OPTIMIRANJE DISTRIBUCIJE ZRAKA V PNEVMATSKEM ...Magistrsko delo OPTIMIRANJE DISTRIBUCIJE ZRAKA V...
Transcript of OPTIMIRANJE DISTRIBUCIJE ZRAKA V PNEVMATSKEM ...Magistrsko delo OPTIMIRANJE DISTRIBUCIJE ZRAKA V...
-
Magistrsko delo
OPTIMIRANJE DISTRIBUCIJE ZRAKA V
PNEVMATSKEM OMREŽJU OBRATA DROGE
KOLINSKA
Študentka: Marjana STIPLOVŠEK
Študijski program:
Strojništvo
2. stopnje
Smer: Proizvodne tehnologije in sistemi
Mentor: doc. dr. Uroš ŽUPERL
Maribor, junij 2012
-
- II -
-
- III -
-
-IV-
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Urošu Župerlu za
pomoč in vodenje pri opravljanju magistrskega dela.
Zahvaljujem se mag. Aljažu Čohu, mag. Zorku
Terpinu, sodelavcu Francu Furmanu in vsem ostalim
sodelavcem, ki so mi bili pripravljeni pomagati.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi v času študija
stali ob strani.
-
-V-
KAZALO
1 UVOD .................................................................................................................................... 1
1.1 Opis splošnega področja magistrskega dela ................................................................. 1
1.2 Namen in cilji ............................................................................................................... 2
2 PREGLED STANJA OBRAVNAVANE PROBLEMATIKE ......................................... 3
2.1 Kratek opis obrata Droga Kolinska Rogaška Slatina ................................................... 4
3 LASTNOSTI UPORABLJENIH KOMPRESORJEV ..................................................... 5
3.1 Vzdrževanje kompresorjev ........................................................................................... 6
4 PROIZVODNJA IN DISTRIBUCIJA KOMPRIMIRANEGA ZRAKA V OBRATU
DROGA KOLINSKA ROGAŠKA SLATINA .................................................................. 8
4.1 Analiza kompresorske postaje ...................................................................................... 8
4.2 Vijačni kompresor GARDNER DENVER VS-70 ....................................................... 8
4.3 Kompresor ATLAS COPCO GA-45 .......................................................................... 10
4.4 Tlačna posoda ............................................................................................................. 11
4.5 Sušilec zraka s hladilnikom DE 225 ID ..................................................................... 12
4.6 Sušilni stroj ................................................................................................................. 12
4.7 Prezračevanje kompresorske postaje .......................................................................... 13
4.8 Prezračevanje kompresorske postaje v podjetju Droga Kolinska .............................. 17
4.9 Razvod komprimiranega zraka v obratu Droga Kolinska Rogaška Slatina ............... 17
4.10 Porabniki komprimiranega zraka v obratu Droga Kolinska Rogaška Slatina ............ 18
4.11 Porabniki komprimiranega zraka po posameznih linijah ........................................... 18
4.12 Skupna poraba komprimiranega zraka po linijah ....................................................... 20
4.13 Delovne ure kompresorja ........................................................................................... 20
4.14 Delovne ure linij ......................................................................................................... 20
5 DOLOČANJE IZGUB KOMPRIMIRANEGA ZRAKA ZNOTRAJ
PNEVMATSKEGA OMREŽJA ...................................................................................... 21
5.1 Metode določanja izgub komprimiranega zraka znotraj pnevmatskega omrežja ...... 21
5.2 Izračun izgub zaradi netesnosti omrežja (puščanje omrežja) ..................................... 21
5.3 Letni stroški komprimiranega zraka ........................................................................... 22
5.4 Test netesnosti z metodo merjenja časa praznjenja in polnjenja omrežja .................. 22
5.5 Določanje izgub komprimiranega zraka z merjenjem zvočnih emisij ....................... 23
6 REZULTATI ...................................................................................................................... 25
-
-VI-
6.1 Rezultati meritev izgub komprimiranega zraka z ultrazvočnim detektorjem ............ 25
6.2 Rezultati detekcije meritev izgub komprimiranega zraka z ultrazvočnim
detektorjem ........................................................................................................................... 29
7 DISKUSIJA ........................................................................................................................ 32
8 SKLEP ................................................................................................................................ 39
9 LITERATURA IN VIRI ................................................................................................... 41
Priloga 1: Podatki o ceveh ................................................................................................... 42
Priloga 2: Cevovod hitrosti .................................................................................................. 51
Priloga 3: Cevovod premeri in dolžine ................................................................................ 53
KAZALO SLIK
Slika 3.1: Vijačni kompresor ...................................................................................................... 5
Slika 4.1: Kompresorska postaja s kompresorjema Atlas Copco GA-45 in Gardner Denver
VS .............................................................................................................................. 8
Slika 4.2: Tlačna posoda .......................................................................................................... 11
Slika 4.3: Sušilnik zraka za stroj Donaldson Ultrapac ALD 0225 SP ..................................... 13
Slika 4.4: Prezračevanje s kanalom .......................................................................................... 15
Slika 4.5: Diagram-presek kanala za prezračevanje kompresorja v odvisnosti od nazivne
moči kompresorja ..................................................................................................... 15
Slika 5.1: Primer opravljanja meritve z detektorjem UP 100SC-P .......................................... 24
Slika 6.1: Mesto puščanja št. 22 ............................................................................................... 29
Slika 6.2: Mesto puščanja št. 64 ............................................................................................... 30
Slika 6.3: Mesto puščanja št. 71 ............................................................................................... 30
Slika 6.4: Mesto puščanja št. 74 ............................................................................................... 31
KAZALO PREGLEDNIC
Preglednica 5.1: Tehnični podatki za kompresor Gardner Denver VS 70 ................................ 9
Preglednica 5.2: Tehnični podatki za kompresor Atlas Copco GA 45 ................................... 10
Preglednica 5.3: Tehnični podatki za tlačno posodo ............................................................... 12
Preglednica 5.4: Tehnični podatki sušilca zraka ..................................................................... 12
Preglednica 5.5: Tehnični podatki za sušilnik zraka ............................................................... 13
-
-VII-
Preglednica 6.1: Rezultata meritve časa praznjenja in polnjenja omrežja s komprimiranim
zrakom .......................................................................................................... 23
Preglednica 7.1: Seznam merilnih mest in jakost puščanja .................................................... 26
-
-VIII-
OPTIMIRANJE DISTRIBUCIJE ZRAKA V PNEVMATSKEM OMREŽJU
OBRATA DROGE KOLINSKE
Ključne besede: kompresorska postaja, pnevmatsko omrežje, optimiranje distribucije
komprimiranega zraka, komprimiran zrak, ultrazvočni detektor puščanj
UDK klasifikacija: 681.521.35(043.2)
POVZETEK
V magistrskem delu je predstavljen problem prevelike porabe količine komprimiranega zraka,
ki je nastal zaradi izgub znotraj pnevmatskega omrežja, v proizvodnem obratu Droga
Kolinska v Rogaški Slatini. Prevelike izgube komprimiranega zraka znotraj pnevmatskega
omrežja nastajajo zaradi slabega tesnjenja na celotnem pnevmatskem omrežju in povzročajo
večjo obremenitev kompresorske postaje, povečanje stroškov električne energije in povečanje
stroškov vzdrževanja. Delo vsebuje predstavitev kompresorske postaje, obstoječe težave in
izvedene ukrepe, ki bodo izboljšali delovanje kompresorske postaje in s katerimi bomo dosegli
optimizacijo distribucije komprimiranega zraka. Za ugotavljanje kritičnih mest netesnosti v
pnevmatskem omrežju in za določanje količine izgub komprimiranega zraka smo uporabili
metodo odkrivanja puščanj z uporabo ultrazvočnega detektorja. Po določitvi kritičnih mest,
na katerih nastajajo največje izgube komprimiranega zraka, smo se odločili za zamenjavo le-
teh komponent pnevmatskega omrežja in temu primerno izdelali nov načrt kurativnega in
preventivnega vzdrževanja. Z zmanjšanjem izgub smo dosegli manjšo porabo električne
energije, razbremenili kompresorsko postajo, posledično zmanjšali dolgoročne stroške
vzdrževanja in optimirali distribucijo komprimiranega zraka.
-
-IX-
OPTIMIZING THE DISTRIBUTION OF AIR IN THE PNEUMATIC
NETWORK INSTALLATION OF DROGA KOLINSKA
Key words: air-compressor, compressed air pipeline network, optimizing the distribution of
compressed air, compressed air, ultrasonic detector
ABSTRACT
Problem of over-consumption of compressed air which is caused by excessive compressed air
leakage in pipeline network in company Droga Kolinska, Rogaška Slatina is presented and
the possible solutions are given. Losses of compressed air caused by poor pipeline sealing
lead to overloading of the air-compressors, increasing energy consumption and the cost of
maintenance. The main purpose of this work is detection of the critical points of excessive
compressed air leakage by ultrasonic detector and secondly to determine the amount of
leaked compressed air. The collected data are needed to set a new configuration of the
pipeline network and air-compressors in order to optimize the distribution of compressed air.
Maintenance plan with corrective and preventive actions is made. The optimization of
compressed air distribution reduces the general maintenance and energy costs.
-
-X-
UPORABLJENI SIMBOLI
dB decibel
Vp puščanje
Vk kapaciteta kompresorja
T čas poljenja omrežja
t čas praznjenja omrežja
-
-XI-
UPORABLJENE KRATICE
FS Fakulteta za strojništvo
ISO International Organisation for Standardization
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-1-
1 UVOD
1.1 Opis splošnega področja magistrskega dela
V vsakem sodobnem proizvodnem procesu, ki vsebuje kompresorske postaje, je potrebno
zagotoviti optimalne pogoje delovanja postroja ob stalnem ekonomskem pritisku
zmanjševanja stroškov in doseganju boljših rezultatov, saj je dovolj velik ekonomski učinek
bistven za uspešnost delovanja vsakega podjetja. Poleg globalnih gospodarskih razmer, vpliva
na način delovanja podjetja tudi ekološki trend zmanjševanja porabe električne energije in
posledično imata oba vidika vpliv na pojav sprememb v proizvodnem procesu. Kakšne
spremembe in v kolikšni meri jih bo podjetje apliciralo, je odvisno od številnih vplivnih
faktorjev, kot so: cena in trend gibanja električne energije v prihodnosti, odkrivanje največjih
porabnikov električne energije, ugotavljanje nepravilnosti pri konfiguraciji pnevmatskega
omrežja in predvsem ugotavljanje izgub ter njihovo nadaljnje preprečevanje.
