Uzdatnianie sprężonego powietrza

Nośnik energii, którym jest powietrze, jest wprawdzie dostępny na całym świecie w niemal nieograniczonej ilości, jednak jego jakość nie wszędzie jest taka sama. Powietrze różni się w poszczególnych strefach klimatycznych, z uwagi na różne zanieczyszczenia pochodzące z ruchu komunikacyjnego, przemysłu, rolnictwa i wpływ innych czynników. Warunki te muszą być odpowiednio uwzględnione w przypadku uzdatniania sprężonego powietrza. Dzięki właściwemu uzdatnianiu można znacznie ograniczyć awarie maszyn i przestoje. Nie tylko maszyny potrzebują czystego i suchego sprężonego powietrza. Będąc medium procesowym, sprężone powietrze musi spełniać warunki techniczne i być odpowiednio przygotowane. Dlatego jakość sprężonego powietrza zależy od konkretnych wymagań.

Różne procesy w uzdatnianiu sprężonego powietrza

Norma ISO 8573-1 określa dopuszczalną ilość zanieczyszczeń na metr sześcienny sprężonego powietrza. Cząstki stałe, woda i olej uznawane są za 3 podstawowe substancje zanieczyszczające.

3 kody określają w każdym przypadku odpowiednią klasę jakości zgodnie z normą ISO 8573-1.

Dlatego poszczególne procesy realizowane na etapie uzdatniania sprężonego powietrza zazębiają się. Szczególną uwagę zwraca się również na zanieczyszczenie zarazkami i bakteriami. Jednak norma DIN ISO 8573-1 nie definiuje żadnych wartości granicznych zarazków czy drobnoustrojów.

Więcej informacji na temat jakości sprężonego powietrza wg ISO 8573.1 można znaleźć tutaj.

Stężenie cząstek

W procesie wytwarzania sprężonego powietrza powietrze zasysane jest z otoczenia i sprężane w sprężarce. W efekcie pył, wilgoć, oleje, aerozole oraz składniki mikrobiologiczne przenikają w odpowiednio sprężonej formie do sprężonego powietrza.

Poprzez zastosowanie odpowiednich filtrów można stopniowo uzyskać prawidłowe stężenie cząstek.


Wilgoci resztkowej

Woda jest najbardziej problematycznym ze wszystkich zanieczyszczeń obecnych w sprężonym powietrzu. Nie tylko prowadzi do powstania szkód w wyniku korozji, lecz również sprzyja rozwojowi drobnoustrojów mogących mieć szkodliwy wpływ na zdrowie personelu oraz zanieczyszczać produkty i wyposażenie procesowe.

Poprzez zastosowanie odpowiednich osuszaczy można uzyskać wymagany poziom wilgoci resztkowej.


Resztkową zawartość oleju

Powietrze w otoczeniu zawiera olej w stanie gazowym (mgła olejowa). Typowe wartości zanieczyszczenia zawierają się w przedziale od 0,05 mg/m³ do 0,5 mg/m³. Jednak w otoczeniach z gęstą zabudową, miejskich lub przemysłowych zawartość może być wyższa.

Poprzez zastosowanie odpowiednich metod można zmniejszyć i monitorować resztkową zawartość oleju.


Jałowe

W systemach sprężonego powietrza występują duże ilości zanieczyszczeń mikrobiologicznych, przy czym systemy stwarzające ciepłe, wilgotne warunki stanowią idealne otoczenie do drobnoustrojów.

Jednak również zarazki i mikroorganizmy można trwale usuwać ze sprężonego powietrza poprzez zastosowanie rozwiązań z zakresu uzdatniania sprężonego powietrza, takich jak filtry sterylne lub technika katalityczna.


Zanieczyszczenia w powietrzu

Prawie niewidoczne gołym okiem: pyłki, zarazki, cząstki, włókna, aerozole olejowe oraz metale ciężkie, takie jak ołów i kadm. Zanieczyszczenia zawarte w otaczającym nas powietrzu mogą mieć negatywny wpływ na pracę systemu sprężonego powietrza, jakość produktów, a nawet na zdrowie konsumentów.

