Stlačený vzduch bez obsahu oleje a choroboplodných zárodků – příčiny, problémy a řešení

V mnoha výrobních závodech přichází stlačený vzduch přímo nebo nepřímo do kontaktu s výrobním zařízením, produkty nebo obalovými materiály. Kontaminace obsahem zbytkového oleje, mikroorganismy a choroboplodnými zárodky má pak závažné důsledky pro kvalitu produktu, bezpečnost spotřebitelů a pověst značky.

Spotřebitelská organizace Stiftung Warentest: Minerální oleje v čokoládě, Foodwatch upozorňuje na nebezpečí z potravinových obalů. Všichni známe podobné zprávy o znečištění a nedostatečné kvalitě koncového výrobku. A známe i důsledky: Nejistota zákazníků i obchodníků, mediální masáž, diskuze, které mají do věcnosti daleko, a v neposlední řadě závažné poškození pověsti.

Použití stlačeného vzduchu v oblastech, ve kterých může dojít k poškození lidského zdraví, způsobenému stlačeným vzduchem, klade zvláštní požadavky na čistotu stlačeného vzduchu. Ta má proto vysokou prioritu.

Jak se do stlačeného vzduchu dostanou nečistoty s obsahem oleje?

Existuje mnoho různých způsobů, jak se nečistoty – například částice, olej, choroboplodné zárodky a vlhkost – mohou do stlačeného vzduchu dostat. Často jsou obsažené již v okolním vzduchu a do systému stlačeného vzduchu se dostanou s nasávaným vzduchem z kompresoru. Příčinou znečištění může být například blízká velká silnice nebo staveniště. Riziko vniknutí vlhkosti do systému stlačeného vzduchu stoupá s vlhkostí okolního vzduchu.

Nečistoty v sobě skrývají dvojí riziko: Jednak mohou omezovat funkci zařízení stlačeného vzduchu a vést k předčasnému opotřebení jeho komponent, jednak představují reálné riziko pro kvalitu koncového produktu, a tedy i spotřebitele.

OKOLNÍ PROSTŘEDÍ

V závislosti na bezprostředním okolí a individuální situaci hrozí další nebezpečí: kromě prachu a vlhkosti se s okolním vzduchem může do systému stlačeného vzduchu dostat i olej a mikroorganismy.

KOMPRESOR

Zdrojem pro zbytkové olejové páry v systému stlačeného vzduchu mohou být nejen olejem mazané, ale i bezolejové kompresory (nasávaný vzduch!).

ARMATURY

Ventily, tvarovky a armatury. Aby se zlepšila jejich funkce, maže se mnoho komponent systému stlačeného vzduchu tuky nebo silikony. Ty se snadno mohou dostat do stlačeného vzduchu.

POTRUBÍ

Jakmile se kontaminace jednou vyskytne, hrozí neustálé riziko: během let se v existujících potrubních systémech vytvoří usazeniny, které mohou negativně ovlivňovat proudící stlačený vzduch.

Problémy způsobené průnikem oleje

Menší pozornost než u výše uvedených problémů věnuje veřejnost nedostatečné kvalitě produktů, poškození strojů, zmetkovitosti, vícepráci a nutnosti stahování zboží z trhu, jejichž společnou příčinou je únik oleje. Tyto problémy přitom způsobují vysoké finanční škody – zejména v následujících odvětvích a způsobech použití:

Farmaceutický průmysl a laboratorní technika

Při výrobě léčiv platí ta nejpřísnější hygienická měřítka. Proto je důležité, aby výroba probíhala v prostředí, které neobsahuje choroboplodné zárodky, částice, bakterie a kontaminované oleje. Kromě použití v nemocnicích se stlačený vzduch stále více používá v laboratořích. Aby se v tomto vysoce citlivém prostředí vyloučilo riziko růstu bakterií, musí být stlačený vzduch absolutně bez choroboplodných zárodků a suchý.

Potravinářský a obalový průmysl

I zde je nutno tyto nečistoty odstraňovat nebo redukovat. Cílem je ochrana spotřebitele a zaručení bezpečné a nákladově efektivní výroby. Při balení a plnění produktů musí stav konečného produktu zůstat nezměněný. Zejména s nápoji a potravinami je nutno zacházet šetrně a nesmí dojít k žádné kontaminaci, ať už přímé nebo nepřímé.

