Zadbanie o bezpieczeństwo maszyn i urządzeń pneumatycznych to kwestia priorytetowa, zwłaszcza w kontekście potencjalnych zagrożeń wynikających z zastosowania sprężonego powietrza. Minimalizacja ryzyka związanego z obsługiwaniem tego typu urządzeń ma na celu przeciwdziałanie wypadkom w miejscu pracy.
W urządzeniach pneumatycznych jako czynnik roboczy wykorzystuje się sprężone powietrze, które – obok energii elektrycznej – jest najczęściej stosowanym nośnikiem energii w nowoczesnym przemyśle wytwórczym. Sprężone powietrze jest źródłem zasilania różnego rodzaju urządzeń i maszyn oraz często stanowi istotną i integralną część procesu produkcyjnego.
Trudno obecnie znaleźć zakład przemysłowy, w którym nie wykorzystuje się napędu lub sterowania pneumatycznego. Urządzenia pneumatyczne stosuje się m.in. do: napędu urządzeń transportowych (podajników, podnośników itp.), napędu zaworów regulacyjnych w przemyśle przetwórczym i chemicznym, zasilania uchwytów obróbkowych i montażowych w maszynach technologicznych czy napędu pras pneumatycznych.
Powszechne zastosowanie techniki sprężonego powietrza wynika przede wszystkim z wielu zalet urządzeń z napędem pneumatycznym, takich jak: możliwość uzyskiwania dużego zakresu ciśnień i natężeń przepływu sprężonego powietrza oraz bardzo wysokich prędkości ruchu, prosta instalacja, niski koszt obsługi technicznej urządzeń pneumatycznych, możliwość ich dużego obciążenia bez ryzyka przegrzania itd. Jednak należy pamiętać o tym, że sprężone powietrze jest medium niebezpiecznym, głównie ze względu na to, że magazynuje dużą ilość energii pod wysokim ciśnieniem, co w przypadku niewłaściwego postępowania może skutkować poważnymi wypadkami w miejscu pracy.
Wymogi prawne związane ze stosowaniem sprężonego powietrza
Producent każdego urządzenia przemysłowego jest zobowiązany do zapewnienia jego zgodności z wymogami dyrektywy 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn oraz norm z nią zharmonizowanych. Dyrektywa podaje istotne wymogi w aspekcie zdrowia i bezpieczeństwa, jakie muszą być spełnione przy konstruowaniu i produkcji komponentów maszyn i elementów zabezpieczających.
Jeśli chodzi o pneumatyczne układy i elementy maszyn, obecnie aktualną normą zharmonizowaną z dyrektywą jest PN-EN ISO 4414:2011 („Napędy i sterowania pneumatyczne. Ogólne zasady i wymagania bezpieczeństwa dotyczące układów i ich elementów”). Według typologii zawartej w podstawowej normie typu A dotyczącej bezpieczeństwa maszynowego – PN-EN ISO 12100:2011 („Bezpieczeństwo maszyn. Ogólne zasady projektowania. Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka”), norma PN-EN ISO 4414:2011 zaliczana jest do typu B, czyli tzw. tematycznych, które dotyczą wybranych aspektów bezpieczeństwa. Normy typu B są bardzo istotne przy określaniu szczegółowych wymagań dla poszczególnych rodzajów maszyn przedstawionych w normach typu C. Natomiast w przypadku braku występowania normy szczegółowej dla danej maszyny należy stosować się do zaleceń normy PN-EN ISO 4414:2011.
W normie tej mowa jest o potencjalnych zagrożeniach związanych z zastosowaniem instalacji pneumatycznych. Wśród nich znajdują się m.in. te o pochodzeniu stricte mechanicznym, np. dotyczące akumulacji energii czy poruszania się elementów wykonawczych.
