Výrobná základňa automobilového skla – modulárny systém sušičiek využívajúcich teplo kompresie prináša ročné úspory viac ako 3 milióny kWh

Meta Description:  Najväčší svetový výrobca automobilového skla, spoločnosť Fuyao Glass, nasadila štyri adsorpčné sušičky s tepelnou energiou kompresie s prietokom 170 m³/min na svojej základni Fuqing, čím dosiahla stabilný bod rosného množstva -40 °C, nulové straty purgovaním, modulárnu redundanciu, ročné úspory elektrickej energie presahujúce 3 milióny kWh a dobu návratnosti približne 2 roky.

Pozadie Klienta

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  je najväčším a najtechnologickejšie pokročilým svetovým poskytovateľom riešení pre automobilové sklo. Tento projekt modernizácie sa nachádza na základni Fuyao Glass v Ekonomicko-technologickej rozvojovej zone Fuqing Rongqiao, ulica Yangxia, provincie Fujian . Táto základňa je globálnym exportným projektom Fuyao, ktorý zaberá plochu 627 mu (približne 41,8 hektára) a má za cieľ stať sa svetovo prvenstvujúcou chytrou továrnou s nulovými emisiami uhlíka.

Fuyao Glass sa nachádza v kritickom období rozširovania kapacity, čo kladie bezprecedentné nároky na spoľahlivosť, energetickú účinnosť a škálovateľnosť jeho systému stlačeného vzduchu. Celková potreba stlačeného vzduchu na základni je približne 550–600 m³/min (približne 33 000–36 000 m³/h)  , pričom systém funguje 24/7 na obsluhu celej výrobnej linky plávajúceho skla a viacerých vysokokvalitných výrobných línií hlbokého spracovania automobilového skla.

Aplikácie stlačeného vzduchu pri výrobe automobilového skla

(Obsah nezmenený – rovnaký ako v predchádzajúcej verzii)

Bolové body

Pôvodný systém sušenia stlačeného vzduchu na základni pozostával z kombinácie veľkých chladiacich sušičiek a adsorpčných sušičiek s vyhrievaným purgovaním (typ s mikroohrievaním)  . Keď sa kapacita výroby rýchlo rozšírila a štandardy kvality procesov zvýšili, pôvodný systém preukázal viaceré štrukturálne problémy:

• Riziko odvádzania kondenzátu z chladiacich sušičiek:  Výrobné linky pre plávajúce sklo a povlakové sklo majú extrémne nízku toleranciu voči vlhkosti. Chladiče s odvlhčovaním kondenzujú a odstraňujú vodu ochladzovaním, pričom sa spoliehajú na automatické odtokové ventily na vypúšťanie kondenzátu. Odtokový ventil kondenzátu je však komponent s najvyššou mierou porúch v akomkoľvek chladiči s odvlhčovaním – bez ohľadu na to, či ide o plávajúci typ, časovačový alebo elektronický, všetky sú náchylné na zaseknutie, upchatie alebo elektrické poruchy počas dlhodobej nepretržitej prevádzky. Ak odtokový ventil zlyhá, kondenzát sa priamo dostane do potrubia a zariadení v následnej fáze procesu. V prípade výroby skla sa kvapalná voda, ktorá vnikne do adsorpčnej veže, rýchlo rozkladá suchý prostriedok. Ešte vážnejšie je, že vlhkosť, ktorá vnikne do povlakovej komory alebo do oblasti montáže PVB vrstiev, spôsobí odmietnutie celých šarží, pričom jediná strata môže dosiahnuť niekoľko miliónov juanov. V rozsiahlej nepretržitej výrobe spoločnosti Fuyao predstavuje akékoľvek zlyhanie odtokového ventilu kondenzátu neprijateľné riziko pre kvalitu.
• Významné straty purgovaním pri ohrievaných purgovaných sušičkách:  Zahrievané suché čističe s purgovaním stále spotrebujú 5–8 % svojho menovitého prietoku ako regeneračný purgačný vzduch. Pri celkovej kapacite systému približne 550–600 m³/min to znamená približne 28–48 m³/min suchého stlačeného vzduchu sa neustále vypúšťa  do atmosféry – čo je ekvivalentné nepretržitej prevádzke ďalšieho veľkého kompresora.
• Nestabilita rosného bodu:  Počas horúceho a vlhkého letného počasia klesá účinnosť regenerácie zahrievaných suchých čističov s purgovaním. Rôzny tlakový rosný bod kolíše a niekedy stúpa nad –30 °C, čo zvyšuje náročnosť na dosiahnutie navrhovanej hodnoty –40 °C pre vysokokvalitné výrobky.
• Rozptýlenosť zariadení a vysoká údržbová záťaž:  Viaceré jednotky rozmiestnené po celej užitkovnej miestnosti viedli k nízkemu využitiu priestoru a vysokej údržbovej záťaži. Pneumatické ventily bolo potrebné opraviť alebo vymeniť každých 12–18 mesiacov a opotrebovanie suchovacieho prostredia sa zrýchlilo.
• Neschopnosť spĺňať potreby rozšírenia kapacity:  Pôvodný sušiaci systém už bol takmer na hranici svojho výkonnostného limitu a nedokázal podporiť budúce rozšírenie.
• Nesúlad s cieľmi nulovofaktorovej chytrej továrne:  Základňa Fuqing je definovaná ako svetovo najvyššej kvality nulovofaktorová chytrá továreň. Vysoká spotreba energie a vysoké straty pri purgovaní pôvodného sušiaceho systému boli výrazne v rozpore s týmto strategickým cieľom.

