Protection de vos appareils à air comprimé

ASSET MANAGEMENT
Maintenance Magazine 156 – mai 2022

Protection de vos appareils à air comprimé

L’efficacité énergétique devient de plus en plus importante pour nous tous car elle est directement liée aux coûts. La pression réglementaire croissante se profile également à l’horizon sous la forme de la révision proposée par la Commission européenne de la directive européenne relative à l’efficacité énergétique (DEE). La DEE révisée rendra les objectifs d’économies d’énergie de l’UE juridiquement contraignants. Elle obligera les pays de l’UE à réduire collectivement leur consommation d’énergie de 9% d’ici 2030 par rapport au niveau de 2020. En outre, à partir de 2024, les pays de l’UE devront probablement réaliser de nouvelles économies annuelles de 1,5% de la consommation totale d’énergie. C’est une augmentation de 0,8% par rapport au niveau actuel.

Par David De Pril, Director, Product Management and Marketing, ELGi Compressors Europe

Dans les process en production utilisant l’air comprimé, les améliorations de l’efficacité énergétique sont essentielles car les compresseurs d’air consomment environ 12% de l’énergie électrique. De plus, sur la durée de vie d’un compresseur d’air, 80% du coût est représentatif de la consommation d’énergie et 20% est le coût de l’unité. Mais les utilisateurs d’air comprimé ont-ils une bonne idée de l’origine de ces coûts et de ce qui y contribue ?

Regarder au-delà du système

Il n’y a pas si longtemps, l’industrie a commencé à se concentrer, à juste titre, au-delà du seul rendement de l’unité vers le rendement à la fois du système et de l’installation. Comment trouver un équilibre entre les besoins opérationnels, le coût du capital, la durée de vie des actifs critiques et la consommation d’énergie ? L’approche traditionnelle du coût total de possession (TCO) examine les coûts énergétiques en fonction de la puissance ou de la consommation électrique spécifique d’un ensemble de compresseurs. Alors qu’une analyse opérationnelle complète examine l’ensemble ; du compresseur à l’environnement dans lequel il fonctionne ainsi que les exigences opérationnelles telles que les pics et les creux de la demande d’air comprimé et la planification de l’expansion opérationnelle. Une analyse globale de la situation doit être faite dans son ensemble ; comprendre comment même les plus petits éléments du système affectent la consommation d’énergie du compresseur. L’objectif est de trouver le juste équilibre entre les choix techniques et économiques. Les utilisateurs d’air comprimé doivent examiner leur demande opérationnelle au cours du cycle de production et évaluer quel air comprimé est nécessaire pour leur application spécifique. Ils doivent ensuite étudier comment optimiser la salle des compresseurs et s’interroger sur le matériel et les réglages de l’installation d’air comprimé. Après cette étude, les utilisateurs d’air comprimé peuvent vraiment préserver leurs actifs, leurs investissements et leurs coûts énergétiques pour finalement atteindre un coût total de possession optimal pour leur compresseur d’air comprimé.

Regarder au-delà de la protection des actifs

Pour une meilleure compréhension, examinons un processus hypothétique dans lequel un client envisage d’agrandir son site de production. On estime souvent qu’un compresseur supplémentaire ou plus volumineux est la solution. Cependant, ce n’est pas le cas si le système environnant reste identique. Cela peut conduire à une charge trop importante sur la structure existante du système et donc à un rendement global réduit. Pourquoi ? Lors de la construction d’une usine ou d’une ligne de production, un système d’air comprimé est personnalisé et conçu pour correspondre à la capacité de charge. Tout est réalisé comme prévu et les résultats espérés sont atteints. Au fur et à mesure que l’activité de l’entreprise se développe et que l’usine augmente sa production, la demande d’air comprimé varie. Avant même d’envisager un nouveau compresseur, les utilisateurs d’air comprimé devraient travailler avec les experts pour effectuer une analyse détaillée de la performance du système actuel sur une période donnée et dans le cadre d’exigences particulières. Une analyse holistique de l’ensemble du système de production, des besoins historiques et planifiés en air comprimé, des tuyauteries actuelles et des contrôles de fuites doivent être effectués. Il s’avère souvent qu’un compresseur supplémentaire ne s’impose pas. En alignant les actifs existants sur les charges correctes et adaptées et non sur les pressions les plus élevées ou les tâches extrêmes, la pression sur l’ensemble du système et la consommation d’énergie peut être réduite. Ajouter un autre compresseur est une option facile. Cependant, adopter une approche holistique, analyser et optimiser le système existant et ses éléments est clé pour sécuriser vos actifs et atteindre les améliorations requises en termes d’efficacité énergétique.

