Autoteollisuuden lasinvalmistuksen tuotantotukikohta – modulaarinen HOC-kuivausjärjestelmä tuottaa yli 3 miljoonaa kWh säästöä vuodessa

Meta-kuvaus:  Maailman suurin autoteollisuuden lasin valmistaja, Fuyao Glass, asensi neljä 170 m³/min:n lämpökompressiokäsittelyyn perustuvaa adsorptiokuivainta Fuqing-tehtaalleen saavuttaakseen vakaa -40 °C:n kastepisteen, nollan purkukadon, modulaarisen varmuuskäynnistyksen, yli 3 miljoonan kWh:n vuosittaiset sähkönsäästöt sekä takaisinmaksuaika noin kahdessa vuodessa.

Asiakkaan Tausta

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  on maailman suurin ja teknologisesti edistynein autoteollisuuden lasiratkaisujen tarjoaja. Tämä päivityshanke sijaitsee Fuyao Glassin Fuqing Rongqiao -taloudellisessa ja teknologisessa kehitysalueessa, Yangxia-katu, Fujian-provinssi . Tämä tehdas on Fuyaon maailmanlaajuinen viennin tehdasprojekti, jonka pinta-ala on 627 mu (noin 41,8 hehtaaria), ja sen tavoitteena on kehittyä maailmanluokan nolla-hiilijalanjälkiä tuottava älykäs tehdas.

Fuyao Glass on kriittisessä kapasiteetin laajentamisen vaiheessa, mikä asettaa ennennäkemättömiä vaatimuksia sen paineilmajärjestelmän luotettavuudelle, energiatehokkuudelle ja laajennettavuudelle. Tukikohdan kokonaistarve paineilmalle on noin 550–600 m³/min (noin 33 000–36 000 m³/h)  , ja järjestelmä toimii 24/7 koko kellukkasilalasin tuotantolinjan ja useiden korkealaatuisten automaalisilasin syvällisen käsittelyn tuotantolinjojen palvelemiseksi.

Paineilman käyttö automaalisillassa

(Sisältö pysyy muuttumattomana – sama kuin edellisessä versiossa)

Onnettomuuspisteet

Tukikohdan alkuperäinen paineilman kuivatusjärjestelmä koostui suurista jäähdytetystä kuivaimista ja lämmitetyistä purkukuivaimista (pienlämmitystyypin adsorptiokuivaimet)  . Kun tuotantokapasiteetti laajeni nopeasti ja prosessilaatustandardit kiristyivät, alkuperäinen järjestelmä osoitti useita rakenteellisia ongelmia:

• Jäähdytetyn kuivaimen kondenssiveden poistovaikeus:  Kelluva lasi ja pinnoitettu lasi tuotantolinjat ovat erittäin herkkiä kosteudelle. Jäähdytettyjä kuivaimia käytetään kosteuden poistamiseen jäähdyttämällä, jolloin vesi tiivistyy ja poistetaan automaattisten tyhjennysventtiilien avulla. Kuitenkin tyhjennysventtiili on kaikissa jäähdytettyjen kuivainten järjestelmissä korkeimman vikaantumisriskin komponentti – olipa kyseessä kelluva, ajanottoon perustuva tai sähköinen venttiili, kaikki ovat alttiita tarttumiselle, tukkeutumiselle tai sähköiselle vialle pitkäaikaisen jatkuvan käytön aikana. Kun tyhjennysventtiili epäonnistuu, tiivistemaikea nestettä virtaa suoraan alapuolella oleviin putkiin ja laitteisiin. Lasinvalmistuksessa nestemäinen vesi, joka pääsee adsorptiotorniin, tuhoaa nopeasti kuivainaineen. Vakavampaa on kuitenkin se, että kosteus, joka pääsee pinnoituskammioon tai PVB-kokoonpanoalueelle, aiheuttaa koko erän hylkäämisen, ja yksittäinen tappio voi nousta miljooniin RMB:hin. Fuyaon laajamittaisessa jatkuvassa tuotannossa mikä tahansa tiivistemaien nesteiden tyhjennysventtiilin vika edustaa hyväksymätöntä laatumiestä riskiä.
• Merkitsevä puhdistuskuivausmenetelmän aiheuttama ilmamäärän menetys:  Lämpimät puhdistuskuivaimet kuluttavat edelleen 58% nimellisvirrastaan regeneratiivisena puhdistusilmassa. Tämä tarkoittaa noin 550-600 m3/min:n kokonaiskapasiteetin osalta noin 2848 m3/min kuivaa paineilmaa tuuletetaan jatkuvasti  ympäristöön vastaavat suurten kompressorien jatkuvaa käyttöä.
• Suihkupisteet epävakaat:  Lämpimissä ja kosteissa kesäolosuhteissa lämmitettyjen puhdistuskuivattimiden uusiutumiskyky vähenee. Paineen kastepiste vaihtelee, joskus ylittämällä -30 °C, mikä vaikeuttaa korkealaatuisten tuotteiden suunnittelun -40 °C-tavoitteen johdonmukaista ylläpitoa.
• Laitteiden hajottuminen ja suuri huoltoveto:  Useat yksiköt, jotka olivat hajallaan koko huoltotuen alueella, aiheuttivat pienen tilaa käyttämisen ja suuren huoltotyön. Pneumaattiset venttiilejä korjattiin tai vaihdettiin 12-18 kuukauden välein, ja kuivumisen aiheuttama kuluminen kiihtyi.
• Kykyvalmius on edelleen vähäinen.  Alkuperäinen kuivatusjärjestelmä oli jo lähes kapasiteettirajoituksensa rajalla eikä voinut tukea tulevaa laajentumista.
• Ristiriita nollahiilidioksidipäästöisen älykkään tehtaan tavoitteiden kanssa:  Fuqingin tukipaikka on suunniteltu maailmanluokan nollahiilidioksidipäästöiseksi älykkääksi tehtaaksi. Alkuperäisen kuivatusjärjestelmän korkea energiankulutus ja suuri purkutappio olivat merkittävästi ristiriidassa tämän strategisen tavoitteen kanssa.

