Dobór instalacji sprężonego powietrza

Wyprodukowane przez sprężarki powietrze poddane uzdatnianiu charakteryzuje się odpowiednim ciśnieniem i jakością, których instalacja dystrybucji nie powinna pogorszyć. Zagrożenia, jakie mogą się pojawić w trakcie przesyłu sprężonego powietrza to spadek ciśnienia oraz ograniczenie przepływu.

Instalacja sprężonego powietrza składa się z:

• systemu uzdatniania sprężonego powietrza, który odpowiedzialny jest za jego jakość oraz za przekazywanie go dalej do instalacji,
• sprężarek odpowiedzialnych za produkcję sprężonego powietrza w odpowiedniej ilości i o odpowiednim ciśnieniu,
• zbiorników ciśnieniowych będących magazynem sprężonego powietrza,
• instalacji dystrybuującej sprężone powietrze, czyli rurociągów odpowiedzialnych za dostarczenie sprężonego powietrza do punktów poboru. W skład instalacji wchodzą: rurociąg zasilający (pomiędzy systemem uzdatniania sprężonego powietrza włącznie ze zbiornikiem sprężonego powietrza i rurociągiem rozprowadzającym), rurociąg rozprowadzający oraz rurociągi podłączeniowe, tzw. odejścia.

Spadek ciśnienia i ograniczenie przepływu

Teoretycznie nie powinno się dopuszczać do spadku ciśnienia na drodze przesyłu, ponieważ generuje to nadmierne koszty produkcji, uzdatniania oraz przepływu sprężonego powietrza. Dopuszczalne są jednak odstępstwa. Powszechnie akceptowalne spadki ciśnień dla poszczególnych rurociągów wynoszą odpowiednio:

• rurociąg zasilający – od 0,03 bar do 0,07 bar,
• rurociąg rozprowadzający – od 0,03 bar do 0,05 bar,
• rurociąg podłączeniowy – od 0,02 bar do 0,05 bar,

Spadek ciśnienia pomiędzy sprężarkownią a najbardziej oddalonym odbiornikiem nie powinien jednak przekroczyć w sumie 0,1 bar.

 W celu otrzymania minimalnych spadków ciśnień oraz stałej przepustowości należy dobrać średnice rurociągów tak, aby:

• dla rurociągu głównego i rozprowadzającego prędkość przepływu nie przekraczała 10m/s,
• dla rurociągu podłączeniowego o długości do 15m, nie przekraczała 15m/s.

Odpowiednia średnica rurociągu to nie jedyny czynnik pozwalający zapewnić optymalne warunki odbioru sprężonego powietrza.

Instalacje powinny zmieniać kierunek przepływu powietrza w sposób łagodny, bez nagłych skrętów ponieważ powietrze podczas zmiany kierunku przepływu „odbija się’’ od wewnętrznej ścianki rurociągu. Przy zbyt dużej prędkości przepływu i zbyt nagłej zmianie kierunku, przepływ laminarny (warstwowy) przechodzi w przepływ turbulentny, w którym strumień sprężonego powietrza zostaje rozbity na szereg wirów odpowiedzialnych za spadek ciśnienia. Z tego względu lepiej zastosować kilka kolanek 30^o lub 45^o zamiast kolanka 90^o lub poprowadzić instalację po łuku o dużym promieniu.

Skrócenie długości instalacji pozwoli również na ograniczenie spadku ciśnień. Tam, gdzie to możliwe i uzasadnione odległościami, można poprowadzić instalację w formie zamkniętego pierścienia, zapewniając przepływ sprężonego powietrza z dwóch kierunków. Dodatkowo możemy zredukować spadki ciśnień w całej instalacji poprzez montaż dodatkowych zbiorników blisko miejsc największego poboru.

Równie ważny dla zminimalizowania spadków ciśnień jest dobór materiału instalacji. Wewnętrzna powierzchnia rur powinna być jak najbardziej gładka i nie powinna generować żadnych zawirowań na złączach.

Jakość sprężonego powietrza

Materiał, z którego wykonana jest instalacja wpływa na jakość powietrza przekazywanego  pomiędzy systemem uzdatniania i odbiornikami końcowymi. W miarę upływu czasu eksploatacji może on generować dodatkowe zanieczyszczenia w postaci rdzy. Niemniej największym problemem w utrzymaniu jakości powietrza w instalacji jest wilgoć. Nawet po przejściu przez osuszacz chłodniczy powietrze może zawierać nieznaczną ilość wilgoci. Jest ona nieunikniona przy wyższych temperaturach ciśnieniowego punktu rosy. Na temperaturę sprężonego powietrza w instalacji i wytrącanie się wody wpływają zmienne temperatury otoczenia.

Z tego względu włączenie rurociągu podłączeniowego do rozprowadzającego, powinno zawierać tzw. łabędzią szyję, czyli podłączenie od góry. Dzięki temu woda nie dostanie się do urządzeń pobierających sprężone powietrze i nie spowoduje ich awarii.

W instalacjach sprężonego powietrza wykorzystujących połączenia wtykowe można zastosować dedykowane wodooddzielacze w kształcie trójnika, które zapobiegają wtargnięciu wody kondensacyjnej do przewodów spustowych. Ich instalacja powinna być prowadzona ze spadkiem 1-2% by umożliwić spływ wody do najniższego punktu, w którym musi być zamontowany zawór spustowy lub spust kondensatu.

Dodatkowe wyposażenie instalacji

Instalacja powinna być wyposażona w dodatkowy zawór do podłączenia kompresora na wypadek niesprawności dotychczas eksploatowanego. Rozwiązanie to pozwala na szybkie wznowienie produkcji w sytuacji awaryjnej. Rurociągi podłączeniowe powinny być zakończone zaworami odcinającymi przepływ sprężonego powietrza, co umożliwi odłączenie maszyny produkcyjnej w każdym momencie, bez konieczności wyłączania sprężarki i redukcji ciśnienia. Ta sama zasada dotyczy wszystkich przepływowych urządzeń (filtry, osuszacze, zbiorniki, cyklony itp.), które dodatkowo powinny być zbocznikowane w celu zachowania ciągłości przesyłu powietrza w czasie ich obsługi serwisowej.

Instalacja powinna zawierać również elementy kompensacji. Ze względu na zmiany ciśnień w sieci oraz długości instalacji spowodowane zmianą temperatury oraz naprężenia, w przebiegu rurociągu należy uwzględnić uskoki kompensacyjne średnio co 15-25m. Zastosowanie ich pozwoli uniknąć awarii rurociągu spowodowanych naprężeniami.

Przebieg, średnice oraz materiał instalacji sprężonego powietrza są ważne dla sprawności i niezawodności całego systemu pneumatycznego. Dlatego przed ułożeniem instalacji, doborem materiału oraz średnic należy rozważyć wszelkie dostępne opcje i uwarunkowania.