Preprečevanje izgub v kakršnikoli obliki je osnovni način zmanjševanja ekonomskega
učinka in slabšega poteka proizvodnega procesa. Ravno tako velja, da je električna energija
znana kot največji strošek v industriji. Ob upoštevanju vseh sodobnih smernic razvoja
industrije in osveščenosti vpliva na okolje, pa moramo vseeno dosegati ustrezne delovne
rezultate. V obratih, kjer se nahaja pnevmatsko omrežje, po katerem poteka razvod
komprimiranega zraka, je potrebno za racionalno porabo količine komprimiranega zraka
skrbeti iz več vidikov. Potrebno je:
ustrezna konfiguracija pnevmatskega omrežja,
zagotoviti, da so na omrežju prisotne le najmanjše možne izgube,
da se omrežje ustrezno vzdržuje,
da je zrak ustrezno pripravljen,
da je tlačna posoda ustrezno dimenzionirana,
da je kompresorska postaja ustrezno konfigurirana,
da s kombinacijo vsega naštetega dosegamo optimalno distribucijo komprimiranega
zraka po celotnem omrežju ob racionalni porabi električne energije.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-2-
1.2 Namen in cilji
Namen tega magistrskega dela je bila analiza trenutnega stanja kompresorske postaje,
definiranje problema izvora izgub komprimiranega zraka, reševanje problema netesnosti
pnevmatskega omrežja, določanje količine izgub količine komprimiranega zraka ter s tem
povezanih stroškov porabe električne energije.
Kot cilj smo definirali optimiziranje procesa razvoda komprimiranega zraka znotraj
pnevmatskega omrežja in s tem zmanjšanje stroškov električne energije. Za doseganje tega
cilja, smo uporabili meritve zvočnih emisij z ultrazvočnim detektorjem, določanje količine
izgub z računsko metodo in na podlagi rezultatov meritev določili takojšnje sanacijske ukrepe.
Ugotovili smo, da znašajo računske izgube komprimiranega zraka 55,17%, kar se od dejansko
izmerjenih izgub razlikuje za 8%. Izračun in meritve potrjujejo predpostavko, da so obstoječe
izgube prevelike in da je bilo potrebno opraviti test netesnosti, s katerim smo natančno
določili mesta nastanka izgub in njihovo količino. Odkritih je bilo več kot 100 mest puščanja.
Z zamenjavo kritičnih elementov pnevmatskega omrežja bomo dosegli optimizacijo
distribucije komprimiranega zraka, zmanjšanje izgub in zmanjšanje porabe električne energije
ter vzpostavitev novega načrta vzdrževanja.
V okviru tega projekta je bilo izvedeno:
ugotavljanje trenutnega stanja pnevmatskega omrežja, kompresorskih postaj in porabe
električne energije,
ugotavljanje prevelikih izgub količine komprimiranega zraka,
izvajanje testa netesnosti in s tem natančno določanje izgub po komponentah
pnevmatskega omrežja,
določitev nujnih vzdrževalnih ukrepov,
prilagajanje načrta vzdrževanja ob upoštevanju novih ukrepov.
oblikovanje predvidenih prihrankov pri stroških električne energije zaradi
uveljavljanja izboljšav.
Z namenom dolgoročne izboljšave distribucije komprimiranega zraka in delovanja
kompresorske postaje, smo predlagali posodobitev krmiljenja kompresorjev, avtomatizacijo
delovanja in računalniško integracijo proizvodnje.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-3-
2 PREGLED STANJA OBRAVNAVANE PROBLEMATIKE
Komprimirani zrak ima široko področje uporabe v industriji, saj se uporablja kot proizvodno
sredstvo ali kot nosilec energije, vendar ima ta univerzalnost visoko ceno. Visoka cena
proizvodnje in ustrezne priprave komprimiranega zraka za potrebe proizvodnega procesa je
vezana na dejstvo, da je osnovni vir energije za pogon kompresorskih postaj električna
energija. Visoko ceno proizvodnje komprimiranega zraka podpre tudi dejstvo, da se 10%
celotne porabe električne energije v industriji porabi za ta namen [2].
Cena električne energije za porabnike v industriji narašča in takšen je tudi pričakovani
trend v prihodnosti ne glede na kratkotrajna znižanja cene dobave električne energije. Stalno
naraščanje cene električne energije v industriji zahteva optimiranje delovanja kompresorskih
naprav in razvoda komprimiranega zraka po omrežju ter odpravo nepotrebnih izgub, kar je
razvidno iz več različnih virov [1], [2], [5], [9]. Z zmanjšano porabo električne energije, ki
predstavlja glavni vir energije za pogon kompresorskih postaj, in hkratno optimizacijo
proizvodnje komprimiranega zraka, dosežemo nižje obratovalne stroške in večji izkoristek
celotnega proizvodnega sistema. To je osnovno vodilo pri vseh procesih priprave in
distribucije komprimiranega zraka ne glede na namen porabe le-tega. Pomembno področje pri
smotrni rabi komprimiranega zraka je tudi preprečevanje izgub znotraj omrežja. Prvi
pokazatelj je povečana poraba električne energije zaradi povečanega časa obratovanja in
obremenitve kompresorske postaje, ki mora vedno zagotoviti zadostno količino
komprimiranega zraka porabnikom. Če to traja dalj časa, ima vpliv na večjo možnost okvare
kompresorske postaje, napake pri delovanju porabnikov in nezaželene povečane vse stroške
povezane s tem. Kakšno količino komprimiranega zraka izgubljamo znotraj omrežja,
najpogosteje preverimo:
z delnim ali celotnim energetskim pregledom kompresorske postaje in porabnikov
z uporabo metode ultrazvočnega določanja zvočnih emisij za ugotavljanje mesta in
količine puščanja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-4-
2.1 Kratek opis obrata Droga Kolinska Rogaška Slatina
Sektor operacije Rogaška oz. »polnilnica mineralnih vod in brezalkoholnih pijač« je sestavni
del Droge Kolinske, d.d. od leta 1995, ko je Kolinska d.d. iz Ljubljane kupila tedanje Rogaške
vrelce.
Leta 2005 je prišlo do združitve dveh velikih živilskih družb Kolinske in Droge iz
Portoroža. Nastala je nova družba Droga Kolinska, d.d. s tem smo pridobili mnoge znane
blagovne znamke in razširili prodajne možnosti ne samo na Balkanskem prostoru, ampak
praktično po vsej Evropi. V letu 2010 pa je prišlo do prodaje Droge Kolinske Atlantic Grupi s
sedežem v Zagrebu. Ponovno je prišlo do povečanja števila pomembnih blagovnih znamk, ki
se prodajajo po vsej Evropi in tudi širše. V Rogaških vrelcih (Sektor Operacije Rogaška)
polnimo naslednje vode in pijače:
Tempel,
Donat Mg,
Tiha,
Cockta Clasic,
Cockta z aromami (Cockta Limeta, Cockta Rdeča pomaranča, Cockta Rossa),
Cockta Easy (Cockta brez sladkorja),
Jupi,
proizvodi blagovne znamke Multipower, ki jih proizvajamo za nemško tržišče, od
koder se tržijo predvsem v fitness studijih.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-5-
3 LASTNOSTI UPORABLJENIH KOMPRESORJEV
Kompresorja Atlas Copco GA 45 in Gardner Denver VS-70 sodita med vijačne kompresorje
in sta bila vgrajena v proizvodni obrat zaradi svojih lastnosti, ki ustrezajo potrebam
proizvodnje komprimiranega zraka za oskrbo porabnikov. Primerni so za širše področje
obratovanja, za manjše in srednje pretoke, kot tudi za nizke in srednje tlake in se tudi lažje
prilagajajo različnim potrebam po količini komprimiranega zraka. Za dinamično
spreminjajoče se potrebe po komprimiranem zraku, lahko pogonski motor opremimo s
frekvenčno regulacijo vrtljajev, kot tudi z napravo za mehki pogon, vendar le takrat ko nam
proizvajalec to dovoljuje! Najboljša je tovarniška vgradnja frekvenčnega pretvornika, saj sta v
tem primeru kompresor in frekvenčnik prirejena tako, da se izogneta resonančnemu območju
kar najhitreje! Sicer pa so klasični vijačni kompresorji, prirejeni le za določeno število
vrtlajev / min .
Slika 3.1: Vijačni kompresor [2]
Pri bolj ali manj konstantni porabi zraka, kjer ni intervalov brez porabe komprimiranega
zraka obstaja možnost, da tlačni rezervoar ni potreben. Kompresorji se v tem primeru
vklapljajo v skladu s potrebami proizvodnje.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-6-
3.1 Vzdrževanje kompresorjev
Iz stališča zagotavljanja nemotenega delovanja vseh elementov kompresorske postaje, je
potrebno poskrbeti za redno in temeljito vzdrževanje. Za učinkovito in varno obratovanje
kompresorjev se je izkazalo, da je vodenje evidence o vzdrževalnih pregledih in posegih
velikega pomena za spremljanje stanja kompresorske postaje in planiranje vzdrževalnih
ukrepov, zato predlagamo redne vzdrževalne preglede in vodenje evidence o naslednjih
podatkih1:
popis obratovalnih ur posamičnih kompresorjev,
popis stanja glavnih ležajev,
ugotavljanje vpliva vibracij na vse vitalne dele kompresorja,
opis režima delovanja kompresorske postaje,
popis stanja razvoda komprimiranega zraka,
redni nadzor kakovosti komprimiranega zraka,
redno preverjanje ustreznosti priprave zraka,
popis temperatur zraka,
popis stanja odvajanja kondenza,
popis stanja čistoče kompresorja,
vodenje evidence o zamenjanih elementih razvoda,
popis tlaka,
popis porabe elektrčne energije po odjemalcih,
stanje filtrov,
podatki o porabi olja za mazanje .
Podatki o stanju filtrov in mazanju kompresorjev so življenjskega pomena, zato
moramo temu segmentu vzdrževanja nameniti posebno pozornost. Zahteve mazanja so
odvisne od tipa kompresorja. Pomembno je uporabljati olje, ki ga je predpisal proizvajalec v
priporočenih količinah in hkrati voditi zapiske o porabi olja in obratovalnih urah kompresorja.
Pri menjavi olja je potrebno upoštevati navodila proizvajalca. Pri obratovanju je potrebno
paziti, da temperatura olja med obratovanjem ne preseže temperature vžiga, ki je nekje pri
temperaturah 210⁰C. Večina novejših kompresorjev ima vgrajeno varovanje pred visoko
temperaturo [1], [2], [9].
1 Priporočila povzeta po [2],[3].
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-7-
Mazanje kompresorjev je potrebno za doseganje:
Zanesljivega obratovanja
Nizkih vzdrževalnih stroškov
Najmanjše porabe energije
Najmanjših stroškov za mazanje
Največje varnosti
Vloga mazalnega sredstva je kompleksna:
Ločuje dele ki med seboj drsijo
Odnaša toploto proizvedeno s trenjem
Odstranjuje nečistoče, kot tudi ostanke obrabe
Zmanjšuje obrabo
Zmanjšuje izgube zaradi trenja in potrebno moč za pogon
Zmanjšuje puščanje zraka
Ščiti dele pred korozijo
Mazalna sredstva se lahko pokvarijo:
Če pridejo v stik s prahom in umazanijo
Če pride v stik z vlago
Pri ekstremnih temperaturah
Pri mešanju različnih olj
Slednje okoliščine vplivajo tudi na varnost delovanja kompresorjev in zmanjšujejo
možnost nastanka izgub.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-8-
4 PROIZVODNJA IN DISTRIBUCIJA KOMPRIMIRANEGA
ZRAKA V OBRATU DROGA KOLINSKA ROGAŠKA
SLATINA
4.1 Analiza kompresorske postaje
V kompresorski postaji sta montirana kompresorja za proizvodnjo komprimiranega zraka.