Obrázok: 170 Nm³/min suchý vzduchový zariadenie s adsorpčným prostredím a teplom kompresie

Naše riešenie

Riešenie základných požiadaviek spoločnosti Fuyao Glass na veľmi veľký výkon, nulové riziko kvapalnej vody, nulové straty pri purgovaní, vysokú energetickú účinnosť, nízku údržbu a modulárnu redundanciu , a so zohľadnením toho, že základňa Fuqing má viacero veľkých bezolejových odstreďovacích kompresorov  prevádzkovaných 24 hodín denne, 7 dní v týždni, sme navrhli modulárny adsorpčný sušiak využívajúci teplo stlačenia (HOC)  zostáva z štyri sušiaky HOC  prevádzkované paralelne, poskytujúce redundanciu N+1 (alebo dokonca N+2).

Základná technológia: Teplo stlačenia (HOC)

Technológia HOC využíva teplo stlačenia z predchádzajúcich bezolejových odstreďovacích kompresorov (teplota výfuku zvyčajne 120–160 °C) na regeneráciu suchového prostredia, pričom nepoužíva žiadnu dodatočnú elektrickú vyhrievaciu energiu ani stlačený vzduch na vyfukovanie.

Prečo HOC namiesto vyfukovania ventilátorom?  Pre Fuyao Fuqing Base – veľmi rozsiahlu aplikáciu s viacerými bezolejovými odstreďovacími kompresormi, ktoré pracujú 24/7 pri plnom zaťažení – ponúka HOC neprepierateľné výhody:

Bezolejové odstreďovacie kompresory v základni Fuqing majú stabilnú teplotu výfuku v rozmedzí 120–150 °C, čo plne spĺňa požiadavky na tepelný zdroj pre regeneráciu HOC.

