Automobilhersteller spart jährlich 600.000 $ an Energiekosten und verbessert die Zuverlässigkeit des Druckluftsystems

Ein modernes Automobilwerk in der westlichen Hälfte der USA erfüllt sein Ziel einer umweltfreundlicheren Zukunft dank eines umfassenden Audits des Druckluftsystems, gefolgt von der Implementierung fortschrittlicher Steuerungstechnologie und von Luftstrommessern zur kontinuierlichen Überwachung und Messung, um die Effizienz des Systems zu gewährleisten.

Das Projekt, das auch den Einbau eines zusätzlichen Druckluftkompressors und eines Sammelbehälters sowie die Installation eines wichtigen Druckregelventils umfasste, gibt dem Automobilhersteller die Möglichkeit, bei Produktionsspitzen weniger Zentrifugalkompressoren zu betreiben. Auf diese Weise spart das Werk fast 6,1 Millionen kWh und mehr als 600.000 $ pro Jahr an Energiekosten. Das Projekt qualifizierte sich außerdem für einen Rabatt in Höhe von 369.374 US-Dollar vom örtlichen Energieversorger, was zu einer Amortisation des Projekts in sechs Monaten führte - und das alles bei verbesserter Systemzuverlässigkeit.

Zentrifugal-Luftkompressoren Stromerzeugung

Druckluft ist das Herzstück der Produktion in der 115 Hektar großen Produktionsstätte. Druckluft versorgt die Pneumatik zur Steuerung von Robotern und treibt Förderbänder und Verpackungsanlagen an. Sie wird auch in großem Umfang bei Lackier-, Stanz- und Kunststoffformungsarbeiten eingesetzt.

Vor der Aufrüstung des Druckluftsystems betrieb das Werk sieben Zentrifugalkompressoren, die in einem zentralen Maschinenhaus untergebracht waren. Zu den Kompressoren gehörten sechs Zentrifugalkompressoren mit einer Leistung von 1.250 PS und eine 700-PS-Maschine. Das System umfasste außerdem acht Kältetrockner sowie vier 2.500-Gallonen-Auffangtanks und einen 5.000-Gallonen-Tank.

Die Luftkompressormodelle und -leistungen sind wie folgt:

Insgesamt sieben Zentrifugalkompressoren von Ingersoll Rand werden für die Produktion in einem 115 Hektar großen Automobilwerk eingesetzt.

Der Automobilhersteller initiierte 2016 ein internes Projekt, um Energieeinsparungen zu erzielen und die Effizienz seines Druckluftsystems zu erhöhen, dessen Betrieb zu diesem Zeitpunkt 1,6 Millionen US-Dollar pro Jahr kostete. Die Komplexität von Zentrifugalkompressoren und deren Steuerung veranlasste das Unternehmen, die Unterstützung von Experten für Druckluftsysteme in Anspruch zu nehmen.

Verbesserung der Reaktionsfähigkeit von Druckluftsystemen

Ein weiteres zentrales Problem des Werks war die Unfähigkeit des bestehenden Druckluftsystems, Bedarfsspitzen effektiv zu bewältigen. Insbesondere kam es bei einem sprunghaften Anstieg des Luftbedarfs zu einem Druckabfall, weil die Zentrifugalkompressoren zu spät hochgefahren wurden. Dies geschah, weil die Spitzenereignisse zu kurz waren, als dass die Maschinen schnell auf den erhöhten Bedarf hätten reagieren können. Außerdem führte die Situation zu einer Druckspitze, auf die ein Abblasen des Kompressors folgte.

Um die Reaktionszeit des Druckluftsystems zu verlängern, installierte das Team einen Druckluftkompressor zusammen mit einem 17.500-Gallonen-Sammeltank, der Druckluft mit einem Druck von 250 psi speichern kann. Da der Anlagendruck bei etwa 100 psi und der Tankdruck bei 250 psi liegt - und die Luft außerhalb der Leitung gespeichert wird - unterscheidet sich der Speichertank von einem normalen Speichertank, der mit dem Hauptverteiler unter Anlagendruck verbunden ist.

Durch die Erhöhung des Drucks im Speichertank wird die Kapazität des Druckluftspeichersystems mehr als verdoppelt. Das aufgerüstete System umfasst auch den Einsatz eines Überdruck-Durchflussregelventils, das von der Automatisierungsplattform von iZ Systems gesteuert wird. Das Ventil gibt bei Bedarfsspitzen Luft aus dem Speicher in die Hauptversorgungsleitung ab. Auf diese Weise muss das Werk nur noch zwei oder drei Luftkompressoren statt vier Einheiten betreiben, um den Spitzenbedarf an Luft zu decken.

Mit diesem verbesserten System wird auch das Abblasen der Zentrifugalkompressoren praktisch eliminiert. Im Falle eines Kompressorausfalls liefert das Offline-Boosted-Storage-System den Spitzenbedarfsstrom für mehr als 10 Minuten, so dass die Automatisierungsplattform genügend Zeit hat, automatisch eine Reserveeinheit in Betrieb zu nehmen, ohne die Produktion der Anlage zu unterbrechen.

Ein VPInstruments' VPFlowScope DP Luftmassenmesser, der auf jedem Zentrifugalkompressor installiert ist, gibt der Anlage die Möglichkeit, jede Einheit zu überwachen, was wiederum den Entscheidungsträgern erlaubt, die Effizienz des Systems und die Wartung zu verbessern.

Energieeinsparungen und Zuverlässigkeit sind ein Gewinn

Der Automobilhersteller begann sein Projekt zur Aufrüstung des Druckluftsystems kurz nach der Genehmigung des Audits durch das Versorgungsunternehmen im November 2018. Die Implementierung der Druckluft-Automatisierungs- und Datenerfassungsplattform in Kombination mit der Aufrüstung des Systems reduziert den jährlichen Energieverbrauch der Anlage um 6.098.619 kWh pro Jahr, was zu jährlichen Einsparungen von 600.000 US-Dollar führt. Mit dem Zuschuss des Energieversorgers in Höhe von 369.374 $ hat sich das Projekt innerhalb von sechs Monaten amortisiert.

Mit dem Projekt wurde nicht nur das Ziel der Energieeffizienz erreicht, sondern auch die Zuverlässigkeit des Druckluftsystems verbessert, da die Anlage einen Zentrifugalkompressor weniger betreiben muss, um den Spitzenbedarf zu decken, was bedeutet, dass derselbe Kompressor als Reserveeinheit dienen kann. Das Offline-Boosted-Storage-System erhöht außerdem die Zuverlässigkeit des Systems, da es so ausgelegt ist, dass es genügend Luft für den Bedarf der Anlage liefert, bis der Reservekompressor als Ersatz für einen ausgefallenen Kompressor in Betrieb genommen wird.