Blog o oszczędzaniu sprężonego powietrza

     Zacznę od dwóch obrazów z rzeczywistości przemysłowej.

Obraz pierwszy:

      Wczoraj przeprowadziłem szczegółową prezentację wyników detekcji wycieków u Klienta, u którego rachunek za energię na sprężone powietrze stanowi około 20% ogólnych wydatków na energię w kwocie około 1.000.000,- Euro. Ilość powietrza produkowanego przez sprężarki oraz moc sprężarek jest mierzona i monitorowana. Wytwarzają powietrze bardzo sprawnie ze wskaźnikiem powyżej 9 m³ z 1 kWh (dodam, że mediana z ponad 330 zbadanych sprężarek wynosi 8,1 m³ z 1 kWh). Od ostatniej detekcji wycieków udało im się zmniejszyć straty o około 135,-Euro dziennie, co przez ich 300 dni roboczych stanowi kwotę ponad 40.000,-Euro rocznie. Wszystko dzięki działowi mediów i utrzymania ruchu.

      Ciekawym zjawiskiem jest fakt, że na spotkanie połączone z darmowym szkoleniem pojawili się przedstawiciele tylko tego działu, pomimo zaproszenia nie przyszedł nikt z działów produkcyjnych, chociaż właśnie to ich procedury, zachowanie, świadomość i podejście mają wpływ na zużycie sprężonego powietrza.

     Podczas prezentacji okazało się jak bardzo pracownicy działów odpowiedzialnych za produkcję i przesył sprężonego powietrza starają się o jego efektywną produkcję i transfer oraz jak bardzo działy, które konsumują sprężone powietrze, to lekceważą.

Obraz drugi:

     Użytkownik, którego koszt sprężonego powietrza rocznie to około 500.000,-Euro rocznie, proporcja w rachunku za energię podobna. Jest tylko jedna różnica - ten klient kupuje powietrze ze sprężarkowni będącej w outsourcingu. Ilość powietrza oraz moc sprężarek jest mierzona i monitorowana. U tego klienta od czasu wprowadzenia tego sposobu dostawy sprężonego powietrza, to znaczy od czasu otrzymywania comiesięcznej faktury za sprężone powietrze,  świadomość zarządu zaczyna przekładać się także na oczekiwania wobec działów produkcyjnych w zakresie zmniejszania zużycia powietrza.

     Obecnie negocjujemy tam już nie 1 lub 2 detekcje rocznie, ale stały comiesięczny serwis detekcji i naprawy wycieków oraz monitoring ilości zużywanego powietrza i jego ciśnienia na każdym z 12 działów zakładu. Dział UR zlecił nam także analizę efektywności przesyłu sprężonego powietrza w celu jej optymalizacji.

     Co różni te 2 obrazy - moim zdaniem fakt, że dopóki nie ma literalnej, niepodważalnej i namacalnej informacji na temat kosztu produkcji powietrza - jest ono uważane za medium darmowe, bo wtapia się w całościowy rachunek za energię i buduje atmosferę przyzwolenia na marnotrawstwo? Brak informacji o tym, jaki jest koszt powietrza pobieranego przez dział, gniazdo, miejsce powstawania kosztów, buduje w użytkownikach przekonanie, że powietrze jest za darmo i musi być go maksymalnie dużo o parametrach dużo wyższych niż wymaga tego DTR odbiornika.

     Czy w związku z tym zarządy fabryk mają zgadzać się na rabunkową gospodarkę energetyczną medium, którego sprawność wytwarzania rzadko bywa wyższa niż 10-15%, a do punktu jego poboru dociera ze sprawnością około 7-8%? Jak to mówią, "kto bogatemu zabroni". Rzecz w tym, że "bogaci" są właśnie tacy, dzięki temu, że oszczędzają. Chciałbym zatem pokazać Czytelnikom kolejne obrazy, pochodzące z fabryk, które zdecydowały się zainwestować w monitoring.

     Zacznijmy od tego, o czym powyżej wspominałem, to znaczy od kosztu produkcji sprężonego powietrza. Jest on bardzo wysoki.

