提高可持续性的四个实际步骤

工业可持续发展见解

• 可持续性的概念已经从盈利转变为减少气候变化的影响以及提高能源效率。即使如此，金钱上的好处包括每避免一次蒸汽疏水阀故障可节省16,000美元(每年在大型化工制造设施中高达18%的蒸汽疏水阀故障);LED灯具节省高达70%的能源，不计算自动关闭的能力。
• 数字化转型可以为制定相关关键绩效指标(kpi)提供关键工具，以跟踪可持续发展项目的有效性。
• 在某些情况下，无线技术可以为操作员提供更多的自由，使他们能够在远离工厂的地方处理所需的任务。无线网络可以降低70%甚至更多的成本。

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人们曾经认为，如果一家公司拥有长期经营甚至增长的资本和资源，那么它就是可持续发展的。现在，可持续性的含义已经扩展到一个公司的活动是否最大限度地减少气候变化的影响，并负责任地使用资源。当然，早期的因素仍然适用，但仅凭盈利能力还不够。

最严重的问题是不受限制地使用化石燃料和相关排放，主要是出于对气候变化的担忧。其他问题延伸到各个领域，如过度排放、能源效率低下、过度使用水和其他稀缺资源。想要做出改变的公司往往会陷入困惑，试图理解利益相关者的要求。企业如何将“减少碳足迹”付诸实践?它如何衡量成功或缺乏成功?

可持续发展的努力也带来了底线效益，例如在一家大型化工厂中，每避免蒸汽疏水阀故障可节省16,000美元，在照明方面节省70%。

四个工业可持续发展重点领域

一些公司可能会探索一个重大的工艺变革，以摆脱碳氢化合物原料，但目前公司应该集中精力在四个共同领域进行改进:

1. 减少蒸汽疏水阀的能源浪费。
2. 监测和减少减压阀(prv)的排放。
3. 监测热交换器的效率和减少能源使用。
4. 减少设施照明的能源消耗。

这些领域的改进降低了运营成本，同时通过以下方式促进可持续发展项目:

• 减少过程浪费。
• 提高流程效率。
• 减少能源消耗和由此产生的温室气体排放。
• 减少水和空气污染。
• 提高维护效率，降低成本，提高设备可用性。

通过数字化转型实现可持续发展

与可持续性并行的是数字化转型，即整合数字化能力以提高业绩的战略。数字化转型本身并不能提高可持续性，但它为制定相关kpi以跟踪可持续性项目的有效性提供了关键工具。

实现可持续发展的第一步是确定在哪些方面可以做出最大的改进。不幸的是，发现这些区域通常需要不用于过程控制或监控的测量。实现必须从部署新的传感器开始，以监控与能源消耗、资产状况和其他因素相关的变量。这可能是有问题的，因为电缆和系统集成的成本往往超过传感器的成本。

数字转换技术完全改变了这一局面。在物理资产上安装传感器是必要的，但每个都可以通过WirelessHART进行通信连接到主机系统，因此无需安装电缆，大大降低了安装成本和时间。WirelessHART网络与设施的大型Wi-Fi和以太网网络无缝集成(图1)，因此将数据发送到主机系统(如资产管理系统)更简单、更高效。

预配置的数据分析工具可以收集原始传感器数据，对其进行处理，并通过交互式仪表板将其呈现给可靠性和维护团队。这种操作技术信息还与IT系统、云和企业网络集成。配置需求很少，在大多数情况下，不需要系统集成帮助。这种方法是可持续发展项目的一个基本组成部分，也是一个关键的技术要素。

取消电缆基础设施可以节省大量从石油原料和开采金属中生产的铜、铝、钢、塑料和其他材料。考虑到避免了设计、运输、安装和维护的所有人工，WirelessHART网络比传统技术降低了70%以上的成本。

以下描述的可持续发展项目类型可降低能源消耗、提高效率、减少排放和/或减少过程浪费，通常同时带来多种效益。一些项目通过更有效的维护来延长设备寿命，这也提高了安全性，减少了环境和其他事故。

1.蒸汽陷阱——浪费能量

一旦蒸汽完成了它的工作，它就会凝结成水。蒸汽疏水阀将冷凝液从活蒸汽管道中分离出来，这会降低整体能源效率，但这是保护设备所必需的。

疏水阀是一种自动打开和关闭以释放冷凝水的阀门。因此，所有的设计都有一些活动部件和座位表面。不幸的是，管道中的水垢可能会脱落，并停留在有问题的位置，如阀座或机构。传统上，对蒸汽疏水阀系统进行年度审计，通常通过诊断对疏水阀状况进行分类:

• 可见蒸汽泄漏:重大机械故障直接浪费蒸汽
• 漏气:连续释放蒸汽直接进入排水管，浪费蒸汽
• 冷:堵塞关闭，凝结水不释放，导致凝结水的备份，降低蒸汽质量，并可能导致破坏性的水锤事件
• 工作:有效去除冷凝水。

最近的一项研究表明，在大型化工制造设施中，每年有18%的蒸汽疏水阀失效，导致每个失效疏水阀浪费的能源成本高达16,000美元。考虑到蒸汽对大多数工厂来说是一项重要的能源预算项目，减少这种浪费可能是可持续发展项目的快速胜利。