Nizkotlačni kompresor ( 700 kPa ) ATLAS COPCA GA 45 in srednjetlačni kompresor ( 1300
kPa ) GARDNER DENVER VS 70. Zrak se uporablja za pogon pnevmatskih strojev in
naprav. Zraven kompresorjev sta v kompresorski postaji še tlačna posoda in sušilec zraka.
Slika 4.1: Kompresorska postaja s kompresorjema Atlas Copco GA-45 in Gardner Denver VS
70 [4]
4.2 Vijačni kompresor GARDNER DENVER VS-70
Zmogljiv vijačni kompresor VS-70 ima direktno gnan pogon »Gardner Denver variable« z
možnostjo spreminjanja hitrosti. Kompresor ima iste lastnosti kot vsi ostali direktno gnani VS
kompresorji. S tem kompresorjem se poveča energijska učinkovitost komprimiranja zraka.
Kompresor je enostaven za uporabo in enostavno ga je vzdrževati (standardno
vzdrževanje kompresorjev). Srce VS kompresorja predstavlja variabilni pogon spreminjanja
hitrosti kompresorja. Zaradi tega lahko pride do popolnega ujemanja porabe zraka in
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-9-
kapacitete kompresorja, in se s tem izognemo neučinkovitemu delovanju kompresorja. Nova
VS serija kompresorjev omogoča, da uporabnik izbere delovni tlak med 300 in 1300 kPa na
krmilniku kompresorja »AirSmart«.
Preglednica 4.1: Tehnični podatki za kompresor Gardner Denver VS 70
Gardner
DenverModel
Max.
delovni
tlak
[kPa]
Kapaciteta
kompresorja pri
delovnem tlaku
[m3/min]
Moč
motorja
[kW]
Neto
teža
[kg]
Stopnja
hrupa
[dB]
Mere (d x š x v)
[mm]
VS 70 1300 11,6 76 1480 73 2152x1119x1900
VS serija kompresorjev prinaša:
optimalno prilagoditev delovanja kompresorja na spreminjajoči se tlak in porabo
zraka,
uporabo večine modernih »ENDURO Plus enot«,
ni transmesijskih izgub moči.
Kompresorji iz serije VS 70 so enostavni za vzdrževanje. Oblikovani so tako, da so
dostopne točke za vzdrževanje lahko dosegljive. Stranska vrata kompresorja so krilna in lahko
odstranljiva, zaradi tega je omogočen lahek dostop do vseh servisnih točk kompresorja. Z
zmanjšanjem števila premikajočih se elementov so se zmanjšali tudi stroški vzdrževanja
samega kompresorja. Poleg tega ima kompresor kontrolo temperature, ki omogoča da na
podlagi delovne temperature okolice 0 °C do +45 °C dela kompresor konstantno pri optimalni
temperaturi z najmanjšo možno porabo energije. Z uporabo kompresorja tipa VS 70 smo
pridobili:
Enduro Plus enoto
Direktni pogon kompresorja
Nizko raven hrupa
Optimiran hladilni sistem kompresorja
in s tem dosegli:
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-10-
Do 40% prihranka na energiji
Do 30% prihranka na življenjskem ciklusu kompresorja
Natančno prilagajanje porabe in tlaka zraka
Hitra prilagoditev na spremembe tlaka v omrežju
Veliko regulacijskih možnosti
4.3 Kompresor ATLAS COPCO GA-45
Kompresor GA-45 je enostopenjski, stacionarni vijačni kompresor z vbrizgom olja, gnan z
električnim motorjem GA45, kateri je zračno hlajen. Lahko pa je tudi v izvedbi GA45W,
kateri je vodno hlajen. Kompresor je zaprt v zvočno izoliranem ohišju. Na sprednji strani je
krmilna plošča oz. elektronski kontrolni modul, ki ima gumb za vklop in izklop stroja. Na njej
je tudi gumb za izklop v sili. Za krmilno ploščo je elektro omarica s starterjem motorja.
Preglednica 4.2: Tehnični podatki za kompresor Atlas Copco GA 45
Vhodni tlak zraka (absoluten) [kPa] 100
Kapaciteta kompresorja pri delovnem tlaku [m3/min] 8,04
Maksimalni tlak (neobremenjen) [bar] 7,5
Nominalni delovni tlak [kPa] 700
Temperatura izstopa zraka iz kompresorja [oC] 25
Vhodna moč [kW] 45
Kompresor Atlas Copco GA 45 je bil izbran zaradi naslednjih karakteristik:
zvezna regulacija omogoča ujemanje zračne kapacitete kompresorja z zračno porabo
med 100% in minimalnimi izgubami na izhodu,
za energetsko okrevanje kompresorja se uporablja večino proizvedene toplote v obliki
vroče vode, katera je posledica komprimiranja zraka,
kontrolirano odvajanje kondenzata je izvedeno z elektronskim sušilcem,
OSD je ločevalec, kateri loči glavne naoljene dele kompresorja od kondenzata,
WSD je ločevalec, kateri loči kondenzat od komprimiranega zraka,
na krmilniku se prikazuje stanje kompresorja od avtomatskega nadzora, prikaz
opozoril in izklopa,
sušilnikov by-pass, ki omogoča obratovanje kompresorja tako, da naredi by-pass
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-11-
(sekundarni vod) preko sušilnika v primeru popravila sušilnika.
Vzdrževanje kompresorja Atlas Copco GA 45 je omejeno na naslednja področja,
katerim po izkušnjah posvečamo posebno pozornost:
pogonski motor – Ležaje pogonskega motorja je potrebno mazati na vsakih 4000
delovnih ur. Mazalne točke so označene. Priporočena mast za mazanje ležajev:
EssoUnirex N3,
upoštevanje urnika preventivnega vzdrževanja kompresorja,
redna menjava olja - uporabljajo se lahko mineralna olja, pri čemer mora viskoznost
olja ustrezati temperaturi okolice in standardu ISO 3448;
redna menjava oljnega filtra.
4.4 Tlačna posoda
Izbrana je bila vertikalna tlačna posoda, glede na kapaciteto zagotavljanja ustrezne količine
komprimiranega zraka za zadostno oskrbo porabnikov in je opremljena z:
varnostnim ventilom z a- testom,
manometrom z razbremenilno pipico in hitro spojko,
dvema krogličnima ventiloma za vstop in izstop zraka,
cevjo za odvod kondenza,...
Slika 4.2: Tlačna posoda
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-12-
Preglednica 4.3: Tehnični podatki za tlačno posodo
Tlačna posoda
Nazivni tlak [kPa] 1000
Preizkusni tlak [kPa] 1300
Temperatura [°C] 40
Prostornina [l] 3000
4.5 Sušilec zraka s hladilnikom DE 225 ID
Sušilec zraka s hladilnikom je nepogrešljiv element pri sistemu zagotavljanja ustrezne
kakovosti komprimiranega zraka, saj kakovost zraka vpliva na ceno le-tega.
Funkcija nameščenega sušilca s hladilnikom je, znižati temperaturo zraka na temperaturo, pri
kateri vodna para iz zraka kondenzira [3] in s tem iz zraka odstraniti odvečno vlago.
Preglednica 4.4: Tehnični podatki sušilca zraka
Sušilec zraka s hladilnikom DE 225 ID
Leto izdelave 2003
Električna napetost [V] 400
Frekvenca [Hz] 50
Električni tok [A] 11
Maksimalni tlak [kPa] 1600
Temperatura okolice [°C] 5/50
Masa [kg] 610
Odvajalnik kondenza BOGE 40-2 Max. Tlak
[kPa]
800
Pretok [m3/min] 22,5
Moč motorja [kW] 30/40
4.6 Sušilni stroj
Sušilni stroj Donaldson Ultrapac ALD 0225 SP je nameščen le na liniji Z in je povezan na
polnilni stroj ter ima možnost avtomatskega zagona, s čimer omogočamo stalno zagotavljanje
ustrezne kakovosti zraka. Tip sušilca je bil izbran glede na maksimalne temperature zraka,
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-13-
maksimalno vsebnost vlage v zraku in maksimalno količino porabe zraka. Naloga sušilca
zraka je:
nadzor tlaka in temperature,
možnost napajanja 240 V DC ali 110V AC,
tlačno nadzorovan avtomatski zagon naprave.
Preglednica 4.5: Tehnični podatki za sušilnik zraka
Sušilnik zraka za stroj Donaldson Ultrapac ALD 0225 SP
Kapaciteta (pri 100/20 °C) [m3/h] 225
Povprečna poraba zraka (pri 100 kPa/20 °C)
[m3/h]
34
Slika 4.3: Sušilnik zraka za stroj Donaldson Ultrapac ALD 0225 SP [4]
4.7 Prezračevanje kompresorske postaje
Najpomembnejša zahteva za obratovanje zračno hlajenih kompresorjev je dovolj velik dovod
zraka za hlajenje. Zadosten odvod odpadne toplote mora biti zagotovljen ves čas delovanja
kompresorja. Obstaja več načinov prezračevanja, ki so odvisni od tipa in modela kompresorja
[2][12]:
Naravno prezračevanje
Prezračevanje skozi vstopne in izstopne odprtine v zidovih ali stropu brez dodatne
pomoči ventilatorja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-14-
Prisilno prezračevanje
Prezračevanje skozi vstopne in izstopne odprtine v zidovih ali stropu s pomočjo
odvodnega ventilatorja.
Prezračevanje z dovodnimi in odvodnimi kanali
Prezračevanje z ustreznim kanalskim razvodom, največkrat s pomočjo odvodnega
ventilatorja.
Pri vodno hlajenih kompresorjih je največ toplote odvedene s hladilno vodo. Preostala
toplota, ki je vnesena v prostor z motorjem kompresorja, mora biti odvedena s hladnim
zrakom. Še nekaj napotkov vezanih na pravilno namestitev kompresorja.
Vroč zrak se vedno dviguje – giblje navzgor. Za zagotovitev učinkovite izmenjave
toplote, mora biti dovodna odprtina nameščena pri tleh, odvodna pa na stropu ali na
steni tik pod stropom.
Kompresor mora biti nameščen poleg vstopne odprtine, s čimer zagotovimo dotok
svežega hladnega zraka za prezračevanje neposredno na kompresor.
