[bkh]

نصب بیش از یک کمپرسور :


در کاربردهای با بیش از یک کمپرسور تنها به یک کمپرسور VSD نیاز است. کمپرسورهای با سرعت ثابت ( که در حالت Full Load ارزان تر و بهینه تر هستند) برای تأمین یک بار پایه به کار می روند، سپس با به کار بردن کمپرسورهای VSD میزان تغییرات در خروجی تنظیم می شود.

در یک بررسی صورت گرفته در سیستم هوای فشرده ، میزان هوای فشرده مورد نیاز چیزی بین خروجی 2 یا 3 کمپرسور بوده است . 2 تا از این کمپرسورهای با سرعت ثابت هنگامی که فشار سیستم زیر barg 6 برسد باردار می شوند و وقتی فشار بیشتر از barg 4.6 شود بدون بار می شوند. کمپرسور سومی هم به عنوان کمپرسور آماده به کار « Stand by » وجود دارد . کمپرسور VSD طوری تنظیم شده است که فشار کاری مورد نیاز سیستم یعنی barg 6.5 را حفظ کند بنابراین کمپرسورهای با سرعت ثابت بطور پیوسته در حالت FullLoad کار می کنند کمپرسور VSD نقش تنظیم کننده را دارد. در کاربردهایی که خروجی هوا بسیار متغیر است یک کنترلر بسیار دقیق در سیستم باید نصب شود تا کمپرسورهای با سرعت ثابت بیشتری را مرتباً در سیستم قرار دهد و یا اینکه از سیستم خارج کند تا محدوده ی تنظیمی VSD را حفظ کند.


عملکرد کنترل و تنظیم مستقل :


یک مورد عمل کنترل و تنظیم مستقل در زیر انجام شده است تا میزان

صرفه جویی و ویژگیهای کاری ناشی از استفاده ی کمپرسورهای VSD را نمایش دهد:

1- تست عملکرد و کارایی هر کمپرسور.

2- اندازه گیری هوای خروجی و میزان مصرف الکتریسیته در یک دوره ی دو هفته ای.

نمودارهای مربوط به عملکرد کمپرسور در شکل قبل نشان داده شده بود. این نمودارها نشان دادند كه کمپرسورهای با سرعت ثابت قبل معیوب بوده اند و تنها به میزان %82 توان خود، هوا را منتقل می کردند ( یعنی scfm 78 کسری در فشار کاری سیستم) همچنین این کنترل و تنظیم تأیید کرد که دو کمپرسور با سرعت ثابت به طور پیوسته در حالت ظرفیت کامل کار می کنند تا یک بار پایه را تأمین کند در حالیکه VSD نقش یک تنظیم کننده را دارد. شکل زیر توان الکتریکی مصرفی کمپرسور با سرعت متغیر وتغییرات در خروجی هوای سیستم را نشان می دهد:



در طی دو هفته بررسی ، بار متوسط بر روی کمپرسور VSD ، scfm 313

( 79 درصد ظرفیت کامل) بوده است . این میزان بار به علت خروجی پایین کمپرسورهای با سرعت معیوب بسیار بالاست که با تعمیر کمپرسورهای با سرعت ثابت به scfm 235 ( 59 درصد ظرفیت کامل) رسید.


میزان صرفه جویی:


استفاده از کمپرسورهای VSD با توجه به عملکرد پایین کمپرسورهای با سرعت ثابت معیوب در مثال بالا حدود 31200 در الکتریسیته صرفه جویی داشته است. ( نسبت به یک کمپرسور با سرعت ثابت با تنظیم ظرفیت On /of ) . این صرفه جویی انرژی معادل 1750 دلار در سال صرفه جویی ارزی داشته است که با در نظر گرفتن قیمت ماکزیمم 6000 دلار برای یک VSD دوره ی بازگشت 4-3 ساله دارد. اگر تمام کمپرسورهای هوا با سرعت ثابت به طور صحیح کار می کردند آنگاه میزان صرفه جویی انرژی سالیانه به بیش از kwh 83100 می رسید که معادل با 3530 دلار در سال است که باعث کاهش دوره ی بازگشت به 7.1 سال می شد.


