Co wspólnego z niezawodnością i trwałością pracy sprężarek ma system odzysku ciepła z ich obiegu olejowego?

Różne dane o poborze energii elektrycznej przez przemysł w Polsce podają liczby od 50 do 67 TWh rocznie jako średnią z ostatnich kilku lat. Jeśli dla uproszczenia analizy przyjmiemy tę wartość średniego poboru energii jako 60 TWh, a z kolei wg naszych statystyk pobór energii elektrycznej na produkcję sprężonego powietrza przyjmiemy na poziomie ok. 10%, czyli 6 TWh, to jednocześnie – zakładając bardzo konserwatywnie – możemy z tego odzyskać ok. 60% energii cieplnej w postaci ciepłej wody o temperaturze  ok. 70-75^oC. W niektórych przypadkach nawet do 85^oC, co stanowiłoby ok. 3,6 TWh energii cieplnej rocznie. Jeśli zaś za raportem GUS zacytujemy, że: „W gospodarstwach domowych zużywaliśmy energię finalną łącznie w ilości 1,55 toe/mieszkanie” (z czego na potrzeby centralnego ogrzewania i ciepłej wody zużywaliśmy - średnio – odpowiednio 66% i 16,1%), zatem łącznie 82,1% tej energii, czyli 1,273 toe = 14,8 MWh zużywaliśmy na ciepło na 1 mieszkanie- dojdziemy wtedy do wniosku ile mieszkań w Polsce można by było ogrzać dzięki odzyskowi ciepła ze sprężarek.

(Raport GUS pt. ”Efektywność wykorzystania energii w latach 2010 - 2020”. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2022)

Wystarczyłoby to na ogrzanie i ciepłą wodę dla ponad 243 tysięcy mieszkań.

Wg danych statystycznych za 2023 rok, odpowiada to potrzebom ponad 931 tysięcy osób, czyli prawie 1 miliona mieszkańców.

Realia przemysłowe oczywiście nie ułatwiają takich działań, by w tak prosty sposób doprowadzać do odzysku ciepła w przemyśle, i żeby przekonwertować to ciepło na potrzeby mieszkańców okolic przemysłowych. Zdaję sobie sprawę, że mówię tu trochę o „science fiction”, ale jeśli politycy zauważą milion wyborców, to może ich wrażliwość będzie kierować się bardziej w stronę „science”, a nie „fiction”. Uzmysławiam tym sobie, że jeśli tego ciepła nie odzyskujemy, to popełniamy wielki błąd, albo delikatnie rzecz ujmując głupotę. To ciepło jest za darmo, albo inwestycja w jego odzyskanie zwraca się w ciągu 1- 2 lat. Oznacza to zwrot z inwestycji rzędu 50-100%, co jest po prostu bardzo atrakcyjne finansowo. Przemysł ma do ogrzania biura, ale przede wszystkim procesy technologiczne. Podczas zmiany sposobu myślenia może na tym bardzo dobrze zarobić, a co ważniejsze – ograniczyć swój negatywny wpływ na środowisko i zmniejszyć kosztowne emisje gazów cieplarnianych. W prostych słowach - warto zrobić coś, z czego korzyści ma inwestor, jego sąsiedzi, a w ogólnym rozrachunku także jego dzieci i wnuki, ponieważ mają czystsze powietrze. Dla mnie takie działanie to postawa obywatelska, postawa kogoś, kto dba o dobro wspólne.

W Polsce coś musi się stać obowiązkiem obywatelskim, żeby ktoś się nad tym głębiej zastanowił, ale jeżeli już ktoś to robi, to dobrze, żeby kierował się tym jako swoim przywilejem, a nie obowiązkiem.

Mam nadzieję, że jestem komunikatywny, natomiast nie chciałbym zostawić Państwa bez dokończenia historii, od której zacząłem. Co się wydarzyło dalej?

Jak „pogrzebaliśmy” w szczegółach okazało się, że w poprzedniej fabryce rzeczywiście zainstalowano „odzysk ciepła do sprężarek”, czyli wymiennik płytowy, którego spadku ciśnienia nikt nie znał. Zainstalowano również pompę wody, która wprawdzie miała falownik, ale nikt nim nie sterował– dołożono dodatkowy termostat, a nie dodano żadnego sterownika śledzącego i reagującego na zmieniające się parametry chłodzonego oleju i chłodzącej wody. Natomiast stwierdzenie „pompa jest rozkręcona na 100%, więc nic złego się nie wydarzy…” Nic złego by się nie wydarzyło, gdyby:

• nie zadziałał syndrom szybkiego ROI (oryginalny termostat sprężarek został wymieniony na „wysokotemperaturowy”, który doprowadzał sprężarki do pracy przy temperaturze oleju powyżej 100^oC.

