Stabilimento per la produzione di vetri automobilistici – Il sistema modulare di essiccatori HOC garantisce un risparmio annuo superiore a 3 milioni di kWh

Meta Description:  Il più grande produttore mondiale di vetri automobilistici, Fuyao Glass, ha installato quattro essiccatori ad assorbimento a calore di compressione da 170 m³/min presso la sua base di Fuqing, ottenendo un punto di rugiada stabile di -40 °C, assenza di perdite per spurgo, ridondanza modulare, un risparmio energetico annuo superiore a 3 milioni di kWh e un periodo di recupero dell’investimento di circa 2 anni.

Contesto del Cliente

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  è il principale fornitore mondiale di soluzioni tecnologicamente avanzate per vetri automobilistici. Questo progetto di potenziamento è situato presso la base di Fuyao Glass a Fuqing Rongqiao Economic and Technological Development Zone, via Yangxia, provincia del Fujian . Questa base rappresenta il progetto globale di esportazione di Fuyao e copre un’area di 627 mu (circa 41,8 ettari), con l’obiettivo di diventare una smart factory di livello mondiale a impatto zero sul carbonio.

Fuyao Glass si trova in un periodo critico di espansione della capacità, che pone richieste senza precedenti sulla affidabilità, sull’efficienza energetica e sulla scalabilità del suo sistema di aria compressa. La domanda totale di aria compressa dello stabilimento è di circa 550–600 m³/min (circa 33.000–36.000 m³/h)  , operante 24 ore su 24 per servire l’intera linea di produzione del vetro float e diverse linee di lavorazione avanzata per vetri automobilistici di alta gamma.

Applicazioni dell’aria compressa nella produzione di vetri automobilistici

(Contenuto invariato – identico alla versione precedente)

Punti di dolore

Il sistema originale di essiccazione dell’aria compressa dello stabilimento era composto da una combinazione di essiccatori a refrigerazione di grandi dimensioni e di essiccatori ad assorbimento con rigenerazione riscaldata (tipo a micro-riscaldamento)  . Con l’espansione rapida della capacità produttiva e l’aumento degli standard di qualità del processo, il sistema originale ha evidenziato diversi problemi strutturali:

• Rischio di scarico del condensato negli essiccatori a refrigerazione:  Le linee di produzione per vetro float e vetro rivestito hanno una tolleranza estremamente bassa all'umidità. Gli essiccatori refrigerati condensano e rimuovono l'acqua mediante raffreddamento, facendo affidamento su valvole di scarico automatiche per espellere il condensato. Tuttavia, la valvola di scarico del condensato è il componente con il più alto tasso di guasti in qualsiasi sistema di essiccatore refrigerato: sia che si tratti di tipo a galleggiamento, basato su timer o elettronico, tutti sono soggetti a incollaggio, intasamento o guasto elettrico durante un funzionamento continuo prolungato. Una volta che la valvola di scarico si guasta, il condensato fluisce direttamente nelle tubazioni e negli impianti a valle. Per la produzione del vetro, l’ingresso di acqua liquida in una torre ad assorbimento distruggerà rapidamente l’essiccante. Ancora più grave, l’umidità che penetra nella camera di rivestimento o nell’area di assemblaggio del PVB causerà il rigetto dell’intero lotto, con una singola perdita potenzialmente pari a milioni di RMB. Nella grande produzione continua di Fuyao, qualsiasi guasto della valvola di scarico del condensato rappresenta un rischio qualitativo inaccettabile.
• Consistente perdita di purga negli essiccatori a purga riscaldata:  Gli essiccatori rigenerativi riscaldati consumano comunque il 5–8% della loro portata nominale come aria di spurgo per la rigenerazione. Per una capacità complessiva del sistema di circa 550–600 m³/min, ciò significa circa 28–48 m³/min di aria compressa essiccata vengono continuamente scaricati  in atmosfera – equivalente a far funzionare continuamente un compressore di grandi dimensioni.
• Instabilità del punto di rugiada:  In condizioni estive calde e umide, l’efficienza di rigenerazione degli essiccatori rigenerativi riscaldati diminuisce. Il punto di rugiada a pressione fluttua, talvolta superando i -30 °C, rendendo difficile mantenere in modo costante l’obiettivo progettuale di -40 °C per prodotti di fascia alta.
• Dispersione degli impianti e elevato carico manutentivo:  La presenza di più unità disperse nell’ambiente tecnico ha comportato un basso sfruttamento dello spazio e un elevato carico di manutenzione. Le valvole pneumatiche richiedevano interventi di riparazione o sostituzione ogni 12–18 mesi e l’usura del materiale disidratante si è accelerata.
• Impossibilità di soddisfare le esigenze di espansione della capacità:  Il sistema di essiccazione originale era già prossimo al suo limite di capacità e non poteva supportare futuri ampliamenti.
• Mancanza di allineamento con gli obiettivi della Fabbrica Intelligente a Zero Emissioni di Carbonio:  La sede di Fuqing è concepita come una fabbrica intelligente a zero emissioni di carbonio di livello mondiale. L’elevato consumo energetico e le elevate perdite di spurgo del sistema di essiccazione originale erano in forte contrasto con questo obiettivo strategico.

