Zapewnienie stabilnego dostępu do czystego, suchego i bezolejowego powietrza procesowego wymaga starannej koncepcji i realizacji sieci pneumatycznej. Projekt instalacji sprężonego powietrza nie ogranicza się do położenia sprężarki i kilku rur – to kompleksowe podejście, które obejmuje dobór wydajności, systemy uzdatniania, rozbudowane sieci dystrybucyjne, magazynowanie powietrza, automatyzację sterowania i regularny monitoring. W Polsce pomiary jakości, w tym punktu rosy, zawartości cząstek, aerozoli oleju czy mikroorganizmów, wykonuje Biuro Naukowo-Techniczne SIGMA, co pozwala na weryfikację założeń projektowych i optymalizację instalacji.

1. Analiza zapotrzebowania i zasady rachunku przepływu

Pierwszym krokiem jest dokładne określenie zapotrzebowania na sprężone powietrze we wszystkich punktach użycia. Konieczne jest zebranie następujących informacji:

  • charakterystyki urządzeń pneumatycznych (ciśnienie robocze, przepływ FAD w l/min),
  • jednoczesna praca narzędzi i odbiorników,
  • czasy cykli oraz sezonalność zużycia.

Na tej podstawie oblicza się sumę wymagań skorygowaną o różnorodność (diversity factor). Przykładowo, trzy niezależne linie mogą pracować jednocześnie tylko w 70% szyku, co zmniejsza zapotrzebowanie maksymalne. Po ustaleniu wolumenu powietrza FAD i docelowego ciśnienia (zwykle 6–8 bar), dobiera się moc i liczbę sprężarek.

2. Systemy magazynowania i wyrównywania

Zanim powietrze trafi do rozdzielni, powinno być gromadzone w zbiorniku wyrównawczym (air receiver), który pełni funkcje:

  1. buforu stabilizującego ciśnienie w krótkotrwałych skokach poboru,
  2. rezerwy powietrza na wypadek chwilowych awarii sprężarki,
  3. miejsca separacji skroplin cięższych niż w dalszych filtrach.

Wydajność zbiornika przyjmuje się na 30–60 s pełnego zapotrzebowania FAD, a łączną pojemność łatwo obliczyć jako FAD × t (l litrów).

3. Układ sieci dystrybucyjnej – pierścień czy linia

Projektując trasę dystrybucji, wybiera się między układem liniowym a pierścieniowym.

  • Układ liniowy sprawdza się w małych instalacjach, ale wiąże się z wyższym spadkiem ciśnienia na końcach magistrali.
  • Układ pierścieniowy (loop) gwarantuje, że powietrze może dotrzeć do punktu użycia dwoma kierunkami, obniżając spadki ciśnienia nawet o 30% i zabezpieczając przed przerwami w dostawie.

Dla średnich i dużych zakładów standardem jest układ pierścieniowy z główną magistralą o zalecanej prędkości przepływu 6–7 m/s (maks. 10 m/s) i odgałęzieniami o prędkości do 15 m/s, o ile długość odgałęzień nie przekracza 15 m.

4. Dobór materiałów – stal nierdzewna, aluminium, stal ocynkowana

Materiał rurociągów wpływa na liczbę zanieczyszczeń, spadek ciśnienia i trwałość:

  • Stal nierdzewna (304L/316L) oferuje najwyższą odporność na korozję i czystość, stąd stosowana jest w farmacji i spożywce.
  • Aluminium cechuje się niską masą, gładką powierzchnią wewnętrzną i łatwym montażem systemów zaciskowych, co minimalizuje przecieki i spadki.
  • Stal ocynkowana to tradycyjny kompromis koszt-jakość, wymagający jednak solidnych zabezpieczeń przed korozją wewnętrzną.

Dla aplikacji bezpośredniego kontaktu z żywnością bądź lekami preferuje się stal nierdzewną i aluminium. Biuro SIGMA weryfikuje poziomy cząstek stałych i aerozoli olejowych przed i po sieci.

