Besparingen op perslucht

Een toonaangevende glasfabriek in Nederland laat geen middel onbeproefd als het gaat om productkwaliteit, de bedrijfstijd van de installaties en energiebesparing. Daarom heeft het bedrijf zijn persluchtsysteem gemoderniseerd, dat wordt gebruikt voor de productie van meer dan een miljard glazen flessen en verpakkingen per jaar.

Om de levering van perslucht in de fabriek te verbeteren, waarbij zowel een laag- als hogedrukpersluchtsysteem wordt gebruikt, zette de fabrikant een belangrijke eerste stap door flowmeters te gebruiken om de prestaties van beide systemen te monitoren en te meten. DVervolgstappen, gebaseerd op bruikbare data, leidden tot een unieke upgrade van het persluchtsysteem. Deze upgrade vergroot het vermogen van de fabriek om op elk moment op volle capaciteit hoogwaardige glazen flessen en verpakkingen te produceren – en levert daarbij een jaarlijkse energiebesparing van 150.000 Euro op. Het project kende bovendien een terugverdientijd van minder dan twee jaar.

Het hogedruk-persluchtsysteem van de glasfabrikant (boven) en het lagedruk-persluchtsysteem (onder) maken gebruik van een persluchtbooster voor energie-efficiëntie en drukstabiliteit.

Perslucht in het bottelproces

De Nederlandse divisie van deze multinational, een van de grootste producenten van glazen verpakkingen ter wereld, heeft verschillende glasfabrieken in Nederland. De belangrijkste fabriek waar het persluchtsysteem moest worden aangepakt, draait 24 uur per dag, 7 dagen per week om 1,3 miljard glazen bierflesjes per jaar te produceren. De hoge kwaliteits-flessen worden verscheept naar toonaangevende biermerken en kleine brouwerijen in Nederland en daarbuiten. De fabriek levert ook perslucht aan een naastgelegen glasfabriek, waar wijnglazen worden gemaakt.

Het bottelproces in de fabriek begint met het hot-end-proces, waarbij ovens de glasgrondstof omzetten in gesmolten glas. Bij temperaturen van ongeveer 650^oC komt het glas in een plastische fase zodat het kan worden gesneden in cilindervormige druppels (gobs), die uiteindelijk worden gevormd tot glazen flessen en andere verpakkingen. Vervolgens wordt een geautomatiseerd blow-and-blow-proces gebruikt, met meerdere IS-machines, om de bierflessen te vormen.

In elke IS-machine wordt perslucht gebruikt om de glasbol in een mal te persen, waardoor deze wordt omgevormd tot een „parison“ – de naam voor de eerste vorm van de hals en de fles zelf. Nadat de parison is gevormd, wordt deze naar de andere kant van de machine gedraaid, waar kleppen opengaan zodat perslucht de parison in de gewenste flesvorm kan blazen. Eenmaal afgekoeld wordt de fles automatisch uit de IS-machines gehaald en naar het cold-end-proces van de fabriek getransporteerd, waar de flessen worden geïnspecteerd en verpakt.

Het meten van de performance van de persluchtsystemen

De glasfabriek heeft altijd gestreefd naar energiebesparingen op basis van duurzaamheidsdoelstellingen van henzelf als mede van haar klanten. De focus op energiebesparing leidde tot regelmatige updates van het persluchtsysteem, zoals het gebruik van een 6kW blower om lucht te leveren aan een deel van de fabriek dat alleen lagedruklucht nodig heeft. Een besparing op de persluchtconsumptie.

Ondanks de continue verbeteringen, wisten de besluitvormers dat ze meer konden doen om het stroomverbruik van het persluchtsysteem te verminderen. Maar elke verandering aan het systeem moest in de eerste plaats ook een optimale beschikbaarheid van de installatie garanderen.

Om het verlies aan perslucht nauwkeurig in kaart te brengen en de prestaties te verbeteren, VPInstruments in totaal 20 luchtstroommeters op het persluchtsysteem VPInstruments om de hoeveelheid geproduceerde perslucht te meten en te vergelijken met het stroomverbruik van de luchtcompressoren.

Bij de schroefcompressoren werden de flowmeters geïnstalleerd aan de uitlaat, net na de ingebouwde trommeldrogers. Bij de centrifugale machines werden de flowmeters downstream van de afzonderlijke drogers geïnstalleerd. Er werden ook meters geïnstalleerd op belangrijke plaatsen verder in het leidingnetwerk.

Bij het lagedruksysteem gaven de flowmeters aan dat elke centrifugale compressor consistent lucht leverde aan het glasblaasproces bij een druk van 3,4 bar. Bij het hogedruksysteem daarentegen werkten twee centrifugale compressoren continu op volle belasting om lucht te leveren bij een druk van 5,8 bar. De fabriek draaide daarnaast drie tot vier schroefcompressoren in load/unload-modus om extra lucht te leveren op basis van de vraag. Elke schroefcompressor werkte bij een belasting van ongeveer 70 tot 80 procent. Samen leverde het hogedruksysteem perslucht bij een druk van 5,8 tot 6,0 bar.

Flowmeters onthullen energiebesparingskansen bij fabrikant van glazen verpakkingen.

Uit verdere analyse van het lagedruksysteem bleek dat dit systeem aandacht vereiste. Elke compressor werkte onafhankelijk en zonder load sharing, gebaseerd op input van slechts één druksensor. Hierdoor draaide één compressor op volle belasting, terwijl de andere op minimale belasting werkte om aan de vraag te voldoen. Dit resulteerde in blow-off en energieverspilling, bedoeld om te voorkomen dat de compressoren in surge terechtkwamen.