Kompresor mora biti nameščen tako, da ne more vsesavati lastnega odvedenega
vročega zraka.
Vstopne odprtine ali kanali kompresorja morajo biti nameščeni tako, da ni možno
vsesavanje nevarnih primesi (npr. eksplozivnih ali kemično nestabilnih substanc).
Odvod zraka naj bo izveden preko tlačne posode (če je nameščena), kar omogoča
dodatno hlajenje zraka v posodi.
Na vstopnih odprtinah morajo biti nameščene regulacijske žaluzije, ki omogočajo
zmanjševanje pretoka zraka za prezračevanje v primeru nizkih temperatur. Če to ne
zadostuje, mora biti kompresor opremljen z lastnim grelnikom.
Pri namestitvi večjega števila kompresorjev v en prostor, je potrebno upoštevati, da
med njimi ni medsebojnega vpliva. Če kompresor vsesava izstopni zrak iz drugega
kompresorja, se bo sistem pregreval. Prezračevanje mora zagotavljati skupne potrebe
po hlajenju vseh kompresorjev. Idealno je, če ima vsak kompresor svojo lastno
vstopno odprtino, katera mora po velikosti ustrezati njegovim potrebam.
V konkretnem primeru kompresorske postaje in analize možnosti za zagotavljanje
najbolj primernega načina hlajenja, smo se odločili za prezračevanje s kanalskim razvodom.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-15-
Slika 4.4: Prezračevanje s kanalom [12]
Temperaturna razlika T med vstopom in izstopom je približno 20C. Hitrost toka v
izstopnem kanalu naj ne bi presegala 6m/s. Potrebni presek kanala je tako precej manjši kot
odprtina v steni v primeru naravnega ali prisilnega prezračevanja skozi steno.
Na spodnji sliki je prikazan diagram, iz katerega razberemo okvirne vrednosti za
potreben presek kanala glede na nazivno moč motorja obeh kompresorjev, ki je na primer: za
kompresor z nazivno močjo 120 W je potreben presek kanala 1,2 m2. Velja, da potrebni
presek kanala linearno narašča z nazivno močjo kompresorja.
Slika 4.5: Diagram-presek kanala za prezračevanje kompresorja v odvisnosti od nazivne moči
kompresorja
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-16-
Pomembne informacije glede kanalskega prezračevanja:
Vsi elementi in oblike v kanalu kot so odkloni toka, filtri, žaluzije, zavoji, T kosi in
dušilniki zvoka povzročajo povečevanje odpora toka zraka. Pri dolgih kanalih je
potrebno zato preveriti njihov presek.
Upoštevati je potrebno vse zahteve glede požarne varnosti in namestitev požarnih
loput v primeru prehoda ločenih požarnih con.
Če je kanal predolg, se lahko zgodi, da ventilator ne more premagovati dinamičnega
tlaka v kanalu. To pomeni, da se pretok zraka za hlajenje ustavi, s tem pa tvegamo
hude okvare kompresorja. V tem primeru je potrebno namestiti dodaten ventilator.
Vstopne in izstopne žaluzije ter ventilator morajo biti iz ekonomskih razlogov
nadzorovani s termostatom v kompresorski postaji.
Kanali za hlajenje nikoli ne smejo biti pritrjeni neposredno na ohišje kompresorja.
Vedno je potrebno namestiti kompenzatorje, ki preprečijo širjenje vibracij na kanalski
razvod.
Kanalski razvodi oblečeni z zvočno izolacijo sevajo manj toplote v okolici, zadušen
pa je tudi zvok, ki prihaja iz kompresorja.
Pri sistemih z več enotami, mora imeti vsak kompresor svoj vstopni in izstopni kanal.
Pri izvedbi s skupnim kanalom morajo biti vgrajene zaporne lopute, ki preprečujejo
pretok zraka iz enega kompresorja na drugega.
Dopustne temperature prostora:
Kompresor idealno deluje pri sobni temperaturi med +20⁰C in 25⁰C. Sledeče
temperature se nanašajo na batne in vijačne kompresorje.
Minimalna temperatura je +5⁰C, če temperatura pade pod 5⁰C lahko cevovodi in ventili
zmrznejo, kar lahko povzroči slabo delovanje kompresorja. Vijačni kompresorji se samodejno
izklopijo pri padcu temperature pod dovoljeno mejo. Dodatna protizmrzovalna oprema
dovoljuje padec temperature v prostoru do -10⁰C.
Maksimalna temperatura je do +40⁰C, če temperatura v prostoru naraste nad največjo
dovoljeno mejo, lahko temperatura zraka na iztopu preseže najvišjo priporočeno temperaturo.
Kakovost kompresorja se zmanjšuje, njegove komponente so podvržene višjim
obremenitvam, servisni intervali se skrajšajo. 2
2 Prezračevanje povzeto po [12]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-17-
4.8 Prezračevanje kompresorske postaje v podjetju Droga Kolinska
Prezračevanje kompresorske postaje v podjetju Droga Kolinska je izvedeno s kanalskim
razvodom. Skupna nazivna moč obeh kompresorjev znaša 124 kW. Tako, da iz diagrama na
sliki 4.5 odčitamo, da je potreben presek prezračevalnega kanala približno 1,25 m2. V podjetju
pa smo z merjenjem prezračevalnega kanala ugotovili, da je dimenzija le tega 400 mm x 1200
mm. Iz tega sledi, da je prerez prezračevalnega kanala velik 0,48 m2. Priporočen prerez pa je
1,25 m2, to se pravi, da je za 61,6 % premajhen za to nazivno moč kompresorjev. Posledica
tega je neustrezno hlajenje in pregrevanje kompresorjev. Poviša se tudi temperatura v
prostoru, zaradi neučinkovitega (in prepočasnega) odvajanja toplote iz prostora, v katerem se
nahajajo kompresorji. Problem pa je glede velikosti kompresorske postaje. Kompresorska
postaja je prevelika za prostor v katerem se nahaja. Temperatura prostora v katerem se
nahajata kompresorja je previsoka, kar pa ni priporočljivo za samo delovanje kompresorjev.
Posebej je to problem poleti, ko proizvodnja dela maksimalno, zrak je vroč, pri tem se pa
spremenijo lastnosti zraka, kar pa vpliva na delovanje kompresorjev. Kompresorja morata biti
nameščena oz. postavljena v prostor, tako da ne pride do medsebojnega vpliva. Ne sme priti
do vsesavanja izstopnega-vročega zraka drugega kompresorja, sicer pride do pregrevanja
kompresorja!
4.9 Razvod komprimiranega zraka v obratu Droga Kolinska Rogaška
Slatina
Distribucija komprimiranega zraka poteka kot je prikazano na slikah cevovoda pnevmatskega
omrežja, ki se nahajajo v Prilogi 2 in 3. Proizvodnja komprimiranega zraka se prične pri
kompresorski postaji, ki vključuje glavni kompresor Gardner Denver VS 70 in pomožni
kompresor Atlas Copco GA 45, ki se vključi, ko glavni kompresor preseže kapaciteto
delovanja 75-80%. Na to cev debeline d= 52,5 mm je montiran odvajalec kondenza. Za njim
je priklopljena cev, ki povezuje tlačno posodo z glavnim cevovodom. Filter zraka se nahaja
pred prvo delitvijo glavnega cevovoda na dve glavni veji. Debelina cevi se poveča iz d= 52,5
mm na d= 64,8 mm. Iz teh dveh glavnih vej cevovoda poteka zelo razvejan cevovod do vseh
porabnikov komprimiranega zraka znotraj pnevmatskega omrežja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-18-
4.10 Porabniki komprimiranega zraka v obratu Droga Kolinska Rogaška
Slatina
V polnilnici (Sektor Operacije Rogaška) imamo štiri polnilne linije, katere so porabniki
komprimiranega zraka. Linije so razdeljene na:
Linija X (polni se mineralna voda Tempel in posebej znan Donat Mg v steklenice 1L)
Linija Y ( polni se Cockta z aromami in Jupi v stekleničke 0,25ml)
Linija V (polni se mineralna voda Tempel, Donat Mg in Tiha v PET 0,5L, 1L, 1,5L)
Linija Z (polni se Cockta z aromami, Jupi in Multipower v PET 0,5L, 1L, 1,5L, 2L).
4.11 Porabniki komprimiranega zraka po posameznih linijah
Porabnike komprimiranega zraka smo razdelili na linije:
Linija X ( polni se mineralna voda v steklenice 1L)
Linija Y ( polni se Cockta in Jupi v stekleničke 0,25ml)
Linija V (polni se mineralna voda v plastenke 0,5L, 1L, 1,5L)
Linija Z (polni se Cockta in Jupi v plastenke 0,5L, 1L, 1,5L, 2L)
Poraba komprimiranega zraka po strojih postavljenih na liniji X:
Paletizerni stroj (50 l/min)
Depaletizerni stroj (50 l/min)
Odvijalni stroj zamaškov (33,3 l/min)
Zamašilni stroj (250 l/min)
Stroj za pranje zabojev (70 l/min)
Premix (83,3 l/min)
Pralni stroj (72,6 l/min)
Etikirni stroj (41,65 l/min)
Polnilni stroj (100 l/min)
Pregled steklenic (383 l/min)
Izhodna kontrola steklenic (0,42 l/min)
Skupna poraba komprimiranega zraka na liniji X znaša 1134,27 l/min.
Poraba komprimiranega zraka po strojih postavljenih na liniji Y:
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-19-
Premix (83,3 l/min)
Izpiralni stroj (84,4 l/min)
Polnilni stroj (66,6l/min)
Zamašilni stroj (400 l/min)
Etikirni stroj (16,6 l/min)
Pregled steklenic (0,42 l/min)
Depaletizerni stroj (83,3 l/min)
Paletizerni stroj (80 l/min)
Ovijalni stroj (ni porabnik zraka)
Pakirni stroj (100 l/min)
Izhodna kontrola (0,42 l/min)
Skupna poraba komprimiranega zraka na liniji Y znaša 915,04 l/min.
Poraba komprimiranega zraka po strojih postavljenih na liniji V:
Postavljalec plastenk (550 l/min)
Izpiralni stroj (84,4 l/min)
Polnilni stroj (83,3 l/min)
Zamašilni stroj (200 l/min)
Pakirni stroj (112,5 l/min)
Stroj za ročke (39,43 l/min)
Paletizerni stroj ( 68 l/min)
Ovijalni stroj (33,3 l/min)
Premix (83,3 l/min)
Etikirni stroj (16,66 l/min)
Cip (33,3 l/min)
Pregled steklenic (0,42 l/min)
Izhodna kontrola (0,42 l/min)
Skupna poraba komprimiranega zraka na liniji V znaša 1305,03 l/min.
