Zakład produkcyjny szyb samochodowych – modułowy system suszarek wykorzystujących ciepło kompresji zapewnia oszczędności ponad 3 mln kWh rocznie

Meta Description:  Największy na świecie producent szyb samochodowych, Fuyao Glass, zainstalował cztery suszarki adsorpcyjne typu heat-of-compression o wydajności 170 m³/min w swojej bazie w Fuqing, osiągając stabilny punkt rosy na poziomie -40°C, brak strat spowodowanych odpowietrzaniem, modułową redundancję, roczne oszczędności energii elektrycznej przekraczające 3 miliony kWh oraz okres zwrotu inwestycji wynoszący około 2 lat.

Tło Klienta

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  jest największym na świecie i najbardziej zaawansowanym technologicznie dostawcą rozwiązań z zakresu szyb samochodowych. Niniejszy projekt modernizacji znajduje się w bazie Fuyao Glass w Strefie Rozwoju Ekonomicznego i Technologicznego Fuqing Rongqiao, ul. Yangxia, prowincja Fujian . Ta baza stanowi projekt globalnej bazy eksportowej Fuyao i obejmuje powierzchnię 627 mu (około 41,8 ha), mając na celu stanie się światowej klasy inteligentną fabryką zeroemisyjną.

Fuyao Glass przeżywa krytyczny okres rozszerzania swojej mocy produkcyjnej, co stawia niebywałe wymagania wobec niezawodności, efektywności energetycznej oraz skalowalności systemu sprężonego powietrza. Całkowite zapotrzebowanie bazy na sprężone powietrze wynosi około 550–600 m³/min (około 33 000–36 000 m³/h)  , działa 24/7, zasilając całą linię produkcyjną szkła pływającego oraz wiele linii głębokiej obróbki wysokiej klasy szkła samochodowego.

Zastosowania sprężonego powietrza w produkcji szkła samochodowego

(Treść bez zmian – taka sama jak w poprzedniej wersji)

Ból punktów

Oryginalny system suszenia sprężonego powietrza w bazie składał się z połączenia dużych osuszaczy chłodniczych oraz osuszaczy adsorpcyjnych z podgrzewaniem i odprowadzaniem (typu mikrogrzejnego)  . W miarę szybkiego rozszerzania mocy produkcyjnej oraz podwyższania standardów jakości procesu, pierwotny system wykazał wiele problemów strukturalnych:

• Ryzyko skraplania się kondensatu w osuszaczach chłodniczych:  Linie produkcyjne do wytwarzania szkła pływającego i szkła powlekanego mają bardzo niską tolerancję na wilgoć. Suszarki chłodnicze kondensują i usuwają wodę poprzez ochłodzenie, polegając na automatycznych zaworach odpowietrzających do odprowadzania skroplin. Zawór odpowietrzający skroplin jest jednak elementem o najwyższym wskaźniku awaryjności w dowolnym systemie suszarek chłodniczych – niezależnie od tego, czy jest to zawór pływakowy, oparty na czasomierzu czy elektroniczny, wszystkie są podatne na zakleszczenie, zanieczyszczenie lub awarię elektryczną podczas długotrwałej pracy ciągłej. Gdy zawór odpowietrzający ulegnie awarii, skropliny będą bezpośrednio wpływać do rurociągów i urządzeń znajdujących się w dalszej części układu. W produkcji szkła woda w stanie ciekłym, która przedostanie się do wieży adsorpcyjnej, szybko zniszczy środek osuszający. Co ważniejsze, wilgoć przedostająca się do komory powlekania lub do strefy montażu warstwy PVB spowoduje odrzucenie całych partii wyrobów, a pojedyncza strata może wynieść nawet kilka milionów juanów chińskich (RMB). W skali dużych, ciągłych procesów produkcyjnych Fuyao każda awaria zaworu odpowietrzającego skroplin stanowi nieakceptowalne ryzyko dla jakości.
• Znaczne straty przez odprowadzanie (purge) w suszarkach z podgrzewaniem odprowadzania:  Nadal ogrzewane suszarki z odpływem zużywają 5–8% swojego nominalnego przepływu jako powietrze regeneracyjne do odpływu. Dla całkowitej pojemności systemu wynoszącej około 550–600 m³/min oznacza to około 28–48 m³/min suchego sprężonego powietrza jest ciągle odprowadzane  do atmosfery – co odpowiada ciągłej pracy dodatkowego, dużego kompresora.
• Niестabilność punktu rosy:  W warunkach gorącego i wilgotnego lata wydajność regeneracji ogrzewanych suszarek z odpływem spada. Ciśnieniowy punkt rosy ulega wahaniom, czasem wzrastając powyżej -30 °C, co utrudnia uzyskanie stabilnego utrzymania projektowanego celu na poziomie -40 °C dla produktów wysokiej klasy.
• Rozproszenie urządzeń oraz ciężki obciążenie konserwacyjne:  Wiele jednostek rozproszonych w pomieszczeniu technicznym skutkowało niskim wykorzystaniem przestrzeni oraz dużym obciążeniem pracami konserwacyjnymi. Zawory pneumatyczne wymagały naprawy lub wymiany co 12–18 miesięcy, a zużycie ośrodka suszącego przyspieszyło się.
• Niezdolność spełnienia potrzeb rozszerzenia mocy:  Oryginalny system suszenia był już blisko swojego limitu wydajności i nie mógł wspierać przyszłej rozbudowy.
• Niezgodność z celami inteligentnej fabryki o zerowym wpływie na klimat:  Baza w Fuqing ma być światowej klasy inteligentną fabryką o zerowym wpływie na klimat. Wysokie zużycie energii oraz duże straty spustowe oryginalnego systemu suszenia stanowiły istotną niezgodność z tym strategicznym celem.

