Как режим загрузки компрессоров влияет на энергопотребление

Энергопотребление компрессорной станции зависит не только от объёма произведённого сжатого воздуха, но и от того, как компрессоры распределяют нагрузку между собой. При одинаковой суммарной выработке станция может расходовать разное количество электроэнергии из-за продолжительности холостого хода, частоты переходов между режимами и последовательности включения агрегатов.

На станции из двух компрессоров иногда выгоднее использовать один нагруженный агрегат, оставляя второй в резерве, чем поддерживать одновременную частичную работу обеих машин. Однако такой вывод нельзя распространять на любую компрессорную станцию без проверки характеристик оборудования, фактической подачи и рабочих режимов.

Почему режим загрузки влияет на расход электроэнергии

Работа компрессора под нагрузкой сопровождается производством сжатого воздуха. В режиме разгрузки его полезная подача уменьшается или прекращается, но оборудование может продолжать потреблять электроэнергию.

Поэтому два периода с одинаковой выработкой воздуха не обязательно характеризуются одинаковыми энергетическими затратами. Если в одном периоде компрессоры продолжительное время работают под нагрузкой, а в другом часто переходят в разгрузку и обратно, суммарное электропотребление может различаться.

Для объяснения такой разницы необходимо установить продолжительность каждого состояния и соответствующую потребляемую мощность. По одному общему показанию счётчика нельзя определить, какая часть энергии затрачена на производство воздуха, а какая приходится на работу агрегатов без соответствующей полезной подачи.

Какие данные нужны для анализа загрузки компрессоров

Проверку проводят по временным графикам электропотребления, записям состояний загрузки, данным о подаче воздуха, давлении в ресивере и действующему алгоритму управления несколькими машинами.

Временные графики электропотребления позволяют установить, как меняется электрическая нагрузка станции. Для объяснения этих изменений необходимо сопоставить графики с зарегистрированными состояниями компрессоров.

Записи состояний загрузки показывают, когда агрегат производил воздух, работал в разгрузке или переходил между режимами. Без этих сведений невозможно достоверно определить продолжительность холостого потребления.

Данные о подаче воздуха необходимы для сопоставления энергетических затрат с фактической выработкой. Они позволяют отличить снижение потребления вследствие уменьшения производства воздуха от изменения эффективности рабочего режима.

Давление в ресивере характеризует условия работы системы накопления сжатого воздуха. Его изменение помогает сопоставлять включение и разгрузку компрессоров с текущим спросом.

Алгоритм управления несколькими машинами определяет порядок их включения, переходов между состояниями и распределения нагрузки. Фактическую работу станции необходимо проверять относительно этого алгоритма.

Все данные должны относиться к согласованным временным интервалам. Под границей учёта понимают состав оборудования, потребление которого охватывает измерение. Сопоставимый период — интервал, в котором можно корректно соотнести электрическую энергию, выработку воздуха и рабочие состояния агрегатов.

Если данные электропотребления получены для всей станции, а сведения о загрузке относятся только к одному компрессору, нельзя без дополнительных измерений приписывать всё изменение расхода этому агрегату.

Как оценить долю холостого потребления

Для определения влияния разгрузки необходимо сопоставить продолжительность соответствующих состояний с потребляемой в них электрической мощностью.

Если компрессор часто находится в разгрузке, часть электроэнергии расходуется при уменьшенной или отсутствующей полезной подаче. В зависимости от продолжительности такого состояния его вклад в общее потребление станции может быть существенным.

Для анализа выделяют интервалы фактической загрузки и разгрузки, определяют энергетические затраты в соответствующих состояниях и сопоставляют их с объёмом произведённого воздуха.

Важно учитывать, что продолжительность разгрузки сама по себе не равна величине энергетических потерь. Для количественной оценки необходима информация о мощности, которую компрессор потребляет в этом состоянии.

Если запись рабочих состояний отсутствует, долю холостого потребления нельзя надёжно определить только по общему расходу электроэнергии.

Почему частые переключения могут повышать удельные затраты

При переменном спросе компрессоры могут многократно переходить между загрузкой и разгрузкой. Если такие переходы сопровождаются значительной продолжительностью работы без полезной подачи, удельные энергетические затраты станции возрастают.

Удельный расход электроэнергии — количество энергии, затраченной на производство единицы объёма сжатого воздуха за тот же период измерения.

Чтобы оценить влияние переключений, сопоставляют частоту переходов, продолжительность состояний и фактическую выработку. Это позволяет определить, связано ли увеличение удельного расхода с организацией работы компрессоров при неполной загрузке.

При интерпретации необходимо учитывать давление в ресивере. Изменения давления и подачи помогают установить, как переходы между состояниями связаны с текущим спросом на воздух.

