Jak wykryć wyciek sprężonego powietrza?

Wyobraź sobie, że jesteś właścicielem małego zakładu produkcyjnego. Produkujesz na maszynach, w których wykorzystywane jest sprężone powietrze. W sprężarkowni pracuje kompresor o mocy 45 kW. Ze względu na wymaganą jakość sprężonego powietrza masz jeszcze podłączony system uzdatniania sprężonego powietrza w postaci separatora cyklonowego, osuszacza chłodniczego, filtrów i spustów kondensatu.

Potem instalacja prowadzi sprężone powietrze na halę produkcyjną i rozprowadza do maszyn.

Jest to instalacja charakterystyczna dla małych lub średnich przedsiębiorstw w Polsce.

Jeśli twój zakład pracuje na dwie zmiany, czyli 52 tygodnie * 5 dni * 16 godzin = 4.160 godzin rocznie, możesz obliczyć również ile kosztuje praca sprężarki.

Zakładając, że:

  • Sprężarka ma moc 45 kW
  • Stawka za 1kWh – 0,75 zł/kWh
  • Wydajność FAD 7 m3/min = 420 m3/godz
  • Sprawność silnika – 0,93
  • Obciążenie sprężarki – 0,8
  • Wydajność sprężarki jest stała niezależnie od ciśnienia roboczego

Godzinowy koszt energii elektrycznej wynosi (45 kW * 0,75 zł/kWh * 0,8)/0,93 = 29,03 zł/godz.

Roczny koszt zużycia energii elektrycznej wynosi 29,03 zł/godz * 4.160 godz = 120.764 zł.

Kwota 120.000 zł jest Ci pewnie znana, bo co miesiąc płacisz rachunki za energię elektryczną i zdajesz sobie sprawę z tego, że jest to nieuniknione.

A gdyby tak móc zaoszczędzić np. 25% tej kwoty? Pozostałe 30.000 zł można by było przeznaczyć na dodatkowe inwestycje albo na pokrycie kosztów, na które nie masz bezpośredniego wpływu.

Bo na koszt produkcji sprężonego powietrza masz wpływ.

Minimalizacja strat sprężonego powietrza

Gdyby ktoś zadał nam pytanie „Jak używać sprężonego powietrza?”, odpowiedzielibyśmy „bezstratnie”, nawet nie znając instalacji i warunków otoczenia.

Gdyby jednak trzeba było określić potencjalne zmiany w ludzkich przyzwyczajeniach albo w infrastrukturze pneumatycznej, to odpowiedź brzmiałaby:

  • zmienić przyzwyczajenia w odmuchiwaniu maszyn,
  • obniżyć ciśnienie w instalacji sprężonego powietrza,
  • stosować technologie przeznaczone do konkretnej czynności, np. noże powietrzne,
  • odcinać zaworami maszyny, które nie są eksploatowane.

Szacuje się, że ok. 30% wytworzonego sprężonego powietrza jest marnowane z powodu nieszczelności.

W celu wykrycia wycieku sprężonego powietrza wystarczy wykorzystać pomiaru czasu spadku ciśnienia w instalacji o znanej objętości zbiornika. Metoda ta opisana jest w podanym artykule.

Jeżeli wyliczenia potwierdzają się, to wiesz już, że z kompresora ucieka powietrze. Jesteś również świadom, z jakimi kosztami się to wiąże.  

Miejsce występowania nieszczelności możemy podzielić na dwa obszary:

  • Hala produkcyjna
  • Sprężarkownia

W hali produkcyjnej nieszczelności występują z reguły w miejscach podłączenia maszyn do instalacji, połączeń ruchowych, np. siłownikach, połączeniach gwintowanych, urządzeniach pneumatycznych. Mogą również pojawić się w samej instalacji przez perforacje spowodowane korozją.

Zlokalizowanie takich nieszczelności bywa trudne, a usunięcie ich wymaga czasem przerwania produkcji lub pracy po godzinach. Przyjmuje się, że wycieki na poziomie 5-10% są akceptowalne. Koszt ich usunięcia może okazać się wyższy niż zysk z tytułu zmniejszenia poziomu wycieku.

Wycieki powietrza w sprężarkowni są dużo łatwiejsze do znalezienia, bo występują na ograniczonej powierzchni.

Powietrze uciekać może z kompresora, przewodu podłączeniowego lub kompensatora, obudowy filtrów, wszystkich przyłączy, a przede wszystkim ze spustów kondensatów.