Kľúčové vybavenie

• Sušičky:  Štyri HOC-Dry 170  adsorpčné sušičky využívajúce teplo kompresie, každá s kapacitou 170 m³/min (10 200 m³/h)  . Inštalované paralelne sa môžu flexibilne konfigurovať ako tri prevádzkované + jedna záložná  (celková kapacita 510 m³/min) alebo štyri prevádzkované  (celková kapacita 680 m³/min), čím sa spĺňajú súčasné i budúce potreby rozšírenia.
• Metóda regenerácie:  Malý prúd horúceho stlačeného vzduchu (teplota približne 120–150 °C) sa odoberie z výstupu odstreďovacej kompresora pred chladičom po stlačení  a smeruje sa do veže, ktorá vyžaduje regeneráciu. Teplo odstráni vlhkosť z suchovacieho prostriedku a vlhký vzduch sa vypúšťa do atmosféry. Celý proces regenerácie nepoužíva žiadny stlačený vzduch na vyfukovanie ani žiadnu elektrickú tepelnú energiu  – regeneračná energia pochádza výlučne z odpadového tepla, ktoré by inak bolo stratou.
• Návrh bez rizika vzniku kvapalnej vody:  Suchovače HOC pracujú na princípe absorcija  adsorpcie namiesto kondenzácie – počas suchovacieho procesu sa nevyrába žiadna kvapalná kondenzátna voda, preto neexistuje riziko prenosu kvapalnej vody spôsobené poruchou odtokového ventilu kondenzátu okrem toho je systém HOC vybavený vysokovýkonným vstupným separátorom na zachytenie prípadnej kvapalnej vody zo vstupného potrubia.
• Ovládací systém:  Hlavný riadiaci PLC systém Siemens S7-1500 koordinuje štyri sušičky a vyváža ich prevádzkový čas na základe online monitorovania rosného bodu, pričom automaticky odpojí akúkoľvek chybnú jednotku s aktiváciou poplachu. Priemyselný dotykový displej HMI s uhlopriečkou 15 palcov zobrazuje reálne prevádzkové parametre a historické trendy. Systém je integrovaný do centrálneho DCS spoločnosti Fuyao pre diaľkové monitorovanie a správu upozornení.
• Balík filtračných zariadení:  Predfiltr (1 µm) odstraňuje častice z potrubia; postranný filter (0,01 µm) zachytáva možné jemné častice suchovacieho prostredku; vysokovýkonný vstupný separátor zabezpečuje zachytenie prípadnej kvapalnej vody pred tým, ako dosiahne adsorpčné veže.

Výkonové špecifikácie

Obrázok: 170 Nm³/min sucháče stlačeného vzduchu s využitím tepla kompresie

Doručenie a inštalácia

Projekt bol realizovaný počas plánovaných výpadkov údržby na základni Fuqing:

• Návrh a výrobné prijímacie testovanie (6 týždňov):  Podrobný návrh systému, výber materiálov, vývoj logiky riadenia PLC. Dokončené úplné FAT testovanie všetkých štyroch sušičiek HOC na výrobnej prevádzke s simuláciou skutočných podmienok výfuku kompresora.
• Dodávka a príprava miesta (2 týždne):  Štyri veľké sušičky na pevných základoch (každá váži približne 18 ton) dodané do základne Fuqing. Odstránené staré sušiace zariadenia, pripravené základy a vyhradené rozhrania pre potrubie.
• Inštalácia (3 týždne):  Umiestnenie štyroch sušičiek na kompaktných základoch. Celková plocha približne 40 m² (o 30 % menšia ako pôvodný systém). Prekonfigurovanie hlavných potrubí stlačeného vzduchu na pripojenie vysokotlakového vzduchového zdroja základne ku vstupu každej sušičky. Úprava potrubia obchádzky horúceho plynu kompresora na zavedenie tepla pre regeneráciu. Dokončená inštalácia napájacích a riadiacich káblov.
• Uvedenie do prevádzky a overenie (1 týždeň):  Systém bol vypláchnutý, testovaný na úniky a kalibrované snímače bodu rosy. Nepretržitý prevádzkový režim po dobu 72 hodín ukázal stabilný bod rosy v rozmedzí od -42 °C do -44 °C. Poskytnuté školenie obsluhy riadiaceho systému a dodaná úplná technická dokumentácia spolu s dokumentmi validácie IQ/OQ.

Nedochádzalo k žiadnym neplánovaným výpadkom; všetky práce boli dokončené v rámci plánovaných údržbových okien.

Výsledky a výhody (12 mesiacov po uvedení do prevádzky)

Strata pri vyfukovaní 28–48 m³/min vyžaduje dodatočný výkon kompresora. Špecifický výkon bezolejového odstreďovacieho kompresora je približne 6 kW/m³/min → úspora výkonu kompresora 170–290 kW.

Vypočítané na základe nepretržitej prevádzky 24/7/365. Ekvivalentný výkon pôvodného systému 350 kW (stredná hodnota), nového systému 3 kW. Ročná úspora ≈ (350 – 3) kW × 8 760 h ≈ 3 040 000 kWh. Pri priemyselnej tarife za elektrinu 0,70 ¥/kWh sú ročné úspory nákladov na elektrinu približne 2,13 milióna ¥. Vrátane úspor na údržbe je celkový ročný prospech približne 2,46 milióna ¥.

