Енергийни спестявания при шприцване на пластмаси

Задвижващите технологии в областта на леенето на пластмаси под налягане са обект на бурен технологичен напредък през последните години

Оборудването за шприцване от ново поколение е в пъти по-ефективно в сравнение с предшествениците си от преди няколко десетилетия

С въвеждането на целенасочени мерки за повишаване на енергийната ефективност в един цех за инжекционно формоване консумацията на електроенергия може да се редуцира с до 30%

Шприцването на пластмаси по традиция е енергийно интензивен производствен метод, а в съвременната индустрия енергията е скъп и ценен ресурс, чието оптимално оползотворяване се налага както по икономически, така и по екологични съображения. С въвеждането на целенасочени мерки за повишаване на енергийната ефективност в един цех за инжекционно формоване консумацията на електроенергия може да се редуцира с до 30%. Ето защо експертите препоръчват на производителите в бранша регулярно да провеждат обстойни анализи на това кои елементи от технологичния процес и използваното оборудване подлежат на оптимизация и как.

Стратегии за повишава-не на енергийната ефективност

Една успешна стратегия за повишаване на енергийната ефективност при леене на пластмаси под налягане обикновено включва комбинация от мерки, насочени там, където има най-голям потенциал за спестявания. Консумацията на енергия при шприцването на пластмасови изделия е променлива, контролируема и изцяло обвързана с производството. Ключов показател в тази връзка е т. нар. крива на производителността (Performance Characteristic Line), която отразява уникалния “енергиен отпечатък” на всяка машина или линия за инжекционно формоване. За да се генерира такава крива, е необходимо да се съпостави енергийното потребление в kWh спрямо обема на продукцията в килограми за период от поне 12 месеца. По този начин може да бъде изчислено оптималното съотношение между двата индикатора и да се дефинират базовото и променливото потребление. В допълнение всяко мероприятие по оптимизиране на енергийната ефективност може да включва и изготвяне на своеобразна “енергийна” карта на производството, показваща основните консуматори на електричество, типичната потребявана мощност в kW и работните часове. Чрез подробен анализ на тези фактори производителите на пластмасови продукти могат значително да подобрят информираността си относно това как се оползотворява енергията, да редуцират загубите и да подобрят ресурсната ефикасност на процесите и оборудването.

Остарялото оборудване увеличава разходите

Дори и според най-консервативните експертни съпоставки, модерните хидравлични машини за инжекционно формоване са с поне 25% по-висока енергийна ефективност спрямо предлаганите на пазара модели през 90-те години на миналия век. Що се отнася до най-добрите електрически конфигурации днес, при тях същият показател надвишава с близо 80% този на старите хидравлични системи от миналото. Допълнително предимство на технически усъвършенстваното оборудване в наши дни е и неговата много по-висока степен на автоматизация. И макар закупуването на един съвременен шприцавтомат да изисква голяма първоначална инвестиция, периодът й на възвръщаемост е сравнително кратък, а ползите в дългосрочен план са значителни.

На практика се оказва, че поддръжката и експлоатацията на една морално и физически амортизирана машина коства много повече на производителите на пластмасови изделия, поставяйки ги в далеч по-неизгодна пазарна позиция от технологично модернизираните линии и предприятия. За справка, специалистите изчисляват, че почти във всички случаи общите разходи за обслужване и използване на една машина за леене на пластмаси под налягане за 10-годишен период надвишават сумата за придобиването й. Тази разлика единствено нараства с увеличаването на цените на електроенергията през годините. Ето защо оценката на потенциала за реализиране на енергийни спестявания при шприцването на пластмаси е ключова не само в рамките на експлоатационния живот на оборудването в цеха, но и в етапа на избор и закупуване на необходимата техника. Изчисляването и сумирането на всички разходи през жизнения цикъл и общата цена на притежание може да изглежда сложно, но е единственият сигурен начин за управление на потреблението на енергия в дългосрочен план. Един предварително информиран на базата на такъв анализ производител е много по-слабо вероятно да прибегне към привидно атрактивната покупка на по-евтина машина, която обаче е нискоефективна, "гълта" все повече енергия и непрекъснато увеличава производствените разходи в рамките на сервизния си живот.

Особености на технологичния цикъл

Мониторингът на мощността, консумирана от една система за шприцване на пластмаси, дава сравнително цялостна картина на енергийното потребление в рамките на производствения цикъл, като могат да бъдат обособени два типа потребление – “базово” и “технологично/процесно”. При стандартните хидравлични машини базовата консумация (енергията, използвана по време на работата на машината “на празен ход”, например във фазите на охлаждане) може да достигне 75% от общото количество изразходвано електричество. Твърде високото базово потребление най-често е индикатор за това, че оборудването е прекалено мощно за конкретното приложение. В такива случаи при стандартните хидравлични системи е ключово основният двигател да се пуска възможно най-късно при стартиране на производствения цикъл и да се спира веднага при прекъсване на основните технологични операции или при тяхното завършване. Последната задача подлежи на автоматизация посредством средства за управление, свързани с движението на плочите на шприцмашината.

При изцяло електрическите и хибридните системи базовата консумация обикновено е много по-ниска (от порядъка на 10 – 20%), тъй като двигателите работят само при необходимост и е свързана основно с подгряването на контейнера (барабана) за подаване на разтопен полимер.
Технологичното потребление може също да бъде наблюдавано посредством анализ на консумираната мощност. С помощта на една детайлна и актуална графика по този показател процесните параметри (например температурата в барабана, скоростта на шприцване, силата на затягане на плочите, поддържащият натиск, времето на задържане в затворено положение, продължителността на охлаждането и др.) могат да бъдат прецизно настроени. Целта е повишаване на енергийната ефективност като същевременно се запазят оптимална производителност, качество и последователност на операциите.