Użytkownicy sprężonego powietrza narażeni są na niebezpieczeństwo, którego źródłem mogą być nieodpowiednie zabezpieczenia pistoletów do przedmuchu, zaworów czy elementów sprężarki. Konsekwencją usterek tych urządzeń może być uszkodzenie ciała, kalectwo, a w skrajnych wypadkach nawet śmierć. By nie dopuścić do tragedii, należy stosować odpowiednio zabezpieczone urządzenia.
Przygotowanie sprężonego powietrza
Prawidłowo przeprowadzone przygotowanie sprężonego powietrza powoduje zwiększenie trwałości elementów pneumatyki, wydłużenie żywotności elementów sterujących i wykonawczych, a także zmniejszenie awaryjności elementów i układów pneumatyki. Czynnik roboczy, jakim jest sprężone powietrze, przed wprowadzeniem do układu musi zostać w odpowiedni sposób uzdatniony, to znaczy pozbawiony zanieczyszczeń mechanicznych, odwodniony, pozbawiony wtrąceń oleju ze sprężarki oraz nasycony specjalnym olejem do pneumatycznych urządzeń wykonawczych z ruchomymi częściami mechanicznymi. Proces uzdatniania odbywa się przy użyciu odpowiednich urządzeń (tzw. zespołu przygotowania powietrza), które są montowane na wejściu instalacji sprężonego powietrza jako wyposażenie sprężarek lub indywidualnie w poszczególnych obwodach pneumatycznych.
W trosce o bezpieczeństwo na etapie przeprowadzania procesu uzdatniania stosuje się różnego rodzaju zabezpieczenia w reduktorach, zaworach kulowych i filtrach/smarownicach. Reduktory mogą być wyposażone w dodatkowy uchwyt zabezpieczający, którego wysunięcie powodowane jest obrotem górnej części pokrętła regulacyjnego. Ponadto użycie odpowiedniego zamka może ochronić zawór redukcyjny przed przypadkową i niezamierzoną ingerencją lub przed zmianą parametrów pracy przez osobę nieuprawnioną. W zaworach kulowych uchwyt bezpieczeństwa może występować w formie wysuwanego z przodu trzpienia. Podobnie jak w przypadku reduktorów, możliwe jest stosowanie zamków lub kłódek chroniących przed ingerencją. Filtry/smarownice zabezpieczone są osłoną szklanki, która jest odporna na uszkodzenia, w szczególności na rozerwanie. Dzięki temu użytkownik jest chroniony przed skutkami np. podania zbyt dużego ciśnienia.
Redukcja i kontrola ciśnienia
Do redukcji ciśnienia w instalacjach pneumatycznych wykorzystuje się reduktory ciśnienia. Ich zadaniem jest utrzymywanie stałej wartości ciśnienia medium roboczego na wyjściu, niezależnie od zmian wyższego ciśnienia wejściowego, przy zmiennej wartości natężenia przepływu czynnika przez zawór.
Przy użyciu liniowych reduktorów ciśnienia można zredukować ciśnienie wyjściowe w zakresie od 1 do 7 barów. Tego rodzaju reduktory zalecane są przede wszystkim do zastosowania z narzędziami pneumatycznymi bezpośrednio na przewodach pneumatycznych przed odbiornikiem. Użycie reduktorów chroni urządzenia przed uszkodzeniami oraz przyspieszonym wyeksploatowaniem spowodowanym zbyt wysokim ciśnieniem wejściowym.
Natomiast kontrolowanie wartości ciśnienia czynnika roboczego w pneumatycznych układach napędowych i sterujących odbywa się przy użyciu manometrów. W ofercie handlowej można znaleźć manometry o podwyższonym poziomie bezpieczeństwa stosowania. Dostępne są np. manometry produkowane ze stali chromowo-niklowej o specjalnej konstrukcji obudowy. Elementy będące w zasięgu użytkownika są dodatkowo wzmocnione i odporne na rozerwanie. Ponadto w momencie krytycznym, gdy ciśnienie jest za wysokie, rozerwaniu ulega tylna ściana manometru. Dzięki temu nadmierne ciśnienie znajduje ujście w miejscu, które nie zagraża człowiekowi. Taka konstrukcja uniemożliwia również pęknięcie szybki, której odłamki mogłyby być niebezpieczne dla osób znajdujących się w pobliżu.
