Instalacja sprężonego powietrza – 9 błędów w projektowaniu i eksploatacji

Wprowadzenie

Instalacja sprężonego powietrza służy do przesyłania powietrza ze sprężarkowni do maszyn i innych odbiorników znajdujących się w zakładzie. Choć projektowanie instalacji może wydawać się proste, sposób zaprojektowania całej sieci ma duży wpływ na jej późniejsze działanie. Odpowiednio dobrane rurociągi, ciśnienie czy sposób przygotowania powietrza wpływają zarówno na sprawną pracę urządzeń pneumatycznych, jak i na zużycie energii oraz koszty eksploatacji.

Błędy popełnione podczas projektowania mogą prowadzić m.in. do spadków ciśnienia, pojawienia się wody w instalacji, korozji rurociągów czy problemów z pracą odbiorników. Część z nich staje się widoczna dopiero po uruchomieniu instalacji. Dobrym przykładem może być zbyt niskie ciśnienie przy odbiorniku, które często bywa kompensowane przez zwiększenie ciśnienia na sprężarce. Takie działanie może chwilowo poprawić sytuację, ale nie usuwa przyczyny problemu, a jednocześnie zwiększa zużycie energii i koszty wytwarzania sprężonego powietrza.

Czego dowiesz się z tego artykułu?

• Jakie są najczęstsze błędy w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza?
• Jak prawidłowo dobrać średnicę rurociągów i ciśnienie w instalacji?
• Dlaczego sposób prowadzenia instalacji i wykonania punktów poboru ma znaczenie?
• Jak osuszanie, filtracja i monitoring wpływają na prawidłową pracę instalacji?
• Jak błędy projektowe wpływają na koszty wytwarzania sprężonego powietrza?

Czego unikać przy projektowaniu instalacji sprężonego powietrza?

Przy projektowaniu instalacji sprężonego powietrza należy przede wszystkim unikać rozwiązań, które powodują niepotrzebne spadki ciśnienia, zwiększają zużycie energii lub pogarszają jakość powietrza dostarczanego do odbiorników. Za błąd można też uznać skupienie się wyłącznie na początkowym koszcie wykonania instalacji, bez uwzględnienia jej późniejszej eksploatacji, monitorowania i serwisowania. Wiele nieprawidłowości jest ze sobą powiązanych, dlatego instalację należy projektować jako jeden system – od przygotowania sprężonego powietrza, przez jego dystrybucję, aż po punkty poboru.

9 błędów w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza

Błąd 1. Zbyt mała średnica rurociągów

Średnicę przewodów należy dobrać do ilości sprężonego powietrza, które ma przez nie przepływać, oraz do długości instalacji. Nie można zakładać, że cały rurociąg powinien mieć taką samą średnicę jak przyłącze przy sprężarce. Zbyt mała średnica przewodu sprawia, że powietrze przepływa szybciej, a po drodze powstają większe spadki ciśnienia. W efekcie przy sprężarce ciśnienie może być prawidłowe, ale na końcu instalacji – zbyt niskie.

Orientacyjnie przyjmuje się, że prędkość przepływu powinna wynosić 6–8 m/s w głównym ringu oraz 10–15 m/s w przewodach prowadzących do odbiorników. Są to jednak wartości pomocnicze – średnicę zawsze należy dobrać do parametrów konkretnej instalacji. W zakładach przemysłowych stosuje się rurociągi o różnych średnicach, zwykle od fi15 do fi160.

Błąd 2. Projektowanie instalacji pod zbyt wysokie ciśnienie

Wyższe ciśnienie najczęściej nie oznacza lepszej pracy instalacji. System powinien pracować z możliwie niskim ciśnieniem, które jednocześnie pozwala zapewnić prawidłową pracę wszystkich odbiorników.

Jeżeli przy końcowym odbiorniku występuje spadek ciśnienia, prostym rozwiązaniem wydaje się zwiększenie ciśnienia na sprężarce. W ten sposób podnoszone jest jednak ciśnienie w całym systemie tylko po to, aby skompensować lokalne straty. Każdy dodatkowy 1 bar zwiększa zużycie energii przez sprężarkę o 6-8%. W przypadku odbiorników wymagających wyższego ciśnienia można rozważyć jego lokalne podnoszenie zamiast zwiększania parametrów całej sieci.

Błąd 3. Nieprawidłowe wykonanie punktów poboru

W instalacji sprężonego powietrza może występować wilgoć i kondensat. Z tego względu sposób wykonania odejść do odbiorników powinien ograniczać możliwość transportowania wody razem ze sprężonym powietrzem. Jednym z błędów jest wykonanie odejścia bezpośrednio w dół z głównego przewodu. Zgromadzony kondensat może wówczas pod wpływem grawitacji trafić prosto do przewodu zasilającego maszynę. Skierowanie odejścia w bok lub w górę eliminuje ten problem, a woda znajdująca się w instalacji może zostać skierowana do odwadniacza.

