Chinese Traditional

如何偵測壓縮空氣、氣體以及真空洩漏並找出隱藏利潤

2019年16月5日 | 節能, 工業圖像

對於工業廠房和設施而言,壓縮空氣、氣體和真空系統是轉換能源的重要來源。壓縮機較其他資源 (如電力) 簡單,因此常見於現今的廠房中。它們可以驅動機器、工具、機器人、雷射、產品處理系統等等。

Fluke 聲能氣體洩漏偵測器

Fluke 聲能氣體洩漏偵測器

然而,許多壓縮空氣、氣體和真空系統因磨損與維護不善而效能不彰,導致最大的浪費因素,也就是持續洩漏。這些洩漏情況可能隱藏在機器後方、連接點上,固定管線的頂部,或是破裂管線或磨損軟管中。浪費量會快速增加,並且可能導致停機時間。

浪費空氣所造成的高昂成本

根據美國能源部的資料,壓縮空氣線路只要出現單一 1/8” (3 mm) 的洩漏點,就可能造成每年高達 $2,500 的損失。美國能源部估計,一家維護不善的一般美國廠房可能會因洩漏浪費 20% 的總壓縮空氣產能。紐西蘭政府在「目標永續性」專案中估計,壓縮空氣系統產能可能因系統洩漏而流失 30% 到 50%。快速偵測壓縮空氣、氣體以及真空洩漏是找出隱藏利潤的重要因素。空氣洩漏也可能導致資本支出、重新作業、停機時間或品質問題,以及增加維護成本。

為彌補洩漏導致的壓力流失,業者往往購買高於需要的壓縮機來因應,但這種做法不僅使資本成本大幅提高,也增加了能源成本。系統洩漏也可能使得仰賴空氣驅動的設備因系統壓力過低而無法運作。如此可能造成生產延遲、意外的停機時間、品質問題、使用壽命縮短,以及因為不必要的壓縮機循環而加重維護工作。

舉例來說,一位美國製造商的維護經理提到,他們其中一個氣缸有低壓問題,可能會導致產品瑕疵。他表示:「不當施加扭矩的裝置,不管是扭矩不足或過度施加扭矩,都會導致裝置召回。同時也可能造成花費更多人力工時在某件工作上,而那件工作應該是相當標準的程序。」「這樣不僅會損失利潤,也會浪費掉裝置。更糟的情況是,我們可能最終會因為無法供貨而失去訂單。」

可想而之,公用事業、產業及政府都鎖定壓縮空氣系統作為節省成本的潛在來源。洩漏會導致浪費。修復洩漏問題可以替業者省錢、讓公用事業不用擴大額外的產能到系統中。

要找到和修復洩漏位置並不簡單。

許多廠房和設施都沒有洩漏偵測計劃。要找到和修復洩漏位置並不簡單。若要量化浪費量和判定成本,就需要能源專家或顧問使用能源分析儀與記錄儀來稽核空氣系統。藉著系統化計算排除洩漏問題後一年省下的成本,他們就有充份的理由支持此類專案的提案。

壓縮空氣系統的能源稽核通常是與產業、政府及非政府組織 NGOs) 合作進行。「空氣壓縮挑戰計畫」(Compressed Air Challenge,CAC) 是此類合作關係的一個例子,由上述各種團體志願性地合作。其唯一目標是提供中性產品資訊及教材,協助產業以最具永續效率的方式產生和使用壓縮空氣。

為何超音波偵測洩漏效果不彰

很可惜,主流洩漏偵測做法相當原始。古老的方法是聆聽嘶嘶聲,這種方法在許多環境中幾乎毫不管用,而在疑似洩漏區噴灑肥皂水不但會弄得一團亂,也可能會有滑倒的危險。

目前用來尋找壓縮機洩漏的典型工具是超音波聲波偵測器,這是一種可攜式的電子裝置,可辨識與漏氣相關的高頻率聲音。典型的超音波偵測器可協助找到洩漏位置,但使用上很花時間,而且一般而言,維修人員只能在規劃的停機時間使用這些工具,但將時間用在維護其他重要機器可能是更好的選擇。這些裝置也需要操作者接近設備才能找到洩漏位置,因此在不易觸及的區域,像是天花板或其他設備後方,都有使用上的困難。

