工业实用效率

使用基线测量来改善压缩空气供应性能

汤姆塔兰托，数据电源服务有限责任公司。

基线测量包括流量、功率、压力、产量和其他影响压缩空气使用的相关变量。这些数据评估趋势平均值，以制定关键绩效指标(KPI)和能源绩效指标(EnPI)参数，并建立基础年绩效。本文的重点是基线测量的应用、评估和分析，以提供必要的信息，以提高压缩空气供应效率。

根据压缩空气挑战®压缩空气系统基础培训，基线包括采取措施，以确定您的压缩空气系统有效满足负荷。

根据ASME EA-4-2010§1.3.2，生产输出的压缩空气系统评估一定水平的系统能效需要两个重要的措施：

  • 一次能源资源的用于产生压缩空气的总量的总消耗量。
  • 压缩空气的总量消耗用于生产输出的给定水平。

为压缩空气系统设定基线包括测量以确定压缩空气系统目前的运行情况。基准年绩效是在实施改善绩效和能源效率的变革之前确定的。实施后基线，通常被称为评估、测量和验证(EM&V)，评估这些变更的有效性。

减少能源的三个机会

能源消耗和系统性能的优化包括三个基本机遇:

  1. 提高压缩空气供给效率。
  2. 消除不可恢复的压损，减少空气压缩机的排放压力。
  3. 通过消除浪费来减少压缩空气的消耗。

对于每一个机会的三个领域，适当ENPI的或KPI的可以用来量化操作参数，并确定节省机会。

供应/需求平衡性能指标

下面的性能指标是涉及到压缩空气供给效率性能共同措施。

  • 改善与改进的控制策略和供应/需求平衡供应侧的发电效率。
    • KPI Q（FL）=每分钟标准立方英尺 - 气流在所有正在运行的空气压缩机的满负荷容量。
    • KPI Q（AVG）=标准立方英尺 - 传递到系统的平均气流速度。
    • KPI Q（峰值）=标准立方英尺 - 传递到系统峰值气流速率。
    • ENPI SP =千瓦/ 100标准立方英尺 - 比功率。
    • EnPI CASE = scf/kWh - CASE指数压缩空气供应效率

评估KPI的以下工作条件是指为改善供应/需求平衡，以达到节约能源的潜在机会：

  • 空压机的满负荷运行能力Q(fl)大于平均需气量Q(avg)。
  • 运行空气的满负荷容量压缩机Q（FL）大于峰值空气需求Q（峰）更大。
  • 满载运行空气压缩机容量Q (fl)如此之大,多个空气压缩机运行在部分负载能力,这样可以关闭一个或多个空气压缩机虽然仍在运行的单位可以供应系统供气量Q (sys)同时操作不到满载问(fl)能力。

数据挖掘每小时平均运行概况

数据挖掘和性能指标检讨可以提供洞察力和出发点，探讨改进的控制策略的机会。流，功率，和压力的基线数据测量应在频繁的数据的时间间隔进行测量。

为了允许系统事件和的1到10秒的空气压缩机的控制响应时间间隔的动态分析，通常使用。在KPI的和ENPI的计算为基线测量的平均值。例如，在图1中所示的性能数据表示使用100毫秒的采样率和六第二数据间隔测量基准数据的每小时平均性能。

日常运营情况- KPI和EnPI分析

图1：每日操作分布 - KPI和ENPI分析。点击在这里扩大。

通过观察系统的压缩空气供应效率在凌晨4点，比功率EnPI SP = 19.1 kW/100 scfm, EnPI CASE为314.8 scf/kWh，可以获得重要的性能洞察。相比之下，下午5:00时EnPI SP为30.0 kW/100 scfm, EnPI CASE为200.3 scf/kWh。在凌晨4点到下午5点之间，系统供应效率下降了36%。不同的是什么?调查显示，空压机的平均排气压力增加了14.7 psi。比较KPI的Q(fl)和Q(avg)显示，当效率较低时，供应/需求平衡[Q(fl)减去Q(avg)]略大。只有257 scfm的差异;上午4点有1,212个超容量SCFM，下午5点有1,469个SCFM。

动态性能的进一步调查将显示，在更有效的时间有运行中的四个空气压缩机。四台机组中的三个提供接近100％的容量。第四空气压缩机65和85的全容量百分比之间运行。在效率较低的时间三个空气压缩机运行。一个空气压缩机被连续操作的卸载并消耗46千瓦的功率，同时提供没有压缩空气系统。这种空气压缩机应停止。

