Система сжатого воздуха: какую схему выбрать | Kraftmachine

Централизованная или децентрализованная система сжатого воздуха: сравниваем потери давления, энергозатраты, резервирование и стоимость эксплуатации для промышленного предприятия.

Как выбрать централизованную или децентрализованную систему сжатого воздуха для завода

Система сжатого воздуха на промышленном предприятии может быть организована централизованно — от одной общей компрессорной станции — или децентрализованно, когда отдельные компрессоры устанавливаются непосредственно возле цехов и потребителей. Выбор схемы влияет на потери давления, энергопотребление, резервирование и стоимость эксплуатации оборудования. Универсального решения для всех заводов нет: в одних условиях выгоднее единая компрессорная, в других — несколько локальных станций. В статье разберём особенности обеих схем и объясним, как выбрать подходящий вариант для производства.

Что такое централизованная и децентрализованная система сжатого воздуха

Централизованная система сжатого воздуха предполагает размещение основных компрессоров в одной компрессорной станции. От неё воздух по общей магистральной сети распределяется между цехами, производственными линиями и отдельными потребителями.

Например, на предприятии могут быть установлены три компрессора производительностью по 15 м³/мин каждый. Вместо отдельного компрессора возле каждого цеха все агрегаты работают на общий коллектор, от которого проложены трубопроводы к потребителям.

Децентрализованная система устроена иначе. В этом случае предприятие делится на отдельные участки, каждый из которых получает сжатый воздух от собственного компрессора или небольшой компрессорной станции.

Например, механический цех может иметь собственный компрессор на 8 бар, участок лазерной резки — отдельную систему повышенного давления, а окрасочная линия — компрессор со своей системой осушки и фильтрации.

Различия между схемами заключаются не только в расположении оборудования. Они влияют на длину трубопроводов, потери давления, резервирование, требования к качеству воздуха и управление производительностью всей системы.

Подробнее о влиянии трубопроводов и сопротивления оборудования на давление можно прочитать в статье «Почему падает давление в пневмосистеме: причины и способы устранения». Узкие магистрали, загрязнённые фильтры и другие сопротивления действительно приводят к дополнительному падению давления в сети.

Как работает централизованная система сжатого воздуха

В централизованной системе несколько компрессоров объединяются в одну общую станцию. После компрессоров воздух проходит через ресиверы, сепараторы, фильтры и осушители, после чего поступает в общую заводскую пневмомагистраль.

Система может включать основной компрессор, регулирующий компрессор и резервный агрегат. При увеличении потребления автоматика подключает дополнительное оборудование, а при снижении расхода часть компрессоров может отключаться.

Одна из эффективных схем — несколько компрессоров постоянной производительности и один компрессор с частотным регулированием. Последний компенсирует изменение расхода воздуха и помогает поддерживать стабильное давление при переменной нагрузке.

Централизованная станция позволяет обслуживать основное оборудование в одном помещении. Здесь проще организовать вентиляцию, отвод конденсата, электроснабжение, мониторинг и техническое обслуживание.

Однако после компрессорной станции воздух приходится транспортировать на значительные расстояния. Чем длиннее и сложнее пневмосеть, тем важнее правильный подбор диаметра труб и контроль потерь давления.

Как работает децентрализованная система сжатого воздуха

При децентрализованной схеме компрессоры располагаются непосредственно возле отдельных производственных участков или групп потребителей.

Например, вместо одной компрессорной станции производительностью 40 м³/мин предприятие может использовать несколько локальных станций:

• компрессорная №1 — механический цех;
• компрессорная №2 — окрасочное производство;
• компрессорная №3 — упаковочная линия;
• отдельный компрессор — оборудование повышенного давления.

Главное преимущество такой схемы заключается в том, что воздух не требуется транспортировать по всему предприятию. Это позволяет сократить протяжённость части трубопроводов и уменьшить связанные с ними потери давления.

Кроме того, каждый участок можно настроить под собственные требования. Если одному цеху требуется воздух 8 бар с точкой росы +3 °C, а другому необходим более сухой воздух или повышенное давление, нет необходимости обеспечивать одинаковые параметры для всего завода.

Для небольших локальных систем могут использоваться компактные компрессоры с ресивером и осушителем, представляющие собой готовый компрессорный узел.