نتیجه گیری:


بررسیهای بالا نشان می دهد که صرفه جویی اقتصادی ناشی از نصب یک کمپرسور VSD بطور فوق العاده ای تحت تأثیر بار متوسط بر روی آن است. همانطور که قبلاً نشان داده شد هرچه متوسط بار کمتر باشد صرفه جویی نسبت به کمپرسورهای با سرعت ثابت بیشتر خواهد بود. بنابراین کمپرسورهای VSD بیشتر در جاهایی به کار می روند که گاهی اوقات تقاضای ناگهانی در خروجی هوا وجود دارد اما بار متوسط سیستم بسیار کمتر باشد. همچنین VSD ها دارای انعطاف پذیری برای تقاضای هوای خروجی در آینده هستند بدون اینکه موجب کارایی کمتر تحت شرایط بار کم که معمولاً در سیستمهای بزرگ اتفاق می افتد شوند. تحت شرایط مناسب دوره ی بازگشت یک کمپرسور VSD می تواند زیر 2 سال باشد. همچنین VSD ها به هیچ گونه نگهداری اضافه تری نسبت به کمپرسورهای با سرعت ثابت نیاز ندارند.


نشتی های سیستم هوای فشرده:


نشتی ها می توانند یک منبع مهم اتلاف انرژی در سیستم هوای فشرده صنعتی باشند که بعضی اوقات 30-20 درصد خروجی کمپرسور را تلف می کنند. سیستمی که به خوبی نگهداری نشده باشد می تواند نرخ نشتی تا 20 درصد ظرفیت کل تولید هوای فشرده داشته باشد از سوی دیگر کشف و تعمیر نشتی ها می تواند نشتی ها را به کمتر از 10 درصد خروجی کمپرسور کاهش دهد. علاوه بر اتلاف انرژی نشتی ها می توانند منجر به سایر افت های کاری نیز شود. نشتی ها موجب افت در فشار سیستم می شوند و بازده کاری را کاهش می دهد و بر تولید اثری معکوس می گذارد. علاوه بر آن نشتی ها باعث می شود تا تجهیزات به طور مداوم کار کنند و عمر تقریباً همه ی اجزاء سیستم را کم می کند ( که شامل بسته ی کمپرسور نیز می شود.) افزایش زمان کارکرد تجهیزات همچنین باعث افزایش هزینه های نگهداری نیز می شود در نتیجه نشتی ها باعث افزایش غیر ضروری ظرفیت کمپرسور خواهد شد. جدول زیر میزان نشتی هوا برای قطر سوراخ معادل و انرژی و هزینه ی تلف شده را نشان می دهد.



جدول نشتی

نشتی ها می توانند در هر قسمتی از سیستم اتفاق بیفتد مهمترین قسمتهایی که

می تواند دچار مشکل شود عبارت است از :

1- کوپلینگ ها ، لوله ها و اتصالات

2- تنظیم کننده های فشار

3- شیرها و زانويي ها

4- ناپیوستگی ها و درز رزوه ها


تخمین میزان نشتی:


برای کمپرسورهایی که از کنترل Start-Stop استفاده می کنند یک راه ساده برای تخمین میزان نشتی در سیستم وجود دارد. در این روش کمپرسور هنگامی که هیچ گونه تقاضا از سیستم وجود ندارد ( تمام تجهیزات استفاده کننده ی هوا خاموش باشد) شروع به کار می کند. اندازه گیری هایی برای تعیین زمان متوسط باردار و بدون بار کردن کمپرسور صورت می گیرد از آنجا که نشتی ها سبب افت فشار در سیستم می شوند باعث می شود تا کمپرسور یک چرخه ی روشن و خاموش را طی کند. درصد کل نشتی می تواند بصورت زیر محاسبه شود:

[100 ( ( T+t )× T)] = درصد نشتی

که در آن :

T : زمان باردارشدن (دقیقه) t : زمان بی بار شدن ( دقیقه) است.

نشتی ها بر حسب درصد افت ظرفیت کمپرسور بیان خواهند شد.