Figura: essiccatore ad adsorbimento a calore di compressione da 170 Nm³/min

La nostra soluzione

Rispondendo ai requisiti fondamentali di Fuyao Glass in termini di capacità molto elevata, assenza di rischio di acqua liquida, assenza di perdite di spurgo, elevata efficienza energetica, manutenzione ridotta e ridondanza modulare , e considerando che la sede di Fuqing dispone di più grandi compressori centrifughi oil-free  in funzionamento 24/7, abbiamo progettato un sistema modulare di essiccazione ad adsorbimento a calore di compressione (HOC)  composto da quattro essiccatori HOC  in funzionamento parallelo, che garantiscono ridondanza N+1 (o addirittura N+2).

Tecnologia principale: Calore della compressione (HOC)

La tecnologia HOC sfrutta il calore generato dalla compressione proveniente da compressori centrifughi oil-free a monte (temperatura in uscita tipicamente compresa tra 120 e 160 °C) per rigenerare il disidratante, senza consumare ulteriore energia elettrica per il riscaldamento né aria compressa per la rigenerazione.

Perché scegliere HOC invece di un essiccatore con rigenerazione mediante soffiante?  Per la sede Fuyao di Fuqing – un’applicazione su larga scala con numerosi compressori centrifughi oil-free in funzione 24/7 a pieno carico – l’HOC offre vantaggi senza pari:

I compressori centrifughi senza olio presso la Base di Fuqing presentano temperature di scarico stabili comprese tra 120 e 150 °C, soddisfacendo pienamente i requisiti della sorgente termica per la rigenerazione dell’HOC.

Apparecchiatura principale

• Essiccatori:  Quattro HOC-Dry 170  essiccatori ad adsorbimento a calore di compressione, ciascuno con portata 170 m³/min (10.200 m³/h)  . Installati in parallelo, possono essere configurati in modo flessibile come tre in funzione + uno di riserva  (portata totale 510 m³/min) oppure quattro in funzione  (portata totale 680 m³/min), soddisfacendo sia le esigenze attuali che quelle future di espansione.
• Metodo di rigenerazione:  Viene prelevato un piccolo flusso di aria compressa calda (temperatura di circa 120–150 °C) dal collettore di mandata del compressore centrifugo prima del raffreddatore post-combustione  e indirizzato alla torre che richiede la rigenerazione. Il calore desorbe l'umidità dal disidratante e l'aria umida viene scaricata nell'atmosfera. L'intero processo di rigenerazione non consuma aria compressa per lo spurgo né energia elettrica per il riscaldamento  – l'energia necessaria per la rigenerazione proviene interamente dal calore di scarto che altrimenti verrebbe disperso.
• Progettazione a rischio zero di acqua liquida:  Gli essiccatori HOC funzionano sul principio della assorbimento  rigenerazione termica, anziché sulla condensazione – durante il processo di essiccazione non viene prodotto alcun condensato liquido, quindi non esiste alcun rischio di trascinamento di acqua liquida dovuto a guasti della valvola di scarico del condensato . Inoltre, il sistema HOC è dotato di un separatore d’ingresso ad alta efficienza per intercettare qualsiasi eventuale presenza di acqua liquida proveniente dalle tubazioni a monte.
• Sistema di controllo:  Un controller master PLC Siemens S7-1500 coordina i quattro essiccatori, bilanciando il tempo di funzionamento in base al monitoraggio in tempo reale del punto di rugiada e rimuovendo automaticamente qualsiasi unità difettosa con un allarme. Un HMI touchscreen industriale da 15 pollici visualizza in tempo reale i parametri operativi e le tendenze storiche. Il sistema si integra nel DCS centrale di Fuyao per il monitoraggio remoto e la gestione degli allarmi.
• Pacchetto di filtrazione:  Filtro preliminare (1 µm) che rimuove le particelle presenti nella tubazione; filtro finale (0,01 µm) che trattiene eventuali polveri di essiccante; un separatore d’ingresso ad alta efficienza garantisce l’intercettazione di qualsiasi acqua liquida accidentale prima che raggiunga le torri di adsorbimento.

