Tillverkningsanläggning för bilmätare – Modulärt HOC-torksystem ger över 3 miljoner kWh årliga besparingar

Meta Beskrivning:  Världens största tillverkare av bilglas, Fuyao Glass, installerade fyra värmeavkomstadsorptionstorkar med en kapacitet på 170 m³/min vid sin anläggning i Fuqing, vilket resulterade i en stabil daggpunkt på -40 °C, ingen spolningsförlust, modulär redundans, årliga elbesparingar som överstiger 3 miljoner kWh samt en återbetalningstid på cirka två år.

Kundbakgrund

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  är världens största och mest tekniskt avancerade leverantör av lösningar för bilglas. Denna uppgraderingsprojekt är beläget vid Fuyao Glass Fuqing Rongqiao ekonomiska och teknologiska utvecklingszon, Yangxia-gatan, provinsen Fujian . Denna anläggning är Fuyaos globala exportanläggning och omfattar en yta på 627 mu (cirka 41,8 hektar) och är avsedd att bli en världsklass smart fabrik utan koldioxidutsläpp.

Fuyao Glass befinner sig i en kritisk period av kapacitetsutbyggnad, vilket ställer oöverträffade krav på tillförlitligheten, energieffektiviteten och skalbarheten hos dess komprimeradluftsystem. Anläggningens totala behov av komprimerad luft är cirka 550–600 m³/min (cirka 33 000–36 000 m³/h)  , och driften sker dygnet runt för att betjäna hela floatglasproduktionslinjen samt flera högteknologiska linjer för djupbearbetning av bilglas.

Användningsområden för komprimerad luft inom tillverkning av bilglas

(Innehållet är oförändrat – samma som i föregående version)

Problemområden

Den ursprungliga komprimeradlufttorkan på anläggningen bestod av en kombination av stora kyltorkar och uppvärmda regenererande adsorptionstorkar (mikrovärmetyper)  . När produktionskapaciteten snabbt expanderade och kraven på processkvalitet ökade, uppvisade det ursprungliga systemet flera strukturella problem:

• Risk för kondensatavtappning från kyltorkar:  Produktionslinjer för floatglas och belagt glas har extremt låg tolerans för fukt. Kyltorkar kondenserar och avlägsnar vatten genom att kyla, och de förlitar sig på automatiska avtappningsventiler för att avleda kondensvatten. Ventilen för avtappning av kondensvatten är dock komponenten med högst felrate i alla kyltorksystem – oavsett om den är av flyttyp, tidsstyrda eller elektroniska typ, är alla benägna att fastna, bli igensatta eller drabbas av elektrisk felaktighet vid långvarig kontinuerlig drift. När en avtappningsventil går sönder kommer kondensvattnet att flöda direkt in i nedströmsrör och utrustning. För glastillverkning kommer vätskevatten som kommer in i en adsorptionstorn snabbt att förstöra torkmediet. Allvarligare är att fukt som tränger in i beläggningskammaren eller PVB-monteringsområdet orsakar att hela partier måste avvisas, där en enda sådan förlust potentiellt kan uppgå till flera miljoner RMB. Vid Fuyaos storskaliga kontinuerliga produktion utgör varje fel på en kondensavtappningsventil en oacceptabel kvalitetsrisk.
• Betydande blåsningsförluster från uppvärmda blåsningsutrustade torkar:  De uppvärmda rensningsutrustningarna för torrluft förbrukar fortfarande 5–8 % av sin nominella flödeskapacitet som rensningsluft. För en total systemkapacitet på cirka 550–600 m³/min innebär detta ungefär 28–48 m³/min torr komprimerad luft som kontinuerligt ventileras  till atmosfären – motsvarande att driva en extra stor kompressor kontinuerligt.
• Daggpunktens instabilitet:  Under heta, fuktiga sommarförhållanden minskar regenereringsverkningsgraden för uppvärmda rensningsutrustningar för torrluft. Tryckdaggpunkten svänger, ibland stiger den över -30 °C, vilket gör det svårt att konsekvent upprätthålla designmålet på -40 °C för högkvalitativa produkter.
• Utbredning av utrustning och omfattande underhållsarbete:  Flera enheter utspridda över verkstadslokalen resulterade i låg utnyttjandegrad av utrymmet och ett högt underhållsarbetsbelastning. Pneumatiska ventiler krävde reparation eller utbyte vart 12–18 månad, och avslitningen av torkmedel ökade.
• Oförmåga att möta behovet av kapacitetsutvidgning:  Det ursprungliga torksystemet befann sig redan nära sin kapacitetsgräns och kunde inte stödja framtida utbyggnad.
• Brist på överensstämmelse med målen för en noll-kolonn smart fabrik:  Fuqing-basen är positionerad som en världsklass smart fabrik utan kolonutsläpp. Det ursprungliga torksystemets höga energiförbrukning och stora blåsningsförluster var i hög grad oöverensstämmande med detta strategiska mål.

