ارزیابی و افزایش راندمان انرژی سیستم های تأمین هوای فشرده ریسندگی و بافندگی جت هوا

ریسندگی و بافندگی جت هوا, هوای فشرده را برای تشکیل نخ و پودگذاری استفاده می کنند راندمان تبدیل به طور قابل ملاحظه ای برای تولید هوای فشرده پائین حدود ۲۵ است

ریسندگی و بافندگی جت هوا، هوای فشرده را برای تشکیل نخ و پودگذاری استفاده می‌کنند. راندمان تبدیل به‌طور قابل ملاحظه‌ای برای تولید هوای فشرده پائین (حدود ۲۵%) است. اکثر شرکت‌های نساجی به هوای فشرده برای تولیداتشان نیاز دارند و توسعه کاربرد هوای فشرده، برای صنعت نساجی مزایای اقتصادی مفید و بسیار زیادی را در بر خواهد داشت. اگرچه تاکنون پیشنهاداتی برای بهبود راندمان کاربرد هوای فشرده داده شده است، اما این تلاش‌ها کافی نبوده است. هنوز یک نیاز مبرم به دانستن مقدار انرژی تلف شده یا مصرفی در فیلتر اسیون، توزیع و کاربرد ماشین در صنعت نساجی وجود دارد. به‌دلیل محدودیت‌های تکنولوژیکی، کاهش انرژی مصرفی هنوز به‌عنوان یک مسئله پیچیده به‌وسیله سیستم‌های هوای فشرده، مشاهده می‌شود. راه حل‌ آسانی در این تحقیق بیان می‌شود، که می‌تواند به‌وسیله مهندسین کارخانه‌ها در صنعت نساجی استفاده شود. این امکان برای یک شرکت وجود دارد که شانس‌هایش را برای توسعه راندمان انرژی و برای تولید منسوجات با هزینه کمتر امتحان کند. برای مثال، کاهش نشت هوا (Air Leakage) از ۱۲% به ۶% (بسته به نوع کارخانه) و کاهش فشار هوای سیستم تا ۱۶psi جهت سیستم هوای فشرده‌ای که برای ۵۰۰ ماشین بافندگی طراحی شده است، صرفه‌جوئی حدود ۴۴۰ هزار دلار در سال را در پی خواهد داشت.

تخمین صرفه‌جوئی‌های هزینه‌ای صنایع نساجی می‌تواند به‌عنوان نتایج این پروژه مورد انتظار باشد. صرفه‌جوئی که صنعت پوشاک، قالی و صنایع نساجی جورجیای آمریکا به‌عنوان نتایج این پروژه، به آن دست یافتند، نمونه‌ای از نتایج این کار می‌باشد. در کل، مصرف انرژی در واحد حجم کالای تولید شده بر پایه هزینه تولید کمتر و رقابت بالاتر، کاهش داده خواهد شد. این پروژه چشم انداز روشنی را در مصرف، تولید، فیلتراسیون و توزیع هوای فشرده دربافندگی و ریسندگی جت هوا ارائه می‌کند. در این کار سطوح با بیشترین پتانسیل برای کاهش مصرف انرژی تعیین می‌شوند. یافته‌های کامل این پروژه در جلسه‌ای که به‌وسیله بخش مهندسی نساجی در جامعه مهندسین مکانیک آمریکا ترتیب داده شد، بیان گردید. در آینده، امکان به‌کار بردن انتقال تکنولوژی به‌منظور یافتن راه حلی برای شرکت‌ها جهت تکمیل شیوه‌های اندازه‌گیری صرفه‌جوئی انرژی پیگیری خواهد شد.

● انجام پروژه تحقیقاتی

برای انجام این پروژه تیم تحقیقاتی بر روی چندین هدف متمرکز شد:

۱) مطالعه سیستماتیک به‌منظور به‌دست آوردن فاکتورهای مختلف پتانسیل‌های ذخیره انرژی.