Odejścia należy projektować tak, aby ograniczyć przedostawanie się wody do odbiorników i umożliwić jej skierowanie do odpowiednich punktów odwodnienia. Można w tym celu wykorzystywać odpowiednie trójniki, obejmy czy rozwiązania typu quick drop. Quick drop to obejma przyłączeniowa, montowana na rurociągu sprężonego powietrza, która umożliwia wykonanie punktu poboru bez stosowania klasycznego trójnika. Odpowiednia konstrukcja i orientacja odejścia pomagają ograniczyć przedostawanie się wody z głównej magistrali do odbiorników.

Błąd 4. Brak instalacji w układzie pierścieniowym

W większych instalacjach przemysłowych warto rozważyć wykonanie głównej magistrali w formie zamkniętego pierścienia, czyli tzw. ringu. Sprężone powietrze może być wówczas doprowadzane do odbiorników z różnych kierunków.

,,Dlaczego instalacje powinny być wykonywane w tzw. ringu? Wynika to z tego, że powietrze zawsze będzie dążyło do wyrównania ciśnienia w całym układzie. Jeżeli wykonamy instalację liniowo i na jej końcu zamontujemy odbiornik, a po drodze znajdzie się kilka innych odbiorników, rozbiór sprężonego powietrza będzie nierównomierny. Każdy z odbiorników będzie pobierał powietrze, pojawią się opory na ściankach przewodów oraz straty ciśnienia. Może się więc okazać, że pomimo dostarczania do instalacji ciśnienia 7 bar, przy końcowych odbiornikach będziemy mieli na przykład 6 czy 5 bar.” – komentuje Paweł Oskroba, Prezes Air-Com Pneumatyka Automatyka.

W przypadku długiej instalacji liniowej kolejne odbiorniki pobierają powietrze z tej samej magistrali. Wraz ze wzrostem odległości od źródła mogą narastać straty ciśnienia. W efekcie na początku instalacji można uzyskać wymagane parametry, podczas gdy na jej końcu ciśnienie będzie już niższe. Układ pierścieniowy sprzyja bardziej równomiernej dystrybucji sprężonego powietrza i ograniczeniu spadków ciśnienia. Ułatwia również rozbudowę sieci o kolejne punkty poboru.

Błąd 5. Nieprawidłowy dobór filtrów

Filtry muszą być dostosowane przede wszystkim do wymaganego przepływu i parametrów jakościowych sprężonego powietrza. Zbyt mały filtr może stać się źródłem dodatkowego spadku ciśnienia i ograniczać przepływ medium. Nie oznacza to jednak, że najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie elementów o znacznie większym przepływie. Zazwyczaj im większy filtr, tym bardziej kosztowny, a czasem ten poniesiony koszt nie jest konieczny. Dobór filtra powinien przede wszystkim uwzględniać rzeczywiste zapotrzebowanie instalacji, maksymalny przepływ, wymagany stopień filtracji oraz dopuszczalny spadek ciśnienia. 

W przypadku filtrów należy również pamiętać o późniejszej eksploatacji i regularnej wymianie wkładów filtracyjnych.

Błąd 6. Brak odpowiedniego osuszania sprężonego powietrza

Wilgoć jest jednym z podstawowych zagrożeń dla instalacji pneumatycznych. Woda obecna w sieci może przyczyniać się do korozji, pogorszenia jakości powietrza oraz problemów z urządzeniami zasilanymi pneumatycznie. Dlatego już na etapie projektowania należy określić wymaganą jakość sprężonego powietrza i na tej podstawie dobrać sposób jego uzdatniania. W zależności od zastosowania może być potrzebny np. osuszacz ziębniczy lub adsorpcyjny. Brak odpowiedniego osuszania może doprowadzić do pojawienia się wody w rurociągach. W instalacjach podatnych na korozję, z czasem może pojawić się dodatkowy problem – cząstki zanieczyszczeń (np. rdza) transportowane wraz z powietrzem do zaworów, siłowników i innych odbiorników.

Błąd 7. Nieprawidłowy dobór materiału instalacji

Materiał rurociągu powinien być przystosowany do pracy ze sprężonym powietrzem oraz parametrów konkretnego systemu. Przy wyborze należy uwzględnić m.in. ciśnienie i temperaturę pracy, warunki środowiskowe, sposób montażu oraz wymagania dotyczące bezpieczeństwa.

W instalacjach przemysłowych stosuje się m.in. systemy aluminiowe oraz odpowiednio dobrane rurociągi metalowe. Sam fakt, że dany materiał nadaje się do wykonania innego rodzaju instalacji, nie oznacza jeszcze, że może zostać zastosowany do sprężonego powietrza. Niewłaściwy dobór materiału może prowadzić do uszkodzeń rurociągu i stanowić zagrożenie dla osób znajdujących się w jego otoczeniu. Należy więc korzystać z systemów przeznaczonych do określonych parametrów roboczych.

