Spis treści
Wprowadzenie
Sprężarkownia to pomieszczenie, w którym znajduje się sprężarka i jej instalacje pomocnicze. Jest początkiem całego systemu sprężonego powietrza i miejscem, w którym medium jest wytwarzane oraz przygotowywane przed przesłaniem do odbiorników znajdujących się w zakładzie. Podstawowy układ tworzą sprężarka, zbiornik sprężonego powietrza, filtry, osuszacz oraz system odprowadzania i separacji kondensatu. W zależności od potrzeb instalacja może zostać uzupełniona między innymi o separator cyklonowy.
Każde urządzenie odpowiada za inny etap procesu – od wytworzenia sprężonego powietrza, przez stabilizację ciśnienia, filtrację i osuszanie, aż po zagospodarowanie powstającego kondensatu. Dopiero właściwy dobór i współpraca poszczególnych urządzeń pozwalają przygotować sprężone powietrze do dalszej dystrybucji w zakładzie.
Czego dowiesz się z tego artykułu?
- Czym jest sprężarkownia i jaką funkcję pełni w systemie sprężonego powietrza?
- Z jakich elementów składa się typowa sprężarkownia?
- Za co odpowiadają poszczególne urządzenia znajdujące się w sprężarkowni?
- Dlaczego sprężone powietrze wymaga filtracji i osuszania?
- Jaką rolę w sprężarkowni pełni odprowadzanie i separacja kondensatu?
Czym jest sprężarkownia?
Sprężarkownia to wydzielone pomieszczenie lub przestrzeń techniczna, w której znajdują się urządzenia odpowiedzialne za wytwarzanie i przygotowanie sprężonego powietrza przed przekazaniem go do instalacji. Jest więc początkiem całego systemu sprężonego powietrza. Oprócz wytworzenia odpowiedniego ciśnienia, zadaniem poszczególnych elementów instalacji jest również ustabilizować, oczyścić i osuszyć medium.
Już na etapie projektowania sprężarkowni warto uwzględnić m.in. jakość powietrza zasysanego przez sprężarkę oraz zapewnić odpowiednią przestrzeń do późniejszej obsługi urządzeń. To dlatego, że na prawidłowe działanie instalacji wpływa zarówno dobór znajdujących się w niej urządzeń, jak i warunki, w jakich pracują.
Sprężarka zasysa powietrze z otoczenia, dlatego pomieszczenie w którym się znajduje powinno być przede wszystkim czyste i odpowiednio wentylowane. Wysokie zapylenie, zanieczyszczenia oraz nadmierna temperatura powietrza mogą negatywnie wpływać na pracę urządzenia.
Warto też zadbać o ustawienie sprężarki w łatwo dostępnym miejscu. Sprężarka i pozostałe urządzenia wymagają okresowych przeglądów oraz prac konserwacyjnych. Brak dostępu serwisowego może znacznie utrudnić obsługę, a w skrajnych przypadkach wymagać demontażu lub przestawienia urządzenia na czas serwisu.
Z czego składa się sprężarkownia?
W typowej sprężarkowni można wyróżnić kilka podstawowych urządzeń:
- sprężarkę,
- zbiornik sprężonego powietrza,
- filtry,
- osuszacz,
- instalację zrzutu kondensatu,
- separator wodno-olejowy.
Dodatkowym elementem stosowanym w niektórych instalacjach może być separator cyklonowy, umożliwiający wstępne usuwanie wody ze sprężonego powietrza. Oczywiście podstawowa konfiguracja sprężarkowni może różnić się w zależności od wielkości zakładu, zapotrzebowania na sprężone powietrze oraz wymaganej jakości medium.
Każdy z tych elementów odpowiada za inne zadanie. Sprężarka wytwarza sprężone powietrze, zbiornik stabilizuje pracę systemu, filtry usuwają zanieczyszczenia, a osuszacz ogranicza zawartość wilgoci. Z kolei układ odprowadzania i separacji kondensatu pozwala zagospodarować mieszaninę wody i oleju powstającą podczas pracy systemu.
