Een geavanceerde autofabriek in het westen van de VS is er in geslaagd om op jaarbasis zo'n 640.000 euro aan energiekosten te besparen. Dit dankzij een uitgebreide controle van het persluchtsysteem, gevolgd door de implementatie van geavanceerde regeltechnologie en luchtstroommeters voor doorlopende monitoring en metingen om de efficiëntie van het systeem te garanderen.

Het project, dat ook de toevoeging van een booster luchtcompressor en opvangtank omvatte - samen met de installatie van een belangrijke drukregelklep - geeft de automaker de mogelijkheid om minder centrifugale luchtcompressoren te gebruiken tijdens de piekproductie. Hierdoor bespaart de fabriek bijna 6,1 miljoen kWh en meer dan 640.000 euro per jaar aan energiekosten. Het project kwam ook in aanmerking voor een korting van bijna 400.000 euro van het plaatselijke elektriciteitsbedrijf, waardoor het project binnen zes maanden werd terugverdiend - en dat terwijl de betrouwbaarheid van het systeem is verbeterd.

Centrifugale luchtcompressoren energieproductie

Perslucht vormt het hart van de productie in de fabriek, die 115 hectare beslaat. De perslucht drijft de pneumatiek aan die wordt gebruikt om robots te besturen en om transportbanden en verpakkingsapparatuur aan te drijven. Perslucht wordt hier ook veel gebruikt bij het verven, stempelen en spuitgieten van kunststoffen.

Vóór de upgrade van het persluchtsysteem werkte de fabriek met zeven centrifugale luchtcompressoren in een centraal krachthonk. De luchtcompressoren omvatten zes centrifugale luchtcompressoren van 1.250 pk (pk) en één machine van 700 pk. Het systeem omvatte ook acht koeldrogers, alsmede vier 9.500- liter opvangtanks en één 19.000-liter tank.

De autofabrikant startte in 2016 een interne inspanning om energiebesparingen te realiseren en de efficiëntie van zijn persluchtsysteem, dat op dat moment 1,7 miljoen euro per jaar kostte, te verhogen. De complexiteit van centrifugale luchtcompressoren, evenals de methode om ze te besturen, bracht het bedrijf ertoe de hulp in te roepen van experts in persluchtsystemen.

Controle toont aan dat centrifugale luchtcompressoren aanzienlijk afblazen

De eerste stap om de doelstellingen van de fabriek te bereiken was een uitgebreide audit van het persluchtsysteem door iZ Systems in samenwerking met ALD, Inc.

Voor de audit exporteerde het team gegevens uit het SCADA-systeem monitoring van de fabriek, waaronder motorvermogen, persdruk, inlaatklep en afblaaspositie van elke luchtcompressor om verschillende bedrijfsprofielen van het systeem te bepalen. Daarnaast werden er drukloggers geplaatst stroomafwaarts van de luchtcompressoren en over de hele campus om drukschommelingen te volgen en te zien hoe de luchtcompressoren reageerden op veranderingen in de vraag.

Uit de controle bleek dat de zeven luchtcompressoren van 1.250 pk op een eenvoudig lokaal drukregelsysteem werkten. De regelingen waren niet in staat om de inlaatkleppen en afblaaskleppen discreet te beheren, wat leidt tot PID-jacht. Als gevolg daarvan bliezen de machines in alle bedrijfsomstandigheden een aanzienlijke hoeveelheid perslucht af om zich te beschermen tegen pieken, wat leidde tot ontlading en verlies van fabrieksdruk. Tijdens de controle werden ook twee unieke vraagperiodes ontdekt:

• Normale vraag: drie luchtcompressoren zijn online en werken om de productiedruk gedurende ongeveer 5.200 uur per jaar op peil te houden.

• Lage vraag/weekends: drie luchtcompressoren blijven online, terwijl ze niet nodig zijn tijdens perioden met lage vraag gedurende ongeveer 1.688 uur per jaar - naast het verwerken van een weekendbelasting van 1.872 uur per jaar.

Op basis van de gegevens die tijdens een auditperiode van twee weken werden verzameld, adviseerde het team de installatie van een geautomatiseerde persluchtregeling en monitoring oplossing, die de werking van de luchtcompressoren afstemt op de werkelijke vraag.

De audit toonde ook aan dat de fabriek de piekvraag kon verminderen met upgrades van de apparatuur, die voornamelijk bestonden uit een booster luchtcompressor in combinatie met een grotere opvangtank. Het team adviseerde ook de installatie van VPInstruments' VPFlowScope DP luchtstroommeters in de uitlaatleiding van elke luchtcompressor voor een nauwkeurige meting van het luchtdebiet en een doorlopende monitoring.

