Индивидуальный подход

Вопросы, которые необходимо учитывать при выборе и эксплуатации промышленных компрессоров

Много раз на страницах нашего журнала мы обращались к теме компрессоров – важного оборудования для строительной, нефте- и горнодобывающей, коммунальной и прочих отраслей. Сегодня мы поговорим о некоторых важных вопросах, которые не следует упускать при подборе или эксплуатации компрессорного оборудования.

Воздушные компрессоры с частотно-регулируемым приводом (VSD)

Как уже говорилось выше, часто потребление сжатого воздуха в течение рабочего дня существенно меняется, и компрессору приходится работать с различной производительностью и величиной давления. По статистике, потребление сжатого воздуха значительно колеблется по времени в 88% всех промышленных систем сжатого воздуха.

АО «Бежецкий завод «АСО» (г. Бежецк Тверской обл.) выпускает большой ассортимент поршневых и винтовых компрессоров промышленного назначения.

Винтовые компрессоры опционно оснащаются частотно-регулируемым приводом. Современная электронная система управления и контроля есть в каждом винтовом компрессоре «Бежецкого завода «АСО», она позволяет поддерживать заданные режимы работы без участия оператора, дает возможность объединять несколько агрегатов в единую сеть, повышая эффективность распределения ресурсов. Наличие контроллера помогает спланировать проведение профилактических работ, а также обеспечивает надежную работу компрессора на всем протяжении срока эксплуатации.

Для снижения уровня шума винтовых компрессоров используются современные шумопоглощающие материалы, которыми оклеиваются внутренние поверхности корпуса. Индивидуальное шумозащитное исполнение делает работу компрессоров практически бесшумной, это позволяет устанавливать их непосредственно в производственных помещениях. Уровень шума винтового компрессора «АСО», установленного в производственной зоне, не превышает естественного уровня шума.

Имеется линейка передвижных винтовых электрических и дизельных компрессоров на шасси прицепов, развивающих производительность от 3,0 до 5,5 м³/мин при давлении от 8 до 10 атм и мощностью от 22 до 37 кВт. Масса электрических прицепов 750–850 кг, дизельных 950–1500 кг. Также завод выпускает стационарные компрессоры мощностью до 315 кВт, в конструкции используются иностранные винтовые блоки.

Для таких условий рекомендуется использовать компрессоры с частотно-регулируемым приводом (VSD), который обеспечивает непрерывное регулирование расхода с плавным изменением. Регулирование частоты вращения электродвигателя компрессора осуществляется изменением частоты, подаваемого на него напряжения питания. Преимуществом компрессоров VSD является более стабильное давление нагнетания на всех режимах работы с точностью до 0,1 бар и быстрая реакция на изменение давления в пневмосети. Технология частотного регулирования является энергосберегающей, т.к. каждый лишний бар давления нагнетания увеличивает электропотребление компрессора на 6–8%. Экономия электроэнергии при эксплуатации воздушного промышленного компрессора с частотным приводом достигает 35% (на отдельных режимах, когда экономия максимальная) по сравнению с компрессором с обычным приводом. А ведь на электроэнергию приходится около 70% от всех эксплуатационных затрат в течение срока службы обычного воздушного компрессора.

Промышленный холдинг Dalgakiran (Турция) имеет более чем 50-летний опыт работы в производстве компрессорного оборудования и является одним из крупнейших европейских производителей компрессорной техники. Компания имеет свой научно-исследовательский центр с лабораториями.

Dalgakiran выпускает огромный ассортимент компрессорного оборудования: поршневых и винтовых, безмасляных и турбокомпрессоров, высокого давления и бустеров.