Specifiche delle prestazioni

Figura: essiccatori ad aria rigenerativi a calore di compressione da 170 Nm³/min

Consegna e installazione

Il progetto è stato realizzato sfruttando le finestre programmate di manutenzione ordinaria presso la Base di Fuqing:

• Progettazione e collaudo di accettazione in fabbrica (6 settimane):  Progettazione dettagliata del sistema, selezione dei materiali, sviluppo della logica di controllo PLC. Completati i test completi di FAT su tutti e quattro gli essiccatori HOC presso lo stabilimento produttivo, simulando le effettive condizioni di scarico dei compressori.
• Consegna e preparazione del sito (2 settimane):  Consegna di quattro essiccatori su skid di grandi dimensioni (ciascuno di circa 18 tonnellate) alla base di Fuqing. Rimozione degli essiccatori esistenti, preparazione delle fondazioni e predisposizione delle interfacce per le tubazioni.
• Installazione (3 settimane):  Posizionamento dei quattro essiccatori su skid compatti. L’ingombro totale è di circa 40 m² (30% in meno rispetto al sistema originale). Ri-configurazione delle tubazioni principali dell’aria compressa per collegare l’alimentazione ad alta pressione della base all’ingresso di ciascun essiccatore. Modifica delle tubazioni di by-pass del gas caldo del compressore per fornire il calore necessario alla rigenerazione. Completamento dell’installazione dei cavi elettrici e di controllo.
• Collaudo e convalida (1 settimana):  Lavaggio del sistema, prova di tenuta, taratura dei sensori di punto di rugiada. Il funzionamento continuo per 72 ore ha dimostrato un punto di rugiada stabile compreso tra -42 °C e -44 °C. Formazione del personale operativo sul sistema di controllo e consegna della documentazione tecnica completa nonché dei documenti di convalida IQ/OQ.

Nessun fermo non programmato si è verificato; tutti i lavori sono stati completati entro le finestre di manutenzione programmate.

Risultati e benefici (12 mesi dopo il messaggio in servizio)

La perdita di spurgo di 28–48 m³/min richiede potenza aggiuntiva del compressore. La potenza specifica del compressore centrifugo oil-free è di circa 6 kW/m³/min → risparmio di 170–290 kW di potenza del compressore.

Calcolato in base a un funzionamento continuo 24/7/365. Potenza equivalente del sistema originale: 350 kW (valore medio), potenza del nuovo sistema: 3 kW. Risparmio annuo ≈ (350–3) kW × 8.760 h ≈ 3.040.000 kWh. Con un costo industriale dell’energia elettrica di ¥0,70/kWh, il risparmio annuo sui costi elettrici è di circa ¥2,13 milioni. Includendo i risparmi sulla manutenzione, il beneficio annuo totale è di circa ¥2,46 milioni.

