هوای فشرده در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، مواد غذایی، دارویی، نساجی و پتروشیمی کاربرد گسترده‌ای دارد. این حامل انرژی، به دلیل قابلیت انتقال سریع و کاربردهای متنوع، جایگاه ویژه‌ای در فرآیندهای صنعتی یافته است. از جمله کاربردهای اصلی هوای فشرده می‌توان به تأمین انرژی عملگرهای پنوماتیک، کنترل تجهیزات صنعتی، انتقال مواد، خشک‌کردن سطوح، پاشش مواد، بسته‌بندی و حرکت بالابرها و جراثقال‌ها اشاره کرد.
با این حال، کمپرسورهای هوای فشرده مصرف انرژی بالایی دارند و سهم قابل توجهی از هزینه‌های عملیاتی را به خود اختصاص می‌دهند. مطالعات نشان می‌دهد که بهینه‌سازی مصرف انرژی در این سیستم‌ها می‌تواند بین ۲۰ تا ۵۰ درصد کاهش هزینه انرژی به همراه داشته باشد. علاوه بر صرفه‌جویی اقتصادی، بهینه‌سازی سیستم موجب کاهش تعمیرات، افزایش نرخ تولید و ارتقای کیفیت فرآیندها می‌شود.
در این مقاله تلاش شده است تا ۱۱ راهکار عملی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی سیستم‌های هوای فشرده صنعتی ارائه شود، به‌گونه‌ای که بهره‌وری افزایش یافته و مصرف انرژی به حداقل برسد؛ همچنین شما می‌توانید جهت دریافت مشاوره خدمات فنی و مهندسی همین حالا با مشاورین ما تماس حاصل فرمایید.
سیستم هوای فشرده صنعتی از چند جزء کلیدی تشکیل شده است که عملکرد صحیح هر یک بر بازده کل سیستم اثرگذار است:
• کمپرسور: کمپرسور هوای ورودی را گرفته و آن را تا فشار مورد نظر فشرده می‌کند. انتخاب کمپرسور مناسب با توجه به ظرفیت مورد نیاز سیستم، نقش تعیین‌کننده‌ای در کاهش مصرف انرژی دارد.
• خنک‌کننده هوا: هوای فشرده پس از خروج از کمپرسور دارای دمای بالایی است. خنک‌کننده هوا دمای آن را کاهش داده و علاوه بر افزایش کارایی سیستم، از آسیب دیدن تجهیزات downstream جلوگیری می‌کند.
• مخزن هوا: مخزن هوا برای ایجاد تعادل در سیستم و جلوگیری از نوسانات ناگهانی فشار به کار می‌رود. حجم مناسب مخزن می‌تواند از روشن و خاموش شدن مکرر کمپرسور جلوگیری کرده و مصرف انرژی را کاهش دهد.
• خشک‌کن هوا: رطوبت موجود در هوای فشرده می‌تواند باعث خوردگی و کاهش عمر تجهیزات شود. خشک‌کن‌ها رطوبت هوا را حذف کرده و شرایط مناسب برای فرآیندهای صنعتی را فراهم می‌آورند.
• فیلتر هوا: فیلترها ذرات معلق و آلاینده‌های موجود در هوای فشرده را جدا می‌کنند. استفاده از فیلترهای با کارایی بالا به کاهش خرابی تجهیزات و افزایش عمر سیستم کمک می‌کند.
• جمع‌کننده میعانات: این بخش رطوبت و میعانات جمع‌شده در مسیر هوای فشرده را تخلیه می‌کند و از ورود آنها به تجهیزات حساس جلوگیری می‌نماید.
عملکرد هماهنگ این اجزا و انتخاب تجهیزات با کیفیت، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی و بهبود بازده سیستم ایفا می‌کند.
