Технологическое оборудование
Энергетическое обследование технологического оборудования позволяет определить, сколько электроэнергии, тепловой энергии и топлива расходуется на выполнение производственных операций и получение годной продукции. При проверке рассматривают не только общую мощность оборудования, но и последовательность технологических переделов, продолжительность рабочих циклов, затраты на пуск и прогрев, холостой ход и выпуск брака.
Главная задача — установить, какие технологические этапы потребляют энергию без соответствующего выпуска годной продукции и чем объясняются эти затраты. Повышенный расход энергии на единицу продукции не всегда свидетельствует о неисправности оборудования. Он может быть связан с уменьшением размера партии, усложнением технологических операций, увеличением времени прогрева или изменением качества выпуска. Поэтому энергетические показатели оценивают относительно фактически выполненной работы и результата каждого этапа.
Границы обследования технологической линии
Технологическое оборудование — это производственные машины и установки, выполняющие определённые операции с сырьём, материалами или продукцией. В одной линии могут последовательно сочетаться нагрев, измельчение, перемешивание, транспортирование и упаковка. При этом каждая операция имеет собственное назначение, энергетическую нагрузку и измеряемый результат.
Перед обследованием специалист устанавливает последовательность машин по карте технологического процесса. Это позволяет определить, какие установки участвуют в каждом переделе и где проходит граница его энергетического потребления.
Технологический передел — отдельный этап производственного процесса, на котором материал подвергается определённой обработке. Для энергетического анализа важно установить, сколько ресурсов расходуется на этом этапе и какой объём материала или продукции проходит через него.
Если несколько машин питаются через общий электрический ввод, его показания характеризуют совокупное потребление. По ним нельзя непосредственно определить расход каждой операции. Для такой детализации требуются показания по участкам или дополнительные измерения.
Правильно установленные границы позволяют не смешивать затраты на подготовку сырья, основную обработку и завершающие операции. Это необходимо для последующего сопоставления энергопотребления с полезным выпуском каждого этапа.
Почему одной общей энергоёмкости продукции недостаточно
Общий расход энергии на единицу готовой продукции показывает интегральный результат технологической линии. Однако он не раскрывает, какая операция сформировала увеличение потребления.
Например, в одной линии могут использоваться нагревательное, измельчительное, перемешивающее и упаковочное оборудование. Если общий расход энергии вырос, причиной может быть изменение времени нагрева, увеличение продолжительности механической обработки или рост числа повторных операций.
Для установления причины специалист разделяет энергетические затраты по переделам и сопоставляет их с полезным выпуском соответствующего этапа.
При этом у разных операций различаются показатели результата. Для нагрева существенны характеристики обрабатываемой партии и предусмотренный температурный режим. Для измельчения — количество обработанного материала и требуемый результат обработки. Для транспортирования — перемещённая масса и условия технологического процесса. Для упаковки — количество обработанной готовой продукции.
Поэтому нельзя использовать один удельный показатель как полноценную характеристику эффективности всех машин. Общий баланс необходим для оценки линии в целом, а пооперационный — для установления конкретного источника изменения энергопотребления.
Энергия пусков и прогрева оборудования
Перед выполнением полезной производственной операции некоторым агрегатам необходимо пройти пусковой или подготовительный режим. В этот период оборудование уже расходует энергоресурсы, но выпуск годной продукции может ещё отсутствовать.
Особенно важно учитывать прогрев технологических установок. Энергия, необходимая для достижения рабочего температурного режима, включается в общие затраты соответствующего производственного цикла.
При выпуске крупной партии такие подготовительные затраты распределяются на большее количество продукции. Если партия небольшая, та же энергия прогрева приходится на меньшее число годных изделий.
Например, длительный прогрев оборудования перед обработкой малой партии способен увеличить расход энергии на единицу готовой продукции даже при неизменном техническом состоянии нагревательной установки.
Чтобы проверить эту причину, специалист сопоставляет продолжительность прогрева, потребление энергоресурсов, размер партии и последующий выпуск годной продукции.
Если прогрев является необходимой частью технологии, его нельзя автоматически считать устранимой потерей. Необходимо установить, соответствует ли фактическая продолжительность предусмотренному режиму и существует ли технически допустимая возможность изменения последовательности операций.
Холостой ход и ожидание между технологическими операциями
Оборудование может продолжать потреблять энергию после завершения полезной операции или во время ожидания следующей партии. Такие интервалы необходимо отделять от непосредственной обработки продукции.
Холостой ход характеризует режим, при котором машина работает без выполнения соответствующей полезной производственной операции. Однако характер расхода зависит от оборудования: электрический привод может продолжать вращаться, а нагревательная установка — поддерживать необходимую температуру.