Ook een assessment van het hogedruksysteem bracht energieverlies aan het licht. Tijdens een maand normale operatie werd aangetoond dat twee van de schroefcompressoren op het hogedruksysteem een aanzienlijk aantal uren stationair draaiden en frequent startten en stopten.

Op basis van de beoordeling is de fabrikant van glazen verpakkingen een samenwerking aangegaan met Stork om de prestaties van het persluchtsysteem te verbeteren. Stork, een divisie van het wereldwijde ingenieursbureau Fluor Corporation, biedt merkonafhankelijke diensten op het gebied van turbocompressoren, waaronder inspectie, reparatie, onderhoud, aanpassing en engineering.

Efficiënter persluchtsysteem dankzij nieuwe booster en compressorregeling

Om zowel de druk in het lagedruksysteem op 3,4 bar te houden als het energieverbruik te verlagen, installeerde Stork een eentraps centrifugaal boostercompressor van 150 kW, geschikt om tot 4.075 m³/hr aan lucht te leveren bij 5,8 bar. Daarnaast werd een master controller geïnstalleerd die het gehele persluchtsysteem als één samenwerkend netwerk aanstuurt op basis van data van flowmeters en controllers.

De master controller van het persluchtsysteem wordt gebruikt om de performance van de lage- en hogedrukpersluchtsystemen van de fabriek te optimaliseren.

Verder verving Stork de enkele druksensor door twee sensoren op het lagedruksysteem om de luchtdruk beter te kunnen meten en de lastverdeling en regeling van de centrifugale machines mogelijk te maken. Ook werden de lokale controllers op de compressoren vervangen door gesynchroniseerde besturingen. Deze zijn uitgerust met urentellers om de blow-off van de compressoren te registreren.

De nieuwe master controller monitort het hele systeem en bepaalt waar de grenzen liggen van de verschillende compressoren. Hij past automatisch de instellingen aan om lucht efficiënt naar beide processen te leveren, terwijl de druk in het lagedruksysteem stabiel blijft. De boostercompressor speelt hierin een essentiële rol in de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem.

Stabiele en efficiënte luchtvoorziening

Tegenwoordig draaien de twee centrifugale compressoren in het lagedruksysteem continu op volle belasting om lucht te leveren voor het glasblaasproces. Tegelijk leveren ze lucht aan de boostercompressor bij 3,4 bar. De booster, die meestal ook op volle belasting draait, verhoogt de druk naar 5,8 bar en voedt daarmee het hogedruksysteem. Hierdoor slaagt de fabriek erin haar primaire doel te bereiken: een stabiele toevoerdruk van 3,4 bar voor het glasblaasproces. Eventuele overtollige lucht van de compressoren wordt nu naar de booster geleid in plaats van verspild via blow-off, wat eerder wel het geval was.

Om een constante toevoer van perslucht naar het glasblaasproces te garanderen, installeerde Stork een noodklep in het leidingwerk tussen het hoge- en lagedruksysteem. Deze klep laat lucht uit het hogedruksysteem naar het lagedruksysteem stromen als één van de centrifugale compressoren in het lagedruksysteem uitvalt of onderhoud nodig heeft. De master controller zorgt er intussen voor dat de luchttoevoer naar het glasblaasproces op 3,4 bar blijft, zelfs als deze (gedeeltelijk) afkomstig is uit het hogedruksysteem.

De upgrade zorgt er ook voor dat het hogedruksysteem efficiënter functioneert. Net als voorheen draaien twee centrifugale compressoren op volle belasting. Maar dankzij de aanvullende lucht van de booster hoeven er nu slechts twee schroefcompressoren op bijna volle capaciteit te draaien om de rest van het hogedruksysteem te voeden. Als de vraag toeneemt, schakelt het systeem automatisch extra schroefcompressoren bij. Dit voorkomt de energieverspilling die vroeger ontstond door het onnodig laden en ontladen van vier schroefcompressoren.

Maximale uptime en energiebesparing dankzij persluchtoptimalisatie

De recente upgrade van het persluchtsysteem heeft de fabriek in staat gesteld haar belangrijkste doel te bereiken: een betrouwbare en stabiele persluchtvoorziening voor het glasblaasproces. Dit versterkt de winstgevende productie van hoogwaardige glazen flessen en verpakkingen met maximale uptime. Bovendien voldoet het systeem nu aan een ander belangrijk doel: energie- en kostenbesparing. De fabriek bespaart momenteel 150.000 Euro per jaar op de energierekening dankzij het nieuwe ontwerp. De terugverdientijd van het project bedroeg minder dan twee jaar.

VPInstruments Flowmeters voor perslucht en industriële gassen

De plantmanager verklaarde dat het kunnen meten en monitoren van het persluchtsysteem cruciaal was om het energiebesparingspotentieel aan het management aan te tonen en daarmee ook de waarde van de investering in de systeemupgrade te onderbouwen. Op basis van de positieve resultaten blijft de fabrikant samenwerken met Stork en VPInstruments om door middel van continue monitoring en meting van het persluchtsysteem verdere energiebesparingen te realiseren, en aanvullende strategieën te ontwikkelen voor verdere optimalisatie van de systeemprestaties.

Door Mike Grennier, Compressed Air Best Practices® Magazine