Избор на оптимални задвижващи технологии

Задвижващите технологии в областта на инжекционното формоване на пластмаси преживяха бурен технологичен напредък през последните десетилетия. Що се отнася до енергийната ефективност, най-значимо за бранша се оказа въвеждането на изцяло електрическите и хибридните системи. Моторите с фиксирана скорост, които движат помпа с постоянен обем (характерни за хидравличните системи), постепенно отстъпват място на подобрени решения, регулиращи нивото на маслото според потребностите. Комбинациите от двигател с постоянна скорост и помпа с променлив обем използват регулируема накланяща се планка, която прецизно дозира необходимото количество хидравлично масло под налягане. Моторите с променлива скорост в съчетание с помпа с променлив обем пък включват честотен регулатор, който осигурява значителна гъвкавост на системата.

На пазара се предлагат и доста модели със сервоуправляеми двигатели и помпи с постоянен обем, при които възможностите за енергийни спестявания са дори още по-големи. Популярни са хибридните решения, базирани на комбинация от хидравлично задвижване на машината и сервоуправление на пластифициращия винт. Те позволяват използването на по-малка хидравлична система, която редуцира базовата консумация на оборудването.
Изцяло електрическите решения типично залагат на сервоуправление за основните технологични операции, което обикновено не обхваща по-дребните спомагателни задачи като контрол на налягането на дюзите и ежекторите. Използването на енергия само когато се изисква движение на даден машинен компонент драстично намалява базовата консумация на системата, като са възможни спестявания с до 60%.

Освен инвестиции във високоефективни съвременни технологии, експертите препоръчват и по-голям фокус върху поддръжката. Дори привидно незабележима промяна в обслужването на хидравличното масло може да доведе до големи скокове в ефективността и производителността, дължащи се на удължен жизнен цикъл на компонентите и съкратени времена на работните цикли.
Висококачествените хидравлични масла за интензивни приложения като шприцването на пластмаси запазват оптимален вискозитет в широк диапазон от експлоатационни условия, като така защитават оборудването, повишават енергийната ефективност и позволяват по-дълги интервали на смяна на маслото. Автоматизираната диагностика на системата и анализът на маслени проби пък могат не само да дадат важна информация за моментното състояние на инсталацията, но и да предвидят редица проблеми и аварии преди тяхното реално възникване.

Спомагателни системи и операции

В сравнение с основните задвижващи механизми, спомагателните системи на пръв поглед могат да изглеждат маловажни по отношение на енергийната ефективност. На практика обаче това далеч не е така. Подгряването на бункера за разтопен полимер например най-често използва между 10 и 25% от общото количество енергия, консумирана от една средностатистическа шприцмашина. Топлинните загуби вследствие на недобра изолация на барабана и системата за подаване на полимера могат да са значителни и драстично да повишават потреблението на електричество (с до 50%). Температурните контролери на матриците също консумират много енергия, но често се пренебрегват при оценка на потенциала за спестявания.

Тръбните инсталации за циркулация на технологични топлоносители (гореща вода или масло) към матрицата е важно да се изолират добре, за да се избегне разсейване на топлината в околната среда. Друга полезна препоръка е спомагателни модули надолу по веригата на производствената линия, като конвейери, гранулатори, асемблиращи машини и системи за автоматизация, да не се оставят включени, когато основната машина не е в работен цикъл поради големите количества излишно консумирана енергия "на празен ход". Решение за този проблем е свързването им в обща автоматизирана платформа с централизирано управление и мониторинг.

Операции като сушенето, генерирането и доставката на сгъстен въздух и студена вода за охлаждане също генерират сериозен дял от общото потребление на електроенергия при инжекционното формоване – около 30-35%. Тук водеща цел е технологичната оптимизация на оборудването (чрез модернизация или ретрофит) с цел постигане на оптимален баланс между инвестиция и потребление. Една целенасочена програма за мениджмънт на доставката на сгъстен въздух сама по себе си би могла да опосредства икономията на до 50% от типично консумираната енергия. При компресорното оборудване също важи златното правило за редуциране на загубите чрез елиминиране на утечките на сгъстен въздух, като е добре да се премисли и употребата на този ценен ресурс и тя да е само по съществена необходимост.

Експертите препоръчват още подмяна на конвенционалните уловители за кондензат с електронни, както и правилно оразмеряване на дистрибуционната система, за да не се налагат по-големи налягания, изискващи повече енергия.

Доставката на вода за охлаждане на матриците и задвижващите системи традиционно е "виновна" за около 10 – 15 % от общото количество изразходвано електричество. Циркулирането на водата през технологични агрегати, които в момента не се използват, води до паразитно повишаване на температурата й и косвена загуба на енергия за повторното й охлаждане. Добрата изолация, рекуперацията на топлина и инсталирането на честотни управления, където е възможно (на вентилатори, помпи и т. н.), могат значително да подобрят общата енергийна ефективност на шприцмашините и автоматите.

Процесите на сушене на полимерите също е добре да бъдат взети под внимание във връзка с потенциала за енергийни спестявания. Препоръчително е да се сушат само хигроскопичните материали, които реално се нуждаят от такова третиране. Важно е да се осигурят и оптимални условия за съхранение на изходните суровини, за да се избегне излишното им овлажняване. Не на последно място, значителни подобрения по посока енергийната ефективност могат да се постигнат с внедряването на автоматизирани системи за мониторинг на влажността, температурата, точката на оросяване на технологичния въздух, продължителността на работните цикли и т. н. Тук безкомпромисната изолация и възможностите за възстановяване и рециклиране на топлинна енергия също са от критична важност с оглед потенциалните икономии.