Instalacje sprężonego powietrza – Systemy, sieci i instalacje pneumatyczne

Transair®: Modułowy system rurociągów aluminiowych

Transair®, oryginalny modułowy system składający się z rur aluminiowych i szybkozłączy, przeznaczony do szybkiego, łatwego i bezawaryjnego dostarczania medium do urządzeń roboczych. System Transair pojawił się na rynku w 1996 r. Od tego czasu, na przestrzeni niemal 20 lat, wprowadzano kolejne udoskonalenia w celu spełnienia wymogów dotyczących instalacji sprężonego powietrza, gazów obojętnych i próżni. Jest to idealny system do przemysłów: automotive, drzewnego, spożywczego, chemicznego i wielu innych

Bezpieczne i niezawodne technologie połączeń

W odpowiedzi na potrzeby użytkowników, którym zależy na niezawodnych i bezpiecznych instalacjach pneumatycznych, system Transair® rozwinął szereg technologii stanowiących optymalne połączenie bezpieczeństwa, wydajności i możliwości dostosowania do indywidualnych potrzeb.

• Szybki system łączenia oparty na technologii wtykowej przeznaczony do średnic 16,5, 25 i 40 mm
  charakteryzuje się maksymalną elastycznością.
• Technologia SnapRing dla średnic 50 i 63 mm gwarantuje najwyższy stopień bezpieczeństwa
  przy zachowaniu łatwości instalacji, eliminując możliwość błędów podczas montażu.
• Klamry dla średnic 76, 100 i 168 mm nie dopuszczą do rozłączenia elementów instalacji, wkładka
  uszczelniająca działa kompensująco w przypadku nadmiernego wzrostu ciśnienia w sieci.

Główne cechy systemu Transair®

System Transair® nadaje się do wykonania instalacji sprężonego powietrza (suchego, zaolejonego lub wilgotnego gazów obojętnych, np. azotu, argonu lub CO2 (o czystości do 99,99%) i próżni (dla min. ciśnienia 10 mbar abs).

Bezpieczeństwo:

• TÜV Rheinland poświadcza, że produkty Transair® spełniają obowiązujące wymagania dotyczące rur ciśnieniowych zgodnie z zasadami technicznymi określonymi w niemieckiej normie AD-2000 Merkblatt
  oraz europejskiej Dyrektywie 97/23/WE dotyczącej urządzeń ciśnieniowych.
• Produkty Transair® spełniają wymogi norm ASME B31.3 i ASME B31.1 dotyczących zewnętrznych przewodów rurowych poza rurami kotłowymi, w których określono minimalne wymagania w zakresie konstrukcji, materiałów, wykonania, montażu, testowania i kontroli instalacji rurowych przeznaczonych do zakładów przemysłowych.

Jakość powietrza

• Produkty Transair® pomyślnie przeszły testy i spełniły najbardziej rygorystyczne wymagania normy
  ISO 8573 w zakresie jakości powietrza dla klasy 1-1-1. Instalacja zbudowana z rur Transair® nie zanieczyszcza przesyłanego medium cząstkami stałymi, wodą, ani olejem.
• Gwarantuje się, że produkty Transair® nie zawierają silikonu, co jest wymagane w przypadku konieczności zapewnienia maksymalnej czystości powietrza, np. do malowania.

Instalacje sprężonego powietrza są nieodzownym elementem wielu przemysłowych procesów produkcyjnych. Poprawnie zaprojektowana i utrzymana instalacja może znacząco wpłynąć na efektywność, jakość i bezpieczeństwo procesów. Niemniej jednak istnieje wiele pułapek i błędów, które inżynierowie projektujący te instalacje mogą popełnić. 

W artykule omówimy najczęstsze błędy w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza oraz zaproponujemy sposoby ich uniknięcia.

Jak zaprojektować optymalną instalację sprężonego powietrza?

W czasach silnej konkurencyjności wszelkie procesy pomocnicze zaczynają być postrzegane jako istotne źródło rezerw poprawy efektywności funkcjonowania przedsiębiorstwa.

Sprężone powietrze jest najbardziej popularnym nośnikiem energii w większości zakładów przemysłowych. Jednak jest to bardzo drogie medium, gdyż w procesie sprężania tylko 15–18% energii zużywanej przez sprężarki jest zamieniane na energię sprężonego powietrza. Jak widać, jest to proces wysoce nieefektywny. Dlatego też należy tak projektować i wykonywać instalacje sprężonego powietrza, aby koszt jego wytworzenia był jak najniższy.

