Полный текст

Введение. Для достижения экономии и сокращения расходов на энергию крупных технологических объектов промышленных предприятиях необходимо автоматизировать процесс мониторинга и повышать эффективность решений по модернизации оборудования или его настройке [1-3]. С учетом развития законодательной базы и стремления к внедрению стандартов энергетического менеджмента задача повышения энергоэффективности производств как основных потребителей электрической и тепловой энергии в мире стоит особенно остро [4, 5]. Ярким представителем энергоемких производств выступает акционерное общество «Пермский завод силикатных панелей» (ПЗСП) - российская строительная компания, производитель строительных материалов. Сферами деятельности АО ПЗСП являются проектирование, производство и строительство панельных жилых домов и зданий по современной сборно-каркасной технологии, а также производство строительных материалов для возведения многоэтажных и индивидуальных домов. 1. Техническое описание объекта энергопотребления - компрессора ВП-20/8 МУ4. Для технологии производства строительных материалов, а также разгрузки и транспортировки цемента используется сжатый воздух, который производит компрессорная станция предприятия, являющаяся крупным ключевым потребителем электрической энергии [6-8]. На АО ПЗСП компрессоры сочетают в себе две группы по три установки, работающие от высокого напряжения 6 кВ, и три, работающие от напряжения 0,4 кВ. Воздух из компрессорной поступает в цех производства панелей, цех производства блоков из газобетона, арматурный цех, цех по производству бетона, а также на нужды паровой и водогрейной котельных. Кроме того, сжатый воздух используется на транспорт цемента (рис. 1). Рис. 1. Схема распределения сжатого воздуха на АО «ПЗСП» На компрессорной установлены три поршневых компрессора 2ВМ10-63/9 ГОСТ 23680-79 и три малых поршневых ВП-20/8МУ4 ГОСТ 5.28-67, их технические характеристики приведены в табл. 1. Таблица 1 Технические характеристики компрессорного оборудования Модель Давление воздуха, кг/см2 Выход, м3/мин Мощн., кВт Габарит. размеры, мм Вес, кг Д Ш В 2ВМ10-63/9 9 63 400 3500 4400 2840 8810 ВП-20/8 МУ4 8 20 132 2370 1620 2230 3800 Согласно режиму производства в работе находится постоянно один из крупных компрессоров. В связи с этим наиболее целесообразными считаются мониторинг и оптимизация группы малых компрессоров - ВП-20/8МУ4. Компрессор данной группы представляет собой крейцкопфную машину с прямоугольным расположением цилиндров. При движении поршня в одной из полостей цилиндра первой ступени создается разрежение, под действием которого открываются всасывающие клапаны и газ заполняет цилиндр. При обратном ходе поршня всасывающие клапаны закрываются, в цилиндре происходит сжатие газа, а затем его подача через нагнетательные клапаны. Компрессор снабжен системой автоматического регулирования производительности, автоматической разгрузкой при пуске и остановке, автоматической аварийной защитой, что обеспечивает безопасность работы, удобство обслуживания и требует минимального количества обслуживающего персонала. Внешний вид компрессора приведен на рис. 2. Рис. 2. Компрессор ВП 20/8 МУ4, установленный в компрессорной ПЗСП Охлаждение цилиндров компрессора ВП-20/8 и холодильников осуществляется водой под давлением не более 3,0 кгс/см2. Смазка цилиндров осуществляется от многоплунжерного насоса. На всасывании компрессора ВП-20/8 ВП20/8 установлен фильтр. В конструкции холодильников 1-й и 2-й ступеней предусмотрено отделение влаги от масла. Это повышает чистоту сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором. Компрессор ВП 20/8 МУ4 оснащен электродвигателем ДСК 12-24-12. Пуск электродвигателя ДСК 12-24-12 состоит из двух этапов: первый этап - асинхронный набор скорости при отсутствии возбуждения постоянным током и второй этап - втягивание ротора в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Для возбуждения используют генераторы постоянного тока (имеющие общий вал с двигателем (возбудительный агрегат В-18) либо тиристорные выпрямители (тиристорный возбудитель ВТ22), обеспечивающие более высокую надёжность работы электродвигателя ДСК 12-24-12. В нашем случае на АО ПЗСП используются тиристорные выпрямители. Технические характеристики электродвигателя ДСК 12-24-12 приведены ниже. Основные технические характеристики объекта энергопотребления Электродвигатель ДСК 12-24-12 Напряжение, В 380 Ток, А 243 Мощность, кВт 132 Скорость вращения, об/мин 500 Частота, Гц 50 Коэффициент мощности 0,9 КПД, % 90,7 2. Мониторинг и анализ энергоданных компрессорного оборудования. В ходе исследования режимов работы на компрессор ВП-20/8 МУ4 был установлен измерительный комплекс VIDA350MC - Scout Case для сбора и анализа данных по потреблению электрической энергии (рис. 3). Рис. 3. Подключение трансформаторов тока VIDA350MC к шинам электропитания компрессора Мониторинг работы компрессора производился с помощью портативного комплекса удаленной телеметрии VIDA350MC в течение нескольких месяцев, основные характеристики прибора представлены ниже. Используя данный комплекс, организуется эффективный мониторинг группы компрессоров в различные периоды времени с целью установления зависимостей в потреблении энергии, расчетов времени простоя и наработки, расчета выработки сжатого воздуха по номинальной