هزینه‌های تولید هوای فشرده

بررسی کلی

انرژی الکتریکی بارزترین نوع انرژی است که در تولید هوای فشرده صنعتی بالقوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بسیاری از تاٌسیسات هوای فشرده غالباً امکان صرفه جویی مقدار چشم گیر و استفاده نشده‌ای از انرژی به عنوان مثال از طریق بازیافت انرژی، کاهش فشار، کاهش اتلاف و روز آمد سازی عملکردها از طریق سیستم کنترل و تنظیم انجام داد. هنگامی که می‌خواهید سرمایه‌گذاری جدیدی را برنامه‌ریزی نمایید، بهتر است تا جائی که می‌توانید به آینده نگاه کرده و سعی کنید که تأثیرات اوضاع جدید و مقتضیاتی را که ممکن است در تأسیسات به کار گرفته شوند مورد ارزیابی قرار دهید. مثال‌های نمونه عبارتند از نیازهای محیطی، مقتضیات صرفه جویی انرژی، نیازهای افزایش کیفیت در تولید و سرمایه‌گذاری‌های آتی تولید.
عملکرد کمپرسورهای بهینه شده همواره مهم تر می‌شود، خصوصاً برای صنایع بزرگتر مرتبط با هوای فشرده. تولید با گذشت زمان در یک صنعت در حال توسعه تغییر می‌کند و به همین ترتیب شرایط عملکردهای کمپرسور نیز تغییر می‌کند؛ بنابراین مهم است که تاٌمین هوای فشرده هم بر اساس مقتضیات واقعی و هم بر اساس طرح‌های آتی باشد. تجربه نشان می‌دهد که بررسی‌های گسترده و بی غرضانه نتایج وضعیت عملکرد، تقریباً در هر شرایطی باعث توسعه کلی اقتصاد می‌شود.
هزینه‌های انرژی به وضوح از جمله مهم‌ترین فاکتورهای اقتصاد کلی تاٌسیسات هستند؛ بنابراین مهم است که به دنبال یافتن راه حل‌هایی باشیم که با نیازهای اجرایی و کیفیتی و نیز نیازهای کاربرد مؤثر انرژی مطابقت داشته باشد. هزینه‌های مضاف مربوط به خریداری کمپرسورها و تجهیزات دیگری که با هر دو این نیازها مطابقت داشته باشد، در دراز مدت به عنوان یک سرمایه‌گذاری خوب دیده می‌شود. از آنجائی که مصرف انرژی غالباً %۸۰ هزینه کل را تشکیل می‌دهد، بنابراین باید به هنگام انتخاب سیستم کنترل دقت نمائید. تفاوت در سیستم‌های کنترل، تفاوت بین انواع کمپرسورها را تحت الشعاع قرار می‌دهد. شرایط ایده‌آل زمانی است که ظرفیت کامل کمپرسور دقیقاً با مصرف متعادل مطابقت داشته باشد، چیزی که خیلی اوقات در برنامه‌های فرایند در نظر گرفته می‌شود. بیشتر انواع کمپرسورها توسط سیستم کنترل و تنظیم خودشان تدارک می‌شوند، اما تجهیزات اضافی دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند تمام کمپرسورهای موجود در کارخانه را بطور جمعی کنترل کنند و بدین ترتیب باعث توسعه اقتصاد اجرایی گردند .
در حال حاضر کنترل سرعت به روش شناخته شده کنترل تبدیل می‌شود، به این علت که مقتضیات انرژی عملاً نسبت مستقیمی با سرعت و ظرفیت مستدام دارد. اگر به دقت اندیشه نمائیم و اجازه دهیم که مقتضیات، تجهیزات کنترل را تعیین نمایند، نتایج خوبی را بدست خواهیم آورد. اگر به عنوان مثال به مقدار اندکی هوای فشرده در شب هنگام و اواخر هفته نیاز داشته باشیم، مقرون به صرفه است که از کمپرسور کوچکی استفاده کنیم که با این مقدار نیاز مطابقت داشته باشد. اگر به دلیلی به فشار کاری دیگری نیاز داشته باشید باید این نیاز مورد بررسی قرار داده شود و نتیجه‌گیری شود که آیا کل تولید را می‌توان با استفاده از یک مرکز کمپرسور بدست آورد یا این که شبکه را باید برای بدست آوردن سطوح متفاوت فشار تقسیم کنیم. انتخاب شبکه هوای فشرده نیز باید مورد توجه قرار گیرد، تا بتوان برای تولید مقدار معینی هوا در طول شب یا آخر هفته‌ها فقط بخش معینی از شبکه را به کار گرفت و بدین ترتیب مصرف هوا را کاهش داد یا زمانی که بخواهید تخصیص هزینه‌های داخلی بر اساس مقادیر جریان باشد.

