您知道嗎?電能浪費中有40%與壓縮空氣有關。定位壓縮空氣系統、氣體系統和真空系統中的洩漏點一直都是非常耗時和令人乏味的工作——但現在這種情況已徹底改變。憑藉Fluke ii900聲波顯像儀,您的維護團隊在幾分鐘之內就可以快速確定壓縮空氣、氣體和真空洩漏點的位置。利用SoundSight技術,即使在嘈雜的工業環境中,您也可以輕鬆「看到」洩漏產生的聲音。

原理

什麼是聲學聲音影像

一種基於場景中的聲音創建場景影像的技術,然後將聲像疊加到可見影像上。

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聲學基礎──聲音

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  • 當某物振動時會產生聲音,振動反過來導致其周圍的空氣振動,振動空氣中的分子會壓縮,然後分開(稀疏)。
  • 當聲音傳播時,空氣分子被壓縮然後間隔開。當壓縮時,空氣壓力將高於環境壓力,並且當間隔開時將低於環境壓力。
  • 當以曲線圖示出時,該氣壓是正弦波。

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聲學基礎──頻率

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相關性:為什麼我們需要在儀器中選擇頻段?

  • 聲音由許多不同的頻率組成。
  • 壓縮空氣洩漏也會混合頻率。
  • 並非所有洩漏的頻率都相同。

聲學基礎──振幅

相關性:基本概念,聲源會有不同的響度。

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測量聲音──分貝

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  • 聲級以分貝(dB)為單位。
  • 分貝是一個比率(因此聲音測量總是相對的)。
  • 它是對數標度。

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相關性:基本概念測量聲音。 會影響儀器的檢測能力,並為其操作提供指導。

聲學基礎──反平方定律

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  • 聲音從聲源向各個方向傳播。
  • 當聲音傳播時,它的強度會減弱。

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產品特點──Fluke ii900工業聲波顯像儀

Fluke ii900 工業聲波顥像儀可將聲波轉換為即時影像,從而準確地精確定位洩漏點。在10公尺的距離、7 bar的壓力下可偵測2.5cm3/sec洩漏與即時視覺影像重疊的聲學影像。

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特點:

  • 檢測範圍可達50公尺。
  • 保存SoundMap影像和視訊。
  • 用戶可選擇的頻率範圍/過濾器。
  • 超聲波檢測高達52kHz。
  • 7吋液晶顯示器,電容式觸控螢幕。

實際案例與節能驗證

在一家啤酒製造廠中到處都可看見空氣壓縮機及氣體運輸管路,要查找管路氣體洩漏點,因為沒有適當的工具,負責管路及壓縮機維護的單位僅以肥皂泡進行氣體洩漏偵測。大範圍的查找洩漏源對於他們而言是既辛苦又事倍功半的一項工作,而且經常受到其他使用氣體的單位反映氣壓不足,卻也束手無策。

透過ii900的氣體洩漏查找,雖然現場充滿極端噪音,仍然可以選取氣體洩漏的頻率將背景雜訊濾除,並藉由陣列式麥克風辨別聲音來判定洩漏位置;透過可視化的聲音影像,能在極短的時間裡找到氣體的洩漏源,對於現場維護工程師提供了極大的幫助。

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案例:啤酒廠產線管路洩漏

20190910_Fluke_NT41P13 透過ii900檢測到產線上管路洩漏,塑膠管徑為1/4吋,空氣壓力為100 Psi,快速接頭部位洩漏 。

壓縮空氣洩漏成本試算

平均壓力100 psig(7kg/cm2);透過美國能源部Air Challenge計畫所提供的不同開口孔徑在不同壓力下的空氣洩漏量(CFM),查表得知:快速接頭1/4吋管徑洩漏量為104CFM;快速接頭洩漏係數為0.05~0.2,平均約為0.125。

1CFM約為1.7 CMH (M3/hr)。假設年平均用電時數3,000小時,每1 M3空氣耗電0.1KWh。

全年節省電能:

104CFM×1.7 M3/hr×0.125×8,760hr/yr=193,596 M M3/yr 193,596 M3/yr×0.1度/ M3= 19,360度/年

全年節省電費:

(以平均電價2.378元/kWh計算) 19,360度/年×2.378元/度=46,038元/年

另外,在如何定量壓縮空氣洩漏部分,由於壓縮空氣是由空氣壓縮機做功而製造出來,空氣壓縮機又由電動機拖動,所以空氣的洩漏就間接意味著電能的浪費。定量壓縮空氣洩漏是一件比較複雜的工作,在不同空氣壓力下,不同大小的洩漏點和洩漏空氣量關係如下表:

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洩漏量和電費金額可以用以下公式估算:

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式中:

  • E:每年洩漏空氣折合電費金額,元
  • QLeak:洩漏量,m3/min
  • 6.5:平均的比功率參數,kW/(m3/min)
  • TYear:每年的空氣供氣時間,小時
  • Ce:電費單價,元/kWh

以3毫米小孔在表壓7bar 壓力下的洩漏作為計算,一個月浪費的電能就需要支出2500 元電費(備註:假設24 小時連續運轉,每月30 天,電費單價¥0.8/千瓦時)。

在實踐中,有三種方法常被用來定量評估壓縮空氣的洩漏量,它們分別是1.儲氣容積測定法;2.壓縮機運行測定法;3.超聲波洩漏檢查法;以下分別加以介紹:

1. 儲氣容積測定法[4]

假設一個空氣系統是密閉的,只有洩漏作為壓縮空氣離開空氣系統的唯一方式,對於壓縮空氣系統有以下洩漏計算公式: 20190910_Fluke_NT41F2

式中:

  • QLeak:洩漏量,m3/min
  • ΔP:壓力差,bar
  • P0:絕對壓力,bar
  • V:洩漏的空氣量,m3
  • T:測試時間,min

舉個例子,如果一個空氣系統,其儲氣總容積(包括儲氣罐和管路等)為6 m3,洩漏的壓縮空氣導致3 分鐘內儲氣罐壓力從7barg 下降到6barg,那麼洩漏量為:Q=2/min,在3 分鐘內共計洩漏了6 m3的空氣。

2. 壓縮機運行測定法[4]

關閉空氣系統中所有的用氣設備,確保所有壓縮空氣系統中空氣都是以洩漏方式離開系統的。開啟一台壓縮機,採用加卸載模式(On-Line/Off-Line)運行,記錄壓縮機的壓力設定點Pon 和Poff 和各執行時間。 20190910_Fluke_NT41F3

式中:

  • QLeak:洩漏量,m3/min
  • Q:壓縮機的排氣量,m3/min
  • T:載入執行時間,min
  • t:卸載執行時間,min

舉個例子,如果一個空氣系統中只有一台10m3/min 的壓縮機在運行,壓力設定點是7bar~8bar,平均載入執行時間1.5 分鐘,卸載執行時間1 分鐘,那麼洩漏量為:Q=6 m3/min,在3 分鐘內共計洩漏了18m3的空氣。

結論

Fluke ii900工業聲波顯像儀支援維護團隊快速、準確地定位壓縮空氣系統中的空氣、蒸汽、氣體和真空洩漏。直觀、人性化的介面使技術人員能夠隔離洩漏聲音的頻率,從而濾除背景雜訊。即使在生產高峰期間,在短短幾個小時內團隊即可檢查整個工廠。

Fluke ii900工業聲波顯像儀儀採用SoundSight技術,提供通過聲音定位問題的新方式。洩漏識別非常簡單,在設備的可見光影像上顯示彩色的SoundMap,支援快速視覺定位。利用可見光影像,很容易快速掃描較大區域,甚至能夠遠距離識別洩漏。

  • 快速簡單地識別出壓縮空氣、氣體和真空洩漏。
  • 使用相同的空氣壓縮機完成更多作業,推遲安裝額外壓縮機的成本支出。
  • 確保氣動設備有適當的氣壓。
  • 降低能源成本。
  • 縮短洩漏偵測時間。
  • 提高生產線的可靠性。
  • 讓洩漏偵測成為一般例行維護的一環。
  • 在幾分鐘內完成團隊訓練。
  • 現場即能驗證維修結果。

參考文獻:

  1. 潘志暘、韓俊英,《壓縮空氣系統節能》,《通用機械》,2005 第 3 期。
  2. 《空氣系統評估報告》,上海英格索蘭壓縮機有限公司,2009。
  3. Dr. Robin Kent,《Energy Miser: Plug Costly Compressed-Air Leaks》,《Plastics Technology》,Nov., 2010。
  4. 《空氣系統高級培訓》,上海英格索蘭壓縮機有限公司,2008。
  5. 《Compressed Air Ultrasonic Leak Detection Guide》,UE Systems Inc.。
  6. 《空氣洩漏評估報告》,上海英格索蘭壓縮機有限公司,2012。
  7. Bruce Gorelick,《The Hidden Costs of Compressed Air Leaks》,《Hydraulics & Pneumatics》,Nov., 2008。
  8. 美國能源部 Air Challenge 計畫。

(本文由美國福祿克公司台灣辦事處供稿;TEL:02-22783199,Info.tw@fluke.com)