производительности и другие задачи [9-11]. Состав и характеристики комплекса VIDA 350MC Вес 9 кг Внешние размеры Ширина 280 мм; высота 150 мм; длина 360 мм Рабочее напряжение 220 В Потребление энергии (режим) Работа: 45 мА Работа с GSM: 55 мА Работа с GPS: 60 мА Работа с GSM/GPS: 70 мА Температуры Память: -40 до 90 oC Операции: -25 до 55 oC Внешние интерфейсы TYCO соединитель RS232 Входные 4 аналоговый (0-10 В) 8 импульсный (12 В) Выходные 4 импульсный (36 В/1,5 А) 1-Wire До 32 датчиков температуры CAN RS485 GSM GPRS, поддержка HTTP, FTP 16-канальный GPS-приемник Скорость обновления NMEA @ 1 Гц Точность DGPS/SBAS 2,5 м CEP Стандартный считыватель SIM-карты Память До 32 GB flash-карта, файловая система FAT JEVis Scout Case укомплектован счетчиком электрической энергии Gossen Metrawatt U189B и понижающим трансформатором 220/24 В. Счетчик обеспечивает учет электрической мощности в двух тарифных зонах с возможностью импорта/экспорта данных и получение до 30 измеренных значений для переменных в реальном времени. Для связи с внешней информационной системой используется интерфейс Ethernet [12-14]. С учетом измеряемого объема потребления сжатого воздуха и результатов анализа времени наработки компрессоров, установленных на АО ПЗСП, можно провести расчет доли потерь. Возьмем для расчетов объем произведенного и потребленного воздуха за ноябрь месяц 2016 г. (табл. 2): Таблица 2 Количество произведенного и потребленного воздуха за первую неделю ноября 2016 г. Дата Vпроизв, м3 Vпотреб, м3 01.11.2016 86400 41792,91 02.11.2016 108000 69238,13 03.11.2016 123600 87584,69 04.11.2016 120000 82466,38 05.11.2016 109200 82009,44 06.11.2016 120000 79439,31 07.11.2016 111600 77539,44 Зная количество произведенного и потребленного сжатого воздуха, определим объем потерь сжатого воздуха: В настоящий момент излишки воздуха стравливаются в атмосферу путем ручного открытия задвижки. Видно, что объем потерь примерно составляет 1/3 от общего произведенного объема воздуха, что обусловливает необходимость анализа и оптимизации режимов. С учетом результатов мониторинга энергопотребления группы объектов в течение ноября месяца 2016 г. построен график режима работы (рис. 4) [15, 16]. Также построены графики реального расхода воздуха и произведенного и количество издержек сжатого воздуха (по дням) (рис. 5 и 6). На рис. 5 синим цветом показано количество производимого сжатого воздуха, а фиолетовым - количество потребляемого сжатого воздуха, что наглядно подтверждает наличие постоянного уровня издержек. Исходя из графика (см. рис. 6), можно сделать вывод о целесообразности снижения потерь за счет замены части малых поршневых компрессоров на винтовые с установкой системы автоматического управления заслонкой сброса. Рис. 4. График работы группы компрессоров: три верхние строки - 2ВМ10-63/9, три нижние - ВП-20/8 МУ4 Рис. 5. График реального расхода воздуха и произведенного (по дням) Рис. 6. Количество издержек сжатого воздуха (по дням) 3. Система эффективного управления группой компрессоров. Для снижения потерь воздуха и снижения затрат электрической энергии на его производство предлагается заменить часть поршневых компрессоров на винтовые, обладающие возможностью частотного регулирования скорости электропривода. В качестве конкурентоспособного образца компрессора рассмотрим винтовой компрессор ЕКОМАК 132D VST, обеспечивающий автоматическое поддержание давления и регулирование объема воздуха при сопоставимых технических параметрах. При замене поршневого компрессора ВП-20/8МУ4 на винтовой ЕКОМАК 132D VST получим схему, упрощенный вид которой приведен на рис. 7. Технические характеристики компрессора ЕКОМАК 132D VST ТИП ЕКОМАК 132D VST Номин. производительность 8,2-23,1 м3/мин Минимальное рабочее давление 4 Максимальное рабочее давление 8 Номин. мощн. приводн. электродвиг. 132 кВт Тип привода Прямой Тип управления Инверторный Производитель винтового блока AERZENER (Германия) Производитель приводного двигателя ЕКОМАК(ABB) (Турция) Габариты (Ш×Д×В) 3185×1650×2000 мм Рис. 7. Поршневой 2ВМ10-63/ и винтовой ЕКОМАК 132D VST9 компрессоры в паре По графику на рис. 6 также видно, что в дни, когда не работал ни один малый компрессор, излишки воздуха сохраняются. Для их устранения и полной автоматизации компрессорной станции потребуется установка автоматического клапана сброса избыточного давления. Замена большого поршневого компрессора 2ВМ10-63/9 на винтовой EKO 315 QD при аналогичных характеристиках не приведет к существенной экономии. Выводы. Результаты мониторинга показали высокие потери сжатого воздуха, вызванные несбалансированным режимом работы группы компрессоров. Отсюда следует вывод, что замена группы малых поршневых компрессоров ВП-20/8 МУ4 на винтовые ЕКОМАК 132D VST позволит снизить излишки воздуха, что приведет к сокращению расходов на электроэнергию на 45-48 %, а также к более плавному значению давления воздуха в системе. Предложенная автоматизированная система мониторинга режимов работы группы компрессоров планируется к использованию в составе эффективной информационно-аналитической системы управления энергоресурсопотреблением предприятия [17].

Об авторах

В. Я Пак

АО «Пермский завод силикатных панелей»

А. А Сидоров

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 83

PDF (Russian) - 24

Ссылки

• Ссылки не определены.