Sprężarkownie: rady dla użytkowników sprężonego powietrza

W artykule zamieszczamy kilka rad dla osób, które na co dzień opiekują się sprężarkami śrubowymi i osuszaczami chłodniczymi, aby mogły uniknąć problemów oraz sytuacji alarmowych.  

Sprężarki

Większość zainstalowanych w przemyśle sprężarek śrubowych to maszyny chłodzone powietrzem. Dlatego należy zapewnić im możliwie łatwy dostęp świeżego powietrza. Jeśli sprężarkownia jest właściwie zaprojektowana, to czerpnia i kanały wylotowe ciepłego powietrza są odpowiednio obliczone. Gorzej, jeśli sprężarkownia nie uwzględnia potrzeb chłodzenia. 

Ostatnio zetknąłem się z kłopotliwym zadaniem, powierzonym przez inwestora. Do sprężarkowni, w której zainstalowane były trzy „śrubówki” pewnego dostawcy, musieliśmy wstawić jeszcze jedną. A inwestor już wcześniej sygnalizował, że istniejące sprężarki często wyłączają się na skutek zbyt wysokiej temperatury w pomieszczeniu. Dzięki posługiwaniu się sprawdzonymi metodami, tzn. poprawnemu zbilansowaniu przepływów ciepła i powietrza chłodzącego, a następnie zaprojektowaniu zgodnie z doświadczeniem wynikającym z wielu podobnych instalacji, udało się zapewnić im pracę we właściwej temperaturze, tak by również czwarta sprężarka była bez problemu chłodzona powietrzem. 

Projekt zasilania sprężarkowni świeżym powietrzem oraz odprowadzenie ciepłego powietrza zza chłodnicy to zadanie, które lepiej powierzyć doświadczonemu dostawcy. Aby zrozumieć problem, podajemy przykład – dla sprężarkowni o dość specyficznej małej kubaturze, z zainstalowanymi tam osuszaczem chłodniczym oraz trzema sprężarkami o łącznej wydajności 34 m³/min, czerpnia powietrza musi mieć przynajmniej 3 m² przekroju. 

Jeśli zainstalowane są czerpnie i kanały wylotowe, to bywają one także zabezpieczane matami filtracyjnymi – należy pamiętać o ich drożności. Maty filtracyjne mogą być także elementem wlotu do obudowy agregatu sprężarkowego. Jeśli są one zanieczyszczone, to temperatura na tłoczeniu stopnia śrubowego wzrośnie z pewnością do wartości wyłączającej sprężarkę w stanie awaryjnym. 

Kolejna sytuacja, z którą miałem do czynienia, to zapchanie maty filtracyjnej przez nasiona mleczu. W zasadzie banalna sprawa, ale jeśli weźmie się pod uwagę, że sprężarka o wydajności ok. 12 m³/min potrzebuje ok. 10 000 m³/h powietrza chłodzącego – nietrudno się domyśleć, że taka sprężarka to gigantyczny odkurzacz, który może zassać wiele niechcianych rzeczy.  

Filtry powietrza

Jeśli użytkownik nie dba o jakość filtra powietrza, a sprężarka nie jest wyposażona w kontrolkę jego zanieczyszczenia, agregat będzie tracić wydajność oraz podskoczy temperatura jego pracy. W rezultacie nastąpi szybkie wyłączenie temperaturowe sprężarki.

Chłodnica oleju

Kolejny ważny element to chłodnica oleju. Jeśli ani sprężarka, ani czerpnia nie mają zabezpieczeń, to zanieczyszczenia zbierają się na chłodnicy oleju/powietrza. Zapchana chłodnica spowoduje z pewnością wyłączenie sprężarki, gdy tylko zadziała zabezpieczenie przed przekroczeniem zbyt wysokiej temperatury. Jest to symptomatyczne dla zakładów branży cementowej czy też odlewni (pyły cementu, wapna czy piasku). Dużo bardziej jest to niebezpieczne w zakładach branży przeróbki drewna lub papieru. Znam przynajmniej trzy przypadki, gdzie doszło do zapalenia sprężarek różnych typów z powodu zaniedbań użytkownika sprężarki, a także firm zajmujących się ich obsługą. Na szczęście standardem większości firm jest czyszczenie i sprzątanie agregatu w czasie przeglądów, co jest może banalne, ale zapewnia bezpieczną eksploatację. 

Termostat

Następnym powodem możliwych wyłączeń termicznych sprężarek może być zużyty na skutek wielu cykli roboczych termostat. Jest to urządzenie montowane w zaworze czwórdrożnym, kierującym olej do filtra oleju i na wtrysk. Jeśli temperatura oleju jest za wysoka, to termostat się otwiera i przepuszcza go przez chłodnicę. Jeśli jest ona optymalna – olej przechodzi tzw. krótkim obiegiem do filtra oleju. Można to sprawdzić, przykładając rękę do chłodnicy. Jeśli się okaże, że temperatura oleju jest za wysoka, a chłodnica jest ciepła tylko w małej części – znaczy to, że termostat jest otwarty niecałkowicie lub jest po prostu zamknięty. Należy jednocześnie pamiętać, że optimum temperatury sprężonego powietrza na tłoczeniu stopnia śrubowego to 67 – 90^oC (to ta temperatura, którą wskazuje termometr sprężarki). Martwić się trzeba, jeśli ta temperatura jest za wysoka lub za niska. 

