圧縮空気システムのトラブルシューティング

ほとんどの施設は、圧縮空気システムの運用コストを優先していません。単に仕事をやり遂げたいだけです。最近の市場調査 ¹ 圧縮空気ユーザーのわずか17％が、圧縮空気システムの管理目標として効率を評価していることがわかりました。 9％がエネルギーコストの抑制に関心を持っていました。

71％は、一貫性のある信頼性の高い空気供給を提供したいと考えていました。

圧縮空気の専門家は、多くの現場の担当者が圧縮空気が無料であるかのように振る舞い、機械加工部品から余分な油を吹き飛ばしたり、木工機器からおがくずを吹き飛ばしたり、床からほこりを落としたりすることに気づきました。大量の電力を消費し、かなりのメンテナンスが必要です。

100馬力のコンプレッサーの初期費用は、30,000ドルから50,000ドルで、年間50,000ドルの電力を消費する可能性があります。同時に、年間のメンテナンスコストは、システムの初期コストの10％にもなる可能性があります。 ² それでも、同じ情報源は、「多くの施設は、圧縮空気システムの年間コストや、これらのシステムのパフォーマンスを改善することでどれだけのお金を節約できるかを知りません。」

多くの施設にとって、圧縮空気の効率を改善することは、エネルギーコストを節約するだけでなく、さらに信頼性の高い圧縮空気の供給を実現するための、見過ごされがちな絶好の機会です。

図1。

まず、システムを理解します
圧縮空気システムの効率を向上させるには、システムをまさにそのシステムと見なすことが重要です。システム内の1つを変更すると、その変更は他のすべてに影響します。たとえば、リークを修正すると、システム内の圧力が上昇し、他の小さなリークが大きくなります。したがって、漏れを修理し、いわゆる人工需要（非生産的な空気の使用）の他のケースを排除することは、それ自体で完全な解決策ではありません。人工的な需要を減らすことは、エネルギー使用を改善し、制御システムを改善するための戦略と組み合わせる必要があります。最初のステップは、システム、その要件、およびそれらの要件をエネルギー節約のためにどのように調整できるかを知ることです。

運用コストを決定する
圧縮空気システムを運用するための主なコストは、メンテナンスと電力です。保守コストは、資産管理システムから、または圧縮空気システムサービス請負業者を使用している場合はその請負業者への支払いを監査することによって決定できます。

システムの電気料金を決定するためのオプション：

• コンプレッサーモーターの銘板の定格（ブレーク馬力）、モーターの銘板の効率（または推定値）、年間の運転時間、およびキロワット時あたりの電気料金を使用して、全負荷で動作する動作を計算します。年間の電気料金は、これら4つの変数の積です ³
• クランプメーターまたはマルチメーターを使用して全負荷時のコンプレッサーへの電流と電圧を測定することにより、全負荷の電力消費量とそれに続くエネルギーコストをより正確に決定します
• 電力ロガーを使用して、実際の電力使用量をキロワットで決定し、力率をテストします

需要要件を決定する
1分あたりの立方フィート単位の需要が時間の経過とともにどのように変化するかという観点から、圧縮空気の負荷プロファイルを推定します。さまざまな負荷要件のある施設は、多くの場合、高度な制御戦略の恩恵を受けることができますが、需要が比較的短期間の施設は、空気貯蔵オプションの恩恵を受けることができます。

負荷プロファイルを確立するには、さまざまな需要条件下でシステム全体の流量と圧力を測定します。コンプレッサーへのさまざまな負荷の影響に注意してください。運用要件の大幅な変動には、1日以上の監視が必要になる場合があります。データロガーを使用して、需要プロファイルと電力消費プロファイルを収集および保存できます。これにより、ピーク時と最小の需要が発生する時期と理由がわかります。

システム圧力を記録する
圧力計、圧力/エアフローメーター、またはデジタルマルチメーターに接続された圧力モジュールを使用して、システムのさまざまなポイントで測定を行います。

• コンプレッサーインレット（インレットフィルター）
• 潤滑システムでは、空気/潤滑剤セパレーター全体の差
• 多段圧縮機の段間
• さまざまなコンポーネント（アフタークーラー、ドライヤー、フィルターなど）間の圧力差