大多数蒸汽疏水阀不会连续释放冷凝水。在正常情况下，如果尺寸正确，疏水阀会间歇性打开，并排出凝结段塞。这个动作通过邻近的管道传递噪音。安装在附近的声音发射器(图2)可以听到循环，并通过算法学习其特征活动。每个设备通过WirelessHART将数据发送到中央分析平台，操作人员可以在该平台上监控所有配备了声学发射器的蒸汽疏水阀的运行情况。

仪表板显示哪些蒸汽疏水阀工作正常，哪些处于故障模式。该软件可以随时估计损失的能量和由此产生的成本。维护人员会看到哪些蒸汽疏水阀需要注意，并做出相应的计划。

2.减压阀-过程损失

加压系统必须有一种机制，让内部压力在成为危险条件之前逸出，通常是PRV。监测PRV的状态和活动应该是正常工厂运行的一部分，但在典型的PRV中没有能够将信息发送到自动化系统的机制。

监视PRV借用了传统的维护技术:监听。与蒸汽疏水阀相同的声学监测装置直接安装在靠近PRV的管道上。它捕捉流体通过阀座时发出的超声波频率声音，这些声音通过金属传递。

当PRV打开，释放液体、气体或两者的混合物时，声学监控器将产生的任何噪声报告给自动化系统。一旦系统压力被释放，阀门应该关闭并再次自我密封，噪音就会停止。来自声学监控器的数据通过图形仪表板报告了放电开始和结束的时间(图3)，同时根据噪声振幅给出了放电严重程度的一些指示。

在没有PRV监控的情况下，除非操作人员注意到流向照明弹或减压系统的流量增加，否则他们不会意识到泄漏。他们的第一反应是使用流程的知识和经验来确定源在哪里，例如通过查看流程在较高压力下的位置。当对prv进行监控时，操作员可以减少响应时间，因为传感器可以将操作员引导到事件发生的位置。这有助于减少排放的持续时间、数量和数量，这是可持续发展计划的关键目标之一。

一个常见的问题是不完全重新密封。如果阀座损坏或颗粒滞留在阀门中，阀门可能无法完全关闭，使其永远“煨”，将产品释放到机组的污染控制系统中，或者在最坏的情况下直接释放到大气中。当这种情况发生时，操作人员可能需要数小时或数天才能意识到问题，然后在复杂的系统中确定问题发生的位置。一个声学监控器可以听到沸腾的声音，即使是非常小的声音，也可以消除维护上的猜测，促进更有效的维修工作。

3.热交换器——低效的能源使用

任何热交换器的传输能力都因一个普遍的问题而降低:污垢。流体携带的微粒沉积在内部表面，热传导性随沉积物类型和厚度成比例下降。换热器两侧的污垢，以及潜在的两者，降低了传热速率，从而降低了效率。确定效率取决于衡量一系列关键变量:

• 工艺流体的温度差(入口与出口的比较)和流量
• 传递流体温差和流量(用于液对液设计)
• 冷却空气的温度和流量(用于风冷设计)。

通过这些测量，可以确定有多少热量被传递，从而确定总体效率。如果用于这些基本测量的仪器不是安装的一部分，则应该添加它们。然而，基于wirelesart的变送器可用于所有换热器测量应用:

• 温度仪表可以添加到工艺流体和传输流体管道没有任何渗透。这些传感器可以读取管壁(图4)，无论环境条件如何，都能准确测量内部流体温度。
• 对于传统的温度传感器，一个发射机通过一个无线信号从多达四个传感器发送数据。
• 读取工艺流体入口和出口的压差(DP)可确定污垢何时开始积聚，或是否有管道泄漏。

这些仪器生成的数据将用于专门为换热器构建的分析应用程序，使这些软件工具易于安装、配置和使用。算法通过计算效率和监测与基线条件的偏差来寻找污染等条件，并将结果显示在预先配置的仪表板上。系统识别异常情况，并在满足某些条件时发出告警，例如当污垢超过阈值时。

4.照明——避免能源浪费

在许多工艺制造设施中，无论活动或时间如何，照明都持续亮着，浪费能源的情况经常大规模发生。在某些情况下，这源于旧的金属卤化物高强度放电(HID)灯，通常部署在危险区域，从未关闭。当这种浪费在数百甚至数千个固定装置上相乘时，消耗的电量是巨大的。

通过用新型智能LED灯具取代现有灯具，设施可以减少能源消耗和维护需求，同时提高恶劣和危险场所的安全性。与HID灯具相比，这些灯具在等效光输出时所需的能量少了70%，但它们可以节省更多的能量，因为它们在不需要时开关，由运动探测器(图5)、计时器和环境光探测器控制。这些固定装置通过WirelessHART进行通信，因此它们可以远程激活，报告开机时间，并将有关其状况的诊断信息发送给维护人员。

数据可以像任何其他智能现场设备一样收集和分析，准确显示照明消耗了多少电力，以及在历史时期对可持续性指标的影响。这种方法还有一个附带的好处，就是提供了一个设施内活动的大致情况，特别是在晚上，因为灯光会对周围的人做出反应。

可持续发展的步骤

这里描述的项目之所以能够带来效益，是因为它们使用了诸如WirelessHART、普适传感和数据分析解决方案等技术，从而带来了对所有公司利益相关者、周围社区和全球环境产生积极影响的结果。这些类型的项目还增加了整体盈利能力，因此它们通常是自给自足的，便于实施。

肖恩·黑尔是全球业务发展总监，艾默生自动化解决方案．由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:可持续性，过程制造

在线

参见附加过程传感器故事//www.globalelove.com/process-manufacturing/sensors-actuators/

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