在奈米技術領域,TNO 位於 Delft 的 Van Leeuwenhoek Laboratory (VLL) 實驗室,是荷蘭規模最大的無塵室研究設施之一。 這裡的研究包括航太產業所需之光學與儀器技術研究。 其中一項挑戰是創造一個盡可能類似我們大氣層外的「太空」環境。 這表示要力求達到盡可能高的真空度和極低的溫度,在進行測試的大型水箱中,溫度可達到 -160°C 或更低。 這些測試之後,該空間會用大量(5 至 6 立方公尺)壓縮空氣重新加熱。

Franco Brouwer 是 TNO 旗下 CREF(Corporate Real Estate & Facilities)部門的技術專案負責人,在這個職位上,他負責包括設備維護與系統改造在內的相關工作。 在 CREF 內部,Teun Brussee 負責 TNO 的工程工作,並對本專案進行監督。 他說:「我們用來重新加熱和加壓儲罐的壓縮空氣必須非常乾燥。」 任何隨壓縮空氣進入的水分子都有可能在測量物上凝結。 如果分子數量過多,首先可能會干擾測試的測量結果,其次可能會對我們正在測試的元素造成嚴重損害。

預先稽核

隨著對壓縮空氣品質的要求日益提高,加上測試需求與客戶對測試設備可用性的要求不斷增加,TNO 認為正是升級壓縮空氣系統的適當時機。

第一步是由 Festo 進行預先稽核。 Koen Leeflang 是經過認證的審核員,在檢查和升級完整的壓縮空氣系統方面擁有豐富的經驗:「我們定期對公司進行此類審核,以繪製完整的壓縮空氣系統圖。 這是按照 ISO11011 標準進行的,這為我們確定哪些方面需要改進提供很好的起點。 對於要求擴大產能的客戶而言,這並不一定代表必須新增一台壓縮機。 有時,解決辦法在於重新佈置管道、使用更大的管道或其他巧妙的方案,藉以避免大量投資。 此外,我們幾乎在所有情況下都能提出節能措施。」

對 TNO 來說,這個問題較為複雜。 一方面,人們希望提升壓縮空氣品質;另一方面,又需要擴大產能。 然而,預先稽核結果顯示,並非所有使用者都需要最高品質的壓縮空氣。 因此,建造一套全新的壓縮空氣系統來為所有使用者提供非常乾燥的壓縮空氣,將會造成不必要的昂貴成本。

專案小組

預先稽核結果與 TNO 的需求顯示,必須對壓縮空氣系統進行大幅度改造。 組成由 TNO、Festo 和 Royal HaskoningDHV 組成的工作小組極為重要。 後者由 Annelies Hemmer 代表,她是 TNO Delft 實驗室新建與改造專案的專案經理。 「在這些類型的專案中,我的職責包括編寫專案計劃、相關預算並評估其可行性。」 為此,與 Festo 和 TNO 的合作具有極大的價值。

她繼續說道:「在此次合作中,Festo 提出壓縮空氣系統改造和擴展的技術方案。」 TNO 需要評估這是否確實能產生預期的結果,而我則在此基礎上審視該提案的財務可行性。 達成一致後,Royal HaskoningDHV 將啟動實施工作,並與客戶協商確定分包商和供應商。 例如,Festo 提供特定的配件和各種儀器,而空氣乾燥器則從專門生產這種特定設備的公司購買。

壓縮機層級的冗餘設計

Festo 的方案著重於建置雙層級的壓縮空氣系統。 因此,第一個系統提供非常高品質(乾燥)的壓縮空氣(根據 ISO8573-1:2010 為等級 2.1.1)。 第二台設備透過其獨立的管道供應正常品質的壓縮空氣(根據 ISO8573-1:2010 標準為等級 2.4.1)。 其特殊之處在於,在這兩個系統之間設置了一個所謂的「緊急切換閥」,可以在需要時將它們相連接。 如果壓縮空氣系統壓力過低(例如由於使用者過多),它可以防止測試失敗或被迫暫時停止。

容量和品質

為了兼顧容量和品質,在原有的三台壓縮機的基礎上,又增加了一台壓縮機和一台新的乾燥機。 Koen Leeflang:「先說後者:新型乾燥機是一種特殊的吸附式乾燥機,可以達到低於 -70°C 的壓力露點。 此壓力露點由乾燥機上的專用感測器監測,此外,也透過輸出排放管線上的專用壓力露點感測器進行監測。 再加上新的壓縮機,就能提供真空槽加壓所需的極度乾燥的壓縮空氣。 對於其他擁有足夠標準壓縮空氣的用戶,可以使用第四台壓縮機。 如此一來,壓縮機彼此形成冗餘備援,使 TNO 能夠為客戶提供系統的最大可用性。

Teun Brussee:「這種設置確保在合適的地方提供合適的壓縮空氣,並且我們不會浪費能源在不需要的地方產生高品質的壓縮空氣。」 透過降低目前使用的 9 - 10 bar 壓力,可以進一步降低能源消耗。 例如,達到 7.5 bar。 如果事實證明這樣也足夠了,我們也可以採取額外的節能措施。」

合作

目前系統運作正常,所有使用者都非常滿意。 在這個專案中,三方對於彼此之間高度良好的合作關係感到非常滿意。 Teun Brussee:「由於 Koen 的知識和不懈的熱情,我們找到了一個能夠解答我們所有問題的解決方案:我們擁有更大的產能、更高的可靠性和所需的壓縮空氣品質。 所有這一切都實現了高效節能。 各方能夠如此緊密合作,實在難能可貴。