此外,使用肥皂水或超音波偵測器找到洩漏位置除了費時之外,在設備頂端或下方使用這些方法都可能有安全上的疑慮。爬樓梯或在設備旁爬行都可能有危險。

改變壓縮空氣洩漏偵測的遊戲規則

如果有洩漏偵測技術可以在吵雜的環境中,從最遠 50 公尺的距離找出精準的漏氣位置,而且不需要關掉設備,您覺得如何?Fluke 已經開發出可以讓您這麼做的工業成像器。工業維護經理表示,在尋找壓縮空氣洩漏方面,Fluke ii900 聲能工業成像器改變了遊戲規則。

比起傳統的超音波裝置,這個新的聲能工業成像器可以偵測更廣泛的頻率範圍,透過新的 SoundSight™ 技術,以類似於紅外線熱影像儀偵測熱點的方式,提供空氣洩漏的強化可見光掃描。

ii900 包含聲波陣列,此陣列由小型超敏感麥克風組成,可偵測音波和超音波聲波。ii900 會辨識潛在洩漏位置的聲音來源,然後套用專利演算法將聲音解讀為洩漏。結果會產生 SoundMap™ 影像 (色彩圖譜與可見光影像重疊),以顯示洩漏的確切位置。這個結果會以靜態影像或實時影片的格式顯示在 7” 的 LCD 螢幕上。ii900 可以儲存多達 999 個影像檔案或 20 個影片檔案,以供記錄或法規遵循之用。

此產品可以快速掃描大型區域,與其他方法相比,有助於更快找到洩漏位置。它也可以過濾強度與頻率範圍。最近有一家大型製造廠的團隊使用了兩台 ii900 樣機,在一天之內找到 80 個壓縮空氣洩漏位置。維護經理表示,如果採用傳統方式,要好幾個星期才能找到那麼多的洩漏位置。該團隊快速找到和修復洩漏問題後,也省下了可能的停機時間,對這個廠房而言,失去生產力可能會造成估計一小時 $100,000 的損失。

尋找洩漏的位置:

  • 聯結器
  • 軟管
  • 管路
  • 接頭
  • 螺紋管線焊接頭
  • 快速斷接器
  • FRL (過濾器、調節器、潤滑器組合)
  • 冷阱
  • 凸緣
  • 包裝
  • 氣動儲槽

您正浪費多少空氣?

若要控制壓縮空氣、氣體和真空系統的洩漏,第一步是估計您的洩漏負荷。些微洩漏 (低於 10 %) 是意料中的事。超過這個數字就算是浪費。第一步是判定您目前的洩漏負荷,以作為改善的比較基準。

估計洩漏負荷的最佳方式是以控制系統為基礎。如果您的系統有啟動/停止控制,只要在不需要使用系統時 (下班或不當班時) 啟動您的壓縮機即可。接著,取幾個壓縮機循環的讀數來判定卸載已加載系統的平均時間。沒有運行中設備時,系統的卸載就是洩漏造成的。

洩漏 (%) = (T x 100) ÷ (T + t) T = 裝載時間 (分鐘),t = 卸載時間 (分鐘)

若要以更複雜的控制策略估計系統中的洩漏負荷,可在接收器下游 (包括所有次要接收器、電源和管線) 放置壓力計 (V,單位為公升),然後測量系統容積。在不需要使用系統時 (此時只存在洩漏情況),將系統推升到標稱操作壓力 (P1,單位為帕斯卡 (Pascal))。選擇第二個壓力值 (P2,大約 P1 的一半),然後測量系統掉到 P2 的時間 (T,單位為秒鐘)。

洩漏 (公升/秒鐘的自由氣體) = [(V x ( P1 – P2) ÷ (T x 101325)] x 1.25

乘數 1.25 會將洩漏校正為標稱系統壓力,以計算系統壓力下降時的洩漏量。

對仰賴空氣的公司而言,有效率地修復洩漏問題可實質減少成本。修復洩漏問題不但可讓公司節省能源,還可提高生產力並延長設備壽命。