Tout commence par l’audit

Avant de prendre une décision sur ce qu’il faut faire, qu’il s’agisse de remplacer un compresseur, d’en ajouter un nouveau ou de modifier le système existant, un audit du fonctionnement est nécessaire. Un auditeur d’air comprimé peut contrôler l’ensemble du système et déterminer la capacité et l’état des compresseurs, leur fonctionnement et les pressions exactes nécessaires. Cela donne une image du système tenant compte de l’environnement, les éléments, les canalisations et la consommation critique. Avec ces connaissances, nous pouvons passer à l’étape suivante. Elle consiste à prendre une décision mûrement réfléchie sur la façon d’optimiser le système pour qu’il réponde aux nouvelles exigences. Souvent, les nouvelles exigences de production étendues peuvent être satisfaites avec la même puissance avec toutefois quelques ajustements de débit d’air (en fonction bien sûr de la taille de l’extension). Il s’agit de dimensionner correctement les besoins en air.

Exemple concret

Une usine avec une demande actuelle d’air comprimé étend ses activités et a besoin d’un supplément d’air comprimé pouvant atteindre 35%. Comment arriver à ce besoin extra d’air comprimé et est-il nécessaire d’ajouter un nouveau compresseur ? L’audit stipule l’état actuel du système, y compris la tuyauterie, les pressions de service pendant la journée et les variations cycliques de la demande. L’étape suivante consiste à voir comment le système existant peut être optimisé pour générer la demande supplémentaire avec la même capacité. Cela peut se faire en analysant et en personnalisant le système et en examinant de plus près :

L’impact des fuites : des fuites se produisent dans tout le système au fil du temps. Cela peut être causé par des flexibles obsolètes, des raccordements, des installations, des pièces inappropriées ou de la corrosion. 20 à 30% du débit d’air comprimé peuvent être perdus par fuite. Une fuite à travers un trou de 3 mm (~1/8”) peut consommer 4 kW/h d’électricité, avec une perte annuelle de 19.200 kW (à 7 bar g [100 psi g] 16 heures/jour pendant 300 jours par an). Cela donne une énorme marge possible d’améliorations. Les fuites qui se produisent dans les raccords de tubes et les conduites peuvent être évitées par un serrage simple et correct et en faisant usage des joints et des produits d’étanchéité adéquats. Les garnitures, flexibles et raccords de qualité appropriée durent plus longtemps. Un audit peut identifier les zones à risque, tandis qu’un programme de détection et d’entretien des fuites à intervalles réguliers réduira le nombre de fuites futures.
Utilisation inopportune de l’air comprimé : comme le soufflage de pièces nettoyées ou même les opérateurs qui travaillent dans un environnement poussiéreux qui utilisent l’alimentation en air comprimé pour dépoussiérer leurs vêtements. Ce sont des choses qui arrivent. Le contrôle et l’élimination de l’utilisation inappropriée de l’air comprimé peuvent offrir des avantages significatifs.
Demande artificielle : il s’agit du volume d’air excédentaire requis pour les utilisations finales non régulées en raison de la fourniture d’une pression supérieure à celle requise pour les applications. Cela équivaut à une consommation d’énergie inutile. Une stratégie simple pour effectuer la sélection, l’installation et l’utilisation correctes des régulateurs de pression, outre la prévention de fuites et les utilisations inopportune, peut-être d’une grande aide à cet égard.
Optimisation de la plage de pression : le réglage des pressions correctes commence par l’identification et la compréhension des exigences. Puis, par la détermination des pertes de pression dans le système de conduites entre le compresseur et l’équipement de production pour finalement régler les pressions de charge et de décharge correctes aussi basses que possible pour répondre aux exigences de l’application. L’économie de la réduction de 1 bar (14,7 psi) de la pression de réglage du compresseur représente même 7% de la consommation d’énergie totale de ce dernier. Annuellement, en fonctionnant à 16 heures/jour pendant 300 jours par an, une économie de 7% à une puissance de compresseur de 110 kW équivaut à 36.960 kWh !
Minimiser la perte de charge : bien qu’aucun système n’existe sans perte de charge dans le système de tuyauteries et l’équipement en aval, la différence de pression entre la sortie du compresseur et le point de consommation peut être minimisée. Cela commence par la conception de la tuyauterie : rapprocher les points de production et d’utilisation et optimiser la taille et la forme de la tuyauterie. L’équipement en aval doit être sélectionné avec la perte de charge la plus faible. Les entretiens et un nettoyage périodique doivent se faire en conformité avec les recommandations du fournisseur du compresseur d’air. Tout cela en tenant compte du fait qu’une perte de charge d’1 bar représente 7% de la consommation énergétique totale d’un compresseur.

Conclusion

Un audit bien exécuté avec le bon partenaire révélera un modèle complet de consommation d’air comprimé au fil du temps, aidant à la détection des fuites, au dimensionnement du compresseur et à l’optimisation énergétique. Qu’il s’agisse d’utilisateurs d’air comprimé, de fournisseurs de compresseurs d’air, d’équipes de service ou d’opérateurs, nous pouvons tous améliorer l’efficacité énergétique, l’efficacité du système et les coûts associés en regardant plus loin qu’il ne le faut pour optimiser la demande et l’offre d’air comprimé. L’avantage supplémentaire de cette approche est payant en protégeant vos actifs, en réduisant le risque de temps d’arrêt et en maintenant une exploitation efficace.