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压缩空气管理中的测量系统解读

   【压缩机网】John是一家金属加工和装配厂的设备经理,他有一套复杂的建筑管理系统,可以跟踪包括压缩空气系统在内的许多建筑系统的性能。在他的办公桌上,这套系统似乎产生了一些奇怪的读数,他怀疑这是流量计测量总压缩空气输出的测量误差。当他将空气压缩机的安培数与流量进行比较时,系统有时显示没有空气压缩机在运行,但流量计仍能读取到工厂有很大流量输出,而且更换仪表后也并没有纠正这种情况。
  之后,压缩空气审计员发现了一个意料之外的问题:John的公司没有遵守良好能源管理体系的一个规则——即在完整的测量边界内捕捉读数。
  本文即对这个特殊工具所面临的挑战,以及对准确的关键性能指标(KPI)的需求进行分析讨论。
 
  背景
  压缩空气是一种昂贵的公用资源,用于传输能源到工业机器。如果测量一个系统的空气压缩机的功率输入,并比较各种消耗压缩空气的机器或工具的功率输出,我们通常会发现,只有十分之一的能量输入转移到该机器的输出。一部分原因是物理学层面的,压缩空气产生热量,热量中的能量会损失到大气中,一个重要原因是压缩空气操作人员制造和使用(或滥用)压缩空气的方式。
  所有的工业设施都使用某种形式的压缩空气,而且在大多数情况下,空气压缩机消耗的能源占总能源消耗的很大一部分。一个具有良好能源管理系统的设施很可能将其压缩空气系统确定为一个重要的能源用户(SEU)。如果工厂使用能源管理标准,如ISO 50001,他们将被要求评估和跟踪所有SEU的能源消耗。就金属加工设施而言,John公司正在测量工厂内250多台设备的产量,包括建筑加热器、RTU、集尘器,并跟踪它们的电力、天然气和水的消耗。
  迄今为止,他们在能源管理方面的努力取得了令人印象深刻的成果。自2012年以来,该设施的电力成本降低了25%,足以赢得当地能源机构颁发的一项著名奖项。John知道他们的压缩空气测量系统存在问题,并且知道在更好地测量他们的性能方面可以获得良好的潜在效率收益,于是他请了一位压缩空气审计员来检查。
 
  关键绩效指标及其价值
  维基百科对KPI有一个很好的定义,“绩效指标或关键绩效指标是一种绩效衡量。关键绩效指标评估特定活动的成功。”该定义提出以下几点:
  1)通常,成功仅仅是重复的、周期性地实现某些级别的操作目标。
  2)有时成功的定义是战略目标取得进展。
  3)因此,选择正确的KPI取决于对重要内容的良好理解。
  4)什么被认为是重要的往往取决于衡量绩效的部门。
  5)KPI评估常常导致识别潜在的改进,因此性能指标通常与性能改进计划相关联。
  来自Klipfolio.com关于KPI的一个非常重要的观点:
  1)KPI的价值取决于它所激发的行动。
  2)KPI最重要但常常被忽视的一个方面是,它们是一种沟通形式。因此,它们遵守与任何其它形式的通信相同的规则和最佳实践方式。简洁、清晰和相关的信息更容易被吸收并付诸行动。
  由于压缩空气系统的运行成本较高,关键性能的测量对压缩空气系统非常重要。一个行业标准是很少对这些系统进行性能测量的,但我们通过经验知道,大量压缩空气系统的运行效率非常低,浪费水平很高。我们还知道,这些系统的所有者和运营商往往没有意识到这些问题。测量这些系统的关键性能可以提高对这些问题的认识,并将其放在首位。因此,一个良好的测量和评估压缩空气相关KPI的系统可以显著提高压缩空气的运行成本、可靠性和质量。
 
