Nieszczelność o średnicy 1 mm wygląda niegroźnie. Przy instalacji pracującej z ciśnieniem około 7 bar oznacza jednak ucieczkę mniej więcej 1,2 l sprężonego powietrza na sekundę i dodatkowe zapotrzebowanie sprężarki rzędu 0,4 kW. Jeżeli zakład pracuje przez 8000 godzin rocznie, taki jeden punkt odpowiada za około 3200 kWh niepotrzebnie zużytej energii elektrycznej.
Problem zaczyna być poważny, gdy podobnych miejsc jest kilkanaście albo kilkadziesiąt. Wtedy sprężarka nie pracuje już głównie na potrzeby maszyn. Część jej wydajności służy wyłącznie do uzupełniania powietrza uciekającego przez szybkozłącza, przewody, zawory, odwadniacze i nieszczelne gwinty.
To jeden z powodów, dla których rachunek za energię nie zawsze spada po wymianie sprężarki na nowszą. Nowa sprężarka podłączona do nieszczelnej sieci nadal produkuje powietrze, które za chwilę trafia do hali zamiast do odbiornika.
Mały otwór, duża strata – ile naprawdę kosztuje nieszczelność?
Przy ocenie wycieku nie należy kierować się wyłącznie tym, czy jest głośny. Najmniejsze nieszczelności często giną w hałasie hali produkcyjnej, ale działają przez cały czas, gdy instalacja pozostaje pod ciśnieniem.
Dla ciśnienia roboczego około 7 bar orientacyjne wartości wyglądają następująco:
- otwór 1 mm – około 1,2 l/s straty powietrza i około 0,4 kW dodatkowego zapotrzebowania na moc,
- otwór 3 mm – około 11,1 l/s i około 4 kW,
- otwór 5 mm – około 31 l/s i około 10,8 kW,
- otwór 10 mm – około 124 l/s i nawet około 43 kW.
Skala rośnie bardzo szybko. Otwór 5 mm nie oznacza pięciokrotnie większej straty niż otwór 1 mm. Przy porównywalnych warunkach wymaga już ponad 25 razy większej mocy sprężarki.
Koszt można policzyć bez specjalistycznego programu:
koszt roczny = dodatkowa moc [kW] × czas pracy [h] × rzeczywisty koszt 1 kWh
Przyjmijmy dla przykładu zakład pracujący 8000 godzin rocznie oraz koszt energii wynoszący 0,70 zł/kWh. Nie jest to uniwersalna stawka dla każdego przedsiębiorstwa – do kalkulacji inwestycyjnej należy wstawić rzeczywisty koszt z umowy i faktur, najlepiej razem ze składnikami zależnymi od poboru energii.
W takim wariancie:
- nieszczelność 1 mm: 0,4 kW × 8000 h × 0,70 zł = około 2240 zł rocznie,
- nieszczelność 3 mm: 4 kW × 8000 h × 0,70 zł = około 22 400 zł rocznie,
- nieszczelność 5 mm: 10,8 kW × 8000 h × 0,70 zł = około 60 480 zł rocznie.
To pokazuje również, dlaczego wyłączanie instalacji na weekend ma znaczenie. Jeżeli produkcja stoi, a sieć pozostaje pod ciśnieniem przez 48 godzin, wycieki działają dokładnie tak samo jak podczas zmiany produkcyjnej. Sprężarka może więc uruchamiać się tylko po to, aby uzupełniać straty.
Nie należy natomiast przeliczać każdego wykrytego punktu automatycznie według jednej tabeli. Rzeczywisty przepływ zależy m.in. od ciśnienia przed miejscem nieszczelności, geometrii szczeliny i warunków przepływu. Wartości tabelaryczne świetnie nadają się do określenia skali problemu, ale większe projekty oszczędnościowe powinny być weryfikowane pomiarem.
Dlaczego podnoszenie ciśnienia często pogarsza problem?
Typowy scenariusz z hali wygląda tak: operator zgłasza, że najdalej położony siłownik albo narzędzie ma zbyt małe ciśnienie. Reakcja? Podniesienie nastawy sprężarki z 7,0 do 7,5 bar.
Maszyna zaczyna działać poprawnie, więc problem uznaje się za rozwiązany. Technicznie często rozwiązany nie został.
