Výrobní základna automobilového skla – modulární systém adsorpčních sušiček využívajících teplo komprese přináší roční úsporu přes 3 miliony kWh

Meta Description:  Největší světový výrobce automobilového skla, společnost Fuyao Glass, nasadila ve svém závodě Fuqing čtyři adsorpční sušičky s využitím tepla komprese o průtoku 170 m³/min, čímž dosáhla stabilního rosného bodu -40 °C, nulových ztrát purgování, modulární redundance, ročních úspor elektrické energie přesahujících 3 miliony kWh a doby návratnosti investice přibližně 2 roky.

Pozadí klienta

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  je největším a nejtechnologicky pokročilejším světovým dodavatelem řešení pro automobilové sklo. Tento projekt modernizace je umístěn ve výrobním závodě Fuyao Glass v Ekonomické a technologické rozvojové zóně Fuqing Rongqiao, ulice Yangxia, provincie Fujian . Tento závod je globálním exportním projektem Fuyao Glass a má rozlohu 627 mu (přibližně 41,8 hektaru); jeho cílem je stát se světově uznávanou chytrou továrnou s nulovými emisemi CO₂.

Společnost Fuyao Glass se nachází v kritickém období rozšiřování kapacity, což klade bezprecedentní nároky na spolehlivost, energetickou účinnost a škálovatelnost jejího systému stlačeného vzduchu. Celková poptávka po stlačeném vzduchu na základně činí přibližně 550–600 m³/min (přibližně 33 000–36 000 m³/h)  , provozovaná 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, pro celou výrobní linku plaveného skla a více vysokokvalitních linek pro hluboké zpracování automobilového skla.

Aplikace stlačeného vzduchu při výrobě automobilového skla

(Obsah beze změny – stejný jako v předchozí verzi)

Bolestivá místa

Původní systém sušení stlačeného vzduchu na základně se skládal z kombinace velkých chlazených sušiček a adsorpčních sušiček s ohřívaným purgováním (typ s mikroohřevem)  . Vzhledem k rychlému rozšiřování výrobní kapacity a zvyšujícím se nárokům na kvalitu procesu vykazoval původní systém několik strukturálních problémů:

• Riziko vypouštění kondenzátu z chlazených sušiček:  Výrobní linky pro plovoucí sklo a povlakové sklo mají extrémně nízkou toleranci vůči vlhkosti. Chladicí sušičky odstraňují vodu kondenzací ochlazením a spoléhají na automatické odtokové ventily k vypouštění kondenzátu. Odtokový ventil pro kondenzát je však komponentou s nejvyšší poruchovostí v jakémkoli chladicím sušičkovém systému – bez ohledu na to, zda jde o plavební, časově řízený nebo elektronický typ, všechny jsou náchylné k zaseknutí, ucpaní nebo elektrické poruše při dlouhodobém nepřetržitém provozu. Jakmile odtokový ventil selže, kondenzát se přímo dostane do následných potrubí a zařízení. U výroby skla vstup kapalné vody do adsorpční věže rychle zničí suchicí prostředek. Ještě závažnější je, že vlhkost vstupující do povlakové komory nebo do oblasti montáže PVB vrstev způsobí odmítnutí celých šarží, přičemž jediná ztráta může dosáhnout několika milionů CNY. U velkoobjemové nepřetržité výroby společnosti Fuyao představuje jakékoli selhání odtokového ventilu pro kondenzát nepřijatelné riziko pro kvalitu.
• Významné ztráty purgovaného plynu u tepelně regenerovaných sušiček:  Zahřívané suché čističe s odváděním stále spotřebují 5–8 % svého jmenovitého průtoku jako regenerační odváděný vzduch. U celkové kapacity systému přibližně 550–600 m³/min to znamená neustálé vypouštění 28–48 m³/min suchého stlačeného vzduchu  do atmosféry – což odpovídá nepřetržitému provozu dalšího velkého kompresoru.
• Nestabilita rosného bodu:  Za horkých a vlhkých letních podmínek klesá účinnost regenerace u zahřívaných suchých čističů s odváděním. Rosný bod pod tlakem se kolísá, někdy stoupá nad −30 °C, a proto je obtížné konzistentně udržet návrhový cíl −40 °C pro vysoce kvalitní výrobky.
• Rozptýlenost zařízení a vysoká údržbová zátěž:  Více jednotek rozptýlených po celé technické místnosti vedlo k nízkému využití prostoru a vysoké údržbové zátěži. Pneumatické ventily vyžadovaly opravu nebo výměnu každých 12–18 měsíců a opotřebení suchého činidla se zrychlilo.
• Neschopnost splnit potřeby rozšíření kapacity:  Původní sušící systém již dosahoval své kapacitní hranice a nebyl schopen podporovat budoucí rozšíření.
• Nesoulad s cíli chytré továrny s nulovými emisemi CO₂:  Základna Fuqing je definována jako světového formátu chytrá továrna s nulovými emisemi CO₂. Vysoká spotřeba energie a vysoké ztráty při vyfukování původního sušícího systému byly výrazně v rozporu s tímto strategickým cílem.

