Как давление в сети влияет на энергопотребление компрессоров

Давление в системе сжатого воздуха влияет на энергопотребление сразу по нескольким направлениям. При изменении уставки меняется режим компрессорной станции, может изменяться расход воздуха у потребителей, а перепады давления в трубопроводах и оборудовании определяют, какое давление приходится поддерживать на выходе станции, чтобы в удалённых точках сохранялся требуемый рабочий режим.

Поэтому решение нельзя сводить к принципу «чем ниже давление, тем лучше». Сначала измеряют давление на выходе станции и у удалённых потребителей, расход воздуха и мощность компрессоров в нескольких характерных режимах. Затем определяют минимально необходимое давление конечных точек, оценивают перепады в сети и только после этого формируют допустимый диапазон уставки. Если значительная часть давления теряется по пути к потребителю, сначала может потребоваться снизить сопротивление сети, а не просто уменьшить уставку компрессорной станции.

Почему давление связано с энергопотреблением компрессоров

Компрессорная станция должна создавать условия, достаточные для работы конечных потребителей. Если требуемое давление в конечной точке достигается только за счёт повышенного давления на выходе станции, компрессоры работают в более напряжённом режиме, чем это было бы необходимо при меньших потерях в сети.

Для анализа важно разделить:

давление непосредственно на выходе компрессорной станции;
давление в характерных участках сети;
давление у удалённых или критичных потребителей;
перепады давления между этими точками;
фактический расход воздуха;
мощность компрессоров в том же режиме.

Только такое сопоставление показывает, связано ли повышенное давление с реальной потребностью оборудования или используется для компенсации сопротивления сети.

Какие данные нужны для проверки

Основные исходные данные должны быть получены синхронно для нескольких характерных режимов работы.

Необходимы:

давление на выходе компрессорной станции;
давление у удалённых потребителей;
давление в промежуточных контрольных точках, если это необходимо для локализации перепадов;
расход сжатого воздуха;
электрическая мощность компрессоров;
состав работающих компрессоров;
фактический профиль спроса;
режимные записи по изменению уставок и эксплуатации;
технические параметры потребителей, необходимые для определения рабочего давления;
граница анализа, в которой сопоставляются давление, расход и мощность.

Одного измерения давления недостаточно: оно должно быть связано с расходом, режимом станции и фактической работой потребителей.

Что такое минимально необходимое давление конечной точки

Для энергетического анализа важно определить не максимальное давление, которое система способна создать, а минимальное давление, при котором конкретный потребитель устойчиво выполняет требуемую функцию.

При этом необходимо установить:

какой потребитель наиболее чувствителен к снижению давления;
в каком режиме возникает его максимальная потребность;
какое давление фактически наблюдается в этой точке;
не заложен ли избыточный запас без подтверждённой необходимости;
как меняется работа потребителя при изменении сетевого режима.

Именно требования конечных точек задают нижнюю техническую границу возможной уставки станции.

Почему нельзя определять уставку только по выходу компрессорной станции

Высокое давление на станции не означает, что такое же давление имеется у потребителя. Между ними существуют трубопроводы, арматура и другие элементы сети, на которых могут возникать перепады.

Поэтому необходимо сравнить:

давление станции;
давление перед удалённым потребителем;
фактический расход в этот момент;
режим остальных потребителей;
состав работающих компрессоров.

Если при росте расхода давление у потребителя заметно снижается относительно выхода станции, причиной может быть сопротивление сети, которое следует локализовать отдельно.

Что такое перепад давления

Перепад давления — разница между значениями в двух точках сети при определённом расходе воздуха. Для практической диагностики важно оценивать не только сам перепад, но и режим, в котором он возникает.

Полезно проверить:

где начинается заметное снижение давления;
при каком расходе оно появляется;
устойчив ли перепад или возникает только при пиковом спросе;
какие участки находятся между измерительными точками;
исчезает ли проблема при снижении расхода.