数据挖掘日常工作型态，提高全年业绩

许多压缩空气系统评估将基线期数据作为年化平均值，而不考虑“典型运行期”之间的剖面差异。此外，对能源效率措施的分析往往是作为对平均年度运作的平均改进而不考虑正常的业绩变化。

至关重要的是，性能分析，以适当的模型实际系统运行足够精细。在性能和变化能效措施（了EEMs）的结果是不成正比的。例如，在上面的平均总功率的数据是488.2度和平均比功率为24.3千瓦/ 100立方英尺。中午比功率等于平均24.3千瓦/ 100立方英尺，而总功率为579.2千瓦，远高于平均水平。在另一方面，上午5:00时的平均总功率为486.8千瓦，接近平均的488.2千瓦时;平均比功率21.9千瓦/ 100立方英尺，比平均24.3千瓦/ 100cfm的低得多。功率的性能特性 - 对流量为空气压缩机容量控制 - 不是线性的。因此，性能分析的粒度是必要的有效的结果。

此外，在任何生产设施中，每天的操作都不太可能完全重复一年中的每一天。年度KPI和EnPI性能参数如图1所示。年度基准年结果的经营概况统计显示为每天24小时，每周7天，每年52周。该系统的实际基准年绩效可能与所描述的结果有显著不同。

识别典型的运行期

为了提高基准年EnPI结果的准确性，可以使用流量和功率的每日剖面来识别典型的运行时期。对比图2所示的日运行剖面图，可以发现三个典型的运行时期:

  1. 生产号1略有降低每小时平均功率（kW）;特别是在晚上小时。
  2. 通过比较生产号2典型的操作周期具有略高千瓦。
  3. 周五-周六-周日的典型运行时段均有相似的小时平均功率(kW)。
日常操作配置文件
    图2：示出的是具有三个典型的操作期间每日操作简档。

    年度绩效是通过分配每个典型运营时期的年度总运营时间来预测的。例如，使用图2中确定的典型运行期，并假设每年运行50周(350天)，将周五-周六-周日的典型运行期分配为150天的运行期。如果预计第1生产比第2生产多20%的典型运行时期;1号产品分配110天，2号产品分配90天。

    数据挖掘和识别典型的经营时期，结合增加的数据分析粒度，提高了基准年业绩年度预测的准确性。当EEM的评估粒度相同，并对基准年的典型运行期进行分析时，能源和成本节约预测比只使用数据平均而不考虑实际运行条件时更现实和可靠。

    “合适尺寸”空压机选型的数据挖掘

    图2所示的系统最大空气需求为1,400个acfm。提议的设计是三台150马力(hp)的空气压缩机，每台容量750 scfm, 100 psig(最大110 psig)。全流量)和装载/卸载控制，用于基载/微调/和备用能力。这个尺寸合适吗?750 cfm的空压机尺寸是否能达到最好的供需平衡?系统所需的正常气流范围是多少?有多少空气需求?运作时间的哪一部分?数据挖掘基线流量数据，并使用直方图进行分析，将使我们了解在不同的空气需求下压缩空气需求和运行时间的正常变化。

    什么是柱状图？直方图是用于数字排序，并确定有多少次，每次数出现在类型条形图。作为一个例子，让我们掷骰子。开始与999个骰子和掷骰子看数量如何经常是1或2，它是如何经常3或4，以及它是5点或6与三个仓直方图开始标记为“1 - 2”，“3- 4”和‘5 - 6’和滚动骰子每之后，我们将其放置在bin为被轧的数量。如果我们这样做999次应该在每个箱333个骰子。柱状图将仅仅是三个条，一个表示每个区间和各条的高度将等于333，在bin骰子的数量。

    考虑一个连续13天每6秒测量一次基线流量数据的系统(187,200个流量测量数据点)。6秒间隔的数据将捕捉动态性能，包括气流的快速增加和减少。对于直方图分析，我们想要一个更平均的流量，因为将由空气压缩机提供。因此，第一步是计算6秒数据的1分钟平均值，这将得到18,720个平均流量读数，如图3所示(注:也可以计算滚动或移动的1分钟平均值)。在直方图中，每个容器以100 cfm至1400 scfm的增量分配。我们是否期望在每个100cfm的桶中有相同数量的流量测量值，就像骰子一样?当然不是，气流不像骰子那样是随机的。

    在图3所示的直方图排序18720个流量读数揭示了最低流量是300和400标准立方英尺之间（只有13的读数，0.1％更低），最高流量读数是300个数据点（1.6％）是1300和1400标准立方英尺之间。