  什么关键绩效指标是最重要的?
  到目前为止,在压缩空气系统中最重要的是关注空气压力。事实上,许多用户会牺牲能源效率来达到良好的系统压力。
  在一个典型的系统中,通常在整个设备中有数百个压力测量装置来显示空气压力的状态,这也表明了它的重要性。
  更重要的是,正如“压缩空气挑战”在其基础培训研讨会上所教授的,压缩空气生产商应该确保他们拥有“干净、干燥、稳定的压缩空气流动,在适当的压力下,以一种低成本的方式输送”。此外,系统的所有者和运营商需要将泄漏、人为需求和不当使用压缩空气造成的浪费降到最低。
  但是我们如何知道我们正在实现这些目标呢?这就是测量的用武之地,任何压缩空气系统的审计员都知道这一点。如果没有某种度量,系统就无法得到适当的管理。在测量压缩空气系统并与典型基准进行比较时,一个好的压缩空气审核员(或能源管理者)可以非常迅速地确定某个特定系统是否有改进的潜力。这通常涉及在空气压缩机上安装临时仪表,但更有价值的是一个良好的永久性监测系统,它允许操作人员确保他们的系统正常运行,并长期保持这种状态。
  测量压力性能:一个例子
  让我们看看一些测量压力性能的方法。最简单的方法是让系统操作员定期抽查他们特定生产机器上的压力表,图1显示了一个例子。
 
压缩空气管理中的测量系统解读
 
  如果仪表上的针位于高低线之间,一切正常。但是,如果操作员不总是看仪表,他可能会错过这个关键参数超出正常范围的时间。确保压力性能的更好的监视方法是记录数据并绘制压力随时间变化的曲线图。图2中描述了一个例子。这是一个典型的金属加工和装配厂一周的压力图。
  工厂的目标是使关键装配工具的压力始终高于90psi,这是工具的额定值。从图表中我们可以看到,这个目标似乎是在这个测量期间实现的,但它是吗?在这段时间里,工厂报告了工具的故障。如果我们进一步挖掘,我们发现测量到的压力是在空气压缩机的排气口,而不是工具的排气口。
  如图3所示,在工具输入端测量实际压力的附加轨迹表明压力确实下降到90psi以下。如果操作人员在错误的时间进行现场读数,他们会错过随后在生产高峰期发生的低压事件。有趣的是,尽管在他们的建筑中有数百个测量点,并且气压对工厂装配工具具有很高的重要性,但压缩空气压力并不是一个被监控的参数。
 
压缩空气管理中的测量系统解读
压缩空气管理中的测量系统解读
 
  安装一些流量和空气压缩机/干燥器电流的附加计量装置可以提供有关此系统的更多信息。我们可以在图4中看到,压力问题是由瞬时高流量事件引起的,并且在高流量下,一些部件发生了较大的压降(这被确定为空气干燥器过滤器)。
压缩空气管理中的测量系统解读
 
  在流量水平上,电力消耗似乎过高,系统在生产500cfm的同时,每100cfm平均消耗27千瓦。这与每100cfm约20千瓦的最佳值有所不同。值得注意的是,在测量的开始和结束(周末流量)的非生产时间内,低水位流量出现了阶跃变化。
  尽管有广泛的监测系统,但该现场存在压力问题,系统浪费严重,压缩空气生产效率低下。压缩空气管理系统没有明确的目标KPI,并且缺乏与能源管理人员沟通的良好系统,因此他们意识不到到这些问题。
  公平地说,行业中关键绩效的混淆并不少见。为了改善这一问题,加拿大标准协会制定了CSA C837标准“压缩空气系统的监测和能源性能”。
 
