Давление сжатого воздуха непосредственно влияет на энергопотребление компрессорной установки. При прочих сопоставимых условиях повышение давления нагнетания увеличивает работу, необходимую для сжатия воздуха. Однако снижение давления не всегда приводит к ожидаемой экономии: результат зависит от характеристик компрессоров, режима регулирования производительности, сопротивления распределительной сети и требований конечных потребителей.
Для технически обоснованного выбора давления необходимо определить, какое давление действительно требуется оборудованию, сколько теряется при прохождении воздуха по сети и как изменение уставки повлияет на электрическую мощность компрессорной. Основные источники проверки — манометры у станции и потребителей, журнал рабочих режимов, сведения о состоянии фильтров и кривые производительности компрессоров.
Почему повышение давления увеличивает энергетические затраты
Компрессор затрачивает энергию на повышение давления воздуха от условий всасывания до требуемого давления нагнетания. Чем выше конечное давление при сопоставимых условиях, тем больше работа сжатия.
Поэтому поддержание давления выше технологически необходимого может создавать дополнительную нагрузку на компрессорную. Однако энергетическое влияние такого превышения определяется не только величиной давления, но и характеристиками конкретного агрегата.
При изменении уставки могут изменяться потребляемая мощность, производительность и продолжительность работы компрессора в отдельных режимах. По этой причине нельзя определять фактическую экономию исключительно по разнице между прежней и новой уставками давления.
Для оценки необходимы кривые компрессорной производительности и данные об электрическом потреблении при соответствующих рабочих состояниях. Они позволяют установить, как агрегат реагирует на изменение давления в пределах рассматриваемого режима.
Как различать давление станции и давление у потребителя
Давление на выходе компрессорной станции и давление непосредственно у технологического оборудования могут различаться. При движении воздуха через распределительную сеть возникают потери давления, обусловленные её гидравлическим сопротивлением.
Если компрессорная поддерживает определённое давление, это не означает, что такое же значение сохраняется у наиболее удалённого потребителя.
Для проверки используют манометры, установленные на стороне станции и в точках потребления. Их показания необходимо сопоставлять при одном фактическом режиме работы системы.
Разность давлений можно представить как:
Δp = pст − pпотр,
где Δp — перепад давления между рассматриваемыми точками, pст — давление на станции, pпотр — давление у потребителя.
Полученная разность характеризует суммарное падение давления между выбранными точками. Она не устанавливает автоматически, какая часть потерь приходится на магистраль, фильтры или отдельные местные сопротивления.
Для достоверного сравнения необходимо убедиться, что приборы исправны, измерения относятся к одному состоянию системы и используются сопоставимые единицы и способы определения давления.
Как сопротивление сети влияет на необходимую уставку
Распределительная сеть оказывает сопротивление движению сжатого воздуха. Поэтому для обеспечения требуемого давления у потребителя компрессорная должна поддерживать давление, достаточное для компенсации перепада между станцией и соответствующей точкой.
При изменении расхода воздуха перепад давления также может изменяться. Значение, измеренное при небольшой нагрузке, нельзя автоматически считать характерным для периода максимального потребления.
Если сопротивление сети повышено, у потребителя может наблюдаться недостаточное давление даже при достаточно высокой уставке компрессорной.
В такой ситуации дальнейшее повышение давления станции способно увеличить энергопотребление, не устранив причину значительного перепада.
Поэтому необходимо отдельно оценивать требуемое давление потребителей и потери давления между потребителями и компрессорной станцией. Это позволяет различить действительно необходимый уровень сжатия и дополнительную нагрузку, связанную с сопротивлением сети.
Почему падение давления не всегда связано с магистралью
Существенное снижение давления у оборудования иногда объясняют недостаточной пропускной способностью магистрального трубопровода. Однако причиной может оказаться местное сопротивление, в частности фильтр, установленный перед потребителем.
Если фильтр создаёт значительный перепад, давление после него будет ниже давления перед ним. При этом повышение уставки компрессорной не обязательно является технически обоснованным способом устранения проблемы.
Для проверки необходимо учитывать состояние фильтров и сопоставлять давления в соответствующих точках системы.
Показания манометра у станции и одного манометра после фильтра позволяют определить общий перепад между этими точками, но не позволяют самостоятельно отнести его к конкретному элементу.
Чтобы различить влияние магистрали и местного фильтра, необходимо установить распределение давления по рассматриваемому участку с учётом расположения измерительных точек.
Таким образом, пониженное давление у потребителя — это основание для локализации сопротивления, а не доказательство необходимости повышения давления всей компрессорной станции.
Какие сведения даёт журнал рабочих режимов
Журнал режимов позволяет связать зарегистрированное давление с фактической работой компрессорного оборудования.
Это необходимо, поскольку одинаковое давление станции может соответствовать разным состояниям компрессорной и различной потребности в воздухе.
При проверке устанавливают, в какие периоды выполнены измерения, какие рабочие режимы зафиксированы и насколько они соответствуют условиям эксплуатации потребителей.
Особенно важно сопоставлять показания при сопоставимой нагрузке. Разница давления, полученная в периоды существенно различного потребления, может отражать изменение сопротивления сети вследствие изменения расхода воздуха.
