Efektywność energetyczna w przemyśle. Część 2

W drugiej części artykułu przedstawiamy kolejne komponenty EMS, w tym m.in. czujniki używane do detekcji strat energii w systemach chłodzenia i grzania oraz produkcji i dystrybucji sprężonego powietrza oraz pary wodnej.

Proces produkcji pary wodnej, która jest wykorzystywana w różnych gałęziach przemysłu - m.in. do zasilania turbin, podgrzewania, czyszczenia lub sterylizacji, jest bardzo energochłonny. Szacuje się, że w tym celu użytkowana jest prawie połowa całego paliwa zużywanego w przemyśle. Aby zmniejszyć tę ilość, należy przede wszystkim ograniczyć produkcję nadmiarową oraz zwiększyć efektywność energetyczną instalacji wytwarzania i dystrybucji omawianego medium.

Najszybciej można to osiągnąć przez wyeliminowanie nieszczelności. Oprócz tego warto izolować rurociągi, którymi para jest przesyłana w celu uzyskania jak najmniejszych strat ciepła. Komponentem ważnym z punktu widzenia efektywności energetycznej tych systemów są również tzw. odwadniacze.

Są to specjalne zawory służące do usuwania skroplin oraz powietrza z rurociągów z parą. Ich usterki, na przykład z powodu zanieczyszczeń uniemożliwiających zamknięcie lub otwarcie przepływu, są przyczyną dużej utraty ciepła.

Innym elementem systemów produkcji i dystrybucji pary wodnej wymagającym kontroli są wymienniki ciepła oraz kotły parowe. W ich wypadku jedną z głównych przyczyn obniżenia sprawności energetycznej są osady tworzące się wewnątrz, w wypadku kotłów, oraz wewnątrz i na zewnątrz, w przypadku wymienników ciepła.

EFEKTYWNOŚĆ INSTALACJI SPRĘŻONEGO POWIETRZA

Rys. 1. Monitorowanie efektywności energetycznej systemu produkcji i dystrybucji pary wodnej wymaga rozmieszczenia czujników na wszystkich etapach tego procesu (na przykład w instalacji dostarczania wody), kontroli sprawności kotła oraz szczelności rurociągów, którymi para jest przesyłana

Usunięcie osadów ze zbiorników i rurociągów, ograniczenie nieszczelności oraz izolacja rurociągów to również najskuteczniejsze sposoby na zwiększenie efektywności energetycznej instalacji grzania i chłodzenia. Innym, również bardzo energochłonnym procesem jest produkcja sprężonego powietrza.

Szacuje się, że wytwarzanie tego medium, które jest w przemyśle wykorzystywane powszechnie, głównie jako napęd pneumatyczny różnych narzędzi i maszyn, w pneumatycznym sterowaniu maszynami oraz w urządzeniach czyszczących, pochłania nawet kilkanaście procent całkowitej energii zużywanej w tym sektorze gospodarki.

Analizę efektywności systemów produkcji i dystrybucji sprężonego powietrza należy rozpocząć od określenia sprawności używanych sprężarek, charakteryzowanej przez ilość energii elektrycznej wymaganej do wytworzenia danej objętości sprężonego powietrza. Następnie trzeba ustalić, czy rzeczywiste zapotrzebowanie na gaz w tej postaci nie jest mniejsze niż aktualna wydajność jego produkcji.

Oszczędności energii można uzyskać również, utrzymując w systemie dystrybucji powietrza możliwie najniższe ciśnienie oraz ograniczając nieszczelności. Straty ciśnienia można też zmniejszyć m.in. kontrolując stopień czystości filtrów sprężonego powietrza.

Należy również unikać pozostawiania włączonych sprężarek, gdy sprężone powietrze nie jest wykorzystywane, na przykład w czasie awarii lub przestoju produkcji. Chociaż zasada ta jest oczywista, nie zawsze jest przestrzegana.

JAK MIERZYĆ?

W kontroli szczelności rurociągów przesyłowych pary wodnej oraz instalacji grzewczych i chłodniczych można wykorzystać przykładowo kamery termowizyjne. Przyrząd te wykrywają oprócz nieszczelności także uszkodzenia rurociągów, nieprawidłowe ustawienia zaworów odwadniaczy oraz osady w kotłach i wymiennikach.

Ponadto instalując czujniki temperatury na wlocie i wylocie medium, można określić sprawność wymienników ciepła oraz systemów grzania i chłodzenia. Do monitorowania efektywności energetycznej instalacji wytwarzania i przesyłu sprężonego powietrza oraz pary wodnej używane są też przepływomierze. Przykładem są przepływomierze masowe.

Ze względu na małą stratę ciśnienia oraz wysoki współczynnik turndown czujniki te nadają się do pomiaru przepływu sprężonego powietrza transmitowanego z małą prędkością w rurociągach o dużej średnicy. Dlatego są wykorzystywane do kontroli szczelności i pomiaru zużycia tego gazu. Również w przypadku pary wodnej, porównując w kilku punktach instalacji parametry przepływu tego medium, można wykryć nieszczelności.

W tym zastosowaniu najlepiej sprawdzają się przepływomierze wirowe, które dzięki swojej wytrzymałości szczególnie nadają się do pomiaru mediów o bardzo dużej temperaturze i dużym ciśnieniu. W pomiarach parametrów przepływu mediów transmitowanych rurociągami o dużych średnicach oraz tam, gdzie ingerencja w przebieg procesu jest niepożądana, zaleca się stosować przepływomierze ultradźwiękowe.

Przepływomierze są również wykorzystywane do kontroli efektywności procesu spalania paliw zasilających kocioł, w którym wytwarzana jest para wodna. W tym zastosowaniu używane są przepływomierze masowe, zwłaszcza w pomiarach zużycia gazu ziemnego oraz przepływomierze Coriolisa. Zaletą tych ostatnich jest to, że oprócz parametrów przepływu mierzą też temperaturę, gęstość oraz lepkość medium.