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Aux Pays-Bas, un fabricant mondial d'emballages en verre ne néglige rien en ce qui concerne la qualité des produits, le temps de fonctionnement de l'usine et les économies d'énergie. C'est pourquoi il a modernisé son système d'air comprimé utilisé pour produire plus d'un milliard de bouteilles et de récipients en verre par an.
Pour améliorer l'acheminement de l'air comprimé dans l'usine, qui est alimentée par des systèmes d'air comprimé basse pression et haute pression, le fabricant a fait un premier pas important en utilisant des débitmètres d'air pour surveiller et mesurer les performances des deux systèmes. La planification ultérieure basée sur des données exploitables a conduit à une mise à niveau unique du système d'air comprimé qui augmente la capacité de l'usine à maintenir en permanence une production de pointe de bouteilles et de récipients en verre de haute qualité, tout en économisant 150 000 dollars par an en coûts énergétiques. Le projet a également permis un retour sur investissement de moins de deux ans.
Le système d'air comprimé à haute pression (en haut) et le système d'air comprimé à basse pression (en bas) du fabricant de verre intègrent l'utilisation d'un surpresseur d'air comprimé pour obtenir une efficacité énergétique et une stabilité de la pression.
Le projet a également permis un retour sur investissement de moins de deux ans.
Processus d'embouteillage à chaud et à froid
La division néerlandaise de cette multinationale, qui est l'un des principaux producteurs de récipients en verre au monde, exploite plusieurs usines de fabrication de verre aux Pays-Bas. L'usine principale dont le système d'air comprimé devait être réparé fonctionne vingt-quatre heures sur vingt-quatre, sept jours sur sept, pour produire 1,3 milliard de bouteilles de bière en verre par an. Ces bouteilles impeccables sont expédiées aux grandes marques de bière et aux petites brasseries aux Pays-Bas et ailleurs dans le monde. L'installation fournit également de l'air comprimé à une verrerie adjacente, qui fabrique des verres à vin.
Le processus d'embouteillage de l'usine commence par le procédé à chaud, où des fours transforment la charge de verre en verre fondu. À des températures allant jusqu'à 1 200oF, le verre entre dans une étape de plastification afin d'être découpé en paraisons cylindriques, qui sont ensuite formées en bouteilles de verre et autres récipients. Un processus de soufflage automatisé faisant intervenir plusieurs machines IS est ensuite utilisé pour former les bouteilles de bière.
Dans chaque machine IS, de l'air comprimé est utilisé pour forcer la paraison dans un moule, qui la transforme en "paraison", qui est le nom de la forme initiale du col de la bouteille de bière et de la bouteille elle-même. Une fois la paraison formée, elle est retournée de l'autre côté de la machine où des valves s'ouvrent pour permettre à l'air comprimé de souffler la paraison pour lui donner la forme de bouteille souhaitée. Une fois refroidie, la bouteille est automatiquement retirée des machines IS et acheminée vers le processus de traitement à froid de l'usine où les bouteilles sont inspectées et emballées.
Systèmes à basse et haute pression essentiels à la production
Le système d'air comprimé de l'usine est composé de deux systèmes complets. Un système basse pression fournit 9 400 scfm d'air à une pression stable de 49 psi, tandis que le système haute pression fournit jusqu'à 13 000 scfm d'air comprimé à 84 psi. Les deux systèmes ont été mis à jour au fil des ans avec une variété d'équipements pour permettre à l'usine de suivre le rythme d'une croissance constante.
Le système d'air comprimé à basse pression comprend deux compresseurs centrifuges à trois étages, le séchage étant assuré par des sécheurs réfrigérés individuels. Une unité de 1 300 cv fournit un débit d'air de 5 590 à 7 650 scfm, tandis que la seconde machine de 1 050 cv fournit un débit d'air de 3 770 à 5 530 scfm.
La nature critique du soufflage du verre exige que le système basse pression maintienne une pression stable de 49 psi avec un écart de plus ou moins 0,7 psi sans faille. Sinon, une trop grande quantité d'air pourrait causer des problèmes importants, comme des bulles d'air indésirables dans le verre. Une pression d'air trop faible, avec la moindre marge, ne permettrait pas aux bouteilles en verre de se former correctement dans les machines de moulage IS.
Le système haute pression est équipé de deux compresseurs d'air centrifuges à quatre étages de 1 000 chevaux-vapeur (cv), qui fournissent chacun un débit d'air comprimé de 3 280 à 4 340 scfm. Le système comprend également huit compresseurs d'air à vis sans huile. Chaque compresseur rotatif à vis de 340 cv fournit jusqu'à 1 240 scfm d'air. Les compresseurs d'air centrifuges utilisent des sécheurs à dessiccation et les compresseurs d'air à vis utilisent des sécheurs à tambour rotatif pour fournir une alimentation continue en air de qualité instrumentale.