Přímý kontakt: Stlačený vzduch se dostane přímo do kontaktu s produktem nebo obalovým materiálem nebo se dostane do dýchacích cest, resp. na vnitřní či vnější místa, která nejsou chráněna kůží (např. při poranění).

Nepřímý kontakt: Stlačený vzduch se při použití dostane do okolního vzduchu. Expandovaný stlačený vzduch se k objektu dostane jen na určitou vzdálenost a ve formě naředěné s běžných okolním vzduchem.

Primární možná nebezpečí jsou:

kontaminace produktu znečištěnou vodou (kondenzát)
kontaminace produktu kapalným olejem (kompresorový olej)
kontaminace produktu olejovou párou nebo obecně plynnými uhlovodíky, a tedy nežádoucími chuťovými látkami
kontaminace produktu nežádoucími kovovými, resp. nekovovými pevnými částicemi ze systému stlačeného vzduchu, např. rzí, korozními částicemi, oděrem, těsnicím materiálem i dalším uvolněnými usazeninami.
kontaminace produktu nežádoucími mikroorganismy

Lakování

Částice, olejové aerosoly a pára, látky s obsahem silikonu a kondenzát jsou hlavními příčinami pro chyby v lakovně. Požadavky, které na čistotu stlačeného vzduchu klade jeho použití v lakovací technice, dokonce přesahují požadavky tříd definovaných normou ISO 8573-1.

Barvy a laky reagují na určité nečistoty ve stlačeném vzduchu velmi citlivě. Důsledkem je narušení adheze laku ve formě kráterů a bublinek, spojené s odpovídajícími opravami a úpravami, a tedy i vícenáklady. Stlačený vzduch musí být kompatibilní s laky, tj. nesmí obsahovat látky, které narušují adhezi laku (k nim patří: grafit, vosky, kovová mýdla, parafíny, mastek, teflon a plastové oděry.

Stlačený vzduch kompatibilní s laky je nutno použít, pokud přichází přímo nebo nepřímo do kontaktu s ještě mokrými barvami nebo laky, např. s lakovanými povrchy. Zatímco nepřímému kontaktu lze zabránit pomocí kabin, u lakovacích trysek je přímý kontakt nevyhnutelný.

Stlačený vzduch kompatibilní s laky musí proto být vždy

suchý,
bez kapalných nečistot, oleje a aerosolů,
bez kondenzovatelných parních fází,
zbavený do nejmenšího zbytkového množství prachů a dalších pevných částic.

Ve stlačeném vzduchu mohou být obsaženy silikony, které jsou v lakovací technice velmi obávaným faktorem, stejně jako tuky nebo oleje v různých fázích (pevné, kapalné, plynné). Nečistoty s obsahem silikonu lze odstranit pomocí příslušných filtrů. Plynné, a tedy těkavé, silikonové sloučeniny lze však ze stlačeného vzduchu odstranit pouze katalytickou oxidací. K výrobě stlačeného vzduchu kompatibilního s lakem je tedy bezpodmínečně nutné použití alespoň jednoho katalytického konvertoru.

Chemický průmysl

Dochází-li při zpracovávání surovin (prášků a granulátů) k přímému kontaktu s produktem, musí být stlačený vzduch absolutně suchý a bez obsahu oleje. Jen tak lze vyloučit znečištění a tvoření pevných shluků částic. Pro zaručení procesní bezpečnosti je nutný jak permanentní monitoring, tak kompletní dokumentace kvality stlačeného vzduchu.

Elektronika

Výroba musí v případě čipů probíhat v podmínkách čistých prostor, tj. kvalita stlačeného vzduchu se musí přizpůsobit těmto požadavkům. Další oblastí použití pro stlačený vzduch je nanášení pájecí pasty na desky s plošnými spoji a rovněž čištění těchto desek, základních desek a plátků. Použitý stlačený vzduch musí být zbavený částic, oleje a vlhkosti.