۲) شیوه‌ای برای کاهش دادن هزینه انرژی برای سیستم‌های هوای فشرده در بافندگی، آزمایش و توسعه داده شد. این شیوه به‌منظور تعیین کمترین فشار هوای لازم برای یک عملیات بافندگی قابل اعتماد استفاده شد.

۳) تیم تحقیقاتی در تماس‌هائی که با کارخانجات نساجی برقرار کرد، آزمایشات به‌روزی را انجام داد.

۴) آنالیز داده‌ها به‌منظور تعیین شانس‌ها و پتانسیل‌ها برای کاهش مصرف انرژی کلی در بافندگی جت هوا انجام گرفت.

۵) یک مطالعه جامع و فراگیر برای تعیین صرفه‌جوئی انرژی با اندازه‌گیری‌های مختلف به کمک نرم‌افزار Alrmaster نیز صورت گرفته است. در نهایت فرمول‌های ساده‌ای برای تخمین صرفه‌جوئی هزینه به‌دست آورده شده‌اند.

● روش کار

هدف این تحقیق، بهبود راندمان انرژی در مصرف هوای فشرده در صنعت نساجی است. راه‌های متعددی برای کاهش مصرف انرژی به‌وسیله سیستم‌های هوای فشرده که شامل کمپرسورها، وسایل فیلتراسیون، شبکه توزیع و کاربرد نهائی می‌باشد، در نظر گرفته شده‌اند. یافته‌ها نشان می‌دهد که حذف نشت و کاهش فشار عملیات دو عامل از موثرترین عوامل صرفه‌جوئی انرژی هستند. یک دستگاه مافوق صورت نیز ساخته شد و نرخ نشت در محیط تولید به کمک آن تخمین زده شد. در ادامه یک وسیله قابل حمل ساخته و یک شیوه عملی برای تعیین کمترین سطح فشار لازم برای کار با اطمینان لازم ماشین بافندگی جت هوا به‌دست آورده شد. برای این کار در صنعت بیشتر از شیوه سعی و خطا استفاده می‌شود، انجام این روش ساده است و فشار زیادی به تولید و کیفیت کارخانه وارد نمی‌کند. سودمندی وسیله و روش کار، آزمایش و طی چندین مرحله در کارخانه‌های بافندگی اثبات شد. تحلیلی بر روی صرفه‌جوئی‌های بالقوه نیز انجام شده است و محاسبات ساده‌سازی شده نیز ارایه شد.

● شیوه‌های کاهش هزینه

شیوه‌های کاهش هزینه‌ای که پیگیری شده بودند شامل استفاده مجدد هوای کارخانه، انتخاب موتور کمپرسور، بهینه کردن طرح‌های کنترل کمپرسور، بازیافت گرمای تراکم، مطمئن شدن از درستی کار خطوط توزیع و عاری از نشت دادن آنها و تعیین فشار و جریان حداقل مورد نیاز در تجهیزات کاربرد نهائی. این تحقیق تکنیک‌هائی را به‌دست آورد که می‌تواند برای نشان دادن سیستم‌های کنترلی کمپرسور و همچنین پارامترهای تجهیزات تولید استفاده شود.

● جمع‌آوری گاز

عموماً، هوائی که فشرده می‌شود از اطراف کارخانه گرفته می‌شود که دما و رطوبت نسبی محیط را دارد. این امر شرایط مختلف و وسیعی را پدید می‌آورد که کمپرسورها می‌بایست با آن تطبیق پیدا کنند. در طول ماه‌های تابستان، کمپرسور تحت بیشترین بار است. هوا در دمای ۱۰۰ درجه فارنهایت با رطوبت نسبی بالا شامل مقدار زیادی آب است که باید تخلیه شود. بنابراین در مقایسه با فصل زمستان، نرخ جریان حجمی مدخل باید در حدود ۱۰% افزایش یابد تا بتوان SCFM (Standard Cubic Feet Per Minute (تغذیه هوای استاندارد برحسب فوت بر دقیقه) یکسانی را در طول ماه‌های تابستان داشت.