Высокий удельный расход может быть следствием частых циклов холостого хода, а не только предполагаемых утечек в сети. Поэтому обнаруженное увеличение потребления не следует автоматически объяснять негерметичностью трубопроводов.

Как распределять нагрузку между двумя компрессорами

Рассмотрим компрессорную станцию, на которой работают две машины. При определённом уровне спроса возможны различные варианты распределения нагрузки: одновременная частичная работа обоих компрессоров либо работа одного агрегата под нагрузкой с сохранением второго в резерве.

Второй вариант может обеспечивать меньшие энергетические затраты, если он сокращает суммарную продолжительность неэффективных состояний и позволяет работающему компрессору обеспечивать необходимую подачу.

Однако возможность такого режима зависит от фактических характеристик машин, изменения спроса, условий поддержания давления и действующего алгоритма управления.

Для сравнения вариантов необходимо установить:

• Какую электрическую мощность потребляет каждый компрессор в зарегистрированных режимах.
• Какую подачу воздуха обеспечивает станция при соответствующей комбинации работающих агрегатов.
• Как изменяются давление в ресивере и частота переходов между состояниями.
• Позволяет ли рассматриваемая последовательность работы обеспечивать наблюдаемый спрос.

Если сравниваемые периоды характеризуются разной выработкой, непосредственное сопоставление общего электропотребления будет недостаточным. Необходимо привести показатели к сопоставимым условиям.

Выбор одного работающего компрессора вместо двух не должен основываться только на предположении, что меньшее количество включённых машин всегда означает меньший расход электроэнергии. Такое решение требует подтверждения измерениями.

Как отличить неправильную очередность включения от других причин перерасхода

При повышенном удельном расходе необходимо проверить согласование работы нескольких компрессоров. Если один агрегат переходит в разгрузку, пока другой продолжает частично обеспечивать спрос, фактический алгоритм может создавать дополнительные энергетические затраты.

Другой возможный механизм — частые переходы между состояниями при изменении спроса. В этом случае значение имеет не только очередность машин, но и продолжительность их работы в каждом режиме.

При наличии подозрения на неправильную последовательность включения анализируют временные графики всех агрегатов совместно. Изолированное рассмотрение одного компрессора не всегда позволяет установить причину общего перерасхода станции.

Необходимо также отличать подтверждённый факт повышенного удельного расхода от гипотезы о его причине. Без сведений о рабочих состояниях нельзя установить, обусловлено ли отклонение разгрузкой, сочетанием работающих машин или другими условиями эксплуатации.

Как сформировать карту режимов компрессорной станции

Практическим результатом анализа становится карта режимов, связывающая электрическую мощность, выработку воздуха, давление в ресивере и состояния каждого компрессора.

На такой карте выделяют периоды полной и частичной загрузки, разгрузки и переходов между состояниями. Для каждого периода устанавливают соответствующую подачу и энергетические затраты в пределах доступных измерений.

Это позволяет определить, при каких условиях станция обеспечивает наблюдаемый спрос с меньшими удельными затратами, а какие сочетания работы агрегатов требуют дополнительной проверки.

На основе карты рассматривают варианты настройки последовательности включения машин. Каждый вариант должен быть связан с подтверждёнными данными о спросе, фактической производительности и условиях поддержания давления.

Если измерений недостаточно, результатом становится перечень режимов, для которых необходимо дополнительно зарегистрировать состояние агрегатов или уточнить выработку воздуха.

Когда можно делать вывод об оптимальном режиме

Для обоснованного выбора необходимо сопоставить возможные варианты работы компрессоров при одинаковом или корректно сопоставленном спросе на сжатый воздух.

Оценка должна учитывать электрическую энергию, фактическую выработку, продолжительность холостого хода и переходов между режимами. Дополнительно проверяют, обеспечивает ли выбранная последовательность машин необходимые условия давления.

Если показатели подтверждают преимущество определённого режима, его можно рассматривать как вариант настройки управления с последующей проверкой фактического результата.

Основное ограничение: без записи состояний компрессоров и измерения выработки воздуха нельзя достоверно утверждать, какой алгоритм управления оптимален. Общего графика электропотребления недостаточно, чтобы установить влияние разгрузки и распределения нагрузки между машинами.

Таким образом, оценка режима загрузки должна начинаться с регистрации фактической работы станции. Карта режимов позволяет определить проверяемые варианты настройки последовательности компрессоров и отличить возможный резерв сокращения холостого потребления от неподтверждённых предположений об энергетических потерях.

Обследование соответствующего оборудования рассматривается на странице «Компрессорное оборудование и системы сжатого воздуха». Определение эксплуатационных отклонений представлено на странице «Выявление неэффективных режимов работы оборудования». Другие технические разъяснения доступны в разделе «Материалы».