درصد افت ناشی از نشتی ها در یک سیستم باید کمتر از 10 درصد باشد سیستمهای با نگهداری ضعیف افت هايی تا میزان 30-20 درصد توان کمپرسور دارند. نشتی ها در سیستم می تواند توسط روشهای کنترلی دیگر تخمین زده شوند. این روشها نیازمند تخمین از حجم کلی سیستم است که شامل دریافت کننده های هوای ثانویه ی جریان پایین دست ، شاه لوله ها و لوله ها می باشد ( حجم بر حسب [sup]3[/sup]ft[sub] [/sub]است. ) سیستم شروع به کار می کند و به فشار کاری نرمال آورده می شود.
(P1)سپس اندازه گیریها در زمان T که در آن سیستم به فشار پایین تر P2 افت می کند انجام می پذیرد سپس نشتی ها با توجه به رابطه ی زیر محاسبه می شود:

25.1 × [ ( 7.14 × T / (P2 – P1 ) × V ] = ( فوت مکعب بر دقیقه ) نشتی

که در آن V برحسب فوت مکعب ، P[sub]1[/sub] و P[sub]2[/sub] بر حسب Psig و T بر حسب دقیقه است.

ضریب 25.1 در فرمول بالا نشتی ها را به فشار نرمال تصحیح می کند.


کشف نشتی ها:


از آنجا که نشتی های هوا تقریباً غیر قابل دیدن هستند برای کشف محل آنها از روشهای دیگری باید استفاده کرد. بهترین راه برای کشف نشتی ها استفاده از آشکارساز فراصوتی ( ultrasonic acoustic detector ) است که صداهای هیس هیس با فرکانس بالای ناشی از نشتی ها را تشخیص می دهد این دستگاه قابل حمل از میکروفن های جهت دار،تقویت کننده ( amplifier ) و فیلترهای صوتی تشکیل شده است و معمولاً یک نمایشگر و یا یک هدفون گوشی برای کشف

نشتی ها دارند نمونه ای از این دستگاه در شکل زیر نشان داده شده است.



آشکار ساز فراصوتی

یک روش ساده تر به کاربردن کف صابون برای حدس زدن نواحی دارای نشتی است این روش اگرچه قابل اطمینان است ولی بسیار وقت گیر است.


چگونه نشتی ها را تعمیر کنیم؟


نشتی ها اغلب در اتصالات اتفاق می افتند.متوقف کردن نشتی ها می تواند به سادگی تنگ کردن یک اتصال و یا به پیچیدگی جایگزینی تجهیزات معیوب از قبیل کوپلینگ ها ( بوش ها) ، اتصالات ، لوله ها شیلنگ ها ، ناودانها و زانویی ها باشد. در بیشتر موارد نشتی ها به علت کاربرد نادرست درزگیر دندانه ها یا

رزوه ها است. انتخاب اتصالات ، ناپیوستگیها و لوله های با کیفیت بالا و نصب صحیح آنها با درزگیرهای مناسب می تواند باعث کاهش نشتی ها شود.

تجهیزات بدون عملکرد نیز می تواند یک منبع مهم برای نشتی باشد تجهیزاتی که دیگر از آنها استفاده نمی شود باید توسط یک شیر در سیستم توزیع ایزوله شوند. یک روش دیگر برای کاهش نشتی ها کم کردن فشار هوای خروجی سیستم است کم کردن اختلاف فشار موجب کاهش نرخ جریان از یک اوریفیس یا روزنه می شود بنابراین کم کردن فشار سیستم سبب کاهش نرخ نشتی ها خواهد شد. هنگامی که نشتی ها تعمیر شد سیستم کنترل کپرسور باید مجدداً ارزیابی شود تا پتانسیل های کلی برای صرفه جویی در انرژی درک شود.


برنامه ی پیشگیری از نشتی ها:


برنامه ی پیشگیری از نشتی ها باید به عنوان قسمتی از برنامه ی کلی بهبود عملکرد سیستم هوای فشرده در نظر گرفته شود وقتی که نشتی ها پیدا و تعمیر شد سیستم باید دوباره ارزیابی شود.


