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机器和工艺操作的可持续性收益

可持续性不仅仅是指我们可以从固体废物流中保留多少包装材料。在机器和工艺操作方面也有机会。

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很少有话题能像谈论“全球变暖”或“绿色”那样引起政治情绪的骚动。有些人热衷于保护环境。其他人则怀疑这是一场反商业、自由主义的阴谋。撇开政治不谈,企业发现,它们可以对环境保持敏感,以好公民的身份赢得公众的信任,并同时提高利润。

一直在实施节能项目的人发现,在寻找可能的项目候选人时,应该不遗余力。机器和过程操作通常是一个很好的开始。供暖、通风和空调(HVAC)系统也可以成为节省成本的金矿。

然而,有一件事让许多观察人士感到困惑,那就是过去15年里开发了这么多技术,并因此得到了大量宣传,为什么节能技术的采用如此缓慢?电机制造商Baldor electric Co.的电机产品经理马林诺夫斯基(John Malinowski)说,很大一部分问题在于员工的工作绩效奖励方式。他举例说,在一台电动机整个寿命周期的总成本中,原始购买成本仅占3%左右。超过97%的成本是它所消耗的电量。然而,采购代理并不根据这一主要部分的成本进行评分,而是仅根据原始采购价格进行评分。这将需要行政层面的决定来改变系统,并使能源成本降低成为每个人工作描述的一部分。

供应商美国国家仪器公司(NI)测量与控制集团经理Joel Shapiro表示:“在与客户的会议上,一旦人们了解了他们拥有的东西,这将有助于他们了解从哪里开始。我刚刚在《经济学人》(The Economist)上读到一段关于能源和温室气体排放的文章,内容是这样的:如果你开始衡量,人们就会开始减少。’我们实现了测量。”

有时,所需的文档和数据采集超出了生产数据的范围。一家涉及采矿、能源、化学和合成燃料的南非公司将这一想法提升到了一个新的高度。Sasol,最初是南非煤炭,石油和天然气公司,在南非的Sasolburg,与英维思过程系统(过程控制和性能管理产品供应商)的顾问合作,设计测量方法和如何使用信息,不仅是为了提高锅炉的能源使用和降低整体电力消耗,而且是为了向会计证明节省是真实的。

做得更好

英维思过程系统(Invensys Process Systems)的咨询部门绩效测量集团(Performance Measurement Group)总监拉斯•巴尔(Russ Barr)表示:“沙索拥抱了‘我们可以做得更好’的整个理念。他们正在努力从运营方面实现卓越运营,将业务角度的绩效衡量与财务衡量相结合。问题是,财务测量是按月发布的——对于实时运营决策来说太迟了。所以我们帮助他们开发算法,开始把各个学科结合起来。当我们进行改进时,运营和财务都可以从仪表板中的信息中同意改进是有效的。包括运营商在内的每个人的仪表盘都包括财务指标,这是绝对必要的。”
在实施后的第一个月,Sasol在能源原料上节省了6%,在电力成本上节省了4%。随后的月度结果显示,储蓄逐渐增加。从商业角度来看,更加一致的操作仅在第一个月就节省了大约23万美元。

许多商业锅炉为学校、工厂、商业建筑和其他大型设施提供热量,消耗大量能源。克利弗布鲁克斯(Cleaver Brooks)是一家位于密尔沃基的锅炉制造商,该公司的市场总监史蒂夫•康纳(Steve Connor)说:“锅炉燃料消耗在运营成本中所占的份额越来越大。现在,由于石油采购问题,成本上升,以及客户对尾气排放的担忧,我们利用过时的燃烧器控制系统来寻找一种升级到21世纪的方法,以实现提高效率和减少排放的目标。我们没有足够的内部控制专业知识,所以我们不得不寻找合作伙伴。经过一番寻找,罗克韦尔自动化公司表示可以帮助我们。”

Cleaver Brooks公司的工程师们认为,使用可编程自动化控制器(如罗克韦尔自动化公司的Allen-Bradley CompactLogix)会比定制微控制器更能给客户带来灵活性。罗克韦尔工程师帮助Cleaver Brooks开发了控制系统。“这就是霍克ICS的诞生方式,”Connor说,指的是新的锅炉控制。控制器平台不仅用于燃烧器管理,还用于定位、燃料/空气执行器以获得最佳燃烧效率,以及自动阻尼控制,以便当锅炉离线时,环境空气不会被拉入系统。艾伦-布拉德利变频驱动器联网到系统,以控制燃烧风扇,使电机不使用全马力对抗一个封闭的阻尼器。
康纳总结道:“环保固然好,但必须为客户带来经济回报。”他说:“客户知道中东的石油供应问题,他们担心污染和他们的碳足迹。但更高的效率仍是主要卖点。”

节省20%

你想在生产每件产品的同时降低20%的能源成本,同时提高生产率吗?SEW-Eurodrive是变频驱动器和齿轮电机的制造商。这家德国公司的总部和主要的美国制造工厂位于南卡罗来纳州莱曼。工厂的经理们一直在寻找降低能源、材料和浪费成本的方法。工厂经理卡尔·欣策和工厂经理助理兼维护主管查克·钱德勒在他们的项目中取得了令人印象深刻的成就。在此过程中,他们在三年内将每个零件的能源成本降低了20%。

