في الصناعة الحديثة، يُستخدم ضاغط الهواء على نطاق واسع في مختلف عمليات الإنتاج، باعتباره من أهم معدات الطاقة. ومع ذلك، لطالما كان استهلاك الطاقة في ضاغط الهواء محور اهتمام الشركات. ومع ازدياد الوعي البيئي وارتفاع تكاليف الطاقة، أصبح ترشيد استهلاك الطاقة بشكل فعال مسألة أساسية في استخدام وصيانة ضواغط الهواء. ستتناول هذه الورقة البحثية بالتفصيل جوانب عديدة لترشيد استهلاك الطاقة في ضاغط الهواء، لمساعدة القراء على فهم النقاط الرئيسية في هذا المجال، وتحقيق تشغيل صديق للبيئة وفعال لضاغط الهواء. نرحب بالنقد والتصحيح في حال وجود أي قصور.
أولاً: معالجة التسرب
تشير التقديرات إلى أن متوسط تسرب الهواء المضغوط في المصنع يصل إلى 20-30%، حيث يتسرب حوالي 1.5 لتر/ثانية من ثقب صغير بمساحة 1 مم² تحت ضغط 7 بار، مما ينتج عنه خسارة سنوية تقارب 4000 يوان (لجميع الأدوات الهوائية والخراطيم والوصلات والصمامات، إلخ). لذا، فإن المهمة الأساسية لترشيد استهلاك الطاقة هي التحكم في التسرب، وفحص جميع شبكة النقل ونقاط الغاز، وخاصة الوصلات والصمامات، لمعالجة أي تسرب في الوقت المناسب.
ثانياً: معالجة انخفاض الضغط
في كل مرة يمر فيها الهواء المضغوط عبر أي جهاز، يحدث فقدان للهواء المضغوط، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط مصدر الهواء. يجب ألا يتجاوز انخفاض الضغط من مخرج ضاغط الهواء العادي إلى نقطة الغاز 1 بار، وبشكل أدق، لا يتجاوز 10%، أي 0.7 بار. أما انخفاض الضغط في قسم المرشح البارد الجاف، فيبلغ عادةً 0.2 بار. ينبغي على المصنع، قدر الإمكان، إنشاء شبكة أنابيب حلقية لموازنة ضغط الغاز عند كل نقطة، وذلك باتباع ما يلي:
يتم تركيب مقياس ضغط عبر قسم خط الأنابيب للكشف عن الضغط، والتحقق من انخفاض الضغط في كل قسم بالتفصيل، وفحص وصيانة قسم شبكة الأنابيب الذي به مشكلة في الوقت المناسب.
عند اختيار معدات الهواء المضغوط وتقييم متطلبات الضغط لمعدات الغاز، من الضروري مراعاة ضغط وحجم إمداد الغاز بشكل شامل، وتجنب زيادة ضغط إمداد الهواء والطاقة الإجمالية للمعدات بشكل عشوائي. ولضمان استمرارية الإنتاج، يجب خفض ضغط عادم ضاغط الهواء قدر الإمكان. فكل خفض بمقدار 1 بار في ضغط عادم ضاغط الهواء يوفر الطاقة بنسبة تتراوح بين 7% و10%. في الواقع، بينما يبلغ ضغط أسطوانات العديد من معدات الغاز 3-4 بار، تحتاج بعض أجهزة التشغيل إلى أكثر من 6 بار.
ثالثًا، تعديل سلوك استخدام الغاز
تشير البيانات الموثوقة إلى أن كفاءة الطاقة في ضاغط الهواء لا تتجاوز 10%، وأن حوالي 90% منها يتحول إلى فقد حراري. لذا، من الضروري تقييم معدات الهواء المضغوط في المصنع، ودراسة إمكانية استبدالها بالكهرباء. كما يجب وضع حدٍّ لاستخدامات الغاز غير الرشيدة، كاستخدام الهواء المضغوط في أعمال التنظيف الروتينية.
رابعاً، اعتماد وضع التحكم المركزي
يتم التحكم في عدة ضواغط هواء مركزيًا، ويتم ضبط عدد الوحدات العاملة تلقائيًا وفقًا لتغير استهلاك الغاز. في حال كان العدد قليلًا، يمكن استخدام ضاغط هواء يعمل بتردد متغير لضبط الضغط؛ أما في حال كان العدد كبيرًا، فيمكن اعتماد نظام تحكم مركزي متصل لتجنب الارتفاع المفاجئ في ضغط العادم الناتج عن ضبط معلمات ضواغط الهواء المتعددة، والذي يؤدي إلى هدر طاقة الهواء الخارج. وفيما يلي المزايا المحددة للتحكم المركزي:
عندما ينخفض استهلاك الغاز إلى حد معين، ينخفض إنتاج الغاز بتقليل مدة التحميل. وإذا انخفض استهلاك الغاز أكثر من ذلك، فسيتوقف ضاغط الهواء ذو الأداء الجيد تلقائيًا.
