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Druckluft ist in der Industrie unverzichtbar, sie ist eine der am meisten genutzten Energiequellen. Auf Druckluft entfallen 10 bis 30 % des gesamten Energieverbrauchs in der industriellen Produktion, manchmal sogar noch mehr. Druckluft ist eine der teuersten Energiequellen, daher ist die Effizienz der Druckluft besonders wichtig.
Leider wird dem Thema Drucklufteinsparung in vielen Betrieben nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt. Es gibt nicht genug Aufmerksamkeit und Zeit, um konsequent an der Verbesserung der Effizienz des Druckluftsystems zu arbeiten, und das fängt damit an, dass es im System keine richtigen Augen und Ohren gibt. Oft sehen wir das:
- Es gibt überhaupt kein Überwachungssystem/keine Messung
- Wenn es ein Überwachungssystem gibt, besteht es aus Leistungsmessern. Es sind keine Druck- oder Durchflussmesser installiert. Es gibt also kein vollständiges Bild.
- Wenn Instrumente vorhanden sind und sogar an ein allgemeines System angeschlossen sind, gibt es nicht genügend Informationen, um Maßnahmen zur Verbesserung der Druckluft zu verfeinern.
Diese Fallstudie zeigt, wie ein Überwachungssystem dazu beitragen kann, die Effizienz des Druckluftsystems zu verbessern.
Fallstudie
Über unseren Kunden
Unser Kunde ist einer der weltweit größten Hersteller von Halbleiter-Displays und MLEDs mit Sitz in Peking, China. Druckluft wird hauptsächlich zum Trocknen der Chips, zum Einbetten von Materialien in Chips/Platinen, zur Herstellung von Leiterplatten und zur Kühlung der Chips während des Herstellungsprozesses verwendet. In diesem Werk und in der Halbleiterindustrie im Allgemeinen muss die Reinheit der Druckluft aufgrund ihrer kritischen Anwendungen höchsten Ansprüchen genügen. Um die beste Produktqualität zu erzielen, muss die Fertigungsumgebung frei von Verunreinigungen und die Druckluft ölfrei sein.
Unser Kunde ist einer der weltweit größten Hersteller von Halbleiter-Displays und MLEDs mit Sitz in Peking, China.
Beschreibung des Systems
Das Druckluftsystem des Werks besteht aus sieben ölfreien Zentrifugalkompressoren, zwei ölfreien Schraubenkompressoren, zwei Pufferspeichernmit einem Volumen von 15m3, vier Trockenlufttrocknern und einer Filteranlage. Das System ist in einem Kompressorraum im Kraftwerk untergebracht, mit natürlicher Luftzufuhr durch Fenster. Der Gesamtluftmengenbedarf auf der Nachfrageseite beträgt etwa 640m3/min.
Es war kein Energieüberwachungssystem vorhanden. Der Kunde hatte einige Durchfluss- und Drucksensoren. Die Lebensdauer dieser Sensoren betrug mehr als 10 Jahre, und sie waren nicht in Gebrauch. Die Messdaten waren daher unzuverlässig.
Die Fabrik verbrauchte täglich eine Menge Druckluft, die bis zu 20 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachte. Die jährlichen Kosten für das Druckluftsystem beliefen sich auf 20 Millionen Yuan. Der Kunde sah sich gezwungen, die Drucklufteffizienz des Werks zu verbessern.
Neues Druckluftmanagementsystem
Im gesamten Werk wurde ein neues Druckluftmess- und Überwachungssystem eingeführt:
- 1 Stück Taupunktsensor wurde nach den Trocknern installiert.
- Ein Energieüberwachungssystem, das alle Messdaten in Echtzeit erfasst, analysiert, Berichte erstellt und die Umsetzung eines Energiesparprojekts begleitet.
Befunde und Lösungen
Die Analyse aller gesammelten Messdaten führte zu den folgenden Diagnosen. Folglich halfen die Daten dabei, faktenbasierte Investitionsentscheidungen zu treffen, wie das System verbessert werden kann. Und die Überwachung der Situation vorher und nachher half dabei, festzustellen, welche Einsparungen am Ende erzielt wurden.
Der Zustand der Belüftung des Kompressorraums wirkt sich auf die Effizienz des Kompressors aus.
Die Umgebungsbedingungen im Kompressorraum können sich auf die Effizienz der Kompressoren auswirken, insbesondere bei Zentrifugalkompressoren. In dieser Fabrik wurde die Ansaugluft durch ein einfaches Vliesfiltersystem geleitet, das leicht verstopft werden konnte. Dies führte zu einem großen Unterdruck in der Luftkompressorstation. Obwohl die Filter wöchentlich ausgetauscht wurden, lag der Unterdruck im Bereich von -30Pa bis -40Pa. Je länger der Filterwechselzyklus dauerte, desto größer war der Unterdruckwert. Außerdem überschritt die Raumtemperatur aufgrund der schlechten Belüftung den zulässigen Bereich für den Betrieb der Geräte. Es ist erwiesen, dass sich die Abluftmenge um 1 % erhöht, wenn die Lufttemperatur am Kompressoreingang um 3 °C sinkt.