Figur: 170 Nm³/min värmeavkomsttorkare med desiccant

Vår lösning

Att möta Fuyao Glasss kärnkrav på mycket stor kapacitet, ingen risk för vätskevatten, ingen blåsningsförlust, hög energieffektivitet, låg underhållsfrekvens och modulär redundans , och med tanke på att Fuqing-basen har flera stora oljefria centrifugaltryckluftkompressorer  som drivs dygnet runt, utformade vi ett modulärt adsorptionstorksystem baserat på kompressionsvärme (HOC)  bestående av fyra HOC-torkar  i parallell drift, vilket ger N+1 (eller till och med N+2) redundans.

Kärnteknologi: Kompressionsvärme (HOC)

HOC-tekniken använder kompressionsvärmen från första stadiets oljefria centrifugalkompressorer (utloppstemperatur vanligtvis 120–160 °C) för att regenerera torkmediet, utan att förbruka ytterligare elektrisk uppvärmningsenergi eller tryckluft för spolning.

Varför välja HOC istället för blåsarspolning?  För Fuyaos anläggning i Fuqing – en mycket stor applikation med flera oljefria centrifugalkompressorer som körs dygnet runt i full last – erbjuder HOC oöverträffade fördelar:

De oljefria centrifugalkompressorerna på Fuqing-basen har stabila avgående temperaturer mellan 120–150 °C, vilket fullt ut uppfyller kraven på värmekälla för HOC-regenerering.

Nyckelutrustning

• Torkare:  Fyra HOC-Dry 170  värmeavkomstadsorptionsutrustning, var och en med kapacitet 170 m³/min (10 200 m³/h)  . Installerade parallellt kan de konfigureras flexibelt som tre i drift + en reserv  (total kapacitet 510 m³/min) eller fyra i drift  (total kapacitet 680 m³/min), vilket möter nuvarande och framtida expansionsbehov.
• Regenereringsmetod:  En liten ström av varm komprimerad luft (temperatur ca 120–150 °C) tas från centrifugalkompressorns utlopp före efterkylaren  och ledes till tornet som kräver regenerering. Värmen desorberar fukt från torkmediet, och den fuktiga luften släpps ut till atmosfären. Hela regenereringsprocessen förbrukar ingen komprimerad luft som spolning och ingen elektrisk uppvärmningsenergi  – regenereringsenergin hämtas helt från spillvärme som annars skulle gå förlorad.
• Design utan risk för vätskevatten:  HOC-torkare fungerar enligt principen för adsorption  adsorption snarare än kondensation – ingen vätskeformad kondensat bildas under torkprocessen, så det finns ingen risk för medföring av vätskevatten på grund av felaktig funktion hos kondensatavtappningsventilen . Dessutom är HOC-systemet utrustat med en högeffektiv inkommande separator för att fånga upp eventuell oavsiktlig vätskevatten från rörledningarna nedströms.
• Styrsystem:  En Siemens S7-1500 PLC-huvudstyrning koordinerar de fyra torrningsanläggningarna genom att balansera drifttiden baserat på kontinuerlig daggpunktövervakning och automatiskt ta bort eventuella felaktiga enheter med ett larm. En 15-tums industriell touchscreen-HMI visar aktuella driftparametrar och historiska trender i realtid. Systemet integreras i Fuyaos centrala DCS för fjärrövervakning och larmhantering.
• Filtreringspaket:  Förfilter (1 µm) avlägsnar partiklar i rörledningen; efterfilter (0,01 µm) fångar upp eventuella torkmedelsfinkorn; en högeffektiv inloppsseparator säkerställer att eventuellt oavsiktligt vätskevatten avbryts innan det når adsorptionstornen.

Prestandabaser

Figur: 170 Nm³/min värmeavkompressionsbaserade torkmedier för luft

Leverans & Installation

Projektet genomfördes under planerade underhållsstopptider på Fuqing-basen:

• Utformning och fabriksgodkännande (6 veckor):  Detaljerad systemdesign, materialval och utveckling av PLC-styrlogik. Slutförde fullständig FAT-testning av alla fyra HOC-torkar på tillverkningsanläggningen, med simulering av verkliga kompressordischargeförhållanden.
• Leverans och platsförberedelse (2 veckor):  Fyra stora skidmonterade torkar (var och en väger ca 18 ton) levererades till Fuqing-basen. Den gamla torkutrustningen togs bort, grunden förbereddes och röranslutningar reserverades.
• Installation (3 veckor):  Placerade de fyra torkarna på kompakta skids. Totalt installationsområde ca 40 m² (30 % mindre än det ursprungliga systemet). Omgjorde trymluftsledningarna för att ansluta basens högtrycksluftförsörjning till varje torkars inlopp. Modifierade kompressorns varmgasbypassrör för att införa regenereringsvärme. Slutförde installationen av kraft- och styrelkablar.
• Driftsättning och validering (1 vecka):  Systemet spolades, läcktestades och fuktpunktsensorerna kalibrerades. Drift under 72 timmar visade en stabil fuktpunkt mellan -42 °C och -44 °C. Operatörsträning i styrsystemet utfördes och fullständig teknisk dokumentation samt IQ/OQ-valideringsdokument levererades.