بعد از این که هوا در نقطه عملکردش استفاده می‌شود، به هوای موجود در فضای کارخانه اضافه می‌شود. این حجم اضافه شده به هوا باید فضای کارخانه را ترک کند؛ به‌عبارت دیگر، با باز کردن درها و پنجره‌ها و غیره، هوائی که از فضای کارخانه خارج می‌شود، محتوی رطوبت کمتری نسبت به هوای بیرون است. هوای داخل کارخانه همچنین چگالی بیشتری را در ماه‌های تابستان به سبب داشتن دمای پائین‌تر نسبت به بیرون کارخانه خواهد داشت.

ارائه سیستمی که هوای آماده‌سازی شده کارخانه را همپوشانی کند در کاهش دادن هزینه‌های تراکم هوا می‌تواند مفید باشد. صرفه‌جوئی‌های انرژی ناشی از استفاده مجدد این هوای خشک می‌تواند هنگامی که شرایط بیرون کارخانه خیلی گرم و مرطوب است، مفید باشد. مکان‌های جغرافیائی خاصی از نظر این استفاده مجدد مفیدتر هستند، به‌عنوان مثال مناطق جنوب شرقی آمریکا، که هوای نسبتاً گرم و مرطوب‌تری را در ماه‌های تابستان دارند.

هزینه نصب چنین سیستمی می‌تواند برای یک کارخانه موجود خیلی بالا باشد، اما این طرح را هنگامی که یک کارخانه جدید طراحی می‌شود، می‌توان در نظر گرفت.

● راندمان موتور کمپرسور

پیشرفت‌ها در طراحی موتور منجر به افزایش راندمان انرژی در عملیات موتورها شده است. موتورهای جدید که برای فضای کارخانجات نساجی مناسب هستند، در مقایسه با موتورهای طراحی شده ۱۵ سال پیش که در راندمان ۹۰% یا کمتر کار می‌کردند، در راندمان حدود ۹۵% کار می‌کنند. در طول زمان راندمان موتورها کاهش می‌یابد. این که پس از ۱۰ سال راندمان موتور افت کند، یک امر طبیعی است. موتورهای جدید با راندمان بالا، هنگام جایگزینی یا زمانی که تغییرات عمده‌ای (Major Maintenance) مورد نیاز است، می‌توانند مورد توجه قرار بگیرند.

بدین منظور یک مطالعه تحقیقاتی که دارای یک برنامه نرم افزاری تحلیل سیستم کمپروسور بود انجام گرفت. برای کارخانه‌ای با مشخصات ظرفیت کمپرسور ۶۰۰۰۰HP، صرفه‌جوئی معادل با ۱۰۵ هزار دلار با ارتقاء راندمان موتور از ۹۰% به ۹۵% مشاهده گردید. مقدار صرفه‌جوئی ناشی از تغییر در راندمان موتور را با استفاده از معادله زیر می‌توان برآورد کرد:

[قدیم n/ (قدیم n-جدید n)] (هزینه اصلی سالیانه) = صرفه‌جوئی سالیانه برای کارخانه‌ای که ۶ کمپرسور ۱۰۰۰HP دارد، هزینه جایگزینی موتورهای قدیمی با موتورهای جدید با راندمان ۹۵% چیزی حدود ۴۰ هزار دلار به‌ ازاء هر کدام و یا ۲۴۰ هزار دلار در کل خواهد بود. دوره برگشت (Simple Payback Period) برای سرمایه‌گذاری اولیه در موتورها در ۲۸ ماه خواهد بود که از رابطه زیر حاصل می‌شود:

۱۲ ٭ (ذخیره سالیانه / هزینه ارتقاء) - دوره بازگشت (ماه‌ها)

پی‌نوشت:

دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.

ماخذ:

Y., Wang, "Evaluation and Enhancement of the Energy Efficiency of Compressed Air Supply Systems for Airjet Weaving and Spinning" TYO۱ CCACTI Annual Report ۲۰۰۱.

ترجمه: مهندس مجید‌حسن‌پور (Air Leakage)

---