Dlaczego wysoka temperatura jest nieodpowiednia dla sprężarek?

Otóż po pierwsze wraz z temperaturą pogarszają się warunki pracy silnika elektrycznego, jest on wrażliwszy na mogące wystąpić przeciążenia. Po drugie w wyższej niż ww. temperaturze dochodzi do szybszego zużywania się oleju sprężarkowego, który nie tylko jest uszczelniaczem, ale także ma chłodzić śruby i smarować łożyska. Jeśli ma on wyższą temperaturę niż przewidują to warunki projektowe, to zużywa się dużo szybciej, a także spada jego lepkość, w związku z czym również własności smarne. Dla użytkowników, którzy nie mają innego wyjścia i muszą pracować przy wysokiej temperaturze, polecamy stosowanie specjalnych olejów do pracy w podwyższonych temperaturach lub częstsze niż zalecane w instrukcji jego wymiany. 

Zbyt niska temperatura

Co takiego natomiast może się wydarzyć, gdy temperatura pracy jest za niska – wtedy może dojść do sytuacji, w której wilgoć, przedtem  w stanie pary wodnej, zacznie kondensować i dostawać się w stanie ciekłym do sprężarki razem z olejem na wtrysk i do łożysk. Grozi to przedwczesnym zużywaniem się łożysk lub wyrabianiem się ich gniazd. W takich sytuacjach polecamy dopilnować, aby przynajmniej raz w tygodniu zatrzymać sprężarkę, pozwolić jej się wychłodzić, a następnie zaworem spustu oleju ze zbiornika separatora delikatnie upuszczać wodę, która zbierze się pod olejem, na dnie zbiornika. Zadziwiające, ile jej jest! 

Osuszacze

Wysoka temperatura powietrza atmosferycznego nie musi oznaczać jego niskiej wilgotności. Lipiec i styczeń to statystycznie w naszym klimacie miesiące o najwyższej wilgotności. Wtedy ogromny ciężar spada na osuszacze chłodnicze, które wrażliwe są na skoki temperatury otoczenia, a także na temperatury sprężonego powietrza.  

Klika słów o osuszaczach

Co się w nich dzieje? Otóż po pierwsze tzw. freony dzięki Protokołowi Montrealskiemu zostały zastąpione tzw. czynnikami chłodniczymi ekologicznymi, takimi jak R134A, R407, R410 itd., ale oznacza to gorsze warunki procesu wymiany ciepła. Są to bowiem mieszaniny wielu gazów, mające symulować własności freonów R12 czy też R22. Ponieważ ich własności cieplne nie są tak doskonałe jak freonów, to negatywny wpływ wysokiej temperatury jest tu bardziej istotny. Dlaczego? Otóż dla wszystkich czynników chłodniczych istnieje ścisła zależność temperatury i ciśnienia (a co za tym idzie, stanu skupienia, w którym czynnik się znajduje). Korzystamy tu przecież z ciepła przemiany, więc jeśli np. temperatura sprężonego powietrza (ta zwykle jest dość stabilna, jeśli sprężarkownia jest poprawnie zaprojektowana) gwałtownie wzrośnie lub gorzej – jeśli wzrośnie temperatura otoczenia, to może dojść do nieprzewidzianego wzrostu ciśnienia czynnika chłodniczego. W konsekwencji na wlocie do sprężarki chłodniczej może pojawić się czynnik ze zbyt wysokim ciśnieniem lub w fazie ciekłej. Obie sytuacje są niekorzystne – płyn na ssaniu sprężarki lub też rozszczelnienie układu. Warto o to zadbać, gdyż może to spowodować zatarcie sprężarki chłodniczej (tłokowej, smarowanej olejem) albo wyciek czynnika chłodniczego, który jest wprawdzie zgodny z Protokołem Montrealskim, ale po wycieku może być bardzo niebezpieczny i z pewnością zainteresuje inspektorów PIOŚ. 

Jak zapobiec problemom?

Czynności zapobiegające opisanym powyżej problemom są proste. W osuszaczu jest tylko jeden wymiennik ciepła chłodzony powietrzem z otoczenia. Trzeba mu zapewnić dostęp  świeżego powietrza oraz utrzymanie w czystości. Doświadczenie pokazuje, że powinno się go przedmuchiwać (oczyścić) raz na tydzień. Nie jest to czynność skomplikowana, a zapewni długą i bezpieczną pracę osuszacza.