Какие параметры системы сжатого воздуха необходимо сравнить

При выборе между централизованной и децентрализованной системой необходимо учитывать не только стоимость компрессоров. Основное значение имеет стоимость эксплуатации всей системы на протяжении нескольких лет.

Расход сжатого воздуха

Необходимо определить средний, минимальный и максимальный расход каждого производственного участка.

Если несколько цехов имеют разные пики потребления, централизованная система может быть выгодной, поскольку компрессоры работают на общий объём сети и нагрузка между потребителями частично выравнивается.

При децентрализованной схеме каждый участок должен самостоятельно обеспечить собственный максимальный расход.

Рабочее давление

Если практически всему предприятию требуется одинаковое давление, например 7–8 бар, централизованная система зачастую оказывается удобнее.

Если же одному участку требуется 7 бар, другому 10 бар, а отдельному оборудованию 16 бар, производство всего воздуха на максимальном давлении может быть экономически нецелесообразным.

В таком случае систему можно разделить по уровням давления.

Качество сжатого воздуха

Требования к влажности, содержанию масла и твёрдых частиц могут существенно различаться.

Например, обычному пневмоинструменту может быть достаточно стандартной подготовки воздуха, тогда как технологический процесс требует глубокой осушки и более высокой степени фильтрации.

При централизованной подготовке приходится обеспечивать требуемое качество для большого объёма воздуха. При децентрализации можно готовить воздух необходимого качества непосредственно для конкретного процесса.

Длина пневмолинии

Большая протяжённость трубопроводов увеличивает влияние диаметра трубы, количества поворотов, арматуры и других сопротивлений на давление у конечного потребителя.

Неправильно рассчитанная магистраль может стать причиной ситуации, когда компрессор поддерживает требуемое давление, но до оборудования оно уже не доходит.

Режим работы производства

Необходимо учитывать, работают ли все цеха одновременно.

Например, если один участок работает круглосуточно, а другой только одну смену, нет необходимости постоянно держать всю компрессорную станцию в одном режиме.

Возможность резервирования

Сжатый воздух часто является критически важным энергоресурсом. Остановка единственного компрессора может привести к остановке производственной линии или всего предприятия.

Поэтому при проектировании необходимо предусматривать резерв мощности и возможность проведения технического обслуживания без прекращения подачи воздуха.

Централизованная или децентрализованная система: сравнение

Преимущества и недостатки централизованной системы сжатого воздуха

Централизованная компрессорная остаётся одним из наиболее распространённых решений для крупных промышленных предприятий.

Плюсы:

• компрессоры находятся в одном помещении;
• проще проводить техническое обслуживание;
• проще организовать резервирование;
• можно использовать единую систему управления компрессорами;
• проще контролировать потребление электроэнергии;
• одна система вентиляции и отвода тепла;
• одна система отвода и очистки конденсата;
• проще организовать централизованную подготовку воздуха;
• несколько компрессоров могут совместно покрывать изменяющийся расход предприятия.

Минусы:

• требуется разветвлённая пневмосеть;
• при большой территории предприятия увеличивается длина труб;
• возможны существенные потери давления на удалённых участках;
• утечка на общей магистрали влияет на энергопотребление всей системы;
• разные требования цехов к давлению и качеству воздуха усложняют систему;
• повреждение главной магистрали может затронуть сразу несколько участков.

Преимущества и недостатки децентрализованной системы сжатого воздуха

Децентрализованная схема особенно интересна для предприятий с большой территорией и различными требованиями производственных участков.

Плюсы:

• меньшая длина трубопроводов до потребителя;
• возможность снизить потери давления;
• каждый участок получает необходимое именно ему давление;
• можно использовать разную степень подготовки воздуха;
• проще подключать новые производственные участки;
• неисправность одной локальной системы не обязательно останавливает остальные цеха;
• не требуется производить весь объём воздуха по требованиям самого требовательного потребителя.

Минусы:

• увеличивается количество единиц оборудования;
• обслуживание приходится проводить в разных точках предприятия;
• каждому компрессору необходимо обеспечить вентиляцию;
• увеличивается количество электрических подключений;
• могут потребоваться отдельные осушители, ресиверы и фильтры;
• сложнее организовать единый контроль всего компрессорного оборудования;
• необходимо отдельно решать вопрос резервирования локальных компрессоров;
• компрессоры могут создавать дополнительный шум и тепло непосредственно в производственных помещениях.