При обследовании специалист сопоставляет эксплуатационные графики с временем технологических циклов и показаниями энергоресурсов.
Если между завершением одной операции и началом следующей возникает продолжительное ожидание, необходимо определить, какое оборудование продолжает работать и какая энергия расходуется в этот период.
Например, линия может простаивать из-за отсутствия материала на следующем этапе, хотя часть агрегатов остаётся включённой. В этом случае энергетические затраты связаны не только с отдельной машиной, но и с последовательностью работы производственных участков.
При этом отключение оборудования в каждом интервале ожидания не всегда целесообразно. Для некоторых процессов последующий пуск или прогрев требует дополнительных энергетических затрат и времени.
Поэтому необходимо сравнивать энергию ожидания с последствиями остановки и повторного запуска, сохраняя предусмотренные условия технологического процесса.
Как последовательность операций влияет на энергопотребление
В многооперационной линии машины работают взаимосвязанно. Результат одного передела становится исходным материалом для следующего. Поэтому изменение производительности отдельного агрегата может влиять на загрузку остальных.
Если одна операция выполняется медленнее соседних, перед ней может накапливаться материал, а следующее оборудование — ожидать поступления продукции.
Такая ситуация способна увеличивать продолжительность холостых и переходных режимов, даже когда каждая машина по отдельности сохраняет исправное техническое состояние.
При обследовании специалист сопоставляет последовательность операций, время каждого цикла и фактические простои. Это позволяет установить, какие интервалы возникают вследствие несогласованной работы оборудования.
Например, сокращение времени отдельной операции не обязательно уменьшит энергопотребление всей линии, если следующий передел не способен принять дополнительный материал. В таком случае изменение производительности может увеличить ожидание и не привести к росту конечного выпуска.
Поэтому при выборе мероприятий рассматривают не только отдельный агрегат, но и его место в технологической последовательности.
Результат проверки помогает определить, где требуется наладка согласованности операций и какие переходные режимы необходимо измерить подробнее.
Влияние брака на энергетические показатели производства
Выпуск продукции, не соответствующей установленным требованиям качества, влияет на энергетический результат технологической линии.
Энергия расходуется на обработку сырья и выполнение операций независимо от того, станет ли полученное изделие годным. Если часть выпуска признаётся браком, соответствующие энергозатраты уже понесены, но количество полезной конечной продукции уменьшается.
Поэтому оценка только по общему количеству обработанных изделий способна создать неверное представление об эффективности производства.
Для анализа специалист сопоставляет потребление энергоресурсов, количество обработанного материала, общий выпуск и объём годной продукции.
Например, две смены могут обработать сопоставимую массу сырья и израсходовать близкое количество энергии. Но если во второй смене доля брака выше, энергопотребление на единицу годной продукции окажется больше.
Такое изменение не обязательно свидетельствует о повышенных потерях отдельного электродвигателя или нагревателя. Причина может находиться в качестве выполнения технологических операций.
Поэтому энергетический анализ должен учитывать показатели качества продукции вместе с производительностью и энергопотреблением.
Повторная обработка и затраты на негодный выпуск
Если материал или изделие проходит технологическую операцию повторно, энергетические затраты на его обработку увеличиваются.
При этом повторная операция может не приводить к увеличению количества готовой продукции. Поэтому энергия, затраченная на повторную обработку, должна учитываться при оценке фактического результата производства.
Для обследования специалист сопоставляет число выполненных операций, массу обработанного сырья, время технологических циклов и количество годной продукции.
Если общий выпуск не изменился, но количество повторных операций увеличилось, суммарное потребление энергии способно возрасти без соответствующего роста полезного результата.
Однако сам факт повторной обработки не позволяет автоматически установить причину брака. Для такого вывода необходимы производственные сведения о качестве и условиях выполнения операций.
Энергетическое обследование в данном случае позволяет определить влияние повторной обработки на расход ресурсов, а не подменяет собой технологическое заключение о причинах дефектов продукции.
Сравнение партий различного размера
Размер производственной партии влияет на распределение подготовительных и переходных затрат между единицами выпуска.
Если оборудование требует определённого времени пуска или прогрева перед каждой партией, соответствующая энергия расходуется независимо от количества изделий, изготовленных в дальнейшем.
Для небольших партий доля таких затрат в удельном энергопотреблении может быть выше.
Например, если продолжительность прогрева остаётся близкой, но размер партии уменьшается, энергия подготовки распределяется на меньшее количество продукции. В результате показатель расхода на единицу годного выпуска увеличивается без обязательного изменения технической эффективности нагревательного оборудования.
