【壓縮機網(wǎng)】John是一家金屬加工和裝配廠的設備經(jīng)理，他有一套復雜的建筑管理系統(tǒng)，可以跟蹤包括壓縮空氣系統(tǒng)在內(nèi)的許多建筑系統(tǒng)的性能。在他的辦公桌上，這套系統(tǒng)似乎產(chǎn)生了一些奇怪的讀數(shù)，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(shù)與流量進行比較時，系統(tǒng)有時顯示沒有空氣壓縮機在運行，但流量計仍能讀取到工廠有很大流量輸出，而且更換儀表后也并沒有糾正這種情況。

　　之后，壓縮空氣審計員發(fā)現(xiàn)了一個意料之外的問題：John的公司沒有遵守良好能源管理體系的一個規(guī)則——即在完整的測量邊界內(nèi)捕捉讀數(shù)。

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

　　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。如果測量一個系統(tǒng)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，我們通常會發(fā)現(xiàn)，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層面的，壓縮空氣產(chǎn)生熱量，熱量中的能量會損失到大氣中，一個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(shù)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。一個具有良好能源管理系統(tǒng)的設施很可能將其壓縮空氣系統(tǒng)確定為一個重要的能源用戶(SEU)。如果工廠使用能源管理標準，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公司正在測量工廠內(nèi)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，該設施的電力成本降低了25%，足以贏得當?shù)啬茉礄C構頒發(fā)的一項著名獎項。John知道他們的壓縮空氣測量系統(tǒng)存在問題，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檢查。

 

　　關鍵績效指標及其價值

　　維基百科對KPI有一個很好的定義，“績效指標或關鍵績效指標是一種績效衡量。關鍵績效指標評估特定活動的成功。”該定義提出以下幾點：

　　1）通常，成功僅僅是重復的、周期性地實現(xiàn)某些級別的操作目標。

　　2）有時成功的定義是戰(zhàn)略目標取得進展。

　　3）因此，選擇正確的KPI取決于對重要內(nèi)容的良好理解。

　　4）什么被認為是重要的往往取決于衡量績效的部門。

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

　　來自Klipfolio.com關于KPI的一個非常重要的觀點:

　　1）KPI的價值取決于它所激發(fā)的行動。

　　2）KPI最重要但常常被忽視的一個方面是，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(guī)則和最佳實踐方式。簡潔、清晰和相關的信息更容易被吸收并付諸行動。

　　由于壓縮空氣系統(tǒng)的運行成本較高，關鍵性能的測量對壓縮空氣系統(tǒng)非常重要。一個行業(yè)標準是很少對這些系統(tǒng)進行性能測量的，但我們通過經(jīng)驗知道，大量壓縮空氣系統(tǒng)的運行效率非常低，浪費水平很高。我們還知道，這些系統(tǒng)的所有者和運營商往往沒有意識到這些問題。測量這些系統(tǒng)的關鍵性能可以提高對這些問題的認識，并將其放在首位。因此，一個良好的測量和評估壓縮空氣相關KPI的系統(tǒng)可以顯著提高壓縮空氣的運行成本、可靠性和質量。

 

　　什么關鍵績效指標是最重要的？

　　到目前為止，在壓縮空氣系統(tǒng)中最重要的是關注空氣壓力。事實上，許多用戶會犧牲能源效率來達到良好的系統(tǒng)壓力。

　　在一個典型的系統(tǒng)中，通常在整個設備中有數(shù)百個壓力測量裝置來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(zhàn)”在其基礎培訓研討會上所教授的，壓縮空氣生產(chǎn)商應該確保他們擁有“干凈、干燥、穩(wěn)定的壓縮空氣流動，在適當?shù)膲毫ο拢砸环N低成本的方式輸送”。此外，系統(tǒng)的所有者和運營商需要將泄漏、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?nèi)绾沃牢覀冋趯崿F(xiàn)這些目標呢？這就是測量的用武之地，任何壓縮空氣系統(tǒng)的審計員都知道這一點。如果沒有某種度量，系統(tǒng)就無法得到適當?shù)墓芾怼Ｔ跍y量壓縮空氣系統(tǒng)并與典型基準進行比較時，一個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特定系統(tǒng)是否有改進的潛力。這通常涉及在空氣壓縮機上安裝臨時儀表，但更有價值的是一個良好的永久性監(jiān)測系統(tǒng)，它允許操作人員確保他們的系統(tǒng)正常運行，并長期保持這種狀態(tài)。

　　測量壓力性能：一個例子

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

 

　　如果儀表上的針位于高低線之間，一切正常。但是，如果操作員不總是看儀表，他可能會錯過這個關鍵參數(shù)超出正常范圍的時間。確保壓力性能的更好的監(jiān)視方法是記錄數(shù)據(jù)并繪制壓力隨時間變化的曲線圖。圖2中描述了一個例子。這是一個典型的金屬加工和裝配廠一周的壓力圖。

　　工廠的目標是使關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，這個目標似乎是在這個測量期間實現(xiàn)的，但它是嗎？在這段時間里，工廠報告了工具的故障。如果我們進一步挖掘，我們發(fā)現(xiàn)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際壓力的附加軌跡表明壓力確實下降到90psi以下。如果操作人員在錯誤的時間進行現(xiàn)場讀數(shù)，他們會錯過隨后在生產(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(shù)百個測量點，并且氣壓對工廠裝配工具具有很高的重要性，但壓縮空氣壓力并不是一個被監(jiān)控的參數(shù)。
 