Rysunek: adsorpcyjny sucharkompressor ciepła sprężania o wydajności 170 Nm³/min

Nasze rozwiązanie

Spełnienie podstawowych wymagań Fuyao Glass dotyczących bardzo dużej wydajności, braku ryzyka wystąpienia wody w postaci ciekłej, braku strat spustowych, wysokiej wydajności energetycznej, niskich kosztów konserwacji oraz modułowej nadmiarowości , a także biorąc pod uwagę, że baza w Fuqing jest wyposażona w wiele dużych bezolejowych sprężarek odśrodkowych  działających 24/7, zaprojektowaliśmy modułowy adsorpcyjny sucharkompressor ciepła sprężania (HOC)  składające się z: cztery suszarki HOC  działające równolegle, zapewniające nadmiarowość N+1 (a nawet N+2).

Kluczowa technologia: ciepło sprężania (HOC)

Technologia HOC wykorzystuje ciepło sprężania pochodzące od wstępnych bezolejowych sprężarek odśrodkowych (temperatura na wylocie zwykle 120–160 °C) do regeneracji odsączacza, nie zużywając dodatkowej energii elektrycznej do ogrzewania ani powietrza sprężonego do przepłukiwania.

Dlaczego HOC zamiast suszarki z przepłukiwaniem dmuchawą?  Dla bazy Fuyao w Fuqing – bardzo dużego zastosowania z wieloma bezolejowymi sprężarkami odśrodkowymi pracującymi 24/7 w pełnym obciążeniu – technologia HOC oferuje nieosiągalne zalety:

Bezolejowe sprężarki odśrodkowe w Bazie Fuqing charakteryzują się stabilną temperaturą odpływu w zakresie 120–150 °C, co w pełni spełnia wymagania dotyczące źródła ciepła do regeneracji HOC.

Główne wyposażenie

• Suszarnie:  Cztery HOC-Dry 170  osuszacze adsorpcyjne typu heat-of-compression, każdy o wydajności 170 m³/min (10 200 m³/h)  . Zainstalowane równolegle, mogą być elastycznie konfigurowane jako trzy pracujące + jeden rezerwowy  (łączna wydajność 510 m³/min) lub cztery pracujące  (łączna wydajność 680 m³/min), co spełnia potrzeby obecne oraz przyszłe rozbudowy.
• Metoda regeneracji:  Mała strumień gorącego powietrza sprężonego (temperatura ok. 120–150 °C) pobierany jest z wylotu sprężarki odśrodkowej przed chłodnicą pośrednią  i kierowane do wieży wymagającej regeneracji. Ciepło desorbuje wilgoć z odsuszacza, a wilgotne powietrze jest odprowadzane do atmosfery. Cały proces regeneracji nie zużywa sprężonego powietrza jako powietrza purgi ani energii elektrycznej do ogrzewania  – energia potrzebna do regeneracji pochodzi w całości z ciepła odpadowego, które w przeciwnym razie zostałoby rozproszone.
• Projekt zapewniający zerowe ryzyko wystąpienia wody w postaci ciekłej:  Susarki HOC działają na zasadzie adsorpcja  adsorpcji, a nie kondensacji – w trakcie procesu suszenia nie powstaje skroplina, dlatego nie ma ryzyka przeniesienia wody w postaci ciekłej spowodowanego awarią zaworu odpowietrzającego skroplinę . Dodatkowo system HOC jest wyposażony w wysokowydajny separator wlotowy, który przechwytuje przypadkową wodę w postaci ciekłej pochodzącą z rurociągów znajdujących się przed nim.
• System kontrolny:  Główny sterownik PLC Siemens S7-1500 koordynuje pracę czterech suszarek, równoważąc czas pracy na podstawie monitorowania punktu rosy w czasie rzeczywistym oraz automatycznie wyłączając każdą uszkodzoną jednostkę z generowaniem alarmu. Przemysłowy ekran dotykowy HMI o przekątnej 15 cali wyświetla bieżące parametry pracy oraz historyczne trendy. System integruje się z centralnym systemem DCS firmy Fuyao umożliwiając zdalne monitorowanie i zarządzanie alertami.
• Pakiet filtracyjny:  Filtr wstępny (1 µm) usuwa cząstki z rurociągów; filtr końcowy (0,01 µm) zatrzymuje ewentualne drobinki materiału osuszającego; wysokowydajny separator wejściowy zapewnia przechwycenie przypadkowej wody ciekłej przed dotarciem jej do wież adsorpcyjnych.

