Как давление в сети влияет на энергопотребление компрессоров
Давление в сети сжатого воздуха непосредственно влияет на энергопотребление компрессоров. Чем выше требуемое давление нагнетания при сопоставимой подаче и условиях работы, тем больше работа сжатия. Одновременно повышенное давление часто увеличивает расход воздуха через негерметичные соединения. Поэтому необоснованно высокая уставка компрессорной станции может создавать дополнительные энергетические затраты сразу по двум причинам: увеличению работы сжатия и росту утечек.
Однако снижение давления не всегда приводит к допустимому техническому результату. Между компрессорной станцией и конечным потребителем существуют потери давления в магистралях и фильтрах. Если давление на выходе станции уменьшить без оценки этих потерь, наиболее требовательное оборудование может перестать устойчиво выполнять свою функцию.
Для обоснованного решения необходимо сопоставить фактическое давление компрессорной станции, требования конечных потребителей, падения давления в сети и электрическую мощность компрессоров при различных уставках. Результатом становится определение давления, достаточного для работы производственного оборудования без необязательного повышения нагрузки компрессорной станции.
От чего зависит необходимое давление компрессорной станции
Необходимое давление на выходе компрессорной станции определяется условиями работы конечных потребителей и потерями давления между источником и местами использования сжатого воздуха.
Компрессор должен обеспечить такое давление, при котором воздух поступает к производственному оборудованию с параметрами, необходимыми для выполнения предусмотренной технологической операции.
При этом давление непосредственно на выходе компрессора и давление у потребителя обычно не являются одинаковыми величинами. В процессе движения воздуха по распределительной сети возникают потери давления.
Для анализа необходимо установить два исходных показателя: давление, действительно необходимое потребителю, и давление, которое компрессорная станция поддерживает в фактическом рабочем режиме.
Разница между ними требует технического объяснения. Часть разницы может соответствовать необходимым потерям в сети, а часть — дополнительному падению давления, которое вынуждает повышать уставку.
Поэтому нельзя определять оптимальное давление компрессорной станции только по паспортному значению одного компрессора или существующей настройке системы управления. Необходимо установить условия работы всей рассматриваемой сети.
Какие исходные данные необходимы для проверки
Первый источник информации — рабочее давление компрессорной станции и требования конечных потребителей.
Необходимо установить, какое давление поддерживается на стороне подачи воздуха и какие параметры требуются оборудованию непосредственно в местах потребления.
При этом следует различать требуемое давление и фактически наблюдаемое. Если у потребителя зарегистрировано определённое значение, это ещё не означает, что именно оно необходимо для устойчивой работы процесса.
Второй источник — данные об электрической мощности компрессоров при разных уставках и падениях давления по магистралям.
Они позволяют установить энергетическое влияние установленного давления и выявить участки сети, из-за которых на выходе компрессорной станции приходится поддерживать дополнительные параметры.
Измерения необходимо соотносить с одинаковыми или обоснованно сопоставимыми рабочими условиями. Если при изменении давления одновременно изменяется производственная потребность в воздухе, одна разница электрической мощности не позволяет выделить влияние уставки.
Таким образом, исходные данные должны объяснять не только величину давления, но и его распределение между источником и конечным потребителем.
Как сопоставить давление у потребителя с давлением станции
Для проверки сначала устанавливают необходимый уровень давления непосредственно у конечного потребителя.
Затем определяют фактическое давление в соответствующей точке сети при характерном производственном режиме.
После этого сопоставляют его с давлением компрессорной станции за тот же интервал.
Разность этих показателей характеризует суммарное падение давления между выбранными точками при соответствующих условиях движения воздуха.
В общем виде:
Δpсети = pстанции − pпотребителя,
где Δpсети — падение давления между рассматриваемыми точками, pстанции — давление на выбранной границе подачи, pпотребителя — давление у конечного оборудования.
Обе величины должны быть представлены в одинаковых единицах и относиться к согласованной основе измерения давления.
