阿赫玛趋势报告:泵，压缩机，阀门-能源智能设计

在这种情况下，需要考虑的一个关键方面是控制阀和传感器对提高自动化生产环境中过程稳定性的贡献。

我们现在已经习惯了听到很多东西都有“智能”。我们有智能泵和控制，甚至智能材料。术语“能源智能”的含义要连贯得多，而且需要相当多的人类智能来实现它。

我们如何发现节约能源的机会?实现快速结果的一种方法是仔细检查和优化单个组件(泵，阀门，传热介质和压缩机)或特定子系统(压缩空气供应，冷冻水供应)。弗劳恩霍夫系统与创新研究所进行的一项研究表明，对于许多用户来说，这无疑是重要的第一步。流体流动机械，如泵，风扇和空气压缩机是特别“耗能”。

采用整体方法并在系统级执行优化要困难得多。然而，这种方法带来了最大的能源节约。用户还受益于增强的过程稳定性和改进的产品质量。

泵的能源智能

现实的估计(马达挑战计划，液压研究所)表明，泵消耗的电力占全球生产的电力的20%到25%，而加工工业占其中的四分之一。据估计，仅在德国化工行业就安装了49万台水泵。

目前运行的大多数泵系统都配备了离心泵。据估计，世界范围内的这一数字约为73%，在特定行业(如化学工业)可高达85%至90%。

精心设计的泵和液压系统的优化配置似乎提供了最大能源效率的最佳途径。持续的维护还可以降低能耗，因为磨损和老化会降低各类设备的效率。腐蚀和沉积物增加了管网中的流动阻力。阀门和连接件的泄漏会导致系统中的压力损失。由FfE能源经济研究中心进行的一项研究表明，维护不善的泵的能源效率可能会下降多达15%。

在实际应用中，隔膜泵的效率往往是离心泵的两倍。然而，置换泵在理论上可能达到的效率水平并不总是可以实现的，摩擦损失是一个特殊的问题。

摩擦损失可以分解如下:齿轮单元(5%至40%)，柱塞填料(1%至20%)，轴承(根据油位的不同，高达3%)，搅拌损失(高达3%)和液压(2%至X %)。可能的解决方案有:

• 更高效率的齿轮装置(齿形齿轮、皮带传动)
• 提高轴承效率(无垫片，少润滑，最佳粘度)
• 以尽可能低的粘度进行精益润滑，以尽量减少搅拌损失
• 选择尽可能短的密封件和小密封面

对排量泵进行有效的脉动管理，可减少1%以上的损失。在正常情况下，脉动流动增加了压力损失。连续流动可以节省能源，减少对所有系统组件的压力。

ErP指南设定了最低效率标准

欧洲生态设计指令(ErP)要求制造商在整个生命周期内提高设备的能源效率，减少对环境的影响。泵当然也不例外。

电机法规(EC640/2009)适用于额定功率在0.75 kW至375 kW之间的几乎所有电机，具体如下:

• 第一阶段:自2011年6月16日起，所有电机必须符合ie2标准。
• 第二阶段:从2015年1月1日起，所有额定功率在7.5 kW至375 kW之间的电动机必须符合ie3标准或符合ie2标准的变频器。
• 第三阶段:从2017年开始，所有额定功率在0.75 kW和375 kW之间的电动机必须符合ie3标准或符合ie2标准，并配有变频器。

最低能效标准已在美国实施多年。高效电机(IE2)的比例明显高于德国/欧洲。

ErP指令是基于一个简单的认识，即从生态和经济的角度来看，不使用能源是最好的解决方案。一项由德国DENEFF节能商业倡议进行的研究表明，企业和家庭的能源节约可以消除10座核电站的发电需求。

良好泵设计的标准原则(工作点接近泵的最佳工作点，液压正确的管道尺寸)和目前可用于降低能耗的技术(高效电机，用于速度控制的变频器，用于最佳效率的液压设计，减少线圈和轴承的损耗)必须得到最大程度的利用。

国际能源经济研究中心提供了2009年的一些数据。投资成本包括变频器的成本(每千瓦泵额定功率100欧元至200欧元)和每台泵装置约2000欧元的安装成本(这些仅为指导数字)。

