讓周邊輔助設備更節能

文/ ACS Group Joseph Dziedzic

如果要尋找可以降低能耗之處，不要忽視了周邊輔助設備。通過對設備和加工習慣作出細微的改變，就可以確保這些輔助設備實現節能。

在當今充滿挑戰的商業環境中，找到改進工藝、提高整體加工效率的方法，要比以往任何時候都更加迫切。所有的塑料加工都是能源密集型的，通過整合改進的、一致的操作參數，可以將總的能源和運行成本降低30%或更多。

通常，加工主機占整個能耗的35%～60%，通過升級或更換螺桿和料筒，或者投資電機、驅動和控制技術，可以提高效率。某些情況下，用更新的機型取代舊的機器可能更有意義，這可以提高塑化能力，降低能耗，提供合理的投資回報。

然而在此我們將重點討論周邊輔助設備。通過對設備和加工習慣作出細微的改變，就可以確保這些輔助設備實現節能。

加工主機周邊的輔助設備為提高效率提供了許多機會，包括：

1. 在極低的加工溫度下運行，以降低能耗并減輕對冷卻設備的要求。

2. 在關鍵區域采取隔熱措施，以最大程度地減少工藝供料線和下游設備的熱損失。

3. 利用熱交換器回收和（或）排出廢熱，禁止將廢熱排到戶外，或者重新將其用于補充其他加工所需。

4. 充分利用室外環境條件，使用“免費冷卻”來降低運行成本。

5. 用更節能的機型取代舊的電機和驅動。

6. 更換規格不足的設備，更換規格過大的設備，使用大小合適的設備進行加工。

7. 清潔管道系統以增強傳熱并減少壓降。

8. 建立持續改善的文化，找到簡化流程的方法，進一步優化工藝并減少浪費。

下面來詳細地討論這些機會，然后結合你的工廠可能有的各種輔助設備，深入研究節能技巧。

工藝參數:為加工建立最佳的冷卻或加熱溫度（和時間）參數，確定達到最佳效果的溫度和流量分布。優化部件的冷卻時間，不要過度冷卻，否則會浪費時間或能量。不要以高于所需的溫度來干燥材料，在工藝溫度設定點與調整部件或材料所需的停留時間之間找到良好的平衡。所有這些加在一起，可以降低運行成本，提高產出。

隔熱:隔熱是節省能源和減少低效的最簡單的方法之一。在冷水處理過程中，在工藝管道上采取隔熱措施，可以減少從環境中吸取的熱量。在采用熱流體的工藝中，隔離高溫工藝管道可以減少溫度控制單元（TCUs）與模具或其他下游設備之間的熱損失。某些情況下，絕緣的工藝流體罐和部分調節罐可以進一步降低能耗。

熱交換器:熱交換器用于將熱量從一種介質傳遞給另一種介質，介質可以是氣體、液體或者兩者兼而有之。熱交換器通過將熱量（或冷量）從不需要它的系統傳遞到可以利用它的其他系統，可以提高系統的能源效率。一個簡單的例子就是在炎熱的夏季，從建筑物外面的空氣冷卻機中抽取暖的冷凝器空氣；在冬季，可以調節排氣阻尼器，為工作環境補充熱空氣。這樣，就能降低總體的加熱和冷卻成本。

工藝管道需要考慮的因素:檢查冷卻通道是否有堵塞和流量限制，清理水流通道，并進行水處理。清潔的管道和開放的冷卻通道將增強傳熱效率，降低對冷卻設備的總負荷要求。管壁上哪怕只有0.06 in（1 in=25.4 mm）厚的管內鱗片層，就可以降低12%的傳熱效率。如果可能，取消管道的彎曲部分且不使用軟管，可以降低管道系統的總壓降并減少對泵送系統的需求（使用空氣和水時）。

修理水和空氣的泄漏之處，改善系統的性能，杜絕浪費，提高工廠的整體安全性。關閉空閑的冷卻通道或關閉通過未使用的設備的流量，最大程度地降低泵負荷。通過消除通過閑置機器和工藝的流量，可以減少對系統的傳熱。對工藝管道和設備進行隔熱，可以減少對環境的傳熱。

免費冷卻——利用自然條件：如果環境條件允許，可以考慮實施“免費冷卻”系統以充分利用室外的空氣條件，這樣可以降低冷水機組和冷卻塔的負荷，從而節省能源，減少對供水系統的需求。