Poraba komprimiranega zraka po strojih postavljenih na liniji Z:
Postavljalec plastenk (1100 l/min)
Izpiralni stroj (84,4 l/min)
Polnilni stroj (100 l/min)
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-20-
Zamašilni stroj (400 l/min)
Pakirni stroj (100 l/min)
Stroj za ročke (39,43 l/min)
Paletizerni stroj ( 68 l/min)
Ovijalni stroj (33,3 l/min)
Premix (166,6 l/min)
Cip (166,6 l/min)
Pregled steklenic (0,42 l/min)
Izhodna kontrola (0,42 l/min)
Etikirni stroj (16,66 l/min)
Skupna poraba komprimiranega zraka na liniji Z znaša 2275,83 l/min.
4.12 Skupna poraba komprimiranega zraka po linijah
Linija X= 1134,27 l/min
Linija Y= 915,04 l/min
Linija Z=2275,83 l/min
Linija V= 1305,03 l/min
Skupna poraba vseh štirih linij je 5630,13 l/min.
4.13 Delovne ure kompresorja
Delovne ure kompresorja Atlas Copco GA 45 znašajo 8760 ur/leto.
Delovne ure kompresorja VS 70 znašajo 5424 ur/leto.
Skupne delovne ure kompresorjev znašajo 14184 h/leto.
4.14 Delovne ure linij
Delovne ure linij v obdobju enega leta znašajo:
Linija X = 526,81 h/leto
Linija Y = 1520,75 h/leto
Linija V = 3551,46 h/leto
Linija Z = 2030,25 h/leto
Skupno število delovnih ur vseh štirih linij v enem letu je 7629,27 h/leto.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-21-
5 DOLOČANJE IZGUB KOMPRIMIRANEGA ZRAKA
ZNOTRAJ PNEVMATSKEGA OMREŽJA
5.1 Metode določanja izgub komprimiranega zraka znotraj pnevmatskega
omrežja
Z namenom ugotavljanja do kolikšnih izgub komprimiranega zraka znotraj omrežja prihaja,
smo uporabili več različnih metod. Prva metoda je bila test netesnosti z merjenjem časa
praznjenja in polnjenja pnevmatskega omrežja in se je izvedla z internimi izvajalci. Za
uporabo metode določanja izgub z ultrazvočnim detektorjem smo izbrali zunanjega izvajalca.
Računsko določanje količine izgub komprimiranega zraka pa nam je pokazalo stroške izgub v
€ na letni ravni.
5.2 Izračun izgub zaradi netesnosti omrežja (puščanje omrežja)
Nazivna kapaciteta kompresorja pri kateri se je test izvajal je znašala 11,6 m3/min.
(5.1)
Iz zgornjega izračuna sledi, da je na omrežju 55,17 % izgub zaradi netesnosti samega
omrežja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-22-
5.3 Letni stroški komprimiranega zraka
Skupne delovne ure kompresorjev znašajo 14184 h/leto.
Moč kompresorja Atlas Copco GA 45 je 45kW
Delovne ure kompresorja Atlas Copco GA 45 znašajo 8760 delavnih ur/leto
Moč kompresorja Gardner Denver VS 70 je 79 kW
Delovne ure kompresorja VS 70 znašajo 5424 ur/leto
Strošek komprimiranega zraka za elektriko znaša od 0,06 in 0,040 €/kWh za omrežnino
Strošek komprimiranega zraka znaša 0,10 €/kWh
Letni strošek komprimiranega zraka za elektriko za kompresor Atlas Copco GA 45:
(5.2)
Strošek komprimiranega zraka za elektriko na leto za kompresor Gardner Denver VS
70:
(5.3)
Skupni stroški za električno energijo za oba kompresorja in z izgubami znaša:
(5.4)
Izgube zaradi netesnosti omrežja znašajo 55,17 %. Torej zaradi spuščanja omrežja
vsako leto zgubimo 45.388 €.
5.4 Test netesnosti z metodo merjenja časa praznjenja in polnjenja
omrežja
S pomočjo meritev smo opravili tudi test netesnosti. Pred začetkom izvajanja testa moramo
zagotoviti, da so vsi porabniki komprimiranega zraka, ki so priključeni na omrežje, izklopljeni
(ne sme priti do odvzema zraka iz omrežja). Nato samo en kompresor deluje (ostali
kompresorji, če jih je več, morajo biti izklopljeni) z znano kapaciteto. Ko smo kompresor
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-23-
vklopili, smo počakali tako dolgo, da smo dosegli delavni tlak (700 kPa), ko je tlak dosežen
se kompresor sam izklopi.
Natančno merimo čas od spodnje vrednosti tlaka pa do zgornje vrednosti tlaka (delovni
tlak). S to meritvijo smo dobili podatek o času polnjenja omrežja. Čas praznjenja omrežja smo
dobili tako, da smo merili čas od zgornje vrednosti tlaka (delovni tlak) pa do spodnje
vrednosti tlaka. Rezultata meritve časa polnjenja in praznjenja omrežja sta podana v spodnji
preglednici.
Preglednica 5.1: Rezultata meritve časa praznjenja in polnjenja omrežja s komprimiranim
zrakom
Zaporedno št.
meritev
t-čas praznjenja
omrežja [s]
t-čas polnjenja
omrežja [s]
1. 240 300
5.5 Določanje izgub komprimiranega zraka z merjenjem zvočnih emisij3
Za ta način merjenja količine izgub komprimiranega zraka znotraj pnevmatskega sistema smo
izbrali zunanjega izvajalca. Metoda merjenja poteka tako, da se po celotnem pnevmatskem
omrežju, po katerem poteka distribucija komprimiranega zraka do porabnikov merijo zvočne
emisije, s katerimi določimo mesta puščanja zraka in količino izgubljenega zraka.
Ko zrak prehaja skozi mesto puščanja iz območja višjega tlaka na nižji tlak nastane
turbulentno gibanje zraka, ki povzroči nihanje zraka z različnimi valovnimi dolžinami.
Meritev poteka tako, da se meri zvočne emisije, ki nastanejo pri puščanju zraka na določenem
mestu na omrežju. Te zvočne emisije nastajajo v slušnem območju in v območju ultrazvoka.
Ultrazvočni detektor meri amplitudo zvočnega nihanja in s tem podaja podatke, kje in koliko
zraka uhaja. Mesta nastajanja izgub smo označili in izdelali popis le-teh, kar omogoča
sistematičnost uvajanja sanacijskih ukrepov. Po uvedbi vseh potrebnih ukrepov za izboljšanje
stanja so potrebne ponovne meritve, da lahko potrdimo upravičenost testa netesnosti in
ugotovimo novo stanje oz. zmanjšanje izgub.
3 Povzeto po [11]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-24-
Slika 5.1: Primer opravljanja meritve z detektorjem UP 100SC-P [10]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-25-
6 REZULTATI
6.1 Rezultati meritev izgub komprimiranega zraka z ultrazvočnim
detektorjem
Določanja kritičnih mest, na katerih prihaja do izgub komprimiranega zraka in ugotavljanje
količine le-tega, je skupaj z našim nadzorom izvedel zunanji izvajalec. Uporabljena je bila
metoda meritve z ultrazvočnim detektorjem, ki je bila opravljena po celotnem pnevmatskem
sistemu. Vse meritve smo ustrezno arhivirali ter zbrali v preglednico 6.1.
Pri začetnem pregledu smo odkrili skupno 137 primerov puščanj in jih zavedli kot 121
mest puščanj. Vsa mesta smo označili s številko, opisom, fotografijo in lokacijo v prostoru.
Med samim pregledom je bilo mogoče z takojšnjimi enostavnimi vzdrževalnimi ukrepi
odpraviti 15 primerov puščanj. Kot kritična mesta smo določili vsa mesta, na katerih je
prihajalo do izmerjenih zvočnih emisij višjih od 50 dB. Odkrili smo 71 kritičnih mest puščanj,
na katerih se je količina zvočnih emisij gibala med 50 in 100 dB, kar znese od 30 do 70
kubičnih metrov izgube komprimiranega zraka na delovno izmeno, oziroma od 0,6 do 1,6 €
na izmeno na posamično mesto puščanja. Manjših puščanj smo odkrili na 50 mestih po
celotnem pnevmatskem omrežju in na teh znašajo zvočne emisije od 15 do 45 dB, kar znese
od 6 do 30 kubičnih metrov izgube komprimiranega zraka na delovno izmeno. Cenovno to
pomeni izgube od 0,2 do 0,6 € na izmeno na posamičnem mestu puščanja. Skupni znesek
izgub zaradi puščanja ob upoštevanju izklapljanja in času neobratovanja znaša približno
20.020,00 €/letno na izmeno. V ta znesek nista všteta stroška povečanega števila vzdrževalnih
ukrepov ob posledično nastalem večjem številu okvar in proizvodni stroški.
Najpogostejša mesta, na katerih prihaja do izgub so:
hitre spojke,
priključki,
armature,
cevi,..
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-26-
Vsa našteta mesta izgub so relativno poceni za zamenjavo ali sanacijo, zato ne
predstavljajo velike težave, ki nastanejo na mestih pripravne grupe in regulacijskih ventilih. K
popisu mest, na katerih je bilo puščanje komprimiranega zraka smo dodali še fotografije le-
teh in s tem omogočili večjo sistematičnost pri izvajanju sanacijskih ukrepov ter pri bodočih
vzdrževalnih postopkih.
