【壓縮機網(wǎng)】John是一家金屬加工和裝配廠(chǎng)的設備經(jīng)理，他有一套復雜的建筑管理系統，可以跟蹤包括壓縮空氣系統在內的許多建筑系統的性能。在他的辦公桌上，這套系統似乎產(chǎn)生了一些奇怪的讀數，他懷疑這是流量計測量總壓縮空氣輸出的測量誤差。當他將空氣壓縮機的安培數與流量進(jìn)行比較時(shí)，系統有時(shí)顯示沒(méi)有空氣壓縮機在運行，但流量計仍能讀取到工廠(chǎng)有很大流量輸出，而且更換儀表后也并沒(méi)有糾正這種情況。

　　之后，壓縮空氣審計員發(fā)現了一個(gè)意料之外的問(wèn)題：John的公司沒(méi)有遵守良好能源管理體系的一個(gè)規則——即在完整的測量邊界內捕捉讀數。

　　本文即對這個(gè)特殊工具所面臨的挑戰，以及對準確的關(guān)鍵性能指標（KPI）的需求進(jìn)行分析討論。
 

　　背景

　　壓縮空氣是一種昂貴的公用資源，用于傳輸能源到工業(yè)機器。如果測量一個(gè)系統的空氣壓縮機的功率輸入，并比較各種消耗壓縮空氣的機器或工具的功率輸出，我們通常會(huì )發(fā)現，只有十分之一的能量輸入轉移到該機器的輸出。一部分原因是物理學(xué)層面的，壓縮空氣產(chǎn)生熱量，熱量中的能量會(huì )損失到大氣中，一個(gè)重要原因是壓縮空氣操作人員制造和使用（或濫用）壓縮空氣的方式。

　　所有的工業(yè)設施都使用某種形式的壓縮空氣，而且在大多數情況下，空氣壓縮機消耗的能源占總能源消耗的很大一部分。一個(gè)具有良好能源管理系統的設施很可能將其壓縮空氣系統確定為一個(gè)重要的能源用戶(hù)(SEU)。如果工廠(chǎng)使用能源管理標準，如ISO 50001，他們將被要求評估和跟蹤所有SEU的能源消耗。就金屬加工設施而言，John公司正在測量工廠(chǎng)內250多臺設備的產(chǎn)量，包括建筑加熱器、RTU、集塵器，并跟蹤它們的電力、天然氣和水的消耗。

　　迄今為止，他們在能源管理方面的努力取得了令人印象深刻的成果。自2012年以來(lái)，該設施的電力成本降低了25%，足以贏(yíng)得當地能源機構頒發(fā)的一項著(zhù)名獎項。John知道他們的壓縮空氣測量系統存在問(wèn)題，并且知道在更好地測量他們的性能方面可以獲得良好的潛在效率收益，于是他請了一位壓縮空氣審計員來(lái)檢查。

 

　　關(guān)鍵績(jì)效指標及其價(jià)值

　　維基百科對KPI有一個(gè)很好的定義，“績(jì)效指標或關(guān)鍵績(jì)效指標是一種績(jì)效衡量。關(guān)鍵績(jì)效指標評估特定活動(dòng)的成功。”該定義提出以下幾點(diǎn)：

　　1）通常，成功僅僅是重復的、周期性地實(shí)現某些級別的操作目標。

　　2）有時(shí)成功的定義是戰略目標取得進(jìn)展。

　　3）因此，選擇正確的KPI取決于對重要內容的良好理解。

　　4）什么被認為是重要的往往取決于衡量績(jì)效的部門(mén)。

　　5）KPI評估常常導致識別潛在的改進(jìn)，因此性能指標通常與性能改進(jìn)計劃相關(guān)聯(lián)。

　　來(lái)自Klipfolio.com關(guān)于KPI的一個(gè)非常重要的觀(guān)點(diǎn):