Obrázek: adsorpční sušička stlačeného vzduchu s využitím tepla komprese, 170 Nm³/min

Naše řešení

Splnění klíčových požadavků společnosti Fuyao Glass na velmi velkou kapacitu, nulové riziko kapalné vody, nulové ztráty při vyfukování, vysokou energetickou účinnost, nízkou údržbu a modulární redundanci , a s ohledem na skutečnost, že základna Fuqing disponuje několika velkými bezolejovými odstředivými kompresory  provozovanými 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, jsme navrhli modulární adsorpční sušičku stlačeného vzduchu s využitím tepla komprese (HOC)  se skládají z čtyři suché HOC zařízení  provozovaná paralelně, poskytující redundanci N+1 (nebo dokonce N+2).

Klíčová technologie: Teplo z komprese (HOC)

Technologie HOC využívá teplo z komprese předřazených bezolejových odstředivých kompresorů (teplota výstupního proudění obvykle 120–160 °C) k regeneraci suchého činidla, aniž by spotřebovala dodatečnou elektrickou energii pro ohřev nebo stlačený vzduch pro vyfukování.

Proč HOC namísto vyfukování ventilátorem?  Pro základnu Fuyao Fuqing – velmi rozsáhlou aplikaci s několika bezolejovými odstředivými kompresory provozovanými 24/7 za plného zatížení – nabízí HOC neporovnatelné výhody:

Bezolejové odstředivé kompresory na základně Fuqing mají stabilní teplotu výstupního média v rozmezí 120–150 °C, čímž plně splňují požadavky na tepelný zdroj pro regeneraci HOC.

Klíčové vybavení

• Sušiče:  Čtyři HOC-Dry 170  adsorpční sušičky využívající tepla stlačení, každá s kapacitou 170 m³/min (10 200 m³/h)  . Jsou instalovány paralelně a lze je flexibilně nakonfigurovat jako tři provozní + jedna záložní  (celková kapacita 510 m³/min) nebo čtyři provozní  (celková kapacita 680 m³/min), čímž jsou splněny současné i budoucí potřeby rozšíření.
• Metoda regenerace:  Malý proud horkého stlačeného vzduchu (teplota přibližně 120–150 °C) je odebírán z výstupu odstředivého kompresoru před chladičem po závěru stlačování  a směřuje se k věži, která vyžaduje regeneraci. Teplo odpařuje vlhkost z suchého činidla a vlhký vzduch je vypouštěn do atmosféry. Celý proces regenerace nepotřebuje stlačený vzduch pro vyfukování ani elektrickou tepelnou energii  – regenerační energie pochází výhradně z odpadního tepla, které by jinak bylo ztraceno.
• Návrh s nulovým rizikem kapalné vody:  Sušičky HOC pracují na principu adsorpce  adsorpce místo kondenzace – během sušení není vytvářena žádná kapalná kondenzátová voda, takže neexistuje žádné riziko uniku kapalné vody způsobené poruchou odtokového ventilu kondenzátu . Navíc je systém HOC vybaven vysokovýkonným vstupním separátorem, který zachytí jakoukoli náhodnou kapalnou vodu z přívodního potrubí.
• Řídicí systém:  Hlavní řídicí jednotka PLC typu Siemens S7-1500 koordinuje čtyři sušičky, vyvažuje dobu provozu na základě online monitorování rosného bodu a automaticky odpojuje jakoukoli vadnou jednotku s vydáním poplachu. Průmyslový dotykový displej HMI o velikosti 15 palců zobrazuje aktuální provozní parametry i historické trendy. Systém je integrován do centrálního systému DCS společnosti Fuyao pro dálkové monitorování a správu upozornění.
• Filtration Package:  Předfiltr (1 µm) odstraňuje částice z potrubí; po filtru (0,01 µm) jsou zachyceny případné jemné částice suchého prostředku; vysokovýkonný vstupní separátor zajistí, že jakákoliv náhodně přítomná kapalná voda bude odchycena ještě před tím, než dosáhne adsorpčních věží.