Die Umgebungsbedingungen im Kompressorraum können die Effizienz der Kompressoren beeinträchtigen.
Um die Belüftung der Kompressorstation zu verbessern, wurden 10 Vliesfilter von 1x2m an der Seitenwand des Raumes angebracht, um die Frischluftzufuhr zu erhöhen. Dadurch erhöhte sich der Unterdruck im Raum auf -10Pa. Die Temperatur auf der Westseite der Luftkompressorstation wurde um etwa 1°C gesenkt, die Temperatur auf der Ostseite sogar um 6-8°C, was die Betriebsbedingungen der Luftkompressoren und Trockner erheblich verbesserte.
Jedes Bar weniger Druck spart 7 % Energie.
Der Gesamtsystemdruck war mit 7 bar unangemessen hoch angesetzt, da nicht alle Abteilungen dieses Druckniveau benötigten, um zu funktionieren. Es kostet mehr Energie, diesen Druck in der gesamten Fabrik aufrechtzuerhalten. Ein Gesamtsystemdruck von 6 bar erwies sich als ausreichend. Allein durch diese Verbesserung sparte das Werk bereits 7 % der Energiekosten.
Jedes Bar weniger Druck spart 1 % Energie.
Hinzufügen von genügend Puffervolumen zur Verbesserung der Kompressorsteuerung.
Das Volumen des Pufferspeichers war zu klein, und der Systemdruck schwankte erheblich (um mehr als 0,5 bar). Wenn der Systemdruck unter 7,0 bar oder gleich 7,0 bar war, wurde automatisch ein kalter Standby-Kompressor aktiviert, der ansprang, entlastete und kurz darauf wieder stoppte. Dies führte zu einem zusätzlichen Stromverbrauch ohne Auswirkungen auf den Druckluftverbrauch. Um die Pufferkapazität zu erhöhen, wurden zwei Puffertanks (12m3 und 15m3) hinzugefügt. Dadurch konnte die Schwankung auf etwa 0,2 bar reduziert werden. Zusammen mit der Senkung des Gesamtdruckniveaus wurde dadurch das unnötige Einschalten des kalten Standby-Kompressors verhindert.
Die Hinzufügung eines Pufferspeichers wird dazu beitragen, die Druckschwankungskurve zu mildern.
Die Umstellung der Adsorptionstrockner von einer zeitabhängigen auf eine taupunktabhängige Steuerung wirkt sich positiv auf den Energieverbrauch aus.
Ein Taupunktsensor wurde in das System eingebaut, und zwar in der Nähe der Bedarfsseite der Fabrik. Es zeigte sich, dass der Taupunkt im Winter sehr niedrig war. Die Daten unterstützten die Umstellung von einer zeitbasierten Steuerung auf eine taupunktabhängige Steuerung. Wenn der Taupunkt bei -70°C liegt, werden die Trockentürme aktiviert. Die für den Regenerationszyklus benötigte elektrische Energie und das Regenerationsgas wurden reduziert. Der Betriebsmodus des Trockners wurde von 8 auf 12 Stunden verlängert.
VPInstruments Taupunkt-Sensor ermöglicht eine genaue Taupunktmessung in den Rohrleitungen Ihrer Fabrik.
Schlussfolgerungen
Durch Experimente haben sich die Messungen in Verbindung mit dem Energieüberwachungssystem als ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Energieeffizienz in den Fabriken erwiesen.
- Dank der Daten aus dem Druckluftüberwachungssystem konnten die Spezialisten eine tiefgreifende Diagnose durchführen. Die Messdaten werden direkt in die Cloud übertragen und sind jederzeit und von jedem Ort der Welt aus zugänglich. Industrie 4.0 findet statt und die Fernüberwachung verbessert die Effizienz des Energiemanagements in jeder Hinsicht.
- Es wurden mehrere Energiesparlösungen ergriffen, um die Energieeffizienz der Fabrik zu verbessern. Nach jeder Energiesparmaßnahme lieferten die Echtzeitdaten ein aussagekräftiges Feedback, das es den Ingenieuren ermöglichte, eine Datenanalyse durchzuführen und weitere Maßnahmen zur Energieeinsparung zu ergreifen.
- Mit all diesen Verbesserungen stieg die Energieeinsparungsrate in der Fabrik um 13 %. Das Unternehmen spart jedes Jahr etwa 455.000 Euro an Stromkosten.
Industrie 4.0 ist im Kommen und Fernüberwachung verbessert die Effizienz des Energiemanagements in jeder Hinsicht.
Quelle: 杨建国等，云平台及数据分析在压缩空气系统节能中的应用【J】，压缩机技术，2017.2
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