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L'air comprimé est indispensable dans le domaine industriel, c'est l'une des sources d'énergie les plus utilisées. L'air comprimé représente 10 à 30 % de la consommation énergétique globale dans la production industrielle, et parfois même plus. L'air comprimé est l'un des services publics les plus coûteux, c'est pourquoi son efficacité est particulièrement cruciale.
Malheureusement, dans de nombreuses usines, les économies d'air comprimé ne font pas l'objet d'une attention suffisante. Il n'y a pas assez d'attention et de temps disponible pour travailler de façon constante à l'amélioration de l'efficacité du système d'air comprimé, et cela commence par un manque d'yeux et d'oreilles appropriés dans le système. Souvent, nous voyons :
- Il n'y a pas de système de surveillance/mesure du tout
- Lorsqu'il existe un système de surveillance, il est constitué de compteurs de puissance. Aucun compteur de pression ou de débit n'est installé. Il n'y a donc pas d'image complète.
- Lorsqu'il y a des instruments présents, et même connectés à un système général, il n'y a pas assez d'informations pour affiner les actions d'amélioration de l'air comprimé.
Cette étude de cas montre comment un système de surveillance peut contribuer à améliorer l'efficacité du système d'air comprimé.
Étude de cas
A propos de notre client
Notre client est l'un des plus grands producteurs mondiaux de semi-conducteurs d'affichage et de MLED, situé à Pékin, en Chine. L'air comprimé est principalement utilisé pour sécher leurs puces, incorporer des matériaux dans les puces/planches, fabriquer des circuits imprimés et refroidir les puces pendant le processus de fabrication. Dans cette usine et dans l'industrie des semi-conducteurs en général, la pureté de l'air comprimé doit être maintenue aux normes les plus élevées en raison de ses applications critiques. Pour obtenir des produits de qualité optimale, l'environnement de fabrication doit être exempt de contaminants et l'air comprimé doit être exempt d'huile.
Notre client est l'un des plus grands producteurs mondiaux de semi-conducteurs d'affichage et de MLED, situé à Pékin, en Chine.
Description du système
Le système d'air comprimé de l'usine se compose de sept compresseurs centrifuges sans huile, de deux compresseurs à vis sans huile, de deux réservoirs tampons de 15m3, de quatre séchoirs à dessiccation et d'un système de filtration. Le système est construit dans une seule salle des compresseurs de la centrale électrique, avec une entrée d'air naturelle par les fenêtres. Le volume d'air total requis du côté de la demande est d'environ 640m3/min.
Il n'y avait pas de système de surveillance de l'énergie. Le client disposait de quelques capteurs de débit et de pression. La durée de vie de ces capteurs était de plus de 10 ans, et ils n'étaient pas utilisés. Les données de mesure n'étaient donc pas fiables.
L'usine consommait beaucoup d'air comprimé chaque jour et cela représentait jusqu'à 20 % de sa consommation totale d'énergie. Le coût annuel du système d'air comprimé s'élevait à 20 millions de yuans. Le client a ressenti le besoin d'améliorer l'efficacité de l'air comprimé dans l'usine.
Nouveau système de gestion de l'air comprimé
Un nouveau système de mesure et de surveillance de l'air comprimé a été mis en place dans toute l'usine :
- 1 pièce de capteur de point de rosée a été installée après les sécheurs.
- Un système de surveillance de l'énergie pour collecter toutes les données de mesure en temps réel, les analyser, générer des rapports et guider la mise en œuvre d'un projet d'économie d'énergie.
Constatations et solutions
L'analyse de toutes les données de mesure collectées a permis de poser les diagnostics suivants. Par conséquent, les données ont permis de prendre des décisions d'investissement fondées sur des faits quant à la manière d'améliorer le système. Et le suivi de la situation avant et après a permis d'établir quelles économies ont été réalisées au final.
L'état de la ventilation du local de la station de compression d'air a un impact sur l'efficacité des compresseurs.
Les conditions environnementales de la salle des compresseurs peuvent avoir un impact sur l'efficacité des compresseurs, en particulier dans le cas des compresseurs centrifuges. Dans cette usine, l'air d'admission passait par un simple système de filtre non tissé, qui se bloquait facilement. Il en résultait une importante valeur de pression négative dans la station de compression d'air. Même si les filtres étaient remplacés chaque semaine, la valeur de la pression négative se situait entre -30Pa et -40Pa. Plus le cycle de remplacement des filtres était long, plus la valeur de la pression négative était élevée. En outre, en raison de la mauvaise ventilation, la température de la pièce dépassait la plage admissible pour le fonctionnement de l'équipement. Il est prouvé que lorsque la température de l'air à l'entrée du compresseur diminue de 3°C, le volume d'échappement augmente de 1%.