Preglednica 6.1: Seznam merilnih mest in jakost puščanja
Št. Mesto puščanja Vrsta in jakost pušč. dB m3/dan
1 Kom. postaja-batni komp. Spoj-hitra spojka nipelj 52dB 108
2 Linija X CO2 Pri polnilcu Spoj-dvovijačnik 36dB 58
3 Linija X CO2 Pri polnilcu Spoj-dvovijačnik 36dB 58
4 Linija X Pri polnilcu Spoj-dvovijačnik 32dB 50
5 Linija X Stroj Reflex Spojka 60dB 150
6 Linija X Stroj Reflex Luknja v cevi 60dB 150
7 Linija X Stroj Reflex Spojka 60dB 150
9 Linija X Dekloratizator Hitra spojka 36dB 58
10 Linija X Inpregnirni stroj Oddušnik 66dB 176
11 Linija X Inpregnirni stroj Koleno-regulator 36dB 58
12 Linija X Inpregnirni stroj Koleno-hitra spojka 56dB 127
13 Linija X Etikirka Krones T kos 56dB 127
14 Linija X Etikirka Krones Spoj ventil-koleno 56dB 127
15 Linija X Etikirka Krones Pripr.gr. kapica 56dB 127
16 Linija X Etikirka Krones Hitra spojka na podajalcu etik. 42dB 76
17 Linija X Etikirka Krones T kos pod trakom (videojet) 2x36dB 2x58
18 Cip Vreteno el. mag. ventila 42dB 76
19 Linija Y Etikirka Krones Pripravna grupa-lonček 66dB 176
20 Linija Y Membrani+konektor 35+70+35dB 112+200
21 Linija Y Membrane+objemka 4x16+36dB 80+58
22 Linija Y Membrane 70+3x20dB 200+72
23 Linija Y 2Ventila-spojki (za lepilo) 2x66dB 2x176
24 Linija Y Pripravna grupa pod strojem 18dB 22
25 Linija Y Pripravna grupa 66dB 176
26 Linija Y Depaletizer Razdelilec 3x36dB 3x58
27 Linija Y Depaletizer Regulacijski ventil 42dB 76
28 Linija Y Depaletizer Spoj dovodne cevi na cilindru 42dB 76
29 Linija Y Depaletizer Dovodna cev + batnica 70dB 200
30 Linija Y Depaletizer Dovodna cev+batnica 36dB 58
31 Linija Y Depaletizer Dovodna cev+batnica 36dB 58
32 Linija Y Depaletizer Dovodna cev+batnica 36dB 58
33 Linija X Vlagalni stroj Spoj na dovodni cevi 56dB 127
34 Linija X Vlagalni stroj Spoj dovodne cevi na ventil 56dB 127
35 Linija X Vlagalni stroj Batnica na cilindru 70dB 200
36 Linija X Vlagalni stroj Batnica cilindra 70dB 200
37 Linija X Vlagalni stroj Dovodna cev na cilindru 50dB 106
38 Linija X Pralni stroj 60dB 150
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-27-
Št. Mesto puščanja Vrsta in jakost pušč. dB m3/dan
39 Linija X Pralni stroj Dovodna cev na ventil 60dB 150
40 Linija X Depaletizer Cilinder na kleščah 60dB 150
41 Linija X Depaletizer Zastavljalec hitra spojka 36dB 58
42 Linija X Depaletizer Klešče cilinder-bat 36dB 58
43 Linija X Depaletizer Regulator tlaka 50dB 106
44 Linija X Depaletizer Pripravna grupa dovodna cev 70dB 200
45 Linija X Odvijalec Cev 56dB 127
46 Linija X Odvijalec Hitra spojka na dovodu 70dB 200
47 Linija Y Paletizer Cev 70dB 200
48 Linija Y Paletizer Cilinder-batnica (oba) 2x36dB 2x58
49 Pihalka 1 Blok na pripravni grupi 60dB 150
50 Pihalka 1 Regulator tlaka-spoj 26dB 40
51 Pihalka 2 Spoj ventil-vrt.prik. 26dB 40
52 Pihalka 2 Glava na dovodni cevi 56dB 127
53 Dozator epruvet 2 Ročni ventil 66dB 176
54 Dozator epruvet 2 Dovodna cev 26dB 40
55 Silos za PET Hitra spojka-Avtomat 60dB 150
56 Silos za PET Avtomat beli 60dB 2x150
57 Silos za PET Hitra spojka+notranje puščanj 2x60dB 2x106
58 Silos za PET Hitra spojka+notranje puščanj 2x50dB 2x106
59 Silos za PET Hitra spojka+notranje puščanj 2x50dB 2x106
60 Silos za PET Hitra spojka+notranje puščanj 2x50dB 2x106
61 Postavljalec plast. Membrana na el.mag.vent. 32dB 48
62 Siruparna Tlačno stikalo 66dB 176
63 Siruparna Dovodna cev na cilindru 50dB 106
64 Siruparna Cevev v kineti 2x70dB 2x200
65 Linija V Inpregnator Prip.gr. –lonček 56dB 127
66 Linija V Inpregnator Vreteno na aktuatorju 66dB 176
67 Linija V Inpregnator Čep na ventilu v omarici 56dB 127
68 Linija V Inpregnator Kleme za CO2 50dB 106
69 Linija Z Inpregnator Spoj koleno ohišje 66dB 176
70 Linija Z Inpregnator Kleme CO2(nad pultom) 46dB 88
71 Linija Z Inpregnator Aktuator-dovodna cev(spodaj) 70dB 200
72 Linija Z Inpregnator Rumeni ventil(volumetrični) 56dB 127
73 Cip1 Pr. Gr. na hitrih spojih 70dB 200
74 Cip2 Izpust kondenza 70dB 200
75 Cip2 Vreteno 42dB 76
76 Linija V Glavni ventil Bosch(kom.omara) 70dB 200
77 Linija V Blok-drenaža(zadnji v vrsti) 50dB 106
78 Linija V Etikirka Krones 70dB 200
79 Linija V Etikirka Krones Cev počena 100dB 350
80 Linija V Etikirka Krones Spoj-hitra spojka cev 52dB 108
81 Linija V Etikirka Krones Hitra spojka 40dB 74
82 Linija V Stroj za ročke Spoj hitra spojka koleno reg.v. 56dB 127
83 Linija V Stroj za ročke Ventil-konektor-ohišje 56dB 127
84 Linija V Dimac Pripr. Gr.-manometer 32dB 50
85 Linija V Paletizer Prip. Gr.-izpust kond+oddu. 43+50dB 81+106
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-28-
Št. Mesto puščanja Vrsta in jakost pušč. dB m3/dan
86 Linija V Paletizer Spoj cilinder-koleno 43dB 80
87 Linija V Paletizer Spoj cilinder-koleno 43dB 80
88 Linija V Paletizer Prip. Gr, kapica 56dB 127
89 Linija V Paletizer Hitra spojka na stebru 36dB 58
90 Linija V Paletizer Spoj koleno cilinder 33dB 51
91 Linija V Paletizer Spoj ventil-konektor 66dB 176
92 Linija Z Ovijalec Prip.gr. izpust kondenza 42dB 76
93 Linija Z Etikirka Regulaciski ventil spoj cev 36dB 58
94 Linija Z Paletizer Pušča cilinder 53dB 109
95 Linija Z Stroj za ročke 36dB 58
96 Linija Z Stroj za ročke 42dB 76
97 Linija Z Stroj za ročke Notranje puščanje 70dB 200
98 Linija Z Etikirka Dušilka 42dB 76
99 Linija Z Etikirka Pištola za izpihovanje 60dB 150
100 Linija Z Trakovi Hitra spojka 26dB 40
101 Linija Z Polnilni stroj 50dB 106
102 Linija Z Dovodna cev+ventil 56+40dB 127+74
103 Linija Z Sušilec zraka Holender 80dB 260
104 GEA Regulator tlaka 60dB 150
105 GEA Komandnaomara Register ventilov-na ohišju 70dB 200
106 GEA Komandna omara Prekontrolirati kineto 30dB 48
107 GEA med cisternami Hitra spojka 60dB 150
108 Čistilna naprava Elektro omara 50dB 106
109 Bazeni el. omara Ventil 42dB 76
110 Bazeni el. omara Koleno 42dB 76
111 Bazeni Ventil 42dB 76
112 Bazeni T kos 42dB 76
113 Bazeni T kos 66dB 176
114 Bazeni T kos, hitra spojka 40dB 74
115 Bazeni Odklopljen konektor 2x42dB 2x76
116 Klimat-kompresor El. Mag. ventil 40dB 74
117 Prezračevalni sistem Prekontrolirati komplet sist. 5x60dB 5x150
118 Komande za prezr.sis. Hitre spojke 56dB 127
119 Vzdrževanje Komplet razdelilec 56dB 127
120 Vzdrževanje Komplet razdelilec 36dB 58
121 Vzdrževanje Komplet razdelilec 36dB 58
Vsota vseh puščanj zraka (stalnih in občasnih) znaša:
(6.1)
0,65 Faktor občasnosti (empirično se giblje med 0,6 in 0,7)
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-29-
Izgube, pri merjenju komprimiranega zraka z ultrazvočnim detektorjem znašajo 63,52
%.
Nazivna kapaciteta kompresorja VS 70 pri kateri se je izvajala detekcija meritev izgub
komprimiranega zraka z ultrazvočnim detektorjem je znašala 11,02 m3/min, ker je kompresor
VS 70 deloval 95%. Kompresor Atlas Copco GA45 je bil v času izvajanja meritev izklopljen.
Ti rezultati meritev podajajo podatek o 63,53 % izgubah in potrjujejo računsko določene
izgube, ki so znašale 55,17%. Pri zelo dobrih sistemih znaša puščanje4 do 10% in če
primerjamo naše rezultate s tem, ugotovimo, da prihaja do nedopustno prevelikih izgub.
Prevelike izgube komprimiranega zraka so potrdili izračuni izgub, merjenje zvočnih emisij z
ultrazvočnim detektorjem, določanje stroškov električne energije z izračuni z upoštevanjem
puščanja. Smotrni zaključek po vsakem vrednotenju rezultatov meritev je bil, da so izgube
prevelike in da jih je potrebno zmanjšati. Ukrepe izboljšav smo pričeli izvajati z zamenjavo
elementov pnevmatskega omrežja in smotrno bi bilo tudi planiranje posodobitve delovanja
kompresorske postaje z avtomatizacijo krmiljenja.
6.2 Rezultati detekcije meritev izgub komprimiranega zraka z
ultrazvočnim detektorjem
Na naslednjih slikah so prikazana mesta z največjimi količinami puščanja komprimiranega
zraka ob celotnem popisu merilnih rezultatov po celotnem pnevmatskem omrežju.
Slika 6.1: Mesto puščanja št. 22
4 Povzeto po [3].
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-30-
Slika 6.1: Mesto puščanja št. 22 predstavlja kritično mesto nastajanja izgub večje
količine komprimiranega zraka na liniji Y. Puščanje se pojavi na membrani in znaša skupno
130 dB.
Slika 6.2: Mesto puščanja št. 64
Slika 6.2: Mesto puščanja št. 64 prikazuje mesto puščanja v Siruparni in sicer do
puščanja prihaja na cevi, ki je v kineti. Velikost puščanja je skupno 140 dB.
Slika 6.3: Mesto puščanja št. 71
Slika 6.3: Mesto puščanja št. 71 prikazuje mesto nastajanje izgub na liniji Z. Izmerjene
zvočne emisije znašajo 70 dB.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-31-
Slika 6.4: Mesto puščanja št. 74
Slika 6.4: Mesto puščanja št. 74 prikazuje kritično mesto puščanja komprimiranega
zraka na stroju CIP 2 in označuje nastajanje izgub pri izpustu kondenza. Izmerjene zvočne
emisije znašajo 70 dB.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-32-
7 DISKUSIJA
V tem poglavju želimo opozoriti na pravilnost sklepanja ob jasno definiranem problemu
nastajanja prevelikih izgub komprimiranega zraka v pnevmatskem omrežju obrata Droge
Kolinske. Na podlagi ugotovitev in ustreznih sanacijskih ukrepov vzdolž pnevmatskega
omrežja smo določili nove smernice pri vsakodnevnem ravnanju s kompresorsko postajo in
na novo določili plan vzdrževanja. Z namenom trajnega izboljšanja učinkovitosti proizvodnje
komprimiranega zraka predlagamo posodobitev krmilja celotne kompresorske postaje na
ustrezno stopnjo avtomatizacije in s tem računalniško integracijo proizvodnje
komprimiranega zraka. Avtomatsko delujejo le posamezne komponente kompresorjev, kot so:
presostati, varnostni ventili in ventili za odvajanje kondenza.