Sprężarka spręża zasysane z otoczenia powietrze do wymaganego poziomu ciśnienia. Ale sprężanie powietrza z otoczenia wiąże się również ze sprężaniem zanieczyszczeń. Bez odpowiedniej techniki uzdatniania zanieczyszczenia mogłyby bez przeszkód przenikać do systemu sprężonego powietrza i – w zależności od metody produkcji – do produktu końcowego. Dlatego uzdatnianie sprężonego powietrza jest również kwestią bezpieczeństwa procesów.

Filtracja sprężonego powietrza

W związku z filtrami sprężonego powietrza można spotkać się z najróżniejszymi pojęciami. Częściowo nazwy są marką określonego producenta, a po części po prostu weszły do codziennego użycia lub są pojęciami specjalistycznymi. W dalszej części objaśniamy kilka często pojawiających się określeń konkretnych rodzajów filtrów.

Separator cyklonowy

Separator cyklonowy nie jest filtrem we właściwym znaczeniu tego słowa, lecz jak mówi jego nazwa – separatorem. Zamyka on drogę bezwładnym masom cieczy w sprężonym powietrzu i oddziela wodę pod wpływem siły grawitacji i siły odśrodkowej.

Separatory cyklonowe odprowadzają więc duże ilości cieczy z systemu, odciążając w ten sposób osuszacze itd. znajdujące się za nimi. Ta ciecz określana jest mianem kondensatu i musi zostać odpowiednio uzdatniona .

Filtry mokre / filtry koalescencyjne

Szeroko rozpowszechnione filtry koalescencyjne łączą w sobie różne technologie filtracji w celu uzyskania optymalnych efektów. Często stosowane są tutaj włókniny filtracyjne z materiałów o różnych właściwościach w połączeniu z odpowiednimi metodami produkcji (plisowanie, nawijanie). W ten sposób poszczególni producenci próbują separować zarówno cząstki, jak również kropelki cieczy i oleju oraz aerozole w jednej obudowie. W jaki sposób się to odbywa, zaprezentowaliśmy w dalszej części.

Filtracji powierzchniowej

Cząstki większe niż przestrzeń między włóknami włókniny filtracyjnej są zatrzymywane bezpośrednio między włóknami, a więc przechwytywane jak przez sito. Ponieważ następuje to przeważnie na powierzchni, często mówi się również o filtracji powierzchniowej.


Filtracji dogłębnej

W przypadku filtracji dogłębnej, tak zwanej separacji płynu umożliwionej przez wymuszony przepływ – cząstki stałe i aerozole wnikają w złoże filtracyjne. Tam natrafiają na wiele drobnych włókien – tracąc energię kinetyczną – poruszają się coraz wolniej – i ostatecznie pozostają na włóknach.


Ruchy Browna

Najdrobniejsze cząstki aerozoli zderzają się z włóknami wskutek ruchów Browna – wędrują w kierunku przepływu sprężonego powietrza wzdłuż zewnętrznej ścianki włókien. Na rozgałęzieniach tworzą one większe kropelki i odpływają do zbiornika, z którego odprowadza się je jako kondensat ze sprężonego powietrza.


Filtracja stopniowa

W celu poprawy efektów za urządzeniem filtracyjnym można również podłączyć szeregowo kilka filtrów cząstek. Filtry o niższym stopniu filtracji należy zainstalować przed filtrami drobniejszymi. Ta metoda określana jest również mianem filtracji stopniowej, ponieważ żądaną jakość uzyskuje się stopień po stopniu. BEKO TECHNOLOGIES oferuje filtry koalescencyjne w 3 stopniach:

. Aerozole olejowe - Cząstki stałe .
Stopień filtracji Współczynnik separacji aerozoli olejowych Stężenie na
wejściu
Stężenie na
wyjściu
- Separacja cząstek
stałych
Wielkość cząstek Klasa wg ISO 8573-1
Filtr zgrubny C 84,00 % 30 mg/m³ <=5 mg/m³ - 99,00 % 2,0 -5,0 µm 4. - 4.
Filtr dokładny F 99,50 % 10 mg/m³ 0,05 mg/m³ - 99,83 % 0,5 -2,0 µm 2. - 2.
Filtr superdokładny S 99,95 % 10 mg/m³ 0,005 mg/m³ - 99,98 % 0,1 -0,5 µm 1. - 2.*

* W celu uzyskania klasy 1.-1. z reguły niezbędny jest dodatkowy filtr z węglem aktywnym i filtr przeciwpyłowy, ponieważ filtry koalescencyjne nie zatrzymują par oleju.

