Bezolejowe i sterylne sprężone powietrze - przyczyny , problemy i rozwiązania

W wielu zakładach produkcyjnych sprężone powietrze ma pośrednią lub bezpośrednią styczność z instalacjami produkcyjnymi, produktami lub materiałami opakowaniowymi. Zanieczyszczenie olejem resztkowym, drobnoustrojami i zarazkami może mieć duży wpływ na jakość produktu, bezpieczeństwo konsumentów i wizerunek marki.

Czasami w prasie: „Oleje mineralne w czekoladzie, Foodwatch alarmuje o zagrożeniach stwarzanych przez opakowania spożywcze.” Takie i podobne doniesienia o zanieczyszczeniach i wadach jakościowych wyrobów spożywczych znamy wszyscy. Znamy także ich konsekwencje: niepewność wśród klientów i w handlu, nagłośnienie sprawy w mediach i niezbyt rzeczowe dyskusje, a wreszcie znaczna utrata reputacji.

Zastosowanie sprężonego powietrza w strefach, w których może ono wywołać zagrożenia zdrowotne, stawiają szczególne wymagania wobec czystości sprężonego powietrza. Ma ona zatem szczególnie wysokie znaczenie.

Jak do sprężonego powietrza dostają się zanieczyszczenia zawierające olej?

Istnieje wiele możliwych dróg zanieczyszczenia sprężonego powietrza cząstkami, olejem, zarazkami i wilgocią. Często unoszą się one w otoczeniu i dostają się do instalacji sprężonego powietrza wraz z powietrzem zasysanym przez sprężarkę. Przyczyną występowania tych zanieczyszczeń może być znajdująca się w pobliżu ruchliwa ulica lub budowa. Ryzyko wniknięcia wilgoci do sieci sprężonego powietrza wzrasta wraz z wilgotnością powietrza.

Z zanieczyszczeniami wiąże się dwojakie ryzyko: z jednej strony mogą zakłócać działanie instalacji sprężonego powietrza i powodować przyspieszone zużycie jej elementów, a z drugiej stwarzają realne zagrożenie dla jakości wyrobu, a w efekcie dla konsumenta.

ŚRODOWISKO

W zależności od bezpośredniego otoczenia i indywidualnych warunków występuje dodatkowe ryzyko: oprócz pyłu i wilgoci z otoczenia do sieci sprężonego powietrza może przenikać także olej i drobnoustroje.


SPRĘŻARKA

Źródłem resztkowych par oleju w sieci sprężonego powietrza mogą być nie tylko sprężarki olejowe, ale także bezolejowe (pary oleju z zasysanego powietrza!).


ARMATURA

Zawory, złącza i armatura. Wiele elementów sieci sprężonego powietrza smarowanych jest smarem lub silikonem w celu usprawnienia ich działania. Substancje te mogą z łatwością dostać się do sprężonego powietrza.


PRZEWÓD RUROWY

Zanieczyszczenie stwarza stałe ryzyko: z biegiem lat w istniejących rurociągach tworzą się osady, które mogą przedostawać się do sprężonego powietrza.


Problemy wskutek zanieczyszczenia olejem

Nieco mniej uwagi opinii publicznej niż opisane powyżej problemy przyciągają wady jakościowe produktów, uszkodzenia maszyn, odrzuty, naprawy i akcje zwrotu towarów przemysłowych spowodowane wniknięciem oleju. Mają one za to bardzo konkretne skutki finansowe — zwłaszcza w następujących branżach i zastosowaniach:

Przemysł farmaceutyczny i technika laboratoryjna

Podczas produkcji lekarstw obowiązują najsurowsze standardy higieny. Dlatego ważne jest, aby produkcja odbywała się w otoczeniu wolnym od zarazków chorobotwórczych, cząstek, bakterii i zanieczyszczających olejów. Oprócz szpitali ze sprężonego powietrza coraz częściej korzystają laboratoria. Aby w tak wrażliwym otoczeniu wykluczyć ryzyko rozwoju bakterii, sprężone powietrze musi być całkowicie sterylne i suche

Przemysł spożywczy i produkcja opakowań

Te zanieczyszczenia muszą także tutaj być usuwane lub redukowane. Celem jest ochrona konsumentów i zapewnienie bezpiecznej oraz ekonomicznej produkcji. Podczas pakowania i napełniania produktami opakowań stan produktu końcowego musi pozostać niezmieniony. Dlatego należy ostrożnie obchodzić się zwłaszcza z napojami i żywnością, żeby nie doprowadzić do ich zanieczyszczenia (bezpośredniego lub pośredniego).

