Elektronikhersteller spart durch die Überwachung seines Druckluftsystems jährlich 455.000 Euro
Druckluft ist im industriellen Bereich unverzichtbar, da sie eine der am häufigsten genutzten Energiequellen ist. Sie kann 10 % bis 30 % des gesamten Energieverbrauchs in der industriellen Produktion ausmachen, manchmal sogar noch mehr. Druckluft ist eine der teuersten Versorgungsleistungen, weshalb die Effizienz der Druckluftnutzung besonders wichtig ist.
Leider wird dem Thema Druckluftersparnis in vielen Fabriken nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt. Es fehlt an Fokus und Zeit, um konsequent an der Verbesserung der Effizienz des Druckluftsystems zu arbeiten, und das beginnt schon damit, dass es an geeigneten Augen und Ohren im System mangelt. Oft sehen wir:
- Es gibt überhaupt kein Überwachungssystem bzw. keine Messung
- Wenn ein Überwachungssystem vorhanden ist, besteht dieses aus Leistungsmessern. Es sind keine Druck- oder Durchflussmesser installiert. Daher ergibt sich kein vollständiges Bild.
- Selbst wenn Messgeräte vorhanden sind und sogar an ein übergeordnetes System angeschlossen sind, liegen nicht genügend Informationen vor, um Maßnahmen zur Verbesserung der Druckluftqualität gezielt zu optimieren.
Diese Fallstudie zeigt, wie ein Elektronikhersteller durch die Einführung eines geeigneten Überwachungssystems die Effizienz seiner Druckluftversorgung deutlich steigern konnte.
Fallstudie: Elektronikhersteller
Über unseren Kunden
Unser Kunde ist einer der weltweit größten Hersteller von Halbleiterdisplays und MLEDs mit Sitz in Peking, China. Als führender Elektronikhersteller ist das Unternehmen in kritischen Prozessen wie dem Trocknen von Chips, dem Einbetten von Materialien in Chips und Platinen, der Herstellung von Leiterplatten und der Kühlung von Chips während der Produktion in hohem Maße auf Druckluft angewiesen. In dieser Fabrik und in der Halbleiterindustrie im Allgemeinen muss die Reinheit der Druckluft aufgrund ihrer kritischen Anwendungen den höchsten Standards entsprechen. Um Produkte von bester Qualität zu erhalten, muss die Produktionsumgebung frei von Verunreinigungen sein und die Druckluft muss vollständig ölfrei sein.
Unser Kunde ist einer der weltweit größten Hersteller von Halbleiterdisplays und MLEDs mit Sitz in Peking, China.
Beschreibung des Druckluftsystems
Das Werk dieses führenden Elektronikherstellers betreibt eines der größten Druckluftsysteme in der Region. Es besteht aus sieben ölfreien Zentrifugalkompressoren, zwei ölfreien Schraubenkompressoren, zwei 15 m³ Speichertanks, vier Adsorptionstrocknern und Filteranlagen. Das System ist in einem einzigen Kompressorraum im Kraftwerk untergebracht, wobei die Luftzufuhr über Fenster erfolgt. Der Gesamtluftbedarf auf der Verbraucherseite beträgt ca. 640 m³/min.
Zu diesem Zeitpunkt gab es kein geeignetes Energieüberwachungssystem. Der Kunde verfügte über einige Durchfluss- und Drucksensoren. Die Lebensdauer dieser Sensoren betrug mehr als 10 Jahre, und sie wurden nicht verwendet. Die Messdaten waren daher unzuverlässig.
Die Fabrik verbrauchte täglich große Mengen an Druckluft, was bis zu 20 % ihres gesamten Energieverbrauchs ausmachte. Die jährlichen Kosten für den Betrieb des Druckluftsystems beliefen sich auf 20 Millionen Yuan, was einen starken Anreiz darstellte, die Drucklufteffizienz im gesamten Werk zu verbessern.
Neues Druckluftmanagementsystem
Im gesamten Werk wurde ein neues Mess- und Überwachungssystem für Druckluft eingeführt, das Folgendes umfasst:
- Hinter den Trocknern wurde ein Taupunktsensor installiert.
- Ein Energieüberwachungssystem zur Erfassung aller Echtzeit-Messdaten, zur Analyse, zur Erstellung von Berichten und zur Begleitung der Umsetzung eines Energiesparprojekts.
Ergebnisse und Lösungen
Die Analyse aller gesammelten Messdaten führte zu folgenden Diagnosen. Folglich halfen die Daten dabei, faktenbasierte Investitionsentscheidungen zur Verbesserung des Systems zu treffen. Und die Überwachung der Situation vor und nach der Maßnahme half dabei, festzustellen, welche Einsparungen letztendlich erzielt wurden.
Der Belüftungszustand des Raums, in dem sich die Luftkompressorstation befindet, wirkt sich auf die Effizienz des Kompressors aus.