تخصیص هزینه‌ها

هزینه‌های سرمایه‌گذاری، هزینه‌های ثابتی هستند که شامل قیمت خرید، هزینه‌های ساختمان، نصب و بیمه می‌شوند. هزینه سرمایه‌گذاری به عنوان بخشی از هزینه کلی محسوب می‌شود که قسمتی از آن به انتخاب کیفیت هوای فشرده مربوط است و قسمت دیگری از آن مربوط به هزینه استهلاک و محاسبه نرخ سود است. میزان هزینه‌های انرژی به زمان اجرا در هر سال، مقدار بهره‌برداری، قیمت انرژی و غیره مرتبط می‌باشند. بعضی از هزینه‌های مربوط به تهیه و دستیابی، به عنوان مثال تجهیزات مورد نیاز برای بازیافت انرژی، بازدهی مستقیمی در سیستم ایجاد می‌کنند، که این بازدهی به صورت کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و هزینه‌های اجرایی می‌باشد

توان مورد نیاز

هنگام انجام محاسبات، مهم است که مقتضیات کلی توان را مورد توجه قرار دهیم. باید تمام مصرف‌کننده‌های انرژی را که به قسمت‌های مختلف دستگاه تعلق دارند مورد بررسی قرار دهیم، از جمله صافی‌های ورودی، تهویه‌ها و پمپ‌ها.
با مقایسه بین گزینه‌های مختلف سرمایه‌گذاری باید اهمیت ویژه‌ای برای استفاده از مقادیر قابل قیاس قائل شد؛ بنابراین باید اطمینان حاصل کنید که ارقام بر طبق قوانین مورد توافق بین‌المللی ارائه می‌شوند، به عنوان مثال بر اساس

ارقام ذکر شده در استاندارد ISO 1217. Ed3، ضمیمه C – 1996.

فشار کاری

فشار کاری مستقیماً بر توان مورد نیاز اثر می‌گذارد. فشار بالا به معنی مصرف انرژی بالاتر است. افزایش فشار کاری به منظور جبران افت فشار همیشه باعث تضعیف اقتصاد عملکردی می‌شود.
با وجود اینکه این پدیده‌ای متداول است که به علت کوچک بودن سیستم لوله‌کشی یا مسدود شدن فیلترها، افت فشار روی می‌دهد. به عنوان مثال افزایش در فشار کاری تا ۱ بار تقریباً توان مورد نیاز را تا %۶ افزایش می‌دهد. در تاٌسیساتی که دارای چندین صافی هستند، خصوصاً اگر برای مدت زمان طولانی و بدون اینکه تعویض شده باشند مورد بهره‌برداری قرار گیرند، افت فشار می‌تواند به‌طور چشمگیری بیشتر و بنابراین خیلی پر هزینه باشد. در بسیاری از تاٌسیسات امکان کاهش فشار به میزان زیاد وجود ندارد، اما با استفاده از تجهیزات مدرن کنترلی غالباً می‌توان فشار را تا ۵ /۰ بار کاهش داد .. این یعنی صرفه جوئی، شاید درصد کمی، که به نظر اندک می‌آید، ولی اگر بازدهی کلی دستگاه را در نظر بگیرید که به سطح معادلی افزایش یافته پی خواهید برد که معنی کاهش فشار چیست.

