12 августа 2024 г.
Приведение центрифуг в соответствие с требованиями устойчивого развития
При разработке центрифуг важна каждая капля и каждый киловатт-час. Компания GEA производит центрифуги уже более 130 лет, и ее опыт в этой сфере не вызывает никаких сомнений. Но несмотря на это, Юрген Маккель (Jürgen Mackel), вице-президент по продуктовой линейке сепараторов компании GEA, и Кристиан Беккер (Christian Becker), менеджер по продукции, отвечающий за линейку центрифуг для молочной промышленности, постоянно предлагают новые решения, отвечающие требованиям технического прогресса, текущим рыночным условиям и всем аспектам устойчивого развития. Далее вы узнаете о том, что инженерное искусство компании GEA предлагает производственным цехам в самых разных отраслях промышленности по всему миру.
Кристиан Беккер и Юрген Маккель обнаруживают даже скрытый потенциал оптимизации в каждом типе центрифуг.
Большая задача по постановке вопросов и оптимизации
Добиваться успеха в компании GEA никогда не утомляет. Наоборот, это служит стимулом. «Мы не стремимся повышать эффективность и экономить ресурсы только для галочки — скорее, это часть нашей корпоративной ДНК, — говорит Юрген Маккель. — Мы всегда стремились к достижению целей повышения производительности и эффективности машин, что приводит к снижению износа и объема технического обслуживания, не говоря уже о снижении потребления энергии и воды».
Хотя с течением времени устойчивое развитие приобретает все большее значение. «Именно поэтому мы тщательно анализируем все необходимые параметры, рассматриваем весь жизненный цикл с точки зрения экологичности и применяем новый подход к проектированию», — говорит он.
Кристиан Беккер рассказывает об этом подробнее: «Все всегда начинается с вопросов, которые на сегодняшний день в большей степени характеризуются проблемами экологической устойчивости и экономической эффективности. Почему эксплуатация центрифуги обходится так дорого? Где мы используем энергию неэффективно? Где существует потенциал для экономии воды и средств для системы безразборной очистки (CIP)? Затем мы оцениваем эксплуатационные и технические возможности для снижения потребления».
Это отличается от предыдущих подходов. «В прошлом, если мы хотели создать новую машину, мы добавляли больше мощности — обычно это было простое увеличение скорости — при этом диаметр барабана должен был оставался как можно меньше, — говорит Юрген Маккель. — Увеличение мощности за счет скорости позволяет экономить капитальные затраты (CAPEX), а именно инвестиционные расходы, но более высокая потребляемая мощность приводит к увеличению эксплуатационных расходов (OPEX)».
Еще несколько лет назад цена на электричество почти не являлась какой-либо особой проблемой. Сегодня же все по-другому. «Сейчас наше мышление поменялось, мы разрабатываем барабаны большего диаметра и строим машины, которые работают медленнее — на 10 % меньше скорость, что эквивалентно 20 % снижению потребления энергии, — говорит он. — Это связано с тем, что потребители обращают внимание на киловатт-часы — особенно чувствительный пункт при рассмотрении стоимости».
То же самое относится и к концепциям приводов, где происходят различные потери в эффективности. Прямой привод от GEA позволил свести эти потери к минимуму. Эти концептуальные модели не требуют особого обслуживания и занимают мало места, а также совместимы с крупными двигателями. В прошлом инженеры делали упор на продукт — более высокие показатели продуктивности, более высокое качество. Сегодня эти факторы зачастую исчерпаны. «Мы все чаще обращаем внимание на то, сколько энергии и воды потребляет машина за весь срок службы», — говорит г-н Маккель. Если раньше, например, контрольная вода добавлялась в течение семи секунд, то теперь достаточно двух секунд. Если все сложить воедино, то получается большая разница.
Конечно, учитываются и собственные производственные параметры GEA. Цель состоит в том, чтобы использовать как можно меньше прямой и косвенной энергии и расходовать минимум материалов при производстве. Г-н Маккель рассматривает это в перспективе: «Но то, что мы экономим внутри компании, — это лишь малая часть того, что можно сэкономить на стороне клиента при сроке службы машины от 20 до 40 лет».
Углеродный след 150 000 машин
Энергия, вода и материалы — эти характеристики должны быть точно измерены и зарегистрированы как часть процесса совершенствования. Каждый год эта цифра определяется для всех реализованных машин, всего их около 150 000. «Мы знаем КПД установленных электродвигателей, области применения и прогнозируемое время работы», — объясняет г-н Маккель. Исходя из этого можно определить количество киловатт-часов, потребляемых каждой машиной в год. (Один киловатт-час производит до 0,9 кг CO2, в зависимости от страны и региона).
Конечно, это не является правилом для всех. У потребителей «зеленой» электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями или ветряными электростанциями, баланс будет значительно отличаться от баланса тех, кто использует ископаемое топливо. Саму машину также можно разложить на отдельные части для последующей переработки. «Мы мыслим категориями сырья, а не отходов — в соответствии с идеей циркулярной экономики, — добавляет г-н Маккель. — Большие барабаны на сепараторах могут оставаться в рабочем состоянии до 30 лет. По окончании срока службы машины они переплавляются и снова поступают в процесс».