اقتصاد سیستم هوای فشرده ( هزینه های الکتریکی):


هزینه های الکتریکی بیشترین هزینه ها در یک سیستم هوای فشرده می باشد. هزینه ی اولیه برای یک کمپرسور hp 100 بين 30000 تا 50000 دلاراست كه به نوع كمپرسور و کارخانه ی سازنده بستگی دارد در حالیکه هزینه های الکتریکی برای همان سیستم ممکن است به 50000 دلار در سال نیز برسد . علاوه بر اینها هزینه های نگهداری سالیانه ی سیستم نیز ممکن است 10 و یا بیشتر از 10 درصد هزینه ی اولیه ی سیستم باشد.

محاسبه هزینه های الکتریکی :

الف ) عملکرد Full – Load :

1- محاسبه ی ساده : اطلاعات زیر برای محاسبه ی سریع هزینه های الکتریکی برای یک کمپرسور که تحت شرایط Full –Load کار می کند لازم است

(a توان نامی موتور کمپرسور (bhp)

(b بازده نامی موتور ( یا یک بازده ي حدس زده شده)

(c ساعات کارکرد سالیانه ( hrs / year )

(d قیمت الکتریسیته ($ / kwh)

هزینه ی سالیانه الکتریسیته می تواند بصورت زیر محاسبه شود:



در بالا فرض شده است موتور الکتریکی که کمپرسور را به حرکت در می آورد دارای بازده 90 درصد است ( 90 در ضریب ) که یک فرض منطقی برای یک سیستم مدرن بیش از hp 50 است. با توجه به اینکه از سال 1997 به بعد سطح بازده موتورها روبه افزایش است موتورهای جدیدتر می توانند حتی بازدهی بیشتر از این هم داشته باشند.


2- محاسبه با اندازه گیری ولتاژ و آمپر:


یک روش دقیق تر برای تعیین مصرف الکتریسیته و هزینه های الکتریکی

اندازه گیری ولتاژ و آمپر Full – Load است . توان bhp موتور و بازده برای این محاسبات لازم نیست اگرچه ضریب توان PF که توسط كارخانه ي سازنده ي موتور مشخص مي شودمورد نياز است. محاسبات به اين صورت است كه آمپر Full-load را مي گيرد و آن را به KW بار كامل تبديل مي كند. سپس آن را در ساعات كاري و قيمت الكتريسيته ضرب مي كند. محاسبات در زير نشان داده شده است.



ب) عملكرد Part-load

اگر يك سيستم هواي فشرده بعضي از اوقات تحت حالت Full-load كار كند ويك سيستم كنترل مناسب داشته باشد هزينه ي الكتريكي كمتر از حالتي خواهد بود كه كمپرسور در تمام ساعت هاي كاري در حالت Full-load كار كند. شكل قبل تخمين درصد زماني كه كمپرسور درحالت Full-load كار مي كند و اضافه كردن اين درصد به عنوان يك ضريب در معادله را بيان كرد. محاسبات را براي درصد زماني كه كمپرسور در حالت بي باري و يا Part-load كار مي كند تكرار مي كنيم ضريبي براي جبران بار كاهش داده شده بر روي موتور در نظر

مي گيريم (0.2 تا 0.3 يك حدس خوب براي عملكرد بدون بار كمپرسورهاي

screw دوار و 10. تا 150. برای کمپرسورهای رفت و برگشتی است ضریب 30. در معادله ی بعدی به کار رفته است) با جمع کردن این دو هزینه ی انرژی کلی بدست می آید. برای محاسبه ی دقیق تر هزینه های انرژی کمپرسورهایی که در حالت part – load کار می کنند، عددی به نام عدد ردیف

« Tier Number» تعریف می کنیم که بیانگر درصد زمانی کارکرد دردرصدهای مختلف بار است. اطلاعات کارخانه ی سازنده برای مصرف انرژی در درصدهای مختلف مورد نیاز است.

محاسبات عملکرد part – load در زیر نشان داده شده است:



شکل عملکرد part – load

به خاطر داشته باشید که محاسبات یک تقریب خوب از مصرف انرژی را نشان می دهند نه یک عدد دقیق.