تقليل قدرة خرج عمود المحرك: يتم اعتماد وضع تنظيم السرعة بتحويل التردد لتقليل قدرة خرج عمود المحرك. قبل التحويل، يقوم ضاغط الهواء بتفريغ نفسه تلقائيًا عند الوصول إلى الضغط المحدد؛ بعد التحويل، لا يقوم ضاغط الهواء بتفريغ نفسه، بل يقلل من سرعة الدوران، ويقلل من إنتاج الغاز، ويحافظ على الحد الأدنى من ضغط شبكة الغاز، مما يقلل من استهلاك الطاقة من التفريغ إلى التحميل. في الوقت نفسه، يتم تقليل تشغيل المحرك إلى ما دون تردد الطاقة، مما يقلل أيضًا من قدرة خرج عمود المحرك.
إطالة عمر المعدات: استخدم جهاز تحويل التردد الموفر للطاقة واستفد من وظيفة بدء التشغيل الناعم لمحول التردد لجعل تيار البدء يبدأ من الصفر ولا يتجاوز الحد الأقصى للتيار المقنن، وذلك لتقليل تأثير شبكة الطاقة ومتطلبات سعة إمداد الطاقة، وإطالة عمر المعدات والصمامات.
تقليل فقد الطاقة التفاعلية: يؤدي فقد الطاقة التفاعلية في المحركات إلى زيادة فقد الطاقة في الخطوط وارتفاع درجة حرارة المعدات، مما ينتج عنه انخفاض معامل القدرة والطاقة الفعالة، وبالتالي استخدام غير فعال للمعدات وهدر كبير. بعد استخدام جهاز تنظيم سرعة تحويل التردد، وبفضل وظيفة مكثف الترشيح الداخلي لمحول التردد، يمكن تقليل فقد الطاقة التفاعلية وزيادة الطاقة الفعالة لشبكة الكهرباء.
5. قم بعمل جيد في صيانة المعدات
وفقًا لمبدأ تشغيل ضاغط الهواء، يقوم هذا الضاغط بامتصاص الهواء الطبيعي وتشكيل هواء نظيف عالي الضغط لتزويد المعدات الأخرى به، وذلك بعد معالجته وضغطه على مراحل متعددة. خلال هذه العملية، يُضغط الهواء الطبيعي باستمرار، ممتصًا معظم الحرارة الناتجة عن تحويل الطاقة الكهربائية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. يُعد ارتفاع درجة الحرارة المستمر عائقًا أمام التشغيل السليم للمعدات، لذا من الضروري تبريدها باستمرار. لذلك، من الضروري الاهتمام بصيانة المعدات وتنظيفها بشكل دوري، وزيادة كفاءة تبديد الحرارة في ضاغط الهواء، وتحسين كفاءة التبادل الحراري في المبادلات الحرارية المبردة بالماء والهواء، والحفاظ على جودة الزيت، لضمان تشغيل ضاغط الهواء بكفاءة عالية، واستقراره، وأمانه.
سادساً: استعادة الحرارة المهدرة
تستخدم ضواغط الهواء عادةً محركات غير متزامنة، ويكون معامل القدرة فيها منخفضًا نسبيًا، ويتراوح غالبًا بين 0.2 و0.85، ويتغير هذا المعامل بشكل كبير مع تغير الحمل، مما يؤدي إلى فقد كبير في الطاقة. يمكن لاستعادة الحرارة المهدرة من ضاغط الهواء أن تقلل من درجة حرارة العادم، وتطيل عمره الافتراضي، وتقلل من دورة تشغيل زيت التبريد. في الوقت نفسه، يمكن استخدام الحرارة المستعادة للتدفئة المنزلية، وتسخين مياه تغذية الغلايات، وتسخين العمليات الصناعية، وغيرها من الاستخدامات، مع المزايا التالية:
كفاءة عالية في استعادة الحرارة: يتم استعادة الحرارة المزدوجة من الزيت والغاز، مع وجود فرق كبير في درجة الحرارة بين الماء الداخل والماء الخارج، مما يؤدي إلى كفاءة عالية في استعادة الحرارة. يتم استعادة جميع حرارة زيت وغاز ضاغط الهواء، ويتم تحويل الماء البارد بسرعة ومباشرة إلى ماء ساخن، والذي يُرسل إلى نظام تخزين الماء الساخن عبر أنبوب معزول، ثم يُضخ إلى نقطة الماء الساخن المستخدمة في المصنع.