  意外的挑战增加了难度
  测量系统经常会出现意想不到的挑战,这会使KPI的计算和分析变得更加困难,最常见的是:
  1)露点尖峰-有时空气干燥器的故障,或糟糕的系统设计,将导致水进入热质量流量计。由于这种流量计类型不能在湿压缩空气中工作,KPI计算将出现错误。
  2)流量计的放置-有时流量计没有按照制造商的规范安装,导致测量误差。大多数安装在压缩空气系统上的流量计都是放置在干燥后系统输出端的热质量装置上。如果烘干机是干燥剂型装置,这种布置不会捕获进入烘干机的净化气流,使测量的空气压缩机消耗的功率超过它应该消耗的功率。这种布置不会捕获压缩机房内泄漏或排放废物所消耗的流量。因此,重要的是使用计算流量(基于压缩机状态)和测量流量进行比较,有时安装流量计直接测量每个空气压缩机的排放量。
  3)高度变化的流量-如果将流量计放置在卸载空气压缩机的排放口上,并绘制数据,结果将是一条难以解释的粗模糊线。在这些情况下,需要对数据应用移动平均值来揭示系统趋势。
  4)流动方向的改变——有时,根据流量计的位置,流动方向会改变。这方面的一个例子有流入和流出放置在不运行的空压机排气口上的接收器。当系统压力变化时,流量计将捕捉进出接收器的流量。大多数热质量流量计都无法判断流量方向,所以负流量将被记录为正流量,这将会影响KPI的计算。如果在环形管道系统中安装流量计,也会发生类似的情况。因此,将需要特别计算来处理这些数据。有一些流向开关可以用来纠正这种情况,也有一些流量计可以测量流动方向,进而来解决这个问题。
 
压缩空气管理中的测量系统解读
压缩空气管理中的测量系统解读
 
  监控系统示例
  这个案例中的金属加工和装配工厂有一个优秀的建筑管理系统,可以在这个系统上构建一个非常需要的仪表盘屏幕,显示重要的压缩空气KPI。多年来,本文作者构建了一些相当成功的压缩空气监测系统,但面临的最大挑战是以一种可理解的方式将系统中的数据传递给用户。
  老实说,看压缩空气系统的参数很无聊,就像看油漆干了一样。在一个正常运行的系统中,大多数时候会有很多不需要担心的事情。在一个繁忙的工厂里,压缩空气系统的操作员和管理者有许多其他的任务来吸引他们的注意力和努力,他们通常没有时间经常看他们的压缩空气系统。因此,一个成功的监控系统需要简单易用,创建可理解的数据,并具有一个警告系统,以便能够快速发现系统中的问题。
  由于压缩空气用户对能源效率越来越感兴趣,一些创新型公司已经开始开发用于监控重要压缩空气KPI的工具,并使用仪表板和数据分析工具创建了本地或基于web的平台。
  图5显示了一个跟踪各种压缩空气参数的仪表板产品示例。该系统使用与CSA标准C837-16相同的术语。用户可以一眼看出他们的系统在用户选择的度量周期中执行得如何。瞬时值、参数的最小值和最大值、能量和流量都显示在查看器的信息中。该系统具有良好的预警系统和完善的报表结构,对用户具有重要意义。
  图5所示为该系统的屏幕,其中包含一些分析工具,可以用来跟踪系统曲线,即能源与空气消耗之间的关系。一个完美的系统,其能量响应与流量变化成正比,趋势线的终点为零,如图6所示。
  一个低效的系统会有一个看起来像散弹枪的图形,对气流变化的能量响应非常差。这个系统曲线可以用来预测通过减少压缩空气泄漏、改变压力或改变压缩空气的生产方式(更高效的压缩机或控制)可以获得的节约。这个仪表板和分析系统是为用户设计的,但是有工具和分析方法,可以被高级审计员用来帮助提出节能措施,包括泄漏检测和管理模块。
 
  结论
  拥有一个用于监控压缩空气系统的工具对工厂能源管理者来说是一项宝贵的资产,但更重要的是该系统的输出清晰且易于使用。最佳实践方式是监视系统的特定功率,以确保压缩空气的生产是高效的,并保持高效。
  随着时间的推移,跟踪流量和能耗,并比较测量周期,可以告诉工厂操作员,压缩空气系统在适当或不适当使用压缩空气和浪费水平方面的趋势如何。如果KPI开始显示异常读数,就需要有一个系统来引起操作员的注意,这样就可以及时做出调整和改进。
 

来源:本站原创

标签: 测量系统管理  

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