نشتی‌های هوا یکی از اصلی‌ترین عوامل اتلاف انرژی در سیستم‌های هوای فشرده صنعتی هستند. در بسیاری از سیستم‌ها، نشتی‌ها می‌توانند ۲۰ تا ۳۰ درصد از خروجی کمپرسور را به هدر دهند. این امر نه تنها باعث افزایش مصرف انرژی می‌شود، بلکه موجب کاهش فشار در نقاط مصرف و کاهش بهره‌وری تجهیزات نیز می‌گردد.
• استفاده از ردیاب‌های فراصوتی: این روش دقیق و سریع است و می‌تواند حتی نشتی‌های کوچک را شناسایی کند.
• محلول آب و صابون: محلول روی اتصالات و شلنگ‌ها اسپری می‌شود و در صورت ایجاد حباب، وجود نشتی مشخص می‌شود.
• محکم کردن اتصالات و کوپلینگ‌ها
• تعویض قطعات معیوب
• استفاده از درزگیرهای مناسب
• کاهش فشار سیستم تا حداقل مورد نیاز
با اجرای برنامه منظم شناسایی و رفع نشتی‌ها، می‌توان اتلاف انرژی را به کمتر از ۱۰ درصد ظرفیت خروجی کمپرسور کاهش داد. کاهش نشتی نه تنها مصرف انرژی را کاهش می‌دهد، بلکه طول عمر کمپرسورها و سایر تجهیزات را افزایش می‌دهد.
در این بخش می‌خواهیم شما را با راهکارهای صرفه جویی انرژی در سیستم‌های هوای فشرده صنعتی آشنا سازیم:
سیستم‌های هوای فشرده هزینه‌بر هستند. بنابراین، استفاده از هوا فشرده باید تنها در مواقع ضروری و در کوتاه‌ترین زمان ممکن انجام شود. این اقدام باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر تجهیزات، زیرا کمپرسورها کمتر تحت فشار کار می‌کنند.
راهکارها:
• استفاده از هوای فشرده فقط در زمان نیاز
• جایگزینی دمنده‌ها و میکسرهای هوای فشرده با تجهیزات برقی کم‌مصرف
• نصب سیستم‌های کنترل اتوماتیک برای قطع و وصل هوای تجهیزات غیرفعال
نگهداری سیستم هوای فشرده اهمیت زیادی دارد. اگر سیستم درست نگهداری نشود، راندمان پایین می‌آید، نشتی افزایش می‌یابد و فشار هوا ناپایدار می‌شود.
کارهای ضروری:
• روغن‌کاری منظم کمپرسورها و تعویض فیلترهای روغن
• بازدید و تعویض فیلترهای هوا، مخصوصا در محیط‌های گرد و خاکی
با انجام موارد بالا شما شاهد کاهش خوردگی و سایش، بهبود کیفیت هوای فشرده و صرفه‌جویی در انرژی خواهید بود.
برای حفظ عملکرد بهینه و طول عمر تجهیزات، نظارت دقیق بر ابزار و سیستم‌ها اهمیت زیادی دارد. با بررسی منظم پارامترهای کلیدی، می‌توان مشکلات احتمالی را پیش از آنکه به خرابی منجر شوند، شناسایی کرد و تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را به شکل مؤثرتری انجام داد.
1. نصب فشارسنج‌ها در خطوط اصلی و خشک‌کن‌ها برای نظارت بر فشار.
2. نصب دماسنج‌ها در کمپرسورها و سیستم خنک‌کننده برای شناسایی انسداد و جرم گرفتگی.
3. نصب جریان‌سنج‌ها برای نظارت بر مصرف هوای سیستم.
4. اندازه‌گیری دمای نقطه شبنم برای کنترل عملکرد خشک‌کن‌ها.
5. اندازه‌گیری مصرف انرژی و زمان کار کمپرسورها برای نظارت بر بهره‌وری و مدیریت انرژی.
با این روش، نه‌تنها احتمال خرابی ناگهانی کاهش می‌یابد، بلکه می‌توان بهره‌وری سیستم را نیز افزایش داد و هزینه‌های نگهداری را به شکل بهینه مدیریت کرد.