システムフローを記録する
ハンドヘルド気流/圧力計または質量流量計を使用して、システム内のさまざまな場所およびさまざまなシフト中の総流量を測定します。

• 操作中の空気消費量を決定します
• 改善を測定するためのベンチマークを確立する
• 非生産時の漏れ負荷を推定する

ログシステムの温度
温度を使用して、システムの状態を評価します。一般的に、予想よりも高温で動作する機器は最適に動作しておらず、サービスが必要です。効率を最大にするには、赤外線温度計を使用して、次のコンポーネントの表面温度を記録します。

• アフタークーラーの出口温度–アフタークーラーの出口空気が華氏100度の最大入口温度を超える場合は、是正措置が必要になる場合があります。
• 回転式の潤滑されたコンプレッサーの排気温度。通常の操作では、華氏200度未満の温度が必要です
• コンプレッサーの吸気温度

改善のためにシステムアプローチを採用する
産業用圧縮空気システムの性能を改善するための3つの基本戦略は、人工需要を減らし、制御戦略を改善し、エネルギー使用を改善することです。 1つの領域での進捗が、他の2つの領域に影響を与える可能性があり、これが継続的なプロセスになることに注意してください。

人工的な需要を減らすということは、漏れを修理し、圧縮空気を浪費するタスクを実行するためのさまざまな方法を見つけることを意味します。製造現場の慣行を観察し、たとえば、部品や機器の洗浄にシステムエアを使用するかどうかを確認します。次に、圧縮空気が無料ではないことを担当者に教育します。

リーク制御の最初のステップは、リーク負荷を推定することです。ある程度のリーク（容量と電力の10％未満）が予想されますが、20〜30％のリークは一般的であり、不必要に無駄になります。改善を比較するためのベンチマークとしてリーク負荷を決定します。

制御システムが異なるため、漏れ負荷を推定する方法も異なります。スタート/ストップコントロールを備えたシステムの場合は、システムに需要がないときにコンプレッサーを始動するだけです（シフト間、または24時間年中無休でない場合はオフシフト中）。リークが原因でロードされたシステムをアンロードする平均時間を決定するために、いくつかの読み取りを行います。

リーク（％）=（T x 100）÷（T + t）、ここで

T =オンロード時間（分）、
t =オフロード時間（分）

より複雑な制御戦略を備えたシステムでは、レシーバーの下流に圧力計を配置し、すべてのセカンダリレシーバー、メイン、および配管を含むシステムボリューム（V、立方フィート）を推定します。この場合も、システムの漏れ以外の要求はなく、システムを通常の動作圧力（P ₁ ）に上げます。 、psigで）。 2番目の圧力を選択します（P ₂ 、P ₁ の値の約半分 ）そして、システムがP ₂ に低下するのにかかる時間（T、分単位）を測定します。 。

漏れ（cfm自由空気）=[（V x（P1 – P2）÷（T x 14.7）] x 1.25

1.25乗数は、漏れを通常のシステム圧力に補正し、それによってシステム圧力の低下に伴う漏れの減少を考慮します。

このベンチマークを取得したら、空気漏れに関連する高周波ヒスノイズを認識する超音波漏れ検出器を使用して、漏れを見つけて修正できます。この検出方法は、疑わしい領域に絵筆で石鹸水を適用する従来の方法よりも高速で面倒ではありません。

漏れの最も一般的な領域は、使用場所です。カップリング、ホース、チューブ、フィッティング、ねじ込みパイプジョイント、クイックディスコネクト、FRL（フィルター、レギュレーター、ルブリケーターの組み合わせ）、凝縮水トラップ、バルブ、フランジ、およびパッキンに特に注意してください。

デマンドエキスパンダー（圧力/フローコントローラー）などのコンポーネントの追加を含む制御戦略の改善は、リークやその他の人工的な需要の制御と併せて行う必要があります。

目標は、適切な高圧空気貯蔵で予期しない需要をサポートしながら、最も低い安定した圧力で圧縮空気をプラントに提供することです。貯蔵された空気を補充するには、最小限のコンプレッサー馬力を使用する必要があります。

コンプレッサーの使用を監視し、以下を探します：

• コンプレッサーが不必要に稼働している;
• トリムコンプレッサー以外のコンプレッサー、全負荷未満で稼働;
• 比較的低い平均圧力を維持できない操作。および
• 最小システム要件よりも少ない場合がある操作。

リークの修復と改善された制御戦略により、1つまたは複数の大型コンプレッサー（マルチコンプレッサーシステム）を排除し、エネルギー使用量を大幅に削減できる場合があります。追加することもできます