對于冷卻系統，使用一系列的熱交換器來隔離水/乙二醇混合物，向內部工藝冷卻回路提供熱傳遞。當環境溫度范圍可接受時，水會通過熱交換器并繞過冷卻器進行再循環，這將節省能量。利用較低的環境溫度進行傳熱交換，可以降低整個系統的運行成本。由于氣候條件的變化，大多數的免費冷卻系統都會受益于水/乙二醇混合物以提供制冷保護，而冷卻塔通常不會使用水/乙二醇混合物。

某些情況下，在熱交換器盤管上使用隔熱的冷卻系統可以進一步提高熱交換器的冷卻能力，雖然有效，但卻不適合在所有氣候條件下使用，而且投資回報期較長。

在冷卻塔應用中，變速風扇和創新的管道可以增加冷卻塔的能力，提供一些預處理的工藝水（使用熱交換器），這將降低總體能耗并減少對其他設備的需求。

冷卻器:冷卻器通常占整個加工能耗的10%～20%，你所使用的工藝將決定所需能量的百分比。

用更新、更有效的技術（往復式、滾動式和螺桿式等）取代舊的壓縮機技術，考慮壓縮機等級以更好地匹配實際工藝要求。某些情況下，變速壓縮機能以最少的能源浪費控制變量負載條件，減少壓縮機循環，延長設備壽命。保持風冷冷凝器通風良好并為冷空氣的充分循環提供空間。讓冷凝器的過濾器保持清潔，可以減少壓降、保持設備運轉并提供良好的傳熱。

變速/軟啟動驅動:變速泵系統可以在整個過程中更好地調節流量和壓力。在大型系統中，監控系統關鍵區域的流量和壓力是有意義的，以便在不同的運行條件下，確保冷卻更加一致。過剩的流量可以回流到回流罐中，它可以預調節回水，降低冷卻機或冷卻塔的總負荷。

冷卻塔可以安裝VFD 驅動并通過溫度傳感器連接到回流罐或回流槽上，這可根據回流罐的溫度來調節風扇轉速，降低能耗并實現更穩定的罐體溫度。

大型電機有很大的沖擊電流，通過使用軟啟動驅動來調節啟動周期，可以減少總能耗。

高效率的中央冷卻系統帶有絕緣管和可變的加載分級（圖片來自ACS Group）

當溫度低于60 ?F（1 ?F=-17.2 ℃）時，制冷系統可以充分利用低凝運行，從而顯著節省能源（圖片來自ACS Group）

電機:1 kW的全負載電機每年大約要花費$ 1 000的能源成本，而實際的加工成本會有所不同。因此，降低電機能耗的一般規則是：安裝變頻驅動器，以更好地匹配電機負載的需求。新的電機有更高的能源效率等級。用更節能的型號替換設備上的舊的電機，關掉不利于生產的電機，按照日常維護計劃監控并保養電機。

控制:用新的技術（其中包括更節能的組件和改進的控制算法）升級/改造舊的設備控制平臺，新的控制面板通常使用觸摸屏控制，它們是圖形化的，易于理解和遵循。

干燥機:如果使用干燥系統，它的能耗可能占整個加工能耗的15%，加工類型決定了干燥系統的能耗占總能耗的實際百分比。

在工藝管道上安裝隔熱層，使用隔熱的干燥料斗來保存熱量并盡量減少向環境傳熱。如果可能，采用遙控加熱器，使熱源貼近干燥料斗以盡量減少熱損失，因為從干燥料斗到主干燥機的回風管道通常是不隔熱的。

熱交換器可以捕獲廢熱并降低干燥劑干燥機的回流溫度。回收的廢能可用于預調節工藝或再生空氣，加熱處理空間，甚至為其他工藝補充熱量。

更新舊的干燥機控制平臺。當材料需求低或者沒被使用時，監測干燥條件以降低工藝溫度，或者用變速驅動器調節氣流，可以節省能量，并能更好地調整所加工的材料。某些情況下，可以在更高的露點下干燥材料。一些干燥機制造商提供了控制循環過程中空氣露點的選項，這延長了再生周期，并允許關掉加熱器和鼓風機從而節省能源。