Так можно отличить постоянную необходимость высокого давления от ситуации, когда станция компенсирует сопротивление отдельных участков сети.

Почему перепад необходимо оценивать при реальном расходе

Измерение давления в практически ненагруженной сети может не показать проблему, возникающую в рабочем режиме. Поэтому давление и расход необходимо рассматривать совместно.

Для нескольких характерных состояний фиксируют:

расход;
давление на станции;
давление у потребителя;
суммарную мощность компрессоров;
состав работающих агрегатов;
операционный режим объекта.

После этого можно построить связь между ростом расхода и увеличением перепада.

Как давление влияет на мощность компрессоров

Для конкретной станции энергетический эффект изменения давления следует определять по фактическим данным оборудования и режимов, а не по универсальному проценту.

Практически сравнивают несколько режимов, в которых известны:

давление;
расход воздуха;
мощность компрессоров;
состав работающих машин;
доля загрузки и других рабочих состояний;
продолжительность режима.

Если при сопоставимом спросе изменение давления сопровождается устойчивым изменением мощности, появляется фактическая основа для оценки энергетического эффекта.

Что такое искусственный спрос

В рамках этой задачи искусственным спросом рассматривается увеличение расхода воздуха, возникающее из-за самого режима повышенного давления, а не из-за увеличения полезной технологической работы.

Чтобы проверить его наличие, необходимо сопоставлять:

расход воздуха при разных уровнях давления;
фактическую производственную нагрузку;
состояние потребителей;
продолжительность сравниваемых режимов;
изменения в сети и составе оборудования.

Если полезная работа остаётся сопоставимой, а расход изменяется вместе с давлением, это становится основанием для дальнейшей проверки влияния сетевого режима.

Почему изменение расхода нельзя автоматически приписывать давлению

В момент изменения давления могут одновременно измениться производственная нагрузка, число работающих потребителей или состав компрессорной станции. Поэтому простое сравнение двух точек способно дать ложный вывод.

Перед интерпретацией необходимо проверить:

сопоставим ли технологический спрос;
одинакова ли граница анализа;
не подключались ли новые потребители;
не изменялся ли режим работы компрессоров;
не происходили ли другие события в сети.

Только после этого можно связывать изменение расхода непосредственно с изменением давления.

Почему простое снижение уставки может не решить задачу

Если между станцией и удалённым потребителем существует большой перепад давления, уменьшение уставки может прежде всего снизить давление в конечной точке.

В результате возможна ситуация, когда:

станция работает с меньшим давлением;
перепад в сети сохраняется;
у удалённого потребителя давление становится недостаточным;
технологический режим ухудшается;
ожидаемый энергетический результат не подтверждается.

Поэтому сначала необходимо определить, сколько давления действительно теряется в сети и где возникает основной перепад.

Как понять, что сначала нужно снижать сопротивление сети

Основание для такой проверки появляется, если между станцией и критичным потребителем наблюдается значимый устойчивый перепад при рабочем расходе.

Дальнейшая диагностика должна установить:

на каком участке формируется основная потеря давления;
зависит ли она от расхода;
возникает ли она постоянно или только в пиковых режимах;
можно ли разделить сеть дополнительными измерительными точками;
какое давление остаётся непосредственно у потребителя.

После уменьшения подтверждённого сопротивления можно повторно определить требуемую уставку станции уже для изменившейся сети.

Как локализовать участок с высоким перепадом

Если измерения только на станции и в конечной точке показывают большой перепад, этих двух значений недостаточно для определения места его возникновения.

Тогда сеть разделяют дополнительными контрольными точками и измеряют давление:

после станции;
на промежуточных участках;
до и после подозрительной зоны;
непосредственно у конечного потребителя.

Все измерения необходимо сопоставлять с одним и тем же расходным режимом. Иначе разность может отражать не сопротивление участка, а изменение потребления во времени.

Почему минимальное давление нужно определять по наиболее требовательному режиму

Уставка должна обеспечивать работу системы не только при средней, но и при реально возникающей технологической нагрузке, которую необходимо сохранить.