Centralnega nadzora delovanja vseh strojev v kompresorski postaji ni. Potrebe po
količini proizvedenega komprimiranega zraka se spreminjajo, zaradi česar je pogonski motor
kompresorja Gardner Denver VS 70 opremljen s frekvenčnim regulatorjem, ki prilagaja
število vrtljajev motorja in s tem regulira delovanje kompresorja. Kompresor Gardner Denver
VS 70 ima PC nadzor. Omogočena je konstantna in količinsko ustrezna proizvodnja
komprimiranega zraka, kar je bistvenega pomena za optimalno distribucijo zraka po
pnevmatskem omrežju. Ko kompresor Gardner Denver preseže 75-80% svoje maksimalne
kapacitete proizvodnje zraka, se vklopi pomožni kompresor Atlas Copco GA45. Računalniško
vodenega krmilja kompresorske postaje ni, čeprav bi bilo smotrno posodobiti in avtomatizirati
krmiljenje glede na veliko število porabnikov in razvejanost pnevmatskega omrežja.
Posodobitev krmiljenja kompresorske postaje na določeno stopnjo avtomatizacije bi pomenila
največji korak k optimiranju delovanja kompresorske postaje, zmanjšanju porabe električne
energije in optimiranju distribucije komprimiranega zraka znotraj pnevmatskega sistema.
Elemente kompresorske postaje bi med seboj računalniško povezali in uredili centralni
nadzor. S tem bi pridobili vse podatke o delovanju kompresorske postaje in z računalniško
regulacijo dosegli hitro in energijsko učinkovito optimizacjo proizvodnje komprimiranega
zraka. Poleg vedno dostopnih podatkov o delovanju kompresorske postaje bi lažje in bolj
natančno nadzorovali njeno delovanje in hitreje ukrepali v primeru okvar. S tem bi se
zmanjšal čas odprave napak, to bi zahtevalo prilagoditev drugačne organiziranosti službe
vzdrževanja. Dežurni vzdrževalec bi bil preko SMS sporočila obveščen o napaki in bi
ustrezno ukrepal. S tem bi se odpravil problem nepreglednosti notranjega nadzora.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-33-
Nadgradnja tega in v prihodnost usmerjena opcija, je ureditev daljinskega upravljanja
kompresorske postaje, kar je izvedljivo preko internetnega omrežja in mobilnega telefonskega
omrežja.
Kompresor VS 70 skozi celi vikend deluje z minimalno zmogljivostjo 20% na uro,torej
deluje s 15,8 kWh. Atlas Copco GA45 deluje z 45 kWh. Skozi vikend delujeta skupaj z 60,8
kWh. Če vzamemo da je to približno 48 ur in 48 vikendov na leto, da je cena električne
energije - kWh 0,10 €, pridemo do ugotovitev, da na leto porabimo približno 14.000 €, samo
za delovanje kompresorjev, ko proizvodnja ni v teku. Za kompresorje predlagamo, da je
vodilni VS-70, ker ima večjo kapaciteto kot Atlas Copco GA45. Po sedaj zbranih
informacijah je delovanje kompresorjev ravno obratno.
Predlagamo, da se kompresorja čez vikend ročno izklopita. Tako bi zmanjšali stroške
energije, ki nastanejo, ko kompresorja delujeta. Možna je tudi postavitev manjšega
kompresorja, ki bo zagotovila nemoteno delovanje čez vikend. Ker gre samo za ventile,
poraba komprimiranega zraka ni velika. Zadošča 200 l kompresor. Za ročni izklop in vklop
kompresorjev se lahko izdajo navodila, ki jih osebe katere bodo za to zadolžene upoštevajo.
Vsekakor je bilo potrebno izvesti celoten pregled kompresorske zanke in tako preveriti
območja puščanja na sistemu. Ugotovljeno je bilo da pušča na reducirnih ventilih, krmilnih
ventilih, hitrih spojkah predvsem pa na kupolah. Za odpravljanje puščanja na kupolah ne
smemo pozabiti tudi na varnost. Potrebujemo dvigalo, ker je to mesto težko dostopno in se
izvaja na višini.
V sklopu celotnega dela je nastal tudi načrt iz katerega je razvidno, katere cevi imajo
neustrezen premer cevi. Če je premer cevi neustrezen, je v cevi prevelika hitrost in nam
povzroča težave pri ventilih. Tako da so iz načrta, ki se nahaja v Prilogi 2 in 3, vidne kritične
poti in za njih že tudi nastavljene rešitve. Rešitve so izbrane tako, da so tudi cenovno bolj
ugodne in lažje izvedljive. V Prilogi 1 je razvidno število cevi, njihove normalne mere,
notranji premeri, dolžine, material in hitrost v m/s.
Prezračevanje kompresorske postaje je tudi problematično, ker je poleti prevroče v
kompresorski postaji. Ta problem odpadne toplote bi lahko spremenili v koristen način
smortnega ogrevanja sanitarne vode.
V poglavju o prezračevanju kompresorske postaje je prikazan graf iz katerega je
razvidno, da imamo presek kanala premajhen, glede na moč, ki jo imata kompresorja. Ker je v
kompresorski postaji prevroče se spremeni specifika zraka. Kompresorji v takih pogojih težje
delujejo, ker kompresor mora imeti sveži zrak za delovanje. Ne sme oz. ni priporočljivo, da
vsrkava lasten odvedeni vroči zrak. Ker je v prostoru vroče, še predlagamo toplotno izolacijo
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-34-
kanalnega razvoda. Podoben problem se pokaže tudi s sušilnikom vlage, kjer ob povišani
temperaturi nam ne odvaja zadostno vlago iz zraka.
Reševanje problema tesnosti
Na omrežju imamo 55,17 % izgub zaradi netesnosti samega omrežja. Iz tega sledi, da je
potrebno izvesti izboljšavo tesnjenja na celotnem omrežju. Predlagamo sledeči vrstni red
primarnega temeljitega pregleda in predlagamo vsakodnevni pregled tesnosti proge na vseh
spojnih mestih. Groba razdelitev kompletne linije oz. omrežja:
kompresorska postaja: nastajanje komprimiranega zraka, zbiralna tlačna posoda, vse
armature in elementi, ki pripravljajo zrak,
cevovod,
porabniki.
Preveriti je potrebno pribor in armature. To so vsi elementi, ki se ne uvrščajo med
delovne elemente in elemente za krmiljenje. Natančneje, pod pribor in armature, ki jih je
potrebno temeljito preveriti spadajo:
cevi
enote za pripravo zraka:
o filtri-čistost
o reducirni ventili
o manometri
o oljnik
razni priključki
hitre sklopke
razne cevne spojke
cilindri
turbine
ventili
glušnik
pnevmatične armature:
o razni navojni priključki
o navojna spojka
o cevne spojke v sklopu hidravličnih armatur
o reducirni čepi
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-35-
o razni T-priključki, X-priključki
o glušniki
Skrb za tesnost celotnega pnevmatičnega sistema omogoča večjo ekonomičnost in
izkoriščanje manjše količine komprimiranega zraka.
Čistost, temperatura in vlažnost zraka
Visoka čistost zraka v sistemu zagotavlja dolgo življenjsko dobo kompresorskih naprav,
zato zrak v omrežju ne sme vsebovati:
vode oz. vlage, niti v obliki aerosolnih kapljic,
ostalih nečistoč iz okolja: prašni delci.
Za preprečevanje okvar smo zagotovili zrak z čim nižjim deležem vlage, preden le ta
vstopi v omrežje. Omogočeno mora biti ustrezno čiščenje zraka in filtriranje ter sušenje zraka,
da le ta vsebuje čim nižji delež vlage. Pomemben vpliv na količino vlage v zraku imajo
neposredno vremenske razmere, vendar moramo zrak, ki bo potoval po pnevmatskem omrežju
ne glede na te razmere ustrezno osušiti in očistiti. Na primer5: pri temperaturi nasičenja T=20
ºC vsebuje 1 m3 zraka 17,3 g vode, zato je sušenje zraka pomemben korak pri pripravi zraka.
Zato je zaželeno, da zrak od zunaj zajemamo na strani, kjer je čim nižja temperatura in
omogočimo temeljito čiščenje že z vstopnim filtrom, saj tudi kasneje prečiščen zrak vseeno
vsebuje določene majhne delce nečistoč, katerih pa mora biti čim manj, ker:
se okoli teh delcev tvori kondenz
se nalagajo na delih omrežja kot obloge in nečistoče
s tem nastajajo okvare na kompresorjih
vlaga v omrežju v kombinaciji z oljem tvori emulzijo, ki povzroča korozijo cevi.
S pravilno pripravo zraka, to je z ustreznim čiščenjem in sušenjem izvajamo ukrep
preventivnega vzdrževanja.
Priprava komprimiranega zraka
Zrak, ki prihaja iz razvodne mreže je treba preveriti ali ustreza zahtevam pnevmatskega
sistema:
poleg odprave kvarnega vpliva kondenzirane vode je potrebno zrak reducirati na
ustrezen tlak pred posamičnim potrošnikom, ker vsak potrošnik zahteva svojo
vrednost tlaka,
5 Povzeto po [2]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-36-
očistiti ga raznih delcev in ga pred uporabo naoljiti,
ga ohladiti na ustrezno temperaturo.
Vse te funkcije izvršuje pripravna enota za komprimirani zrak, ki je sestavljena iz:
filtra z izločevalnikom kondenza,
reducirnega ventila,
oljnika.
Problem nabiranja vode v cevovodu:
Posebno pozornost moramo nameniti izpustu kondenza. Predlagam preverjanje
postavitve celotnega omrežja cevovoda in sicer moramo ugotoviti:
kakšen je nagib cevovoda. Nagib cevovoda mora biti od 1% do 2% proti porabniku oz.
v smeri toka. To pomeni 1m padca na dolžino 100 m cevi. Ustrezen nagib cevovoda
omogoča odtekanje nabranega kondenza, saj voda v nobenem primeru ne sme priti do
stroja in orodij.
kako so izpeljane odprtine (luknjice) za izpust kondenza na spodnji strani cevi in
luknje za odvzem zraka na zgornji strani cevi. Te točke odvajanja naj bi bile
nameščene na vsakih 30 m cevovoda [1].
Posebno pozornost namenimo:
cevem izza kompresorja
na zbiralno tlačni posodi
tudi na cevovodu.
Premer cevnega voda
Predlagam preverjanje padca tlaka na cevovodu. Premer cevovoda mora biti
dimenzioniran tako, da padec tlaka od zbiralno tlačne posode do potrošnika ne bo večji od 10
kPa6. Pri ponovnem ovrednotenju pravilnega dimenzioniranja cevovoda je potrebno
upoštevati:
pretok zraka,
dolžino cevovoda,
dopustni tlačni padec,
6 Priporočilo povzeto po [1], [2].
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-37-
obratovalni tlak,
število dušenih mest v cevovodu.