Где выгоднее применять централизованную систему сжатого воздуха

Централизованная система хорошо подходит предприятиям, где большая часть потребителей имеет схожие требования к сжатому воздуху.

Например:

• машиностроительные заводы;
• крупные металлообрабатывающие предприятия;
• автомобильные производства;
• предприятия с несколькими соседними цехами;
• производственные площадки с круглосуточным потреблением воздуха;
• предприятия с большим количеством стандартного пневмооборудования.

Особенно эффективно централизованная схема работает там, где компрессорная расположена относительно близко к основным потребителям, а пневмомагистраль рассчитана с достаточным диаметром.

Ещё одно условие — правильно организованное управление компрессорным парком. Если несколько компрессоров постоянно работают в неэффективных режимах загрузки и разгрузки, само наличие централизованной системы не гарантирует низких эксплуатационных затрат.

Где выгоднее применять децентрализованную систему сжатого воздуха

Децентрализация становится интереснее, когда производственные корпуса находятся далеко друг от друга либо имеют существенно разные требования.

Например:

• один цех расположен в нескольких сотнях метров от основной компрессорной;
• предприятие постепенно расширяется;
• разные участки работают по разному графику;
• отдельному оборудованию требуется повышенное давление;
• одному процессу нужен воздух значительно более высокого качества;
• требуется независимая работа отдельных производственных линий.

Типичный пример — предприятие, на котором большинство оборудования работает при 7–8 бар, но отдельному станку необходимо 13–16 бар.

Повышать давление всей заводской сети ради одного такого потребителя обычно нерационально. Проще рассмотреть отдельный компрессор или локальную систему повышения давления.

Аналогичная ситуация возникает с глубокой осушкой. Если большей части завода достаточно точки росы +3 °C, а небольшой технологической линии требуется −40 °C, необязательно пропускать весь объём заводского воздуха через адсорбционный осушитель.

Когда выгодна комбинированная система сжатого воздуха

На практике для большого завода не всегда нужно выбирать строго между двумя вариантами.

Часто наиболее рациональной оказывается комбинированная схема.

Основной объём сжатого воздуха производится в центральной компрессорной станции. Она обеспечивает стандартных потребителей давлением, например, 7–8 бар.

При этом отдельные локальные установки используются для:

• оборудования повышенного давления;
• удалённых производственных корпусов;
• потребителей с особым качеством воздуха;
• оборудования, работающего по отдельному графику;
• резервирования критически важных технологических процессов.

Такой подход позволяет сохранить преимущества централизованной компрессорной и не заставляет всю систему работать по параметрам одного специализированного потребителя.

Один большой компрессор или несколько небольших

При проектировании компрессорной станции важно рассматривать не только общую производительность, но и количество компрессоров.

Предположим, максимальное потребление предприятия составляет 30 м³/мин. Теоретически можно установить один компрессор на 30 м³/мин.

Однако при его техническом обслуживании предприятие полностью останется без сжатого воздуха.

Поэтому для непрерывного производства может быть рациональнее использовать несколько компрессоров, например:

10 + 10 + 10 м³/мин

или

15 + 15 м³/мин с дополнительным резервом.

Существует и другой вариант — основные компрессоры постоянной производительности и один агрегат с частотным регулированием, который компенсирует колебания расхода.

Такой компрессорный парк позволяет подстраиваться под фактическое потребление предприятия и одновременно обеспечивает резервирование.

В каталоге Kraftmachine представлены промышленные компрессоры различной производительности и конструктивного исполнения, что позволяет формировать компрессорные станции под фактическую нагрузку производства.

Что выгоднее для завода: централизованная или децентрализованная система

Сравнивать варианты только по первоначальной стоимости оборудования неправильно.

Необходимо учитывать:

• стоимость компрессоров;
• стоимость трубопроводов;
• монтаж;
• потери давления;
• потребление электроэнергии;
• систему подготовки воздуха;
• вентиляцию;
• техническое обслуживание;
• резервирование;
• возможные простои производства;
• дальнейшее расширение предприятия.