В серии безмасляных винтовых компрессоров EAGLE имеются модели с частотно-регулируемым приводом, отличающиеся экономным потреблением энергии. Модели с фиксированной скоростью благодаря функции ECOMODE могут в зависимости от уровня нагрузки автоматически регулировать давление, снижая энергопотребление компрессора. Компрессоры серии EAGLE гарантируют подачу совершенно безмасляного сжатого воздуха. Роторы винтового блока второй ступени изготовлены из нержавеющей стали, благодаря чему винтовой блок выдерживает температуры свыше 200 °С, обладает высоким сопротивлением коррозии и имеет длительный срок службы.

В производственной линейке компании также имеются поршневые безмасляные компрессоры, поршневые бустеры, развивающие давление 40 бар, и поршневые компрессоры общего назначения. Вся продукция отличается высокой надежностью и долговечностью.

Впрочем, не все специалисты согласны с утверждением, что экономия при использовании частотного регулирования привода настолько велика. Они предлагают альтернативные, более простые способы экономии энергии при неравномерном потреблении, например, установку вместо одного большого нескольких компрессоров меньшей производительности, которые можно отключать и включать по мере необходимости. Также надо учесть, что начальных инвестиций на обустройство системы с компрессором с частотно-регулируемым приводом нужно в 1,3–1,5 раза больше, чем на обустройство системы с обычным компрессором.

Интеллектуальное управление работой компрессора

Как уже говорилось, на промышленных объектах может требоваться, чтобы давление сжатого воздуха существенно изменялось. Например, на строительном объекте нередки ситуации, когда компрессор подает сжатый воздух для работы ручного инструмента, а затем переключается на снабжение установки для нанесения торкбетона. В обоих режимах компрессор должен создавать разное давление, но величина его должна поддерживаться с высокой точностью. Если в процессе работы такие изменения в режиме работы компрессора бывают постоянно, лучшим решением будет сочетание правильной размерности компрессора и использование интеллектуального электронного управления. Или же при пневмоударном бурении компрессор создает поток, и давление воздуха для удара породоразрушающего инструмента, а также часть потока сжатого воздуха используется для вращения породоразрушающего инструмента. В этом случае интеллектуальное электронное управление имеет еще большее значение.

Компания Atlas Copco (Швеция) разработала и запатентовала электронную систему регулирования PACE, позволяющую установить давление на мобильном компрессоре.

Компрессоры оборудованы цветным дисплеем, с помощью которого можно устанавливать нужные параметры под текущую задачу. Оператор может задавать компрессору нужные значения давления, а система PACE будет автоматически регулировать соответствующим образом производительность компрессора (расход воздуха).

Таким образом, с помощью одного компрессора с PACE можно закрывать потребности как при строительных работах, так и при бурении. Один компрессор сможет выполнять работы вместо трех с фиксированным давлением. Например, для работы с ручным пневмоинструментом можно установить давление сжатого воздуха 7 бар, потом для установки нанесения торкретбетон изменить значение давления на 12 бар, а далее переходить к бурению. Клапан минимального давления при этом переключается автоматически. Интуитивно понятный контроллер позволяет выбрать любой уровень давления в пределах диапазона давления машины, который регулируется с шагом 0,1 бар.

Одним из главных плюсов технологии PACE следует отметить снижение расхода топлива на 15%.

Подобные системы управления могут принести значительный экономический эффект. Потребление энергии составляет примерно 80% всех затрат на производство сжатого воздуха. На практике известны случаи, когда использование интеллектуального управления позволяло уменьшить расход топлива установкой до 25%. За счет работы оборудования – двигателей, компрессоров – на оптимальных режимах повышается его надежность, снижаются эксплуатационные расходы и увеличиваются сроки эксплуатации.

ПАО «Пензкомпрессормаш» (ПКМ, г. Пенза) производит, поставляет, осуществляет ремонт и сервисное обслуживание компрессорного оборудования, в том числе воздушных и газовых компрессоров, а также модульных компрессорных станций, АГНКС, азотных мембранных установок и другой продукции, всего более 250 наименований высокотехнологичного оборудования. Собственная испытательная лаборатория предприятия позволяет проводить испытания компрессоров на различных этапах сборки.

