Производственная база по выпуску автомобильного стекла — модульная система осушителей HOC обеспечивает ежегодную экономию более чем 3 млн кВт·ч

Мета-описание:  Крупнейший в мире производитель автомобильного стекла Fuyao Glass установил четыре адсорбционных осушителя с использованием тепла сжатия мощностью 170 м³/мин на своей базе в Фуцин, обеспечив стабильную точку росы −40 °C, отсутствие потерь при продувке, модульный резерв, ежегодную экономию электроэнергии свыше 3 миллионов кВт·ч и срок окупаемости около 2 лет.

Информация о Клиенте

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  является крупнейшим и наиболее технологически передовым поставщиком решений для автомобильного стекла в мире. Данный проект модернизации реализован на базе Fuyao Glass в Экономико-технологической зоне развития Фуцин Жунцяо, улица Янся, провинция Фуцзянь эта база является проектом глобальной экспортной базы компании Fuyao, занимающей площадь 627 му (примерно 41,8 гектара), и позиционируется как умный завод мирового класса с нулевым уровнем выбросов углерода.

Компания Fuyao Glass находится в критический период расширения мощностей, что предъявляет беспрецедентные требования к надёжности, энергоэффективности и масштабируемости её системы сжатого воздуха. Общая потребность базы в сжатом воздухе составляет приблизительно 550–600 м³/мин (около 33 000–36 000 м³/ч)  , работающая круглосуточно без перерывов для обслуживания всей линии производства флоат-стекла и нескольких высокотехнологичных линий глубокой переработки автомобильного стекла.

Применение сжатого воздуха в производстве автомобильного стекла

(Содержание не изменено — совпадает с предыдущей версией)

Проблемные моменты

Исходная система осушки сжатого воздуха базы состояла из комбинации крупногабаритных холодильных осушителей и адсорбционных осушителей с подогревом регенерирующего потока (типа «микроподогрев»)  . По мере стремительного расширения производственных мощностей и повышения стандартов качества технологических процессов исходная система продемонстрировала наличие ряда структурных проблем:

• Риск засорения сливного клапана конденсата в рефрижераторных осушителях:  Производственные линии по выпуску листового и многослойного стекла чрезвычайно чувствительны к влаге. Рефрижераторные осушители конденсируют и удаляют воду путём охлаждения, полагаясь на автоматические сливные клапаны для удаления конденсата. Однако сливной клапан конденсата — это компонент с самым высоким показателем отказов в любой системе рефрижераторного осушителя: независимо от типа — поплавкового, таймерного или электронного — все они склонны к заклиниванию, засорению или выходу из строя по электрической части при длительной непрерывной эксплуатации. При отказе сливного клапана конденсат будет напрямую поступать в трубопроводы и оборудование на последующих стадиях. Для производства стекла попадание жидкой воды в адсорбционную колонну приведёт к быстрому разрушению осушителя. Ещё серьёзнее последствия попадания влаги в камеру нанесения покрытия или в зону сборки ПВБ-пакетов: это вызовет брак всей партии, а убытки от одного подобного случая могут составить миллионы юаней. В условиях крупномасштабного непрерывного производства компании Fuyao любой отказ сливного клапана конденсата представляет собой недопустимый риск для качества продукции.
• Значительные потери при продувке в нагреваемых осушителях с продувкой:  Нагреваемые осушители с продувкой по-прежнему потребляют 5–8 % от своего номинального расхода в виде воздуха для регенерации. При общей системной производительности около 550–600 м³/мин это означает, что 28–48 м³/мин сухого сжатого воздуха постоянно сбрасывается  в атмосферу — что эквивалентно непрерывной работе ещё одного крупногабаритного компрессора.
• Нестабильность точки росы:  В жаркую и влажную летнюю погоду эффективность регенерации нагреваемых осушителей с продувкой снижается. Температура точки росы под давлением колеблется и иногда превышает −30 °C, из-за чего становится сложно стабильно поддерживать проектную целевую точку росы −40 °C для высокотехнологичной продукции.
• Распылённое размещение оборудования и высокая трудоёмкость технического обслуживания:  Наличие нескольких агрегатов, распределённых по помещению вспомогательных систем, привело к неэффективному использованию площади и высокой нагрузке на персонал по техническому обслуживанию. Пневматические клапаны требовали ремонта или замены каждые 12–18 месяцев, а износ адсорбента ускорялся.
• Неспособность удовлетворить потребности в расширении мощности:  Исходная система сушки уже приближалась к своему предельному рабочему режиму и не могла обеспечить будущее расширение.
• Несоответствие целям «умного завода с нулевым выбросом углерода»:  База в Фуцинге позиционируется как умный завод мирового класса с нулевым выбросом углерода. Высокое энергопотребление и высокие потери продувочного воздуха исходной системы сушки существенно противоречили этой стратегической цели.