Полученная разность сама по себе не показывает, какая её часть является необходимой, а какая обусловлена дополнительным сопротивлением отдельных элементов сети.
Для этого необходимо рассмотреть распределение потерь по магистралям и проверить фильтры, через которые проходит соответствующий поток воздуха.
Почему завышенная уставка увеличивает работу сжатия
Компрессор затрачивает энергию на повышение давления воздуха. При увеличении требуемого давления нагнетания возрастает необходимая работа сжатия при прочих сопоставимых условиях.
Поэтому если компрессорная станция поддерживает давление выше уровня, необходимого для обеспечения конечных потребителей с учётом допустимых потерь сети, возникает основание проверять дополнительный расход электроэнергии.
Однако величина этого расхода зависит от характеристик компрессоров и их фактического рабочего режима.
Рабочий режим — это фактическое состояние оборудования при определённой нагрузке, продолжительности работы и параметрах управления.
Чтобы определить энергетическое влияние давления, необходимо сопоставить электрическую мощность компрессорного оборудования при разных уставках.
Если мощность измерена при различных давлениях, но также существенно различалась подача воздуха, нельзя автоматически объяснять всё изменение электрического потребления давлением.
Требуется установить сопоставимость нагрузки либо обоснованно учесть её влияние.
Поэтому общий вывод о том, что завышенное давление увеличивает работу сжатия, не заменяет количественного расчёта для конкретной компрессорной станции.
Как определить влияние уставки на электрическую мощность
При оценке необходимо использовать показатели электрической мощности, соответствующие фактической работе компрессоров.
Сначала устанавливают действующую уставку и измеряют электрическую мощность при определённых условиях потребления воздуха.
Затем используют доступные данные для другой уставки при сопоставимых рабочих условиях.
Разность мощностей позволяет оценить изменение электрической нагрузки компрессорного оборудования:
ΔP = Pисход − Pизмен,
где Pисход — электрическая мощность при исходной уставке, Pизмен — мощность при рассматриваемом изменённом давлении.
Это соотношение характеризует энергетическую разницу только в пределах сопоставимых измерительных границ и рабочих условий.
Если режимы компрессоров изменяются, необходимо учитывать, что мгновенная мощность и суммарное электропотребление за период могут изменяться по-разному.
Для определения экономии электроэнергии необходимо учитывать продолжительность соответствующих режимов.
Если мощность во времени изменяется, расчёт выполняют по согласованным интервалам либо непосредственно по пригодным показаниям потреблённой электроэнергии.
Нельзя распространять разницу мощностей одной рабочей точки на весь эксплуатационный период без подтверждения продолжительности этого режима.
Как повышенное давление влияет на интенсивность утечек
Утечки сжатого воздуха возникают при выходе воздуха через негерметичные участки системы.
При увеличении давления в сети расход через такие участки во многих условиях может возрастать.
Поэтому завышенная уставка способна создавать дополнительную потребность в производстве воздуха наряду с увеличением работы сжатия.
Эти два механизма необходимо различать.
Первый механизм связан с энергетическими затратами компрессора на создание более высокого давления.
Второй связан с увеличением количества воздуха, которое необходимо восполнять из-за негерметичности сети.
Если одновременно изменяются давление и утечки, наблюдаемое электрическое потребление отражает совместное действие соответствующих факторов.
Поэтому нельзя всю полученную разницу автоматически относить только к снижению работы сжатия.
Вместе с тем наличие высокого давления не доказывает конкретной величины утечек. Для их количественной оценки требуются самостоятельные данные о расходе воздуха и условиях работы сети.
При определении обоснованной уставки необходимо учитывать возможность такого взаимного влияния, не подменяя измерения предположением о гарантированном сокращении утечек.
Почему избыточные потери давления в фильтрах повышают потребление
Фильтры системы сжатого воздуха создают сопротивление движению потока. Поэтому давление до фильтра и после него может различаться.