Поэтому рассматривают:

обычный режим;
режим максимального подтверждённого спроса;
удалённых потребителей;
потребителей с наиболее жёсткими требованиями к давлению;
переходные состояния, если они существенны для работы оборудования.

Снижение давления допустимо только в диапазоне, который сохраняет необходимую функцию конечных точек.

Как построить связь «давление — расход — мощность»

Ключевой шаг анализа — получить несколько сопоставимых режимов, а не одно единичное наблюдение.

Для каждого режима фиксируют:

давление на станции;
давление у контрольных потребителей;
расход воздуха;
электрическую мощность;
состав компрессоров;
характер технологического спроса;
продолжительность наблюдения.

После этого сравнивают, как изменение сетевого давления связано с расходом и мощностью при максимально сопоставимой полезной нагрузке.

Почему важно учитывать состав компрессорной станции

Изменение давления может одновременно привести к включению или отключению другого компрессора либо изменить долю загрузки отдельных машин. Поэтому изменение общей мощности нельзя интерпретировать только как прямой эффект уставки.

При сравнении режимов необходимо фиксировать:

какие компрессоры работали;
какова была их загрузка;
не изменялась ли последовательность включения;
какой расход обеспечивала станция;
какое давление поддерживалось.

Если состав станции различается, это должно учитываться при оценке результата.

Как утечки влияют на оценку эффекта давления

Утечки являются отдельным фактором, способным менять расход воздуха при изменении давления. Поэтому результат изменения уставки нельзя переносить на другой режим сети без проверки её герметичности и структуры потребления.

Для анализа важно знать:

каков базовый расход в период низкого технологического спроса;
какие потребители продолжают работать;
не менялся ли уровень утечек между сравниваемыми периодами;
сопоставимо ли давление сети;
сохраняется ли одна и та же граница анализа.

Если одновременно с корректировкой давления устранялись утечки, полученный энергетический эффект необходимо разделять по факторам, насколько это позволяют данные.

Как проверить безопасное снижение уставки

Безопасной можно считать не заранее заданную величину, а подтверждённый рабочий диапазон, в котором конечные потребители сохраняют требуемую функцию.

Проверка должна включать:

фиксацию текущего давления станции;
измерение давления у критичных потребителей;
оценку перепадов;
определение минимально необходимого давления конечных точек;
контролируемое сравнение нескольких режимов;
измерение расхода и мощности;
контроль работы потребителей;
проверку устойчивости результата во времени.

Если снижение уставки приводит к нарушению работы конечной точки, сначала требуется устранить причину избыточного перепада или пересмотреть границу допустимого изменения.

Как проверить, что давление действительно избыточно

Само высокое значение на станции ещё не доказывает избыточность. Необходимо показать, что:

конечным потребителям не требуется весь имеющийся запас;
давление можно снизить без нарушения их функции;
перепады сети известны и контролируются;
сравнение выполнено при сопоставимом спросе;
изменение давления даёт измеряемое изменение мощности или расхода.

Только после этого уставку можно рассматривать как подтверждённый фактор повышенного энергопотребления.

Почему давление у удалённого потребителя особенно важно

Удалённая точка помогает понять, насколько состояние распределительной сети отличается от режима станции. Если контролировать только компрессорную, скрытая потеря давления по сети может остаться незамеченной.

В характерных режимах необходимо сопоставить:

давление станции;
давление удалённой точки;
расход;
время события;
работу соседних потребителей.

Если перепад появляется только при определённых пиках, решение может отличаться от ситуации с постоянным высоким сопротивлением.

Как анализировать пиковый спрос

Пиковый режим способен кратковременно увеличить перепад давления и создать впечатление, что всей системе постоянно требуется высокая уставка.

Поэтому необходимо определить:

как часто возникает пик;
сколько он длится;
какие потребители его формируют;
как изменяется давление в удалённых точках;
какой состав компрессоров работает в этот момент;
нужно ли поддерживать соответствующую уставку постоянно или только проблема связана с отдельным режимом сети.