مصرف هوا

با تجزیه و تحلیل مسیرها و استفاده از هوای فشرده، شما می‌توانید به راه حل‌هایی دست بیابید که بار معادل بیشتری را در سیستم هوای فشرده ایجاد می‌کند. بدین طریق نیاز به افزایش تولید هوا می‌تواند پایین نگاه داشته شود، که هزینه‌های اجرائی را کاهش می‌دهد. مصرف غیر مقرون به صرفه که معمولاً به نشتی، تجهیزات فرسوده، استفاده از فرایندهای نا منطبق یا استفاده ناصحیح از هوای فشرده مربوط می‌شود، به نحو مطلوبی با افزایش دانش کلی اصلاح می‌گردد. تقسیم‌بندی سیستم هوای فشرده به چندین قسمت، که می‌توانند با استفاده از دریچه‌ها جدا شوند، می‌تواند روشی برای کاهش مصرف در طول شب و آخر هفته‌ها باشد. در بیشتر دستگاه‌ها، مقداری نشتی وجود دارد که این نشتی یک اتلاف خالص تلقی می‌شود که بنابراین باید به حداقل برسد. غالباً نشتی‌ها % ۱۵–۱۰ هوای فشرده تولید شده را تشکیل می‌دهند. میزان نشتی رابطهٌ نسبی با فشار کاری دارد که به همین علت یکی از روش‌های کاهش نشتی این است که تجهیزاتی را که نشتی دارند تعمیر کنیم و فشار کاری را به عنوان مثال در طول شب کاهش دهیم. پایین آوردن فشار تا ۳ /۰ بار می‌تواند میزان نشتی را تا % ۴ کاهش دهد. اگر میزان نشتی در تاٌسیساتی با ظرفیت /min 100 برابر با % ۱۲ باشد و فشار به میزان ۳/۰ بار کاهش داده شود، میزان صرفه جویی تقریباً ساعت / KWh3 خواهد بود، که با مصرف برق در خانه‌ای که به طریق الکتریکی گرم می‌شود معادل است. حتی مصرف هوا در ماشین‌ها و تجهیزات با افزایش فشار کاری، افزایش می‌یابد.

روش کنترل

با استفاده از یک سیستم کنترل اصلی مدرن، قسمت کمپرسور مرکزی می‌تواند به نحو مطلوبی برای وضعیت‌های مختلف اجرائی به کار انداخته شود و همزمان ایمنی و قابلیت دسترسی را افزایش داد. انتخاب روش کنترل مناسب این امکان را فراهم می‌آورد که مقدار انرژی عرضه شده با پایین آوردن فشار سیستم کاهش یافته و میزان مصرف برای هریک از موتورهای موجود در تأسیسات بهینه‌سازی شود. در همین زمان قابلیت دسترسی افزایش می‌یابد که احتمال ایجاد توقفات ناخواسته را کاهش می‌دهد. علاوه بر این کنترل مرکزی امکان برنامه‌ریزی برای کاهش فشار را به صورت خودکار در کل سیستم فراهم می‌آورد. به عنوان مثال در طول انجام عملیات به هنگام شب و آخر هفته‌ها. از آنجائیکه مصرف هوای فشرده به ندرت ثابت است بنابراین تأسیسات کمپرسور باید دارای طرح انعطاف‌پذیری باشد. به عنوان مثال از کمپرسورهایی استفاده شود که دارای ظرفیت‌های متفاوت و موتورهای مجهز به کنترل سرعت باشند. کمپرسورهایی که دارای طرح حساب شده‌ای هستند، می‌توانند با کنترل سرعت راه اندازی شوند و کمپرسورهای مارپیچی کاملاً برای این منظور مناسب می‌باشند، زیرا که ظرفیت و توان آن‌ها عملاً رابطه‌ای نسبی با سرعت دارد.