Specyfikacje wydajności

Rysunek: sucharki powietrza z odzyskiem ciepła o wydajności 170 Nm³/min

Dostawa i instalacja

Realizacja projektu odbyła się w ramach zaplanowanych okien konserwacyjnych na bazie w Fuqing:

• Projekt i test akceptacyjny fabryczny (6 tygodni):  Szczegółowy projekt systemu, dobór materiałów, opracowanie logiki sterowania PLC. Przeprowadzono kompleksowe testy FAT wszystkich czterech sucharek z odzyskiem ciepła w zakładzie produkcyjnym, symulując rzeczywiste warunki odpływu powietrza ze sprężarek.
• Dostawa i przygotowanie placu (2 tygodnie):  Dostawa czterech dużych suszarek montowanych na podstawach (każda o masie ok. 18 ton) na bazę w Fuqing. Demontaż starego sprzętu suszącego, przygotowanie fundamentów oraz zabezpieczenie połączeń rurociągów.
• Montaż (3 tygodnie):  Umieszczenie czterech suszarek na kompaktowych podstawach. Całkowita powierzchnia zajmowana wynosi ok. 40 m² (o 30% mniej niż oryginalny system). Przebudowa kolektorów sprężonego powietrza w celu połączenia źródła wysokociśnieniowego powietrza bazy z wejściami każdej suszarki. Modyfikacja rurociągów obejścia gorącego gazu sprężarki w celu wprowadzenia ciepła regeneracyjnego. Zakończenie instalacji kabli zasilających i sterujących.
• Uruchomienie i walidacja (1 tydzień):  Przepłukanie systemu, badanie szczelności, kalibracja czujników punktu rosy. Ciągła praca przez 72 godziny wykazała stabilny punkt rosy w zakresie od −42°C do −44°C. Przeprowadzenie szkolenia operatorów z zakresu systemu sterowania oraz dostarczenie pełnej dokumentacji technicznej oraz dokumentów walidacji IQ/OQ.

Nie wystąpiły żadne nieplanowane przestoje; cała praca została zakończona w ramach zaplanowanych okien konserwacyjnych.

Wyniki i korzyści (12 miesięcy po wprowadzeniu do eksploatacji)

Utrata oczyszczania (purge) w zakresie 28–48 m³/min wymaga dodatkowej mocy sprężarki. Właściwa moc sprężarki odśrodkowej bezolejowej wynosi około 6 kW/m³/min → oszczędność mocy sprężarki w zakresie 170–290 kW.

Obliczone na podstawie pracy 24/7/365. Równoważna moc oryginalnego systemu: 350 kW (średnia wartość), nowego systemu: 3 kW. Roczna oszczędność energii ≈ (350–3) kW × 8760 h ≈ 3 040 000 kWh. Przy przemysłowej cenie energii elektrycznej 0,70 ¥/kWh roczna oszczędność kosztów energii elektrycznej wynosi ok. 2,13 mln ¥. Wraz z oszczędnościami na konserwacji całkowita roczna korzyść wynosi ok. 2,46 mln ¥.

