Użycie sprężonego powietrza do zasilania maszyn i urządzeń w zakładach przemysłowych ma wiele niekwestionowanych zalet. Jest to jednak jedno z najdroższych mediów energetycznych. Problemem jest dostarczenie właściwej ilości tego powietrza o odpowiednich parametrach do punktu odbioru. Tylko właściwie zaprojektowana i wykonana instalacja pozwoli ograniczyć koszty jej eksploatacji.
Należy pamiętać, że system jest tak sprawny, jak sprawne jest jego najsłabsze ogniwo. A tym najczęściej są właśnie rurociągi przesyłowe, które bardzo często są niedostosowane (zbyt małe średnice) do ilości przesyłanego przez nie powietrza.
Niestety zwykle podstawowym kryterium przy projektowaniu i budowie rurociągów do dystrybucji sprężonego powietrza pozostają koszty jego wykonania. W obecnych czasach warto rozważyć rozwiązania nieco droższe na etapie inwestycji, ale tańsze w eksploatacji, bo to koszty energii stanowią większość kosztów sprężonego powietrza, co w dłuższej perspektywie czyni inwestycję niewielkim udziałem łącznego kosztu posiadania instalacji. Rozwiązanie tańsze to najczęściej system, w którym po jakimś czasie eksploatacji będzie dochodzić do strat przesyłu na skutek korozji lub wycieków.
Większość nowo projektowanych instalacji przewiduje wzrost zapotrzebowania o ok 3040% i dla takiego zapotrzebowania dobierane są średnice rurociągów. Często na końcach instalacji przygotowuje się zawory pod dalszą rozbudowę instalacji rurociągami o tej samej średnicy. Przy projektowaniu warto zatem uwzględnić możliwość przyszłej rozbudowy, bowiem w zależności od użytego materiału, z którego są wykonane rury, koszty rozbudowy sieci dystrybucji mogą być różne z powodu problemów, o których za chwilę.
Instalacja powinna się cechować wysoką niezawodnością i bezpieczeństwem, co wiąże się ze szczelnymi, pewnymi połączeniami, właściwą kompensacją długości (rurociągi pracują pod ciśnieniem i zmieniają długość pod wpływem zmian temperatury) oraz mocowaniem. Liczy się także możliwość łatwej rozbudowy i przebudowy oraz brak konieczności obsługi (doszczelnianie lub ochrona, czy też konserwacja antykorozyjna). Ponieważ instalacje te zwykle są narażone na promieniowanie UV, IR, powinny być wykonane z materiałów odpornych na to promieniowanie.
Obecnie na rynku są dostępne systemy do budowy instalacji sprężonego powietrza:
- stalowe ze stali czarnej, ocynkowanej oraz nierdzewnej,
- z tworzyw sztucznych: polipropylenu, PVC, PE,
- aluminiowe,
- miedziane grubościenne do sprężonego powietrza – spawane specjalnym („twardym”) lutem.
Każdy z wymienionych materiałów ma zalety i wady i trzeba zdawać sobie z tego sprawę. Tworzywa sztuczne sprawdzają się w niewielkich instalacjach warsztatowych, gdzie koszty wytworzenia i przesyłu sprężonego powietrza są stosunkowo niewielkie. Niewątpliwą zaletą takiej instalacji jest jej niski koszt zakupu i montażu.
Z uwagi na wielką popularność, zwłaszcza polipropylenów, w instalacjach sanitarnych i grzewczych jest to materiał łatwo dostępny i tani. Wadą większości tworzyw sztucznych jest zmiana z upływem czasu ich własności mechanicznych: twardnieją, łatwiej pękają. W większości przypadków stosuje się połączenia zgrzewane lub klejone, co także utrudnia szybką i łatwą przebudowę. Należy pamiętać, że trwałość tych systemów deklarowana przez producentów na okres 1015 lat dotyczy ich trwałości w instalacjach sanitarnych i grzewczych, a nie sprężonego powietrza. Co więcej – ocena trwałości nie daje możliwości wystawienia jakiegokolwiek certyfikatu potwierdzającego przydatność takich systemów do sprężonego powietrza, bo przecież instalacji sprężonego powietrza nie montuje się pod ziemią, gdzie chronione są przed promieniowaniem UV czy uszkodzeniami mechanicznymi, a dodatkowo są narażone na dynamiczne zmiany ciśnienia, kondensat o kwaśnym odczynie oraz różnego typu oleje, nie zawsze bezpieczne dla tworzyw sztucznych. Wyjątek co do certyfikatów stanowi system John Guest.
W przypadku miedzi ograniczeniem są wymagania co do specyfikacji materiałów i połączeń dla sprężonego powietrza i gazów technicznych.
