Виробництво автостекол — модульна система осушувачів на основі тепла стиснення забезпечує економію понад 3 млн кВт·год щорічно

Meta Description:  Світовий лідер у виробництві автостекол, компанія Fuyao Glass, встановила чотири адсорбційні сушарки з використанням тепла стиснення потужністю 170 м³/хв на своїй базі в м. Фуцінь, досягнувши стабільної температури точки роси −40 °C, нульових втрат при продувці, модульної резервування, щорічного енергозбереження понад 3 млн кВт·год та терміну окупності близько 2 років.

Приклад Клієнта

Fuyao Glass Industry Group Co., Ltd.  є найбільшим у світі та найбільш технологічно розвиненим постачальником рішень для автостекол. Цей проект модернізації розташований на базі Fuyao Glass у Економіко-технологічній зоні розвитку Фуцінь Жунцяо, вулиця Янся, провінція Фуцзянь . Ця база є глобальним експортним проектом Fuyao, її площа становить 627 му (приблизно 41,8 гектара), а метою є створення світового класу «розумного заводу» з нульовими викидами вуглекислого газу.

Fuyao Glass перебуває в критичному періоді розширення потужностей, що ставить небачені вимоги до надійності, енергоефективності та масштабованості її системи стисненого повітря. Загальна потреба бази у стисненому повітрі становить приблизно 550–600 м³/хв (приблизно 33 000–36 000 м³/год)  , працює цілодобово, щоб обслуговувати всю лінію виробництва плавленого скла та кілька ліній глибокої обробки високоякісного автомобільного скла.

Застосування стисненого повітря у виробництві автомобільного скла

(Зміст без змін — такий самий, як у попередній версії)

Проблемні моменти

Оригінальна система осушення стисненого повітря бази складалася з комбінації великих холодильних осушувачів та адсорбційних осушувачів із нагрівом регенераційного газу (типу «мікронагрів»)  . У зв’язку з швидким розширенням виробничих потужностей та підвищенням стандартів якості процесу оригінальна система продемонструвала кілька структурних проблем:

• Ризик витоку конденсату з холодильних осушувачів:  Лінії виробництва плавленого скла та покритого скла мають надзвичайно низьку допустиму межу вологості. Холодильні осушувачі конденсують і видаляють воду шляхом охолодження, спираючись на автоматичні клапани для відводу конденсату. Однак клапан для відводу конденсату є компонентом із найвищою частотою відмов у будь-якій системі холодильних осушувачів — незалежно від того, чи це поплавцевий, таймерний чи електронний клапан, усі вони схильні до заїдання, засмічення або електричних відмов під час тривалої безперервної роботи. Якщо клапан для відводу конденсату вийде з ладу, конденсат потрапить безпосередньо в трубопроводи та обладнання наступного ступеня. У виробництві скла потрапляння рідкої води в адсорбційну башту призведе до швидкого руйнування осушувального агента. Ще серйозніше, проникнення вологи в камеру нанесення покриття або в зону збирання PVB призведе до відхилення цілих партій продукції, а втрати від одного такого випадку можуть досягти кількох мільйонів юанів. У масштабному безперервному виробництві компанії Fuyao будь-яка відмова клапана для відводу конденсату є неприпустимим ризиком для якості.
• Значні втрати через продувку в осушувачах із підігрівом продувного газу:  Нагрівані осушувачі з продувкою все ще споживають 5–8 % від своєї номінальної продуктивності у вигляді повітря для регенерації. Для загальної потужності системи приблизно 550–600 м³/хв це означає, що 28–48 м³/хв сухого стисненого повітря постійно скидається  в атмосферу — що еквівалентно постійній роботі додаткового великого компресора.
• Нестабільність точки роси:  У спекотну й вологу літню погоду ефективність регенерації нагріваних осушувачів з продувкою знижується. Точка роси за тиском коливається, іноді піднімаючись вище −30 °C, через що важко стабільно забезпечити проектну ціль −40 °C для високоякісної продукції.
• Розсіяність обладнання та значне навантаження на технічне обслуговування:  Кілька одиниць, розташованих по всьому приміщенні службових систем, призвели до низького рівня використання площі та високого навантаження на обслуговування. Пневматичні клапани потребували ремонту або заміни кожні 12–18 місяців, а інтенсивність втрат адсорбенту зросла.
• Неможливість задовольнити потреби у розширенні потужності:  Оригінальна система сушіння вже наближалася до свого граничного рівня потужності й не могла забезпечити майбутнє розширення.
• Невідповідність цілям «Розумного заводу з нульовими викидами вуглекислого газу»:  База у Фуціні позиціонується як світового класу «розумний завод з нульовими викидами вуглекислого газу». Високе енергоспоживання та значні втрати при продувці в оригінальній системі сушіння серйозно суперечили цій стратегічній меті.