Verbetering van het reactievermogen van persluchtsystemen

Een ander belangrijk probleem in de fabriek was het onvermogen van het bestaande persluchtsysteem om pieken in de vraag effectief op te vangen. Met name een piek in de vraag naar lucht veroorzaakte een drukdaling omdat de centrifugale compressoren te laat opstartten. Dit gebeurde omdat de piekmomenten te kort waren voor de machines om snel op de toegenomen vraag te reageren. Bovendien veroorzaakte deze situatie een drukpiek, gevolgd door het afblazen van de luchtcompressoren.

Om de responstijd van het persluchtsysteem te verbeteren, installeerde het team een booster luchtcompressor samen met een 66.000-liter opslagtank die perslucht van 250 psi kan opslaan. Aangezien de fabrieksdruk ongeveer 100 psi is en de tankdruk 250 psi - en het feit dat de lucht buiten de lijn wordt opgeslagen - verschilt de opslagtank van een normale opslagtank die op fabrieksdruk op de hoofdheader is aangesloten.

Door de druk in de opslagtank te verhogen, werd de capaciteit van het persluchtopslagsysteem meer dan verdubbeld. Het vernieuwde systeem omvat ook het gebruik van een cross-over drukstroomregelklep, die wordt aangestuurd door het automatiseringsplatform van iZ Systems. Het ventiel laat lucht uit de opslagtank vrij in de hoofdleiding wanneer er een piek in de vraag ontstaat. Hierdoor hoeft de fabriek slechts twee of drie luchtcompressoren te laten draaien in plaats van vier eenheden om aan de piekvraag naar lucht te voldoen.

Differentiële luchtstroommeters volgen de efficiëntie van machines

Een ander belangrijk aspect van het vernieuwde persluchtsysteem is de mogelijkheid om het systeem continu te controleren en aan te passen wanneer de vraag naar perslucht verandert, bijvoorbeeld wanneer het onderhoudspersoneel luchtlekken repareert. Voortdurend monitoring van de vraag naar luchtstroom maakt het ook mogelijk beslissingen te nemen over wijzigingen in het besturingsalgoritme van de luchtcompressor om het systeem te optimaliseren.

In de fabriek is elke luchtcompressor uitgerust met luchtstroommeters met verschildruk, VPFlowScope DP, om de luchtstroom, druk en temperatuur in twee richtingen te meten. De fabriek kan nu de efficiëntie van elke machine volgen. Als er problemen worden gedetecteerd, zoals verstopte inlaatfilters of terugstroom, kan het fabriekspersoneel onmiddellijk actie ondernemen en energieverspilling en bijbehorende kosten voorkomen. De fabriek kan ook detecteren wanneer een terugslagklep in de luchtcompressor lekt om terugstroom te voorkomen.

Bovendien gebruikt het onderhoudsteam een clamp-on ultrasone transittijd flowmeter om regelmatig de koelwatertoevoer naar elke luchtcompressor te controleren. Onjuiste koeling kan de efficiëntie van het persluchtsysteem drastisch verminderen.

Energiebesparing en betrouwbaarheid staan gelijk aan winst

De autofabrikant startte zijn upgradeproject voor het persluchtsysteem kort na de goedkeuring van de audit door het nutsbedrijf in november 2018. De implementatie van het platform voor persluchtautomatisering en gegevensverwerving in combinatie met de upgrades van het systeem vermindert het jaarlijkse energieverbruik van de faciliteit met 6.098.619 kWh per jaar, wat resulteert in een jaarlijkse besparing van 640.000 euro. Met de stimuleringsmaatregel van 400.000 euro leverde het project een eenvoudige terugverdientijd van zes maanden op.

Naast het bereiken van het doel van energie-efficiëntie, verbeterde het project de betrouwbaarheid van het persluchtsysteem, omdat de fabriek één centrifugale luchtcompressor minder hoeft te gebruiken om aan de piekvraag te voldoen, waardoor dezelfde luchtcompressor vrij is om als reserve-eenheid te dienen. Het offline boosted storage systeem verhoogt ook de betrouwbaarheid van het systeem, omdat het ontworpen is om voldoende lucht te leveren om aan de behoeften van de fabriek te voldoen totdat de back-up luchtcompressor online komt om een defecte luchtcompressor te vervangen.

Meer weten? Neem contact op met VPInstruments.