Bezpiecznie, bo z zaworami
Bezpieczeństwo w pneumatyce możliwe jest także dzięki zastosowaniu odpowiednich zaworów, wśród których można wyróżnić m.in.: zawory kulowe, zawory zabezpieczające węże, zawory bezpieczeństwa czy zawory zapewniające łagodny start układu pneumatycznego.
Jeśli chodzi o zawory kulowe, to zasada ich działania jest niezwykle prosta. W ich wnętrzu umieszczona jest kula, w środku której znajduje się otwór (port). Obracając swobodnie kulą, można spowodować zamknięcie lub otwarcie zaworu.
W ofercie rynkowej obecne są np. zawory kulowe wyposażone w niewielki otwór, służący do odpowietrzania w chwili odcięcia ciśnienia zasilającego. Podczas stosowania tych zaworów należy jednak pamiętać o tym, żeby po zakończeniu pracy nie zostawić maszyn pod ciśnieniem. Podobnie jak reduktory, zawory przelotowe kulowe umożliwiają zabezpieczenie przed nieuprawnioną ingerencją.
Bardzo ważnymi elementami są także zawory zabezpieczające węże, zwane zaworami pękniętego węża. Stosuje się je w celu odcięcia sprężonego powietrza w momencie jego niekontrolowanego wycieku spowodowanego np. pęknięciem lub przebiciem przewodu. Zawory te umieszcza się przeważnie pomiędzy punktem poboru powietrza z instalacji a wężem pobierającym powietrze do określonego urządzenia. Zadaniem zaworu zabezpieczającego jest odcięcie wyłącznie jednego urządzenia, a mianowicie tego, którego wąż uległ uszkodzeniu. Co ważne, reszta instalacji pracuje w tym samym czasie bez zmian (pomijając te sytuacje, kiedy awaria na to nie pozwala). Po naprawie usterki przepływ szczątkowy etapami reguluje ciśnienie i sukcesywnie podnosi je do pożądanego poziomu. Wtedy też dochodzi do ponownego otwarcia zaworu, a tym samym do przywrócenia sprawności całej instalacji.
Niezwykle istotną rolę odgrywają również zawory bezpieczeństwa, które służą do ograniczania wzrostu ciśnienia roboczego w układzie do ustalonej wartości. Po przekroczeniu zadanej wartości ciśnienia następuje samoczynne otwarcie zaworu bezpieczeństwa, co prowadzi do uwolnienia nadmiaru czynnika do atmosfery.
Zawory bezpieczeństwa chronią ludzi, sprzęt i maszyny przed skutkami rozerwania zbiornika sprężonego powietrza.
Natomiast zawory łagodnego startu umożliwiają stopniowy wzrost ciśnienia w zespołach pneumatycznych. Wzrost ciśnienia następuje powoli, zgodnie z zadanymi parametrami, aż do osiągnięcia połowy zadanej wartości. Dalszy wzrost ciśnienia następuje natychmiastowo. Łagodne zasilanie zespołu pneumatycznego zabezpiecza sprzęt i pracowników przed nagłym, niebezpiecznym uderzeniem elementów wykonawczych.
Problemy z wężami pneumatycznymi
W celu zwiększenia bezpieczeństwa użytkowników sprężonego powietrza stosuje się szybkozłącza, które zapobiegają wystrzeleniu przewodów pneumatycznych podczas odpinania ich z instalacji. Rozłączanie takich szybkozłączy powinno przebiegać dwuetapowo. W pierwszym etapie dochodzi do odcięcia ciśnienia zasilającego i upuszczenia ciśnienia pozostałego w przewodzie do atmosfery, przy czym króciec pozostaje nadal zablokowany w gnieździe. Dopiero w drugim kroku następuje zwolnienie blokady króćca, co umożliwia rozłączenie połączenia. Innym rozwiązaniem są króćce z wbudowanym zaworem zwrotnym, stosowane w połączeniu ze standardowymi szybkozłączami. W momencie wypięcia króćca zawór zwrotny natychmiast się zamyka i blokuje wypływ powietrza pozostałego w przewodzie, co również zapobiega efektowi „wystrzelenia węża”.