 

　　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此系統(tǒng)的更多信息。我們可以在圖4中看到，壓力問題是由瞬時高流量事件引起的，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濾器）。

 

　　在流量水平上，電力消耗似乎過高，系統(tǒng)在生產(chǎn)500cfm的同時，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，在測量的開始和結束(周末流量)的非生產(chǎn)時間內(nèi)，低水位流量出現(xiàn)了階躍變化。

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

　　公平地說，行業(yè)中關鍵績效的混淆并不少見。為了改善這一問題，加拿大標準協(xié)會制定了CSA C837標準“壓縮空氣系統(tǒng)的監(jiān)測和能源性能”。

 

　　意外的挑戰(zhàn)增加了難度

　　測量系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)意想不到的挑戰(zhàn)，這會使KPI的計算和分析變得更加困難，最常見的是：

　　1）露點尖峰-有時空氣干燥器的故障，或糟糕的系統(tǒng)設計，將導致水進入熱質量流量計。由于這種流量計類型不能在濕壓縮空氣中工作，KPI計算將出現(xiàn)錯誤。

　　2）流量計的放置-有時流量計沒有按照制造商的規(guī)范安裝，導致測量誤差。大多數(shù)安裝在壓縮空氣系統(tǒng)上的流量計都是放置在干燥后系統(tǒng)輸出端的熱質量裝置上。如果烘干機是干燥劑型裝置，這種布置不會捕獲進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它應該消耗的功率。這種布置不會捕獲壓縮機房內(nèi)泄漏或排放廢物所消耗的流量。因此，重要的是使用計算流量（基于壓縮機狀態(tài)）和測量流量進行比較，有時安裝流量計直接測量每個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(shù)據(jù)，結果將是一條難以解釋的粗模糊線。在這些情況下，需要對數(shù)據(jù)應用移動平均值來揭示系統(tǒng)趨勢。

　　4）流動方向的改變——有時，根據(jù)流量計的位置，流動方向會改變。這方面的一個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(tǒng)壓力變化時，流量計將捕捉進出接收器的流量。大多數(shù)熱質量流量計都無法判斷流量方向，所以負流量將被記錄為正流量，這將會影響KPI的計算。如果在環(huán)形管道系統(tǒng)中安裝流量計，也會發(fā)生類似的情況。因此，將需要特別計算來處理這些數(shù)據(jù)。有一些流向開關可以用來糾正這種情況，也有一些流量計可以測量流動方向，進而來解決這個問題。
 

 

　　監(jiān)控系統(tǒng)示例

　　這個案例中的金屬加工和裝配工廠有一個優(yōu)秀的建筑管理系統(tǒng)，可以在這個系統(tǒng)上構建一個非常需要的儀表盤屏幕，顯示重要的壓縮空氣KPI。多年來，本文作者構建了一些相當成功的壓縮空氣監(jiān)測系統(tǒng)，但面臨的最大挑戰(zhàn)是以一種可理解的方式將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳遞給用戶。

　　老實說，看壓縮空氣系統(tǒng)的參數(shù)很無聊，就像看油漆干了一樣。在一個正常運行的系統(tǒng)中，大多數(shù)時候會有很多不需要擔心的事情。在一個繁忙的工廠里，壓縮空氣系統(tǒng)的操作員和管理者有許多其他的任務來吸引他們的注意力和努力，他們通常沒有時間經(jīng)?？此麄兊膲嚎s空氣系統(tǒng)。因此，一個成功的監(jiān)控系統(tǒng)需要簡單易用，創(chuàng)建可理解的數(shù)據(jù)，并具有一個警告系統(tǒng)，以便能夠快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的問題。

　　由于壓縮空氣用戶對能源效率越來越感興趣，一些創(chuàng)新型公司已經(jīng)開始開發(fā)用于監(jiān)控重要壓縮空氣KPI的工具，并使用儀表板和數(shù)據(jù)分析工具創(chuàng)建了本地或基于web的平臺。

　　圖5顯示了一個跟蹤各種壓縮空氣參數(shù)的儀表板產(chǎn)品示例。該系統(tǒng)使用與CSA標準C837-16相同的術語。用戶可以一眼看出他們的系統(tǒng)在用戶選擇的度量周期中執(zhí)行得如何。瞬時值、參數(shù)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(tǒng)具有良好的預警系統(tǒng)和完善的報表結構，對用戶具有重要意義。

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

　　一個低效的系統(tǒng)會有一個看起來像散彈槍的圖形，對氣流變化的能量響應非常差。這個系統(tǒng)曲線可以用來預測通過減少壓縮空氣泄漏、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(jié)約。這個儀表板和分析系統(tǒng)是為用戶設計的，但是有工具和分析方法，可以被高級審計員用來幫助提出節(jié)能措施，包括泄漏檢測和管理模塊。

 

　　結論

　　擁有一個用于監(jiān)控壓縮空氣系統(tǒng)的工具對工廠能源管理者來說是一項寶貴的資產(chǎn)，但更重要的是該系統(tǒng)的輸出清晰且易于使用。最佳實踐方式是監(jiān)視系統(tǒng)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。

　　隨著時間的推移，跟蹤流量和能耗，并比較測量周期，可以告訴工廠操作員，壓縮空氣系統(tǒng)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開始顯示異常讀數(shù)，就需要有一個系統(tǒng)來引起操作員的注意，這樣就可以及時做出調(diào)整和改進。

 

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