Instalacja sprężonego powietrza – potencjalne problemy i środki zaradcze
Choć mogłoby się wydawać, że powietrze jest całkowicie darmowe, a zatem koszt eksploatacji instalacji sprężonego powietrza będzie nieznaczny, to jednak nic bardziej mylnego. Okazuje się bowiem, że takie instalacje mogą generować wysokie koszty związane zarówno z wytwarzaniem tego źródła energii, jak i stosunkowo niską sprawnością systemów sprężonego powietrza. A ponieważ w zakładach produkcyjnych instalacje sprężonego powietrza są obecnie jednym z najpopularniejszych źródeł energii, problemy wynikające z ich niskiej efektywności mogą oznaczać dla przedsiębiorstwa duże straty.
Spis treści
- Instalacja sprężonego powietrza – gdzie się je stosuje?
- Typowe problemy związane z pracą instalacji sprężonego powietrza
- Sprężone powietrze – potencjalne straty
- Niezbędne środki zaradcze
Popularność instalacji sprężonego powietrza w zastosowaniach przemysłowych wynika z co najmniej kilku czynników. Przede wszystkim powietrze jest medium bezpiecznym, łatwym w transporcie i użyciu, a także powszechnie dostępnym, co z kolei oznacza niski koszt jego pozyskania. W instalacjach, w których wykorzystuje się sprężone powietrze, nie występują problemy związane z potrzebą utylizacji zużytego czynnika roboczego. Do tego jest to stosunkowo prosta instalacja, która nie wymaga skomplikowanych czynności serwisowych. Dzięki temu odznacza się też długą żywotnością i małą podatnością na awarie. Powietrze jest też medium czystym, może więc być wykorzystywane w tych branżach czy pomieszczeniach, w których wymagany jest odpowiedni poziom czystości. Do tego sprężone powietrze jest odporne na wahania temperatury.
Instalacja sprężonego powietrza – gdzie się je stosuje?
Instalacje sprężonego powietrza pozwalają uzyskać różne poziomy ciśnienia i natężenia przepływu tego gazu, a także umożliwiają wytwarzanie nadciśnienia lub podciśnienia. W efekcie mogą być wykorzystywane do wielu różnorodnych zastosowań.
W halach przemysłowych układy sprężonego powietrza służą przede wszystkim do napędzania różnego rodzaju urządzeń i narzędzi, ale z powodzeniem są używane również do obsługi większych maszyn, robotów czy systemów produkcyjnych. Ponadto wykorzystuje się je np. w urządzeniach mocujących czy transportujących. Poza tym systemy sprężonego powietrza stosuje się także w procesach czyszczenia, suszenia czy chłodzenia.
Co istotne, mimo wdrażania w zakładach produkcyjnych zaawansowanych technologii w duchu Przemysłu 4.0 popularność instalacji sprężonego powietrza wcale nie maleje. Innowacyjne rozwiązania służą m.in. do kontrolowania poszczególnych elementów systemu, komunikowania się z innymi systemami czy urządzeniami, a także sterowania całą instalacją.
Typowe problemy związane z pracą instalacji sprężonego powietrza
Mimo powyższych zalet instalacji sprężonego powietrza, nie jest to technologia całkowicie pozbawiona wad. Największym jej problemem są wycieki powietrza, które najczęściej są następstwem zużycia poszczególnych elementów układu lub błędnie wykonanych czynności serwisowych. Dłuższe użytkowanie instalacji sprawia, że np. złącza czy uszczelnienia siłowników stopniowo tracą na szczelności. W przypadku połączeń gwintowanych częstym problemem są także niedokładności podczas montażu. Problemem może być także niska jakość dobranych komponentów albo dobór niepasujących do danej instalacji podzespołów. Nieszczelności mogą pojawić się także po pewnym czasie, jeśli dana aplikacja jest narażona na drgania lub częste zmiany temperatury.
Duże znaczenie dla utrzymania szczelności układu ma również właściwe zaprojektowanie instalacji i odpowiednie dopasowanie poszczególnych jej części. Zbyt krótkie przewody albo nierówno przycięte mogą np. być przyczyną powstawania naprężeń i w efekcie szybszego ich zużywania się.
Poza problemami ze szczelnością układu straty wynikają również z niskiej sprawności sprężarek, sięgającej zaledwie ok. 15%. Pozostała część energii jest tracona w postaci ciepła. W przypadku hal, w których ciepło to można ponownie wykorzystywać (np. na ogrzanie wody lub pomieszczeń), straty te, dzięki systemom odzysku ciepła, można przynajmniej w części zminimalizować.
Straty są również spowodowane nieefektywną pracą sprężarki, zwłaszcza zasilaniem maszyn w czasie przerw w produkcji (pracą na biegu jałowym), a także wykorzystywaniem tego medium do czynności, które nie są związane bezpośrednio z danym procesem (np. do czyszczenia stanowiska pracy). Często spotykanym problemem są także duże spadki ciśnienia w sieci czy też zbyt duże ciśnienie zasilania.