　　1）KPI的價(jià)值取決于它所激發(fā)的行動(dòng)。

　　2）KPI最重要但常常被忽視的一個(gè)方面是，它們是一種溝通形式。因此，它們遵守與任何其它形式的通信相同的規則和最佳實(shí)踐方式。簡(jiǎn)潔、清晰和相關(guān)的信息更容易被吸收并付諸行動(dòng)。

　　由于壓縮空氣系統的運行成本較高，關(guān)鍵性能的測量對壓縮空氣系統非常重要。一個(gè)行業(yè)標準是很少對這些系統進(jìn)行性能測量的，但我們通過(guò)經(jīng)驗知道，大量壓縮空氣系統的運行效率非常低，浪費水平很高。我們還知道，這些系統的所有者和運營(yíng)商往往沒(méi)有意識到這些問(wèn)題。測量這些系統的關(guān)鍵性能可以提高對這些問(wèn)題的認識，并將其放在首位。因此，一個(gè)良好的測量和評估壓縮空氣相關(guān)KPI的系統可以顯著(zhù)提高壓縮空氣的運行成本、可靠性和質(zhì)量。

 

　　什么關(guān)鍵績(jì)效指標是最重要的？

　　到目前為止，在壓縮空氣系統中最重要的是關(guān)注空氣壓力。事實(shí)上，許多用戶(hù)會(huì )犧牲能源效率來(lái)達到良好的系統壓力。

　　在一個(gè)典型的系統中，通常在整個(gè)設備中有數百個(gè)壓力測量裝置來(lái)顯示空氣壓力的狀態(tài)，這也表明了它的重要性。

　　更重要的是，正如“壓縮空氣挑戰”在其基礎培訓研討會(huì )上所教授的，壓縮空氣生產(chǎn)商應該確保他們擁有“干凈、干燥、穩定的壓縮空氣流動(dòng)，在適當的壓力下，以一種低成本的方式輸送”。此外，系統的所有者和運營(yíng)商需要將泄漏、人為需求和不當使用壓縮空氣造成的浪費降到最低。

　　但是我們如何知道我們正在實(shí)現這些目標呢？這就是測量的用武之地，任何壓縮空氣系統的審計員都知道這一點(diǎn)。如果沒(méi)有某種度量，系統就無(wú)法得到適當的管理。在測量壓縮空氣系統并與典型基準進(jìn)行比較時(shí)，一個(gè)好的壓縮空氣審核員（或能源管理者）可以非常迅速地確定某個(gè)特定系統是否有改進(jìn)的潛力。這通常涉及在空氣壓縮機上安裝臨時(shí)儀表，但更有價(jià)值的是一個(gè)良好的永久性監測系統，它允許操作人員確保他們的系統正常運行，并長(cháng)期保持這種狀態(tài)。

　　測量壓力性能：一個(gè)例子

　　讓我們看看一些測量壓力性能的方法。最簡(jiǎn)單的方法是讓系統操作員定期抽查他們特定生產(chǎn)機器上的壓力表，圖1顯示了一個(gè)例子。
 

 

　　如果儀表上的針位于高低線(xiàn)之間，一切正常。但是，如果操作員不總是看儀表，他可能會(huì )錯過(guò)這個(gè)關(guān)鍵參數超出正常范圍的時(shí)間。確保壓力性能的更好的監視方法是記錄數據并繪制壓力隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。圖2中描述了一個(gè)例子。這是一個(gè)典型的金屬加工和裝配廠(chǎng)一周的壓力圖。

　　工廠(chǎng)的目標是使關(guān)鍵裝配工具的壓力始終高于90psi，這是工具的額定值。從圖表中我們可以看到，這個(gè)目標似乎是在這個(gè)測量期間實(shí)現的，但它是嗎？在這段時(shí)間里，工廠(chǎng)報告了工具的故障。如果我們進(jìn)一步挖掘，我們發(fā)現測量到的壓力是在空氣壓縮機的排氣口，而不是工具的排氣口。