توفير المساحة: هيكل تسخين مباشر أصلي، وبصمة صغيرة، وتركيب مريح.
بنية بسيطة: معدل فشل منخفض وتكلفة صيانة منخفضة.
انخفاض فقدان الضغط: تم اعتماد جهاز استعادة حرارة الهواء المضغوط عالي الكفاءة لتحقيق فقدان ضغط صفري للهواء المضغوط دون تغيير قناة تدفق الهواء.
عمل مستقر: حافظ على درجة حرارة الزيت ضمن أفضل نطاق تشغيل لضمان التشغيل المستقر لضاغط الهواء.
يُحافظ على معدل تحميل محرك ضاغط الهواء فوق 80%، مما يُحسّن كفاءة توفير الطاقة. لذا، من الضروري إعطاء الأولوية للمحرك ذي الكفاءة العالية وتقليل قدرة المحرك الاحتياطية. على سبيل المثال:
إن كفاءة استهلاك الطاقة لمحرك التوجيه من النوع Y أقل بنسبة 0.5٪ من كفاءة محرك Jo العادي، ويبلغ متوسط كفاءة محرك YX 10٪، وهو أعلى بنسبة 3٪ من كفاءة محرك Jo.
إن استخدام المواد المغناطيسية ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة والتوصيل المغناطيسي الجيد يمكن أن يقلل من استهلاك النحاس والحديد والمواد الأخرى.
يؤدي استخدام أنظمة النقل التقليدية القديمة (مثل نظام النقل بحزام V ونظام النقل بالتروس) إلى فقدان كبير في كفاءة النقل وانخفاض في أداء توفير الطاقة. ويمكن لظهور المحرك المحوري ذي البنية الدوارة أن يحل تمامًا مشكلة فقد الطاقة الناتج عن النقل الميكانيكي، كما يزيد من حجم الهواء. وفي الوقت نفسه، يتيح هذا النظام التحكم الكامل في سرعة دوران الجهاز.
عند اختيار ضاغط الهواء، يُفضّل استخدام ضاغط الهواء اللولبي عالي الكفاءة. ونظرًا لاستهلاك الغاز في المصانع، من الضروري مراعاة استخدام الغاز خلال فترات الذروة والانخفاض، واعتماد ظروف تشغيل متغيرة. يُساهم ضاغط الهواء اللولبي عالي الكفاءة في توفير الطاقة، حيث يُوفّر محركه أكثر من 10% من الطاقة مقارنةً بالمحركات العادية، ويتميز بثبات ضغط الهواء، وعدم وجود هدر في فرق الضغط، والتحكم في كمية الهواء المُضخّة، وعدم الحاجة إلى التحميل والتفريغ، مما يُوفّر أكثر من 30% من الطاقة مقارنةً بضاغط الهواء العادي. في حال كان استهلاك غاز الإنتاج كبيرًا، يُمكن استخدام وحدة الطرد المركزي، حيث تُساهم كفاءتها العالية وتدفقها الكبير في التخفيف من مشكلة نقص الغاز خلال فترات الذروة.
ثامناً: تحويل نظام التجفيف
يحتوي نظام التجفيف التقليدي على العديد من العيوب، لكن معدات التجفيف الجديدة يمكنها استخدام الحرارة المهدرة لضغط الهواء لتجفيف الهواء المضغوط وإزالة الماء منه، ومعدل توفير الطاقة يزيد عن 80٪.
باختصار، تؤثر المعدات وإدارة التشغيل وعوامل أخرى على استهلاك الطاقة لضاغط الهواء. ولا يمكن ضمان التشغيل الموفر للطاقة والمستقر والآمن لضاغط الهواء إلا من خلال التحليل الشامل والدراسة المتأنية واختيار التقنيات المتقدمة والأساليب المعقولة والعملية والتدابير الداعمة. إلى جانب تطبيق التقنيات والأساليب المتقدمة، مثل تنظيم سرعة تحويل التردد، يجب على الموظفين أيضًا بذل قصارى جهدهم في إدارة التشغيل والصيانة اليومية للمعدات، وترشيد استهلاك الطاقة مع ضمان استمرارية الإنتاج، بما يُحسّن الفوائد الاقتصادية والاجتماعية.
تاريخ النشر: 25 أكتوبر 2024
