中国 (简体中文)
UK (Englisch)
ES (Espanol)
FR (Francais)
DE (Deutsch)
NL (Niederländisch)
Druckluftsystem-KPIs helfen dabei, die Leistung Ihres Systems zu verfolgen und zu verbessern.
Von Pascal van Putten, CEO, VPInstruments.
Es ist bekannt, dass etwa 15 % der von Luftkompressoren aufgenommenen elektrischen Energie in Druckluft umgewandelt wird. Die übrigen 85 % gehen als Wärme verloren. Trotz dieses geringen Wirkungsgrades ist Druckluft in vielen Industriezweigen immer noch ein sehr beliebtes Hilfsmittel. Die Benutzer von Druckluftsystemen stehen vor der Herausforderung, die bestmögliche Effizienz zu erzielen und die damit verbundenen Kosten (Energie, Wartung) so weit wie möglich zu senken. Daher ist die Überwachung der richtigen KPIs heutzutage ein Muss für jeden Energiemanager oder Anlagenbesitzer. In diesem Artikel wird erläutert, wie die wichtigsten KPIs überwacht werden können, und es werden einige wichtige KPIs näher betrachtet: Effizienz, Druckverlust und Leckage.
Key Performance Indicators (KPIs) sind Variablen oder Messgrößen, mit denen die Leistung von Organisationen, Maschinen und/oder Prozessen gezielt gemessen und analysiert werden kann. Ein KPI kann zum Beispiel eine bestimmte Produktionszahl pro Zeiteinheit sein, aber auch die Höhe des Gewinns, den ein Unternehmen mit einem bestimmten Produkt erzielt.
Ein KPI-Dashboard ist wie ein vereinfachtes Cockpit für einen Piloten eines Flugzeugs. Es liefert zur rechten Zeit die richtigen Informationen, auf die Sie sich bei Ihren Entscheidungen verlassen können. Ein Beispiel: Wenn die Gesamteffizienz des Systems nicht stimmt, können Sie die Einstellungen Ihres Hauptcontrollers genauer unter die Lupe nehmen. Wenn der Verbrauch deutlich über dem Normalwert liegt oder ein Druckereignis auftritt, müssen Sie sich Ihre Produktionslinien ansehen oder mit den Bedienern in der Anlage sprechen. Wenn der Taupunkt nicht stimmt, sollten Sie den Trockner reparieren/überwachen oder prüfen, ob er richtig dimensioniert ist. Für jedes Problem gibt es viele Lösungen, und die KPIs werden Ihnen bald zeigen, ob die implementierte Lösung richtig war. Darüber hinaus können die KPIs zur Berechnung der Kapitalrendite einer künftigen Investition verwendet werden. Auf diese Weise helfen sie, Ihre zukünftigen druckluftbezogenen Energiekosten vorherzusagen.
Für Druckluftsysteme sind einige wichtige KPIs:
- Wirkungsgrad
- Taupunkt
- Leckagerate
- Druckverlust
- Kosten pro produziertes Produkt/Teil
Spezifische Leistung (Wirkungsgrad), Leckagerate und Druckverlust sind ein guter Ausgangspunkt für jedes Druckluftsystem. In diesem Artikel werden diese drei KPIs näher betrachtet: Was sie beeinflusst, wie man sie messen kann und wie sie zu interpretieren sind.
KPI: Spezifische Kompressorleistung/Effizienz
Die spezifische Leistung eines Luftkompressors ist das Verhältnis zwischen der Kompressorleistung (der erzeugten Druckluftmenge) und der Leistungsaufnahme des Kompressors. Die Kennzahl berechnet sich also aus der Eingangsleistung geteilt durch den Ausgangsstrom, ausgedrückt in kW/100 cfm oder kW/m3/min.
Die spezifische Leistung ist in den folgenden Situationen wichtig:
- Anlagenmanagement: Wenn die Effizienz von der Ausgangssituation abweicht, kann dies als Frühwarnzeichen gewertet werden (z. B. Notwendigkeit eines Filterwechsels bei einer Zentrifugalmaschine oder interne Verschmutzung von Wärmetauschern).
- Luft über den Zaun: Bei diesen Verträgen ist die Effizienz ein wichtiger Bestandteil der Vereinbarung. Der Kompressor muss eine vorher festgelegte Menge X an Luft für eine Menge Y an elektrischer Leistung liefern.