Рисунок: адсорбционный осушитель сжатого воздуха с использованием тепла сжатия, производительностью 170 Нм³/мин

Наше решение

Решение ключевых требований Fuyao Glass к очень большой производительности, отсутствию риска попадания жидкой воды, нулевым потерям продувочного воздуха, высокой энергоэффективности, низким эксплуатационным затратам и модульной избыточности , а также учитывая, что на базе в Фуцинге установлены несколько крупных безмасляных центробежных компрессоров  , работающих круглосуточно, мы разработали модульную адсорбционную систему осушения сжатого воздуха с использованием тепла сжатия (HOC)  состоящий из четыре осушителя HOC  работающие параллельно и обеспечивающие резервирование по схеме N+1 (или даже N+2).

Ключевая технология: тепло сжатия (HOC)

Технология HOC использует тепло, выделяемое при сжатии в маслосвободных центробежных компрессорах, расположенных на предыдущем этапе (температура нагнетания обычно составляет 120–160 °C), для регенерации адсорбента, не требуя дополнительной электроэнергии для подогрева и сжатого воздуха для продувки.

Почему HOC предпочтительнее продувки воздуходувкой?  Для базы Fuyao в Фуцине — крупномасштабного объекта с несколькими маслосвободными центробежными компрессорами, работающими круглосуточно и на полной нагрузке — технология HOC обеспечивает беспрецедентные преимущества:

Безмасляные центробежные компрессоры на базе Фуцин обеспечивают стабильную температуру нагнетания в диапазоне 120–150 °C, полностью удовлетворяя требования к источнику тепла для регенерации HOC.

Ключевое оборудование

• Осушители:  Четыре HOC-Dry 170  адсорбционные осушители теплом сжатия, каждый с производительностью 170 м³/мин (10 200 м³/ч)  . Установленные параллельно, они могут гибко настраиваться в конфигурации три рабочих + один резервный  (общая производительность 510 м³/мин) или четыре рабочих  (общая производительность 680 м³/мин), что соответствует текущим и будущим потребностям в расширении.
• Метод регенерации:  Небольшой поток нагретого сжатого воздуха (температура примерно 120–150 °C) отводится от нагнетательного патрубка центробежного компрессора перед охладителем промежуточного охлаждения  и направляется в башню, требующую регенерации. Тепло вызывает десорбцию влаги из осушителя, а увлажнённый воздух выбрасывается в атмосферу. Весь процесс регенерации не требует сжатого воздуха для продувки и не потребляет электроэнергию для нагрева  — энергия для регенерации поступает исключительно от тепла потерь, которое в противном случае было бы рассеяно.
• Конструкция с нулевым риском попадания жидкой воды:  Осушители HOC работают по принципу адсорбция  адсорбции, а не конденсации — в процессе осушки жидкого конденсата не образуется, поэтому отсутствует риск уноса жидкой воды вследствие отказа клапана сброса конденсата . Кроме того, система HOC оснащена высокоэффективным входным сепаратором для перехвата любого случайного попадания жидкой воды из трубопровода на стороне подачи.
• Система управления:  Главный контроллер PLC Siemens S7-1500 координирует работу четырёх осушителей, балансируя время работы на основе онлайн-мониторинга точки росы и автоматически исключая из работы неисправный агрегат с подачей сигнала тревоги. Промышленный сенсорный экран HMI с диагональю 15 дюймов отображает текущие параметры эксплуатации и исторические графики изменений. Система интегрирована в центральную систему DCS компании Fuyao для удалённого мониторинга и управления оповещениями.
• Комплект фильтров:  Предварительный фильтр (1 мкм) удаляет твёрдые частицы из трубопровода; фильтр после осушителя (0,01 мкм) задерживает возможные мелкие частицы осушителя; высокоэффективный входной сепаратор обеспечивает перехват случайно попавшей жидкой воды до того, как она достигнет адсорбционных башен.