5. Projektowanie tras – kompensacja termiczna i spadki

Rurociągi ulegają wydłużeniu pod wpływem temperatury (np. stal ocynkowana 0,012 mm/m·K). Planowane są kompensacje naturalne (zagięcia instalacji) lub kompensatory U-kształtne, zwłaszcza w długich odcinkach. Rury należy układać ze spadkiem ok. 2% w kierunku odwadniaczy, by skropliny gromadziły się w wyznaczonych punktach.

Spadek ciśnienia w sieci oblicza się wzorem:ΔP=450×l×Qc1.9D4.865×p0.9ΔP=450×D4.865×p0.9l×Qc1.9

gdzie
$l$ – długość rurociągu (m),
$Q_c$ – przepływ FAD (l/s),
$D$ – średnica wewnętrzna rury (mm),
$p$ – ciśnienie (bar abs).

Projektuje się tak, by całkowity spadek w najdalej położonym punkcie nie przekraczał 0,1–0,2 bar.

6. Filtracja i uzdatnianie przed magistralą

Przed główną magistralą montuje się:

  1. separator wstępny (cyklonowy) dla dużych kropli wody i aerozoli,
  2. filtry koalescencyjne klasy 2–1 (ISO 8573-2) dla aerozoli i cieczy olejowych,
  3. osuszacze chłodnicze lub adsorpcyjne w zależności od wymaganego punku rosy,
  4. kolejne filtry dokładne (final coalescer) dla usunięcia pozostałych aerozoli,
  5. filtr węglowy (ISO 8573-5) dla par olejowych przed głównym rozdziałem.

Układ ten optymalizuje pracę magistrali i chroni narzędzia.

7. Kontrola i monitoring – ciągły nadzór parametrów

Nowoczesne instalacje wyposażone są w:

  • czujniki punktu rosy (PDP) inline,
  • manometry różnicowe Δp na każdym filtrze,
  • sensory ciśnienia i przepływu na głównych odgałęzieniach,
  • systemy SCADA/IoT do archiwizacji, alarmów i analiz trendów.

Dane te umożliwiają predykcyjną konserwację i automatyczną regulację stacji uzdatniającej.

8. Magazynowanie wtórne i redundancja

W krytycznych aplikacjach stosuje się:

  • duble stacje sprężarek o różnych mocach, ustawione w priorytetach,
  • zbiorniki wyrównawcze przed kluczowymi odbiornikami,
  • układy bezobsługowe z powietrzem zapasowym na wypadek awarii.

Takie rozwiązania gwarantują ciągłość produkcji nawet przy serwisie.

9. Harmonogram badań i dokumentacja

Zgodnie z normą ISO 8573-1 i HACCP/BCAS zaleca się:

  • okresowe pomiary cząstek (ISO 8573-4),
  • badania punktu rosy (ISO 8573-3) co 6–12 miesięcy,
  • pomiary aerozoli i par olejowych (ISO 8573-2,-5),
  • monitoring mikrobiologii (ISO 8573-7) w branżach spożywczych/farmaceutycznych.

Biuro SIGMA przeprowadza pełne audyty jakości, dostarczając protokoły z pomiarami, analizą trendów i rekomendacjami usprawnień.

10. Wnioski i dobre praktyki

Projekt instalacji sprężonego powietrza wysokiej jakości jest wyzwaniem łączącym mechanikę, termodynamikę i automatykę. Najważniejsze wskazówki to:

  1. Wstępna analiza zapotrzebowania z uwzględnieniem różnorodności i warunków sezonowych.
  2. Zastosowanie układu pierścieniowego i właściwe kompensacje termiczne.
  3. Dobór materiałów (stal nierdzewna, aluminium) do specyfiki aplikacji.
  4. Wielostopniowa filtracja przed magistralą i rozbudowane uzdatnianie.
  5. Ciągły monitoring PDP, Δp i jakości powietrza zgodnie z ISO 8573 oraz HACCP/BCAS.
  6. Redundancja sprężarek i magazynowanie zapasowe dla krytycznych procesów.
  7. Automatyczna analiza trendów i predykcyjna konserwacja.
  8. Dokumentacja pomiarów i audyt zewnętrzny (m.in. SIGMA).

Realizacja tych zasad gwarantuje nie tylko zgodność z międzynarodowymi standardami, ale przede wszystkim niezawodność, oszczędność energii i wysoką jakość procesów produkcyjnych.

Dodaj komentarz