Większość projektów instalacji sprężonego powietrza jest wykonywana przez projektantów instalacji sanitarnych i traktowana jako wyposażenie techniczne budynku. Jednak jakość tych projektów pozostawia wiele do życzenia. Zazwyczaj w tomie instalacje sanitarne jest to jeden krótki rozdział, w którym podaje się informację, że sprężarki będą typu X i projektuje się instalacje z rur np. ocynkowanych w formie pierścienia dookoła hali. Szczegóły na rysunkach. Żadnych obliczeń, bilansu zużycia powietrza, nie mówiąc już o podaniu wielkości spadków ciśnienia dla takiej instalacji. Spora część projektowanych instalacji opiera się na dotychczasowym doświadczeniu użytkownika. Projektant wstawia do projektu średnicę, jaką mu sugeruje użytkownik, „gdyż taką mamy i się sprawdza”. Jest to dość nieprofesjonalne podejście do tematu. O ile jednak istnieje stosunkowo dobre doradztwo w zakresie doboru takich urządzeń jak sprężarki i urządzenia do uzdatniania powietrza, to w zakresie projektowania rurociągów rozprowadzających sprężone powietrze brakuje poradników, jak to zrobić prawidłowo. 

Prawo budowlane a instalacja sprężonego powietrza

Ustawa Prawo budowlane oraz rozporządzenia wykonawcze do tego aktu prawnego jasno określają, jakie instalacje stanowią wyposażenie techniczne budynku. Instalacje sprężonego powietrza gazów obojętnych oraz próżni nie są wyposażeniem technicznym budynków ani tym bardziej instalacjami sanitarnymi. Są to instalacje technologiczne. Muszą jednak spełniać warunek bezpieczeństwa określony w art. 5.1. ww. ustawy. Dotyczy to w szczególności bezpieczeństwa konstrukcji, bezpieczeństwa ppoż. i użytkowania, BHP oraz oszczędności energii! To ostatnie jest niezwykle istotne, gdyż od tego, jak zostaną dobrane poszczególne elementy instalacji, będą zależały koszty jej eksploatacji. 

Aby zaprojektować energooszczędną instalację, należy dokładnie przeanalizować zapotrzebowanie w sprężone powietrze pod względem jego ilości, jakości, ciśnienia oraz jego zużycia w czasie.

Ilość zużywanego powietrza: pozwoli na właściwy dobór wszystkich elementów instalacji: sprężarek, filtrów, osuszaczy, zbiorników oraz średnic rurociągów.
Jakość powietrza: pozwoli dobrać odpowiednie osuszacze (ziębniczy czy może adsorpcyjny?) oraz filtry, tak aby zachować  odpowiednią klasę czystości powietrza.
Ciśnienie pracy: nie ma sensu sprężać powietrza do 10 bar po to, aby potem na maszynach redukować je do 6 bar.
Zużycie w czasie: pozwoli to dobrać odpowiedniej wielkości zbiorniki buforowe i ustawić je w pobliżu największych rozbiorów.
Dopiero po uzyskaniu od inwestora wszystkich powyższych informacji można się zabrać do projektowania.

Poniżej skupimy się na projektowaniu sieci/rurociągów do przesyłu sprężonego powietrza. Rurociągi te można podzielić na: zasilające (od sprężarkowni do hali/głównego ringu), rozprowadzające (najlepiej w formie ringu) oraz podłączeniowe (doprowadzają powietrze z ringu do urządzenia).

Jak zwymiarować rurociąg do instalacji sprężonego powietrza

Przesyłanie powietrza w rurociągach generuje straty powodowane tarciem. Aby zminimalizować to zjawisko, dobrze jest stosować tzw. rury gładkie. Dodatkowe straty wywołują wszelkie zmiany kierunku przepływu (kolana, trójniki) oraz zawory, gdyż takie elementy „dławią” przepływ. Istnieją specjalne tabele podające informacje o „długościach przeliczeniowych” dla każdego z tych elementów zależnie od średnicy.
Istnieją odpowiednie równania matematyczne, które można zastosować do obliczeń.

Spadek ciśnienia w rurociągu można obliczyć:
dP = 1.6 × 108 × [[(V1.85×L)/ (d5× P)] *
gdzie:
dP – spadek ciśnienia (bar)
L – długość rurociągu (m)
P – ciśnienie na wejściu do rurociągu (bar)
V – ilość powietrza FAD (m3/s)
d – średnica wewnętrzna rury (mm)

Wykorzystanie programów do kalkulacji przepływu przy optymalizacji wielkości instalacji sprężonego powietrza

Jednak znacznie prostsze jest wykorzystanie Flow Calculator. To specjalny program ułatwiający dobranie optymalnej średnicy rurociągu przy znanych parametrach takich jak: ilość zużywanego powietrza, ciśnienie pracy oraz długość instalacji. Dodatkowo jest tam także opcja doboru średnicy dla próżni. 