叶轮改造是使离心泵适应特定应用，降低泵能耗的另一种方法。减少泵和电机额定功率可以减少10%到40%的能源消耗。根据叶轮尺寸的不同，修改的成本可能高达1000欧元。

Interactive-enabled e-pumps

变速驱动器不仅节省能源和金钱。它们还提供交互功能。带有传感器和微电子的泵成为执行器，可以“干预”并影响工艺流程。

具有参数化功能的具有通信功能的泵可以确保在特定时间点在反应器中提供所需的压力水平和体积流量，或者在正确的时刻添加两种物质的正确混合物。

与蝶阀等机械控制相比，当使用变速驱动器时，可以更准确地控制流量，反应时间更短。e -泵调节流量，以满足实际需求更快，更精确地响应需求波动。变速泵更节能，也有助于稳定过程。

克服障碍

如果是这样的话，为什么用户没有充分利用所有优化选项呢?有很多可能的解释:

• 决策是基于投资回收期:在许多公司，最长的投资回收期是2到3年。然而，投资回收期基本上是一种风险管理工具，但与投资回报率无关。NPV就是用于这个目的的方法。
• 缺乏基本的技术理解:负责能源管理的人员无法以没有工程专业知识的管理人员能够理解的方式呈现信息。
• 支出限制:不批准任何非绝对必要的投资。
• 缺乏人力资源:节约能源的机会是了解的，但没有人有时间采取适当的行动。
• 仅在发生故障时进行投资:通常仅在系统实际发生故障时才考虑再投资。在这种情况下，新系统必须尽快可用，并尽可能降低成本。没有考虑生命周期成本。
• 未能分配成本:许多公司只知道他们的总能源消耗是多少。没有单个设备的消耗数据。在许多情况下，维修旧设备的人事费用没有分配给具体项目。如果没有现有设备的能源消耗和人工成本信息，就无法识别低效设备，也无法对设备优化进行财务评估。

压缩机的能效

工业使用压缩空气的方式与使用电源插座供电的方式相似。压缩空气在许多生产应用中是一种非常重要的能源。仅在德国就安装了大约62,000套压缩空气系统。由于压缩空气安全、可靠、使用方便，对于很多用户来说，成本是次要的考虑因素。在某些情况下，大量资金不翼而飞。15%的损失率是惯例，而不是例外，损失率可高达70%。现在，所有主要的制造商都提供压缩空气审计服务，以识别泄漏、压缩空气管道尺寸不佳以及供需不匹配。

最大限度地提高每个压缩空气组件的能源效率是必要的，但更需要优化整个系统。除了过程工业中的连续流生产外，分析揭示了需求概况的波动。如果是这种情况，投资于变速压缩机是有意义的。建议在较大的系统上使用高级控制器，以便一个站的多个压缩机可以协调运行。例如，在不同尺寸的压缩机之间分配负载可以提高负载响应效率。

中央压缩空气站有其优势，但极长的压缩空气管线可能使分布式供应成为更好的选择。如果将压缩机集中在一个地方，维修和维护将更加容易。压缩产生热量，热回收系统可以进一步降低能源成本。提供给压缩机的多达96%的能量可以作为废热重新使用(例如用于加热目的)。

压缩空气的收缩量在增加

越来越多的公司选择承包的方式来安装新的、节能的压缩空气系统，而不需要占用资金。在与客户商定压缩空气承包模型之前，应创建压缩空气剖面(最大、平均和最小消耗)。重要的是要了解消耗动态，换句话说，在一分钟/一小时/一天内发生的体积流量和压力波动的幅度。什么是压缩空气质量要求?客户是单班制还是多班制?