Технические характеристики

Рисунок: адсорбционные осушители сжатого воздуха с теплоотдачей компрессора, производительность 170 Нм³/мин

Доставка и установка

Реализация проекта осуществлялась в рамках запланированных окон технического обслуживания на базе Фуцин:

• Проектирование и заводские приемочные испытания (6 недель):  Детальное проектирование системы, подбор материалов, разработка логики управления ПЛК. Проведены полные заводские приемочные испытания всех четырёх осушителей с теплоотдачей компрессора на производственном предприятии с моделированием реальных условий нагнетания компрессора.
• Поставка и подготовка площадки (2 недели):  Четыре крупных сушильных агрегата на поддонах (каждый весом около 18 тонн) доставлены на базу Фуцин. Старое сушильное оборудование демонтировано, выполнена подготовка фундаментов и предусмотрены соединительные патрубки для трубопроводов.
• Монтаж (3 недели):  Четыре сушильных агрегата установлены на компактных поддонах. Общая занимаемая площадь — приблизительно 40 м² (на 30 % меньше, чем у исходной системы). Переконфигурированы коллекторы сжатого воздуха для подключения высоконапорного воздушного источника базы к входным патрубкам каждого сушильного агрегата. Изменена трубопроводная обвязка байпаса горячего газа компрессора для подвода тепла, необходимого для регенерации. Выполнена прокладка силовых и управляющих кабелей.
• Ввод в эксплуатацию и валидация (1 неделя):  Система промыта, проверена на герметичность, откалиброваны датчики точки росы. В ходе непрерывной работы в течение 72 часов точка росы стабильно поддерживалась в диапазоне от −42 °C до −44 °C. Проведено обучение операторов работе с системой управления; предоставлены полный комплект технической документации, а также документы валидации IQ/OQ.

Неплановых простоев не зафиксировано; все работы завершены в пределах запланированных окон технического обслуживания.

Результаты и преимущества (через 12 месяцев после ввода в эксплуатацию)

Потери при продувке в диапазоне 28–48 м³/мин требуют дополнительной мощности компрессора. Удельная мощность безмасляного центробежного компрессора составляет примерно 6 кВт/(м³/мин) → экономия мощности компрессора составляет 170–290 кВт.

Расчёт выполнен для непрерывной работы 24/7/365. Эквивалентная мощность исходной системы — 350 кВт (среднее значение), мощность новой системы — 3 кВт. Годовая экономия энергии ≈ (350 – 3) кВт × 8760 ч ≈ 3 040 000 кВт·ч. При промышленном тарифе на электроэнергию 0,70 юаня/кВт·ч годовая экономия на оплате электроэнергии составляет ≈ 2,13 млн юаней. С учётом экономии на техническом обслуживании совокупная годовая выгода составляет ≈ 2,46 млн юаней.