Для оптимизации потребления энергии и воды в наших центрифугах были тщательно проанализированы и улучшены соответствующие критические точки.
Ничего не тратить впустую, вот в чем цель
Вода, один из самых ценных ресурсов в мире, необходима для работы центрифуг. Большая часть воды расходуется либо для охлаждения электродвигателя, либо для охлаждения и защиты продукта от нагрева при трении, либо в качестве контрольной воды для процесса слива. Поскольку слив в центрифугах происходит достаточно часто — иногда каждые две-три минуты, — можно сэкономить большое количество воды. По словам Юргена Маккеля, если раньше контрольную воду добавляли в течение семи секунд, то теперь достаточно двух секунд, причем за одну секунду добавляется примерно один литр контрольной воды. «В настоящее время мы также пытаемся выяснить, как можно использовать охлаждающую воду, нагретую с 20 до 40 градусов, в других процессах. В среднем это более 150 литров в час. Раньше вода попадала в канализацию, но теперь она используется для мытья рук, а также она безопасна для питья, потому что у нас закрытые системы».
Не менее важно и энергопотребление центрифуги. Здесь были разработаны две концепции энергосбережения: EngySpeed, которая относится к сепараторам с большим диаметром и меньшей скоростью, и EngyVac с вакуумом между барабаном и кожухом. Независимо от размера машины и скорости вращения, площадь осветления, пропускная способность и эффективность сепарирования остаются одинаковыми при использовании EngySpeed. «Скорость оказывает большее влияние на трение, чем диаметр, — объясняет г-н Маккель. — Поэтому проверенным средством экономии энергии является снижение скорости до четверти от значения, характерного для небольших высокоскоростных машин».
Но как быстро больший диаметр барабана окупается за счет экономии энергии? В типичном примере, взятом из молочной отрасли, при среднем времени работы 6000 часов в год и производительности 25 000 л/ч при расчетной стоимости электроэнергии 30 центов за кВтч, более крупная система окупается за 2,6 года за счет экономии энергии. «Одним из главных преимуществ по сравнению с вакуумными машинами является отсутствие необходимости в дополнительной энергетической установке, — говорит г-н Беккер. — Другими словами, клиенты получают концепцию стандартной машины и обслуживания для машины большего размера, при этом стоимость сопоставима со стоимостью для машины меньшего размера». Большая машина с системой EngySpeed вращается медленнее и поэтому для нее предусмотрены более длинные интервалы между техническим обслуживанием некоторых узлов. Это особенно важно в молочном производстве, где существует договорное обязательство по поставке молока.
В типичном примере, взятом из молочной отрасли, при среднем времени работы 6000 часов в год и производительности 25 000 л/ч при расчетной стоимости электроэнергии 30 центов за кВтч, более крупная система окупается за 2,6 года за счет экономии энергии.
EngyVac обычно используется в самых крупных сериях изделий и центрифугах верхнего диапазона мощности, где снижение скорости не представляется возможным. Здесь амортизация часто не является решающим фактором при инвестировании в отвечающее целям устойчивого развития оборудование. Вместо этого большую роль часто играет соблюдение нормативных требований по экономии энергии или достижению целей устойчивого развития.
CIP — второстепенная роль с реальным потенциалом для улучшения
Другая идея заключается в очистке чистящих средств, жидкостей для CIP, с помощью осветлительного сепаратора для удаления твердых частиц, чтобы их можно было использовать снова. Менеджер по продукции знает об этом по собственному опыту: «Особенно в молочной отрасли мы наблюдаем случаи, когда десятки тонн жидкостей для CIP просто сливаются каждый день», — говорит г-н Беккер. Сепаратор GEA CIPClean снижает воздействие на окружающую среду, сокращает потребление воды и уменьшает затраты энергии на обработку свежих чистящих средств для CIP. Переработанные чистящие средства для CIP сохраняют остаточное тепло.
Сила скорости и других переменных параметров
В какой-то момент проектировщики достигают своего предела. Именно здесь на помощь приходят интеллектуальные решения для автоматизации, в частности, такие, как InsightPartner Separation. «Автоматизация — это новый ключ к экономии: Отличная производительность, когда это необходимо, — говорит г-н Беккер. — И превентивное обслуживание для выполнения прогнозных расчетов с максимальным временем безотказной работы».
Интересным является и тот факт, что используются датчики, которые собирают данные для облегчения управления центрифугами. «Мы также любим открывать новые горизонты в области проектирования, что делает нашу работу в GEA такой увлекательной, — говорит г-н Беккер. — Вот уже более 130 лет мы переосмысливаем концепцию центрифуг и будем продолжать это делать в течение следующих 130 лет. И нам по-прежнему интересно этим заниматься».
Само собой разумеется, что в компании GEA мы не оставляем ничего на волю случая. «Управление инновациями в компании также способствует формированию инновационного сообщества, — добавляет г-н Маккель. — Вклад в инновации является обязанностью каждого сотрудника, и это может и должно быть увлекательным».