O sami porabi zraka
Zaradi zagotavljanja zadostnih količin zraka, moramo poznati porabo posameznih
pnevmatičnih naprav, torej moramo razdelati, koliko zraka potroši določen porabnik. Glede
na zgoraj navedene ukrepe, povzamemo, da moramo:
preveriti samo konfiguracijo omrežja,
preveriti dimenzioniranje posamičnih komponent cevovoda: premer cevi,
Razlog za preverjanje naštetega je v tem, da je prevelika poraba komprimiranega zraka
posledica kombinacije prevelikega puščanja zraka na progi, mogoče napačen nagib celotnega
cevovoda. Nujno ugotavljanje, kje na progi se pojavljajo izgube, ki jih moramo v bodoče
preprečiti z bolj učinkovitim tesnjenjem in rednim preverjanjem tesnjenja.
Pod prioritetne izboljšave predlagam tudi spremembo vloge kompresorjev tako, da je
zmogljivejši kompresor Gardner Denver VS 70 kot delovni kompresor, manj zmogljiv
kompresor Atlas Copco GA45 pa bi ga dopolnjeval in bi opravljal funkcijo kot pomožni
kompresor.
Priporočljivo je tudi, da se v sklopu vzdrževanja zadolži posamično osebo za
vsakodnevni temeljit pregled tesnjenja kompletne pnevmatske proge ne le zaradi
zagotavljanja mehanskega tesnjenja, ampak tudi zaradi preprečevanja porabe zraka iz
malomarnosti oz. človeških napak, kot so pozabljanje ugaševanja manjših potrošnikov ipd.
Splošna primera izgub7:
Skozi odprtino premera 3,5 mm spušča stisnjen zrak pod tlakom 600 kPa. Izgubljena
količina zraka znaša 0,5 m3/min. V eni uri torej nastane izguba 30 m
3 zraka po
nepotrebnem.
Tesnilo na vretenu ventila(dventila= 20 mm) ni dovolj zategnjeno in je nastala špranja
0,06 mm. Špranji skozi katero pušča zrak pod tlakom 600 kPa ustreza premer 2
mmizgube znašajo 0,2 m3 zraka/min kar pomeni izgubo 12 m
3 zraka v 1h. V eni
delovni izmeni to pomeni le na tem potrošniku izgubo zraka 96 m3
in če imamo 3
izmensko delovanje potrošnika le na tem mestu, izgubimo 288 m3 zraka.
Glede na podatke o obeh kompresorjih in o njunem delovanju lahko rečemo, da je
7 Povzeto po [2]
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-38-
pretvorba električne energije v energijo komprimiranega zraka ustrezna. To se lahko
ugotovi tudi z:
o energetskim pregledom kompresorjev z upoštevanjem karakteristik kompresorjev,
o že omenjenega preverjanja porabe količine komprimiranega zraka po posamičnih
porabnikih,
o preverjanje delovanja kompresorske postaje kot celote .
Če strnemo priporočene ukrepe, je potrebno v prihodnjih vzdrževalnih ukrepih redno
izvajati naslednje aktivnosti :
preveriti konfiguracijo omrežja: nagib in s tem povezano odvajanje kondenza,
popraviti nedelujoče avtomatske odvodnike kondenza
namestiti avtomatski odvodnik kondenza pod tlačno posodo ( do 15% izločanje vlage
iz zraka)
omogočiti zajem zraka na zgornji strani cevi
zamenjati rjavne cev z nerjavnimi cevmi na liniji X, Y ter ločiti liniji Z in V od
pakirne enote za X in Y
ponovno izvesti test tesnjenja v celotnem obsegu zapisanih komponent po celotni
progi z zadostnim številom ponovitev (vsaj 5x), da ugotovimo kje in koliko pušča,
preveriti in zagotoviti ustrezno odvajanje kondenza – luknjice na obeh koncih cevi,
izvesti energetski pregled kompresorjev,
preveriti pripravo zraka,
poskusiti kombinirano uporabo kompresorjev kot glavnega in pomožnega.
Glavni ukrepi:
Nadomestiti komprimiran zrak s puhali tam, kjer je mogoče.
Nadomestiti komprimiran zrak z elektromotornimi pogoni tam, kjer je mogoče.
Omejiti delovanje kompresorja zgolj na delovni čas.
Separiranje linij x,y,z in v z el.mag. ventili.
Vzdrževanje sistema tesnosti.
Predpisano vzdrževanje kompresorjev, sušilcev, omrežja in uporabnikov.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-39-
8 SKLEP
Namen tega magistrskega dela je bil ugotavljanje stanja izgub komprimiranega zraka v
pnevmatskem omrežju obrata Droga Kolinska Rogaška Slatina in na podlagi ugotovljenega
stanja določiti potrebne ukrepe za izboljšave oziroma optimirati distribucijo komprimiranega
zraka po pnevmatskem omrežju obrata. Po opravljenih meritvah in določanju kritičnih mest,
na katerih prihaja do največjih izgub, se je oblikoval nov načrt vzdrževanja, po katerem se bo
ravnalo v bodoče in bo omogočal večji izkoristek kompresorske postaje zaradi bistvenega
zmanjšanja izgub.
Po takojšnji zamenjavi kritičnih delov pnevmatskega omrežja, se je povečal izkoristek
kompresorske postaje in posledično je pričela upadati količina porabljene električne energije.
Z apliciranjem navedenih ukrepov smo dosegli optimiranje distribucije komprimiranega zraka
znotraj omrežja in zmanjšali stroške porabe energije, kar dolgoročno pozitivno vpliva na
doseganje poslovnih in proizvodnih ciljev obrata.
Po vseh izvedenih ukrepih, ki so zapisani v poglavju, je priporočljivo izvesti ponovne
meritve. Ukrepi optimiranja in zmanjševanja izgub ter odpravljanja navedenih težav so
zapisani glede na stanje omrežja in tako so tudi oblikovani prednostni ukrepi za povišanje
učinkovitosti porabe električne energije in zmanjševanja izgub
Prioritetni vzdrževalni pregledi glede na trenutno stanje morajo v prvi vrsti vsebovati
temeljito preverjanje:
izgube komprimiranega zraka po celotnem omrežju od kompresorske postaje preko
omrežja do končnih porabnikov,
čistost zraka
Temu lahko sledi širši pregled omrežja in posamičnih komponent omrežja z namenom
zmanjšanja porabe komprimiranega zraka in količine energije:
Področje priprave zraka: Ugotovimo katera je najnižja možna primerna kvaliteta
zraka, saj vemo, da zagotavljanje previsoke kvalitete zraka prinaša povečane stroške
pri pripravi zraka. Vsekakor iščemo optimalno kombinacijo čistoče zraka, temperature
zraka, kontroliramo kako se glede na zunanje pogoje spreminja rosišče in
kontroliramo stanje zbiralnika zraka.
Dovod zraka po omrežju: preverjanje ustreznosti dimenzioniranja cevovodov ob
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-40-
upoštevanju pretokov, kot že omenjeno poostreno ponovno preverjanje tesnosti na
vseh navedenih mestih, izoliranje delov omrežja, ki morebiti niso v uporabi in
kontrola porabe zraka po posamičnih potrošnikih.
Nadzor in regulacija delovanja obeh kompresorjev: kakšna je regulacija tlaka in kakšni
so dovoljeni padci po omrežju in kombinirana raba kompresorjev-glavnega in
pomožnega.
Posebno pozornost lahko namenimo tudi izkoriščanju odpadne toplote na
kompresorski postaji in odpadne toplote proizvodnega procesa.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-41-
9 LITERATURA IN VIRI
[1] Agencija republike Slovenije za okolje: Varovanje okolja- znižanje stroškov: Priročnik
za učinkovito rabo energije v industriji in obrti [svetovni splet]. Bayerisches Landesamt
für Umweltschutz. Dostopno na WWW: http://okolje.arso.gov.si/ippc/uploads/File/
Prirocnik%20za%20ucninkovito%20rabo%20energije%20si.pdf [28.5.2012].
[2] Agencija za učinkovito rabo energije. Varčno z energijo pri rabi komprimiranega zraka.
Ljubljana: Institut Jožef Štefan, 2011.
[3] Agencija RS za učinkovito rabo energije.Varčno z energijo pr rabi komprimiranega
zraka. Ljubljana: Institut Jožef Štefan, 1999.
[4] Arhiv podjetja Droga Kolinska d.o.o., arhiv porab, vzdrževanja, arhiv gradiva, 2011.
[5] Cene energentov [svetovni splet]. Statistični urad Republike Slovenije. Dostopno na
WWW: http://www.stat.si/novica_prikazi.aspx?id=4545 [28.5.2012].
[6] Droga Kolinska: Predstavitev skupine [svetovni splet]. Droga Kolinska, d. d. Dostopno
na WWW: http://www.kolinska.si/sl/o_nas/predstavitev_droge_kolinske/dejavnosti
[28.5.2012].
[7] OmegaAir: Izgube stisnjenega zraka [svetovni splet]. OmegaAir, d.o.o. Dostopno na
WWW: http://www.omega-air.si/user_files/vsebina/doc/Izgube_komp_zraka1.pdf/
[28.5.2012].
[8] OmegaAir: Omrežje stisnjenega zraka [svetovni splet]. OmegaAir, d.o.o. Dostopno na
WWW: http://www.omega-air.si/index.php?PageID=540 [28.5.2012].
[9] Turk, Mitja. Delni energetski pregled podjetja Henkel Slovenija, ki zajema komprimiran
zrak, električno energijo in hlajenje, diplomsko delo. Maribor: Fakulteta za strojništvo,
2011.
[10] UE Systems: Primer ultrazvočnega detektorja UP-100SC-P [svetovni splet]. UE
Systems, Inc. Dostopno na WWW: http://www.uesystems.eu/wp-content/uploads/EN-
UP100-P.pdf [28.5.2012].
[11] Ultrazvočni detektor puščanj komprimiranega zraka. [svetovni splet]. Enekom, d.o.o.
Dostopno na WWW: http://www.enekom.si/ultrazvocni_detektor_puscanj.php
[28.5.2012].
[12] OmegaAir: Prezračevanje kompresorske postaje[svetovni splet]. OmegaAir, d.o.o.
Dostopno na WWW: http://www.omega-air.si/index.php?PageID=535 [28.5.2012].
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-42-
Priloga 1: Podatki o ceveh
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
-43-
Zap.
št. cevi
Št.cevi Nom. dimenzija Material Sch / Class Premer (notranji)
[mm]
Hrapavost
[mm]
Dolžina cevi
[m]
Hitrost
[m/sec]
1 P1 2" Steel (ANSI) Sch. 40 52,502 0,046 2 35.458
2 P2 2" Steel (ANSI) Sch. 40 52,502 0,046 2 0
3