Количественно измеримые преимущества

• Значительная экономия энергии:  Технология HOC обеспечивает почти нулевое потребление электроэнергии в процессе сушки — общая мощность систем управления четырьмя сушилками составляет всего около 3 кВт. По сравнению с исходными сушилками с подогревом и продувкой потребление энергии на регенерацию снизилось примерно на 97 %. Устранение потерь при продувке означает, что компрессорам больше не требуется производить избыточный объём воздуха для компенсации этих потерь. Годовая экономия электроэнергии превышает 3 млн кВт·ч , что эквивалентно сокращению выбросов CO₂ примерно на 1670 тонн в год (на основе коэффициента выбросов китайской электросети — 0,55 кг CO₂/кВт·ч). Это полностью соответствует целям группы Fuyao в области ЭСУ по достижению углеродной нейтральности.
• Полная ликвидация риска наличия жидкой воды:  Осушители HOC работают по принципу адсорбции — в процессе осушки не образуется конденсат в жидкой форме, что полностью устраняет катастрофический риск переноса жидкой воды из-за отказа клапана сброса конденсата.
• Стабильная точка росы круглый год:  Онлайн-мониторинг показывает, что температура точки росы под давлением постоянно находится в диапазоне от −42 °C до −44 °C в течение всего года и даже в жарких и влажных летних условиях никогда не превышает −40 °C. Сообщений о дефектах, связанных с влагой, со стороны линий по производству покрытого стекла или многослойного стекла не поступало.
• Модульная избыточность и возможность будущего расширения:  При наличии четырёх осушителей, настроенных в режиме «три в работе + один в резерве», любой отдельный агрегат может быть выведен из эксплуатации для технического обслуживания без влияния на производство: оставшиеся три агрегата по-прежнему обеспечивают расход 510 м³/мин, полностью покрывая пиковую потребность объекта в 550–600 м³/мин. При будущем расширении мощности и необходимости увеличения расхода резервный агрегат может быть введён в работу, обеспечив режим «четыре в работе» (680 м³/мин) без приобретения дополнительного оборудования.
• Резкое сокращение затрат на техническое обслуживание:  Осушители HOC имеют длительные циклы регенерации (6–8 часов), что приводит к очень низкой частоте срабатывания клапанов. Отсутствует потребление электроэнергии электронагревателями, отсутствуют высокочастотные переключающие клапаны, отсутствует риск отравления адсорбента маслом. Срок службы адсорбента рассчитан более чем на 5 лет.
• Возврат инвестиций:  Общая стоимость установки ≈ 5,2 млн юаней  (четыре осушителя и комплектующие). Ежегодная экономия на электроэнергии ≈ 2,13 млн юаней , экономия на техническом обслуживании ≈ 0,33 млн юаней , совокупная годовая выгода ≈ 2,46 млн юаней . Срок окупаемости ≈ 2,1 года .
• Поддержка строительства «умного завода с нулевым уровнем выбросов углерода»:  Использование сушилкой HOC тепла отходящих газов для регенерации — без потребления дополнительной электроэнергии — минимизирует углеродный след процесса сушки и обеспечивает надёжную поддержку инициативы Fuyao по созданию «умного завода с нулевым уровнем выбросов углерода».

Отзыв клиента

«Исходная система сушки на базе Фуцин страдала от ряда проблем: риск отказа конденсатоотводчиков в холодильных осушителях, высокие потери при продувке, нестабильная точка росы и несоответствие нашим целям достижения нулевого уровня выбросов углерода. Новая четырёхблочная система осушителей HOC с модульным резервированием по схеме «3+1» кардинально устраняет все эти проблемы: отсутствие жидкой воды, отсутствие потерь при продувке, почти нулевое потребление электроэнергии и стабильная круглогодичная точка росы ниже −40 °C. Ежегодная экономия электроэнергии превышает 3 млн кВт·ч, а срок окупаемости составляет примерно два года. Данное решение стало эталоном для модернизации технологий осушки сжатого воздуха по всей группе компаний Fuyao.»

— Менеджер по эксплуатации, база Fuyao Glass в Фуцине