Oba termostaty niestety się zawieszały skutkiem czego:

• podczas pracy sprężarek, przy temperaturze oleju powyżej 93-95^oC ich separatory, nie były w stanie zatrzymywać w obiegu sprężarki oleju o takiej lepkości i gęstości i olej migrował w rurociągi pomimo filtracji (klasyczne filtry mają także limity swojej skuteczności),
• ze względu na zwłokę czasową każdego z termostatów, które mogą się na siebie nałożyć lub z powodu zawieszania się termostatów – bardzo łatwo było doprowadzić temperaturę oleju do wartości 112-115^oC– co przy większości znanych mi sprężarek śrubowych z wtryskiem oleju oznacza wyłączenie z powodu zbyt wysokiej temperatury.

Nie brałem pod uwagę przy tej analizie spadków ciśnienia na zmodyfikowanym układzie olejowym, dodam, że na co dzień spotykam się z tym, że inicjalnych spadków ciśnienia na wymienniku nie znają ich instalatorzy.

Kiedy wyjaśniłem Użytkownikowi, jak powinno się bezpiecznie sterować układem odzysku sprężarek, jak go zbudować, aby był efektywny pod kątem odzysku energii, ale i niezawodności pracy sprężarek,  poprosił mnie o wyliczenie potencjału efektywności i nakładów na inwestycje. Zrobiłem to dla niego w oparciu o proste odczyty godzin pracy sprężarek za referencyjny tydzień pracy, co pozwoliło mu ocenić, czy to jest dla jego fabryki opłacalna inwestycja. Wstępna analiza wskazywała na zwrot z inwestycji w ciągu 16 miesięcy. Jego cena za energię elektryczną przyjęta do obliczeń, to 650,-zł/MWh, a cena gazu, którego pobór chciał ograniczyć właśnie poprzez odzyskiwanie ciepła ze sprężarek 190,-zł/MWh. Jego fabryka pracuje 7 dni w tygodni przez 24h i ma tylko 3 tygodnie postojów remontowo - konserwacyjnych w roku. Użytkuje 4 sprężarki śrubowe z wtryskiem oleju 2 marek. Nauczony wcześniejszymi przykładami zasugerowałem, żeby najpierw zastosował system nadrzędnego sterowania sprężarkami, a potem instalował odzysk ciepła – ale o tym – w kolejnym artykule na tym portalu.

Co z niezawodnością? Rzeczywiście, to najważniejsze kryterium oceny systemu sprężonego powietrza, bo jak nie ma powietrza, nie można prowadzić normalnej produkcji w pełnym jej wymiarze. Pokazałem Użytkownikowi w jaki sposób zamierzamy dopilnowywać przy pomocy automatyki, sterowania i właściwie dobranych komponentów systemu (nie tylko najsprawniejszego wymiennika ciepła woda – olej, ale także wymiennika, którego spadek ciśnienia na „zimnym” oleju o temperaturze 35^oC jest poniżej 0,14 bar).

Postanowił to sprawdzić u użytkowników, którzy eksploatują dostarczane przez nas systemy, żeby upewnić się, że zimą temperatura oleju nie spada poniżej 68^oC (groziłoby to rozpoczęciem wykraplania się wody ze sprężonego powietrza, które przecież zawiera parę nasyconą i bezwodniki kwasów, co prowadzi do przyspieszonej korozji elementów wewnętrznych sprężarek, w tym łożysk i przekładni, z którymi kontaktuje się olej rozprowadzający po sprężarce także wszystko to, co ona wcześniej zassała),a latem nie przekracza temperatury 93^oC, więc dzięki sterowaniu pracą układu poprzez algorytm przebadany, zweryfikowany i zadany systemowi sterowania. W takich warunkach praca sprężarki jest bezpieczna. Muszę niestety dodać, że w tej sprężarkowni, podobnie jak w 60% przez mnie odwiedzanych, były za małe czerpnie wlotowe świeżego powietrza oraz zwężające się kanały wyrzutowe, które nie były izolowane…

Podsumowując, w oparciu o doświadczenie w realizacjach systemów odzysku ciepła – poprawnie zaprojektowany w kontekście bezpieczeństwa potrzeb cieplnych sprężarek oraz sterowany, także w celu maksymalnego odzyskiwania energii system odzysku ciepła,  który dostarczany także z ciepłomierzem i możliwością zdalnego podglądu jego pracy poprawia nie tylko bilans energetyczny, ale zasadniczo poprawia komfort cieplny pracy sprężarek chłodzonych powietrzem.

Od momentu zainstalowania odzysku ciepła pracują one na optymalnych temperaturach, co przyczynia się do zwiększenia nie tylko ich żywotności, ale zapewnienia niezawodnej pracy, która była wydajniejsza niż tylko jako maszyny chłodzone powietrzem.

Jeśli masz dodatkowe pytania – spotkaj się z autorem podczas Konferencji „Jesienna Szkoła Utrzymania Ruchu” towarzyszącej Targom SYMAS® MAINTENANCE lub skontaktuj się z nim bezpośrednio: wojciech.halkiewicz@7bar.pl