Если падение давления становится избыточным, конечный потребитель получает воздух с меньшим давлением при прежних условиях на стороне компрессорной станции.
Чтобы сохранить необходимое давление у потребителя, эксплуатация системы может потребовать повышения станционной уставки.
Так возникает причинная связь между состоянием фильтра и электрическим потреблением компрессоров.
При увеличении уставки возрастает работа сжатия при сопоставимых условиях. Следовательно, дополнительное сопротивление фильтра может приводить к увеличению энергетических затрат всей системы.
Однако обнаруженное падение давления на фильтре нельзя автоматически признавать полностью необязательным.
Необходимо определить фактическую разность давлений и сопоставить её с допустимыми условиями работы соответствующего элемента.
Только после такой проверки можно установить, имеется ли избыточная составляющая, которая вынуждает поддерживать повышенное давление компрессорной станции.
Как проверить падение давления в фильтрах
Для проверки необходимо определить давление до и после рассматриваемого фильтра в одном рабочем режиме.
Разность характеризует падение давления на данном элементе:
Δpф = pдо − pпосле.
При этом измерения должны относиться к сопоставимому расходу воздуха.
Если показатели получены при существенно различной производственной нагрузке, изменение перепада может быть связано не только с состоянием фильтра, но и с изменением количества проходящего воздуха.
Поэтому необходимо сопоставить фактическое падение давления с режимом работы сети.
Если подтверждено избыточное сопротивление, следующим шагом становится определение его влияния на необходимую уставку компрессорной станции.
Если такой связи нет либо давление на станции определяется другим более требовательным условием, нельзя автоматически считать всю разницу давления на фильтре эквивалентной возможному снижению станционной уставки.
Следовательно, результат проверки должен характеризовать не только сам перепад, но и его влияние на обеспечение конечных потребителей.
Как учитывать потери давления по магистралям
Магистральная сеть обеспечивает передачу сжатого воздуха от компрессорной станции к конечным потребителям.
При движении воздуха возникают падения давления, поэтому разные точки системы могут работать при различных значениях.
Для определения необходимой станционной уставки требуется установить потери на пути к потребителям, предъявляющим наиболее высокие требования к давлению.
Если давление контролируется только возле компрессорной станции, невозможно достоверно определить, какой уровень фактически поступает к наиболее удалённому или требовательному потребителю.
Поэтому необходимы данные о падениях давления по соответствующим магистралям.
При этом следует учитывать, что потери могут изменяться в зависимости от фактического расхода воздуха.
Если измерения сделаны при небольшой нагрузке, они не обязательно характеризуют ситуацию с максимальным требуемым расходом.
Поэтому давление необходимо сопоставлять с условиями, существенными для устойчивой работы конечного оборудования.
Только после этого возможно определить, какая составляющая станционной уставки необходима для компенсации сетевых потерь.
Как установить наиболее требовательного потребителя
Разные конечные потребители могут предъявлять разные требования к давлению сжатого воздуха.
Для каждого существенного потребителя необходимо установить минимально необходимое давление при выполнении соответствующей технологической функции.
Затем определяют падение давления от компрессорной станции до его точки подключения в характерных условиях работы.
Потребитель, требующий наибольшего значения давления на стороне источника с учётом пути подачи, определяет одно из основных ограничений возможного снижения станционной уставки.
При этом наиболее требовательный потребитель не обязательно расположен дальше остальных.
Необходимо учитывать одновременно требуемое рабочее давление и потери на соответствующем пути подачи воздуха.
Если потребитель имеет сравнительно высокое требование, но малые сетевые потери, его условия могут отличаться от оборудования с меньшим требуемым давлением и большим падением по магистрали.
Поэтому нельзя выбирать критическую точку только по удалённости или только по паспортному требованию давления.
Решение должно основываться на совокупности подтверждённых данных.