Bardzo ważne kryterium przy doborze średnicy rurociągu stanowi prędkość przepływu powietrza, gdyż ma ona istotny wpływ na wielkość spadku ciśnienia. Dla głównych rurociągów: zasilającego i rozprowadzającego prędkość przepływu nie powinna przekraczać 10 m/s. W przypadku rur podłączeniowych o długości do 15 m dopuszcza się maksymalną prędkość do 15 m/s.

Instalacja sprężonego powietrza powinna być tak zaprojektowana, aby spadek ciśnienia pomiędzy sprężarkownią a najbardziej odległym punktem poboru nie przekraczał 0,1 bar. Przy doborze średnic poszczególnych części instalacji sprężonego powietrza należy zastosować następujące kryteria:

ΔP dla rurociągów zasilających – 0,03 bar
ΔP dla rurociągów rozprowadzających – 0,05 bar
ΔP dla rurociągów podłączeniowych – 0,02 bar
----------------------------------------------------------
Σ0,1 bar

Instalacja sprężonego powietrza a zbiornik

Często użytkownicy żądają zaprojektowania zbiorników sprężonego powietrza ustawionych na końcu instalacji, uważając, że to im zapewni właściwe ciśnienie na końcu instalacji. Nic bardziej błędnego. Takie zbiorniki warto stosować w pobliżu urządzeń, które w krótkim czasie potrzebują dużej ilości powietrza. Zapobiegnie to „wyciąganiu” powietrza z całej instalacji.

Optymalizacja projektu rurociągów rozprowadzających

Rurociągi sprężonego powietrza mają bardzo istotny wpływ na wydajność całego systemu oraz koszty jego eksploatacji. Zbyt małe średnice w stosunku do ilości przesyłanego powietrza powodują, że sprężarka musi pracować na wyższym ciśnieniu. Podniesienie ciśnienia na sprężarce to zwiększenie kosztów zużycia energii o ok. 7%.

Instalacja powinna posiadać odpowiednią liczbę zaworów odcinających. Dlatego warto pogrupować odbiory tak, aby np. jedna maszyna lub linia produkcyjna była podłączona z jednego rurociągu zasilającego. Takie rozwiązanie znacznie ułatwia wszelkie
prace serwisowe, bez wyłączania większej części zakładu. Minimalizuje to liczbę zaworów montowanych na rurociągach rozprowadzających, dzięki czemu możemy relatywnie zmniejszyć spadki ciśnienia. Daje to również możliwość opomiarowania
zużycia sprężonego powietrza przez dane urządzenie.

Ważny jest także materiał, z jakiego wykonane są rurociągi. Lekki, modułowy wykonany z aluminium system Transair pozwala
na zminimalizowanie spadków ciśnienia, dzięki gładkim ścianom wewnętrznym oraz pełnoprzelotowym złączom. System ten gwarantuje też, że użytkownik będzie posiadał w punkcie poboru powietrze tej klasy, do jakiej je uzdatnił w sprężarkowni!

Podsumowanie 

Czasy, kiedy instalacje sprężonego powietrza budowało się na zasadzie „jedna rura dookoła hali” minęły bezpowrotnie. Obecnie należy instalacje projektować i wykonywać pod potrzeby konkretnej technologii, jakiej używa inwestor. Dostarczymy wówczas powietrze o żądanych parametrach (ciśnienie, ilość, klasa czystości) przy najniższym możliwym koszcie. Efektywny energetycznie system przyczynia się do znacznych oszczędności energii i dzięki temu do obniżenia kosztów produkcji.

7 błędów w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza

Poznaj 7 najczęstszych błędów przy projektowaniu i budowie instalacji pneumatycznych.

1. Źle dobrane materiały  do budowy instalacji

Problem: wybór niewłaściwych materiałów do budowy instalacji pneumatycznych może prowadzić do różnych konsekwencji, takich jak korozja, zanieczyszczenie powietrza, utrata ciśnienia czy awarie sprzętu. Stosowanie materiałów mało odpornych na wilgoć i czynniki chemiczne może powodować degradację rur i elementów systemu.

Rozwiązanie: w nowoczesnych instalacjach pneumatycznych zaleca się używanie materiałów, takich jak stal nierdzewna lub aluminium. Stal nierdzewna jest odporna na korozję, co jest istotne ze względu na wilgotność. Aluminium jest lekkie i odporne na korozję, co ułatwia instalację i dłuższą żywotność systemu.

2. Brak zachowania odpowiedniego spadku przy budowie rurociągu

Problem: brak odpowiedniego spadku w głównym rurociągu zasilającym może prowadzić do zatorów kondensatu i innych zanieczyszczeń. To może wpłynąć na wydajność i niezawodność systemu oraz prowadzić do awarii sprzętu.

