Пути повышения энергоэффективности работы пневмосистем промышленных предприятий

УДК 621.5; 621.311.1

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПНЕВМОСИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

В.Е. Золотарева, В.В. Воспенников, Ю.С. Кузнецова

Рассмотрены пути повышения энергетической эффективности работы пневматических систем промышленных предприятий. Рекомендованы мероприятия по снижению затрат электроэнергии на получение и транспортировку сжатого воздуха.

Ключевые слова: сжатый воздух, пневматическая система, компрессор, воздухопровод, электроэнергия.

В последние годы перед промышленными предприятиями Российской Федерации остро встал вопрос повышения эффективности своего производства путем снижения энергозатрат, особенно потребления электроэнергии. С одной стороны это обусловлено ужесточением контроля над энергосбережением со стороны государства: составление энергетического паспорта, а в перспективе и заполнение энергетической декларации. С другой стороны - имеющий место многолетний рост тарифов на электроэнергию. Если в 2011 году киловатт-час электроэнергии стоил в среднем 3 руб., то к концу 2013 года рост тарифа привел к его удорожанию, например, для Тульской области - от 30 до 80 % [1,2]. Самым большим (от 20 % до 40 % от общего энергопотребления) потребителем электроэнергии на промышленном предприятии является производство и транспортировка сжатого воздуха, используемого как непосредственно в технологических процессах, так и в промышленной автоматизации.

В нашей стране существует две группы промышленных предприятий:

1) современное производство, оснащенное оборудованием и коммуникациями, спроектированными и построенными на основе последних достижений в сфере энергосберегающих технологий;

2) промышленные предприятия, построенные в СССР по самым современным на тот момент технологиям, но за последние десятилетия морально и физически устаревшие. Изношенное компрессорное оборудование имеет не соответствующую современным требованиям систему регулирования с узким диапазоном изменения параметров. Пневмотрубопроводы подверглись коррозии, нарушена их тепловая изоляция, что приводит к образованию капель конденсата в сжатом воздухе с последующим промерзанием воздухопровода и наличием больших утечек воздуха. Применявшаяся в те годы и дошедшая до наших дней централизованная система воздухопроводов имеет кольцевое и радиальное исполнение с характерными для него протяженными и разветвленными участками с тупиковыми зонами с постоянным дефицитом воздуха. Из-за длительного

срока работы предприятий, неоднократной смены руководства на многих из них возникла ситуация, когда утеряны паспорта на работающее оборудование, что не позволяет точно определить потребность в сжатом воздухе.

Рассмотрим пути повышения энергетической эффективности работы пневматических систем таких предприятий.

Источником сжатого воздуха на заводах являются централизованные компрессорные станции или локальное компрессорное оборудование, установленное непосредственно в подразделениях-потребителях. Пневматические системы, обеспечивающие транспортировку и распределение воздуха, имеют различную протяженность и конфигурацию. Потребители часто предъявляют различные требования к параметрам и качеству сжатого воздуха.

В случае необходимости централизованного производства сжатого воздуха в больших объемах на компрессорных станциях, оснащенных мощными компрессорными установками, возможность сокращения потребления электроэнергии может быть достигнута:

1) обеспечением эффективного и безопасного отключения и плавного запуска приводных электродвигателей большой мощности посредством использования устройств плавного пуска (УПЗ), софт-стартеров, разработанных, в том числе, и в ООО «РАБИКА-энергосбережение» [3];

2) автоматическим высокоточным поддержанием давления в пнев-мостистеме на технологически необходимом уровне.

Из-за временного прекращения потребления сжатого воздуха на каком-либо участке во всей пневмосистеме происходит повышение давления. Возникает ситуация, когда компрессор прокачивает больше воздуха, чем технологически необходимо в данный момент. Соответственно, это дополнительная нагрузка на электродвигатель и, как следствие, повышенное потребление электроэнергии. Доказано, что превышение минимально допустимого давления в пневмосистеме на 1 кгс/см2 приводит к перерасходу электроэнергии примерно на 10%. Решением этой проблемы является включение в систему автоматизации пневмосистемы электронных регуляторов подачи воздуха [3].

