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Le constructeur automobile économise 600 000 dollars par an en coûts énergétiques et améliore la fiabilité du système d'air comprimé.
Une usine de construction automobile de pointe située dans la moitié ouest des États-Unis atteint son objectif d'un avenir plus vert, grâce à un audit approfondi du système d'air comprimé, suivi de la mise en œuvre d'une technologie de contrôle avancée et de débitmètres d'air pour une surveillance et une mesure continues afin de garantir l'efficacité du système.
Le projet, qui a également nécessité l'ajout d'un compresseur d'air d'appoint et d'un réservoir de réception - ainsi que l'installation d'une importante vanne de régulation de la pression - permet au constructeur automobile de faire fonctionner moins de compresseurs d'air centrifuges pendant les pics de production. Ce faisant, l'usine économise près de 6,1 millions de kWh et plus de 600 000 dollars par an en coûts énergétiques. Le projet a également bénéficié d'une remise de 369 374 dollars de la part de la compagnie d'électricité locale, ce qui a permis un retour sur investissement de six mois, tout en améliorant la fiabilité du système.
Compresseurs d'air centrifuges Production d'électricité
L'air comprimé est au cœur de la production de l'usine de fabrication, qui s'étend sur 115 acres. L'air comprimé alimente les systèmes pneumatiques utilisés pour contrôler les robots, ainsi que les convoyeurs et les équipements d'emballage. Il est également largement utilisé dans les opérations de peinture, d'emboutissage et de moulage des plastiques.
Avant la mise à niveau du système d'air comprimé, l'usine utilisait sept compresseurs d'air centrifuge situés dans une centrale électrique centrale. Les compresseurs d'air comprennent six compresseurs d'air centrifuges de 1 250 chevaux-vapeur (hp) et une machine de 700 hp. Le système comprenait également huit sécheurs réfrigérés, ainsi que quatre réservoirs de 2 500 gallons et un réservoir de 5 000 gallons.
Les modèles de compresseurs d'air et leur puissance sont les suivants :
| Modèle | Pression maximale | Capacité | Nombre d'unités | HP |
| Modèle 1 | 143 Psig | 3,723 CFM | 3 | 1250 |
| Modèle 2 | 4,523 CFM | 1 | 1250 | |
| Modèle 3 | 2,612 CFM | 1 | 700 | |
| Modèle 4 | 4,546 CFM | 2 | 1250 |
Au total, sept compresseurs d'air centrifuges Ingersoll Rand sont utilisés pour alimenter la production d'une usine automobile s'étendant sur 115 acres.
Le constructeur automobile a lancé un effort interne en 2016 pour réaliser des économies d'énergie et accroître l'efficacité de son système d'air comprimé, dont le fonctionnement coûtait alors 1,6 million de dollars par an. La complexité des compresseurs d'air centrifuges, ainsi que la méthode pour les contrôler, ont conduit l'entreprise à solliciter l'appui d'experts en systèmes d'air comprimé.
Un audit révèle une importante déperdition des compresseurs d'air centrifuges
La première étape pour atteindre les objectifs de l'usine a consisté en un audit complet du système d'air comprimé par iZ Systems en partenariat avec ALD, Inc.
Pour réaliser l'audit, l'équipe a exporté les données du système de surveillance SCADA de l'usine, notamment les ampères des moteurs, la pression de refoulement, la vanne d'entrée et la position de purge de chaque compresseur d'air, afin de déterminer différents profils de fonctionnement du système. En outre, des enregistreurs de pression ont été placés en aval des compresseurs d'air et dans tout le campus pour surveiller les fluctuations de pression et voir comment les compresseurs d'air réagissaient aux changements de la demande.
L'audit a montré que les sept compresseurs d'air de 1 250 hp fonctionnaient avec un simple système de contrôle de la pression locale. Les contrôles n'étaient pas capables de gérer les vannes d'entrée et les vannes de soufflage de manière discrète, ce qui conduit à une chasse au PID. En conséquence, les machines soufflaient une quantité importante d'air comprimé dans toutes les conditions de fonctionnement pour se protéger des surcharges, ce qui entraînait un déchargement et une perte de pression de l'usine. Au cours de l'audit, nous avons également découvert deux périodes de demande uniques :
- Demande normale : trois compresseurs d'air sont en ligne et fonctionnent pour maintenir la pression de production pendant environ 5 200 heures par an.
- Faible demande/week-end : trois compresseurs d'air restent en ligne, bien qu'ils ne soient pas nécessaires pendant les périodes de faible demande pendant environ 1 688 heures par an - en plus de gérer une charge de week-end de 1 872 heures par an.
Sur la base des données recueillies pendant une période d'audit de deux semaines, l'équipe a recommandé l'installation d'une solution automatisée de contrôle et de surveillance du système d'air comprimé, qui séquence le fonctionnement des compresseurs d'air en fonction de la demande réelle.