Sprężone powietrze – potencjalne straty
Choć samo powietrze jest stosunkowo tanim medium, to jednak uwzględniając powyższe czynniki instalacja sprężonego powietrza może być przyczyną powstawania dość dużych strat dla przedsiębiorstwa. Szacuje się, że sprężone powietrze odpowiada nawet za 40% strat energii w zakładzie produkcyjnym. A jeśli weźmiemy pod uwagę, że średnio w każdym przedsiębiorstwie produkcyjnym tego typu instalacje odpowiadają za ok. 10% zużytej energii elektrycznej, to skala strat finansowych z tego tytułu może okazać się bardzo duża.
Konkretne straty zależą od wielu różnych czynników. Przede wszystkim od kosztu wyprodukowania sprężonego powietrza, czyli aktualnej ceny 1 MWh energii elektrycznej. Do tego istotne są poziom wykorzystania sprężarek, wielkość instalacji, a nawet jej kształt i oczywiście stopień zużycia, od którego w dużej mierze zależy szczelność układu.
Potencjalne straty, które związane są bezpośrednio z pracą instalacji sprężonego powietrza, mogą sięgać, w przypadku dużych hal przemysłowych, nawet kilkaset tysięcy złotych w skali roku.
Przeczytaj także:
- Jak obniżyć koszty utrzymania hali magazynowej?
- Kogeneracja. Co to jest kogeneracja? Jakie są korzyści z kogeneracji?
- Innowacje w logistyce magazynowej - przykłady, trendy!
Niezbędne środki zaradcze
Dlatego też niezbędne jest wdrażanie rozwiązań, które pozwolą zminimalizować poziom tych strat. Co ważne, strategia poprawy efektywności energetycznej w obszarze instalacji sprężonego powietrza obejmuje wiele różnorodnych działań, które łącznie mogą przełożyć się na znaczne oszczędności. Co również istotne, część z tych rozwiązań nie wymaga dużych nakładów finansowych i może zostać wdrożone szybko, a uzyskane w ten sposób oszczędności mogą być następnie wykorzystać do sfinansowania większych modernizacji systemu sprężonego powietrza.
Żeby uzyskane efekty były jak największe, warto przeprowadzić profesjonalny audyt instalacji, który powinien nam wskazać, w których obszarach straty są największe i jakie działania naprawcze warto wdrożyć (i w jakiej kolejności). Audyt taki powinien obejmować nie tylko analizę zużycia energii i sprężonego powietrza, ale także jakość powietrza. Różnego rodzaju zanieczyszczenia w sprężonym powietrzu mogą negatywnie oddziaływać na pracę całego układu. Warto również wdrożyć odpowiednie schematy zachowań wśród pracowników. Przykładem może być ręczny zrzut powietrza po zakończeniu procesu lub podczas przerwy czy też odcinanie dopływu powietrza, gdy maszyna nie pracuje. Rozwiązaniem wspomagającym w tej ostatniej kwestii może być połączenie wyłącznika oświetlenia z głównym zaworem maszyny. Po zakończeniu pracy czy podczas dłuższej przerwy, gdy pracownik wyłączy światło, automatycznie zostanie również przerwane dostarczanie powietrza.
Niezwykle istotne są naturalnie wszelkie działania, które pozwolą wykrywać nieszczelności w całej instalacji. Systemy monitorowania układów sprężonego powietrza opierają się najczęściej na ultradźwiękowych czujnikach akustycznych. Ich działanie wykorzystuje powstawanie dźwięków o wysokiej częstotliwości podczas wycieków powietrza. Pojawiają się również inne rozwiązania, które wspomagają serwisantów w wykrywaniu nieszczelności. Dostępne są np. przenośne kamery akustyczne, które umożliwiają wykrywanie wycieków powietrza w trakcie pracy maszyny i to nawet z nieco większej odległości (nawet kilkudziesięciu metrów).
Obok monitoringu niezwykle ważna jest także konserwacja predyktywna. Dzięki bieżącej analizie generowanych danych związanych z pracą instalacji sprężonego powietrza i porównywaniu ich z danymi historycznymi możliwe jest nawet przewidywanie wystąpienia pewnych usterek. Odpowiednio zaplanowane działania serwisowe pozwolą zapobiegać tym usterkom, a tym samym minimalizować ryzyko dłuższych przestojów.
Wśród zalecanych rozwiązań można znaleźć również obniżenie wartości ciśnienia w instalacji, co przekłada się na niższe zużycie energii i dłuższą żywotność poszczególnych komponentów układu. W ofercie rynkowej można także znaleźć już takie elementy instalacji, które są specjalnie zaprojektowane, żeby ograniczyć zużycie powietrza (m.in. specjalne zawory, siłowniki czy dysze).
Czynności związane z poprawą sprawności instalacji sprężonego powietrza należy przeprowadzać cyklicznie, gdyż np. nieszczelności układu nie są widoczne gołym okiem, a mogą powodować duże straty finansowe. Co ważne z punktu widzenia przedsiębiorcy, nie trzeba od razu wymieniać czy modernizować wszystkich elementów instalacji. Nawet niewielkie działania mogą już przynieść określone oszczędności i to w dość krótkim czasie.