ПКМ производит объемные компрессоры, в основном поршневого типа: без смазки, низкого, среднего и высокого давления. Компрессоры «Пензкомпрессормаш» – это полностью отечественный продукт.

Компрессоры оснащаются полностью автоматической системой управления, обеспечивающей ступенчатое регулирование производительности и подачу необходимого количества сжатого воздуха при минимальном потреблении электроэнергии. Система предусматривает местный и дистанционный контроль параметров, сигнализацию, блокировку и автоматическую продувку аппаратов. Система автоматизации компрессорных установок дает возможность сократить обслуживающий персонал до минимума. Расход мощности на единицу производительности уменьшен за счет усовершенствования механизма движения, газодинамики компрессора и применения прямоточных клапанов. Новые модели компрессорных установок оснащаются интеллектуальным управлением – локальной АСУ на базе современных программируемых логических контроллеров.

«Пензкомпрессормаш» также осуществляет модернизацию компрессорных установок своего производства и других предприятий, в ходе которой оборудование оснащается микропроцессорным управлением.

Нередко подобные системы обладают функциями самодиагностики, архивируют сведения об ошибках, подсказывают оператору, когда подходит срок проведения технического обслуживания и замены фильтров и т.д.

До недавнего времени по объему производства компрессорного оборудования ЗАО «РЕМЕЗА» (REMEZA, Беларусь, Гомельская обл., г. Рогачев) являлся номером один в Восточной Европе и вторым в странах СНГ. Практически с первых дней работы предприятия была поставлена цель – выпускать надежные компрессоры по доступной цене, используя технические достижения и комплектующие мировых производителей. «РЕМЕЗА» выпускает поршневые и винтовые компрессоры, маслозаполненные и безмасляные, передвижные и модульные компрессорные станции и другую продукцию.

Системы управления компрессорами EnergAir Metacentre от компании «РЕМЕЗА» позволяют рационализировать операционные затраты, повысить экономичность работы компрессоров и обеспечить их надежное функционирование. Системы управления компрессорами – это программируемые контроллеры, которые позволяют создать сеть от 2 до 24 компрессоров и точно регулировать давление в любой точке пневмосети. Вся информация доступна в режиме реального времени по сети интернет. Пользователи получают возможность не только контролировать и регулировать расходование электроэнергии и другие процессы, но и дистанционно управлять ими, а также подключать к системе дополнительное оборудование, включая осушители, фильтры, воздушные ресиверы и т.д.

Предприятие имеет широкую сеть дилеров во всех странах СНГ.

Высокопроизводительные мобильные компрессорные станции

Самоходные компрессорные воздушные станции (передвижные компрессоры) высокой производительности на автомобильном шасси – источники воздуха высокого давления, применяются в строительной сфере для питания пневматического инструмента, в нефтегазовой отрасли в сервисных работах и операциях, при опрессовке и продувке трубопроводов и ёмкостей, в других отраслях промышленности.

ООО «Краснодарский Компрессорный Завод»

(ККЗ, ст-ца Динская, Краснодарский край) разрабатывает и производит передвижные воздушные компрессорные станции – автономные источники сжатого воздуха различных моделей с диапазоном давления на выходе от 5 до 350 атмосфер и производительностью от 5 до 40 м³/мин. Воздушная станция размещена на надежном грузовом шасси, которое хорошо зарекомендовало себя как в обычных, так и в самых тяжелых условиях (тундра, пустыня, бездорожье Центрального Черноземья, северные широты и т.д.).