Za zbyt niskim ciśnieniem w punkcie odbioru mogą stać:
- nieszczelności,
- zapchane filtry,
- źle dobrane szybkozłącza,
- przewody o zbyt małej średnicy,
- zbyt długa instalacja,
- lokalne przewężenia,
- nieprawidłowo dobrany reduktor,
- jednoczesny pobór powietrza przez kilka dużych odbiorników.
Podniesienie ciśnienia na sprężarce maskuje część tych problemów, ale jednocześnie zwiększa straty. Przez istniejące nieszczelności zaczyna wypływać więcej powietrza, a sama sprężarka musi pracować przy wyższym ciśnieniu.
Dlatego nie należy podnosić ciśnienia całej instalacji tylko dlatego, że jeden odbiornik ma problem. Najpierw trzeba zmierzyć ciśnienie w kilku punktach: przy sprężarce, za układem uzdatniania, na magistrali oraz bezpośrednio przed problematycznym urządzeniem – najlepiej w chwili największego poboru.
Jeżeli przy sprężarce jest 7,0 bar, a przy maszynie podczas pracy zostaje 5,8 bar, należy szukać spadku ciśnienia między tymi punktami. Podkręcenie sprężarki do 8 bar może przywrócić maszynie wymagane parametry, ale przedsiębiorstwo zaczyna wtedy stale płacić za obejście problemu, który często leży w filtrze, przewodzie albo lokalnej armaturze.
Jest też druga pułapka. Operatorzy przyzwyczajają się do nadmiernego ciśnienia i po usunięciu nieszczelności nastawa pozostaje na dotychczasowym poziomie. Tymczasem po naprawie sieci często można stopniowo obniżyć ciśnienie źródłowe. Nie robi się tego jednak „na próbę” o 1–2 bary. Ciśnienie należy zmniejszać etapami, obserwując najbardziej wymagające odbiorniki i spadki ciśnienia w momentach szczytowego poboru.
Jak znaleźć nieszczelności i które usuwać jako pierwsze?
Najprostszy audyt można zacząć bez zatrzymywania produkcji. Najbardziej oczywiste miejsca da się znaleźć słuchem, szczególnie podczas postoju maszyn. W niewielkiej instalacji sprawdza się również roztwór do wykrywania nieszczelności nanoszony na podejrzane połączenia – powstające pęcherzyki pokazują miejsce wypływu.
Na dużej, głośnej hali takie podejście szybko przestaje być wystarczające. Kilometrów instalacji, setek złączy i pracujących urządzeń nie da się sensownie kontrolować „na ucho”. Stosuje się wtedy detektory ultradźwiękowe lub akustyczne, które pozwalają lokalizować charakterystyczny sygnał powstający przy wypływie sprężonego gazu.
Najczęściej problem występuje nie na prostych odcinkach rurociągu, lecz w elementach eksploatacyjnych:
- szybkozłączach,
- przewodach elastycznych,
- złączkach i gwintach,
- zaworach,
- zespołach filtr–reduktor–smarownica,
- automatycznych spustach kondensatu,
- uszczelnieniach siłowników,
- instalacjach przy samych maszynach.
I właśnie od tych miejsc warto zacząć.
Dobra praktyka polega na oznaczaniu każdego wykrytego wycieku numerem i przypisywaniu mu przynajmniej lokalizacji, przybliżonej wielkości straty, daty wykrycia oraz statusu naprawy. Sam audyt bez późniejszego zamknięcia usterek niewiele daje. To częsty problem: powstaje raport z kilkudziesięcioma punktami, naprawionych zostaje pięć najłatwiejszych, a po kilku miesiącach lista jest już nieaktualna.
Priorytet powinny dostać duże nieszczelności pracujące przez największą liczbę godzin, a nie te, które są najłatwiej dostępne. Jeżeli przeciek na głównej magistrali występuje przez 24 godziny na dobę, jego usunięcie jest zwykle pilniejsze niż drobny wyciek przy stanowisku działającym dwie godziny na zmianę.
Drugim krokiem są miejsca, w których naprawa jest prosta: wymiana uszczelki, szybkozłącza, krótkiego przewodu albo ponowne uszczelnienie gwintu. Stosunek kosztu naprawy do odzyskanej energii bywa tutaj wyjątkowo korzystny.
