Иванов В.А.
Опубликовано в журнале “Кординатор Инноваций”, ноябрь 2003 г.

Проблема энергосбережения в последние годы является одной из важнейших задач, стоящих перед современным предприятием. В условиях рыночной экономики каждый лишний киловатт-час электроэнергии ложится на себестоимость продукции и в конечном счете приводит к снижению ее конкурентоспособности. При этом в балансе электропотребления предприятия доля компрессорных станций достигает 25-30 %, в связи с чем энергосберегающие мероприятия в этой области приобретают достаточно большое значение. Опыт показывает, что эффективность систем производства и распределения сжатого воздуха на большинстве предприятий весьма низкая. Это связано с изношенностью сетей распределения воздуха, несоответствием существующих сетей возлагаемым на них задачам, эксплуатацией компрессоров в неоптимальных режимах.

Значение правильного выбора схемы снабжения сжатым воздухом часто недооценивается, и совершенно напрасно, поскольку часто именно здесь кроется причина повышенных затрат электроэнергии и частых поломок компрессорного оборудования. Ошибки здесь могут вылиться в необходимость дополнительных капвложений в будущем.

Существует два основных типа схем воздухоснабжения. Это централизованная и децентрализованная схемы. Схематично они изображены на приведенных ниже рисунках.

Рассмотрим более подробно преимущества и недостатки данных схем.

Централизованная схема: питание цехов сжатым воздухом осуществляет из общего компрессорного цеха. Как правило, при такой системе эксплуатируются несколько компрессорных установок производительностью от 10 до 250 м3/мин, а иногда и выше – в основном поршневые или центробежные, иногда мощные винтовые. Достоинства данной схемы проявляются в полной мере на крупном предприятии при наличии герметичной пневмосети, когда все потребители сосредоточены на относительно небольшой площади (отсутствуют удаленные точки потребления), рабочие давления большинства потребителей примерно одинаковы (рабочее давление сети), а у остальных потребителей ниже данного значения.

Достоинства схемы:

1. Возможные выходы из строя отдельных компрессоров и проведение на них регламентных работ и плановых ремонтов не влияют на надежность воздухоснабжения предприятия в целом при наличии нескольких резервных компрессоров (как правило, однотипных).
2. Плановые ремонты могут производится в удобное время независимо от величины загрузки компрессорной станции (при наличии резерва).
3. Поскольку все компрессорное оборудование находится в одном месте, количество обслуживающего персонала невелико.

Недостатки такой системы:

1. Большая протяженность трубопроводов приводит к потерям давления.
2. Состояние существующих на предприятиях централизованных пневмомагистралей, как правило, достаточно старых, часто оставляет желать лучшего, велики утечки, газодинамическое сопротивление повышено за счет наличия трудноопределимых местных сопротивлений. Сочетание первого и второго факторов дает суммарные потери, которые в отдельных случаях составляют до 50 %.
3. Высокая инерционность системы – поскольку запуск и останов крупных компрессоров требует времени, система не может быстро реагировать на изменения потребного количества сжатого воздуха.
4. В зимнее время возможно обмерзание внутренних поверхностей участков магистралей, проходящих на открытом воздухе.
5. При работе в выходные дни или ночные смены, как правило, работают лишь отдельные цеха предприятия, для питания которых используются компрессоры высокой производительности. Их эксплуатация экономически нецелесообразна, т. к. потребность в сжатом воздухе зачастую реально значительно ниже производительности компрессоров.
6. Из-за плановых ремонтов компрессоров возникает необходимость наличия резерва.
7. Высокая инерционность системы – поскольку запуск и останов крупных компрессоров требует времени, система не может быстро реагировать на изменения потребного количества сжатого воздуха.
8. Некоторые потребители могут требовать более высокого давления воздуха, что приводит к необходимости поддержания более высокого давления в сети, что приводит к дополнительным потерям мощности.
9. В результате неравномерной загрузки предприятия появляются проблемы в эксплуатации центробежных компрессоров, которые рассчитаны практически на круглосуточный режим работы с максимальным количеством пусков в год не более 50. Руководство предприятия становится перед дилеммой – либо увеличение затрат на электроэнергию, либо увеличение количества ремонтов оборудования.
10. Система достаточно дорога в изготовлении.
11. Требуется наличие квалифицированного обслуживающего персонала.

Децентрализованная система: питание потребителей сжатым воздухом осуществляется отдельными небольшими компрессорами, устанавливаемыми непосредственно возле потребителя. Необходимо отметить, что в децентрализованных схемах при локальной потребности в воздухе более 1 м3/мин целесообразно использование надежных винтовых компрессоров, преимущества которых широко известны. Это позволяет решить ряд проблем, присущих поршневым компрессорам, таких как необходимость фундамента под компрессор, повышенные шум и вибрация, необходимость периодических ремонтов (замена колец, клапанов). Кроме того, недорогие поршневые компрессоры малой производительности, как правило, плохо приспособлены для использования в промышленных целях с ПВ, близким к 100 % и имеют невысокий ресурс.