Die Umgebungsbedingungen im Kompressorraum können die Effizienz der Kompressoren beeinträchtigen, insbesondere bei Zentrifugalkompressoren. In dieser Fabrik wurde die Ansaugluft durch ein einfaches Vliesfiltersystem geleitet, das leicht verstopfte. Dies führte zu einem hohen Unterdruckwert in der Luftkompressorstation. Obwohl die Filter wöchentlich ausgetauscht wurden, lag der Unterdruckwert im Bereich von -30 Pa bis -40 Pa. Je länger der Filterwechselzyklus war, desto größer war der Unterdruckwert. Außerdem überschritt die Raumtemperatur aufgrund der schlechten Belüftung den zulässigen Bereich für den Betrieb der Anlagen. Es ist erwiesen, dass bei einer Abnahme der Lufttemperatur am Kompressoreinlass um 3 °C das Abgasvolumen um 1 % zunimmt.
Die Umgebungsbedingungen im Kompressorraum können sich auf die Effizienz der Kompressoren auswirken.
Um die Belüftung der Luftkompressorstation zu verbessern, wurden 10 Vliesfilter mit den Maßen 1 x 2 m an der Seitenwand des Raums angebracht, um die Frischluftzufuhr zu erhöhen. Dadurch stieg der Unterdruckwert des Raums auf -10 Pa. Die Temperatur auf der Westseite der Luftkompressorstation wurde um etwa 1 °C gesenkt, und die Temperatur auf der Ostseite wurde sogar um 6-8 °C gesenkt, was die Betriebsbedingungen der Luftkompressoren und Trockner erheblich verbesserte.
Jeder Bar Druckabfall spart 7 % Energie.
Der Gesamtdruck des Systems war mit 7 bar unangemessen hoch eingestellt, da nicht alle Abteilungen diesen Druck zum Funktionieren benötigten. Es kostet mehr Energie, diesen Druck in der gesamten Fabrik aufrechtzuerhalten. Ein Gesamtdruck von 6 bar erwies sich als ausreichend. Allein durch diese Verbesserung sparte die Fabrik bereits 7 % der Energiekosten ein.
Jeder Bar Druckabfall spart 7 % Energie.
Hinzufügen von ausreichend Speichervolumen zur Verbesserung der Kompressorsteuerung.
Das Volumen des Speichertanks war zu gering, und der Systemdruck schwankte erheblich (mehr als 0,5 bar). Wenn der Systemdruck unter 7,0 bar fiel oder diesem Wert entsprach, wurde automatisch ein kalter Standby-Kompressor gestartet, entlastet und kurz darauf wieder gestoppt. Dies führte zu einem zusätzlichen Stromverbrauch, ohne dass sich dies auf den Druckluftverbrauch auswirkte. Zwei Speichertanks, 12 m3 und 15 m3wurden hinzugefügt, um die Schpeicherkapazität zu erhöhen. Dadurch wurde die Schwankung auf etwa 0,2 bar reduziert. In Kombination mit der allgemeinen Druckreduzierung wurde so die unnötige Auslösung des Kaltstandby-Kompressors verhindert.
Durch den Einbau eines Pufferspeichers lassen sich die Druckschwankungen abmildern.
Die Umstellung der Trockenmittel-Trockner von einer zeitbasierten auf eine taupunktbasierte Steuerung wirkt sich positiv auf den Energieverbrauch aus.
Das System wurde in der Nähe der Nachfrageseite der Fabrik um einen Taupunktsensor erweitert. Dieser zeigte, dass der Taupunkt im Winter sehr niedrig war. Die Daten sprachen für eine Umstellung von einer zeitbasierten Steuerung auf eine taupunktbasierte Steuerung. Bei einem Taupunkt von -70 °C werden die Trockentürme aktiviert. Der Stromverbrauch und der für den Regenerationszyklus benötigte Regenerationsgasverbrauch konnten reduziert werden. Die Betriebsdauer des Trockners wurde von 8 auf 12 Stunden verlängert.
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Schlussfolgerungen
Durch Experimente hat sich gezeigt, dass die Messungen in Kombination mit dem Energieüberwachungssystem ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Energieeffizienz in der Fabrik des Elektronikherstellers sind.
- Dank der Daten aus dem Druckluftüberwachungssystem konnten die Spezialisten eine gründliche Diagnose durchführen. Die Messdaten werden direkt in die Cloud übertragen und sind jederzeit und von jedem Ort der Welt aus zugänglich. Industrie 4.0 ist Realität und die Fernüberwachung verbessert die Effizienz des Energiemanagements in jeder Hinsicht.
- Es wurden mehrere Energiesparmaßnahmen ergriffen, um die Energieeffizienz der Fabrik zu verbessern. Nach jeder Energiesparmaßnahme lieferten die Echtzeitdaten aussagekräftiges Feedback, das es den Ingenieuren ermöglichte, Datenanalysen durchzuführen und weitere Maßnahmen zur Energieeinsparung zu ergreifen.
- Durch all diese Verbesserungen stieg die Energieeinsparungsrate in der Fabrik um 13 %. Das Unternehmen spart dadurch jährlich etwa 455.000 Euro an Stromkosten.
Industrie 4.0 ist in vollem Gange und Fernüberwachung verbessert die Effizienz des Energiemanagements in jeder Hinsicht.
Quelle: Yang Jianguo et al., „Anwendung von Cloud-Plattformen und Datenanalyse zur Energieeinsparung in Druckluftsystemen“ [J], „Kompressortechnik“, 2017.2
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