کیفیت هوا

هوای فشرده با کیفیت بالا نیاز به نگهداری و تعمیر را کاهش می‌دهد، قابلیت اطمینان به سیستم هوای فشرده، سیستم کنترل و تجهیزات ابزاردقیق را افزایش می‌دهد و در عین حال میزان فرسودگی دستگاه هائی را که توسط هوا کار می‌کنند کاهش می‌دهد. اگر سیستم هوای فشرده را از ابتدا به منظور تاٌمین هوای فشرده خشک تنظیم کنیم نصب تأسیسات کم خرج تر و ساده‌تر خواهد بود، زیرا دیگر نیازی نیست که سیستم لوله‌کشی را به یک دستگاه جداکننده آب و لوله‌های معروف به شتر گلویی (لوله‌های دو خم) مجهز کنیم. وقتی که هوا خشک باشد دیگر لازم نیست که آن را به بیرون تخلیه کنیم تا بخار آن از بین برود. به تخلیه میعانات در سیستم لوله‌کشی نیز نیازی نمی‌باشد، بنابراین هزینه‌های نصب و نگهداری کاهش می‌یابد. برای مقرون به صرفه تر شدن سیستم می‌توان یک خشک کن هوای فشرده را بطور مرکزی نصب کرد. بهینه‌سازی هوا به صورت نامتمرکز با استفاده از چندین دستگاه کوچکتر درسیستم، هم پرهزینه تر و هم نگهداری سیستم را دشوارتر می‌سازد. با یک محاسبه معمولی مشخص می‌شود، کاهش هزینه‌های مربوط به نگهداری و نصب در سیستمی که دارای هوای فشرده خشک است هزینه‌های مربوط به تجهیزات خشک کن را پوشش می‌دهد. سودمندی بسیار مطلوب است، حتی وقتی که تجهیزات خشک کن به تاٌسیسات موجود اضافه می‌گردد. کمپرسورهای روغنکاری نشونده نیازی به دستگاه جداکننده روغن یا تجهیزات تمیز کاری آب تقطیر ندارند. همچنین این کمپرسورها به صافی نیازی ندارند و بنابراین از هزینه‌های مربوط به تعویض صافی صرف نظر می‌گردد. در نتیجه، به جبران افت فشار در اثر وجود صافی نیاز نمی‌باشد بنابراین می‌توان فشار کاری کمپرسور را پایین آورد، که این امر موجب بهبودی بیشتر اقتصاد تاٌسیسات می‌گردد. همچنین جهت پایش میزان رطوبت و روغن موجود در هوای فشرده می‌توان از ترنسمیترهای دمای نقطه شبنم هوای فشرده و همچنین ترنسمیتر روغن هوای فشرده استفاده کرد. تا در صورت بالا رفتن رطوبت ناشی از عملکرد ضعیف سیستم خشک کن به موقع بتوان سیستم را متوقف و از آسیبهای وارده به سیستم مصرف‌کننده هوای فشرده جلوگیری کرد.