- Einhaltung der Vorschriften: Die ständige Überwachung wird weltweit immer wichtiger, um Umwelt- und CO2-Reduktionsziele zu erreichen. In diesem Zusammenhang spielen auch die Regierungen mit Rechtsvorschriften wie Title 24 in Kalifornien und der Energieeffizienzrichtlinie in Europa eine entscheidende Rolle.
- Abnahmeprüfung: Prüfung eines Kompressors in einem Labor (ISO1217).
- Optimierung des Steuerungssystems: Die Effizienz einer bestimmten Anzahl von Verdichtern, die von einem Masterregler gesteuert werden, sollte dem Branchendurchschnitt entsprechen.
Gesamtwirkungsgrad der Verdichterstation im Vergleich zu den einzelnen Maschinen
Wenn das Budget für die Instrumentierung begrenzt ist, können Sie eine flowmeter zur Überwachung aller Kompressoren verwenden. Dabei wird der Stromverbrauch pro Kompressor gemessen und der Durchfluss in der Hauptleitung, d.h. nach den Trocknern und dem Puffertank. Der Vorteil der Platzierung von flowmeter an der Hauptleitung ist, dass auch der tatsächliche Druckluftverbrauch der Anlage überwacht wird. Diese Informationen können zur Bestimmung von Leckagen und zur Erstellung eines "Fingerabdrucks" des Luftbedarfs mit Hilfe einer Histogrammfunktion verwendet werden.
In diesem Szenario ist es wichtig, den durchschnittlichen Verbrauch über einen ausreichenden Zeitraum zu berechnen und diesen durch den durchschnittlichen Stromverbrauch zu teilen, da das Be- und Entladen zu Schwankungen in der Kennzahl führen wird. Moderne Energiemanagementplattformen können dies weiter verfeinern, indem sie den Stromverbrauch beim Be- und Entladen aufteilen und in geeigneter Weise durch den Durchfluss dividieren. Wir empfehlen, die Effizienz als Funktion des Luftbedarfs darzustellen, um zu sehen, ob Ihr System optimal läuft.
Um einen genaueren Einblick zu erhalten, der für die Optimierung der Verdichtersteuerung erforderlich ist, sollte der Durchfluss pro Verdichter gemessen werden. Aufgrund der rauen Bedingungen in der Druckleitung des Kompressors ist der Auswahl und Installation von flowmeter besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Je nach Zielsetzung kann die Effizienz des gesamten Kompressorraums, einschließlich der Luftaufbereitungsanlagen, oder die Effizienz jedes einzelnen Kompressors überwacht werden.
Gesamtmessunsicherheit. Ausbreitung von Fehlern. Langweiliges Thema?
Gesamtmessunsicherheit. Ausbreitung von Fehlern. Für viele von uns sind dies Themen, die wir den Mathematikern überlassen. Bei der Betrachtung von Messdaten sind sie jedoch von großer Bedeutung. Gerade bei den großen Investitionsentscheidungen für Luftkompressoren ist dieses Thema nicht zu unterschätzen, und beim Vergleich von Effizienzzahlen ist große Vorsicht geboten.
Daher ist es wichtig, bei der Überwachung der Effizienz zu bestimmen, welches Genauigkeitsniveau akzeptabel ist. Das erforderliche Genauigkeitsniveau hängt von der Anwendung und der Größe der Anlage ab. Das nachstehende Schema zeigt ein (vereinfachtes) Beziehungsdiagramm zwischen allen beteiligten Parametern, um eine Vorstellung von der Komplexität der Effizienzmessung bei volumetrischen (d. h. Kolben-, Schrauben-, Scroll-) Kompressoren zu vermitteln. In der ISO1217-Richtlinie kann man mehr zu diesem Thema nachlesen und findet weitere Richtlinien, die Auskunft darüber geben, wie die Ergebnisse zu interpretieren sind, welche Konfidenzintervalle einzuhalten sind, welche Art von Durchflussmessern verwendet werden muss und so weiter.
Die Gesamtmessunsicherheit einer Messung ist definiert als die statistische Schwankung einer Messgröße. Für weitere Informationen zu diesem Thema verweisen wir auf den "GUM" (Evaluation of measurement data - guide to the expresion of uncertainty in measurement, 2008).