Kuva: 170 Nm³/min:n lämpökompressiodesikanttipuhaltimen

Ratkaisumme

Osoittaaksemme Fuyao Glassin keskeiset vaatimukset: erittäin suuri kapasiteetti, nollavaara nestemäiselle vedelle, nollapurkutappio, korkea energiatehokkuus, alhainen huoltotarve ja modulaarinen varmuuskopiointi , ja ottaen huomioon, että Fuqingin tukipaikalla on useita suuria öljytöntä sentrifugaalikompressoria  toimivat 24/7, suunnittelimme modulaarisen lämpökompressioon (HOC) perustuvan adsorptiokuivatin järjestelmän  koostuu neljä HOC-kuivainta  toimivat rinnakkain, tarjoavat N+1 (tai jopa N+2) varmuuskäytön.

Ydintekniikka: puristuslämmön hyödyntäminen (HOC)

HOC-tekniikka hyödyntää eteenpäin sijaitsevien öljytönten keskipakopuristimien puristuslämpöä (poistumislämpötila tyypillisesti 120–160 °C) kuivainaineen regenerointiin, eikä siihen kulu lisävirtaa lämmitykseen eikä puristettua ilmaa puhalluksen varalta.

Miksi HOC sen sijaan, että käytetään puhallinpohjaista kuivainta?  Fuyao Fuqing -tukipaikalle – erittäin laajamittaiselle sovellukselle, jossa useita öljytöntä keskipakopuristinta toimii 24/7 täydellä kuormalla – HOC tarjoaa vertaansa vailla olevia etuja:

Fuqingin tuotantotukikohtaan asennettujen öljytönten keskipakocompressorien poistolämpötilat ovat vakaita, 120–150 °C, mikä täyttää täysin HOC-regeneroinnin lämmönlähteen vaatimukset.

Keskeinen varustus

• Kuivaimet:  Neljä HOC-Dry 170  lämpötilanpuristusperusteiset adsorptiokuljettimet, kustakin kapasiteetilla 170 m³/min (10 200 m³/h)  . Asennettuna rinnakkain ne voidaan joustavasti konfiguroida joko kolmeksi käyttöön ja yhdeksi varalle  (kokonaiskapasiteetti 510 m³/min) tai neljäksi käyttöön  (kokonaiskapasiteetti 680 m³/min), mikä täyttää nykyiset ja tulevaisuudessa mahdollisesti laajennettavat tarpeet.
• Regenerointimenetelmä:  Pieni virtaus kuumaa puristettua ilmaa (lämpötila noin 120–150 °C) otetaan keskipakopuristimen poistosta jäähdyttimen jälkeen  ja ohjataan uudelleenkäyttöön tarvitsevaan torniin. Lämpö poistaa kosteutta kuivaimisaineesta, ja kostea ilma poistetaan ilmakehään. Koko uudelleenkäyttöprosessi ei kuluta purkupaineilmaa eikä sähköistä lämmitysenergiaa  – uudelleenkäyttöenergia saadaan kokonaan hukkalämmöstä, joka muuten menetettäisiin.
• Nollariskisuunnittelu nesteisen veden suhteen:  HOC-kuivaimet toimivat adsorbointi  kuivaimisaineen periaatteella eikä tiukentumisen periaatteella – kuivausprosessissa ei tuoteta nestemäistä tiukentumaa, joten nestemäisen veden mukana kulkeutumisriskiä ei ole kondenssiveden poistoventtiilin vian takia . Lisäksi HOC-järjestelmä on varustettu korkean tehokkuuden sisääntuloserottimella, joka estää mahdollisen nesteisen veden pääsyn järjestelmään ylävirtaputkistosta.
• Ohjausjärjestelmä:  Siemens S7-1500 -PLC-pääohjain koordinoi neljää kuivainta, tasapainottaa käyttöaikaa online-kosteuspisteen seurannan perusteella ja poistaa automaattisesti mahdollisen viallisen yksikön hälytyksen kera. 15-tuumainen teollisuuskäyttöön tarkoitettu kosketusnäyttö-HMI näyttää reaaliaikaisia toimintaparametrejä ja historiallisia trendejä. Järjestelmä integroituu Fuyaon keskitettyyn DCS-järjestelmään etäseurantaa ja hälytysten hallintaa varten.
• Suodatuspaketti:  Esisuodatin (1 µm) poistaa putkistosta hiukkasia; jälkisuodatin (0,01 µm) sieppaa mahdolliset kuivausaineen hienojauheet; korkean tehokkuuden sisääntuloserotti varmistaa, että mahdollinen nestemäinen vesi erotetaan ennen kuin se pääsee adsorptiotornien sisään.