     Z powodu niskiej sprawności procesu sprężania (10-15%), koszt wytworzenia 1 m³ sprężonego powietrza wynosi około 0,04 zł/m³, czyli z 1 zł można "wyciągnąć" około 25 m³ powietrza. Albo jak kto woli - przy medianie ze zbadanych przez nas ponad 330 sprężarek, nakład energii na produkcję sprężonego powietrza wynosi 0,1234 kWh/m³, lub inaczej z 1 kWh energii można "wyciągnąć" średnio 8,1 m³ powietrza.

     Wyniki badań wskazują, że niektórzy "wyciągają" 6 m³, a niektórzy ponad 10 m³ z 1 kWh. Taki jest praktyczny, wiarygodny statystycznie rezultat. Prawdy o swoim systemie można dowiedzieć się tylko z rzeczywistych pomiarów na sprężarkowni. Natomiast jeśli proces można uznać generalnie za nieefektywny w sprężarkowni, to okazuje się, że jest jeszcze bardziej dramatyczny poza sprężarkownią. Proszę zobaczyć, co dzieje się z powietrzem, gdy dociera do działów produkcyjnych:

     Zużycie powietrza zaczyna się od jego przesyłu i kończy się w punkcie poboru. Wycieki statystycznie, to 20-30%. Z powodu strat na wydmuchy, odmuchy, czyszczenie, sprzątanie itp., tracone jest około 10% wyprodukowanego powietrza, a około 10% - to nadprodukcja ciśnienia - zdecydowanie za wysokiego w stosunku do potrzeb końcowych odbiorników. Skutkiem tego do Użytkownika dociera tylko 1/2 wyprodukowanego powietrza co oznacza, że efektywny koszt powietrza w punkcie poboru jest 2 razy wyższy niż w sprężarkowni i wynosi tu już ok 0,08 zł/m³. Ci, którzy zdają sobie sprawę, że to pozwala na szybkie czasy zwrotu z działań optymalizacyjnych, decydują się na inwestycje w monitoring sprężonego powietrza ? właśnie - u jego konsumentów!

    Powtórzę truizm - sprężone powietrze powinien oszczędnie produkować ten, który odpowiada za sprężarkownię, ale sprężone powietrze powinien oszczędzać ten, który je zużywa, czyli konsument w działach produkcyjnych. Dopóki nie zbuduje się łańcucha zależności z granicami dostaw i odpowiedzialności, trudno prowadzić prawdziwą gospodarkę energetyczną. Jeśli działy mediów i UR są odpowiedzialne za sprężarkownie, powinny być odpowiedzialne za efektywne wytwarzanie sprężonego powietrza wraz z dostarczeniem go do przepływomierza znajdującego się w kolejnym miejscu powstawania kosztów działu produkcji. Od tego przepływomierza (mierzącego wartość chwilową przepływu, jego ciśnienie oraz sumę zużytych m³ powietrza) zaczyna się odpowiedzialność za zużycie sprężonego powietrza, która ciąży na jego konsumencie.

    A jakie są obserwacje czy raczej pożytki z monitoringu konsumpcji sprężonego powietrza? Poniżej kilka praktycznych uwag Użytkowników takich systemów:

Identyfikacja wycieków w wyodrębnionych rejonach.