Výkonové specifikace

Obrázek: adsorpční sušičky stlačeného vzduchu s odvodem tepla komprese, 170 Nm³/min

Doručení a instalace

Projekt byl realizován během plánovaných výpadků údržby na základně Fuqing:

• Návrh a tovární přijímací zkouška (6 týdnů):  Podrobný návrh systému, výběr materiálů, vývoj řídicí logiky PLC. Byly dokončeny kompletní tovární přijímací zkoušky všech čtyř sušiček HOC na výrobním zařízení, přičemž byly simulovány skutečné podmínky výstupu kompresoru.
• Dodání a příprava staveniště (2 týdny):  Čtyři velké suché zařízení na podvozcích (každé váží přibližně 18 tun) dodána do základny Fuqing. Byla odstraněna stará sušicí zařízení, připraveny základy a vyhrazeny rozhraní potrubních přípojek.
• Montáž (3 týdny):  Suchá zařízení byla umístěna na kompaktních podvozcích. Celková plocha zabraná činí přibližně 40 m² (o 30 % méně než původní systém). Byly přepracovány hlavní rozvody stlačeného vzduchu tak, aby byl každý vstup suchého zařízení připojen k vysokotlakému zásobování stlačeným vzduchem základny. Bylo upraveno potrubí obchodu horkého plynu kompresoru, aby bylo možné dodat teplo pro regeneraci. Byla dokončena instalace napájecích a řídicích kabelů.
• Uvedení do provozu a ověření (1 týden):  Systém byl propláchnut, testován na netěsnosti a kalibrovány senzory rosného bodu. Při nepřetržitém provozu po dobu 72 hodin byl dosažen stabilní rosný bod v rozmezí −42 °C až −44 °C. Bylo poskytnuto školení obsluhy řídicího systému a dodána kompletní technická dokumentace včetně dokumentů pro kvalifikační protokoly IQ/OQ.

Nepředvídané výpadky nedošlo; veškeré práce byly dokončeny v rámci plánovaných údržbových okien.

Výsledky a výhody (12 měsíců po uvedení do provozu)

Pro odvzdušnění se ztrátou 28–48 m³/min je vyžadována dodatečná výkonová kapacita kompresoru. Měrný výkon bezolejového odstředivého kompresoru činí přibližně 6 kW/m³/min → úspora 170–290 kW výkonu kompresoru.

Vypočteno na základě provozu 24/7/365. Ekvivalentní výkon původního systému 350 kW (střední rozsah), výkon nového systému 3 kW. Roční úspora ≈ (350–3) kW × 8 760 h ≈ 3 040 000 kWh. Při průmyslové sazbě elektřiny 0,70 jenů/kWh činí roční úspora nákladů na elektřinu přibližně 2,13 milionu jenů. Včetně úspor na údržbě činí celkový roční přínos přibližně 2,46 milionu jenů.