Výroba bezolejového stlačeného vzduchu

V principu existují tři cesty pro získání bezolejového stlačeného vzduchu. Při plánování je nutno přesně zohlednit speciální požadavky. Na začátku stojí otázka, zda musí být bezolejový stlačený vzduch k dispozici již centrálně, nebo zda se upravuje decentrálně, protože vysoké požadavky jsou kladeny pouze na část stlačeného vzduchu.

1 - Úprava pomocí katalýzy

Pomocí katalyzátoru lze ekologickým způsobem vyrábět nejen bezolejový stlačených vzduch, ale také stlačený vzduch bez obsahu bakterií a choroboplodných zárodků. Tento postup je nezávislý na podmínkách nasávání a oproti filtraci nabízí výrazně vyšší bezpečnost a zároveň nižší nároky na údržbu. Je to nejinovativnější metoda a lze ji připojit jako dodatečné zařízení i za olejem mazané kompresory.

Stlačený vzduch s obsahem oleje je veden do katalytického konvertoru. Tam se v jediném kroku rozkládají uhlovodíky ve stlačeném vzduchu na oxid uhličitý a vodu. Tepelná energie potřebná pro chemický rozklad poskytuje efektivní možnost sledování. Pokud před konvertorem dojde k úniku oleje do vedení stlačeného vzduchu, teplota výrazně stoupne a magnetický ventil v důsledku toho zavře výstup. Účinně se tak zabrání přenosu oleje do následného vedení stlačeného vzduchu. Díky integrovanému sledování teploty je vyloučen i únik oleje způsobený příliš nízkou teplotou.

Tento postup konstantně zajišťuje stlačený vzduch bez obsahu oleje, s maximálním obsahem zbytkového oleje ve výši sotva měřitelných 0,001 miligramu na metr krychlový. Obsah zbytkového oleje je nižší, než požadují třídy stlačeného vzduchu 0–1 podle ISO 8573-1. Kondenzát vznikající při ochlazení stlačeného vzduchu je rovněž absolutně bezolejový a lze jej bez úpravy odvádět do kanalizace. Při nepřetržitém (24/7) provozu je nutno zohlednit bezpodmínečnou nutnost instalace obtoku nebo redundantního systému.

Tam, kde je neustále potřeba stlačený vzduch bez obsahu oleje a zárodků, je ideálním řešením náš katalyzátor. Spojuje v sobě hospodárnost a procesní bezpečnost a je nezávislý na podmínkách nasávání. Lze jej snadno doplnit do stávajících stanic pro stlačený vzduch. BEKOKAT zajišťuje vysokou efektivitu a konstantní kvalitu stlačeného vzduchu zejména při použití s citlivými výrobky, jako jsou potraviny nebo farmaceutika.

Zjistit více…

2 - Úprava pomocí adsorpce

Technicky bezolejový stlačený vzduch stále ještě obsahuje uhlovodíky a rovněž různé pachové a chuťové látky, které mohou negativně ovlivnit kvalitu a zápach. Malé dílčí objemy lze upravovat mikrofiltry nebo filtry s aktivním uhlím. Úprava větších objemů se provádí pomocí adsorbérů s aktivním uhlím. Filtr dokáže ze stlačeného vzduchu odstranit pouze kapky oleje, adsorbér s aktivním uhlím si však poradí i s uhlovodíkovými parami. Před adsorbér s aktivním uhlím je nutno vždy nainstalovat předřazenou filtraci v podobě vysoce výkonného filtru a sušičky.

Aby bylo možné odstranit i zbytkový olej ve formě páry, používá se aktivní uhlí. Čištění stlačeného vzduchu adsorpcí je čistě fyzikální postup. Díky adhezním silám povrchu aktivního uhlí dochází k vázání molekul oleje a stlačený vzduch se tak čistí. Nedochází přitom k žádnému chemickému slučování. Kvalita aktivního uhlí není na první pohled patrná, má však rozhodující význam, protože aktivní uhlí vykonává těžkou práci. Rozdíly jsou cítit až tehdy, když doba používání neodpovídá očekáváním. Proto je u aktivního uhlí nutné, aby mělo co největší vnitřní povrch, a tedy velmi jemný systém pórů, aby se v něm mohly usazovat nežádoucí nečistoty.