Поэтому при сравнении партий необходимо учитывать не только итоговое количество продукции, но и продолжительность подготовки, число запусков и фактическую структуру технологических циклов.
Если эти параметры различаются, прямое сравнение удельных показателей без дополнительных пояснений может оказаться некорректным.
Разная номенклатура продукции и сопоставимая нагрузка
Технологическая линия может выпускать изделия с различными характеристиками, рецептурами и требованиями к обработке. В таких условиях одинаковая масса готовой продукции не всегда означает одинаковую производственную работу.
Сопоставимая нагрузка — это условия эксплуатации, при которых расход энергии можно корректно сравнивать с учётом номенклатуры продукции, состава операций, размера партии и необходимого качества.
Например, более сложная продукция может требовать продолжительной обработки или дополнительных технологических операций. В результате удельное энергопотребление увеличивается даже при исправном оборудовании.
Поэтому показатели разных изделий сопоставляют по близким рецептурам и составу выполняемых операций.
Если технология производства существенно различается, необходимо учитывать эти особенности при объяснении изменения энергоёмкости.
Повышенный расход на единицу продукции в одном периоде может отражать изменение производственной программы, а не ухудшение работы агрегатов.
Без сведений о номенклатуре и качестве выпуска нельзя обоснованно отнести различие удельных показателей к энергетическим потерям оборудования.
Тепловые, механические и электрические операции в одной линии
В многооперационном производстве используются разные виды энергетических преобразований. Нагревательное оборудование передаёт тепловую энергию материалу. Измельчительное и перемешивающее оборудование выполняет механическую работу. Транспортирующие и упаковочные машины обеспечивают последующие технологические операции.
При этом общая энергия линии может включать различные энергоресурсы, а полезные результаты отдельных переделов измеряются разными показателями.
Поэтому нельзя рассчитывать единый физический коэффициент полезного действия для всей линии путём механического объединения показателей оборудования с различными функциями.
При обследовании специалист устанавливает энергетические затраты каждого передела и соответствующий полезный результат.
Для линии в целом можно определить суммарный расход энергоресурсов и его отношение к годному выпуску. Но такой показатель не заменяет технической оценки отдельных тепловых, механических и электрических операций.
Это разграничение позволяет сохранить физический смысл расчётов и не приписывать одному агрегату изменение расхода, вызванное другой технологической стадией.
Особенности непрерывных технологических линий
Для непрерывного производства важны не только затраты отдельных режимов, но и последствия остановки всей технологической последовательности.
Остановка оборудования может потребовать повторного пуска, восстановления рабочего режима и дополнительных переходных операций. Поэтому уменьшение времени работы одной машины не обязательно сокращает общее энергопотребление линии.
Например, решение об отключении агрегата в короткий период ожидания необходимо сопоставлять с энергией последующего запуска и возможными последствиями для непрерывности выпуска.
Если остановка вызывает нарушение технологической последовательности или изменение качества продукции, предполагаемая экономия электроэнергии на одном участке может сопровождаться дополнительными затратами на других.
Поэтому при обследовании непрерывной линии специалист сопоставляет энергию холостого режима с затратами на остановку и восстановление производства.
Без данных о продолжительности переходных процессов и последствиях для выпуска нельзя считать отключение оборудования заведомо более эффективным вариантом.
Как отличить рост энергоёмкости от увеличения полезного выпуска
Увеличение суммарного расхода энергии может сопровождаться улучшением производственного результата. Например, линия способна расходовать больше ресурсов при одновременном увеличении количества годной продукции.
Поэтому абсолютное энергопотребление необходимо анализировать совместно с объёмом и качеством выпуска.
Если потребление выросло, сначала устанавливают, изменилось ли количество обработанного сырья и произведённой продукции.
Затем проверяют долю годного выпуска, номенклатуру и состав выполненных операций.
Если выпуск годной продукции увеличился, это обстоятельство необходимо учитывать при интерпретации энергетических показателей.
Возможна и обратная ситуация: общий расход энергии остаётся неизменным, но доля брака увеличивается. Тогда расход на единицу годной продукции возрастает, несмотря на отсутствие изменения суммарного потребления.
Такое сопоставление позволяет определить, объясняется ли изменение энергоёмкости условиями производства или требует дополнительной технической проверки оборудования.
Исходные данные для энергетического обследования
Для анализа необходимы сведения, связывающие энергетические затраты с последовательностью производственных операций и качеством конечного результата.
- Карта технологического процесса, операции и последовательность машин. Позволяет определить границы переделов, установить взаимосвязь агрегатов и выделить этапы, на которых расходуются энергоресурсы.
- Показания энергоресурсов по участкам, время циклов, простои и брак. Необходимы для расчёта пооперационного энергопотребления и определения затрат на пусковые, переходные и холостые режимы.
