在纳米技术领域,TNO 位于代尔夫特的 Van Leeuwenhoek 实验室 (VLL) 是荷兰最大的洁净室研究组织之一。 该实验室进行的研究包括航空航天领域的光学与仪器研究。 他们面临的挑战之一是创建尽可能接近大气层外“太空”的环境。 这意味着需在大型测试罐中实现最高真空度及低至 -160°C 乃至更低的极低温环境。 测试结束后,需使用大量(5 至 6 立方米)压缩空气对空间进行再加热。

Franco Brouwer 是 TNO 企业地产与设施部 (CREF) 的技术项目经理,其职责包括设备维护与改造。 在 CREF 部门内,Teun Brussee 负责 TNO 的工程监督,主导本项目实施。 他表示:“用于储罐再加热和增压的压缩空气必须极其干燥。 随压缩空气进入的任何水分子都可能在被测物体表面凝结。 如果水分子过多,首先会干扰测试的测量结果,还会对我们正在测试的元件造成严重损坏。

前期审计

随着对压缩空气质量的要求日益提高,以及测试需求和客户对测试设施可用性的要求不断增加,TNO 认为现在正是升级压缩空气系统的最佳时机。

首先 Festo 进行了一次前期审计。 Koen Leeflang 是一名持证审计员,在压缩空气系统的检查与升级方面经验丰富。他表示:“我们定期为企业进行此类审计,以全面掌握压缩空气系统的整体状况。 这项工作按照 ISO 11011 标准进行,为确定改进的方面提供了极佳的基准。 对于要求扩容的客户而言,这并不总是意味着要增加一台压缩机。 有时解决方案在于重新布置管路、采用更大的管径,或其他巧妙的方案,从而避免大额投资。 此外,我们几乎在所有案例中都能提供节能方面的优化建议。”

对于 TNO 而言,情况则稍显复杂。 一方面,他们希望提高压缩空气质量;另一方面,又需要扩大系统容量。 然而,前期审计结果表明,并非所有用气点都需要最高品质的压缩空气。 因此,若新建一套完整的压缩空气系统为所有用气点提供极致干燥的压缩空气,这将造成不必要的高昂成本。

项目小组

前期审计结果与 TNO 的实际需求共同决定了压缩空气系统必须进行重大改造。 很有必要组建一个由 TNO、Festo 和 Royal HaskoningDHV 组成的工作小组。 其中,Royal HaskoningDHV 派出了代表 Annelies Hemmer,她是 TNO 代尔夫特实验室的新建与改造项目的项目经理。 “在这类项目中,我的职责包括编写项目计划、编制相关预算以及评估项目的可行性。 就此而言,与 Festo 和 TNO 的合作极具价值。”

她继续说道:“在这次合作中,Festo 负责为压缩空气系统的改造与扩展提供技术方案。 TNO 需要评估该方案是否确实能达到预期效果,而我则在此基础上审视方案在资金方面是否可行。 当三方达成一致后,Royal HaskoningDHV 启动实施阶段,在此过程中,我们会与客户协商确定分包商和供应商。 例如,特定的接头和各种仪表由 Festo 提供,而空气干燥机则向该专业设备领域的头部供应商采购。”

压缩机层面的冗余

Festo 的方案核心,是构建一个双级压缩空气系统。 其中,第一级系统提供极高(干燥)品质的压缩空气(根据 ISO 8573-1:2010 标准,等级为 2.1.1)。 第二级系统则通过其独立的管道输送普通品质的压缩空气(根据 ISO 8573-1:2010 标准,等级为 2.4.1)。 该方案的一个特殊之处在于,两个系统之间安装了一个所谓的“应急阀”,可在需要时将其连通。 该功能可以防止因压缩空气系统压力过低(例如由于用气点过多)而导致测试中断或临时停工。

产能与质量

为了兼顾产能和质量,在原有的三台压缩机基础上,他们新增了一台压缩机和一台新的干燥机。 Koen Leeflang:“先来说说后者:这台新干燥机是一台特殊的吸附式干燥器,可实现低于 -70°C 的压力露点。 该压力露点由其自身的传感器监测,同时还通过出口管路上的独立压力露点传感器进行双重监测。 该系统新压缩机相结合,提供了为真空罐加压所需的极其干燥的压缩空气。 对于其他使用标准压缩空气即能满足需求的用户,则由第四台压缩机供气。 通过这种方式,压缩机实现了冗余配置,使 TNO 能够为其客户提供极高的系统可用性。”

Teun Brussee:“这种配置确保了在合适的位置获得合适品质的压缩空气,并且我们不会在不需要高品质压缩空气的地方浪费能源。 通过降低目前使用的9 - 10 bar 的压力,可以进一步减少能耗。 例如,至 7.5 bar。 如果事实证明 7.5 bar 也足以满足需求,我们便可以在此基础上再采取进一步的节能措施。”

合作

该系统现已投入运行,所有用户均对此十分满意。 回顾此次合作,三方认为合作超出预期,结果令人非常满意。 Teun Brussee:“得益于 Koen 的专业知识与不懈热情,我们最终找到了一个能够解答所有问题的解决方案:我们的设备获得了更大的容量、更高的可靠性以及所需的压缩空气质量。 这一切都建立在高能效的基础之上。 各方能够如此通力合作,实在令人欣喜。”