Měřitelné výhody

• Významné úspory energie:  Technologie HOC dosahuje téměř nulové spotřeby elektrické energie pro proces sušení – celkový výkon řídicích systémů pro čtyři sušičky činí pouze přibližně 3 kW. Ve srovnání s původními sušičkami s ohřívaným odvzdušněním klesla energetická náročnost regenerace přibližně o 97 %. Eliminace ztráty odvzdušnění znamená, že kompresory již nemusí produkovat nadbytečný vzduch pro kompenzaci. Roční úspora elektrické energie přesahuje 3 miliony kWh , co odpovídá snížení emisí CO₂ přibližně o 1 670 tun ročně (na základě emisního faktoru čínské sítě 0,55 kg CO₂/kWh). To výrazně napodobuje ESG cíle skupiny Fuyao týkající se uhlíkové neutrality.
• Riziko kapalné vody úplně eliminováno:  Sušičky HOC pracují na principu adsorpce – během sušicího procesu se nevytváří žádný kapalný kondenzát, čímž je zásadně eliminováno katastrofální riziko převedení kapalné vody způsobené poruchou uzavíracího ventilu kondenzátu.
• Stálý rosný bod po celý rok:  Online monitorování ukazuje, že tlakový rosný bod se po celý rok konzistentně pohybuje mezi −42 °C a −44 °C a za horkých a vlhkých letních podmínek nikdy nepřekročí −40 °C. Žádné vadné výrobky způsobené vlhkostí nebyly hlášeny na linkách pro nátěrové nebo laminované sklo.
• Modulární redundance a budoucí rozšíření:  Při čtyřech sušičkách nastavených v režimu tři provozní + jedna záložní lze libovolnou jednotku odstavit pro údržbu bez dopadu na výrobu – zbývající tři jednotky stále dodávají 510 m³/min, což plně pokrývá špičkovou spotřebu základny ve výši 550–600 m³/min. Pokud bude v budoucnu vyžadováno rozšíření kapacity a vyšší průtok, lze záložní jednotku uvést do provozu, čímž se dosáhne režimu čtyř provozních jednotek (680 m³/min) bez nutnosti zakoupení dalšího zařízení.
• Výrazně snížená údržba:  Sušičky HOC mají dlouhou dobu cyklu (6–8 hodin), což vede k velmi nízké frekvenci ovládání ventilů. Žádná spotřeba elektrického topení, žádné ventily s vysokofrekvenčním přepínáním, žádné riziko otravy suchicího prostředku olejem. Očekává se, že životnost suchicího prostředku se prodlouží na více než 5 let.
• Návrat z investic:  Celková instalovaná cena ≈ 5,2 milionu jüanů  (čtyři sušičky a příslušenství). Roční úspory na elektřině ≈ 2,13 milionu jüanů , úspory na údržbě ≈ 0,33 milionu jüanů , celkový roční přínos ≈ 2,46 milionu jüanů . Doba návratnosti ≈ 2,1 roku .
• Podpora výstavby chytré továrny s nulovou emisí uhlíku:  Využití odpadního tepla k regeneraci sušičky HOC – bez spotřeby dodatečné elektrické energie – minimalizuje uhlíkovou stopu sušicího procesu a poskytuje silnou podporu iniciativě Fuyao pro chytrou továrnu s nulovou emisí uhlíku.

Doporučení zákazníka

„Původní sušicí systém na naší základně Fuqing trpěl několika problémy: riziko poruchy odvodňování kondenzátu u chladicích sušiček, vysoké ztráty při vyfukování, nestabilní rosný bod a nesoulad s našimi cíli týkajícími se nulové emise uhlíku. Nový čtyřjednotkový systém sušiček HOC s modulární redundancí 3+1 zásadně řeší všechny tyto problémy – žádná kapalná voda, žádné ztráty při vyfukování, spotřeba elektrické energie téměř nulová a stabilní rosný bod pod -40 °C po celý rok. Roční úspora elektrické energie přesahuje 3 miliony kWh, doba návratnosti činí přibližně dva roky. Toto řešení se stalo referenčním standardem pro modernizaci technologie sušení stlačeného vzduchu v rámci celé skupiny Fuyao.“

— Manažer užitkových zařízení, základna Fuyao Glass Fuqing