Le système haute pression alimente les machines de moulage IS, ainsi que les convoyeurs de l'usine et les machines de production utilisées dans l'opération d'emballage à froid de l'usine. En outre, il fournit l'air utilisé pour la production de verres à vin et de bocaux à légumes dans l'usine de verre adjacente.
Les débitmètres installés sur le système d'air comprimé du fabricant de verre ont mis en évidence des possibilités d'économies d'énergie.
Mesure des performances des systèmes d'air comprimé
L'usine de fabrication de verre s'est toujours efforcée d'économiser l'énergie en fonction de ses propres objectifs de durabilité et de ceux de ses clients. L'accent mis sur la conservation de l'énergie a conduit à des mises à jour régulières du système d'air comprimé, comme l'utilisation d'une soufflante de huit chevaux pour fournir de l'air à une zone de l'usine qui n'avait besoin que d'air à basse pression. La soufflante, qui a remplacé le système d'air comprimé pour fournir l'air, a permis de réaliser des économies d'énergie.
Malgré les améliorations constantes apportées au système, les décideurs savaient qu'ils pouvaient faire davantage pour réduire la consommation d'électricité du système d'air comprimé de l'exploitation, ce qui a fait naître le besoin de surveiller et de mesurer plus étroitement l'efficacité de l'ensemble du système. Mais avant tout, toute modification du système devait également répondre à la nécessité d'optimiser le temps de fonctionnement de l'usine.
Pour évaluer avec précision le gaspillage d'air comprimé et améliorer les performances, VPInstruments a installé un total de 20 débitmètres d'air sur le système d'air comprimé pour mesurer et comparer la quantité d'air comprimé produite avec la quantité d'énergie consommée par les compresseurs d'air.
Sur les compresseurs d'air à vis, les compteurs ont été installés à la sortie, juste après les sécheurs à tambour intégrés. Sur les machines centrifuges, les débitmètres ont été installés en aval de leurs sécheurs déshydratants individuels. Des compteurs ont également été installés à des endroits clés du système de tuyauterie.
Sur le système basse pression, les débitmètres ont montré que chaque compresseur d'air centrifuge fournissait régulièrement de l'air au processus de soufflage du verre à une pression de 49 psi. Dans le système haute pression, deux compresseurs centrifuges fonctionnaient en permanence à pleine charge pour fournir de l'air à 84 psi. L'usine a également fait fonctionner trois à quatre compresseurs d'air à vis en charge/décharge pour fournir l'air supplémentaire nécessaire en fonction de la demande. Chaque compresseur d'air à vis rotative fonctionnait à une charge d'environ 70 à 80 %. Ensemble, le système haute pression fournissait de l'air comprimé à une pression de 84 à 87 psi.
Une analyse plus poussée du système basse pression a montré que le système nécessitait une attention particulière. Chaque compresseur d'air fonctionnait indépendamment et sans partage de charge, sur la base des données fournies par un seul transmetteur de pression. Ainsi, un compresseur d'air fonctionnait à pleine charge, tandis que l'autre unité fonctionnait à charge minimale pour fournir l'air nécessaire, ce qui entraînait des purges et un gaspillage d'énergie pour empêcher les compresseurs d'air d'entrer dans un état de surcharge.
Une évaluation du système haute pression a également révélé un gaspillage d'énergie supplémentaire. L'évaluation effectuée pendant un mois de fonctionnement normal a révélé un nombre important d'heures sans charge et de démarrages/arrêts sur deux des compresseurs d'air à vis du système haute pression.
Sur la base de cette évaluation, le fabricant de récipients en verre s'est associé à Stork pour améliorer les performances du système d'air comprimé. Stork, qui est une division de la société d'ingénierie mondiale Flour Corporation, fournit des services de turbocompression indépendants de la marque, notamment l'inspection, la réparation, la maintenance, la modification et l'ingénierie.
VPInstruments offre une gamme complète de produits pour les équipements de mesure et les solutions de gestion de l'énergie pour l'air comprimé et les gaz industriels.
Le système a été amélioré et comprend un compresseur d'air et des commandes.
Pour répondre au besoin critique de maintenir la pression dans le système basse pression à 49 psi - et en même temps - réduire le gaspillage d'énergie associé au système d'air comprimé, Stork a installé un compresseur d'air de surpression centrifuge à un étage, de 200 cv, capable de délivrer jusqu'à 2 400 scfm à 84 psi. Elle a également installé un contrôleur principal pour permettre au système d'air comprimé de fonctionner comme un seul réseau cohérent en utilisant les données fournies par les débitmètres et les contrôleurs d'air.
En outre, Stork a remplacé le transmetteur à pression unique par deux transmetteurs sur le système à basse pression afin de mieux mesurer la pression de l'air et de faciliter la répartition des charges et le contrôle des machines centrifuges. Sur le même système, elle a également remplacé les contrôleurs de chacun des compresseurs d'air centrifuges par des contrôleurs synchrones. Les contrôleurs locaux sont équipés de compteurs d'heures pour mesurer le soufflage des unités centrifuges.