نشتی هوا یکی از بزرگ‌ترین دلایل هدر رفت انرژی است. در کارخانه‌هایی که نگهداری مناسبی ندارند، ممکن است ۲۰ تا ۵۰٪ هوای تولید شده هدر برود.
مناطق مستعد نشتی:
• رزوه‌ها و نقاط اتصال لوله‌ها
• اتصالات شلنگ و تیوب‌ها
• شیرها و رگولاتورها
• واشرها و درزگیرها
• تجهیزات قدیمی
• بازدید و تعمیر اتصالات و نقاط نشت
• تعویض قطعات فرسوده
• به کارگیری آشکارسازهای فراصوت برای شناسایی دقیق نشت‌ها
میعانات گازی باید از سیستم هوای فشرده به طور منظم حذف شود. روش سنتی که در آن دریچه‌ها به طور دستی توسط گیرنده‌ها باز می‌شوند، باعث هدر رفتن هوای فشرده و افزایش هزینه‌ها می‌شود.
برای جلوگیری از این مشکل، می‌توان از تله‌های آبگیر برودتی و شیرهای تخلیه زمان‌دار استفاده کرد. این تجهیزات به طور خودکار آب را جمع‌آوری و تخلیه می‌کنند و از نشت دائمی هوا جلوگیری می‌کنند.
دریچه‌های تخلیه میعانات الکترونیکی (ECDTs) راهکاری مدرن و قابل اعتماد هستند که تقریباً هیچ هوایی را هنگام تخلیه میعانات هدر نمی‌دهند و عملکرد سیستم را بهینه نگه می‌دارند.
مدت زمان بازپرداخت هزینه این تجهیزات به عواملی مانند میزان کاهش نشت هوا، فشار سیستم، ساعات کار کمپرسورها، اندازه نشت و هزینه انرژی بستگی دارد.
کاهش دمای هوای ورودی به کمپرسور به طور مستقیم مصرف انرژی را کاهش می‌دهد، زیرا هوای خنک‌تر فشار کاری کمپرسور را کم می‌کند. در بسیاری از کارخانه‌ها این کاهش دما با مکش هوای تازه از خارج ساختمان قابل دستیابی است. هرچند ایجاد مسیر هوای تازه نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه است و بازگشت هزینه‌ها معمولاً تا پنج سال طول می‌کشد. به طور تقریبی، کاهش هر ۳ درجه سانتی‌گراد در دمای ورودی، حدود ۱٪ صرفه‌جویی در مصرف انرژی کمپرسور به همراه دارد.
خشک‌کن هوا باید به گونه‌ای طراحی و تنظیم شود که رطوبت موجود در هوای فشرده را به حداقل برساند و فشار نقطه شبنم بالایی داشته باشد. این کار باعث می‌شود کمپرسورها انرژی کمتری مصرف کنند و از ایجاد مشکلات ناشی از رطوبت، مانند خوردگی و اختلال در عملکرد خطوط و تجهیزات، جلوگیری شود. در نتیجه، علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، طول عمر و کارایی سیستم نیز افزایش می‌یابد.
در بسیاری از کارخانه‌ها، مدیران و پرسنل به منظور رعایت حاشیه ایمنی یا پیش‌بینی نیازهای آینده، تمایل دارند کمپرسورهایی با ظرفیت بزرگ‌تر از حد لازم خریداری کنند. اگرچه این اقدام از نظر تأمین نیازهای آینده منطقی است، اما کمپرسورهای بزرگ در حالت پارت‌لود (کارکرد با بخشی از بار) انرژی بیشتری مصرف می‌کنند و بهینه نیستند.
