Dans l'industrie moderne, le compresseur d'air, équipement essentiel, est largement utilisé dans divers processus de production. Cependant, sa consommation énergétique a toujours été une préoccupation majeure pour les entreprises. Face à la prise de conscience environnementale croissante et à la hausse des coûts de l'énergie, l'optimisation des économies d'énergie est devenue un enjeu crucial pour l'utilisation et la maintenance des compresseurs d'air. Cet article examine en détail les différents aspects de l'économie d'énergie des compresseurs d'air, aide les lecteurs à maîtriser les points clés et à parvenir à un fonctionnement plus écologique et efficace. Les critiques et corrections sont les bienvenues.
I. Traitement des fuites
On estime que les fuites d'air comprimé en usine atteignent en moyenne 20 à 30 %. Un petit trou de 1 mm², sous une pression de 7 bars, laisse échapper environ 1,5 L/s, ce qui représente une perte annuelle d'environ 4 000 yuans (pour l'ensemble des outils pneumatiques, tuyaux, raccords, vannes, etc.). Par conséquent, la priorité en matière d'économie d'énergie est de contrôler les fuites, de vérifier l'ensemble du réseau de distribution et les points de distribution de gaz, en particulier les joints et les vannes, afin de réparer les fuites au plus vite.
II. Traitement de la chute de pression
À chaque passage de l'air comprimé dans un équipement, une perte de pression se produit, réduisant ainsi la pression de la source d'air. Généralement, la chute de pression entre la sortie d'un compresseur et le point de distribution de gaz ne doit pas excéder 1 bar, et plus précisément 10 %, soit 0,7 bar. Dans la section de filtration à froid, la chute de pression est généralement de 0,2 bar. L'usine doit optimiser l'agencement du réseau de tuyauterie annulaire afin d'équilibrer la pression du gaz en chaque point, et procéder comme suit :
Installer un manomètre sur la section de canalisation afin de détecter la pression, vérifier en détail la chute de pression de chaque section, et contrôler et entretenir à temps la section problématique du réseau de canalisations.
Lors du choix d'un équipement à air comprimé et de l'évaluation des besoins en pression des appareils à gaz, il est essentiel de considérer attentivement la pression et le débit d'alimentation en gaz. Il convient de ne pas augmenter aveuglément la pression d'alimentation en air ni la puissance totale de l'équipement. Pour garantir la production, la pression d'échappement du compresseur d'air doit être réduite autant que possible. Chaque réduction de 1 bar de la pression d'échappement du compresseur d'air permet d'économiser environ 7 à 10 % d'énergie. En pratique, alors que la plupart des appareils à gaz fonctionnent à une pression de 3 à 4 bars, certains manipulateurs nécessitent une pression supérieure à 6 bars.
Troisièmement, ajuster le comportement de la consommation de gaz.
D'après des données officielles, le rendement énergétique d'un compresseur d'air n'est que d'environ 10 %, dont près de 90 % sont dissipés sous forme de chaleur. Il est donc nécessaire d'évaluer les équipements pneumatiques de l'usine et de déterminer s'il est possible de les remplacer par des solutions électriques. Par ailleurs, il convient de mettre fin aux pratiques abusives d'utilisation des gaz, comme le recours à l'air comprimé pour le nettoyage courant.
Quatrièmement, adopter un mode de contrôle centralisé
Plusieurs compresseurs d'air sont contrôlés de manière centralisée, et le nombre d'unités en fonctionnement est automatiquement ajusté en fonction de la consommation de gaz. Si le nombre d'unités est faible, un compresseur à fréquence variable peut être utilisé pour réguler la pression ; si ce nombre est élevé, une commande centralisée permet d'éviter les variations de pression d'échappement dues au paramétrage de plusieurs compresseurs, variations qui entraînent un gaspillage d'énergie. Les avantages spécifiques de la commande centralisée sont les suivants :
Lorsque la consommation de gaz est réduite à un certain seuil, la production de gaz diminue en réduisant le temps de charge. Si la consommation de gaz est encore réduite, le compresseur d'air, dont les performances sont optimales, s'arrête automatiquement.
Réduction de la puissance à l'arbre moteur : le mode de régulation de vitesse par conversion de fréquence permet de réduire la puissance à l'arbre moteur. Avant la conversion, le compresseur d'air se déchargeait automatiquement une fois la pression de consigne atteinte. Après la conversion, le compresseur ne se décharge plus, mais réduit sa vitesse de rotation, ce qui diminue la production de gaz et maintient la pression minimale du réseau, réduisant ainsi la consommation d'énergie lors des phases de charge et de décharge. Parallèlement, le fonctionnement du moteur est ralenti à une fréquence inférieure à celle du réseau, ce qui contribue également à réduire la puissance à l'arbre moteur.
Prolongez la durée de vie de l'équipement : utilisez le dispositif d'économie d'énergie par conversion de fréquence et exploitez la fonction de démarrage progressif du convertisseur de fréquence pour que le courant de démarrage parte de zéro et ne dépasse pas le courant nominal, afin de réduire l'impact sur le réseau électrique et les exigences en matière de capacité d'alimentation, et de prolonger la durée de vie de l'équipement et des vannes.
Réduire les pertes de puissance réactive : la puissance réactive des moteurs augmente les pertes en ligne et l’échauffement des équipements, ce qui diminue le facteur de puissance et la puissance active, entraînant une utilisation inefficace des équipements et un gaspillage important. Grâce au condensateur de filtrage interne du convertisseur de fréquence, les pertes de puissance réactive sont réduites et la puissance active du réseau électrique est augmentée.