有时,要证明这些项目的前期投资是合理的,很难得到财务部门的认可。“我们是一家私人控股公司,所以我们不需要向董事会证明支出的合理性。只要有意义,我们就会去做。”“我们会研究一个问题并提出解决方案。然后我们将尝试一个试点项目,以确保它不只是“推销员的空话”。“我们刚刚在工厂的照明装置中试用了新的灯具。如果整个工厂都能像试点那样运作,我们每年可以节省近3.3万美元。”

这家工厂回收所有可能的制造废料。这不仅降低了填埋成本,有时还能增加一点收入。以这样或那样的方式回收的物品包括木托盘、纸板、计算机设备和加工过程中的金属碎片。欣策和钱德勒还对制造过程进行了批判。在一次操作中,通过将研磨改为硬车削,他们将周期时间缩短了一半,减少了电力消耗,提高了生产率。从电热改为天然气降低了渗碳工艺的成本。当天然气价格上涨时,他们购买了再生u型管,将废热循环回系统中,以减少消耗。使用变频驱动的自动化冷却系统使他们能够在没有需求时关闭泵。

钱德勒总结道:“我们一直在寻找降低能源成本的方法。我们的老板关心环境保护和循环利用,所以这只是公司的一种心态。有时候做一个项目很难,但我们会在有意义的时候做。”

来自大学的教训

辛辛那提大学(University of Cincinnati)面临着升级其老化的设施管理设备的问题,这些设备为占地420英亩的100栋建筑提供供热和制冷。这所大学使用三个中央公用事业工厂,每小时提供63.5万磅蒸汽用于供暖,2.2万吨冷冻水用于冷却。设施管理部门希望将其专有的分布式控制系统转换为开放式控制系统。该部门还希望建立一个控制器网络,使加热和冷却更加自动化和高效。
该部门选择Wonderware来运行新的控制系统。“我们选择Wonderware软件是因为我们认为它很容易安装,可以让我们将现有设备与新设备混合使用,”该大学设施管理副主任埃弗雷特•沃尔弗顿(Everett Wolverton)表示。“这也符合我们的长期计划,将校园整合为更好的能源核算系统,这将让我们更好地将生产能力与校园实际使用的相匹配,并提高我们的整体效率评级。”

通过增加新设备和安装自动化控制系统来监控能源使用和减少浪费,该大学能够将其能源消耗减少15%。每年节省的费用达180万美元,控制系统升级带来了快速的回报。

随着能源成本的上升和人们对减少碳排放的兴趣日益浓厚,工厂对提高其设施的能源效率越来越感兴趣。辛辛那提大学(University of Cincinnati)等工厂发现,他们可以利用自动化技术降低能源消耗。

跟踪和监控

降低能源成本的关键要求之一是能够跟踪和监控能源消耗。你不能减少你无法测量的东西。“90%的公司不知道生产他们的产品需要多少电力,”供应商江森自控解决方案开发总监查克·米勒说。“一个工厂有一个仪表,可以跟踪25个不同的过程,所以工厂里没有人知道他们每个产品消耗了多少天然气、电力或蒸汽。”

许多公司正在转向正式的能源审计,以掌握能源使用情况和潜在的能源节约。在过去,由于能源成本较低,跟踪能源消耗并将其与产品成本联系起来并不是什么大问题。这种情况在大多数大型工厂正在改变。施耐德的Eure说:“公司正在聘请能源经理来分析大楼的能源使用情况,并进行能源审计。“他们通常建议更换锅炉和灯,并改用变速驱动器。”

令人惊讶的是,并不是所有的工厂都采用了最简单的能源跟踪方式。AMR研究公司的高级分析师Alison Smith说:“许多使用自动化进行监测和控制的公司仍然没有了解他们的能源产出,能源消耗监测和分析有很多机会。我希望更多的植物也能这样做。”

在某种程度上,以减少消耗为目标的能源消耗跟踪和监测的价值取决于工厂消耗的能源量。Vista工程公司的Thorarinsson说:“我们根据客户的能源使用量来选择他们。”“我们的目标是那些每年在能源上花费10万美元或更多的人。5万美元的能源支出,可能不值得投资来跟踪和减少消耗。”

节能工具

公司正在使用许多策略来降低能源成本和碳排放。其一是选择节能设备。节能已成为工厂新设备的一个竞争特点。“选择设备的标准之一是能耗,”宾夕法尼亚州利蒂茨梯度工程公司(Gradient Engineering)的首席工程师阿特勒·巴扬内斯(Atle Bjanes)说。这是一家帮助工厂部署节能自动化的公司。“我还没有看到,但我预计能源消耗将成为选择设备的决定性因素之一。”

另一种节约能源的方法是使用变速电机。其思想是,变速可以让电机减速到较慢的速度,并在不需要全速工作时消耗更少的能量。罗克韦尔公司的内西说:“在制造过程中,60%的能源都用于旋转电机。“我们看到越来越多的人选择变速技术作为电源管理解决方案。”

无论一家公司是有意降低能源成本,还是在环境方面成为一个良好的企业公民,人们对减少工厂设施的能源使用越来越感兴趣。减少能源消耗的关键包括跟踪、监控和控制能源使用。为了减少能源消耗和碳排放,许多工厂正在转向他们已经在控制系统中的技术工具。

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