Rozwiązanie: w projekcie instalacji należy uwzględnić spadek optymalnie wynoszący około 1-2%. Dzięki temu kondensat będzie miał naturalny kierunek odpływu, minimalizujący ryzyko zatorów. W razie potrzeby można także zainstalować pułapki kondensatu w strategicznych miejscach.

3. Wykorzystanie złych trójników do odejść z instalacji głównej 

Problem: stosowanie zwykłych trójników do tworzenia pionowych odejść z instalacji głównej może prowadzić do gromadzenia się kondensatu w tych punktach. To może prowadzić do utraty wydajności i jakości powietrza, a także sprzyjać tworzeniu się korozji.

Rozwiązanie: zamiast zwykłych trójników, zaleca się stosowanie specjalnych trójników odsączających. Te trójniki pozwalają na skuteczne usuwanie kondensatu, co chroni system przed wilgocią i zanieczyszczeniami.

4. Zastosowanie zbyt wąskich rur

Problem: używanie rur o zbyt małej średnicy prowadzi do nadmiernego spadku ciśnienia w systemie, co może skutkować utratą wydajności i koniecznością większego zużycia energii przez sprężarki. Może to także wpłynąć negatywnie na pracę urządzeń odbiorczych.

Rozwiązanie: w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza ważne jest prawidłowe obliczenie przepływów powietrza dla różnych punktów odbioru. Na podstawie tych obliczeń można dobrać odpowiednią średnicę rur, aby zminimalizować spadek ciśnienia i zapewnić właściwą wydajność.

5. Nieszczelna instalacja sprężonego powietrza 

Problem: nieszczelne instalacje sprężonego powietrza, w których powietrze ma stały kontakt z otoczeniem, narażają je na zanieczyszczenia, wilgoć i inne czynniki negatywnie wpływające na jakość i wydajność.

Rozwiązanie: zamiast tego, powinno się projektować "zamknięte" układy, w których powietrze jest izolowane od otoczenia. To można osiągnąć poprzez stosowanie odpowiednich osuszaczy i filtrów, które zminimalizują wpływ zanieczyszczeń i wilgoci na cały system.

6. Brak zrzutu kondensatu w kluczowych miejscach

Problem: brak odpowiednich punktów zrzutu kondensatu w instalacji, osuszaczach, zbiornikach i filtrach może prowadzić do gromadzenia się wilgoci i zanieczyszczeń, co w konsekwencji wpływa na jakość i sprawność instalacji.

Rozwiązanie: w projekcie instalacji należy uwzględnić punkty zrzutu kondensatu w kluczowych miejscach. To pozwoli na skuteczne usuwanie wilgoci i zanieczyszczeń.

7. Brak wstępnego oczyszczenia instalacji 

Problem: nowo zbudowana instalacja może zawierać zanieczyszczenia i resztki z procesu budowy, które mogą prowadzić do problemów w eksploatacji, takich jak zatkania rur czy uszkodzenia urządzeń.

Rozwiązanie: przed oddaniem instalacji do użytku, zaleca się przeprowadzenie procedury “przedmuchania”. Polega to na przepuszczeniu powietrza przez całą instalację, aby usunąć zanieczyszczenia i resztki budowlane. 

Najczęściej popełniane błędy w projektowaniu instalacji sprężonego powietrza - podsumowanie 

Projektowanie instalacji sprężonego powietrza wymaga staranności, wiedzy i doświadczenia. Uniknięcie najczęstszych błędów może przyczynić się do zwiększenia efektywności, obniżenia kosztów eksploatacji oraz zapewnienia niezawodności całego procesu produkcyjnego.

Kieruj się poniższym schematem, aby uniknąć błędów:

• Dokładna analiza wymagań: przeprowadzenie dokładnej analizy zapotrzebowania na sprężone powietrze i uwzględnienie różnych scenariuszy użycia.
• Konsultacja z ekspertami: współpraca z doświadczonymi specjalistami w dziedzinie instalacji sprężonego powietrza może pomóc w uniknięciu błędów.
• Odpowiedni dobór komponentów: wybór odpowiednich kompresorów, osuszaczy, filtrów i innych elementów systemu jest kluczowy dla efektywności instalacji.
• Przemyślany układ przewodów: projektowanie układu rur i przewodów z uwzględnieniem minimalizacji strat ciśnienia i łatwości konserwacji.
• Zastosowanie systemów monitoringu: wdrożenie systemów monitorowania i diagnostyki pozwala na szybkie wykrywanie problemów i zapobieganie awariom.
• Regularna konserwacja: zapewnienie odpowiedniej konserwacji i przeglądów technicznych pozwala utrzymać instalację w dobrym stanie.