5. Effectuer un bon travail d'entretien du matériel
Conformément au principe de fonctionnement du compresseur d'air, celui-ci aspire l'air ambiant et le transforme en air propre haute pression après plusieurs étapes de traitement et de compression. Durant ce processus, l'air ambiant est comprimé en continu, absorbant la majeure partie de la chaleur produite par l'énergie électrique, ce qui entraîne une élévation de sa température. Cette température élevée et continue nuit au bon fonctionnement de l'équipement ; un refroidissement continu est donc nécessaire. Il est par conséquent essentiel d'assurer un entretien et un nettoyage rigoureux de l'équipement, d'optimiser la dissipation thermique du compresseur et l'efficacité des échangeurs de chaleur (à eau et à air), et de maintenir la qualité de l'huile afin de garantir un fonctionnement écoénergétique, stable et sûr du compresseur d'air.
VI. Récupération de chaleur résiduelle
Les compresseurs d'air utilisent généralement des moteurs asynchrones, dont le facteur de puissance est relativement faible (généralement entre 0,2 et 0,85). Ce facteur varie considérablement en fonction de la charge, entraînant d'importantes pertes d'énergie. La récupération de la chaleur résiduelle du compresseur permet de réduire sa température d'échappement, d'allonger sa durée de vie et d'espacer les cycles de lubrification. Cette chaleur récupérée peut être utilisée pour le chauffage domestique, le préchauffage de l'eau d'alimentation des chaudières, le chauffage industriel, le chauffage de procédés, etc., offrant ainsi les avantages suivants :
Haute efficacité de récupération : double récupération de chaleur du pétrole et du gaz, grande différence de température entre l’eau d’entrée et de sortie, pour une efficacité de récupération de chaleur élevée. Toute la chaleur du pétrole et du gaz du compresseur d’air est récupérée, et l’eau froide est rapidement et directement transformée en eau chaude. Celle-ci est acheminée vers le système de stockage d’eau chaude via une conduite isolée, puis pompée vers le point de consommation d’eau chaude de l’usine.
Gain de place : structure de chauffage direct originale, faible encombrement et installation facile.
Structure simple : faible taux de défaillance et faibles coûts de maintenance.
Faible perte de pression : un dispositif de récupération de chaleur résiduelle d'air comprimé à haut rendement est adopté pour obtenir une perte de pression nulle de l'air comprimé sans modifier le canal d'écoulement de l'air.
Fonctionnement stable : maintenir la température de l'huile dans la plage de fonctionnement optimale pour assurer le fonctionnement stable du compresseur d'air.
Le taux de charge du moteur du compresseur d'air est maintenu au-dessus de 80 %, ce qui permet d'améliorer l'efficacité énergétique. Il est donc nécessaire de privilégier un moteur performant et de réduire sa capacité de fonctionnement à vide. Par exemple :
L'efficacité énergétique du moteur de guidage de type Y est inférieure de 0,5 % à celle du moteur Jo ordinaire, et le rendement moyen du moteur YX est de 10 %, soit 3 % de plus que celui du moteur Jo.
L'utilisation de matériaux magnétiques à faible consommation d'énergie et à bonne conductivité magnétique peut réduire la consommation de cuivre, de fer et d'autres matériaux.
Les transmissions classiques (par courroie trapézoïdale ou par engrenages) entraînent une perte d'efficacité et une réduction de la consommation d'énergie. L'apparition des moteurs coaxiaux à rotor permet de résoudre complètement les pertes d'énergie liées à la transmission mécanique et d'augmenter le débit d'air. De plus, elle offre un contrôle précis de la vitesse de rotation de l'équipement.
Lors du choix d'un compresseur d'air, il est préférable d'opter pour un compresseur à vis performant. Compte tenu de la consommation de gaz de production des entreprises, il est nécessaire de prendre en compte les variations de consommation entre les périodes de pointe et de creux et d'adapter les conditions de fonctionnement. Le compresseur à vis haute performance permet de réaliser des économies d'énergie : son moteur consomme plus de 10 % d'énergie en moins qu'un moteur classique. Il offre l'avantage d'une pression d'air constante, sans perte due aux différences de pression, avec un dosage précis de l'air injecté et sans cycles de charge/décharge. Il permet ainsi de réaliser plus de 30 % d'économies d'énergie par rapport à un compresseur ordinaire. En cas de forte consommation de gaz de production, un compresseur centrifuge peut être utilisé. Son rendement élevé et son débit important permettent de pallier les problèmes d'insuffisance de gaz lors des pics de consommation.
VIII. Transformation du système de séchage
Le système de séchage traditionnel présente de nombreux inconvénients, mais le nouvel équipement de séchage peut utiliser la chaleur résiduelle de la pression de l'air pour sécher et déshydrater l'air comprimé, et le taux d'économie d'énergie est supérieur à 80 %.
En résumé, l'équipement, la gestion des opérations et d'autres facteurs influent sur la consommation énergétique d'un compresseur d'air. Seules une analyse approfondie, une prise en compte exhaustive, le choix de technologies de pointe, des méthodes raisonnables et réalisables, ainsi que des mesures d'accompagnement adéquates peuvent garantir un fonctionnement écoénergétique, stable et sûr du compresseur. Parallèlement à l'application de technologies et de méthodes avancées, telles que la régulation de vitesse par convertisseur de fréquence, le personnel doit veiller scrupuleusement à la gestion et à la maintenance quotidiennes de l'équipement, afin de réaliser des économies d'énergie et de réduire la consommation tout en maintenant la production, contribuant ainsi à l'amélioration des retombées économiques et sociales.
Date de publication : 25 octobre 2024
