Как режим загрузки компрессоров влияет на энергопотребление

Энергопотребление компрессорной системы зависит не только от установленной мощности оборудования, но и от того, как компрессоры загружены во времени, сколько воздуха реально требуется производству, сколько времени агрегаты работают в холостом режиме и в какой последовательности они включаются. При переменном спросе одинаковый объём сжатого воздуха можно обеспечить разными сочетаниями оборудования, и электрические затраты этих режимов могут различаться.

Поэтому практическая оценка начинается не с вопроса «какой компрессор мощнее», а с построения нагрузочного профиля станции. Необходимо синхронно видеть расход воздуха, давление, электрическую нагрузку каждого агрегата, периоды загрузки и холостого хода и фактический производственный спрос. Только после этого можно определить, соответствует ли последовательность включения компрессоров реальной потребности системы.

Почему средняя загрузка компрессорной станции недостаточна

Среднее значение за смену или сутки может скрывать принципиально разные режимы.

Одинаковая средняя нагрузка способна формироваться:

одним компрессором, работающим длительно под устойчивой нагрузкой;
несколькими агрегатами при частичной загрузке;
чередованием полной нагрузки и холостого хода;
частыми включениями и разгрузками;
сменой ведущего компрессора в течение периода.

Поэтому для энергетической оценки необходимо анализировать продолжительность отдельных состояний, а не только среднее значение.

Какие исходные данные нужны

Для анализа режима загрузки необходимо связать электрические параметры станции с произведённым воздухом и фактическим спросом сети.

Основные исходные данные:

электропотребление компрессоров;
давление и расход сжатого воздуха;
графики загрузки и холостого хода;
последовательность включения компрессоров;
состояние распределительной сети и режим конечных потребителей;
описание характерного периода и производственной нагрузки.

Схемы и журналы режима необходимы там, где без них нельзя определить, какие агрегаты работают на общую сеть и как распределяется нагрузка.

Сначала нужно определить границу анализа

До интерпретации необходимо установить, какие компрессоры и потребители входят в рассматриваемую систему.

Следует определить:

какие агрегаты работают на общую сеть;
есть ли отдельные локальные компрессоры;
где измеряется суммарный расход;
где контролируется давление;
какие конечные потребители формируют спрос;
не менялась ли конфигурация оборудования между периодами.

Если измерительная граница различается, сравнение режимов может быть некорректным.

Что означает загрузка компрессора

В практическом анализе важно разделять периоды, когда агрегат действительно производит воздух в соответствии со спросом, и состояния, когда электрическая нагрузка сохраняется, но полезная подача изменяется.

Для каждого компрессора полезно выделять:

работу под нагрузкой;
частичную загрузку, если режим оборудования это предусматривает;
холостой ход;
останов;
переходные состояния.

Затем для каждого состояния определяют продолжительность и электрическую нагрузку.

Почему длительный холостой ход влияет на энергозатраты

Если компрессор остаётся включённым в разгруженном состоянии, электрическая энергия продолжает потребляться, хотя полезная подача воздуха может существенно отличаться от рабочего режима.

Для оценки необходимо определить:

сколько времени длится холостой ход;
как часто он возникает;
какова электрическая нагрузка в этом состоянии;
какой расход воздуха существует одновременно;
почему агрегат не останавливается или не заменяется другим в последовательности.

Сам факт холостого хода ещё не является доказательством неправильного управления. Важно оценить его суммарную продолжительность и функцию в алгоритме станции.

Почему короткие переходы и длительный холостой режим нельзя смешивать

Кратковременная разгрузка может быть нормальной частью регулирования при изменении спроса. Другое значение имеет режим, который повторяется часто или занимает значительную часть характерного периода.

Поэтому необходимо отдельно фиксировать:

число переходов;
продолжительность каждого интервала;
суммарное время холостого хода;
связь этих интервалов с расходом воздуха;
работу остальных компрессоров.

Так становится понятно, является ли наблюдаемая картина кратковременной динамикой или устойчивым режимом станции.

Как переменный спрос влияет на загрузку компрессоров

Если потребление воздуха существенно меняется во времени, компрессорная система должна реагировать на эти изменения.

Для анализа сопоставляют:

график расхода воздуха;
график давления;
электрическую мощность каждого компрессора;
периоды загрузки и разгрузки;
момент подключения дополнительных агрегатов.

Так можно определить, насколько структура работающего оборудования соответствует реальному спросу.

Почему несколько частично загруженных компрессоров требуют отдельной проверки

При снижении спроса станция может продолжать работать несколькими агрегатами одновременно.

Это не всегда является неправильным режимом, но необходимо проверить:

может ли тот же спрос обеспечить меньшее число агрегатов;
какова нагрузка каждого компрессора;
сколько времени сохраняется такой режим;
какое давление поддерживается;
как меняется электрическая мощность станции.

Только после такого сравнения можно оценивать качество распределения нагрузки.