Suorituskykyspesifikaatiot

Kuva: 170 Nm³/min:n lämpökompressio-desikkaatioilmankuivurit

Toimitus ja asennus

Projekti toteutettiin suunniteltujen huoltokatkojen aikana Fuqingin tuotantolaitoksessa:

• Suunnittelu ja tehdashyväksyntätestaus (6 viikkoa):  Yksityiskohtainen järjestelmäsuunnittelu, materiaalien valinta ja PLC-ohjauslogiikan kehittäminen. Suoritettiin täydellinen FAT-testaus kaikille neljälle HOC-kuivurille valmistuslaitoksessa simuloimalla todellisia kompressorin poistoputken olosuhteita.
• Toimitus ja kohdealueen valmistelu (2 viikkoa):  Neljä suurta telakointipohjaisella alustalla toimitettua kuivuria (kunkin paino noin 18 tonnia) toimitettiin Fuqing-tukikohtaan. Vanhat kuivuslaitteet poistettiin, perustukset valmisteltiin ja putkiliitännät varattiin.
• Asennus (3 viikkoa):  Neljä kuivuria sijoitettiin tiukentuneille telakointipohjille. Kokonaispinta-ala noin 40 m² (30 % pienempi kuin alkuperäisessä järjestelmässä). Ilmanjakoputket uudelleenmuotoiltiin yhdistämään tukikohtaan kuuluvan korkeapaineisen ilmanjakoverkon jokaisen kuivurin sisääntuloliitäntään. Kompressorin kuuman kaasun ohitusputkisto muokattiin lisäämään regenerointilämpöä. Sähkö- ja ohjauskaapelointi suoritettiin.
• Käynnistys ja validointi (1 viikko):  Järjestelmä huuhdeltu, tiukkuustestattu ja kastepistesensorit kalibroitu. Jatkuvatoimintakokeen aikana 72 tuntia kastepiste pysyi vakiona välillä –42 °C––44 °C. Käyttäjäkoulutus ohjausjärjestelmästä annettu ja koko tekninen dokumentaatio sekä IQ/OQ-validointidokumentit toimitettu.

Aikataulun ulkopuolista käyttökatkoa ei tapahtunut; kaikki työt suoritettiin määritellyn huoltotauon aikana.

Tulokset ja hyödyt (12 kuukautta käyttöönoton jälkeen)

Puhdistusilman menetys 28–48 m³/min vaatii lisäkompressoritehoa. Öljytön keskipakokompressorin erityisteho on noin 6 kW/m³/min → kompressoritehon säästö 170–290 kW.

Laskettu 24/7/365-toiminnan perusteella. Alkuperäisen järjestelmän vastaava teho 350 kW (keskitaso), uuden järjestelmän 3 kW. Vuotuinen säästö ≈ (350–3) kW × 8 760 h ≈ 3 040 000 kWh. Teollisuuden sähköhinta ¥0,70/kWh, jolloin vuotuiset sähkökustannussäästöt ≈ ¥2,13 miljoonaa. Huoltosäästöjen kanssa kokonaisvuotuinen hyöty ≈ ¥2,46 miljoonaa.