Styczność bezpośrednia: sprężone powietrze jest bezpośrednio w kontakcie z produktem lub materiałem opakowaniowym lub dostaje się do dróg oddechowych lub nieosłoniętych skórą powierzchni wewnętrznych lub zewnętrznych (np. w przypadku urazów).

Styczność pośrednia: sprężone powietrze oddawane jest do otoczenia. Rozprężone sprężone powietrze osiąga obiekt dopiero po pokonaniu odpowiedniej odległości i w formie rozcieńczonej zwykłym powietrzem atmosferycznym.

Główne potencjalne zagrożenia są następujące:

  • Zanieczyszczenie produktu zanieczyszczoną wodą (kondensat)
  • Zanieczyszczenie produktu ciekłym olejem (olej sprężarkowy)
  • Zanieczyszczenie produktu parami olejowymi lub ogólnie węglowodorami gazowymi i w efekcie niepożądanymi substancjami smakowymi
  • Zanieczyszczenie produktu niepożądanymi metalowymi lub niemetalowymi cząstkami stałymi z instalacji sprężonego powietrza, jak np. rdza, cząstki korozji, pył ze ścierania elementów, materiał uszczelniający i inne odrywające się osady
  • Zanieczyszczenie produktu drobnoustrojami
Lakierowanie

Cząstki, aerozole i opary oleju, substancje zawierające silikon oraz kondensat są główną przyczyną wad lakierniczych. Sprężone powietrze stosowane
w technice lakierniczej musi spełniać określone wymagania dotyczące czystości, które przekraczają nawet wymagania klas określone w normie ISO 8573-1.

Farby i lakiery są bardzo wrażliwe na określone zanieczyszczenia w sprężonym powietrzu. W efekcie powstają zaburzenia powłoki lakierniczej w formie kraterów i pęcherzyków, wiążące się z koniecznością dokonywania napraw i zwiększonymi nakładami finansowymi. Sprężone powietrze musi być kompatybilne z lakierem, tzn. wolne od substancji wpływających na powłokę lakierniczą (zaliczają się do nich m.in. grafit, wosk, stalowe mydła, parafina, talk, teflon i pył ze ścierania tworzyw sztucznych).

Sprężone powietrze musi być kompatybilne z lakierem, jeśli ma bezpośrednią lub pośrednią styczność z jeszcze mokrymi farbami lub lakierami bądź lakierowanymi powierzchniami. O ile styczność pośrednią można wykluczyć za pomocą kabin, to styczność bezpośrednia w przypadku dysz lakierniczych jest nieunikniona.

Sprężone powietrze kompatybilne z lakierem musi zatem być zawsze

  • suche;
  • wolne od płynnych zanieczyszczeń, oleju i aerozoli;
  • wolne od faz parowych zdolnych do kondensacji;
  • aż do najmniejszych ilości resztkowych oczyszczone z pyłów i innych cząstek stałych.

Mające bardzo złą sławę w technice lakierniczej silikony także mogą podobnie jak smary i oleje występować w różnych fazach (stałej, ciekłej, gazowej)
w sprężonym powietrzu. Zanieczyszczenia zawierające silikon można usuwać za pomocą odpowiednich filtrów. Gazowe, a zatem lotne związki silikonu mogą jednak zostać usunięte ze sprężonego powietrza tylko metodą utleniania katalitycznego. Uzyskanie sprężonego powietrza kompatybilnego z lakierem wymaga zatem użycia co najmniej jednego reaktora katalitycznego.

Przemysł chemiczny

Jeśli podczas przetwarzania surowców (w proszku lub granulacie) dochodzi do bezpośredniej styczności z produktem, sprężone powietrze musi być absolutne suche i bezolejowe. Jest to jedyny sposób na uniknięcie zanieczyszczeń i formowania aglomeratów. W celu zapewnienia bezpieczeństwa procesów nieodzowne jest ciągłe monitorowanie, jak również pełna dokumentacja jakości sprężonego powietrza.

Elektronika

Produkcja układów scalonych musi odbywać się w warunkach pomieszczenia czystego, co oznacza, że jakość sprężonego powietrza musi spełniać takie wymagania.  Kolejnym obszarem zastosowań sprężonego powietrza jest nanoszenie pasty lutowniczej na płytki drukowane oraz czyszczenie płytek drukowanych, kart i wafli krzemowych. Stosowane tutaj sprężone powietrze musi być wolne od cząstek, oleju i wilgoci.

Wytwarzanie niezaolejonego sprężonego powietrza

Zasadniczo istnieją trzy metody uzyskania bezolejowego sprężonego powietrza. Podczas projektowania należy dokładnie uwzględnić specjalne wymagania. Zaczyna się to już od pytania, czy sprężone powietrze musi być dostępne centralnie, czy też uzdatniane będzie lokalnie, ponieważ tylko część strumienia musi spełniać szczególnie wysokie wymagania.