بازیافت انرژی

اگر در تأسیسات تولیدی یا فرایندی خود از جریان الکتریکی، گاز یا نفت برای هر نوع گرمایش استفاده می‌کنید، دلائل خوبی برای بررسی امکان جایگزینی کلی یا جزئی انرژی با مازاد انرژی حاصله از تاٌسیسات هوای فشرده وجود دارد. عوامل قطعی شامل ارقام جایگزین موجود در SEK / kWh هستند که این ارقام مربوط به مازاد انرژی، میزان مصرف و مقدار سرمایه‌گذاری اضافی می‌باشند. یک سرمایه‌گذاری برنامه‌ریزی شده خوب در بازیافت انرژی فقط بین ۱ تا ۳ سال بازگشت خواهد شد. بیش از %۹۰ انرژی ذخیره شده در کمپرسور را می‌توان به شکل انرژی گرمایی با ارزشی بازیافت کرد. میزان درجه حرارت انرژی بازیافتی، حوزه‌های کاربردی احتمالی و ارزش بازیافت را تعیین می‌کند. بیشترین مقدار بازدهی معمولاً از دستگاه‌های آب خنک بدست می‌آید، که در این موارد آب خنک‌کننده که از دستگاه کمپرسور خارج می‌شود را می‌توان مستقیماً به مصرف‌کننده مستمر گرمایش متصل ساخت، به عنوان مثال مدار برگشت دیگ گرم کن؛ بنابراین مازاد انرژی را می‌توان بطور مؤثری در سرتاسر سال به کار برد. طرح‌های مختلف کمپرسور پیش نیازهای متفاوتی را طلب می‌نماید. در شرایطی که جریان حرارتی زیادی مورد نیاز می‌باشد، مسیرهای جابجائی طویل به نقاط مصرف، نیازهای عمده کم یا نیازی که در طول سال متغیر است، این می‌تواند جالب باشد که امکان فروش انرژی بازیافتی مورد نظر واقع گردد.

نگهداری

همانند تمام دستگاه‌های دیگر، کمپرسورها نیز باید در مراحل اولیه و قبل از وارد آمدن خسارات جدی تعمیر و اصلاح کاری گردند و بدین ترتیب از وارد آمدن خسارات جدی و ایجاد وقفه در دستگاه جلوگیری کرد.
با استفاده از کارمندان خدماتی و قطعات یدکی اصلی تأمین کنندگان، می‌توانید توقع داشته باشید که دستگاه دارای استاندارد فنی بالایی است و می‌توانید بر اساس جدیدترین یافته‌ها، دستگاه هایتان را اصلاح کنید. ارزیابی نیازهای مربوط به نگهداری توسط گروهی از تکنسین‌های آموزش دیده انجام می‌شود، این تکنسین‌ها همچنین کارمندان مربوط به بخش نگهداری و تعمیر داخلی را نیز آموزش می‌دهند. همچنین خود شما نیز باید کارمندان با تجربه‌ای داشته باشید تا دستگاه‌ها را بطور روزمره مورد بررسی قرار دهند، به این علت که چشم‌ها و گوش‌ها چیزهایی را می‌توانند ببینند و بشنوند که سیستم‌ها و تجهیزات کنترل قادر به تشخیص آن‌ها نیستند.

تجهیزات کمکی

می‌توان به راحتی با استفاده از تجهیزات کمکی، دستگاه‌ها را گسترش داد، به عنوان مثال کیفیت هوا را افزایش داد یا سیستم را فرابینی کرد. با این وجود، حتی تجهیزات کمکی نیز نیاز به سرویس دارند و هزینه‌هایی برای نگهداری و تعمیر ایجاد می‌کنند، به عنوان مثال این هزینه‌ها می‌توانند به شکل تعویض صافی‌ها، تعویض دستگاه ابزار خشک کن، سازگاری با تجهیزات دیگر و آموزش کارمندان باشد.
به علاوه هزینه‌های نگهداری و تعمیر ثانویه‌ای نیز وجود دارند، به عنوان مثال شبکه توزیع و دستگاه‌های تولید، که تحت تأثیر هزینه‌های کیفیت هوای فشرده و هزینه‌های ذخیره روغن و صافی قرار می‌گیرند. همه این هزینه‌ها باید در محاسبات مورد ارزیابی قرار گیرد که پایه اساسی سرمایه‌گذاری را تشکیل می‌دهد.