L'audit a également montré que l'usine pouvait réduire la demande de pointe en améliorant son équipement, qui consistait principalement en un compresseur d'air de surpression et un réservoir de stockage plus grand. L'équipe a également recommandé l'installation de compteurs d'air VPInstruments'VPFlowScope DP dans la conduite de refoulement de chaque compresseur d'air pour une mesure précise du débit d'air et un contrôle continu.
Améliorer la réactivité des systèmes d'air comprimé
L'incapacité du système d'air comprimé existant à gérer efficacement les pics de demande est un autre problème majeur de l'usine. Plus précisément, un pic de demande d'air entraînait une chute de pression parce que les compresseurs d'air centrifuges montaient en puissance trop tard. Cela se produisait parce que les périodes de pointe étaient trop courtes pour que les machines puissent réagir rapidement à l'augmentation de la demande. De plus, la situation créait un pic de pression suivi d'une purge des compresseurs d'air.
Pour augmenter le temps de réponse du système d'air comprimé, l'équipe a installé un compresseur d'air de surpression ainsi qu'un réservoir de 17 500 gallons capable de stocker de l'air comprimé à 250 psi. Étant donné que la pression de l'usine est d'environ 100 psi et la pression du réservoir de 250 psi - et que l'air est stocké hors ligne - le réservoir de stockage diffère d'un réservoir de stockage normal connecté au collecteur principal à la pression de l'usine.
En augmentant la pression dans le réservoir de stockage, la capacité du système de stockage d'air comprimé est plus que doublée. Le système modernisé comprend également l'utilisation d'une vanne de régulation du débit de la pression de croisement, qui est contrôlée par la plateforme d'automatisation d'iZ Systems. La vanne libère l'air du réservoir de stockage dans la conduite d'alimentation principale en cas de demande de pointe. Ainsi, l'usine n'a plus besoin de faire fonctionner que deux ou trois compresseurs d'air au lieu de quatre unités pour répondre aux pics de demande d'air.
Ce système amélioré permet également d'éliminer virtuellement les purges des compresseurs d'air centrifuges. En cas de panne d'un compresseur d'air, le système de stockage suralimenté hors ligne fournit un débit de pointe pendant plus de 10 minutes, ce qui donne à la plate-forme d'automatisation suffisamment de temps pour mettre automatiquement en ligne une unité de secours sans interrompre la production de l'usine.
Les débitmètres différentiels permettent de suivre l'efficacité des machines
Un autre aspect clé du système d'air comprimé amélioré est la capacité de surveiller et d'ajuster en permanence le système lorsque la demande d'air change pour un certain nombre de raisons, par exemple lorsque le personnel de maintenance répare des fuites d'air. La surveillance continue de la demande en débit d'air permet également de prendre des décisions concernant les modifications à apporter à l'algorithme de contrôle du compresseur d'air pour optimiser le système.
Dans l'usine, chaque compresseur d'air est équipé de compteurs de débit d'air à pression différentielle, VPFlowScope DP, pour mesurer le débit d'air bidirectionnel, la pression et la température. L'usine, qui a apprécié la facilité d'installation des nouveaux compteurs d'air, peut désormais suivre l'efficacité de chaque machine. Si des problèmes sont détectés, tels que le colmatage des filtres d'entrée ou l'inversion du flux, le personnel de l'usine peut prendre des mesures immédiates et éviter le gaspillage d'énergie et les coûts associés. L'usine peut également détecter la fuite d'un clapet anti-retour dans le compresseur d'air afin d'éviter l'inversion du flux.
En outre, l'équipe de maintenance utilise un appareil à pince à ultrasons à temps de transit flowmeter pour vérifier régulièrement l'alimentation en eau de refroidissement de chaque compresseur d'air. Un mauvais refroidissement peut réduire considérablement l'efficacité du système d'air comprimé.
Un débitmètre d'air VPInstruments'VPFlowScope DP installé sur chaque compresseur d'air centrifuge permet à l'usine de contrôler chaque unité, ce qui permet aux décideurs d'améliorer l'efficacité et la maintenance du système.
Économies d'énergie et fiabilité sont synonymes de victoire.
Le constructeur automobile a lancé son projet de mise à niveau du système d'air comprimé peu après l'approbation de l'audit par les services publics en novembre 2018. La mise en œuvre de la plateforme d'automatisation et d'acquisition de données pour l'air comprimé, combinée aux mises à niveau du système, réduit la consommation énergétique annuelle de l'installation de 6 098 619 kWh par an, ce qui se traduit par des économies annuelles de 600 000 $. Avec l'incitation du service public de 369 374 $, le projet a été rentabilisé en six mois.
En plus d'atteindre l'objectif d'efficacité énergétique, le projet a amélioré la fiabilité du système d'air comprimé puisque la centrale doit faire fonctionner un compresseur d'air centrifuge de moins pour répondre à la demande de pointe, ce qui signifie que le même compresseur d'air est libre pour servir d'unité de secours. Le système de stockage suralimenté hors ligne améliore également la fiabilité du système puisqu'il est conçu pour fournir suffisamment d'air pour répondre aux besoins de l'usine jusqu'à ce que le compresseur d'air de secours soit mis en service pour remplacer un compresseur d'air défaillant.
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