Sprężarka – wytwarzanie sprężonego powietrza
Sprężarka jest podstawowym urządzeniem całej sprężarkowni. Jej zadaniem jest pobieranie powietrza z otoczenia, jego sprężanie, a następnie dostarczanie do systemu medium o wymaganym ciśnieniu i wydajności. To właśnie od parametrów pracy sprężarki w dużej mierze zależy, czy instalacja będzie w stanie pokryć zapotrzebowanie wszystkich podłączonych do niej odbiorników.
W procesie sprężania zmniejszana jest objętość powietrza, co prowadzi do wzrostu jego ciśnienia. Tak przygotowane medium może następnie zostać poddane kolejnym etapom – między innymi filtracji i osuszaniu – a następnie przesłane siecią do maszyn, narzędzi pneumatycznych i innych odbiorników.
W zakładach przemysłowych stosowane są różne konstrukcje sprężarek, między innymi sprężarki tłokowe, śrubowe oraz łopatkowe. Różnią się one budową, sposobem sprężania powietrza oraz charakterystyką pracy. W instalacjach przemysłowych powszechnie wykorzystuje się sprężarki śrubowe, które są przystosowane do dostarczania dużych ilości sprężonego powietrza i pracy w rozbudowanych systemach pneumatycznych.
Zbiornik sprężonego powietrza – bufor instalacji
Kolejnym podstawowym elementem sprężarkowni jest zbiornik sprężonego powietrza, pełniący funkcję bufora lub akumulatora pneumatycznego. Jego zadaniem jest gromadzenie określonej ilości sprężonego powietrza i udostępnianie jej wtedy, gdy pojawia się zapotrzebowanie po stronie instalacji.
Sprężarka nie zawsze dostarcza powietrze do instalacji w sposób idealnie odpowiadający chwilowemu poborowi. Jej cykl pracy może obejmować obciążenie, odciążenie czy pracę na biegu jałowym, podczas gdy zapotrzebowanie odbiorników może zmieniać się bardzo dynamicznie. Uruchomienie kilku urządzeń pneumatycznych w tym samym momencie może spowodować krótkotrwały wzrost poboru, a ich wyłączenie – jego szybki spadek. Gdyby sprężarka była podłączona bezpośrednio do sieci bez odpowiedniego bufora, takie zmiany mogłyby powodować większe wahania ciśnienia i wymuszać częstsze reakcje urządzenia.
Zbiornik tworzy zapas sprężonego powietrza i pomaga stabilizować ciśnienie w systemie. W przypadku chwilowego wzrostu zapotrzebowania część potrzebnego powietrza może zostać pobrana właśnie ze zbiornika. Sprężarka nie musi więc natychmiast pokrywać całego chwilowego zapotrzebowania odbiorników. Z kolei przy mniejszym poborze możliwe jest ponowne uzupełnienie zapasu zgromadzonego w zbiorniku.
Takie rozwiązanie pozwala również ograniczyć częstotliwość zmian stanu pracy sprężarki. Odpowiednio dobrany zbiornik zwiększa pojemność całego układu, dzięki czemu niewielkie i krótkotrwałe zmiany poboru nie muszą za każdym razem powodować natychmiastowego obciążenia lub odciążenia sprężarki.
Filtry – oczyszczanie sprężonego powietrza
Powietrze atmosferyczne zasysane przez sprężarkę zawiera różnego rodzaju zanieczyszczenia. Dodatkowo w przypadku sprężarek olejowych w sprężonym powietrzu mogą pojawić się niewielkie ilości oleju. Z tego względu jednym z kolejnych etapów przygotowania medium jest filtracja.
Filtry mają przede wszystkim zatrzymywać zanieczyszczenia, które mogłyby przedostać się do instalacji oraz zasilanych przez nią urządzeń. Stopień filtracji należy dobrać do wymagań konkretnego procesu i odbiorników. W typowych zakładach przemysłowych stosuje się filtry o gradacji 5, 3 i 1 μm, a także filtry węglowe oraz rozwiązania wykorzystywane tam, gdzie wymagana jest wyższa jakość powietrza. Szczególne wymagania mogą występować między innymi w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, zwłaszcza jeśli sprężone powietrze ma kontakt z produktem.