Filtry koalescencyjne i resztkowa zawartość oleju

W przypadku filtrów sprężonego powietrza mówi się o tak zwanych filtrach koalescencyjnych. Jak sama nazwa mówi, w takim filtrze mniejsze kropelki „stapiają się” w większe krople. W ten sposób zwiększa się wydajność separacji filtra.

Na przykład para oleju występuje w na tyle „małej” formie, że koalescencja nie jest możliwa.  Dlatego para oleju bez przeszkód przepływa przez filtr.

Norma ISO 8573-1 uwzględnia wszystkie składniki olejowe, a więc ciekłe, aerozole i parę. Z pomocą samego tylko filtra koalescencyjnego nie da się uzyskać klasy jakości 1.

Odpowiednią metodą jest adsorpcja lub uzdatnianie katalityczne. Patrz bezolejowe sprężone powietrze…

Wilgoć w sprężonym powietrzu

Mianem wilgotności powietrza określa się udział pary wodnej w powietrzu. W warunkach identycznej temperatury otoczenia wilgotność powietrza może być różna (klimat pustynny, klimat tropikalny). W określonej temperaturze objętość powietrza może zawierać jedynie ograniczoną ilość pary wodnej. Rozróżnia się tutaj wilgotność maksymalną, bezwzględną i względną.

Mianem ciśnieniowego punktu rosy określa się temperaturę, przy której roboczy metr sześcienny znajdujący się pod odpowiednim ciśnieniem jest w 100 procentach nasycony parą wodną. Jeśli temperatura sprężonego powietrza spadnie poniżej tej wartości, wytworzy się kondensat.  Mimo że jest on wyrażony wartością temperatury, punkt rosy nie odpowiada rzeczywistej temperaturze powietrza. Sprężone powietrze o temperaturze 35°C może mieć na przykład ciśnieniowy punkt rosy wynoszący -40°C.

W zastosowaniach, w których wilgoć resztkowa w sprężonym powietrzu stanowi kryterium jakości, ciśnieniowy punkt rosy jest ważną wielkością.

  • Zbyt wysoka wilgotność resztkowa w sprężonym powietrzu pogarsza efekt lakierowania, np. wskutek wtrącenia pęcherzyków.
  • Produkty przyciągające wodę, higroskopijne, np. proszek, przyprawy, sól, a również cukier, sklejają się w procesie produkcji.
  • Wilgoć w sprężonym powietrzu w niechronionym, zimnym otoczeniu prowadzi na przykład do oblodzenia zaworów sterujących i korozji urządzeń pneumatycznych.

Metody osuszania sprężonego powietrza

Wielu użytkowników nie jest świadomych, ile wody może powstawać w systemie sprężonego powietrza. Duże ilości wilgotnego powietrza atmosferycznego są sprężane w sprężarce i odprowadzane jako sprężone powietrze nasycone w 100 procentach parą wodną. Ponieważ sprężone powietrze gromadzone jest w zbiorniku sprężonego powietrza i porusza się w rurociągu, dochodzi do jego schłodzenia, czego skutkiem jest skroplenie pary wodnej do postaci ciekłej wody, a to z kolei wiąże się z powstawaniem aerozoli lub mgły wodnej. Instalacja separatorów cyklonowych pozwala ograniczyć ilość ciekłej wody w strumieniu sprężonego powietrza, natomiast filtry koalescencyjne zmniejszają ilość aerozoli wody, jednak sama filtracja nie wystarcza do redukcji wody. Jeśli zainstalowane są jedynie separatory cyklonowe, najlepszą możliwą klasą zgodnie z normą ISO 8573-1 jest klasa 6.

Do zmniejszenia ilości pary wodnej wykorzystuje się osuszacz. W tym zadaniu sprawdzają się trzy rozwiązania – osuszacz ziębniczy, osuszacz membranowy i osuszacz adsorpcyjny. Kryterium doboru jest tutaj ciśnieniowy punkt rosy, strumień przepływu, zastosowanie oraz wymagana jakość sprężonego powietrza zgodnie z wybraną klasą, jak również rentowność systemu i związane z nim koszty.