Dopiero później należy zajmować się punktami wymagającymi dłuższego postoju linii, demontażu osłon lub kosztownej wymiany zespołu. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy nieszczelność wpływa na bezpieczeństwo, stabilność procesu albo jakość produktu – wtedy koszt energii przestaje być głównym kryterium.
Po naprawie trzeba wykonać kontrolę ponownie. To ważne, bo sieć pneumatyczna nie jest układem, który raz uszczelniony pozostaje szczelny przez kolejne lata. Wibracje, cykle temperaturowe, zużycie uszczelnień, częste przepinanie przewodów i prace utrzymania ruchu tworzą nowe punkty strat.
Praktycznym wskaźnikiem jest także zachowanie sprężarkowni podczas postoju produkcji. Jeżeli wszystkie odbiorniki są wyłączone, a sprężarki nadal regularnie przechodzą w obciążenie, powietrze gdzieś znika. W instalacji z odpowiednim sterowaniem można na podstawie czasu pracy pod obciążeniem i bez obciążenia oszacować udział strat. W dobrze utrzymanym systemie celem jest zejście z wyciekami poniżej około 10% wydajności sprężarkowni. W zaniedbanych sieciach straty mogą sięgać 20–30% wytwarzanego sprężonego powietrza.
Nie warto natomiast zaczynać od zakupu większej sprężarki tylko dlatego, że istniejąca pracuje niemal bez przerwy. Najpierw trzeba ustalić, dokąd trafia jej wydajność. Jeżeli znacząca część powietrza ucieka przez instalację, dodatkowa sprężarka po prostu zwiększy zdolność zakładu do produkowania strat.
Pierwsza decyzja powinna więc być prosta: zmierzyć zużycie sprężonego powietrza podczas postoju produkcji i skontrolować największe nieszczelności, zanim zacznie się podnosić ciśnienie albo zwiększać moc sprężarkowni. Jeśli po zamknięciu wszystkich legalnych odbiorów sprężarki nadal mają wyraźne obciążenie, właśnie tę stratę należy usunąć w pierwszej kolejności.
Więcej informacji na: https://www.marcom-serwis.pl
FAQ – najczęstsze pytania o nieszczelności instalacji pneumatycznej
Czy wyciek 1 mm rzeczywiście ma znaczenie dla rachunku za energię?
Tak. Przy około 7 bar może oznaczać mniej więcej 1,2 l/s straty i około 0,4 kW dodatkowej mocy sprężarki. Przy 8000 godzin pracy daje to około 3200 kWh energii rocznie.
Jaki poziom nieszczelności instalacji można uznać za akceptowalny?
Dla dobrze utrzymanej instalacji praktycznym celem jest utrzymywanie strat poniżej około 10% wydajności systemu. W źle utrzymanych instalacjach udział wycieków może dochodzić do 20–30%.
Gdzie najczęściej pojawiają się wycieki sprężonego powietrza?
Najpierw należy sprawdzić szybkozłącza, przewody elastyczne, złączki, gwinty, zawory, zespoły przygotowania powietrza, spusty kondensatu oraz elementy pneumatyczne przy maszynach. Same rury magistralne często nie są największym źródłem problemów.
Czy do znalezienia wycieku konieczny jest detektor ultradźwiękowy?
Nie zawsze. W małej instalacji część nieszczelności można znaleźć słuchem albo preparatem pianotwórczym. Detektor ultradźwiękowy staje się znacznie bardziej przydatny w dużych i hałaśliwych zakładach, gdzie ręczne sprawdzanie setek punktów jest zbyt wolne.
Czy po uszczelnieniu instalacji można od razu obniżyć ciśnienie?
Nie należy robić tego gwałtownie. Ciśnienie obniża się stopniowo i sprawdza najbardziej wymagające odbiorniki podczas maksymalnego zapotrzebowania. Jeżeli proces pozostaje stabilny, kolejna niewielka redukcja nastawy może przynieść dalszą oszczędność energii.
Co sprawdzić jako pierwsze, jeśli sprężarka pracuje niemal bez przerwy?
Najpierw wyłącz lub odizoluj odbiorniki podczas postoju produkcji i sprawdź, czy sprężarka nadal się obciąża. Jeżeli tak, nie zaczynaj od większego kompresora. Najpierw znajdź i usuń największe nieszczelności sieci, a dopiero potem oceniaj, czy rzeczywiście brakuje wydajności sprężarkowni.
