Kontrolowanie wycieków sprężonego powietrza

Jedna z moich wcześniejszych publikacji o tematyce audytów sprężonego powietrza doprowadziła do nawiązania kontaktu z Wojciechem Halkiewiczem. Pierwsza wymiana komentarzy, nawiązanie kontaktu, a w konsekwencji przedstawiam poniżej pierwszą publikację właściciela firmy ARIA-C na łamach „Czwartego medium”.

 

Analiza efektywności w krajach „Starej Dwunastki” UE wskazuje, że w usuwaniu wycieków sprężonego powietrza tkwią największe możliwe do uzyskania oszczędności. Według opublikowanych statystyk („Systemy sprężonego powietrza w Unii Europejskiej, Raport   końcowy”, Październik 2000, ISBN 3-932298-16-0) w dwunastu najbogatszych krajach Unii z problem nieszczelności boryka się aż 80% instalacji sprężonego powietrza!

Raport pomija niestety wielkości wycieków, co ma kluczowe znaczenie dla wyboru kolejności podejmowanych działań oszczędnościowych. Okazuje się, że trudno znaleźć publikacje określające tę wielkość, jednak są pewne ogólne dane. Wg danych amerykańskiego ministerstwa energii (Departament of Energy) wycieki w 2005 roku osiągnęły średni poziom 30% w Stanach Zjednoczonych. Statystyki wynikające z mierzonych wartości, a wykonywane przez praktyków z branży mówią nawet o średniej 34%, co analizował przez ponad 7 lat pomiarów wycieków Wayne Perry (dyrektor techniczny Kaeser’a w USA, członek komitetów normalizacyjnych ASME, ISO, Compressed Air Challenge, Compressed Air & Gas Institute w USA, zasłużony działacz na rzecz krajów trzeciego świata i ONZ, a co najważniejsze solidny i rzeczowy fachowiec). Wayne Perry swoje doświadczenie w tej materii przedstawił na wykładzie w ramach konferencji UE Systems na Florydzie w maju 2012r.

Z mojej praktyki wynika, że średnia wielkość wycieków w Polsce także plasuje się między 25% a 35%. Z jednej strony to dobry znak: nie jesteśmy gorsi od najbogatszych krajów Europy i Ameryki. Z drugiej strony nie możemy w tym względzie tracić czujności!

Moim rekordzistą za rok 2012 jest polska firma produkcyjna, mająca wycieki na poziomie 75% ilości powietrza pobieranego! Dotychczasowym rekordzistą roku 2013 jest firma o nieco niższym, ale nadal bardzo wysokim poziomie nieszczelności: 61%. Strata zeszłorocznego rekordzisty w liczbach bezwzględnych to 1.500 m3/h (równoważnik mocy traconej ~160 kW), u tegorocznego  61% odpowiada ~2.450 m3/h (równoważnik mocy traconej ~230 kW).

1 2 3 4

Przykłady powszechnie spotykanych wycieków

Nie będę przytaczał kolejnych zatrważających danych. Proponuję szukać możliwości i rozwiązań. Warto zacząć od tego, co jest najbardziej osiągalne. Są firmy, u których wycieki plasują się na kontrolowanym poziomie 10 – 15% i do takiej wielkości powinno się dążyć.

Należy zacząć od najprostszych działań, to znaczy od obniżania ciśnienia roboczego! Ciśnienie niższe o 1 bar oznacza około 7% mniej energii pobieranej przez sprężarki na potrzeby danego poboru powietrza, ale także oznacza 13% mniej wycieków!

Obniżyliśmy ciśnienie, ale wycieki nadal są – sporo z nich słyszymy. Te słyszalne to najdroższe straty. Każdy z nich dla pracy 3-zmianowej kosztuje przynajmniej 1.000,-zł na rok, a statystycznie aż ok. 70% wszystkich wycieków jest niesłyszalna! Co w takim razie z tą większością? Nie jesteśmy skazani na stosowanie wody z mydłem i pędzelka czy też spray’u do wykrywania nieszczelności. Z racji na nieregularność szczelin powietrze opuszcza je tworząc przepływ turbulentny, co oznacza, że częstotliwość dźwięku jest tak duża, że go nie słyszymy. Jednocześnie są to sygnały na tyle mocne, że wystarczy dobry układ mikrofonowo – słuchawkowy nastawiony na częstotliwości około 38-44 kHz (ultradźwięki), żeby takie wycieki namierzyć. Mając na myśli dobry układ – mówię o systemach, które nie tylko są w stanie sygnał namierzyć, ale także go zapisać oraz co ważne właściwie przeliczyć sygnał w decybelach na ilość traconego powietrza oraz dostarczyć odpowiednie oprogramowanie do prowadzenia gospodarki usuwania wycieków. Niestety wszystkich wycieków usunąć się nie da i można usuwać takie, na które pozwalają warunki utrzymania ruchu, a bez właściwych narzędzi jest to bardzo trudne do wykonania.