W przypadku ocynkowanej stali znaczenie ma jakość ocynkowania wewnątrz. Jeśli pojawi się korozja, transportowane przewodem powietrze może ulec zanieczyszczeniu. Montaż, a zwłaszcza dobre uszczelnienie rur ze stali ocynkowanej jest kłopotliwe.
Rury stalowe można łączyć za pomocą spawów, złączy gwintowanych, zaprasowywanych (np.system Mapress f-my Geberit), czy też specjalnych skręcanych łączników do rur i złączy rowkowanych (Victaulic). Takie systemy jednak stanowią dosyć duże obciążenie dla konstrukcji hali, które bardzo często są budowane na bazie lekkich konstrukcji stalowych. W przypadku stosowania połączeń stałych (spawanie, zaprasowywanie) wszelkie rozbudowy i modernizacje wiążą się z przestojami i pracochłonnością. Trwałość takich instalacji ocenia się na 68 lat, ale raz wykonane – pracują zazwyczaj 30 lat.
Instalacje ze stali nierdzewnej są stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest powietrze o bardzo wysokiej klasie czystości lub istnieją wymagania sanitarne związane z rodzajem produkcji (przemysł spożywczy, farmaceutyczny). Ich trwałość ocenia się na 3040 lat.
Pozytywnie w tym zestawieniu wypadają rurociągi wykonane z aluminium. Podkreśla się ich lekkość, szybki i łatwy montaż, gwarancję szczelności oraz nieuleganie korozji. Dzięki modularnej budowie wszelkie zmiany konfiguracji instalacji dokonuje się szybko i prosto. W porównaniu z kosztami zakupu wcześniej wymienionych instalacji, koszty materiału są znacznie wyższe, co wcale nie oznacza, że cała instalacja będzie droższa. Dlaczego? Gdyż koszty robocizny, zwłaszcza kiedy wykonywane są duże instalacje (większe średnice, długości rurociągów) w tym przypadku są znacznie niższe.
Obecnie na naszym rynku dostępne są aluminiowe systemy następujących firm: Airnet (Atlas Copco), Infinity (Aignep), John Guest, Prevost, Teseo i Transair (Parker Legris). Każda z tych firm gwarantuje trwałość swojego system na min. 10 lat, a Teseo nawet 20 lat.
Eksploatacja instalacji sprężonego powietrza
Należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby przesył sprężonego powietrza był realizowany z zastrzeżeniem zasad i pietyzmu nie mniejszym niż energii elektrycznej. Sprężone powietrze jest ponad 5 razy droższe niż prąd służący do jego wytworzenia. Nikt z użytkowników energii elektrycznej nie podłączy urządzeń elektrycznych do instalacji o zbyt małym przekroju czy o zbyt niskim napięciu lub o zbyt małej mocy dostarczanej dla danej rozdzielnicy. Przedtem sprawdzi możliwości instalacji, zapyta dostawcę energii i Głównego Energetyka, czy może cokolwiek podłączać do danej sieci elektrycznej, zachowa wszelkie procedury ekonomii i bezpieczeństwa.
Niestety często sprężone powietrze bywa ignorowane. Mało kto przed podłączeniem nowej maszyny do sieci sprężonego powietrza konsultuje to z energetykiem, pyta, jakie jest ciśnienie i przepływ powietrza. Nowa maszyna jest po prostu podłączana. Rozpoczyna to często łańcuch wielu późniejszych kłopotów. Dlatego należy unikać rozbudowy instalacji „na oko”. W rezultacie zwykle otrzymuje się pajęczynę rur. A w przypadku awarii nie da się jej usunąć bez wyłączenia całego zakładu.
Podobną opinię mają Andrzej M. Araszkiewicz i Radosław Majkowski z firmy IN-Tech Polska. Jeśli odrzucić powszechnie opisywane „klasyczne” rozwiązania systemowe, propozycje „szamanów” marketingu i efekty pracy projektantów, bezmyślnie kopiujących rozwiązania z epoki sprężarek tłokowych, można uzyskać znaczne oszczędności. W opracowaniach poruszających zagadnienia sprężania zbyt duży nacisk kładzie się na opłacalność zastosowania takich czy innych sprężarek, a nie prawdziwe dane zużycia energii. Także trwa licytacja pomiędzy dostawcami urządzeń uzdatniania. Jednak takie podejście będzie niewydolne, gdyż nie stworzy spójnego, koherentnego systemu.