　　如圖3所示，在工具輸入端測量實(shí)際壓力的附加軌跡表明壓力確實(shí)下降到90psi以下。如果操作人員在錯誤的時(shí)間進(jìn)行現場(chǎng)讀數，他們會(huì )錯過(guò)隨后在生產(chǎn)高峰期發(fā)生的低壓事件。有趣的是，盡管在他們的建筑中有數百個(gè)測量點(diǎn)，并且氣壓對工廠(chǎng)裝配工具具有很高的重要性，但壓縮空氣壓力并不是一個(gè)被監控的參數。
 

 

　　安裝一些流量和空氣壓縮機/干燥器電流的附加計量裝置可以提供有關(guān)此系統的更多信息。我們可以在圖4中看到，壓力問(wèn)題是由瞬時(shí)高流量事件引起的，并且在高流量下，一些部件發(fā)生了較大的壓降（這被確定為空氣干燥器過(guò)濾器）。

 

　　在流量水平上，電力消耗似乎過(guò)高，系統在生產(chǎn)500cfm的同時(shí)，每100cfm平均消耗27千瓦。這與每100cfm約20千瓦的最佳值有所不同。值得注意的是，在測量的開(kāi)始和結束(周末流量)的非生產(chǎn)時(shí)間內，低水位流量出現了階躍變化。

　　盡管有廣泛的監測系統，但該現場(chǎng)存在壓力問(wèn)題，系統浪費嚴重，壓縮空氣生產(chǎn)效率低下。壓縮空氣管理系統沒(méi)有明確的目標KPI，并且缺乏與能源管理人員溝通的良好系統，因此他們意識不到到這些問(wèn)題。

　　公平地說(shuō)，行業(yè)中關(guān)鍵績(jì)效的混淆并不少見(jiàn)。為了改善這一問(wèn)題，加拿大標準協(xié)會(huì )制定了CSA C837標準“壓縮空氣系統的監測和能源性能”。

 

　　意外的挑戰增加了難度

　　測量系統經(jīng)常會(huì )出現意想不到的挑戰，這會(huì )使KPI的計算和分析變得更加困難，最常見(jiàn)的是：

　　1）露點(diǎn)尖峰-有時(shí)空氣干燥器的故障，或糟糕的系統設計，將導致水進(jìn)入熱質(zhì)量流量計。由于這種流量計類(lèi)型不能在濕壓縮空氣中工作，KPI計算將出現錯誤。

　　2）流量計的放置-有時(shí)流量計沒(méi)有按照制造商的規范安裝，導致測量誤差。大多數安裝在壓縮空氣系統上的流量計都是放置在干燥后系統輸出端的熱質(zhì)量裝置上。如果烘干機是干燥劑型裝置，這種布置不會(huì )捕獲進(jìn)入烘干機的凈化氣流，使測量的空氣壓縮機消耗的功率超過(guò)它應該消耗的功率。這種布置不會(huì )捕獲壓縮機房?jì)刃孤┗蚺欧艔U物所消耗的流量。因此，重要的是使用計算流量（基于壓縮機狀態(tài)）和測量流量進(jìn)行比較，有時(shí)安裝流量計直接測量每個(gè)空氣壓縮機的排放量。

　　3）高度變化的流量-如果將流量計放置在卸載空氣壓縮機的排放口上，并繪制數據，結果將是一條難以解釋的粗模糊線(xiàn)。在這些情況下，需要對數據應用移動(dòng)平均值來(lái)揭示系統趨勢。

　　4）流動(dòng)方向的改變——有時(shí)，根據流量計的位置，流動(dòng)方向會(huì )改變。這方面的一個(gè)例子有流入和流出放置在不運行的空壓機排氣口上的接收器。當系統壓力變化時(shí)，流量計將捕捉進(jìn)出接收器的流量。大多數熱質(zhì)量流量計都無(wú)法判斷流量方向，所以負流量將被記錄為正流量，這將會(huì )影響KPI的計算。如果在環(huán)形管道系統中安裝流量計，也會(huì )發(fā)生類(lèi)似的情況。因此，將需要特別計算來(lái)處理這些數據。有一些流向開(kāi)關(guān)可以用來(lái)糾正這種情況，也有一些流量計可以測量流動(dòng)方向，進(jìn)而來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
 