یک رویکرد بهتر، استفاده از چند کمپرسور با ظرفیت کمتر به صورت مدولار است. با نصب اینورتر و سیستم اتوماسیون، کمپرسورها تنها در زمان نیاز وارد مدار می‌شوند و حجم هوای مورد نیاز به شکل بهینه تأمین می‌شود. بسیاری از کارخانه‌ها از سیستم‌های مدولار چند کمپرسوری یا کمپرسورهای مجهز به اینورتر فرکانس متغیر (VFD) استفاده می‌کنند تا مصرف انرژی با نیاز واقعی سیستم هماهنگ شود.
در مواردی که فشار مورد نیاز پایین است، می‌توان به جای کمپرسور از دمنده استفاده کرد. دمنده انرژی بسیار کمتری مصرف می‌کند، زیرا تنها بخش کوچکی از توان یک کمپرسور کامل را نیاز دارد. این روش‌ها علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، امکان کنترل دقیق و انعطاف‌پذیری بیشتر در تامین هوای فشرده را فراهم می‌کنند.
لوله‌ها باید اندازه مناسب داشته باشند. لوله کوچک یا مسیر پیچیده باعث افت فشار و افزایش نشتی می‌شود در مقابل لوله‌های استاندارد باعث کاهش افت فشار، بهبود عملکرد سیستم و کاهش مصرف انرژی می‌شود.
• سایزگذاری صحیح لوله‌ها
• کاهش مسیرهای طولانی و پیچیده
• تطبیق سایز لوله با ظرفیت کمپرسور
بیش از ۸۵٪ از انرژی الکتریکی مصرفی توسط کمپرسورهای هوای فشرده صنعتی به گرما تبدیل می‌شود. برای مثال، یک کمپرسور ۱۵۰ اسب بخاری می‌تواند حرارتی معادل یک هیتر ۹۰ کیلوواتی یا یک گرم‌کننده گاز طبیعی ۴۲۲ MJ/H تولید کند. این انرژی تلف شده را می‌توان با واحدهای بازیابی حرارت به شکل مؤثر استفاده کرد و بین ۵۰ تا ۹۰٪ آن را برای گرم کردن فضا، آب، فرآیندهای صنعتی، خشک‌کن‌ها و پیش‌گرمایش دیگ‌ها بهره‌برداری نمود.
در کمپرسورهای بزرگ با سیستم آب سرد، بازده بازیابی معمولاً ۵۰ تا ۶۰٪ است و هنگام گرمایش فضا، تا ۲۰٪ از کل انرژی سالانه سیستم هوای فشرده را تأمین می‌کند. جبران هزینه سرمایه‌گذاری این سیستم‌ها معمولاً کمتر از یک سال است. حتی در خشک‌کن‌های یخچالی، گرمای تلف شده افتر کولرها می‌تواند برای گرمایش فضا، آب یا فرآیندهای صنعتی استفاده شود و مصرف انرژی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
هنگامی که تغییرات قابل توجهی در دمای بار یا دمای محیط رخ می‌دهد، بار کمپرسور و بهره‌وری آن نوسان پیدا می‌کند. در این شرایط، استفاده از اینورترهای فرکانس متغیر (VFD) می‌تواند در دوره بازپرداخت کوتاه، بازده قابل توجهی داشته باشد. تجربه عملی گروه مهندسی الکترومارکت در نصب حداقل ۵۰ عدد اینورتر روی سیستم‌های کمپرسور دوار، شامل کمپرسورهای هوای فشرده، برودتی و CNG، نشان داده است که می‌توان بین ۲۵ تا ۵۵٪ صرفه‌جویی سالانه در مصرف انرژی سیستم هوای فشرده به دست آورد.
مزایا:
• صرفه‌جویی انرژی ۱۵–۵۰٪
• کاهش استهلاک و افزایش عمر تجهیزات
• کنترل بهتر فشار و کاهش نوسانات
• کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
مثال: کمپرسوری که معمولاً با ۱۰۰٪ توان کار می‌کند، با اینورتر می‌تواند با ۶۰٪ توان فعالیت کند و نیاز واقعی کارخانه را تأمین نماید.