Mittattavat hyödyt

• Huomattavat energiasäästöt:  HOC-teknologia saavuttaa lähes nollan sähkönkulutuksen kuivatusprosessissa – neljän kuivaimen ohjausjärjestelmän kokonaisteho on vain noin 3 kW. Vertailussa alkuperäisiin lämmitettyihin puhdistusilman kuivaimiin regenerointienergian kulutus laski noin 97 %. Puhdistusilman menetyksen poistaminen tarkoittaa, että kompressorit eivät enää tarvitse tuottaa ylimääräistä ilmaa kompensaationa. Vuotuiset sähkösäästöt ylittävät 3 miljoonaa kWh , mikä vastaa noin 1 670 tonnin vuotuista CO₂-päästöjen vähentämistä (perustuen Kiinan sähköverkon päästökerroimeen 0,55 kg CO₂/kWh). Tämä tukee voimakkaasti Fuyao Groupin ESG-tavoitteita hiilineutraaliuden saavuttamiseksi.
• Nestemäisen veden riski täysin poistettu:  HOC-kuivaimet toimivat adsorptioperiaatteella – kuivausprosessissa ei muodostu nestemäistä kondensaattia, mikä poistaa perusteellisesti katastrofaalisen riskin, joka liittyy nestemäisen veden mukana kulkeutumiseen kondensaattiventtiilin epäonnistuessa.
• Vuoden mittainen vakaa kastepiste:  Verkkoseurannasta ilmenee, että painekastepiste pysyy koko vuoden ajan välillä −42 °C ja −44 °C eikä ylitä koskaan −40 °C:ta edes kuumissa ja kosteissa kesäolosuhteissa. Kosteutta aiheuttavia vikoja ei ole ilmoitettu pinnoitetun lasin tai laminoidun lasin tuotantolinjoilta.
• Modulaarinen varmuuskopiointi ja tuleva laajentaminen:  Neljän kuivurin konfiguraatiossa, jossa kolme on käytössä ja yksi varakoneena, mikä tahansa yksittäinen laite voidaan ottaa pois käytöstä huollon ajaksi ilman, että tuotanto vaarantuu – jäljelle jäävät kolme laitetta tuottavat edelleen 510 m³/min, mikä kattaa täysin tukikohdan huippukuormituksen (550–600 m³/min). Kun tulevaisuudessa kapasiteetin laajentaminen vaatii suurempaa virtausta, varakone voidaan ottaa käyttöön saavuttamaan neljän kuivurin toimintatila (680 m³/min) ilman lisälaitteiden hankintaa.
• Huoltotarpeen merkittävä vähentäminen:  HOC-kuivurit ovat pitkiä jaksoja (6–8 tuntia), mikä johtaa erinomaisen alhaiseen venttiilien toimintataajuuteen. Sähkölämmittimiä ei käytetä, korkeataajuuskytkentäventtiilejä ei ole ja kuivainaineen öljymyrkytysvaaraa ei ole. Kuivainaineen elinikä odotetaan kestävän yli viisi vuotta.
• Sijoituksen tuotto:  Kokonaishankintakustannus ≈ 5,2 miljoonaa juaa  (neljä kuivuria ja tarvikkeet). Vuotuiset sähkösäästöt ≈ 2,13 miljoonaa juaa , huoltosäästöt ≈ 0,33 miljoonaa juaa , kokonaisvuotuiset hyödyt ≈ 2,46 miljoonaa juaa . Takaisinmaksuaika ≈ 2,1 vuotta .
• Tukemaan nollahiilijalanjälkeistä älykästä tehdasta:  HOC-kuivaimen jätteiden lämmön hyödyntäminen regenerointiin – ilman lisävirtahäviötä – vähentää kuivausprosessin hiilijalanjälkeä merkittävästi ja tukee voimakkaasti Fuyaon nollahiilijalanjälkeistä älykästä tehdasohjelmaa.

Asiakkaan arvio

“Alkuperäinen kuivausjärjestelmämme Fuqingin tukikohdassa aiheutti useita ongelmia: jäähdytettyjen kuivaimeen liittyvän kondenssiveden poistojärjestelmän epäonnistumisvaara, suuri purkutappio, epävakaa kastepiste sekä ristiriita nollahiilijalanjälkeen tähtäävien tavoitteidemme kanssa. Uusi neliosainen HOC-kuivainjärjestelmä, jossa on 3+1-modulaarinen varmuuskopiointi, ratkaisee perusteellisesti kaikki nämä ongelmat – ei nestemäistä vettä, ei purkutappiota, melkein nolla sähkönkulutus ja vakaa kastepiste ympäri vuoden alle −40 °C:n. Vuotuiset sähkösäästöt ylittävät 3 miljoonaa kWh, ja takaisinmaksuaika on noin kaksi vuotta. Tämä ratkaisu on muodostunut viitearvoksi paineilman kuivausteknologian päivityksille koko Fuyao Groupissa.”

— Hyötyohjelman johtaja, Fuyao Glassin Fuqingin tehdas