- Сведения о качестве и объёмах готовой продукции, массе сырья и режимах работы. Позволяют сопоставить энергетические показатели с полезным выпуском и проверить влияние номенклатуры, размера партии и производственных условий.
Карта процесса устанавливает, какую работу выполняет каждый этап. Показания учёта и эксплуатационные графики показывают, какая энергия затрачена и в каких режимах. Данные о выпуске и качестве позволяют определить, какой полезный результат получен.
Если отсутствует раздельный учёт энергоресурсов, распределение потребления между переделами потребует дополнительных измерений.
Если неизвестны продолжительность циклов и простои, невозможно достоверно выделить энергетические затраты переходных режимов.
Если отсутствуют сведения о браке и количестве годной продукции, оценка энергоёмкости может не отражать фактический производственный результат.
Проверка причин повышенного энергопотребления
Проверка причинного механизма означает последовательное сопоставление наблюдаемого изменения расхода энергии с условиями, которые способны его объяснить.
Для технологического оборудования сначала определяют, изменились ли количество и номенклатура выпускаемой продукции.
Затем сравнивают состав операций и размер производственных партий. Если партии уменьшились, необходимо установить влияние пусков и прогрева на удельные затраты.
После этого рассматривают продолжительность холостого хода и ожидания между переделами.
Отдельно проверяют выпуск брака и необходимость повторных операций, поскольку они влияют на энергию, затраченную для получения годной продукции.
Для непрерывной линии необходимо также учитывать энергетические последствия остановок и повторного выхода на рабочий режим.
Только после разграничения этих факторов можно обоснованно определить, какая операция требует проверки технического состояния оборудования, а где причина изменения показателя связана с организацией технологического процесса.
Выбор мероприятий по результатам обследования
Направление дальнейших действий зависит от того, на каком этапе возникает подтверждённое отклонение.
Если значительную долю затрат формируют ожидания между операциями, предметом анализа становится согласование последовательности работы машин.
Если удельное потребление увеличивается при небольших партиях, необходимо исследовать соотношение энергии подготовки и объёма годного выпуска.
Если выявлены затраты на повторную обработку и брак, дальнейшая работа должна учитывать качество технологического результата, а не только электрическую мощность агрегатов.
Если непрерывная линия имеет продолжительные холостые периоды, прежде чем рассматривать отключения, необходимо оценить затраты на повторный запуск и последствия для выпуска.
Таким образом, обследование позволяет выбрать наладку последовательности операций, уменьшение необоснованных холостых периодов или дополнительные измерения конкретных переделов.
При этом предполагаемое снижение энергопотребления должно оцениваться при сохранении требуемого качества и объёма продукции.
Результаты энергетического обследования технологического оборудования
Результатом становится пооперационный энергетический баланс технологической линии, связывающий расход энергоресурсов с полезным выпуском отдельных переделов и качеством готовой продукции.
Баланс позволяет установить, на каких этапах энергия расходуется непосредственно на обработку материала, а где возникают дополнительные затраты на пуск, прогрев, ожидание и холостой ход.
Отдельно отражается влияние брака и повторных операций на расход энергии в расчёте на годную продукцию. Для разных изделий учитываются номенклатура, рецептура и фактическая последовательность обработки.
При наличии достаточных данных можно определить, какие переходные режимы требуют дополнительной проверки и где целесообразно рассматривать изменение организации производства.
Для заказчика результат позволяет выбрать приоритеты дальнейших измерений и наладки оборудования на основании подтверждённых энергетических затрат и производственных показателей.
Нельзя признавать агрегат неэффективным без данных о его производительности, качестве выпуска и структуре технологических циклов. Повышенная энергоёмкость может объясняться уменьшением партии или усложнением продукции, а не износом оборудования.
Также нельзя обещать величину экономии без подтверждённых измерений и проверки того, как предполагаемое изменение режима отразится на выпуске годной продукции.
В отличие от обследования насосов и компрессоров, где полезная работа характеризуется прежде всего параметрами перемещаемой среды, обследование технологического оборудования рассматривает многооперационный процесс. Его итоговый энергетический результат необходимо оценивать с учётом количества и качества готовой продукции.
Общий перечень обследуемых систем представлен на странице «Технологические системы и оборудование». Комплексная проверка производственного оборудования относится к услуге «Энергоаудит предприятия». Для исследования эксплуатационных режимов предусмотрена задача «Выявление неэффективных режимов работы оборудования». Разграничение производственных и обеспечивающих нагрузок рассмотрено в материале «Технологическое и общехозяйственное энергопотребление: принципы разделения».