Журнал также необходим для оценки энергетических последствий изменения задания давления. Если после корректировки меняется режим работы компрессора, сравнение только давления до и после настройки не характеризует фактический электрический результат.
Поэтому сведения о рабочих состояниях необходимо рассматривать совместно с кривыми производительности и измерениями давления.
Как использовать кривые производительности компрессоров
Кривые производительности характеризуют работу компрессора при предусмотренных условиях. Они позволяют оценить взаимосвязь между давлением, подачей воздуха и энергетическими характеристиками агрегата в соответствующем диапазоне.
При анализе необходимо установить, как предполагаемое изменение давления отразится на фактическом рабочем режиме компрессора.
Если известны характеристики агрегата при исходном и предполагаемом давлении, можно определить расчётную разницу потребляемой мощности для сопоставимых условий.
Однако уменьшение мощности в отдельной рабочей точке не обязательно равно сокращению общего расхода электроэнергии за производственный период. Необходимо учитывать продолжительность работы и возможное изменение режима регулирования.
В общем виде изменение расхода электроэнергии определяется сопоставлением мощности во времени:
ΔE = Eисх − Eнов,
где Eисх — энергопотребление при исходной настройке, Eнов — энергопотребление при рассматриваемой новой настройке в сопоставимых условиях.
Без подтверждённых характеристик компрессора и его режима значения этих величин нельзя достоверно определить только по предполагаемому снижению давления.
Как оценить энергетическую цену избыточного давления
Избыточным можно считать давление, которое превышает необходимый уровень с учётом требований потребителей и подтверждённых потерь в сети.
Для оценки необходимо сначала определить минимальное давление, обеспечивающее работу технологического оборудования. Затем устанавливают перепад давления между станцией и потребителями при характерных режимах.
На этой основе можно определить, насколько исходная уставка превышает уровень, необходимый для снабжения воздухом в рассматриваемых условиях.
Следующий вопрос — как изменение уставки повлияет на конкретную компрессорную установку. Для этого используют кривые производительности и сведения о фактических рабочих режимах.
Если характеристика агрегата подтверждает изменение электрической мощности при снижении давления, энергетический результат оценивают с учётом соответствующей продолжительности работы.
При этом необходимо различать две составляющие: энергетическую цену самого повышенного давления и влияние сопротивления сети, из-за которого станция вынуждена обеспечивать давление выше требуемого непосредственно у оборудования.
Без такого разграничения можно ошибочно рассматривать изменение уставки как единственное техническое решение, хотя часть проблемы связана с перепадом давления между станцией и потребителем.
Почему снижать уставку можно только после проверки потребителей
Минимальное давление технологических потребителей является обязательным ограничением при выборе настройки компрессорной станции.
Если давление у оборудования становится ниже допустимого, могут нарушаться предусмотренные условия его работы. Поэтому снижение давления станции нельзя оценивать исключительно как способ уменьшения электрической нагрузки.
Необходимо установить требуемое давление потребителей и проверить его обеспечение с учётом перепадов в распределительной сети.
При этом следует учитывать режимы с различным расходом воздуха. Настройка, достаточная при малой нагрузке, может не обеспечивать требуемое давление при увеличении потребления.
Если измерения показывают существенное падение давления на отдельных участках, сначала необходимо определить его причину. В частности, необходимо отличить сопротивление магистрали от сопротивления местных фильтров.
Только после проверки этих условий можно обоснованно определить допустимый диапазон задания давления станции.
Как сформировать схему подбора давления компрессорной
Итогом анализа должна стать схема подбора заданного давления с проверкой качества снабжения потребителей сжатым воздухом.
Её основой служат подтверждённые требования к минимальному давлению, показания манометров у станции и потребителей, сведения о состоянии фильтров, журнал рабочих режимов и кривые компрессорной производительности.
На основании этих данных устанавливают давление, необходимое у потребителей, и перепады в сети при рассматриваемых режимах. Затем проверяют, какое задание станции может обеспечить эти условия.
Для выбранного задания необходимо оценить влияние изменения давления на работу компрессоров по характеристикам конкретных агрегатов.
Результат должен разграничивать технически необходимое давление, дополнительный перепад из-за сопротивления сети и предполагаемые энергетические последствия изменения уставки.
Если данные позволяют определить только давления в отдельных точках, но отсутствуют характеристики компрессоров, можно обосновать условия снабжения воздухом, однако нельзя достоверно рассчитать энергетическую экономию.
Если неизвестно минимальное давление потребителей, нельзя окончательно назначить более низкую уставку даже при наличии признаков повышенных энергозатрат.
Граница достоверности: нельзя обещать экономию от снижения давления без характеристики компрессорного агрегата. Количественные выводы зависят от достоверности показаний манометров у станции и потребителей, журнала режимов, сведений о состоянии фильтров и кривых производительности компрессоров. Падение давления может быть вызвано местным фильтром, а не магистралью. Снижение задания допустимо рассматривать только после подтверждения минимально необходимого давления технологических потребителей и проверки качества снабжения воздухом в соответствующих режимах.