Zbyt wysoka temperatura sprężonego powietrza powoduje również przeciążenie sprężarki. We wcześniej opisanych przypadkach traci się punkt rosy. Jeśli osuszacz nie ma żadnej automatycznej aparatury zabezpieczającej – takiej jak np. presostat wysokiego ciśnienia czynnika chłodniczego, lub odpowiedniego sterownika, a jedyny parametr wskazywany to temperatura punktu rosy, to należy zacząć się tym martwić, jeśli przekroczy on wartość 6 – 8^oC. 

Jak najprościej sprawdzić właściwą temperaturę?

Aby sprawdzić temperaturę sprężonego powietrza przed osuszaczem, wystarczy po prostu dotknąć ręką rurociągu wlotowego do osuszacza. Jeśli jego temperatura jest zbliżona do temperatury ludzkiego ciała, to dobrze, a jeśli rurociąg jest gorący, to lepiej wyłączyć osuszacz i szukać sposobu na schłodzenie sprężonego powietrza (zainstalowanie dodatkowej chłodnicy wstępnej – chłodzonej powietrzem lub wodą, czy też zastosowanie specjalnego osuszacza z wbudowaną chłodnicą wstępną).

Należy przy tym zwrócić uwagę, że punkt rosy podawany powinien być ciśnieniowym punktem rosy sprężonego powietrza, mierzonym higrometrem lub też termometrem. Pomiar powinien następować po stronie osuszonego powietrza. Jest to zwykle temperatura +3^oC. Jeśli osuszacz jako roboczy punkt rosy ma podane +2^oC, to nie znaczy nic innego niż +3^oC po stronie powietrza, tyle że producent próbuje nas „oczarować” niższym punktem rosy. W rzeczywistości mierzy on po prostu temperaturę czynnika chłodniczego w wymienniku powietrze/czynnik, gdzie logiczne jest, że będzie ona niższa niż powietrza. 

Usuwanie i oczyszczanie kondensatu

Przepisy polskie i UE nie pozwolą nam bezkarnie wyrzucać usuwanej ze sprężonego powietrza wilgoci. Słusznie, bo nie jest to czysta woda, a najczęściej zaolejona emulsja lub mieszanina o odczynie mniej lub bardziej kwaśnym. Trzeba te skropliny oczyszczać przed usunięciem do kanalizacji – zgodnie z normą UE do zawartości 20 mg/litr lub zgodnie z polskimi przepisami do 15 mg oleju na litr wody.  

Ilość wykraplającej się pary

Ilość pary wodnej skraplającej się w układach w ciągu normalnego dnia pracy jest często niedoszacowana. Na przykład sprężarka o mocy 75 kW i wydajności 800 m³/h wytwarza w ciągu doby 182 litry wody przy parametrach powietrza wlotowego: temperatura 20OC, wilgotność względna 70%. Większość pary wodnej, tj. 75% lub więcej, ulega kondensacji i wykrapla się ze sprężonego powietrza przed osuszaczem. Jeżeli pozostałej ilości pary wodnej nie odprowadzi się z układu, przedostaje się ona do dalszych jego części. Pogarszają się wtedy parametry pracy lub dochodzi do awarii urządzeń suszących i filtrujących lub – w najlepszym razie – zwiększają się koszty obsługi technicznej. W niektórych przypadkach woda dostaje się do niepracującej sprężarki, jeżeli w układzie występują połączenia krzyżowe i nie ma w nim zaworów zwrotnych, wskutek czego dochodzi do uszkodzenia sprężarki.  

Jak mądrze pozbyć się kondensatu? 

Ze względu na możliwe straty wycieku powietrza podczas ciągłego otwarcia zaworu spustowego np. pod zbiornikiem, co łatwo możemy dla Państwa oszacować, należy do tego celu stosować automatyczne spusty kondensatu, sterowane elektrozaworem czasowym lub pracujące bez strat ciśnienia, zapewni to bezobsługowe odwadnianie sieci. Dostępne są w sprzedaży specjalne zawory działające bez strat ciśnienia oraz najprostsze zawory sterowane czasowo. Niedrogie i skuteczne zawory działające bez strat ciśnienia mogą współpracować ze sprężarkami o wydajności od 1 – 100 m³/min.

Jeśli tego nie zrobimy, woda może zalewać urządzenia odbiorcze, a nawet filtry i osuszacze, których sprawność czy skuteczność w takich przypadkach jest znikoma. Ale to nie koniec!

Żeby spełnić wymagania prawne, przed pozbyciem się tego płynu do kanalizacji należy go oczyścić w specjalnych separatorach oleju-kondensatu, które zapewniają ww. wymaganą jakość wody. I dopiero teraz można tę wodę spuścić do kanalizacji. 

Więcej na ten temat na: www.powietrze.com.pl

Pytania prosimy kierować do autora na adres: wh@powietrze.com.pl.

Autor: mgr inż. Wojciech Halkiewicz, Vector sp. z o.o.