Шасси может быть подобрано или адаптировано под технические требования заказчика (КАМАЗ, УРАЛ, МЗКТ и др.). Возможна установка компрессорного оборудования на шасси компании-заказчика (грузовой автомобиль, прицеп и т.д.). Самоходные передвижные компрессорные станции серий ТГА, СДА, ТГ, СД очищают и осушают окружающий воздух, сжимают его с помощью компрессора, смонтированного на борту станции, и подают его к объекту потребителя под требуемым давлением. Воздушная компрессорная станция состоит из следующих основных блоков: система воздухоподготовки, система сжатия воздуха (компрессор, привод компрессора), автоматика станции, шасси.

Мобильные компрессорные станции производства ККЗ отличаются применением самых современных запатентованных решений, рекордной энергоэффективностью, увеличенным межсервисным интервалом.

Особенности самоходных передвижных компрессорных станций: высокая мобильность, полная автономность, быстрота развертывания. К областям применения таких высокопроизводительных мобильных компрессорных станций относят: строительство – как источник энергии для пневмоинструмента в строительной отрасли (строительный передвижной компрессор), обеспечение работы геологоразведочных буровых установок и пневматических перфораторов в горнодобывающей промышленности, в производстве и специальных сервисных работах – как источник энергии для дробеструйных и пескоструйных аппаратов, для испытаний и ремонта трубопроводов, для удаления жидких и газообразных веществ из оборудования и емкостей, для бурения, освоения и ремонта скважин, других сервисных работ.

Модернизация компрессоров

Причины, цели и задачи обновления компрессорного оборудования могут быть разными. Например, вы приобрели б/у агрегат и нужно его «довести до кондиции», или компрессор износился в процессе длительной эксплуатации, а порой и потребности оборудования, которое снабжается сжатым воздухом меняются – требуется изменить производительность, давление и т.п.

Для удешевления модернизация может проводиться поэтапно: компоненты компрессора заменяются по очереди, пока не будут достигнуты новые целевые параметры: замена ротора с последующей заменой статорных элементов или посекционная и покорпусная модернизация компрессора. В таких случаях модернизацию компрессора можно выполнять в течение нескольких лет, смягчая финансовые затраты на модернизацию и при этом получая существенную прибавку в выработке продукции уже на первом этапе.

АО «Компрессормашремсервис» (Татарстан, с. Высокая Гора) специализируется на ремонте, модернизации, обслуживании и монтаже компрессорного оборудования любой сложности. Современная производственная база предприятия и высокотехнологичное оборудование и станки позволяют осуществлять самую современную модернизацию и оперативный ремонт компрессорного оборудования любого типа.

«Компрессормашремсервис» выполняет модернизацию и отладку систем автоматизированного управления компрессорной установкой. В результате модернизации обеспечивается поддержание заданных параметров давления воздуха и оптимальной рабочей температуры установки, комплексная технологическая защита оборудования – аварийное отключение, контроль технологических параметров в режиме реального времени с выводом на монитор оператора, снижение нагрузок на оборудование, повышение сроков безремонтной эксплуатации, существенное снижение затрат на электроэнергию и ремонт оборудования.

При модернизации компрессоров выполняется диагностика неисправностей агрегата, изготавливаются новые детали для проведения модернизации. Возможна комплектация воздушным фильтром увеличенной размерности, электронной системы загрузки/ разгрузки компрессора, системы плавного пуска двигателя и др. В результате уменьшается энергопотребление компрессора, повышается надежность работы, увеличивается давление нагнетания и производительность и т.д.

На последующих этапах параметры компрессора могут далее повышаться, а также достигается наиболее экономичная работа компрессорного агрегата в целом за счет согласования работы всех элементов. Такой вариант модернизации имеет еще одно преимущество: если по тем или иным причинам в процессе модернизации изменяются технологические параметры производства, то существует возможность с наименьшими возможными потерями в эффективности компрессора скорректировать за счет промежуточных этапов итоговые рабочие параметры.