需要が少ないときにシステムを充電し続け、全負荷未満で動作する大型コンプレッサーの非効率性を排除するための小型コンプレッサー。エネルギー使用の改善には、システムの供給側と需要側の両方で機器の効率を改善することが含まれます。システム全体の効率は、各コンポーネントの適切な選択、正しい設置、および厳密なメンテナンスに依存します。

供給側では、次のコンポーネントを検討してください。

• コンプレッサーの原動機
• コンプレッサーコントロール
• 空気処理装置
• 乾燥機
• フィルター
• レシーバー
• 貯蔵容器

また、エアタンクが凝縮液の蓄積を処理する方法を見落としがちです。単に水を満たして容量を減らし、システムの損傷のリスクを冒すものもあります。他の人は、それが必要かどうかにかかわらず、時間に応じてバルブを開く古い自動システムを持っています。これは基本的にリークです。より良い解決策は、必要なときにのみ開き、水が除去されるとすぐに閉じるバルブです。

最後に、コンプレッサーから使用場所までの全圧力降下がコンプレッサー吐出時の圧力の10％未満になるように、システム全体のサイズとレイアウトを調整します。

需要側では、次のコンポーネントに注意してください。

• コンデンセート/潤滑剤セパレーター
• 空気/潤滑剤セパレーター
• 熱回収システム
• ポイントオブユースシステム

システムパフォーマンスを本番環境に結び付ける
最終的には、生産性の向上が成功の最終的な尺度になります。ここで説明する戦略を使用して、システム出力（psigで1分あたりの立方フィート）やエネルギー消費量（キロワット時）などの調査結果を生産単位に定期的に関連付けます。一般に、圧縮空気負荷の対応する増加とともに生産量が増加しない限り、エネルギー使用量が減少する改善が期待されます。圧力が上昇しても生産量が増加しない場合は、必要に応じてコントロールを調整してください。

詳細については、フルーク・コーポレーションのWebサイト（www.fluke.com）にアクセスしてください。

メモ

¹ http://www.compressedairchallenge.org/library/index.html#Sourcebookで、圧縮空気システムのパフォーマンスの向上：業界向けのソースブックの「付録D」を参照してください。 Compressed Air Challenge（CAC）の技術サポートを受けて、米国エネルギー省（DOE）から委託された調査。

² 圧縮空気システムのパフォーマンスの向上：業界向けのソースブック：セクション12、「圧縮空気システムの経済性と経営陣へのプロジェクトの販売」、p。 69。

³ 同上、セクション10、「圧縮空気システムのベースライン化」、p。 61.およびセクション11「圧縮空気システムの分析ニーズの決定」

エネルギーコストの定量化
典型的な米国の産業施設では、圧縮空気の生成は電気代全体の約10パーセントを消費します。場合によっては、30％を超え、1,000立方フィートの空気あたり18〜30セントの推定コストがかかります。

一方、圧縮空気システムの効率は10％まで低下する可能性があります。たとえば、1馬力のエアモーターを100 psigで動作させるには、エアコンプレッサーに7または8馬力を供給する必要があります。

圧縮空気のドルコストを計算する方法は次のとおりです。

コスト= （bhp x 0.746x稼働時間x $ / kWh x％実行時間x％全負荷bhp） 、モーター効率、

ここで

bhp =モーターの全負荷馬力、多くの場合、モーターの銘板の馬力よりも高い

0.746 =馬力とキロワットの間の換算係数

実行時間の割合 =コンプレッサーがその動作レベルで稼働する時間の割合

全負荷bhpのパーセント =動作レベルでの全負荷bhpのパーセンテージとしてのbhpおよび

モーター効率 =動作レベルでのモーター効率

製造施設に、215 bhpを必要とし、年間6,800時間稼働する200馬力のコンプレッサーがあるとします。 85％の時間で完全に負荷がかかり（モーター効率=.95）、残りの時間で無負荷になり（25％の全負荷bhpおよびモーター効率=.90）、総電気料金が$ 0.05 / kWhの場合、

完全にロードされたときのコスト=（215 bhp x 0.746 x6800時間x $ 0.05 / kWh x 0.85 x 1.0）、0.95 = $ 48,792 、

アンロード時のコスト=215 bhp x 0.746 x6800時間x $ 0.05 / kWh x 0.15 x 0.25）、0.90 = $ 2,272 および

年間エネルギーコスト=$ 48,792 + $ 2,272 = $ 51,064 。

出典：米国エネルギー省の圧縮空気に関するヒントシート＃1、「プラントの圧縮空気のコストを決定する」、2004年8月。