• Identyfikacja straty ciśnienia na przesyle sprężonego powietrza - możliwość oceny opłacalności modyfikacji rurociągów.
• Identyfikacja procesów, które warto przesunąć w harmonogramie na inny czas pracy (np. śrutowanie na 3-zmianie, kiedy energia jest tańsza).
• Można analizować, dlaczego dochodzi do różnych poborów sprężonego powietrza na tej samej linii na różnych zmianach,
• Albo do różnych poborów sprężonego powietrza w różnym czasie na identycznych maszynach.
• Możliwość ustalenia alarmów za dużego zużycia i za niskiego ciśnienia .
• Czasem bardzo ważnym albo nawet jedynym wnioskiem jest konieczność szkolenia użytkownika sprężonego powietrza.
• Pracownik uświadomiony w zakresie targetu oszczędności, sprawdza nie tylko siebie, ale ile powietrza zużył operator tej samej linii na poprzedniej zmianie.
• Inna obserwacja to zauważenie zwiększenia zużycia sprężonego powietrza przez dysze do oczyszczania strumieniowego (śrutowanie). Gdy dysza się rozkalibruje na skutek tarcia, taniej ją wymienić niż zużywać więcej powietrza.
• Łatwo zauważyć pęknięcie worka lub awarię zaworu na układzie filtrów  workowych.
• Dobrze widać pobór powietrza w weekend przez niezamknięty zawór na jednej z linii.
• Widoczne jest sprzątanie maszyn na koniec zmiany przez konkretnych pracowników.
• Implikuje to łatwiejsze decyzje o wydzieleniu linii pistoletów odmuchowych z tzw. ciśnieniem bezpiecznym czy też decyzje o zakupie bezpiecznej dmuchawy do odmuchu odzieży, albo testy odkurzaczy przemysłowych zamiast odmuchów.
• Można wtedy podjąć decyzję, w jakim czasie i w jakim rejonie warto wykonać detekcję i naprawę wycieków na poszczególnych liniach - po ocenie wzrostu kosztów strat.
• A co najważniejsze - można wyznaczyć KPI kosztu sprężonego powietrza na 1 tonę, 1 sztukę czy objętość produktu.

Przykłady danych z monitoringu:

Wartości chwilowe poboru sprężonego powietrza w punktach poboru w działach produkcyjnych.

Monitoring pracy i nakładów energii na produkcję powietrza w sprężarkowni oraz na 3 linie produkcyjne.

    A jak warto podchodzić do budżetowania takich projektów - zilustruję innym przykładem z rzeczywistości:

• Fabryka z branży spożywczej
• Moc zainstalowanych sprężarek: 440 kW (6 sprężarek w dwóch lokalizacjach)
• Praca: 8000 h/rok
• Koszt powietrza rocznie: 1 161 600,-zł
• Koszt inwestycji (zakup przepływomierzy z wbudowanymi miernikami ciśnienia dla 35 miejsc powstawania kosztów): 130 000,-zł
• Wprowadzono target oszczędności dla użytkowników w celu zmniejszenia zużycia
  na poziomie 30%
• Przeprowadzono szkolenie dla użytkowników i wprowadzono system nagród za zmniejszenie zużycia powietrza. Zanim rozpoczęto prace związane z detekcją i naprawą wycieków zaczęto od eliminacji strat wynikających z czynnika ludzkiego.
• Potem już pracownicy wyznaczeni na liderów efektywności zlecają detekcję ultradźwiękową wycieków.
• Uzyskano oszczędności: 12% w skali roku czyli 126.720,-zł
• Zwrot inwestycji: 12,3 miesiąca!

    Wniosek jest prosty - inwestując ~10% rocznego kosztu energii elektrycznej pobieranej przez sprężarki i założeniu 30% ograniczenia zużycia sprężonego powietrza, kwotę tę można odzyskać w ciągu roku, a monitoring zostaje na dłużej!

    Monitoring, to także cały obraz.

    Możliwe jest także sprzężenie monitoringu z inteligentnym sterowaniem sprężarkami. Dzięki temu, przy pomocy jednego oprogramowania można bilansować produkcję i pobór sprężonego powietrza.

    Można w ten sposób wykazywać:

• jak ze swojej odpowiedzialności wywiązuje się producent powietrza (ciągła analiza niezawodności i dostaw powietrza ze sprężarkowni, kontrola jakości powietrza, a także efektywności - wskaźnik [m³/kWh]) oraz konsument - przez analizę wielkości zużycia.

• Co najważniejsze - można wtedy w prosty sposób pokazywać, że sprężone powietrze nie jest za darmo, ale jest bardzo kosztowne. Co więcej, jego koszt jest skutkiem łańcucha wszystkich jego elementów: od wytwarzania, poprzez przesył aż do punktu jego poboru.
  

Jak budować gospodarkę energetyczną sprężonym powietrzem