Найти «золотую середину»

Компрессоры должны обеспечивать рабочее давление (т.е. давление на выходе компрессора), необходимое и достаточное для выполнения конкретных работ. Условия каждой работы индивидуальны. Например, для обустройства модного сейчас инновационного геотермального отопления требуется пробурить глубокие скважины, что может быть выполнено только с помощью компрессоров, развивающих давление на выходе порядка 35 бар. С другой стороны, для проведения очистки каменной стены или бронзового памятника пескоструйным пистолетом может быть достаточно давления всего 10 бар.

Южнокорейская компания Doosan Portable Power выпускает обширный модельный ряд воздушных компрессоров, производство которых она приобрела у американской компании Ingersoll-Rand. В линейке 24 модели передвижных винтовых компрессоров, которые имеют производительность от 2 до 45,3 м³/мин при рабочем давлении от 7 до 25 бар. Компрессоры имеют простую и надежную конструкцию, не перенасыщенную электроникой. Удобная панель управления с интуитивно понятным интерфейсом позволяет производить ежеминутный контроль всех рабочих показателей. Сверхнадежная винтовая пара – собственного производства Doosan. Гарантия на двигатель и винтовую пару компрессора составляет 2 года или 4000 моточасов. Компрессоры имеют компактные размеры и в то же время большой топливный бак. Корпус изготавливается из высокопрочных материалов, обеспечивающих надежную защиту компрессора, боковые дверцы оснащаются надежными замками от несанкционированного доступа.

Конструкция компрессоров Doosan позволяет обеспечить максимальную доступность компонентов при техническом обслуживании.

В качестве опций предлагаются: система пуска при низких температурах окружающего воздуха (ниже –29 °С), а также устройство для изменения давления, которое позволяет оператору переключать установленное рабочее давление на более низкое простым переключением тумблера. Опция идеальна для прокладывания кабеля и сверления, когда низкое давление требуется в начале работы.

Рабочее давление, которое развивает компрессор, не должно быть слишком малым или чрезмерно большим для снабжаемого оборудования. Если давление будет слишком низким, то пневматический инструмент будет работать с неполной мощностью или вовсе не сможет работать. Снижение рабочего давления всего на 1 бар приводит к снижению производительности пневмоинструмента на 25–30%.

Подача слишком высокого давления неприемлема, прежде всего с точки зрения безопасности труда, и к тому же может привести к повреждению инструмента, излишним затратам энергии и увеличению эксплуатационных расходов. Каждый избыточный и необоснованный бар повышения давления компрессора увеличивает энергозатраты на нагнетание воздуха минимум на 7%.

АО «БАРРЕНС» (Barrens, г. Санкт-Перербург) – производитель полного цикла и поставщик компрессоров различной комплектации и производительности (воздушные винтовые, поршневые, электрические, дожимные, вакуумные), блочно-комплектного оборудования (АГНКС и др.), а также комплектующих и запасных частей для компрессорного оборудования. Сегодня АО «БАРРЕНС» – это оборудование со степенью импортонезависимости свыше 90%.

Barrens представляет новую линейку компактных безмасляных компрессоров собственного производства BS по умеренным ценам (компрессор + ресивер + автоматика). В линейке 6 моделей, max давление – 10 бар, мощность – 2,2–4 кВт, производительность при давлении 8 бар: 2–5–400 л/мин.

Отличительные особенности компрессоров BS: возможна продолжительная работа – 70% времени; не нуждаются в специальном обслуживании; на выходе качественный воздух без примесей масла; сухой картер. Все компрессоры произведены, собраны и протестированы заводом Barrens.

Компания «БАРРЕНС» также выполняет модернизацию компрессоров. Суть модернизации состоит в усовершенствовании цилиндро-поршневых групп компрессора с ликвидацией системы цилиндровой смазки и установкой новых уплотнений из самосмазывающихся материалов. Наиболее важным преимуществом такой модернизации является чистота производимого компрессором газа от масла, что позволяет практически полностью отказаться от дорогостоящих систем очистки.