Spośród kliku marek, które testowałem (sprawdziłem 4 rodzaje i marki), najlepsze rozwiązanie oferuje dziś wg mnie – tylko UE Systems – amerykański pionier tej technologii. Na tym sprzęcie wykonujemy nasze pomiary. Miałem okazję kilka razy weryfikować je pomiarami poboru powietrza wykonywanymi przez naszych audytorów oraz inne niezależne od nas firmy. Dzięki temu ufam metodom pomiarowym i oprogramowaniu urządzeń UE Systems. Rzetelna detekcja wycieków sprężonego powietrza, jest jak widać w pełni wykonalna.

 Co uzyskali nasi rekordziści?

Temu zeszłorocznemu – korzyści przysporzyło po usunięciu wycieków – zastąpienie zasilania 3 sprężarkami 75 kW przez włączoną w inteligentny sterownik nadrzędny 1 sprężarkę 45 kW i przesłanie nadmiaru powietrza na nowobudowaną – inną bardzo „powietrzo-żerną” część technologii. Detekcja wycieków trwała 3 dni robocze podczas postoju fabryki. Okres zwrotu kosztów pomiarów i usuwania wycieków wyniósł tylko 3 miesiące.

5 6 7 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Przykłady zdjęć wykonanych na pomiarach wycieków. Bo to nie tylko detekcja wycieków, ale ich pomiary umożliwiające ocenę ich wielkości, niebezpieczeństwo dla procesów produkcji, kosztów i technicznych możliwości ich usuwania.

W drugim przypadku spośród 3 sterowanych nadrzędnym energooszczędnym sterownikiem sprężarek 160 kW (w tym jednej z „falownikiem”) – udało się wyłączyć jedną stało-obrotową. Okres zwrotu nakładów na usuwanie wycieków wraz z ich pomiarem wyniósł około 4 miesięcy. Takich przypadków w ciągu ostatnich 50 audytów możemy wskazać przynajmniej kilkanaście – w razie czego służę użytkownikom informacjami. Natomiast o powiązaniu usuwania sztucznego zapotrzebowania na powietrze generowanego przez wycieki z nadrzędnymi systemami sterowania wspomnę przy okazji omawiania części produkcyjnej audytów sprężonego powietrza.

Wykonywane w ten sposób pomiary dają informacje o wielkości wycieku w zależności od ciśnienia roboczego, pod którym występuje, o ilości energii traconej w okresie trwania wycieku, o wysokości strat w zależności od stawki za energię elektryczną, wreszcie dla zainteresowanych – o ilości równoważników emisji gazów cieplarnianych emitowanych przez to do atmosfery. Takie informacje można uzyskać stosując właściwe technologie pomiaru wycieków. Zainteresowanym służę szczegółowymi informacjami.

mgr inż. Wojciech Halkiewicz

Audyt sprężonego powietrza

Audyt energetyczny sprężonego powietrza nie jest tematem nowym, ale dopiero zyskującym na popularności. Głównie za sprawą kryzysu firmy szukają oszczędności w produkcji, materiałach oraz innych kosztach stałych. Możemy znaleźć tańszego dostawcę materiałów, zamrozić płace, ale nie możemy wyłączyć maszyn. Jedyne co pozostaje to zoptymalizowanie ich pracy bądź wymiana na oszczędniejsze.
Na rynku pojawiło się wiele instytucji oferujących wykonanie audytu energetycznego. Niestety pojawiają się też naciągacze, którzy bez odpowiedniego przygotowania chcą świadczyć takie usługi. Jednym z najbardziej znanych mi profesjonalnych ośrodków jest Instytut Inżynierii Elektrycznej Uniwersytetu Zielonogórskiego. Koncentrują się, co prawda na dużych przedsiębiorstwach, ale dają obraz jak powinien taki audyt wyglądać. To nie są tylko popularne zmiany w oświetleniu, ale gruntowne badanie gdzie często okazuje się słuszna zmiany chociażby motoreduktorów, silników na efektywniejsze, odpowiednie układy sterowania itp. Jest to jednak inna liga niż firmy specjalizujące się w audytach sprężonego powietrza. Inny budżet, inna specjalizacja, aczkolwiek łączy je kilka elementów.
Audyt sprężonego powietrza koncentruje się na sprężarkach tj. ich efektywności i energooszczędności, układach sterowania, zarządzania ciśnieniem, zbiornikach sprężonego powietrza czy też instalacji sprężonego powietrza, a niekiedy badane są urządzenia uzdatniania sprężonego powietrza.
Czy te wszystkie piękne hasła marketingowe mają uzasadnienie? Okazuje się, że tak. Praktycznie w każdym zakładzie jest możliwość wygenerowania oszczędności.
Każdy audyt zasadniczo wygląda podobnie. Na 7 dni podłącza się urządzenia monitorujące do sprężarek oraz bada się ciśnienie w instalacji. Aby wynik był miarodajny istotny jest wybór typowego tygodnia pracy, żeby się nie okazało, że akurat w okresie badania produkcja szła na 70%, bo zamiast sobie pomóc to możemy poważnie zaszkodzić. Analiza wykaże np. redukcję sprężarek i po osiągnięciu pełnej mocy produkcyjnej zabrakłoby nam sprężonego powietrza.