Abbildung 1. Verhältnismäßiges Flussdiagramm, das zeigt, wie der Wirkungsgrad eines volumetrischen Verdichters gemessen werden sollte. Das Diagramm zeigt alle beteiligten Parameter und wie sie den gemessenen Wirkungsgrad beeinflussen.
Systematische Fehler und wie sie sich verbreiten
Jedes gemessene Signal hat seine eigene Unsicherheit. Wie wirkt sich nun ein systematischer Fehler auf den gemessenen Wirkungsgrad aus? Lassen Sie uns ein einfaches Beispiel betrachten. Wir wollen den Wirkungsgrad einer 44-kW-Maschine bei Volllast überprüfen. Wir verwenden einen Leistungsmesser (± 1 %) und ein flowmeter (± 5 %). Wie groß ist der maximale Fehler des Wirkungsgrads?
|
|
Max. Lesung |
Nominaler Messwert |
Min. Lesung |
Einheit |
| Durchfluss |
262.5 |
250 |
237.5 |
SCFM |
| Strom |
43.6 |
44 |
44.4 |
kW |
| Wirkungsgrad |
16.6 |
17.6 |
18.7 |
kW/100SCFM |
| Fehler |
-6% |
|
6% |
Wie die Tabelle zeigt, kann der beobachtete Wirkungsgrad, wenn man die systematischen Fehler auf die Spitze treibt, 16,6, 17,6 oder 18,7 kW/100 SCFM betragen. Dies entspricht +/- 6 %. Angenommen, der Kompressorhersteller hat den 250-CFM-Kompressor getestet, so beträgt die zulässige Abweichung der Effizienz ebenfalls 6 % (siehe CAGI-Blatt). Im schlimmsten Fall hätten Sie einen Kompressor gekauft, der eine Abweichung von -6 % beim Ausgangsstrom aufweist. Bei der Messung mit einer Einstecksonde (+/-5%) sollten Sie darauf achten, dass Sie nicht vorschnell zu dem Schluss kommen, der Verdichter sei falsch oder die flowmeter sei richtig und umgekehrt.
Wie wirkt sich eine falsche Effizienzzahl auf die wahrgenommenen jährlichen Kosten aus? In diesem Beispiel beträgt die "Geldtoleranz" bei Kosten von 0,06 $/kWh und 8760 jährlichen Betriebsstunden +/- 1400 USD jährlich für diesen Kompressor. Dies kann sich auf Ihre Entscheidungsfindung auswirken: Jede (wichtige) Entscheidung, die auf weniger als +/- 1400 USD Energieeinsparungen basiert, könnte auf systematischen Fehlern beruhen, so dass es sich um eine "falsche" Entscheidung handeln könnte. Wenn dies ein Höhenmesser eines Flugzeugs wäre und Sie wären der Pilot, der dieses Flugzeug fliegt... was würden Sie tun, wenn der Höhenmesser +/- 140 Fuß genau ist? Sie würden wahrscheinlich bei mindestens 280 Fuß bleiben wollen (2 x der Fehler). Und das gilt auch für die Entscheidungsfindung für diesen Kompressor: Wenn die voraussichtlichen Kosten aufgrund der schlechten Effizienz 2800 USD/Jahr übersteigen, ist es an der Zeit, etwas zu tun.
Lesen Sie weiter über 3 weitere KPIs im Originalartikel auf Compressed Air Best Practice.
Holen Sie sich eine kostenlose Präsentation für Sie und Ihr Team über die Vorteile der permanenten Überwachung
Die permanente Überwachung Ihrer Druckluft und anderer Versorgungseinrichtungen ist der Schlüssel zur Maximierung von Energieeinsparungen. Sie bringt viele Vorteile mit sich, wie das obige Beispiel zeigt, darunter datenbasierte Investitionsentscheidungen, Alarme, erhöhte Aufmerksamkeit und in einigen Fällen sogar eine Produktionssteigerung. Unsere Experten bieten Ihnen und Ihrem Team eine kostenlose Online-Präsentation über die Vorteile einer permanenten Überwachung. Interessiert? Vereinbaren Sie noch heute einen Termin!
