 %.

Использованием при покрытии основной неизменной нагрузки турбоком­прессоров, а переменной составляющей — поршневых компрессоров мень­шей подачи, имеющих скоростное регулирование и даже выключаемых в период длительного снижения нагрузки, можно добиться уменьшения энер­гозатрат в СВС. Снижение температуры воздуха между ступенями компрессора на 8—10°С при установке промежуточных охладителей позволяет умень­шить потребляемую мощность на 5—8%, или (для одного компрессора К-250 с номинальной мощностью 1600 кВт) примерно на 128 кВт, что при

работе его в течение 6000 ч в году составит 0,8•10⁶ кВт • ч/год.

Для работы системы промежуточного охлаждения воздуха целесообразно использовать замкнутые системы водоснабжения охладителей с аппаратами воздушного охлаждения (так называемыми «сухими» градирнями). Это лишь некоторые из возможных направлений энергосбережения в СВС.