Przyjmijmy, że samo badanie przebiegło bez zakłóceń i oczekujemy teraz na szczegółową analizę. Co możemy w niej faktycznie znaleźć? Od najprostszych rozwiązań: zmniejszenie delty tj. czasu przejście na dociążenie i odciążenie, regulację ciśnienia na instalacji, po: zmianę / dodanie zbiornika ciśnieniowego, zastosowanie nadrzędnego sterownika do sprężarek czy też wyłączenie / zmianę sprężarki. Niektóre firmy dodatkowo sprawdzają zużycie energii elektrycznej przez osuszacze oraz mierzą nieszczelności na instalacji sprężonego powietrza, co niejednokrotnie jest też oddzielną usługą.

Nawet najlepiej zaprojektowane instalacje po kilku latach mogą wykazać nieszczelności, a na skutek zmian na produkcji odpowiednia kalibracja systemu sprężonego powietrza potrafi wygenerować oszczędności. Ciężko tu rzucać sumami, bo w jednym zakładzie możemy wygenerować 5.000zł oszczędności rocznie, a w drugim 50.000 zł.

Każda nieszczelność w instalacji powoduje ubytki sprężonego powietrza. Jak duże mogą być straty obrazuje tabela pokazująca przykładowe roczne koszty ponoszone na wyprodukowanie sprężonego powietrza traconego w nieszczelnej instalacji (przy założeniu kosztów energii 0,30 zł za kWh i 8000 roboczogodzin na rok).

Dziura

Strata powietrza przy 6 bar

Strata powietrza przy 12 bar

Strata energii przy 6 bar

Strata energii  przy 12 bar

Koszty przy 6 bar

Koszty przy 12 bar

Ø mm

l/min

l/min

kWh

kWh

PLN

PLN

1

72

108

0,3

1,0

720

2400

3

666

1248

3,1

12,7

7440

30480

5

1854

3510

8,3

33,7

19920

80880

10

7428

14112

33,0

132,0

79200

316800

Zbyt duże ciśnienie w instalacji to niepotrzebne koszty. Audyt wskaże czy jest możliwość zmniejszenia ciśnienia, gdyż jego redukcja o 1 bar pozwala na ograniczenie kosztów kompresji powietrza o 7%. Zmniejszenie ciśnienia wiąże się także ze zmniejszeniem zapotrzebowania powietrza. Zmiana ciśnienia z 8 bar na 7 bar skutkuje zmniejszeniem zapotrzebowania o około 12%. Zarówno oszczędność energii, jak i dłuższą żywotność urządzenia, zapewnić może praca przy minimalnej wymaganej dla danego zastosowania wartości ciśnienia.

Możemy się spotkać z różnymi ofertami audytu. Świadczą go producenci / dystrybutorzy kompresorów oraz firmy niezależne. Ci pierwsi, jeśli wykryją możliwość poprawy sytuacji, proponują swoje urządzenia, co spotyka się z atakami tych drugich. Firmy niezależne w wynikach audytów zalecają różne produkty w zależności od tego, który jest korzystniejszy. Można to trochę przyrównać do biur doradztwa kredytowego. Nie oszukujmy się, ale nie możemy mieć też pewności czy proponowane urządzenie jest to najlepsze czy to, za które są najlepsze profity dealerskie. Osobiście wolałbym mieć urządzenia jednego producenta, a nie każde innego. Głównie ze względu na łatwość rozwiązywania problemów, serwisu jego kosztów (taniej jak serwisuje nas 1 serwis, a nie np. 3), zarządzanie czy unifikację.

W dobie kryzysu wiele firm ujrzało możliwości zrobienia dobrego interesu na audytach. Decydując się jednak na konkretne badanie sprawdźmy dokładnie koszty i czas w jakim jest nam się zwrócić inwestycja z kosztem audytu włącznie.