هزینه های تقاضا و فشار :


تولید هوای با فشار بالا نسبت به هوای با فشار پایین تر گران تر است . برای یک سیستم که تحت فشار تقریباً psig 100 کار می کند به ازای هر psi 2 افزایش فشار کارکرد سیستم هزینه های الکتریکی یک درصد افزایش خواهد یافت.

در سیستم شرح داده شده در اولین مثال ، افزایش فشار از psig 100 به psig 110 باعث افزایش هزینه های انرژی به میزان 5 درصد یا 1800 دلار در سال خواهد شد.


صرفه جویی ناشی از عملکرد:


به علت هزینه ی اولیه ی نسبتاً پایین کمپرسورها در مقایسه با هزینه های الکتریکی، خریداران به هنگام تصمیم گیری در مورد سیستم هوای فشرده باید تحلیل هزینه ی دراز مدت را به کار ببرند. علاوه بر آن یک سیستم هوای فشرده بهینه سیستمی نیست که فقط یک موتور با کارایی بالا و یا کمپرسور با طراحی عالی داشته باشد بلکه کارایی کل سیستم نقشي کلیدی در بیشترین مقدار

صرفه جویی دارد. اغلب خریداران فقط قیمت اولیه را در نظر می گیرند و ارزانترین سیستم هوای فشرده را انتاب می کنند یعنی کارایی سیستم را نادیده

می گیرند. برای داشتن یک سیستم با کارایی بالا یک طراحی و تحلیل دقیق نیاز است. بسیاری از استفاده کنندگان سیستمهای هوای فشرده این عوامل را در نظر نمی گیرند و فکر می کنند که در هزینه ها صرفه جویی کرده اند در حالیکه در دراز مدت پول خیلی بیشتری برای هزینه های انرژی و نگهداری پرداخته اند. برای سیستمی که دستخوش اصلاحات متعددی شده و به خوبی نگهداری شده است اغلب صرفه جویی انرژی بین 20 تا 50 درصد و حتی بیشتر بدست می آید برای سیستم hp 100 که قبلاً شرح داده شد این به معنای صرفه جویی سالیانه ی 7 تا 18 هزار دلار است.

سیستمهای بزرگتر میزان صرفه جویی انرژی بیشتری خواهند داشت. برای رسیدن به قتصاد بهینه ی سیستمهای هوای فشرده ، استفاده کنندگان سیستمهای هوای فشرده باید تجهیزات را بر پایه ی اقتصاد دراز مدت ، اجزای با سایز مناسب ، خاموش کردن کمپرسورهای اضافی ، به کار بردن روشهای کنترل و ذخیره ی مناسب و نگهداری و کارکرد اجزا برای ماکزیمم عملکرد بنا کنند.


بازیافت گرما:


93-80 درصد انرژی الکتریکی مصرف شده توسط کمپرسورهای هوای صنعتی به حرارت تبدیل می شود. در بسیاری از موارد يك واحد بازیافت گرما با طراحی مناسب می تواند 90-50 درصد این انرژی گرمایی موجود را بازیافت کند و آن را به کار مفید برای گرم کردن آب یا هوا تبدیل کند. استفاده های معمول از حرارت بازیافت شده شامل گرم کردن فضاهای اضافی ، گرم کردن فرآیندهای صنعتی ، گرم کردن آب ، گرم کردن هوا و پیش گرم کردن آب در بویلر است. گرمای بازیافت شده از یک سیستم هوای فشرده معمولاً آنقدر گرم نیست که بتواند مستقیماً بخار تولید کند. سیستمهای بازیافت حرارت برای هر دو نوع کمپرسورهای

-cooled airو Water-cooled موجود هستند.