1 - Oczyszczanie katalityczne

Za pomocą reaktora katalitycznego BEKOKAT można wytwarzać w przyjazny dla środowiska sposób nie tylko bezolejowe, ale także sterylne i wolne od bakterii sprężone powietrze. Ta niezależna od warunków wejściowych metoda zapewnia większe bezpieczeństwo niż filtrowanie i to przy niższych kosztach eksploatacji. Jest to najbardziej innowacyjna metoda i można w nią doposażyć także sprężarki smarowane olejem.

Zawierające olej sprężone powietrze kierowane jest do reaktora katalitycznego. Tam zawarte w sprężonym powietrzu węglowodory rozkładane są w jednym procesie na dwutlenek węgla i wodę. Niezbędna do rozkładu chemicznego energia cieplna jest cały czas monitorowana. Jeśli przed reaktorem do przewodu sprężonego powietrza wniknie zbyt duża ilość oleju, silny wzrost temperatury spowoduje zamknięcie zaworu elektromagnetycznego na wyjściu. Wyklucza to skutecznie przedostanie się oleju do dalszej instalacji sprężonego powietrza. Wbudowany termostat zapobiega także wypływowi oleju wskutek zbyt niskiej temperatury reakcji.

Niniejsza metoda pozwala uzyskać sprężone powietrze stale wolne od oleju z maksymalną zawartością par oleju resztkowego wynoszącą praktycznie niewykrywalne 0,001 miligrama na metr sześcienny. Co oznacza, że zawartość oleju resztkowego jest niższa niż określona wymogami klas czystości sprężonego powietrza 0–1 wg ISO 8573-1. Kondensat gromadzący się podczas schładzania sprężonego powietrza jest również całkowicie pozbawiony oleju i bez uzdatniania może być odprowadzany do kanalizacji. W przypadku stosowania katalizatora w trybie ciągłym należy koniecznie wykonać obejście lub zainstalować system rezerwowy.

Tam, gdzie przez cały czas potrzebne jest bezolejowe i sterylne sprężone powietrze, nasz katalizator jest idealnym rozwiązaniem. Łączy on w sobie ekonomiczność z bezpieczeństwem procesów i jest niezależny od warunków w miejscu zasysania powietrza. Można go w łatwy sposób zastosować w istniejących stacjach sprężonego powietrza. Przede wszystkim w zastosowaniach z wrażliwymi wyrobami, takimi jak żywność lub środki farmaceutyczne, urządzenie BEKOKAT zapewnia wysoką wydajność i stałą jakość sprężonego powietrza. 

Dowiedz się więcej…

2 - Oczyszczanie adsorpcyjne

Technicznie bezolejowe sprężone powietrze zawiera nadal węglowodory oraz różne substancje zapachowe i smakowe, które mogą wpływać na jakość i wywoływać nieprzyjemne wrażenia zapachowe. Mniejsze strumienie częściowe mogą być uzdatniane za pomocą mikrofiltrów lub filtrów z aktywnym węglem. W przypadku większych ilości do uzdatniania stosowane są adsorbery z aktywnym węglem. Filtr może usuwać ze sprężonego powietrza tylko kropelki oleju, natomiast adsorber z aktywnym węglem także opary węglowodorowe. Adsorber z aktywnym węglem musi zawsze być umieszczony przed wysokowydajnym filtrem i osuszaczem.

Do usuwania także resztkowych par oleju stosowany jest aktywny węgiel. Oczyszczanie adsorpcyjne sprężonego powietrza jest procesem czysto fizycznym. Siły adhezyjne działające na powierzchni aktywnego węgla wiążą cząsteczki oleju i usuwają go ze sprężonego powietrza. Nie zachodzi przy tym żadna reakcja chemiczna. Decydujące znaczenie ma często lekceważona jakość aktywnego węgla, ponieważ to aktywny węgiel wykonuje najważniejsze zadanie. Różnice odczuwalne są dopiero wówczas, gdy okres eksploatacji nie spełnia oczekiwań. Ponadto aktywny węgiel musi odznaczać się jak największą wewnętrzną powierzchnią i drobnymi porami, aby był w stanie magazynować szkodliwe substancje.