Filtracja jest również istotna w przypadku urządzeń szczególnie wrażliwych na zanieczyszczenia. Drobiny oleju, które w długim okresie trafiałyby do instalacji bez odpowiedniej filtracji, mogą negatywnie wpływać na pracę takich odbiorników.
Osuszacz – usuwanie wilgoci ze sprężonego powietrza
Podczas sprężania rosną ciśnienie i temperatura powietrza. Następnie sprężone powietrze ulega schłodzeniu, co może prowadzić do kondensacji zawartej w nim pary wodnej i powstawania kondensatu. Jeżeli wilgoć nie zostanie odpowiednio usunięta, woda może przedostawać się dalej do instalacji. Jej obecność jest niepożądana zarówno ze względu na samą sieć, jak i znajdujące się w niej elementy wykonawcze.
Za ograniczenie zawartości wilgoci odpowiada osuszacz sprężonego powietrza. Jednym z najczęściej stosowanych rozwiązań jest osuszacz ziębniczy. Jego działanie polega na schłodzeniu powietrza, dzięki czemu zawarta w nim para wodna ulega kondensacji i może zostać oddzielona. Ciśnieniowy punkt rosy dla osuszacza ziębniczego zazwyczaj określa się na poziomie około +3°C.
Jeżeli proces wymaga znacznie bardziej suchego powietrza, można zastosować osuszacz adsorpcyjny wykorzystujący specjalne złoże, np. aktywowany tlenek glinu, żel krzemionkowy lub sito molekularne. Materiał adsorpcyjny wiąże parę wodną znajdującą się w przepływającym powietrzu, pozwalając uzyskać niski ciśnieniowy punkt rosy – w zależności od konstrukcji i warunków pracy nawet około -70°C.
Separator cyklonowy – wstępne oddzielanie wody
W niektórych układach sprężonego powietrza stosuje się separator cyklonowy, którego zadaniem jest mechaniczne oddzielanie wody i innych ciekłych zanieczyszczeń znajdujących się w strumieniu sprężonego powietrza. Urządzenie może stanowić jeden z pierwszych etapów przygotowania medium przed jego dalszym oczyszczaniem i osuszaniem.
Działanie separatora cyklonowego wykorzystuje ruch wirowy. Sprężone powietrze zostaje wprowadzone do urządzenia w taki sposób, aby wprawić je w ruch obrotowy. Powstająca siła odśrodkowa powoduje przemieszczanie cięższych kropli cieczy w kierunku ścianek separatora. Następnie ciecz spływa do dolnej części urządzenia, skąd może zostać odprowadzona za pomocą spustu kondensatu. Oczyszczone wstępnie powietrze jest natomiast kierowane do kolejnych elementów układu.
Separator cyklonowy pozwala w ten sposób ograniczyć ilość wody transportowanej dalej wraz ze sprężonym powietrzem. W odpowiednich warunkach może umożliwić wytrącenie około 60–70% wody, dzięki czemu zmniejsza obciążenie kolejnych urządzeń odpowiedzialnych za przygotowanie medium.
Instalacja zrzutu kondensatu – odprowadzanie cieczy z układu
Tak jak wspominaliśmy, podczas wytwarzania i przygotowania sprężonego powietrza naturalnie powstaje kondensat. Powietrze atmosferyczne zasysane przez sprężarkę zawsze zawiera pewną ilość pary wodnej. W procesie sprężania, a następnie chłodzenia powietrza część tej wilgoci ulega skropleniu i przyjmuje postać cieczy.
Kondensat może gromadzić się w różnych punktach układu, między innymi w zbiorniku sprężonego powietrza, filtrach, separatorach oraz osuszaczu. Pozostawienie go w instalacji jest niepożądane, ponieważ zgromadzona woda może być przenoszona wraz ze sprężonym powietrzem dalej do sieci i odbiorników. Dlatego urządzenia, w których dochodzi do oddzielania lub gromadzenia cieczy, wyposaża się w odpowiednie rozwiązania umożliwiające jej odprowadzanie.