Почему последовательность включения компрессоров важна

В многокомпрессорной системе энергопотребление зависит от того, какой агрегат используется как основной, какой подключается при росте спроса и какой принимает переменную часть нагрузки.

Необходимо установить:

какой компрессор запускается первым;
при каком расходе подключается следующий;
какой агрегат первым разгружается при снижении спроса;
возникает ли одновременно холостой ход нескольких машин;
как меняется давление при переключениях.

Неэффективная последовательность может поддерживать работу лишнего оборудования при нагрузке, которую можно было бы обеспечить другим сочетанием агрегатов.

Почему суммарная электрическая мощность не показывает качество последовательности

Одинаковая суммарная мощность в разные моменты может соответствовать разным состояниям оборудования.

Например:

один компрессор может работать под высокой нагрузкой;
два — при более низкой загрузке;
один агрегат может производить воздух, а другой находиться в холостом режиме.

Поэтому необходима детализация по каждому компрессору.

Как давление связано с загрузкой

Алгоритм загрузки и разгрузки компрессоров обычно нельзя анализировать отдельно от давления сети.

Нужно сопоставлять:

давление на станции;
давление у характерных потребителей;
расход воздуха;
момент загрузки и разгрузки агрегатов;
подключение дополнительных компрессоров.

Если давление существенно изменяется при переходах между режимами, это необходимо учитывать при оценке последовательности работы.

Почему высокий расход электроэнергии может быть связан не с загрузкой компрессоров

Даже неблагоприятный на первый взгляд профиль работы может быть следствием других проблем системы.

Необходимо исключить:

утечки сети;
избыточное давление;
непроизводительный расход конечных потребителей;
изменение полезной производственной нагрузки;
ошибку измерительной границы.

Если высокий спрос создаётся самой сетью или потребителями, изменение последовательности компрессоров не устранит исходную причину.

Как утечки влияют на загрузочный профиль

Утечки создают дополнительный спрос, на который компрессорная станция реагирует так же, как на полезное потребление.

В результате могут увеличиваться:

время работы под нагрузкой;
число подключённых компрессоров;
продолжительность работы станции;
суммарный электрический расход.

Поэтому перед окончательной оценкой алгоритма управления необходимо отделить полезный спрос от непроизводительного.

Почему высокий коэффициент загрузки не всегда означает хороший режим

Если компрессоры большую часть времени работают под нагрузкой, это ещё не означает, что система оптимальна.

Высокая загрузка может быть следствием:

большого полезного спроса;
утечек;
повышенного давления;
непроизводительного потребления;
неподходящего состава работающего оборудования.

Поэтому загрузку необходимо оценивать вместе с расходом и полезной функцией системы.

Почему низкая загрузка тоже не является готовым диагнозом

Низкая загрузка может быть нормальной при кратковременном снижении производственного спроса.

Для практического вывода необходимо определить:

как долго длится режим;
повторяется ли он;
характерен ли он для обычной эксплуатации;
работают ли одновременно другие компрессоры;
можно ли изменить последовательность без нарушения давления у потребителей.

Разовое наблюдение не является достаточным основанием для изменения конфигурации станции.

Как использовать удельную энергию на единицу расхода

Удельный показатель позволяет сравнивать электрические затраты с объёмом произведённого сжатого воздуха.

При сравнении необходимо обеспечить сопоставимость:

давления;
измерительной границы;
характера спроса;
состава работающих агрегатов;
режима конечных потребителей.

Если удельный показатель ухудшается при снижении спроса, необходимо проверить рост доли холостого хода и работу нескольких агрегатов при частичной загрузке.

Почему одинаковый расход воздуха может сопровождаться разным электропотреблением

Один и тот же полезный спрос может обеспечиваться разными режимами компрессорной станции.

Различаться могут:

число работающих агрегатов;
их индивидуальная загрузка;
продолжительность холостого хода;
поддерживаемое давление;
последовательность переключений.

Именно поэтому для сравнения режимов необходимо анализировать структуру работы оборудования.

Как анализировать характерный суточный профиль

Полезно построить синхронные графики за период, который отражает нормальную эксплуатацию.

На одном временном масштабе сопоставляют:

расход воздуха;
давление;
мощность каждого компрессора;
загрузку и холостой ход;
момент включения и выключения агрегатов;
производственный график.

Так становятся видны повторяющиеся участки, где состав работающих компрессоров не соответствует изменению спроса.

Что может означать один работающий компрессор и второй в длительном холостом режиме

Такой режим является основанием проверить алгоритм управления, но не является автоматическим доказательством потерь.

Необходимо определить:

зачем второй агрегат остаётся включённым;
как часто возникает потребность в его подключении;
сколько длится холостой режим;
как изменяется давление;
есть ли ограничения на останов и повторный запуск.

После этого можно оценивать возможное изменение последовательности.

Что может означать частое подключение дополнительного компрессора

Причина может находиться не только в алгоритме станции.