Les conditions environnementales de la salle des compresseurs peuvent avoir un impact sur l'efficacité des compresseurs.
Pour améliorer la ventilation de la station de compression d'air, 10 filtres non tissés de 1x2m ont été ajoutés à la paroi latérale de la pièce pour augmenter l'apport d'air frais. En conséquence, la valeur de la pression négative de la pièce a augmenté à -10Pa. La température du côté ouest de la station de compression d'air a été réduite d'environ 1°C, et la température du côté est a même été réduite de 6-8°C, ce qui a grandement amélioré les conditions de fonctionnement des compresseurs d'air et des sécheurs.
Chaque bar de pression en moins permet d'économiser 7 % d'énergie.
La pression globale du système a été fixée à 7 bars, ce qui n'est pas raisonnable, car tous les services n'ont pas besoin de ce niveau de pression pour fonctionner. Cela coûte plus d'énergie de maintenir cette pression dans toute l'usine. Une pression globale de 6 bars s'est avérée suffisante. Grâce à cette seule amélioration, l'usine a déjà économisé 7 % sur sa facture énergétique.
Chaque bar de pression en moins permet d'économiser 1% d'énergie.
Ajout d'un volume de tampon suffisant pour améliorer les contrôles du compresseur.
Le volume du réservoir tampon était trop faible et la pression du système fluctuait considérablement (plus de 0,5 bar). Lorsque la pression du système était inférieure ou égale à 7,0 bar, un compresseur froid de secours était automatiquement déclenché pour démarrer, décharger et s'arrêter peu après. Cela a entraîné une consommation électrique supplémentaire sans aucun effet sur la consommation d'air comprimé. Deux réservoirs tampons, de 12m3 et 15m3, ont été ajoutés pour augmenter la capacité tampon. Cela a permis de réduire la fluctuation à environ 0,2 bar. Combiné à la réduction globale du niveau de pression, cela a permis d'éviter le déclenchement inutile du compresseur de secours froid.
L'ajout d'un réservoir tampon permettra d'atténuer la courbe de fluctuation de la pression.
Le fait de passer d'un contrôle basé sur le temps à un contrôle basé sur le point de rosée pour les sécheurs par dessiccation a un effet positif sur la consommation d'énergie.
Un capteur de point de rosée a été ajouté au système, près de la demande de l'usine. Il a révélé que le point de rosée était très bas en hiver. Les données ont permis de passer d'un contrôle basé sur le temps à un contrôle basé sur le point de rosée. Lorsque le point de rosée est de -70°C, les tours de séchage sont activées. L'énergie électrique et le gaz de régénération nécessaires pour le cycle de régénération ont été réduits. Le mode de fonctionnement du séchoir est passé de 8 à 12 heures.
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Conclusions
Grâce à l'expérience, les mesures combinées au système de surveillance de l'énergie se sont révélées être un moyen efficace d'améliorer l'efficacité énergétique dans les usines.
- Grâce aux données du système de surveillance de l'air comprimé, les spécialistes ont pu effectuer un diagnostic approfondi. Les données de mesure sont transférées directement sur le cloud et sont accessibles à tout moment, depuis n'importe quel coin du monde. L'industrie 4.0 est en marche et la surveillance à distance améliore l'efficacité de la gestion de l'énergie de toutes les manières possibles.
- Plusieurs solutions d'économie d'énergie ont été prises pour améliorer l'efficacité énergétique de l'usine. Après chaque action d'économie d'énergie, les données en temps réel ont fourni un retour d'information probant, ce qui permet aux ingénieurs de procéder à une analyse des données et de prendre davantage de résolutions pour économiser l'énergie.
- Grâce à toutes ces améliorations, le taux d'économie d'énergie dans l'usine a augmenté de 13 %. L'entreprise économise environ 455 000 euros sur sa facture d'électricité chaque année.
L'industrie 4.0 est en marche et télésurveillance améliore l'efficacité de la gestion de l'énergie à tous égards.
Source : 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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