Benefici quantificabili

• Risparmi energetici straordinari:  La tecnologia HOC consente un consumo di energia elettrica quasi nullo nel processo di essiccazione: il sistema di controllo per quattro essiccatori consuma soltanto circa 3 kW. Rispetto agli essiccatori originali con rigenerazione a riscaldamento, il consumo energetico per la rigenerazione è diminuito del 97% circa. L’eliminazione della perdita di spurgo significa che i compressori non devono più produrre aria supplementare per compensarla. Il risparmio annuo di energia elettrica supera i 3 milioni di kWh , equivalente a una riduzione delle emissioni di CO₂ di circa 1.670 tonnellate/anno (basato sul fattore di emissione della rete elettrica cinese di 0,55 kg CO₂/kWh). Ciò è fortemente allineato con gli obiettivi ESG di neutralità carbonica del Gruppo Fuyao.
• Rischio di acqua liquida completamente eliminato:  Gli essiccatori HOC funzionano secondo il principio di adsorbimento: durante il processo di essiccazione non viene prodotto alcun condensato liquido, eliminando così in modo fondamentale il rischio catastrofico di trascinamento di acqua liquida dovuto a guasti della valvola di scarico del condensato.
• Punto di rugiada stabile tutto l'anno:  Il monitoraggio in tempo reale mostra un punto di rugiada a pressione costantemente compreso tra -42 °C e -44 °C per tutto l'anno, mai superiore a -40 °C nemmeno nelle condizioni estive calde e umide. Non sono stati segnalati difetti legati all'umidità sulle linee di vetro rivestito o di vetro stratificato.
• Ridondanza modulare e espansione futura:  Con quattro essiccatori configurati in tre in funzione + uno di riserva, qualsiasi unità singola può essere messa fuori servizio per la manutenzione senza influire sulla produzione: i tre unità rimanenti erogano comunque 510 m³/min, coprendo pienamente la domanda di picco della sede, pari a 550–600 m³/min. Quando, in futuro, l’espansione della capacità richiederà una portata maggiore, l’unità di riserva potrà essere messa in funzione per passare alla modalità a quattro unità operative (680 m³/min), senza dover acquistare ulteriore attrezzatura.
• Manutenzione drasticamente ridotta:  Gli essiccatori HOC presentano lunghi cicli di funzionamento (6–8 ore), con conseguente frequenza molto bassa di azionamento delle valvole. Nessun consumo di riscaldatore elettrico, nessuna valvola di commutazione ad alta frequenza, nessun rischio di avvelenamento del disidratante da parte dell’olio. La durata prevista del disidratante supera i 5 anni.
• Rendimento dell'investimento:  Costo totale installato ≈ 5,2 milioni di ¥  (quattro essiccatori e accessori). Risparmi annui sull’elettricità ≈ 2,13 milioni di ¥ , risparmi sulla manutenzione ≈ 0,33 milioni di ¥ , beneficio annuo totale ≈ ¥2,46 milioni . Periodo di recupero ≈ 2,1 anni .
• Sostegno alla costruzione di una fabbrica intelligente a zero emissioni di carbonio:  L’uso, da parte dell’essiccatore HOC, del calore di scarto per la rigenerazione – senza consumo aggiuntivo di energia elettrica – riduce al minimo l’impronta di carbonio del processo di essiccazione, offrendo un solido sostegno all’iniziativa di Fuyao per una fabbrica intelligente a zero emissioni di carbonio.

Testimonianza del cliente

«Il nostro sistema di essiccazione originale presso la sede di Fuqing presentava diversi problemi: rischio di malfunzionamento dello scarico del condensato negli essiccatori refrigerati, elevate perdite di purga, punto di rugiada instabile e incoerenza con i nostri obiettivi di zero emissioni di carbonio. Il nuovo sistema di essiccatori HOC composto da quattro unità, con ridondanza modulare 3+1, risolve in modo fondamentale tutti questi punti critici: assenza di acqua liquida, assenza di perdite di purga, consumo di energia elettrica quasi nullo e punto di rugiada stabile tutto l’anno al di sotto di -40 °C. I risparmi annui di energia elettrica superano i 3 milioni di kWh, con un periodo di recupero di circa due anni. Questa soluzione è diventata un riferimento per gli aggiornamenti tecnologici degli impianti di essiccazione dell’aria compressa in tutto il Gruppo Fuyao.»

— Responsabile dell'Utility, Sede di Fuqing di Fuyao Glass