بازیافت گرما در کمپرسورهای Screw دوار Air-cooled :


1-گرم کردن هوا :


کمپرسورهای Screw دوار Air-cooled در بازیافت گرما برای گرم کردن فضا یا سایر استفاده های هوای گرم به خوبی جواب می دهند. هوای اتمسفری محیط با عبور از میان After cooler و سردکننده ي روغن سیستم ، گرم خواهد شد. هوای اتمسفری حرارت را از هوای فشرده شده و از روغنی که برای خنک کاری کمپرسورها استفاده شده است جذب می کند. از آنجا که بسته ی کمپرسور معمولاً در محفظه ای که شامل مبدلهای حرارتی و فن ها است قرار می گیرد بنابراین تنها اصلاحی که سیستم نیاز دارد اضافه کردن یک مجرا و یک فن برای هدایت سیال در مجراها و حذف فشار برگشتی بر روی فن خنک کننده کمپرسور است. این سیستم بازیافت گرما می تواند توسط یک هواکش لولایی ساده تنظیم شود. در تابستان که به هوای گرم نیازی نیست حرارت می تواند به محیط خارج هدایت شود. هواکش همچنین می تواند بصورت ترموستانی تنظیم شود تا یک دمای ثابت را برای محیط تأمین کند. این هوا می تواند برای گرم کردن فضا ، خشک کردن صنعتی ، پیش گرم کردن هوای مکش شده در مشعل های روغن و یا هر کاربرد دیگری که به هوای گرم نیاز دارد استفاده شود.

اگر هوای ورودی به کمپرسور از بیرون نباشد و گرمای بازیافت شده در فضای دیگری به کار برده شود فشار استاتیکی در داخل محفظه ی کمپرسور کم شده و بازده کمپرسور کاهش می یابد . اگر از هوای بیرون استفاده می شود مقداری هوای برگشتی مورد نیاز است تا از آسیب رسیدن به کمپرسور در دمای زیر صفر درجه جلوگیری کند.


2- گرم کردن آب :


با به کار بردن یک مبدل حرارتی این امکان وجود دارد که حرارت اضافی خنک کننده های روغن که در بسته ی کمپرسورهای Screw دوار Water – cooler و یا بسته ی کمپرسورهای رفت و برگشتی Water - cooler وجود دارد را گرفته و آب گرم تولید کند. با توجه به طراحی مبدل های حرارتی آب تولید شده می تواند آب آشامیدنی و یا آب غیر قابل شرب ( آب خاکستری ) باشد. وقتی که نیازی به آب گرم نیست روغن به مسیر استاندارد خنک کننده ي روغن فرستاده می شود.

آب گرم تولیدی می تواند در سیستمهای بویلر ، سیستمهای حرارت مرکزی ، فرآیندهای تمیزکاری صنعتی ، عملیات روکش کاری فلزات ، پمپهای حرارتی ، خشک شویی و یا سایر کاربردهایی که آب گرم مورد نیاز است به کار برده شود. مبدل های حرارتی همچنین می توانند بطور همزمان هوای گرم و آب گرم تولید کنند و این امکان را به کاربر می دهند تا نسبت هوای گرم و آب گرم را تغییر دهند.

بازيافت گرما دركمپرسورهاي Water-cooled:

بازیافت گرما در کمپرسورهای Water – cooler متداول نیست زیرا یک

مرحله ی اضافی تبادل گرما مورد نیاز است و دمای حرارت موجود پایین است. بازده بازیافت در این حالت معمولاً 60-50 درصد است.


محاسبات صرفه جویی در مصرف انرژی:


هنگام محاسبه ی صرفه جویی انرژی و مدت زمان بازگشت سرمایه برای واحدهای بازیافت نکته ای که حائز اهمیت است این است که بازیافت گرما با سوختی که هم اکنون برای تولید انرژی استفاده می شود ( که ممکن است یک سوخت فسیلی ارزان قیمت مانند گاز طبیعی باشد) مقایسه شود. محاسبات زیر میزان صرفه جویی در انرژی و هزینه ی سالیانه سیستم بازیافت گرما را برای یک کمپرسور Screw دوارAir-cooled را نشان می دهد . در کاربردهایی که heater موجود بازدهی کمتر از 85 درصد دارد متناسب با آن صرفه جویی بیشتری دیده خواهد شد





محمد علی شیرازی کارشناس مکانیک (گرایش تاسیسات)

منبع : پایگاه اینترنتی مهندسی مکانیک ایران