Metody Osuszacz ziębniczy Osuszacz membranowy Osuszacz adsorpcyjny
Ciśnieniowy punkt rosy Ciśnieniowe punkty rosy zawierają się w przedziale od +3 do +10°C Ciśnieniowe punkty rosy zawierają się w przedziale od +10 do -40°C Ciśnieniowe punkty rosy zawierają się w przedziale od -20 do -70°C
Strumień przepływu ok. 20 do 17 600 m³/h ok. 20 do 2250 l/min ok. 10 do 100 000 m³/h
Zasada działania Sprężarka i wymiennik ciepła z technologią kondensacji Wilgoć jest odprowadzana przez powietrze płuczące do otoczenia Wilgoć jest wiązana w środku osuszającym
Uwaga Nie nadaje się do temperatur otoczenia poniżej punktu zamarzania Osuszacz końcowy, możliwość wykorzystania również do rozdziału sprężonego powietrza w warunkach zagrożenia mrozem Bardzo duży zakres możliwych ciśnieniowych punktów rosy i dużych strumieni przepływu

Osuszacze ziębnicze – po odpowiednim oddzieleniu wody i odprowadzeniu kondensatu – są zwykle stosowane na początku systemu sprężonego powietrza. Osuszacze membranowe ustawia się często w pobliżu miejsca zastosowania powietrza, a więc blisko punktu poboru. Często stosuje się je jako uzupełnienie osuszaczy ziębniczych w funkcji osuszaczy końcowych dla małych strumieni przepływu. Osuszacze adsorpcyjne ustawia się w zależności od zastosowania na początku systemu sprężonego powietrza lub w pobliżu miejsca zastosowania powietrza. Są one przeznaczone do bardzo dużych strumieni przepływu.

Czy wiedzieli Państwo? Ciśnieniowy punkt rosy i nieszczelności

Ciśnieniowy punkt rosy (PDP) jest ważnym parametrem i kryterium jakości uzdatniania sprężonego powietrza. Normalne powietrze w otoczeniu z ciśnieniem atmosferycznym wynoszącym 1 bar może wchłaniać znacznie więcej wilgoci niż sprężone powietrze. Ciśnieniowy punkt rosy rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia w układzie – i odwrotnie.

Jeśli w systemie sprężonego powietrza występują nieszczelności, parametr PDP pogarsza się. Wtedy jakość uzyskana w efekcie żmudnych procesów osuszania znów spada. Lokalizacja i likwidacja nieszczelności w tym kontekście oprócz aspektów ekonomicznych przekłada się również na bezpieczeństwo procesów.

Dowiedz się więcej…

Resztkowa zawartość oleju i zarazki w sprężonym powietrzu

W wielu zakładach produkcyjnych sprężone powietrze wchodzi w bezpośredni lub pośredni kontakt z liniami produkcyjnymi, produktami lub opakowaniami (szczególnie w przemyśle spożywczym, napojowym, farmaceutycznym i elektronicznym). Zanieczyszczenie olejem resztkowym, drobnoustrojami i zarazkami może mieć duży wpływ na jakość produktu, bezpieczeństwo konsumentów i wizerunek marki.

Skuteczna ochrona przed wnikaniem oleju do systemu sprężonego powietrza i bezpieczeństwo procesów z udziałem wrażliwych wyrobów – ważne są tu wzajemne zależności. Dopiero idealne współgranie różnych elementów do uzdatniania gwarantuje żądaną jakość sprężonego powietrza. Często bagatelizuje się również potencjalne źródła zanieczyszczeń.

Tutaj dowiesz się więcej...

Zostań ekspertem ds. sprężonego powietrza

Na etapie uzdatniania sprężonego powietrza zazębiają się różne procesy. Prawidłowa kolejność, dobór i parametry stosowanych komponentów mają decydujące znaczenie dla jakości, natomiast wydajne uzdatnianie w znacznej mierze przyczynia się do obniżenia kosztów eksploatacji.

Czy chcesz zdobyć więcej podstawowych informacji na temat sprężonego powietrza i jego uzdatniania?

Skorzystaj więc z bogatej oferty naszych szkoleń – zapraszamy. Bliższe informacje znajdziesz tutaj…