Błąd 8. Brak monitorowania instalacji

Projektowanie instalacji nie powinno kończyć się na doprowadzeniu sprężonego powietrza do odbiorników. Należy również przewidzieć możliwość kontrolowania parametrów systemu i jego późniejszego serwisowania. Sam manometr zamontowany przy zbiorniku często nie daje wystarczających informacji o stanie rozbudowanej instalacji. W zależności od wymagań procesu można monitorować ciśnienie w różnych punktach, przepływ oraz ciśnieniowy punkt rosy.

Takie pomiary pozwalają wcześniej zauważać nieprawidłowości. Przykładowo awaria osuszacza może prowadzić do wzrostu wilgotności. Bez monitorowania punktu rosy problem może zostać wykryty dopiero wtedy, gdy w rurociągu pojawi się woda. Już podczas projektowania warto także zapewnić dostęp do elementów wymagających kontroli i serwisowania.

Błąd 9. Brak regularnych przeglądów i audytów

Instalacja sprężonego powietrza wymaga regularnych przeglądów również po jej prawidłowym zaprojektowaniu i uruchomieniu. W trakcie eksploatacji mogą pojawiać się nieszczelności, spadki ciśnienia i inne nieprawidłowości zwiększające zużycie energii oraz ryzyko awarii. Audyt pozwala wykryć takie problemy na wczesnym etapie, zanim np. niewielka nieszczelność doprowadzi do poważniejszego uszkodzenia przewodu lub złączki.

Regularne audyty pomagają również ograniczyć koszty energii i niepotrzebne obciążenie sprężarek oraz wyznaczyć priorytety modernizacji. Dział utrzymania ruchu może dzięki temu zaplanować prace według znaczenia wykrytych problemów, zamiast reagować dopiero na awarie. Podstawą efektywnej eksploatacji jest więc monitorowanie parametrów, uszczelnianie instalacji, optymalizacja ciśnienia i stopniowa modernizacja systemu.

Ile kosztują nieprawidłowości w instalacji sprężonego powietrza?

Koszt błędów projektowych nie ogranicza się do późniejszej wymiany rurociągu lub zakupu dodatkowego wyposażenia. Znaczna część wydatków może wynikać z wyższego zużycia energii przez wiele lat eksploatacji systemu. Dobrym przykładem jest niepotrzebne podnoszenie ciśnienia. Jeżeli błędy i niesprawność instalacji powodują duże spadki ciśnienia, użytkownik może próbować kompensować je zwiększeniem ciśnienia na sprężarce. Każdy 1 bar ciśnienia w instalacji ponad konieczne ciśnienie to około 50 tys. złotych strat rocznie. 

Te straty liczyliśmy podczas webinaru ,,Instalacja sprężonego powietrza bez kosztownych błędów. Jak projektować, eksploatować i audytować instalacje sprężonego powietrza.”. Całe nagranie, wraz z wyjaśnieniem kosztów, błędów i przykładów zamieszczamy poniżej:

Podsumowanie

Błędy w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza mogą przez wiele lat wpływać na jej sprawność, niezawodność oraz koszty eksploatacji. Zbyt małe średnice rurociągów, nadmierne ciśnienie, niewłaściwe punkty poboru, brak ringu, nieodpowiednia kompensacja, źle dobrane filtry, brak osuszania, niewłaściwe materiały i niedostateczne monitorowanie mogą prowadzić do problemów, których usunięcie po uruchomieniu instalacji jest znacznie trudniejsze.

Dlatego instalację sprężonego powietrza należy traktować jako kompletny system – od sprężarki i uzdatniania powietrza, przez sieć dystrybucyjną, aż po końcowe odbiorniki. Prawidłowe określenie przepływów, ciśnienia i jakości powietrza oraz uwzględnienie przyszłego monitoringu i serwisowania pozwala ograniczyć straty energii, ryzyko awarii i koszty ponoszone przez cały okres użytkowania instalacji.

FAQ

Jakie są najczęstsze błędy w instalacji sprężonego powietrza?
Do najczęstszych należą niewłaściwe średnice rurociągów, zbyt wysokie ciśnienie, błędy w punktach poboru, niewłaściwa filtracja i osuszanie oraz brak monitoringu i przeglądów.

Dlaczego średnica rurociągu sprężonego powietrza jest ważna?
Zbyt mała średnica zwiększa prędkość przepływu i straty ciśnienia, co może powodować problemy z zasilaniem odbiorników.

Dlaczego instalację sprężonego powietrza wykonuje się w ringu?
Układ pierścieniowy sprzyja równomiernej dystrybucji powietrza i ograniczeniu spadków ciśnienia.

Po co osusza się sprężone powietrze?
Osuszanie ogranicza obecność wody w instalacji, a tym samym ryzyko korozji i problemów z odbiornikami.

Po co wykonywać audyt instalacji sprężonego powietrza?
Audyt pomaga wykryć nieszczelności i inne nieprawidłowości oraz zaplanować działania ograniczające zużycie energii i ryzyko awarii.