O czym należy pamiętać
Przy doborze rurociągów czy projektowaniu instalacji trzeba zawsze pamiętać, jaki jest cel tej pracy – zapewnienie dostaw powietrza w oczekiwanej ilości pod oczekiwanym ciśnieniem do odbiorników. Dlatego instalacja powinna się cechować wysoką niezawodnością i bezpieczeństwem, co wiąże się z właściwymi – skutecznymi i szczelnymi połączeniami, mocną strukturą budowy o własnościach konstrukcyjnych. Do instalacji montowane są często wprost narzędzia, przewody, przyrządy pneumatyczne, które mają określony ciężar, jak również są przemieszczane przez operatora itp. To sprawa bezpiecznego mocowania i kompensacji długości (rurociągi pracują pod ciśnieniem i zmieniają długość pod wpływem zmian temperatury).
Należy pamiętać, że instalacja sprężonego powietrza funkcjonuje często dłużej od sprężarek, które zasilały ją w momencie projektowania. Jej modernizacja musi być zawsze brana pod uwagę.
Typowe jest rozumowanie, że jeśli brakuje powietrza w odbiorach, należy podwyższyć zakres ciśnienia sprężarek bądź dostawić następne. To prowadzi w większości przypadków do niepotrzebnych kosztów ponoszonych przez inwestora. Sprężarki, uzdatnianie, konfiguracja sieci, odbiorniki stanowią wzajemnie zależną całość. Tylko tak rozpatrywany system, przy odpowiednim doborze i zaprojektowaniu wszystkich elementów, da pożądane wyniki ekonomiczne. Niska cena inwestycji – jako jedyne kryterium – jest po prostu dywersją dla własnej firmy i środowiska.
Jednak aluminium
Nie trudno spotkać instalację sprężonego powietrza wykonaną ze stali czarnej lub nawet ocynkowanej, w znacznym stopniu skorodowaną od wewnątrz, spękaną. Awariom podlegają także rurociągi z tworzyw sztucznych (np. pęknięcie pod wpływem działania oleju sprężarkowego, temperatury i ciśnienia połączonych z operacją promieniowania UV albo uszkodzonych po uderzeniu narzędziem lub wózkiem widłowym). Dlatego do sprężonego powietrza najlepsze jest stosowanie rurociągów aluminiowych lub ze stali nierdzewnej. Oczywiście na rynku dostępne są różnego rodzaju takie instalacje. Znacznie ułatwiają one budowę systemu zasilania sprężonym powietrzem. Dają większą pewność jego właściwego funkcjonowania i ułatwiają dalszą rozbudowę. Oczywiście należy zawsze brać pod uwagę zalecenia producenta i się do nich stosować.
Zawsze ryzykowne jest budowanie instalacji sprężonego powietrza przy wykorzystaniu elementów pochodzących z różnych systemów lub przypadkowych „tymczasowych” rozwiązań. Trzeba pamiętać, że pomimo przefiltrowania powietrza, to z powodu różnic temperatury w przewodach może jednak wytrącać się kondensat. Dlatego też powinno się wykonać spusty kondensatu. W przypadku stosowania rur na przykład z poliamidu podkreśla się, że mają one znacznie mniejsze przewodnictwo cieplne niż rury wykonane z metalu, w których po przejściu z pomieszczeń ciepłych do zimnych łatwo o wtórne wytrącanie się wody.
Producenci nowoczesnych systemów rur wykonanych z poliamidu podkreślają, że ich wytrzymałość na ciśnienie jest identyczna jak rur stalowych w typowym dla instalacji sprężonego powietrza zakresie temperatur. Z kolei mamy znacznie więcej dostępnych różnorodnych kształtek i złączy. Technologia montażu jest prosta i szybka. Jednak wybierając materiał, z jakiego wykona się instalację sprężonego powietrza, warto też uwzględnić taki czynnik, jak przewidywana jej trwałość. W fachowych opracowaniach podaje się, że trwałość instalacji sprężonego powietrza wykonanej ze stali kwasoodpornej wynosi nawet od 30 do 40 lat. W przypadku zastosowania rur ocynkowanych to od 6 do 8 lat, a wykonanej z tworzyw sztucznych – 10 do 15 lat, choć tu duże znaczenie ma sposób jej eksploatacji, kultura techniczna obsługi.
Sprawność całego systemu zależy zawsze od najsłabszego jego elementu. W przypadku instalacji systemów dystrybucji sprężonego powietrza często takim ogniwem bywa instalacja przesyłu sprężonego powietrza. To tu należy szukać realnych oszczędności i to raczej tych w dłuższym czasie. Z różnych danych prowadzonych w zakładach produkcyjnych wynika, że średnio straty wynikające z nieszczelności wynoszą około 30%, przy czym w zależności od zakładu mogą one wynosić od 5% do nawet 60%. Tu mamy jeszcze bardzo dużo do zrobienia. Sprężone powietrze to kosztowne źródło energii i powinno się to mieć stale na uwadze.
UR
Autor: Bohdan Szafrański, Katarzyna Tomczyk, Wojciech Halkiewicz