Vysušený a filtrovaný stlačený vzduch je difuzérem veden do lože s volně nasypaným aktivním uhlím. To umožní dlouhou dobu kontaktu a optimální využití adsorpčního prostředku. Aktivní uhlí se posléze nasytí a už není schopno dále čistit. Od tohoto okamžiku začne obsah zbytkového oleje ve stlačeném vzduchu opět stoupat. Aktivní uhlí je tedy spotřební materiál, který nelze regenerovat a který je nutno cca po 8 000 až 10 000 provozních hodinách vyměnit. Pokud se provádí pravidelná údržba filtrů, zůstává ve stlačeném vzduchu pouze nízký obsah zbytkového oleje, který odpovídá požadavkům tříd stlačeného vzduchu 1–2 podle ISO 8573-1.

Z bezpečnostních důvodů je třeba za adsorbér nainstalovat vysoce výkonný filtr pro následnou filtraci, protože stlačený vzduch vytrhává a nese s sebou velmi jemné částečky uhelného prachu (menší než 1 µm) z lože aktivního uhlí. Pokud jsou tyto předpoklady splněny, ochrání adsorbér s aktivním uhlím CLEARPOINT V váš systém před průnikem oleje a zároveň se vyznačuje nízkým rozdílovým tlakem a dlouhou životností.

Zjistit více

3 - Bezolejové kompresory

Toto je přímý způsob, jak zabránit dodatečné kontaminaci stlačeného vzduchu olejem z kompresoru. Stlačený vzduch se vyrábí pomocí bezolejových pístových nebo šroubových kompresorů, aniž by přišel do kontaktu s oleji ve formě kapalin či par, protože kompresní komora se nemaže a šroubové páry běží bez vzájemného kontaktu. Takto vyráběný stlačený vzduch se často označuje jako „technicky bezolejový“. Je to možné jen díky perfektnímu utěsnění a maximální přesnosti. S tím jsou spojeny vysoké investiční náklady a omezený provozní tlak.

Poskytuje bezolejový kompresor plnou bezpečnost?
Při použití bezolejového kompresoru se do systému stlačeného vzduchu nedostane žádný olej navíc. Avšak protože nečistoty (např. spaliny ze silničního provozu nebo topných zařízení, olejové aerosoly a mikroorganismy) jsou obsaženy již v nasávaném vzduchu a po průchodu kompresorem existují v koncentrované formě, je nutno stlačený vzduch v každém případě upravovat. Obsah oleje je často ≥ 0,01 mg na metr kubický (třída 2 a příp. ještě horší).

Porovnání jednotlivých konstrukcí kompresorů

Konstrukce kompresoru	Obsah zbytkového oleje na výstupu stlačeného vzduchu	Průnik oleje do rozvodné sítě při objemovém průtoku 1000 m³/h
Pístový kompresor, mazaný olejem	10 - 180 mg/m³	240 - 4320 g
Lamelový kompresor, mazaný olejem	1 - 180 mg/m³	24 - 4320 g
Šroubový kompresor, chlazený vstřikovaným olejem	1 - 20 mg/m³	24 - 480 g
Bezolejový kompresor	0 - 3 mg/m³	0 – 72 g
Teplota při nasávání 20 °C, tlak při nasávání 1 bar (abs), doba zatížení 24 h/d	(zdroj: Jednotný list VDMA 15390-1: 2014-12)	.

Maximální bezpečnost díky sledování zbytkového oleje

Výrobci, kteří se u kritických způsobů použití stlačeného vzduchu drží norem, jako je například GMP, a kteří provádějí posouzení nebezpečí a rizik, splňují důležité předpoklady pro bezpečné používání stlačeného vzduchu. Ten, kdo kvalitu svého stlačeného vzduchu sleduje nepřetržitě, jde ještě o krok dále. Koncepce řízení kvality jako HACCP vyžadují maximální kontrolovatelnost i u extrémních mezních hodnot ve výši 0,001 mg/m³ obsahu olejové páry ve stlačeném vzduchu. Nepřetržité online sledování umožňuje zařízení METPOINT OCV.