 

　　監控系統示例

　　這個(gè)案例中的金屬加工和裝配工廠(chǎng)有一個(gè)優(yōu)秀的建筑管理系統，可以在這個(gè)系統上構建一個(gè)非常需要的儀表盤(pán)屏幕，顯示重要的壓縮空氣KPI。多年來(lái)，本文作者構建了一些相當成功的壓縮空氣監測系統，但面臨的最大挑戰是以一種可理解的方式將系統中的數據傳遞給用戶(hù)。

　　老實(shí)說(shuō)，看壓縮空氣系統的參數很無(wú)聊，就像看油漆干了一樣。在一個(gè)正常運行的系統中，大多數時(shí)候會(huì )有很多不需要擔心的事情。在一個(gè)繁忙的工廠(chǎng)里，壓縮空氣系統的操作員和管理者有許多其他的任務(wù)來(lái)吸引他們的注意力和努力，他們通常沒(méi)有時(shí)間經(jīng)?？此麄兊膲嚎s空氣系統。因此，一個(gè)成功的監控系統需要簡(jiǎn)單易用，創(chuàng )建可理解的數據，并具有一個(gè)警告系統，以便能夠快速發(fā)現系統中的問(wèn)題。

　　由于壓縮空氣用戶(hù)對能源效率越來(lái)越感興趣，一些創(chuàng )新型公司已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)用于監控重要壓縮空氣KPI的工具，并使用儀表板和數據分析工具創(chuàng )建了本地或基于web的平臺。

　　圖5顯示了一個(gè)跟蹤各種壓縮空氣參數的儀表板產(chǎn)品示例。該系統使用與CSA標準C837-16相同的術(shù)語(yǔ)。用戶(hù)可以一眼看出他們的系統在用戶(hù)選擇的度量周期中執行得如何。瞬時(shí)值、參數的最小值和最大值、能量和流量都顯示在查看器的信息中。該系統具有良好的預警系統和完善的報表結構，對用戶(hù)具有重要意義。

　　圖5所示為該系統的屏幕，其中包含一些分析工具，可以用來(lái)跟蹤系統曲線(xiàn)，即能源與空氣消耗之間的關(guān)系。一個(gè)完美的系統，其能量響應與流量變化成正比，趨勢線(xiàn)的終點(diǎn)為零，如圖6所示。

　　一個(gè)低效的系統會(huì )有一個(gè)看起來(lái)像散彈槍的圖形，對氣流變化的能量響應非常差。這個(gè)系統曲線(xiàn)可以用來(lái)預測通過(guò)減少壓縮空氣泄漏、改變壓力或改變壓縮空氣的生產(chǎn)方式(更高效的壓縮機或控制)可以獲得的節約。這個(gè)儀表板和分析系統是為用戶(hù)設計的，但是有工具和分析方法，可以被高級審計員用來(lái)幫助提出節能措施，包括泄漏檢測和管理模塊。

 

　　結論

　　擁有一個(gè)用于監控壓縮空氣系統的工具對工廠(chǎng)能源管理者來(lái)說(shuō)是一項寶貴的資產(chǎn)，但更重要的是該系統的輸出清晰且易于使用。最佳實(shí)踐方式是監視系統的特定功率，以確保壓縮空氣的生產(chǎn)是高效的，并保持高效。

　　隨著(zhù)時(shí)間的推移，跟蹤流量和能耗，并比較測量周期，可以告訴工廠(chǎng)操作員，壓縮空氣系統在適當或不適當使用壓縮空氣和浪費水平方面的趨勢如何。如果KPI開(kāi)始顯示異常讀數，就需要有一個(gè)系統來(lái)引起操作員的注意，這樣就可以及時(shí)做出調整和改進(jìn)。

 

來(lái)源：本站原創(chuàng )