Помимо необходимости установки компрессоров с приводом от электродвигателей большой мощности другой особенностью централизованного производства сжатого воздуха, приводящей к потерям электроэнергии, является наличие протяженных разветвленных воздуховодов, Повышение энергоэффективности таких пневмосистем достигается минимизацией потерь давления, как по длине, так и на местных сопротивлениях сети. Известно, что диаметру воздуховода соответствует определенная максимально допустимая расходная нагрузка, и её превышение приводит к неоправданным потерям давления. Например, замена пневмопровода с диаметром 1/2" на аналогичный с большим диаметром (3/4") при расходе

3

воздуха 1,9 м /мин. сокращает потери давления в 8 раз [4]. Таким образом, оптимальный выбор диаметра воздуховода позволяет сократить давление нагнетания компрессора за счет снижения его запаса на покрытие потерь до технологически необходимого уровня и, следовательно, позволяет экономить электроэнергию.

Еще одним путем экономии электроэнергии как результата снижения давления нагнетания компрессора является отключение единичных потребителей сжатого воздуха повышенных параметров от общей пневмосистемы, и тем самым позволяющее установить в ней более низкое давление. Воздухоснабжение таких потребителей возможно либо от той же системы через локальный усилитель давления, либо путем установки индивидуального компрессора меньшей, чем на компрессорной станции, производительности в составе локальной системы производства сжатого воздуха [5]. Для привода таких компрессоров используются двигатели малой мощности, что позволяет их включать и выключать по мере необходимости. Решение о способе энергосбережения в таком случае следует принимать после расчетного обоснования: с одной стороны - снижение удельных энергозатрат на сжатие воздуха; с другой - затраты на производство дополнительного количества сжатого воздуха, необходимого на собственные нужды усилителя, или затраты на монтаж и эксплуатацию локальной пневмосистемы. Оптимальным решением является путь, обеспечивающий максимальную энергоэффективность.

Если на промышленном предприятии в результате изменения экономических условий в последние годы сложилась сеть потребителей сжатого воздуха, отличающихся различными параметрами, но требующих близкие по величине расходы воздуха, то решением проблемы энергосбережения, очевидно, является переход на локальные системы производства сжатого воздуха, расположенные непосредственно в подразделениях завода, и ликвидация дорогостоящих и малоэффективных в этом случае больших компрессорных станций.

Сокращение утечек является ещё одним фактором энергосбережения при подготовке сжатого воздуха. Влажный загрязненный воздух способствует быстрому износу уплотнений, образованию твердых отложений на клапанах, в том числе в устройствах отвода конденсата, что сопровождается утечками сжатого воздуха. Быстрое загрязнение воздушного и масляного фильтров дает потери производительности на 3-10%. Качественная и рациональная подготовка сжатого воздуха, своевременное и качественное технические обслуживание компрессорных установок является обязательным условием эффективного энергосбережения.

Таким образом, пневмосистемы промышленных предприятий содержат в себе большие резервы энергосбережения.

Список литературы

1. Федеральный закон №261 (от 23.11.2009 г.) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРИЗИС вновь в центре внимания: проблема

обсуждалась на совместном заседании представителей тульской промышленности и администрации города Тула, 05 декабря 2013 г. -

http ://tul asr.ru/actual/176/

3. Рагинов Н.М. Снижение затрат на получение сжатого воздуха путем оптимизации работы компрессорных станций // Энергоанализ и энергоэффективность. 2006. № 5(18). С. 115-118.

4. Трофимович А.Г. Энергопотребление промышленных пневмосистем: опыт исследований, пути снижения затрат // Индустрия. 2011. № 1. С. 2-3.

5. Как сэкономить на производстве сжатого воздуха // Оборудование и инструмент для профессионалов. Серия: Металлообработка. 2006. № 4.

С. 110-111.

Золотарева Виолетта Евгеньевна, канд. техн. наук, доц., Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,

Воспенников Владимир Васильевич, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д. И. Менделеева,

Кузнецова Юлия Серпгеевна, инженер, Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана

THE METHODS OF RISE OF ENERGY EFFICIENCY IN INDUSTRIAL

PNEUMATIC SYSTEMS

V.E. Zolotareva, V.V. Vospennikov, J.S. Kuznetsova

The methods of rise of energy efficiency in industrial pneumatic systems have been examined. The measures to expenditure of electric energy for production and transportation of the compressed air are recommended.

Key words: compressed air, pneumatic system, compressor, air pipe, electric power.

Zolotareva Violetta Evgenyevna, candidate of technical science, docent, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Vospennikov Vladimir Vasilevich, candidate of technical science, docent, manager of department, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Kuznetsova Julia Sergeevna, engineer, Russia, Moscow, MSTU named after Bauman