Фігура: адсорбційний осушувач стисненого повітря з використанням тепла стискання, 170 Нм³/хв

Наше рішення

Відповідаючи ключовим вимогам Fuyao Glass щодо дуже великої потужності, відсутності ризику потрапляння рідкої води, відсутності втрат при продувці, високої енергоефективності, низьких витрат на технічне обслуговування та модульної резервування , і враховуючи те, що база у Фуціні має кілька великих безмасляних центрифугальних компресорів  , що працюють цілодобово, ми розробили модульну адсорбційну систему осушування стисненого повітря з використанням тепла стискання (HOC)  складається з чотири сушарки HOC  працюють паралельно, забезпечуючи резервування N+1 (або навіть N+2).

Ключова технологія: тепло стиснення (HOC)

Технологія HOC використовує тепло стиснення від попередніх безмасляних центрифугальних компресорів (температура на виході зазвичай 120–160 °C) для регенерації сухого агента, не споживаючи додаткової електричної енергії для нагріву та не використовуючи стиснене повітря для продувки.

Чому HOC замість продувки вентилятором?  Для бази Fuyao у Фуціні — масштабного застосування з кількома безмасляними центрифугальними компресорами, що працюють 24/7 на повному навантаженні — технологія HOC забезпечує неперевершені переваги:

Безмасляні відцентрові компресори на базі Фуцінь мають стабільну температуру випуску в діапазоні 120–150 °C, що повністю задовольняє вимоги до джерела тепла для регенерації HOC.

Ключове обладнання

• Сушильники:  Чотири HOC-Dry 170  адсорбційні сушильники з використанням тепла стиснення, кожен із продуктивністю 170 м³/хв (10 200 м³/год)  . Встановлені паралельно, їх можна гнучко налаштувати як три робочих + один резервний  (загальна продуктивність 510 м³/хв) або чотири робочих  (загальна продуктивність 680 м³/хв), що задовольняє поточні та майбутні потреби у розширенні.
• Метод регенерації:  Невеликий потік гарячого стисненого повітря (температура приблизно 120–150 °C) відбирається з нагнітаючого патрубка центрифужного компресора до охолоджувача після компресора  і направляється до башти, що потребує регенерації. Тепло видаляє вологу з осушувального агента, а вологе повітря виводиться в атмосферу. Увесь процес регенерації не споживає стиснене повітря для продувки й електричну енергію для нагріву  — енергія для регенерації надходить повністю з відпрацьованого тепла, яке інакше б розсіювалося.
• Конструкція з нульовим ризиком потрапляння рідкої води:  Осушувачі HOC працюють за принципом адсорбція  адсорбції, а не конденсації — у процесі сушіння рідкий конденсат не утворюється, тому відсутній ризик перенесення рідкої води через відмову клапана скидання конденсату . Крім того, система HOC оснащена високоефективним вхідним сепаратором для уловлювання будь-якої випадкової рідкої води з трубопроводу на вході.
• Система управління:  Майстер-контролер PLC Siemens S7-1500 координує роботу чотирьох сушильників, вирівнюючи тривалість їхньої роботи на основі онлайн-моніторингу точки роси та автоматично виводячи з експлуатації будь-який несправний агрегат із подачею сигналу тривоги. Промисловий сенсорний екран HMI діагоналлю 15 дюймів відображає поточні параметри роботи та історичні тенденції. Система інтегрована в центральну систему DCS компанії Fuyao для дистанційного моніторингу та управління сповіщеннями.
• Пакет фільтрації:  Попередній фільтр (1 мкм) видаляє частинки з трубопроводу; фільтр після сушильника (0,01 мкм) затримує можливі дрібні частинки осушувального матеріалу; високоефективний вхідний сепаратор забезпечує перехоплення будь-якої випадкової рідкої води до того, як вона потрапить у адсорбційні башти.

Технічні характеристики

Фігура: адсорбційні осушувачі повітря з використанням тепла стиснення, 170 Нм³/хв

Доставка та встановлення

Проект було реалізовано під час планових простоїв обладнання для технічного обслуговування на базі Фуцінь:

• Проектування та приймальні заводські випробування (6 тижнів):  Детальне проектування системи, вибір матеріалів, розробка логіки керування ПЛК. Завершено повне заводське приймальне випробування (FAT) усіх чотирьох сушарок HOC на виробничому підприємстві з імітацією реальних умов випуску стисненого повітря з компресора.
• Доставка та підготовка майданчика (2 тижні):  Чотири великі суцільні сушарки (кожна масою близько 18 тонн) доставлено на базу Фуцін. Вилучено старе обладнання для сушіння, підготовлено фундаменти та залишено місця для підключення трубопроводів.
• Монтаж (3 тижні):  Встановлено чотири сушарки на компактних рамах. Загальна площа, яку вони займають, становить приблизно 40 м² (на 30 % менше, ніж у початкової системи). Перебудовано колектори стисненого повітря для підключення високотискового повітряної мережі бази до вхідного патрубка кожної сушарки. Модифіковано трубопровід обхідного гарячого газу компресора для подачі тепла, необхідного для регенерації. Завершено прокладання силових і кабелів керування.
• Пусконалагоджувальні роботи та валідація (1 тиждень):  Систему промито, протестовано на герметичність, відкалібровано датчики точки роси. Під час безперервної роботи протягом 72 годин точка роси залишалася стабільною в межах від -42°C до -44°C. Операторів навчено роботі з системою керування; надано повну технічну документацію та документи валідації IQ/OQ.