Osuszone i przefiltrowane sprężone powietrze kierowane jest za pomocą dyfuzora do złoża węgla aktywnego. Umożliwia to długi okres kontaktu i optymalne wykorzystanie środka adsorpcyjnego. Po określonym czasie nastąpi jednak nasycenie węgla aktywnego, co oznacza zakończenie możliwości adsorpcji par oleju. Od tego momentu ponownie będzie wzrastała zawartość oleju resztkowego w sprężonym powietrzu. Aktywny węgiel jest zatem materiałem zużywalnym, którego nie można regenerować i który musi być wymieniany co 8000 do 10000 godzin pracy. Jeśli filtr poddawany jest regularnie przeglądom, zawartość oleju resztkowego w sprężonym powietrzu utrzymywana jest na minimalnym poziomie, który spełnia wymagania klas 1–2 czystości sprężonego powietrza według ISO 8573-1.

Ze względów bezpieczeństwa za adsorberem należy zamontować wysokowydajny filtr do odfiltrowania pyłu węglowego powstającego na skutek ścierania się granulatów węgla aktywnego (poniżej 1µm). Jeśli spełnione są te wymagania, adsorber z aktywnym węglem CLEARPOINT V będzie chronił skutecznie system przed wniknięciem oleju, zapewniając zarazem niską różnicę ciśnień i wysoką niezawodność.

Dowiedz się więcej…

3 - Sprężarki bezolejowe

To jest bezpośredni sposób na uniknięcie zanieczyszczenia sprężonego powietrza olejem ze sprężarki. Sprężone powietrze wytwarzane jest w bezolejowych sprężarkach tłokowych lub śrubowych bez styczności z olejami w formie ciekłej lub parowej, ponieważ komora sprężania nie jest smarowana. Wytwarzane w ten sposób sprężone powietrze nazywane jest często „technicznie bezolejowym”. Stan ten możliwy jest jednak do osiągnięcia tylko przy idealnym uszczelnieniu i zachowaniu najwyższej precyzji. Pociąga to za sobą wysokie nakłady finansowe i ograniczenie ciśnienia roboczego.

Czy bezolejowa sprężarka zapewnia pełne bezpieczeństwo?
To prawda, że ze sprężarki bezolejowej do sieci sprężonego powietrza nie dostaje się dodatkowy olej. Ponieważ jednak zanieczyszczenia (jak np. spaliny z ruchu ulicznego lub instalacji grzewczych, aerozole olejowe i drobnoustroje) mogą znajdować się już w zasysanym powietrzu i po wyjściu ze sprężarki znajdują się w formie skoncentrowanej, sprężone powietrze musi jednak być uzdatnione. Zawartość oleju za sprężarkami bezolejowymi przekracza często 0,01 mg na metr sześcienny (klasa 2 i ewentualnie jeszcze niższa).

Porównanie rodzajów sprężarek
Rodzaj sprężarki Resztkowa zawartość oleju na wyjściu sprężonego powietrza Ilość oleju dostającego się do sieci przy strumieniu przepływu 1000 m³/h
Sprężarka tłokowa, smarowana olejem 10 - 180 mg/m³ 240 - 4320 g
Sprężarka lamelowa, smarowana olejem 1 - 180 mg/m³ 24 - 4320 g
Sprężarka śrubowa z chłodzeniem wtryskiem oleju 1 - 20 mg/m³ 24 - 480 g
Sprężarka bezolejowa 0 - 3 mg/m³ 0 – 72 g
Temperatura zasilania 20°C, ciśnienie zasilania 1 bar (a), czas pracy 24 h/d (źródło: VDMA Einheitsblatt 15390-1: 2014-12) .

Maksimum bezpieczeństwa dzięki monitorowaniu resztkowej zawartości oleju

Producenci, którzy dbają o zgodność zastosowań sprężonego powietrza z wytycznymi, jak GMP, oraz przeprowadzają oceny zagrożenia i ryzyka, spełniają istotne warunki wstępne bezpiecznego korzystania ze sprężonego powietrza. Jeśli ktoś monitoruje jakość sprężonego powietrza w trybie ciągłym, jest jeszcze o krok dalej. Systemy zapewnienia jakości, jak HACCP, wymagają maksymalnej wykrywalności nawet wartości granicznych sięgających 0,001 mg/m³ stężenia par oleju w sprężonym powietrzu. Ciągłe monitorowanie online umożliwia system pomiarowy METPOINT OCV.

Dowiedz się więcej…

Inteligentne uzdatnianie sprężonego powietrza wymaga kompetencji

W praktyce temat sprężonego powietrza ma często znaczenie krytyczne dla kierowników produkcji i menedżerów jakości. Wymagania sformułowane są bowiem w wytycznych czasami niezbyt jasno lub ich wpływ na całość instalacji nie jest dostatecznie uwzględniony. Do ustalenia wymaganej klasy jakości sprężonego powietrza i doboru odpowiedniego, czyli bezpiecznego i energooszczędnego rozwiązania jego uzdatniania niezbędna jest bardzo szczegółowa wiedza.

Optymalizacja instalacji i Air Audit…