Ответ определяется фактическими данными, а не одним максимальным значением.

Как анализировать периоды низкого спроса

При низком спросе полезно проверить, сохраняется ли прежнее высокое давление и как при этом работают компрессоры.

Сопоставляют:

давление;
расход;
мощность;
состав станции;
состояние конечных потребителей;
остаточный расход сети.

Если высокое давление сохраняется независимо от фактической потребности, это становится основанием для проверки алгоритма управления уставкой.

Как отличить проблему уставки от проблемы сети

Эти две причины требуют разных действий.

Признак возможной проблемы уставки: у конечных потребителей имеется устойчивый запас давления, а изменение уставки не нарушает требуемую функцию.

Признак возможной проблемы сети: давление на станции высокое, но у удалённого потребителя оно существенно ниже из-за подтверждённого перепада.

Для окончательного вывода оба сценария необходимо проверять по расходу, мощности и фактической работе потребителей.

Почему нельзя использовать универсальный процент экономии

Энергетический результат изменения давления зависит от конкретной системы.

На него влияют:

характеристики компрессоров;
состав станции;
способ управления;
фактический расход;
уровень утечек;
характер конечных потребителей;
перепады в сети;
продолжительность каждого режима.

Поэтому экономический и энергетический эффект должен рассчитываться по данным конкретной системы, а не по универсальной доле.

Когда нужны дополнительные измерения

Дополнительная детализация требуется, если имеющиеся данные не позволяют понять, где именно теряется давление или как его изменение влияет на работу станции.

Измерения особенно нужны, если:

известно только давление на станции;
нет данных у удалённых потребителей;
не измеряется расход воздуха;
неизвестна мощность компрессоров по режимам;
несколько участков сети могут создавать перепад;
нет подтверждения минимально необходимого давления конечных точек.

Следующая точка измерения должна выбираться так, чтобы разделить конкретные конкурирующие объяснения.

Практический порядок анализа давления

зафиксировать границу компрессорной станции и сети;
определить критичные и удалённые конечные точки;
получить давление на выходе станции;
одновременно измерить давление у потребителей;
зафиксировать расход воздуха;
измерить мощность компрессоров;
зафиксировать состав работающих агрегатов;
повторить измерения в нескольких характерных режимах;
рассчитать перепады давления;
локализовать участки с наибольшим сопротивлением;
определить минимально необходимое давление конечных точек;
построить связь давления, расхода и мощности;
оценить влияние утечек и других независимых факторов;
определить допустимый диапазон уставки;
при необходимости сначала снизить подтверждённое сопротивление сети;
повторно проверить режим после изменения.

Как выглядит качественный результат

Итогом должен быть допустимый диапазон давления и оценка энергетического эффекта его изменения.

В результате должно быть понятно:

какое давление поддерживается на выходе станции;
какое давление фактически получают удалённые потребители;
какие перепады возникают в сети;
при каких расходах эти перепады проявляются;
какова мощность компрессоров в сравниваемых режимах;
как меняется расход при изменении давления;
какое минимальное давление действительно требуется конечным точкам;
какие участки сети создают ограничения;
можно ли безопасно изменить уставку;
нужно ли сначала снизить сопротивление сети;
какой энергетический эффект подтверждается данными;
какие факторы ещё требуют дополнительной проверки.

Такой подход позволяет выбирать давление по фактическим требованиям потребителей и состоянию распределительной сети, а не поддерживать завышенную уставку только как способ компенсировать неизвестные перепады.

Граница вывода принципиальна: эффект снижения давления зависит от характеристик компрессоров, утечек и потребителей; универсальный процент экономии неприменим.

Связанные направления

Особенности обследования этой системы рассмотрены на странице «Компрессорное оборудование и системы сжатого воздуха». Для выявления режимов оборудования, требующих дополнительной проверки, см. «Выявление неэффективных режимов работы оборудования». Другие практические материалы собраны в разделе «Материалы».