Рамки журнальной статьи не позволяют подробно расписать процесс расчета необходимого рабочего давления компрессора. Напомним только, что фактическое значение рабочего давления компрессора может отличаться от указанного в паспорте (в меньшую, как правило, сторону) на 2 бара и более. Компании-изготовители указывают рабочие характеристики компрессоров при стандартных условиях (температура, давление и влажность воздуха), причем в разных международных и национальных стандартах эти условия разные. При изменении температуры и давления окружающего воздуха меняется и давление на выходе компрессора: в жаркий и зимний дни давление будет разным при прочих равных условиях. Даже влажность воздуха оказывает влияние на величину давления компрессора на выходе.

Чем больше будет путь сжатого воздуха от компрессора до снабжаемого оборудования, тем больше будут потери давления в трубопроводах, их изгибах и арматуре, фильтрах, осушителях и т.д. Рекомендуется, чтобы длина магистрали для подачи сжатого воздуха не превышала 3–5 м. Кроме того, потери давления воздуха зависят от величины проходного сечения трубопроводов. Например, на каждые 10 м шланга с внутренним диаметром 9 мм давление уменьшается на 1 атм. Рекомендуется использовать один длинный шланг, а не несколько соединенных коротких, так потери будут меньше. Также следует принимать во внимание возможные утечки.

Дожимные компрессоры-бустеры

Когда необходимо получить давление сжатого воздуха свыше 35 бар, используются так называемые дожимные компрессоры, или бустеры. Напомним, что давление воздуха на входе у агрегатов такого типа обязательно должно быть выше атмосферного не менее чем на 1 бар.

ОАО «ЭНЕРГОМАШ» (г. Чудово Новгородской обл.) производит центробежные компрессоры для сжатия и подачи атмосферного воздуха в цеха промышленных предприятий. Рабочие колеса компрессоров изготавливаются по технологиям фрезерования или сварки.

«ЭНЕРГОМАШ» также выпускает центробежные турбокомпрессоры собственной разработки РТКВ – воздушные и РТК – газовые. Благодаря простой конструкции обеспечивается надежная эксплуатация центробежных турбокомпрессоров в течение долгого времени при минимальном техническом обслуживании.

Предприятие занимается модернизацией компрессоров различными способами и предлагает несколько вариантов по повышению эксплуатационных качеств компрессоров, в том числе: путем доукомплектовывания бустерным агрегатом, увеличения частоты вращения роторов, модернизацией проточной части и т.д. В результате удается добиться увеличения производительности примерно на 22%, а конечного давления на 5% по сравнению с паспортными данными.

Преимущество использования бустеров в том, что эти компактные и мобильные агрегаты в паре «компрессор первой ступени + бустер» позволяют сжимать воздух до высоких давлений с меньшими энергозатратами по сравнению с работой одного мощного компрессора сверхвысокого давления с обычным атмосферным давлением на входе и с увеличенным объемом ресивера. Сверхвысокие давления нужны не так часто и не большому числу типов оборудования, поэтому бывает нерационально использовать компрессор сверхвысокого давления большого типоразмера. Сравнительно небольшой бустер будет экономичнее и практичнее в эксплуатации. Еще одна особенность бустера – возможность установки на любой твердой ровной поверхности без дополнительной ее подготовки.

Бустеры позволяют получать давление сжатого воздуха более 100 бар и до 400 бар. Бустеры, как правило, отличаются большой пропускной способностью.

Мы познакомились с предприятиями отрасли и коснулись целого ряда самых разных аспектов подбора и эксплуатации промышленных компрессоров. Что же объединяет все эти вопросы?

Внимательный читатель увидит, что объединяет все эти разнородные вопросы одна мысль: в подборе компрессоров для работы и последующего оборудования для обеспечения работы самих компрессоров должен быть индивидуальный подход. Он нужен потому, что вряд ли можно найти два строительных или промышленных объекта с совершенно одинаковыми «стандартными» условиями работы и требованиями к компрессорам.