从本质上讲，决定购买压缩空气的客户具有更好的成本透明度。高精度计量确保客户只收取他们实际使用的压缩空气量。除了成本透明度，压缩空气成本的持续优化是承包系统的主要优势。

识别泄漏

用户知道压缩空气是一种昂贵的能源，应该防止泄漏。“丢失”的压缩空气必须使用能源密集型压缩机重新生成。然而，在实际应用中，这方面往往没有得到足够的重视。

在有许多分支的很长的压缩空气管道中可能发生泄漏的原因有很多。高灵敏度热流传感器(开关比高达1:1.000)可用于检测泄漏。根据ZVEI(德国电气和电子工业协会)的数据，使用这种方法，电池制造商的用电量减少了563兆瓦时/年，节省了21%(约3.27亿吨二氧化碳)。

阀门和配件的能源效率

墨西哥湾石油平台发生爆炸后，油气行业面临着巨大的创新解决方案压力。许多制造商已经推出了LDAR(泄漏检测和修复)系统。

先导式安全阀(POSV)在美国和中东地区有着悠久的历史。自引入协调标准DIN EN ISO 4126-4以来，这些阀门仅在欧洲获得批准。这些阀门的优点是密封压力增加到设定压力，因此用户可以在设定压力附近操作阀门。此外，与弹簧式安全阀相比，posv的反压力可能更高。而不是弹簧力，系统压力保持posv关闭。这些阀门用于化工、炼油和海上工业。

自动化降低运营成本

区分阀门自动化的两种不同需求是很重要的。一种是开启/关闭控制，只需要将阀门移动到末端截止阀。另一种情况是控制模式，即根据设定值调节阀门以控制流量。阀门自动化成本不仅取决于您选择的实际阀门，还取决于激活模式(手动，电动，气动或液压)。不同的组合导致不同的资本投资、运营和能源成本。

还有另一个方面需要考虑。与线性阀(蝶阀、闸阀)相比，90°阀门(襟翼阀、旋塞阀)所需的激活力较低。驱动器更小，更便宜。

许多合作伙伴提供标准化的Opos接口，支持可靠，高效的解决方案，将智能定位器与气动推力或旋转驱动器相结合。该接口的优点包括安装成本低，备件库存成本低，可靠性和稳定性高，由于内置关闭，在持续运行期间可以安全更换定位器。其优势在与安全相关的应用中尤为明显。非专有接口为用户提供了更广泛的产品选择。

对控制阀的维护不足会对过程可靠性产生非常负面的影响。在生产过程中，需要复杂的分析和制造商的专业知识来评估控制阀的实际状况。FDT/DTM可用于提供与监控控制台或工厂资产管理系统的连接。生产团队可以随时监控阀门和定位器。供应商的目标是提供预测性、预防性诊断，而不是引起对症状的注意。重点是阀门的状况，而不是报警信息。确定问题的根本原因，并就采取什么措施来扩展阀门的功能和整个生产过程提出建议。

自动化阀门是否有助于提高能源效率?ZVEI已确定情况确实如此。带有电动气动定位器的阀门可用于优化流量控制。在化学和石化工业的高速过程应用中，控制系统可以更快地做出反应。生产更多的产品需要更少的一次能源。通过在OLEX工艺中安装智能电动气动定位器和合适的气动回路来分离丁烷和丁烯，产品收率提高了3%。

声学传感器可用于检测泄漏阀门，防止爬行产品损失。如果标称直径dn150、上游压力为20bar的火炬阀磨损导致3%的泄漏(相当于800kg /h的泄漏损失)，产品损失可能高达10,000欧元/天。与传统设备相比，最先进的定位器只消耗十分之一的仪器空气，大大减少了辅助能源的消耗。传统的定位器每年消耗约200至250欧元的仪器空气和设备。在一家拥有100个定位器的中型工厂，节省的成本可能高达2万欧元。系统中的压缩空气消耗可以更有效地管理。

总结

泵、压缩机和阀门的制造商通常不得不在价格上竞争，而不是在设备的运营成本上竞争。每个参与者都应该达成共识，即净现值比仅仅是投资回收期提供了更好的决策基础。2012年6月18日至22日在法兰克福/M。在德国，针对泵、压缩机和阀门的“能源智能”解决方案将向用户展示如何节省资金并提高过程可靠性。

阿赫玛趋势报告是由专业的国际记者编写的。德hema不对不完整或不准确的信息负责。