Как определить обоснованную станционную уставку
Для каждого значимого потребителя необходимо сопоставить необходимое давление и падение давления на пути от компрессорной станции.
В упрощённой расчётной постановке требуемый уровень давления на стороне источника для конкретного потребителя выражается следующим образом:
pист,треб = pпотр,треб + Δpпути,
где pпотр,треб — необходимое давление у потребителя, Δpпути — падение давления на соответствующем пути подачи.
Такое соотношение должно применяться к согласованной границе и рабочему режиму.
Если для разных потребителей необходимы разные значения, станционную уставку нельзя определять только по наиболее низкому требованию.
Необходимо учитывать наиболее ограничивающее условие среди фактически действующих потребителей.
При этом следует проверить, какие части падения давления действительно необходимы для работы сети, а какие связаны с избыточным сопротивлением, в том числе в фильтрах.
Если дополнительное падение устранимо, первоначально требуемое давление станции может оказаться завышенным.
Однако окончательная уставка должна обеспечивать устойчивую работу наиболее требовательного процесса. Её нельзя снижать только ради получения расчётной экономии.
Как отличить завышенную уставку от необходимости компенсировать потери сети
Одинаково высокое давление на выходе компрессорной станции может иметь разные причины.
В первой ситуации давление действительно выше необходимого уровня с учётом требований потребителей и нормальных условий передачи воздуха.
Во второй ситуации станция поддерживает повышенное давление, поскольку часть напора теряется в магистралях и фильтрах.
Для разграничения необходимо установить давление у конечных потребителей, рабочее давление станции и фактические падения по соответствующим участкам.
Если у самого требовательного потребителя имеется достаточный запас давления, необходимо проверить, какая часть этого запаса действительно необходима.
Если давление у потребителя находится возле необходимого уровня, но на станции поддерживается существенно более высокое значение, основное внимание следует уделить падениям давления на пути подачи.
При этом повышенное значение на выходе станции нельзя сразу признать необоснованным без подтверждения требований конечного оборудования.
И наоборот, наличие потерь по магистрали не означает, что все они являются неизбежными.
Таким образом, необходимо различать необязательный запас уставки и дополнительное давление, которым система компенсирует избыточные сопротивления.
Как фильтры и станционная уставка могут действовать совместно
Возможна ситуация, когда одновременно присутствуют избыточное падение давления в фильтрах и завышенная станционная уставка.
Дополнительное сопротивление увеличивает разницу между давлением источника и давлением у потребителя.
На этом фоне система может эксплуатироваться с повышенной уставкой, чтобы обеспечить необходимое давление в наиболее требовательной точке.
Если при этом установленный уровень превышает действительную потребность даже с учётом фактических потерь, присутствует ещё одна возможная составляющая избыточного давления.
Для технического вывода необходимо разграничить эти обстоятельства.
Сначала устанавливают необходимое давление потребителя.
Затем определяют реальные падения давления в фильтрах и магистралях.
После этого сопоставляют рассчитанное необходимое давление источника с действующей уставкой.
Если часть потерь может быть обоснованно уменьшена, расчёт необходимой уставки следует повторить для изменённого состояния сети.
При этом нельзя дважды учитывать одно и то же уменьшение давления в прогнозе энергетического эффекта.
Если корректировка сопротивления фильтра уже учтена в снижении требуемой уставки, соответствующий результат не следует повторно включать как независимую экономию от снижения давления.
Как сопоставить энергетические результаты при разных уставках
После определения технически допустимых вариантов давления необходимо установить их влияние на электрическое потребление компрессорной станции.
Для этого используют данные мощности при разных уставках и сопоставимых производственных условиях.
Если компрессоры работают в нескольких режимах, необходимо учитывать фактическую продолжительность соответствующих состояний.
Изменение мощности в одной точке не обязательно равно изменению среднего потребления за полный рабочий период.
Поэтому энергетический результат должен учитывать распределение фактической работы компрессоров во времени.