Непланових простоїв не було; усі роботи виконано в межах запланованих вікон технічного обслуговування.

Результати та переваги (через 12 місяців після введення в експлуатацію)

Втрати при продувці в обсязі 28–48 м³/хв вимагають додаткової потужності компресора. Питома потужність безмасляного центрифугального компресора становить приблизно 6 кВт/(м³/хв) → економія потужності компресора від 170 до 290 кВт.

Розраховано за умови безперервної роботи 24/7/365. Еквівалентна потужність оригінальної системи — 350 кВт (середнє значення), нової системи — 3 кВт. Річна економія ≈ (350 – 3) кВт × 8760 год ≈ 3 040 000 кВт·год. За промисловою тарифною ставкою на електроенергію 0,70 юаня/кВт·год річна економія на електроенергії становить приблизно 2,13 млн юанів. Разом із економією на технічному обслуговуванні загальна річна вигода становить приблизно 2,46 млн юанів.

Кількісні переваги

• Вражаюча енергозбережність:  Технологія HOC забезпечує майже нульове електроспоживання під час процесу сушіння — загальна потужність систем керування чотирма сушильниками становить лише близько 3 кВт. У порівнянні з оригінальними сушильниками з нагріванням при продувці споживання енергії на регенерацію знизилося приблизно на 97 %. Усунення втрат при продувці означає, що компресорам більше не потрібно виробляти додаткове повітря для компенсації. Річна економія електроенергії перевищує 3 мільйони кВт·год , що еквівалентно зменшенню викидів CO₂ приблизно на 1670 тонн/рік (на основі коефіцієнта викидів енергосистеми Китаю — 0,55 кг CO₂/кВт·год). Це чудово відповідає цілям групи Fuyao щодо ESG-нейтральності вуглецю.
• Повне усунення ризику потрапляння рідкої води:  Сушильники HOC працюють за принципом адсорбції — під час процесу сушіння рідкий конденсат не утворюється, що принципово усуває катастрофічний ризик потрапляння рідкої води через відмову клапана для відводу конденсату.
• Стабільна точка роси протягом усього року:  Онлайн-моніторинг показує, що температура точки роси під тиском постійно знаходиться в діапазоні від −42 °C до −44 °C протягом усього року й навіть у спекотні й вологі літні умови ніколи не перевищує −40 °C. Жодних дефектів, пов’язаних із вологою, не було зареєстровано на лініях виготовлення покритого скла або ламінованого скла.
• Модульна резервування та можливість майбутнього розширення:  При налаштуванні чотирьох сушарок у режимі три робочі + одна резервна будь-яку окрему одиницю можна вивести з експлуатації для технічного обслуговування без порушення виробництва — решта трьох продовжують забезпечувати подачу повітря в обсязі 510 м³/хв, що повністю покриває піковий попит бази у 550–600 м³/хв. Коли у майбутньому розширення потужності вимагатиме більшого об’єму потоку, резервну одиницю можна ввести в роботу, щоб перейти у режим чотирьох робочих сушарок (680 м³/хв) без необхідності закупівлі додаткового обладнання.
• Радикальне зниження витрат на технічне обслуговування:  Сушарки HOC мають тривалі цикли роботи (6–8 годин), що забезпечує дуже низьку частоту перемикання клапанів. Відсутнє споживання електричного нагрівача, відсутні клапани з високочастотним перемиканням, відсутній ризик отруєння адсорбенту маслом. Очікуваний термін служби адсорбенту становить понад 5 років.
• Повернення інвестицій:  Загальна встановлена вартість ≈ 5,2 млн юанів  (чотири сушарки та аксесуари). Щорічна економія електроенергії ≈ 2,13 млн юанів , економія на технічному обслуговуванні ≈ 0,33 млн юанів , загальна щорічна вигода ≈ 2,46 млн юанів . Термін окупності ≈ 2,1 року .
• Підтримка будівництва «розумного заводу» з нульовим вуглецевим слідом:  Використання сушильником HOC тепла відходів для регенерації — без додаткового споживання електроенергії — мінімізує вуглецевий слід процесу сушіння й надає значну підтримку ініціативі Fuyao щодо створення «розумного заводу» з нульовим вуглецевим слідом.

Відгук клієнта

«Наша початкова система сушіння на базі у Фуціні страждала від кількох проблем: ризик виходу з ладу конденсатного дренажу в холодильних осушувачах, високі втрати при продувці, нестабільна точка роси та невідповідність нашим цілям щодо нульового вуглецевого сліду. Нова чотирикомпонентна система осушувачів HOC з модульною надлишковістю 3+1 принципово вирішує всі ці проблеми — відсутність рідкої води, відсутність втрат при продувці, споживання електроенергії майже нульове та стабільна точка роси нижче −40 °C протягом усього року. Щорічна економія електроенергії перевищує 3 млн кВт·год, а термін окупності становить близько двох років. Це рішення стало еталоном для модернізації технологій сушіння стисненого повітря в усьому концерні Fuyao.»

— Менеджер з експлуатації, база Fuyao Glass у Фуціні