Следует проверить:

кратковременные пики полезного спроса;
колебания давления;
утечки;
непроизводительное потребление;
состояние распределительной сети;
параметры включения и разгрузки агрегатов.

Без этой проверки изменение логики включения может маскировать, а не устранять исходную проблему.

Что означает длительная работа нескольких компрессоров при небольшом расходе

Такое наблюдение требует проверки сразу нескольких механизмов:

частичной загрузки агрегатов;
холостого хода;
завышенного давления;
неподходящей последовательности;
ошибки или неполноты измерения расхода.

Только синхронные данные позволяют определить реальную причину.

Как выбирать ведущий компрессор

Выбор роли каждого агрегата должен быть связан с фактическим профилем спроса, а не только с номинальной мощностью.

При анализе учитывают:

типичный базовый расход;
амплитуду переменного спроса;
время работы агрегатов;
характер разгрузки;
электрическую нагрузку по режимам;
необходимый диапазон давления.

Задача состоит в том, чтобы состав работающего оборудования соответствовал реальному профилю потребления.

Почему сначала необходимо стабилизировать спрос системы

Если в сети присутствуют крупные утечки или необоснованное потребление, профиль спроса не отражает только полезную производственную функцию.

Поэтому последовательность анализа обычно такова:

Определить фактический спрос.
Проверить утечки и непроизводительный расход.
Проверить давление.
После этого анализировать распределение нагрузки между компрессорами.

Так режим управления оценивается уже относительно обоснованной потребности системы.

Когда нужно дополнительное измерение

Если общий электрический ввод станции известен, но режим отдельных компрессоров не разделён, точный вывод ограничен.

Дополнительные измерения нужны, когда необходимо определить:

мощность отдельных агрегатов;
продолжительность их загрузки;
время холостого хода;
реальный расход воздуха;
связь переключений с давлением и спросом.

Измерительная программа должна устранять конкретную неопределённость, влияющую на решение.

Какие альтернативные причины необходимо проверять

Неблагоприятный нагрузочный профиль может быть связан не только с алгоритмом управления.

Необходимо проверить:

утечки сети;
избыточное давление;
рост полезного производственного спроса;
холостой ход;
неэффективную последовательность компрессоров;
непроизводительное потребление конечных устройств;
неполную измерительную границу.

Причинный вывод допустим только после разделения этих механизмов.

Какие ошибки чаще всего возникают при анализе

Основная ошибка — оценивать эффективность станции только по общей установленной мощности или суммарному электропотреблению.

Также некорректно:

использовать только среднюю загрузку;
не разделять рабочий режим и холостой ход;
игнорировать реальный расход воздуха;
анализировать загрузку без давления;
не учитывать последовательность включения нескольких компрессоров;
считать любое время холостого хода доказанным перерасходом;
игнорировать утечки и непроизводительный спрос;
делать вывод по одному кратковременному наблюдению;
менять алгоритм управления до проверки полезной функции системы;
оценивать модернизацию до устранения режимных причин.

Практический порядок оценки режима загрузки компрессоров

Определить измерительную границу компрессорной системы.
Зафиксировать состав работающего оборудования.
Собрать электрическую нагрузку каждого компрессора.
Собрать расход сжатого воздуха.
Собрать давление по характерному периоду.
Синхронизировать все временные данные.
Разделить режимы каждого компрессора на загрузку, холостой ход и останов.
Определить продолжительность каждого состояния.
Зафиксировать последовательность включения агрегатов.
Сопоставить последовательность с переменным спросом.
Проверить, сколько компрессоров одновременно работает при низком спросе.
Проверить длительность холостого хода.
Проверить давление у конечных потребителей.
Выделить полезный и непроизводительный расход.
Проверить утечки.
Рассчитать удельную энергию в сопоставимых режимах.
Определить повторяющиеся неблагоприятные сочетания нагрузки.
Сформировать вариант изменения последовательности или управления.
После изменения повторно измерить расход, давление и электропотребление.
К модернизации переходить только после проверки режимных возможностей.

Какой результат должен получиться

Практически полезный результат — нагрузочная карта компрессорной станции, в которой для каждого агрегата показаны электрическая нагрузка, продолжительность работы под нагрузкой и в холостом режиме, последовательность включения, фактический расход воздуха и связь режима с переменным производственным спросом.

Такая карта позволяет определить, соответствует ли состав работающих компрессоров реальной потребности сети, где возникает длительный холостой ход, не работают ли одновременно лишние агрегаты при низком спросе и какие изменения управления следует проверять до принятия решения о модернизации.

Граница вывода принципиальна: неблагоприятный режим загрузки нельзя достоверно определить только по номинальной мощности компрессоров или общему электропотреблению. Для причинного вывода необходимы данные расхода, давления, продолжительности загрузки и холостого хода, последовательности включения и состояния конечных потребителей; величину утечек и эффект модернизации также нельзя выводить только из установленной мощности оборудования.

Вернуться к разделу «Материалы»