Kvantifikovateľné výhody

• Významné úspory energie:  Technológia HOC dosahuje takmer nulovú spotrebu elektrickej energie počas sušenia – celkový výkon ovládania štyroch sušičiek je len približne 3 kW. Oproti pôvodným sušičkám s ohrievaným purgovaním sa spotreba energie pri regenerácii znížila približne o 97 %. Elimináciou straty purgovacieho vzduchu sa kompresory už nemusia zvyšovať výrobu vzduchu na kompenzáciu. Ročné úspory elektrickej energie presahujú 3 milióny kWh , čo zodpovedá zníženiu emisií CO₂ približne o 1 670 ton ročne (na základe emisného faktora čínskej elektrickej siete 0,55 kg CO₂/kWh). Toto výrazne podporuje ciele skupiny Fuyao v oblasti ESG a uhlíkovej neutrality.
• Riziko kvapalnej vody úplne eliminované:  Sušičky HOC pracujú na princípe adsorpcie – počas sušenia sa nevyrába žiadna kvapalná kondenzátna voda, čím sa zásadne odstraňuje katastrofálne riziko prenosu kvapalnej vody spôsobené poruchou ventilu na odvod kondenzátu.
• Stabilný bod rosného množstva po celý rok:  Online monitorovanie ukazuje rosný bod pod tlakom stále v rozmedzí od -42 °C do -44 °C počas celého roka, pričom ani za horúceho a vlhkom letných podmienok nepresahuje hodnotu -40 °C. Neprešlo žiadne hlásenie o chybách súvisiacich s vlhkosťou z čiarovanej alebo laminovanej skla.
• Modulárna redundancia a budúce rozšírenie:  Štyri sušičky sú nakonfigurované tak, že tri sú v prevádzke a jedna je v rezerve; akýkoľvek jeden zariadenie možno bez ovplyvnenia výroby odpojiť na údržbu – zostávajúce tri zariadenia stále dodávajú 510 m³/min, čo plne pokrýva maximálny požiadavok základne 550–600 m³/min. Ak bude v budúcnosti vyžadované rozšírenie kapacity a vyšší prietok, zariadenie v rezerve možno uviesť do prevádzky, čím sa dosiahne režim štyroch prevádzkových jednotiek (680 m³/min) bez nutnosti zakúpiť ďalšie zariadenia.
• Výrazne znížená údržba:  Sušičky HOC majú dlhé cykly (6–8 hodín), čo má za následok veľmi nízku frekvenciu spínania ventilov. Žiadna spotreba elektrického ohrievača, žiadne ventily so spínaním vysokou frekvenciou, žiadne riziko otravy suchých látok olejom. Predpokladaná životnosť suchých látok sa predlžuje na viac ako 5 rokov.
• Návratnost investícií:  Celkové inštalačné náklady ≈ 5,2 milióna jenov  (štyri sušičky a príslušenstvo). Ročné úspory elektrickej energie ≈ 2,13 milióna jenov , úspory na údržbe ≈ 0,33 milióna jenov , celkový ročný prospech ≈ 2,46 milióna jenov . Doba návratnosti ≈ 2,1 roka .
• Podpora výstavby inteligentných tovární s nulovou uhlíkovou stopou:  Využitie odpadového tepla na regeneráciu sušičky HOC – bez ďalšej spotreby elektrickej energie – minimalizuje uhlíkovú stopu suchého procesu a poskytuje silnú podporu iniciatíve Fuyao pre inteligentnú továreň s nulovou uhlíkovou stopou.

Referencia od zákazníka

„Náš pôvodný suchý systém na základni Fuqing trpel viacerými problémami: riziko zlyhania odvádzania kondenzátu v chladiacich sušičkách, vysoké straty pri purgovaní, nestabilný bod rosy a nesúlad s našimi cieľmi týkajúcimi sa nulovej uhlíkovej stopy. Nový štvorjednotkový systém sušičky HOC s modulárnou redundanciou 3+1 zásadne vyriešil všetky tieto problémy – žiadna kvapalná voda, žiadne straty pri purgovaní, takmer nulová spotreba elektrickej energie a stabilný bod rosy pod -40 °C po celý rok. Ročné úspory elektrickej energie presahujú 3 milióny kWh, doba návratnosti investície je približne dva roky. Toto riešenie sa stalo referenčným štandardom pre modernizáciu technológií sušenia stlačeného vzduchu v celej skupine Fuyao.“

— Manažér služieb, základňa Fuyao Glass Fuqing