    图3

    图3：示出了基线测量气流的直方图。点击在这里扩大。

    其中以下三个空气压缩机的大小选择的是“正确的大小”？

    1. 什么洞察力得到了我们的三个750标准立方英尺，150马力的空气压缩机与基荷/装饰/备用选择大小从压缩空气流量基线数据的直方图？性能是在100psig 750 SCFM（110 psig的最大全流量）和129.9千瓦包电。
    • 气流在400 - 600scfm范围内，35.0%的操作时间。使用750 scfm空压机，在35%的时间内，空气需求是满负荷能力的53%至80%。
    • 32%的操作时间，气流在700至900 scfm范围内。当单个750 scfm空压机的容量不足时，第二台750 scfm空压机将启动并在满负荷容量的0到20%之间运行。
    1. 作为一种替代方案，可以考虑一个带有3台125马力空气压缩机的系统，以100 psig(最大110 psig)的功率输出620 scfm。全流量)和107.4 kW满载(FL)机组功率。
    • 气流在400 - 600scfm范围内，35.0%的操作时间。使用620标准立方英尺的空气压缩机，空气需求是的时间35％的满负荷容量为65〜97％的。
    • 32%的操作时间，气流在700至900 scfm范围内。当单个620 scfm空压机没有足够的容量时，第二台620 scfm空压机将启动并运行满负荷能力的13%到45%。
    • 两台620 scfm空气压缩机将为系统提供93.5%的运行时间。剩下的6.5%的时间需要所有三个空压机。如果需要储备容量来覆盖100%的操作时间，则需要额外的空压机容量。
    1. 最后，考虑到未来空气需求的增加，建议使用两台200马力的空气压缩机，并使用第三台作为备用容量。性能是1,030 scfm在100 psig (110 psig max。全流量)，机组功率170.8 kW。

    这三个系统的能源消耗计算结果如图1所示。对于直方图的每个仓，能源使用是根据空气需求的中位数计算的，例如对于400 - 500平方英尺的仓，使用450平方英尺的空气需求。能量计算是基于负载/卸载能力控制，假设空压机的配平尺寸为每cfm 3加仑的存储容量。右柱计算的是每cfm存储5加仑，这与系统需要3台200hp空气压缩机的容积(3100加仑)相同。

    空气压缩机数量x能力和马力

    存储卷

    3×620 SCFM 125马力

    1860（3加仑/ CFM）

    3 x 750 SCFM 150 HP

    2250(3加仑/ cfm)

    3×1030 SCFM 200马力

    3090（3加仑/ CFM）

    3×620 SCFM 125马力

    3100(5加仑/ cfm)

    年度能源使用

    1328000千瓦时/年。

    1409000千瓦时/年。

    1420000千瓦时/年。

    1302000千瓦时/年。

    年度费用（$ 0.10元/千瓦时）

    $ 132 800 /年

    140,900美元/年

    $ 142 000 /年

    $ 130,200 /年
    表1：特许是年度能量使用的比较和用于各种空气压缩机尺寸成本。

    通过使用该系统的气流直方图分析获得的洞察力，确定了125马力的空气压缩机系统将节省$ 8,100名每年比使用150马力的空气压缩机系统。较大的空气压缩机是基于一些未知的“扩张”和“未来空气需求的增长”，往往选择。该系统运行200马力的空气压缩机的费用为每年$ 9,200以上的电力超过125马力的系统。在五年内，对尺寸提供了$ 40,000到$ 46,000的节省。在未来，如果确实需要额外的空气压缩机容量，节能几乎可以支付一个新的空气压缩机。

    数据挖掘 - 有价值的信息和洞察力

    如本文所述，压缩空气系统基线性能测量:

    • 确定了一种改进的控制策略，可使空压机长时间无负荷运行时停机。
    • 提供了改进的基年业绩ENPI是通过识别典型的工作时段。
    • 给定信息，以“合适尺寸”的空压机选择与最有效的供求平衡。

    数据挖掘压缩空气系统的基准性能测试可以解开基线数据的广大池提供有价值的信息和压缩空气系统的设计，性能和效率等各方面新奇的见解。动态性能分析可以找出空气储存的机会。压力分布数据可以识别不可恢复的压力损失和机会，以减少空气压缩机的工作压力。压缩空气的浪费，特别是损失人工需求可以被识别和评估。

    欲了解更多信息，请联系汤姆塔兰托，数据电源服务，电话：315-635-1895，电邮：tom@datapowerservices.com。

    阅读更多系统评估文章请访问//m.ghtac.com/system-assessments。

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