Le nouveau contrôleur principal surveille l'ensemble du système d'air comprimé et détermine où se trouvent les limites des différents compresseurs d'air. Il les ajuste automatiquement pour fournir efficacement de l'air aux deux processus, tout en permettant une pression stable sur le système basse pression. Le compresseur d'air d'appoint, quant à lui, joue un rôle tout aussi essentiel dans la stabilité et la fiabilité du système.
Le système fournit une alimentation en air stable et efficace
Aujourd'hui, les deux compresseurs d'air centrifuges du système basse pression fonctionnent à pleine charge pour fournir de l'air au processus de soufflage du verre. En outre, les mêmes machines fournissent de l'air à 49 psi au compresseur d'air d'appoint. Le surpresseur, qui fonctionne aussi normalement à pleine charge, augmente la pression de 49 à 84 psi et fournit de l'air au système d'air comprimé à haute pression. Cela permet à l'usine d'atteindre son objectif principal, qui est de maintenir une pression stable de 49 psi lors de l'alimentation en air de l'opération de soufflage du verre, puisque tout excédent d'air provenant des compresseurs d'air centrifuges est acheminé vers le compresseur d'air d'appoint. Cependant, la nouvelle configuration élimine également le soufflage des machines centrifuges sur le système basse pression puisque l'air excédentaire est acheminé vers le système haute pression.
Le contrôleur principal du système d'air comprimé est utilisé pour optimiser les performances des systèmes d'air comprimé basse et haute pression de l'usine.
Afin de garantir une alimentation constante et fiable en air comprimé à 49 psi pour l'opération de soufflage du verre, Stork a installé une vanne d'urgence dans le système de tuyauterie entre les systèmes d'air comprimé haute et basse pression. Cette vanne permet à l'air de passer du système haute pression au système basse pression si l'un des compresseurs centrifuges basse pression tombe en panne ou est hors service. Pendant tout ce temps, le contrôleur principal veille à ce que l'air fourni à l'opération de soufflage du verre soit maintenu à 49 psi, même s'il est fourni par le système haute pression et le compresseur d'air centrifuge en panne sur le système basse pression.
La mise à niveau assure également un fonctionnement très efficace du système d'air comprimé à haute pression. Comme auparavant, l'usine fait fonctionner les deux compresseurs d'air centrifuges à pleine charge. Toutefois, grâce à l'air supplémentaire fourni par le compresseur d'air d'appoint, elle n'a normalement besoin de faire fonctionner que deux compresseurs rotatifs à vis à un niveau proche de leur capacité pour fournir de manière efficace et fiable de l'air au système haute pression qui alimente les autres processus de production de l'usine. Si l'usine a besoin d'encore plus d'air, le système ajoutera automatiquement un ou plusieurs compresseurs d'air à vis. Cela permet d'éliminer le gaspillage d'énergie créé dans le passé par le chargement et le déchargement de quatre compresseurs d'air à vis pour répondre aux besoins du système haute pression.
Uptime plus économies d'énergie : une victoire totale
La récente mise à niveau du système d'air comprimé a permis à l'usine mondiale d'embouteillage et de fabrication de récipients en verre d'atteindre son objectif numéro 1 : assurer un approvisionnement fiable et stable en air comprimé à son opération de soufflage du verre - ce qui, à son tour, renforce sa capacité à produire de manière rentable des bouteilles et des récipients en verre de haute qualité avec un temps de fonctionnement maximal de l'usine. La mise à niveau a également permis à l'usine d'atteindre un objectif tout aussi important, à savoir réaliser des économies d'énergie et de coûts. À ce jour, l'usine économise 150 000 dollars par an sur sa facture énergétique grâce au système nouvellement conçu. Le projet a également permis un retour sur investissement de moins de deux ans.
Le directeur de l'usine de fabrication de récipients en verre a déclaré que la possibilité de mesurer et de surveiller le système d'air comprimé était essentielle pour démontrer le potentiel d'économies d'énergie à l'équipe de direction et l'intérêt d'investir dans la mise à niveau du système. Sur la base des résultats du récent projet de système d'air comprimé, le fabricant de récipients en verre continue de travailler avec Stork et VPInstruments pour réaliser des économies d'énergie supplémentaires par le biais d'une surveillance et d'une mesure continues du système d'air comprimé, dans l'optique de stratégies supplémentaires visant à optimiser davantage les performances du système.
À ce jour, l'usine économise 150 000 dollars par an sur sa facture énergétique grâce au système nouvellement conçu.
Le fabricant de récipients en verre continue de travailler avec Stork et VPInstruments pour réaliser des économies d'énergie supplémentaires grâce à une surveillance et une mesure continues du système d'air comprimé.
Par Mike Grennier, magazine Compressed Air Best Practices®.
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