Mierzalne korzyści

• Znacząca oszczędność energii:  Technologia HOC zapewnia praktycznie zerowe zużycie energii elektrycznej w procesie suszenia – łączna moc sterowników czterech suszarek wynosi jedynie ok. 3 kW. W porównaniu do oryginalnych suszarek z ogrzewanym oczyszczaniem (purge) zużycie energii na regenerację zmniejszyło się o ok. 97%. Wyeliminowanie utraty oczyszczania (purge) oznacza, że sprężarki nie muszą już produkować dodatkowego powietrza w celu kompensacji. Roczne oszczędności energii elektrycznej przekraczają 3 mln kWh , co odpowiada redukcji emisji CO₂ o około 1670 ton rocznie (na podstawie współczynnika emisji sieci chińskiej wynoszącego 0,55 kg CO₂/kWh). Jest to w pełni zgodne z celami ESG Grupy Fuyao dotyczącymi neutralności węglowej.
• Zagrożenie wodą ciekłą całkowicie wyeliminowane:  Susarki HOC działają na zasadzie adsorpcji – w trakcie procesu suszenia nie powstaje skroplina w postaci cieczy, co fundamentalnie eliminuje katastrofalne ryzyko przeniesienia wody ciekłej spowodowane awarią zaworu odpowietrzającego skroplinę.
• Stabilna temperatura punktu rosy przez cały rok:  Monitorowanie online wykazuje, że temperatura punktu rosy pod ciśnieniem utrzymuje się stale w zakresie od −42°C do −44°C przez cały rok, nigdy nie przekraczając −40°C nawet w gorących i wilgotnych warunkach letnich. Nie zgłoszono żadnych wad związanych z wilgocią w przypadku szkła powlekanego ani szkła laminowanego.
• Redundancja modułowa i możliwość rozszerzenia w przyszłości:  Przy czterech suszarkach skonfigurowanych w trybie trzy pracujące + jedna rezerwowa, dowolny pojedynczy agregat może zostać wyłączony do konserwacji bez wpływu na produkcję – pozostałe trzy nadal zapewniają przepływ 510 m³/min, co w pełni pokrywa szczytowe zapotrzebowanie obiektu wynoszące 550–600 m³/min. Gdy w przyszłości rozbudowa mocy wymaga większego przepływu, agregat rezerwowy może zostać uruchomiony, umożliwiając tryb pracy czterech suszarek (680 m³/min) bez konieczności zakupu dodatkowego sprzętu.
• Znacznie zmniejszone koszty konserwacji:  Susarki HOC charakteryzują się długimi cyklami pracy (6–8 godzin), co powoduje bardzo niską częstotliwość przestawiania zaworów. Brak zużycia energii przez grzałki elektryczne, brak zaworów przełączających o wysokiej częstotliwości, brak ryzyka zatrucia osuszacza olejem. Przewidywana żywotność osuszacza wynosi ponad 5 lat.
• Zwrot z inwestycji:  Całkowity koszt zainstalowania ≈ 5,2 mln jenów  (cztery suszarki i akcesoria). Roczne oszczędności na energii elektrycznej ≈ 2,13 mln jenów , oszczędności na konserwacji ≈ 0,33 mln jenów , całkowita roczna korzyść ≈ 2,46 mln ¥ . Okres zwrotu ≈ 2,1 roku .
• Wsparcie budowy inteligentnej fabryki o zerowym śladzie węglowym:  Wykorzystanie przez suszarkę HOC ciepła odpadowego do regeneracji – bez dodatkowego zużycia energii elektrycznej – minimalizuje ślad węglowy procesu suszenia, zapewniając skuteczne wsparcie inicjatywy Fuyao dotyczącej inteligentnej fabryki o zerowym śladzie węglowym.

Oświadczenie klienta

„Nasz pierwotny system suszenia na terenie placówki w Fuqing był obarczony wieloma problemami: ryzyko awarii odprowadzania kondensatu w suszarkach chłodniczych, wysokie straty przepływu purgingowego, niestabilna temperatura punktu rosy oraz niezgodność z naszymi celami dotyczącymi zerowego śladu węglowego. Nowy czterosekcjowy system suszarek HOC z modułową nadmiarowością 3+1 rozwiązuje fundamentalnie wszystkie te problemy – brak wody w stanie ciekłym, brak strat przepływu purgingowego, zużycie energii elektrycznej prawie równe zero oraz stabilna przez cały rok temperatura punktu rosy poniżej −40 °C. Rocznoszczędności energii elektrycznej przekraczają 3 mln kWh, a okres zwrotu inwestycji wynosi około dwóch lat. Rozwiązanie to stało się standardem odniesienia dla modernizacji technologii suszenia sprężonego powietrza w całej grupie Fuyao.”

— Kierownik działu usług, baza Fuyao Glass w Fuqing