Metody detekcji nieszczelności

Istnieje kilka metod detekcji i oceny rozmiaru nieszczelności. 

Niektóre są kosztowne i czasochłonne, niektóre wymagają bardzo drogiego i specjalistycznego sprzętu, ale istnieją trzy podstawowe metody, które można z powodzeniem zastosować w każdym zakładzie, który korzysta z takich urządzeń jak sprężarki śrubowe i który chce zainwestować w usunięcie nieszczelności.

Metoda akustyczna

Metoda bez kosztów inwestycyjnych, polegająca na osłuchiwaniu instalacji najlepiej przy niepracującej sprężarce i wyłączonych maszynach produkcyjnych. Sprężone powietrze, wyciekając z systemu pod ciśnieniem do atmosfery, generuje dźwięk, a ucho ludzkie jest w stanie wychwycić go i zlokalizować miejsce wycieku. Zakres słyszalnych dźwięków dla człowieka waha się pomiędzy 16 i 20.000 Hz, a zakres największej czułości ucha to 1000 – 3000 Hz. Fale dźwiękowe o częstotliwości wyższej niż 20.000 Hz to ultradźwięki. Odpowiadają im nieszczelności o średnicy mniejszej niż 1 mm, których może być dużo, ale nie będziesz w stanie ich usłyszeć.

Zastosowanie ultradźwiękowego detektora nieszczelności

Metoda wymagająca inwestycji w postaci wypożyczenia lub zakupu detektora.

W czasie wypływu powietrza przez małą nieszczelność następuje zmiana przepływu laminarnego w turbulentny. Generuje to ultradźwięki, które są rejestrowane detektorem – czułym mikrofonem kierunkowym, a po filtracji dźwięku przetwarzane są przez oprogramowanie oceniające poziom nieszczelności i szacujące koszty.

Podczas detekcji wycieków tą metodą należy mieć świadomość towarzyszących jej wad:

  • Dźwięk może odbijać się powierzchni i zakłócać sygnał
  • Duże wycieki mogą zagłuszać mniejsze wycieki
  • Pracujące urządzenia mogą też generować własne dźwięki, których detektor może nie rozróżniać
  • Czasami podejście do miejsca nieszczelności jest niebezpieczne lub niemożliwe, np. z powodu wirujących elementów albo barier ochronnych
  • W przypadku dużej ilości przeplatających się przewodów lub rur trudno jest dokładnie określić miejsce wycieku.

Powyższe wady nie powinny jednak zniechęcać do stosowania tej metody, ponieważ pozwala ona na zlokalizowanie znacznej ilości miejsc wycieków.

Zastosowanie przemysłowej kamery dźwiękowej

Metoda wymagająca inwestycji w postaci wypożyczenia lub zakupu sprzętu.

Kamera ta na ciekłokrystalicznym wyświetlaczu łączy obraz w paśmie światła widzialnego z obrazem dźwiękowym. Prosty interfejs pozwala na wyizolowanie dźwięku tła i detekcję miejsc nieszczelności. Kolor wycieku obrazuje jego intensywność. Kontrolę można przeprowadzać nawet podczas szczytu produkcyjnego, a obrazy zapisywane są na karcie pamięci i można je eksportować do komputera za pomocą złącza USB. 

Kiedy opłaca się zainwestować w detektor?

W każdym przypadku należy przeprowadzić kalkulację bazującą na własnych danych. W podanym wcześniej przypadku, straty z powodu wycieków sprężonego powietrza wynoszą ok. 30.000 zł. Gdyby celem było ograniczenie ich jedynie o połowę, to zaoszczędzona kwota w zupełności wystarczyłaby na zakup dobrej jakości detektora. Można również zacząć od wynajęcia urządzenia na krótki okres, co również pozwoli na zlokalizowanie oraz usunięcie nieszczelności. Zaoszczędzoną w wyniku tego działania kwotę będzie można zainwestować później w zakup własnego detektora. Bo musimy pamiętać o tym, że przeprowadzenie procesu usuwania nieszczelności nie powinno być sytuacją jednorazową.

Detekcja nieszczelności wymaga trochę doświadczenia i odpowiedniego sprzętu. Od ponad 30 lat uczestniczymy w procesach doboru i serwisowania urządzeń do produkcji i uzdatniania sprężonego powietrza w polskim przemyśle. Mamy też doświadczenie w audytach instalacji sprężonego powietrza i lokalizacji nieszczelności.