Достоинства схемы:

• Уменьшается протяженность трубопроводов, что снижает газодинамические потери.
• Стоимость системы значительно ниже, чем в случае централизованной.
• Задача воздухоснабжения удаленных производственных участков решается значительно проще, чем при централизованной схеме – не требуется тянуть участки магистрали на значительные расстояния.
• Для каждого потребителя может быть установлен компрессор с необходимым давлением (крайне важно для сетей с различными рабочими давлениями потребителей).
• Для каждого потребителя может быть подобран компрессор с необходимой производительностью, что снижает энергозатраты.
• Обмерзание исключается, поскольку трубопроводы не выходят за пределы цеха, где установлен компрессор.
• Снижаются затраты на содержание сжатого воздуха, т.к. отпадает необходимость в теплоизоляции, герметизации, ремонте и обслуживании трубопроводов.
• Небольшие компрессоры не требуют фундаментов, что упрощает и удешевляет их установку и пусконаладку.
• 9. Отпадает необходимость в специальном обслуживающем персонале, т. к. небольшие винтовые компрессоры не требуют плановых ремонтов, а все работы по техническому обслуживанию (замена масла, фильтров) могут проводиться людьми, не имеющими специальной подготовки.

Недостатки такой системы:

• Резервирование сильно затруднено, поскольку требует дублирования компрессорного оборудования на ответственных участках. Стоимость компрессорного оборудования может оказаться несколько выше, чем при централизованной системе.
• При установке компрессора непосредственно в производственном помещении возникает шум, являющийся опасным фактором для персонала.
• Система плохо приспособлена к возможному резкому возрастанию потребности в воздухе на конкретном участке (например, при установке дополнительных потребителей) – мало того, что потребуется замена компрессора на более мощный или установка дополнительного, сечение локальной магистрали может оказаться недостаточным.

В общем и целом, выбор оптимальной схемы воздухоснабжения зависит от конкретных условий на конкретном предприятии, ему обязательно должен предшествовать полный анализ ситуации, существующих пневматических линий, энергоаудит всей цепочки производства и подачи сжатого воздуха, с учетом необходимых капвложений и постоянных затрат. Децентрализованная схема отнюдь не является универсальным решением, применение ее должно быть экономически обосновано. При проектировании пневматических систем необходимо учитывать не только потребителей, имеющихся в наличии в настоящее время, но и возможные варианты изменения как необходимого количества сжатого воздуха, так и расположения точек потребления.

Говоря об энергосбережении, нельзя не упомянуть о компрессорах с регулируемой частотой вращения вала электродвигателя, которым в последнее время все больше потребителей отдают предпочтение. Преимущество состоит в том, что его производительность изменяется в соответствии с изменением потребности в воздухе. При этом пропорционально изменяется потребляемая мощность, как правило, в диапазоне от 10 до 100 %. Компрессор с фиксированной производительностью работает в диапазоне между давлением включения (рабочее давление сети) и давлением отключения/перехода на холостой ход (выше рабочего на 2 атм); фактически компрессор всегда работает на давлении выше рабочего, что приводит к потерям энергии. При частотном регулировании давление поддерживается на постоянном уровне, а потому нет соответствующего перерасхода энергии. Стоит такой компрессор приблизительно на 50-80% дороже обычного, однако разница в стоимости компенсируется снижением эксплуатационных затрат. Рассмотрим это на примере.

Компрессор мощность 75 кВт при двухсменной работе потребляет за год (6000 часов работы, при ПВ 80% это будет 4800 часов под нагрузкой плюс в среднем 800 часов на холостом ходу) порядка 380 000 кВт*ч. При стоимости электроэнергии 1, 088 руб/кВт*ч за год это составит 413 440 руб. Реальная экономия электроэнергии при применении частотного регулирования, как показывает опыт, составляет от 15 до 38 %. В денежном выражении это будет 62016 – 157 107 руб (1839 – 4658 ЕВРО). Цена компрессора EKO 75 (75 кВт, 12,6 м3/куб при 8 атм) составляет 16 590 ЕВРО. Такой же компрессор с регулированием частоты вращения, EKO 75-VST, составляет 29 037 ЕВРО, разница – 12 447 ЕВРО. Таким образом, применение частотного регулирования окупится через 2,5 – 6,5 лет, после этого начнется реальная экономия средств. При трехсменной работе этот срок сократится соответственно на треть Отсюда следует, что при минимальном пробеге до капитального ремонта не менее 60 000 часов (10 – 12 лет при двухсменной работе) применение частотного регулирования экономически оправдано в любом случае, вопрос только в том, готово ли предприятие произвести дополнительные капиталовложения, которые дадут в будущем существенную экономию. Не надо также забывать о том, что при частотном регулировании компрессорная установка работает в гораздо более благоприятных условиях (плавный пуск и останов, отсутствие резких скачков тока и т.д.), что увеличивает межремонтные интервалы и дает дополнительную экономию.

Компрессоры с частотным регулированием могут применяться как в децентрализованной системе воздухоснабжения (в случае, когда потребность в воздухе на конкретном участке может изменяться в значительных пределах), так и в централизованной (в этом случае целесообразно установить несколько компрессоров с фиксированной производительностью и один компрессор с частотным регулированием, который будет компенсирующим звеном).

Специалисты нашего предприятия имеют большой опыт в проведении энергоаудита систем производства и транспортировки сжатого воздуха. Мы выполняем полный комплекс работ по проектированию пневмосетей различных типов, как с применением собственного компрессорного оборудования, так и под конкретное оборудование заказчика. Производственное подразделение Компании проводит монтаж пневмосетей различной сложности и протяженности, пусконаладочные работы, вплоть до сдачи системы заказчику «под ключ». Гибкая система работы с клиентом позволяет нам всегда найти взаимовыгодное решение. Наши технические специалисты всегда готовы проконсультировать Вас по любым вопросам, касающимся сжатого воздуха, как по телефону, так и с выездом к заказчику.