Należy mieć świadomość tego, że nieprawidłowe odłączenie od szybkozłącza przewodu może być bardzo niebezpieczne. Niekontrolowane ruchy węża mogą doprowadzić do poważnych zniszczeń, nie mówiąc o potencjalnym zagrożeniu zdrowia i życia pracowników. Natomiast w przypadku pomieszczenia clean room tego rodzaju incydent może spowodować zanieczyszczenie sterylnego środowiska.
Zgodnie ze wskazaniami zawartymi w normie, jeżeli uszkodzenie zespołu węży lub przewodów pneumatycznych z tworzyw sztucznych stanowi zagrożenie uderzeniem, to powinny być one przytwierdzone lub osłonięte. Jeżeli natomiast uszkodzenie zespołu węży lub przewodów pneumatycznych z tworzyw sztucznych stanowi zagrożenie wyciekiem, to w tym wypadku również powinno się je osłonić.
W trosce o bezpieczeństwo powinno się stosować odporne na uderzenia węże, zwijacze oraz uchwyty węży. Zadaniem zwijaczy jest porządkowanie węży oraz ich ochrona przed różnego rodzaju uszkodzeniami mechanicznymi. Z uwagi na to stosowanie zwijaczy ze stali lub wysokiej jakości tworzyw sztucznych jest jak najbardziej uzasadnione. Co ważne, zwinięcie węża zapobiega potykaniu się o niego, co nierzadko bywa przyczyną wypadków.
Należy regularnie sprawdzać węże pneumatyczne pod kątem ewentualnych uszkodzeń lub nieszczelności. Nieszczelny powinien być natychmiast usunięty. Luźny wąż, który pod ciśnieniem ulegnie pęknięciu, będzie wykonywał wspomniane niekontrolowane ruchy.
Ważne jest także, aby nie pozostawiać węży pneumatycznych na ziemi, gdzie ktoś może się o nie potknąć lub gdzie mogą zostać uszkodzone przez pojazd, drzwi lub narzędzie. Jeśli jest to możliwe, najlepiej przeprowadzić przewody i węże pneumatyczne pod sufitem.
Pistolety do przedmuchiwania
Szczególną ostrożność należy zachować także przy stosowaniu pistoletów do przedmuchiwania, służących do usuwania kurzu i innych zanieczyszczeń w miejscach trudno dostępnych. Przyczyną urazów może być w tym wypadku nie tylko samo sprężone powietrze, ale także różnego rodzaju zanieczyszczenia (np. żwir), które przedostały się do niego. Zwykłe pistolety do przedmuchiwania sprężonym powietrzem stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa. Zaleca się, aby powietrze do zasilania pistoletów podawane było pod ciśnieniem wynoszącym maksymalnie 2 bary. Można to osiągnąć, instalując przed każdym pistoletem reduktor ciśnienia zabezpieczony przed zmianą nastaw. Pistolety do przedmuchiwania mogą być też wyposażone w dysze regulujące kierunek powietrza oraz osłony chroniące przed niebezpiecznymi ciałami stałymi. Niektórzy producenci oferują także pistolety wyposażone w tłumiki hałasu.
Autor: Agata Abramczyk jest absolwentką filologii polskiej o specjalności edytorskiej na Uniwersytecie Wrocławskim oraz studiów podyplomowych z zakresu redakcji językowej tekstu na Uniwersytecie Warszawskim. Od wielu lat związana jest z branżą dziennikarską i wydawniczą. Jest pasjonatką nowoczesnych technologii.