Если при снижении давления изменился расход воздуха через утечки, влияние этого изменения необходимо рассматривать совместно с изменением работы сжатия.
Если одновременно изменились производственные потребности, необходимо отделить их влияние от результата изменения уставки.
В итоге необходимо определить не просто величину снижения давления, а изменение электрического потребления при сохранении требуемых технологических условий.
Если сопоставимых измерений нет, количественная экономия остаётся предварительной.
Почему нельзя рассчитывать экономию только по разнице давления
Разница между исходной и предлагаемой уставками не является непосредственно количеством сэкономленной электроэнергии.
Для перехода к энергетическому результату необходима зависимость электрической мощности компрессоров от фактического давления и режима работы.
Если станция работает при переменной нагрузке, эта зависимость может иметь различное значение для разных производственных интервалов.
Кроме того, изменение давления может влиять на интенсивность утечек и тем самым изменять потребность в подаче воздуха.
Поэтому применение одного произвольного коэффициента экономии на единицу снижения давления без обоснования для конкретной станции не обеспечивает достоверного результата.
Необходимо использовать доступные характеристики оборудования или фактические измерения при сопоставимых условиях.
При недостатке данных допустимо установить направление возможного энергетического влияния, но нельзя утверждать конкретный процент экономии.
Как проверить совместимость исходных измерений
Для технической оценки необходимо убедиться, что показатели давления и электрической мощности относятся к согласованным границам системы.
Если давление измеряется у компрессора, а электрическая мощность относится к нескольким агрегатам, необходимо установить, какие компрессоры фактически работали в соответствующий момент.
Если падение давления по магистрали определялось при одной нагрузке, а электрическая мощность — при другой, прямое сопоставление может оказаться некорректным.
Важно также использовать одинаковую основу измерения давления и сопоставимые временные интервалы.
Если уставка изменялась, необходимо учитывать фактическое давление, а не только предусмотренное значение настройки.
При переменной производственной потребности следует выделять сопоставимые рабочие состояния либо обоснованно учитывать различие нагрузки.
Без такой проверки наблюдаемая разница мощности может быть ошибочно приписана изменению давления, хотя часть её связана с другими эксплуатационными условиями.
Как учитывать измерительную неопределённость
Измерительная неопределённость — это характеристика ограниченной точности определения измеряемой величины.
При анализе давления она влияет на достоверность показаний компрессорной станции, конечных потребителей и перепадов на отдельных участках сети.
Если падение давления определяется разностью двух измеренных значений, точность каждого из них влияет на точность полученного результата.
Это особенно существенно, если предполагаемая избыточная составляющая невелика.
Отдельно необходимо учитывать неопределённость измерения электрической мощности и сопоставимости рабочих режимов.
Если различие мощности при двух уставках мало относительно неопределённости измерений и изменения нагрузки, подтвердить количественный энергетический эффект может быть затруднительно.
Поэтому в итоговом расчёте следует разграничивать фактически измеренные значения, расчётные составляющие давления и предполагаемый энергетический результат.
Наличие точных чисел в формуле не доказывает высокой достоверности, если исходные измерения относятся к несопоставимым условиям.
Что делать при недостатке исходных данных
Если известно только давление компрессорной станции, невозможно обоснованно определить, является ли оно завышенным относительно требований конечных потребителей.
Если требования потребителей известны, но отсутствуют измерения падения давления по магистралям, нельзя достоверно определить необходимую станционную уставку.
Если имеются показатели давления на входе и выходе сети, но неизвестен перепад на фильтрах, невозможно установить вклад соответствующих элементов в суммарное сопротивление.
Если давление измерено при одной нагрузке, но неизвестно его распределение при наиболее требовательном производственном режиме, допустимость снижения уставки остаётся неподтверждённой.
Если отсутствуют данные об электрической мощности при разных уставках, нельзя достоверно определить количественную экономию от предполагаемого изменения давления.