Do zbierania i usuwania powstającej cieczy służy instalacja zrzutu kondensatu. Kondensat jest odprowadzany z poszczególnych punktów układu za pomocą spustów, a następnie kierowany do miejsca, w którym może zostać odpowiednio zagospodarowany. Zrzut może odbywać się w sposób ręczny lub automatyczny, zależnie od zastosowanych urządzeń i konstrukcji sprężarkowni. Automatyczne spusty pozwalają regularnie usuwać zgromadzoną ciecz bez konieczności każdorazowej ingerencji operatora.
W przypadku układów wykorzystujących sprężarki olejowe kondensat nie składa się jednak wyłącznie z wody. Podczas pracy niewielkie ilości oleju mogą przedostawać się do sprężonego powietrza, a następnie wraz z wilgocią tworzyć kondensat wodno-olejowy. Z tego względu instalacja zrzutu kondensatu jest powiązana z kolejnym elementem sprężarkowni – separatorem wodno-olejowym.
Separator wodno-olejowy – rozdzielanie kondensatu
Separator wodno-olejowy służy do rozdzielania kondensatu powstającego w układzie na frakcję wodną i olejową. Jest więc elementem związanym nie z produkcją sprężonego powietrza, lecz z prawidłowym zagospodarowaniem produktów ubocznych jego przygotowania.
Kondensatu wodno-olejowego nie można traktować tak samo jak czystej wody i odprowadzać bezpośrednio do kanalizacji bez uwzględnienia obowiązujących wymagań dotyczących jakości ścieków. Olej trzeba więc oddzielić, a poszczególne frakcje odpowiednio zagospodarować.
W separatorze wodno-olejowym kondensat przechodzi przez kolejne komory i materiały separacyjne. Dzięki temu możliwe jest znaczne ograniczenie zawartości oleju we frakcji wodnej. Zatrzymany olej zostaje odseparowany np. w materiale sorpcyjnym, który wymaga okresowej kontroli i wymiany.
Podsumowanie
Prawidłowo zaprojektowana sprężarkownia to układ współpracujących ze sobą urządzeń, z których każde odpowiada za inny etap wytwarzania i przygotowania sprężonego powietrza. Sprężarka wytwarza medium o wymaganym ciśnieniu i wydajności, zbiornik pełni funkcję bufora i pomaga stabilizować pracę instalacji, a filtry oraz osuszacz odpowiadają za uzyskanie odpowiedniej jakości powietrza. W zależności od potrzeb układ może zostać uzupełniony o separator cyklonowy, który pozwala wstępnie oddzielić część cieczy ze strumienia sprężonego powietrza.
Warto zadbać o prawidłowy dobór i działanie każdego elementu sprężarkowni, ponieważ poszczególne urządzenia tworzą jeden współpracujący ze sobą system. Odpowiednio przygotowane sprężone powietrze powinno mieć parametry dostosowane do wymagań instalacji i zasilanych odbiorników. Kompletny i właściwie zaprojektowany układ pomaga utrzymać stabilne warunki pracy, ograniczyć ryzyko przedostawania się wilgoci i zanieczyszczeń do instalacji oraz zapewnić odpowiednie warunki pracy urządzeń wykorzystujących sprężone powietrze.
FAQ
Z czego składa się sprężarkownia?
Typowa sprężarkownia składa się ze sprężarki, zbiornika sprężonego powietrza, filtrów, osuszacza oraz elementów odpowiedzialnych za odprowadzanie i separację kondensatu.
Do czego służy zbiornik sprężonego powietrza?
Zbiornik magazynuje sprężone powietrze, pełni funkcję bufora i pomaga stabilizować ciśnienie w instalacji.
Po co stosuje się osuszacz sprężonego powietrza?
Osuszacz ogranicza zawartość wilgoci w sprężonym powietrzu, zmniejszając ryzyko kondensacji wody w instalacji.
Jaką funkcję pełnią filtry sprężonego powietrza?
Filtry zatrzymują zanieczyszczenia, które mogłyby przedostać się wraz ze sprężonym powietrzem do instalacji i zasilanych urządzeń.
Do czego służy separator wodno-olejowy?
Separator wodno-olejowy rozdziela powstający w sprężarkowni kondensat na frakcję wodną i olejową, ułatwiając jego prawidłowe zagospodarowanie.