升級的控制平臺結合能量監測，可以調節通過粉碎機的料流（圖片來自ACS Group）

溫度（非時間）再生是另一種優化干燥機效率的好方法。干燥機的設計各不相同，大多數的干燥設備供應商都為新設備提供“智能”的節能功能。如果干燥設備是舊的，這個過程可能會受益于使用新的擁有合理投資回報期的節能設計。

找出干燥過程的最低設定點溫度和物料停留時間以使物料充分干燥，可以降低能耗。注意，不要有損部件的質量。

儲存:樹脂不用時，應得到妥善的密封及儲存。密封材料儲存容器，盡量減少周圍環境的影響。考慮在大型儲存容器上利用除濕的正壓空氣來進行覆蓋，可以盡量減少濕氣侵入材料。材料暴露在高濕度環境中的時間越短，下次使用時所需的干燥時間就越短。

輸送系統:盡量減少壓縮空氣和自給式機動上料機的數量。你的工廠需要這些自給式設備，但它們會消耗大量的能量，因此，可以將眾多的上料機合并成一個整體的能耗較低的中央輸送系統。

使用超大的中央過濾器和正確的過濾介質，定期維護這些設備。清潔的過濾系統消耗的能源更少，會促進物料的良好流動，使泵的運轉更有效，壓降更小。

取消多余的彎曲軟管和過多的管道彎頭，更換磨損的管道和部件，修復系統中的所有泄漏，按計劃檢查并緊固螺栓連接器和連接器墊圈，可以減少整個系統的壓降和損耗。

確保供料可用于系統提取裝置，以減少因物料短缺以及無物料輸送而浪費時間。使用正確的物料提取裝置，讓物料流動起來而不會產生波動，同時提供一個良好的空氣/物料比。優化物料流可以將輸送性能提高10%～15%。

使用為應用而專門設計的正確的設備。確保接收器的規格與加工設備的產量相匹配，并涵蓋可以提高性能和過濾器清洗的選項。優化上料時間和過濾器清洗操作。使用大小合適的泵/輸送線來滿足產量要求。避免在輸送過程中浪費時間，也可以節省時間和能量。

粉碎機:不使用時關停粉碎機。根據部件的尺寸大小和產出來對設備規格進行適當的調整。對粉碎機制定日常的維護程序，檢查所有的主要部件。保持軸承適當潤滑，根據需要磨尖刀片，并在固定刀具與旋轉刀片之間的間隙處保持適當的間隙。

確保輸送線上的設備與應用相匹配

在送入廢棄部件時，用安培表監測安培繪圖。不要放入過多的部件，安培繪圖高，則表明送入的部件過多且能耗較高。考慮使用軟啟動來降低大型電機的沖擊啟動電流，用更高效的機型取代舊的電機。考慮在較大的機器上增加 PLC 控制，以便監測并更好地控制部件尺寸變小的過程。

控制平臺:盡可能簡化控制平臺。提升控制系統，以簡化操作及加強監控。添加報警功能，識別并標記“無填充”或“過填充”的工藝條件，或其他關鍵的操作參數。利用小時計跟蹤設備的使用情況，安排日常維護。

采取預防性維護監控控制（即工業4.0）來長期跟蹤并提供設備信息。工業4.0監控系統利用數據和技術來幫助加工商做出更明智的決策，這有助于保持設備穩定運行，避免不必要的停機。一些供應商還加入了能量監控選項，以確定并改善整個過程中的能源使用情況。

尺寸很重要：更換尺寸過小和過大的設備，讓你的設備選項與工藝相匹配，可以最大程度地提高產出并優化能耗。某些情況下，將幾臺較小的冷卻機或干燥機組成一個較大的中央系統也許是有意義的。避免在負荷很少或沒有負荷的情況下運行大型冷卻機。

實施持續的改進計劃:組建一個多學科的工藝團隊，評估并建立過程啟動操作和關閉程序。確定與工藝一致的最佳參數以消除主要的變化。推行持續的檢查程序，并尋求消除廢料的方法。關停未使用的設備，監控并更新工藝和制程。總之，可以從工廠的各個方面來降低能耗。

這種裝置可以利用周圍較低的空氣溫度來實現無需制冷的工藝冷卻（圖片來自ACS Group）

總之，持續改進的機會存在于各個方面，可以成立一個改善小組，尋找節約能源和簡化流程的方法，甚至包括一些非傳統的方法。