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新兴的工业互联网技术可以降低蒸汽系统的成本和危险

蒸汽系统对许多制造工厂和其他设施的顺利运行至关重要。许多部件都在工作,以确保平稳运行,但最重要的是蒸汽疏水阀。然而,尽管它们具有重要的功能,大多数工厂还是依赖时间和劳动密集型的人工检查。然而,随着工业互联网技术的出现,蒸汽疏水阀成为自动化传感技术的理想选择。

蒸汽疏水阀设计用于排放不需要的冷凝水。它们是世界范围内用于制造、发电、加热、冷却和灭菌过程的巨大蒸汽系统的关键部件。尽管这些阀门普遍存在,但它们的缺陷是出了名的。据美国能源部估计,“在没有维护3到5年的蒸汽系统中,15%到30%的蒸汽疏水阀可能已经失效。”失败的捕集器不仅意味着立即浪费能源——每年数十亿美元——而且还意味着生产停工、员工安全隐患、法律暴露和二氧化碳排放增加等代价高昂的风险。

失败的代价

除非工厂严格执行检查、维护、维修和更换整座工厂的蒸汽疏水阀的时间表,否则几乎肯定会浪费大量其蒸汽系统每天产生的昂贵能源。

更糟糕的是,如果一个工厂没有一个定期的捕集器维护过程,它可能会经历更多的捕集器故障。这也大大增加了一个工厂的成本,并可能导致昂贵的,全设施停工甚至爆炸。

一个失败的陷阱每年会给工厂造成数千美元的损失。对于拥有数百或数千个陷阱的中等规模的设施,成本很快就会累积起来。更灾难性的“冷”或“关闭”故障可能会导致整个生产过程或工厂范围内高达数百万美元的停机时间。

以2007年纽约中央车站下的爆炸为例,这次爆炸至今仍在审理中。爆炸造成一人死亡,数十人受伤,“在曼哈顿制造了恐慌”。的原因吗?负责运营该市蒸汽分配的公用事业公司联合爱迪生公司(Con Edison)称,这是雨水在管道周围积聚和在疏水阀内部堵塞的结合。

当然,像中央车站下面这样的大规模爆炸并不经常发生,但如果未能达到维护蒸汽收集器的最佳实践标准,就会不断累积较小的灾难性成本,并伴随着不同程度的责任和风险——包括潜伏在地下的员工安全、二氧化碳排放和水浪费。

尽管如此,由于人工检查的麻烦,以及对那些已经尝试过无线传感器的有远见的设施来说,目前的电池供电解决方案带来的挑战和成本,导致监控不足的情况仍然很常见。

传统的手工检查不起作用

许多大型跨国公司不坚持定期检查他们的疏水阀。事实上,有些人可能几年都没有进行身体检查。

美国能源部建议每三个月检查一次工艺蒸汽疏水阀,每六个月检查一次中低压力和高压蒸汽疏水阀。美国化学工程师协会(American Institute of Chemical Engineers)估计,假设总共有大约1000个疏水阀,那么每个疏水阀的物理检查成本大约为12美元。

考虑到人工检查大型工厂所有疏水阀的成本和复杂性,再加上进行此类审核的建议频率,对于大型组织来说,这项工作似乎太艰巨了。

第一代工业物联网

最近,一些制造商转向了蒸汽疏水阀的自动状态监测。这需要在蒸汽疏水阀附近安装一个传感器,它可以监测疏水阀的运行状况,并定期向中央数据库或基于云的仪表盘无线报告数据。

这种解决方案的好处是显著的。公司无需在特定的时间安排设施的实际检查,以检查每一个疏水阀,并希望疏水阀在检查之间不会失败,而是可以定期收到任何蒸汽疏水阀或其他需要监控的设备的自动状态更新。这为设备运行状况提供了更无缝的可见性,并对问题提供了更及时的警报。

自动状态监测标志着第一代用于疏水阀监测的物联网(IoT)技术,并提供了适度的改进。然而,这仍然不能缩小差距。与这些传感器相关的前期成本和持续的电池维护使它们无法被批量部署。相反,传感器被部署在数量有限的“问题”陷阱上,这就引出了另一个问题:如果所有陷阱都没有被监控,如何知道哪些陷阱是最大的“捣乱者”?

正如在2014年国际自动化学会过程控制和安全研讨会和展览上发表的一篇报告所总结的那样,无线传感器的电池维护要求是一个缺点,在某种程度上抵消了无线节省成本的好处。此外,该报告还指出,如果传感器的电池不能在正确的时间间隔内更换,传感器本身就会失效。最终,设施管理人员对用一个维护问题换另一个维护问题不感兴趣。

解决方法:拆卸电池

随着物联网的发展,传感技术、能源收集、低功耗无线网络和数据分析的改进为完全无电池传感器铺平了道路,为蒸汽疏水阀监测引入了更经济、物流上更可行的解决方案。电路设计和无线通信的进步使得传感器可以完全利用低水平的现成环境能量(如热蒸汽管道或室内光线)发电,从而完全消除了电池。在新收集的数据之上进行分层网络和软件分析,生成了一个简单易用的系统,无需任何额外的维护,即可为设施经理提供所需的见解。

使用无电池传感器,工厂可以实现蒸汽疏水阀连续监测的所有优点,大大减少了检查和维修所需的劳动力,并显著提高了数据的质量和频率。

参考文献

1.美国能源部,能源效率和可再生能源,先进制造办公室。能源小贴士:蒸汽。https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f16/steam1_traps.pdf

2.Daniel Trotta。"纽约蒸汽管道爆炸导致阀门堵塞"路透社:2007年12月27日。https://www.reuters.com/article/us-newyork-explosion-cause-idUSN27421707200712273.陈,大卫W.《蒸汽管道爆炸的新问题》。纽约时报:2017年7月18日。https://www.nytimes.com/2017/07/18/nyregion/steam-pipe-explosion-con-edison.html

4.富尔博士彼得。“现在节约能源的简单方法-注意那些蒸汽疏水器。”现在节约能源系列网络广播。美国能源部,能源效率和可再生能源和Wi-Fi传感器公司。https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/webinar_steamtrap_2010_0605_0.pdf

5.实施一个可持续的蒸汽疏水阀管理计划。美国化学工程师学会CEP杂志:2014年1月。

6.Sereiko, Paul和Werb, Jay。工业无线仪器采用的考虑因素。德州南休斯顿:ISA过程控制与安全研讨会2014。https://isa100wci.org/en-US/Documents/Presentations/ISA_Symposium_2014_-Paper_jpw_13Aug.aspx