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.