Ingen oplanerad driftstopp inträffade; allt arbete slutfördes inom de schemalagda underhållsfönstren.

Resultat och fördelar (12 månader efter igångsättning)

Spolningsförlust på 28–48 m³/min kräver ytterligare kompressorkraft. Specifik effekt för oljefri centrifugalkompressor är ca 6 kW/m³/min → besparing av 170–290 kW kompressoreffekt.

Beräknat utifrån drift dygnet runt, sju dagar i veckan, 365 dagar om året. Motsvarande effekt för det ursprungliga systemet: 350 kW (mellanklass), nytt system: 3 kW. Årlig besparing ≈ (350–3) kW × 8 760 h ≈ 3 040 000 kWh. Vid industriell elprisnivå på ¥0,70/kWh uppgår den årliga elkostnadsbesparingen till ca ¥2,13 miljoner. Inklusive underhållsbesparingar uppgår den totala årliga fördelen till ca ¥2,46 miljoner.

Mätbara fördelar

• Anmärkningsvärda energibesparingar:  HOC-tekniken uppnår nästan noll elkonsumtion för torkprocessen – total styrutrustning för fyra torkar förbrukar endast ca 3 kW. Jämfört med de ursprungliga uppvärmda spoltorkarna sjönk regenereringsenergiförbrukningen med ca 97 %. Genom att eliminera spolningsförlusten behöver kompressorerna inte längre producera extra luft för att kompensera. Årliga elbesparingar överstiger 3 miljoner kWh , vilket motsvarar en minskning av CO₂-utsläppen med cirka 1 670 ton/år (baserat på Kinas nätets utsläppsfaktor på 0,55 kg CO₂/kWh). Detta stödjer kraftfullt Fuyao Groups ESG-mål om koldioxidneutralitet.
• Risk för flytande vatten helt eliminerad:  HOC-torkare fungerar enligt adsorptionsprincipen – inget flytande kondensat produceras under torkprocessen, vilket grundläggande eliminerar risken för katastrofala fel på grund av att flytande vatten transporteras vidare på grund av fel på kondensatavtappningsventilen.
• Stabil daggpunkt året runt:  Onlineövervakning visar att tryckdaggpunkten konsekvent ligger mellan -42 °C och -44 °C hela året, aldrig överstiger -40 °C även under varma, fuktiga sommarförhållanden. Inga fuktrelaterade defekter har rapporterats från belagda glas- eller lamineringsskivlinjer.
• Modulär redundans och framtida utbyggnad:  Med fyra torkare konfigurerade som tre i drift + en i reserv kan varje enskild enhet tas ur drift för underhåll utan att påverka produktionen – de återstående tre levererar fortfarande 510 m³/min, vilket fullt täcker basens toppbelastning på 550–600 m³/min. När framtida kapacitetsutvidgning kräver mer flöde kan reservenheten tas i drift för att uppnå fyra-enheter-i-drift-läge (680 m³/min) utan att ytterligare utrustning behöver köpas.
• Kraftigt minskat underhåll:  HOC-torkare har långa cykeltider (6–8 timmar), vilket resulterar i mycket låg frekvens av ventilstyrning. Ingen elförbrukning för uppvärmning, inga högfrekventa växlingsventiler, ingen risk för att torkmediet förgiftas av olja. Förväntad livslängd för torkmediet är mer än 5 år.
• Investeringsränta:  Total installerad kostnad ≈ 5,2 miljoner yuan  (fyra torkare och tillbehör). Årlig elbesparing ≈ 2,13 miljoner yuan , underhållsbesparing ≈ 0,33 miljoner yuan , total årlig nytta ≈ ¥ 2,46 miljoner . Avkastningsperiod ≈ 2,1 år .
• Stödja byggandet av en smart fabrik med noll koldioxidutsläpp:  HOC-torkarens användning av avfallsvärme för regenerering utan att förbruka någon extra el minimerar torkningsprocessens koldioxidavtryck, vilket ger starkt stöd till Fuyao s initiativ för smarta fabriker med noll koldioxid.

Kundupplysningar

vårt ursprungliga torkningssystem på Fuqing-basen led av flera problem: risk för att kondensatflödet skulle misslyckas i kyltorkar, höga torkningsförluster, instabil daggpunkt och fel anpassning till våra nollkolvmål. Det nya HOC-torksystemet med fyra enheter med 3+1 modulär redundans tar i grunden itu med alla dessa problem inget flytande vatten, inga förlustar, nästan noll elförbrukning och stabil daggpunkt under -40°C året runt. Den årliga elbesparingen överstiger 3 miljoner kWh, med en åter Denna lösning har blivit ett riktmärke för uppgradering av tryckluftstorkningstekniken inom Fuyao-koncernen.

— Verktygschef, Fuyao Glass Fuqing-basen