بررسی کلی

شما می‌توانید یک تولید، یک ماده یا خدماتی را به روش سیستماتیک (حتی ساده) به کمک بررسی چرخه عمر، LCA توصیف و تجزیه و تحلیل نمائید. LCA تمامی مراحل موجود در چرخه عمر تولید را مورد بررسی قرار می‌دهد. واین به معنی همه چیز، از انتخاب مواد اولیه تا مواد پس ماند نهایی مشمول این مطالعات می‌باشند. نتیجه بررسی غالباً به عنوان مقایسه‌ای بین گزینه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، برای مثال، تولیداتی با عملکردهای یکسان. دست‌آورد غالباً برای تاٌمین راهبری در مسائل مرتبط با فرایندها یا طراحی محصول مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین بررسی چرخه عمر می‌تواند توسط شرکت‌هایی مورد استفاده قرار گیرد که در ارتباط با پیمانکاران، مشتریان یا مقامات مسئول ویژگی‌های محصولاتشان را توضیح دهند. نتایج حاصله از بررسی چرخه عمر عمدتاً پایه و اساسی را برای اتخاذ تصمیم دربارهٔ کاهش تأثیر محصول بر محیط زیست تشکیل می‌دهد.
بررسی چرخه عمر پاسخ گوی تمامی سؤالات نیست، از جمله اینکه چرا موضوعات دیگری مثل کیفیت و فن آوری موجود باید مورد بررسی قرار گیرند تا مطالب پس زمینه جامعی را ارائه دهد.

هزینه چرخه عمر (LCC)

محاسبات هزینه چرخه عمر (هزینه چرخه عمر = LCC) بیشتر و بیشتر به عنوان ابزاری برای ارزیابی گزینه‌های مختلف سرمایه‌گذاری استفاده می‌شوند. محاسبات هزینه چرخه عمر شامل هزینه‌های تواٌم تولید طی دوره‌ای خاص، همچنین هزینه ثابت، هزینه عملکردی و هزینه خدمات نیز می‌باشد.
محاسبات هزینه چرخه عمر غالباً بر اساس طراحی دستگاه یا کار دستگاه قرار دارد و بدین ترتیب میزان نیاز دستگاه‌های جدید را تعیین می‌کند. با این وجود درست است که به این موضوع اشاره کنیم محاسبه هزینه چرخه عمر غالباً با توجه به هزینه‌های آتی و دانش امروزی از وضعیت و تغییرات نرخ انرژی به‌طور مطلوبی حدس زده می‌شود. مسائلی نظیر ایمنی تولید و هزینه‌های متعاقب آن دارای اهمیتی خاص جهت به خاطر سپردن می‌باشند. برای انجام محاسبه هزینه چرخه عمر لازم است که اطلاعات و تجربه‌ای دربارهٔ دستگاه‌های هوای فشرده داشته باشیم. هزینه چرخه عمر برای اینکه بهترین نتیجه را ارائه کند باید بین خریدار و فروشنده حکم مشاور را ایفاء نماید. مسائل مرکزی عبارتند از به عنوان مثال چگونه گزینه‌های مختلف سرمایه‌گذاری عواملی نظیر کیفیت تولید، ایمنی تولید، نیاز به سرمایه‌گذاری، نگهداری تجهیزات تولید و شبکه توزیع، محیط اطراف، کیفیت محصول نهایی، ارزیابی احتمال ایجاد وقفه در حین عملیات و دورریزی‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اصطلاحی که نباید هرگز در این فهرست فراموش شود LCP، منفعت چرخه زندگی است که دریافتی هائی می‌توانند از طریقی به عنوان مثال بازیافت انرژی و کاهش دورریزها صورت پذیرد. هنگام ارزیابی هزینه‌های سرویس و نگهداری باید بعد از سپری کردن دوره محاسبه، شرایط مورد انتظار دستگاه‌ها را نیز در نظر بگیرید. بعلاوه مدل محاسبه نیز با نوع کمپرسور تطبیق داده شود. مثال زیر را می‌توان به عنوان مدلی برای ارزیابی اقتصادی دستگاه کمپرسور، به همراه بازیافت انرژی یا بدون بازیافت انرژی، مورد استفاده قرار داد .