Например, централизованная система может потребовать более дорогой магистральной сети, но иметь меньше компрессоров и единый узел подготовки воздуха.

Децентрализованная система может сократить длину труб, но потребует нескольких компрессоров, ресиверов, осушителей и точек технического обслуживания.

Поэтому сравнивать необходимо полную стоимость владения системой, а не только цену оборудования.

Стоимость производства сжатого воздуха также напрямую зависит от электроэнергии, режима работы компрессоров, давления и потерь в пневмосистеме. Подробнее об этом можно прочитать в статье «Как рассчитать стоимость 1 м³ сжатого воздуха».

Как выбрать систему сжатого воздуха для производства

Начинать выбор следует с обследования существующей или проектируемой пневмосистемы.

1. Определите расход каждого цеха

Необходимо знать не только общую производительность компрессорной, но и распределение потребления воздуха по предприятию.

Например:

• цех №1 — 12 м³/мин;
• цех №2 — 7 м³/мин;
• цех №3 — 4 м³/мин;
• отдельная линия — 2 м³/мин.

2. Определите рабочее давление

Следует выяснить фактические требования каждого потребителя.

Если всем необходимо одинаковое давление, аргументов в пользу централизованной системы становится больше.

Если требования существенно различаются, нужно рассматривать разделение сетей.

3. Определите требования к качеству воздуха

Проверьте необходимую:

• точку росы;
• степень фильтрации;
• допустимое содержание масла;
• допустимое содержание твёрдых частиц.

Если требования разных участков различаются, локальная подготовка части воздуха может быть экономически рациональнее общей.

4. Рассчитайте пневмомагистраль

Необходимо определить длину труб, диаметр, количество поворотов и пропускную способность каждого участка.

Главная задача — обеспечить требуемое давление у конечного потребителя без искусственного повышения давления всей компрессорной станции.

5. Проанализируйте график потребления

Следует измерить, как расход изменяется в течение суток или рабочей смены.

Если предприятие ночью потребляет только 20% максимального объёма воздуха, компрессорная система должна иметь возможность эффективно работать при такой нагрузке.

6. Предусмотрите резерв

Необходимо определить, что произойдёт при остановке одного компрессора.

Для критически важного производства желательно предусмотреть возможность подачи необходимого объёма воздуха во время технического обслуживания или аварийного отключения одного агрегата.

7. Сравните несколько вариантов

Для крупного предприятия стоит рассчитать минимум три схемы:

• централизованную;
• децентрализованную;
• комбинированную.

Для каждого варианта следует сравнить капитальные затраты и последующие эксплуатационные расходы.

Почему перед изменением компрессорной системы нужен пневмоаудит

На действующем предприятии принимать решение о переносе или добавлении компрессоров только по паспортным характеристикам оборудования недостаточно.

Необходимо знать фактический расход воздуха, давление в разных точках сети, работу компрессоров в течение смены и объём потерь.

Во время аудита системы сжатого воздуха оцениваются производительность компрессоров, рабочее давление, потери давления, утечки, энергопотребление, нагрузка оборудования и состояние системы подготовки воздуха.

После измерений становится понятнее, что именно даст больший эффект: увеличение производительности центральной компрессорной, замена магистральной трубы, установка дополнительного локального компрессора или изменение алгоритма работы существующих агрегатов.

Иногда проблема, которую предприятие пытается решить покупкой дополнительного компрессора, фактически связана с утечками или слишком большим падением давления в пневмосети.

Заключение

Централизованная система сжатого воздуха удобна для предприятий с большим количеством близко расположенных потребителей, одинаковыми требованиями к давлению и возможностью организовать общую компрессорную станцию. Она упрощает обслуживание, резервирование и управление компрессорным парком.

Децентрализованная система выгодна, когда цеха расположены далеко друг от друга, работают по разным графикам или требуют разного давления и качества воздуха. Для крупных предприятий часто оптимальной становится комбинированная схема: основная централизованная компрессорная обеспечивает базовую нагрузку, а локальные компрессоры обслуживают специальные или удалённые потребители.

Перед выбором схемы необходимо рассчитать фактическое потребление, потери давления, режим нагрузки и стоимость эксплуатации. Подобрать компрессоры и оборудование для подготовки воздуха можно в каталоге Kraftmachine.