Если не установлено влияние изменённого давления на утечки, нельзя автоматически включать предполагаемое сокращение их расхода в итоговую энергетическую оценку.
В каждом случае необходимо указать, какой показатель отсутствует и какой технический вывод из-за этого невозможен.
Недостаток данных не следует компенсировать неподтверждёнными универсальными процентами экономии или условным назначением оптимального давления.
Как проверить устойчивую работу наиболее требовательного процесса
Главное условие изменения уставки — сохранение необходимого давления у конечного оборудования при фактической производственной нагрузке.
Для этого необходимо определить процесс, предъявляющий наиболее ограничивающие требования к давлению с учётом потерь на пути подачи.
Затем устанавливают допустимый режим его работы и проверяют давление в соответствующей точке.
Если рассматривается снижение станционной уставки, необходимо подтвердить, что после такого изменения давление у потребителя остаётся достаточным.
При этом проверка только в период минимального расхода может быть недостаточной. Необходимо учитывать производственные условия, при которых потери давления по сети становятся значимыми для работы требовательного оборудования.
Если необходимое давление не обеспечивается, предложенное снижение уставки нельзя считать допустимым.
Если устойчивость работы подтверждена, можно переходить к оценке электрического результата при соответствующих условиях.
Таким образом, энергетическое снижение нагрузки компрессорной станции не должно достигаться за счёт нарушения нормальной работы производственного процесса.
Как оформить результат технического анализа
Итоговый материал должен содержать сопоставление рабочего давления компрессорной станции с требованиями конечных потребителей.
Затем необходимо показать подтверждённые падения давления по магистралям и на фильтрах.
На этой основе определяют, какая уставка действительно необходима для обеспечения наиболее требовательного процесса.
Если обнаружено дополнительное сопротивление фильтров, необходимо установить, вынуждает ли оно поддерживать повышенное давление источника.
Если действующая уставка превышает обоснованное значение, следует оценить влияние возможного изменения на электрическую мощность компрессоров.
При этом расчёт должен соответствовать фактической нагрузке и продолжительности рабочих режимов.
Если снижение давления влияет на интенсивность утечек, этот фактор необходимо рассматривать отдельно от работы сжатия, исключая повторный учёт одного энергетического результата.
Если данные не позволяют определить одну из составляющих, соответствующее ограничение следует сохранить в заключении.
Результат должен позволять проверить не только возможную экономию, но и техническую допустимость предлагаемой уставки.
Какой результат должна дать оценка давления в сети
Результатом является обоснованный уровень давления компрессорной системы, определённый с учётом требований конечных потребителей и фактических потерь по сети.
Анализ должен показать, какая часть действующей станционной уставки необходима для обеспечения технологического процесса и какая может представлять собой необязательную добавку.
Отдельно необходимо установить влияние фильтров. Избыточное падение давления на них способно вынуждать повышать станционную уставку, хотя причина дополнительных энергетических затрат находится в распределительной сети.
Если давление выше технически необходимого, можно определить возможное снижение работы сжатия и учесть изменение интенсивности утечек в пределах подтверждённых данных.
Если электрическая мощность при разных уставках не измерена и нет достаточной расчётной основы, количественная экономия остаётся неподтверждённой.
Если требования наиболее чувствительного производственного процесса неизвестны, нельзя обоснованно считать снижение давления безопасным для его работы.
Главный вывод: давление компрессорной станции необходимо определять по требованиям конечных потребителей с учётом потерь в магистралях и фильтрах. Завышенная уставка увеличивает работу сжатия и часто усиливает утечки воздуха. Но повышенное давление на станции может быть связано не только с необязательной настройкой, а также с избыточным сопротивлением фильтров и других участков сети. Для доказательного решения необходимо сопоставить давление у потребителя, падения в сети и электрическую мощность компрессоров при разных уставках. Снижение давления допустимо только при подтверждённой устойчивой работе наиболее требовательного технологического процесса.