Strategie magazynowania sprężonego powietrza

Magazynowanie sprężonego powietrza pozwala zapewnić wystarczającą ilość tego medium nawet w sytuacji, gdy pobór będzie wyższy niż wydajność sprężarki. Optymalna strategia magazynowania pozwala ograniczyć pracę sprężarki bez szkody dla ciągłości procesu produkcyjnego. A ilość zbiorników, ich wielkość i lokalizacja zależą od profilu zapotrzebowania na sprężone powietrze, wymaganej jakości powietrza i wielkości sprężarki.

Zbiorniki buforowe są bardzo przydatne w przypadku zmiennego zapotrzebowania na sprężone powietrze.

W przypadku, gdy sprężarka ma mniejszą wydajność niż chwilowe maksymalne zapotrzebowanie na powietrze zbiornik zapewni ciągłość w jego dostarczeniu.

Jako urządzenie ciśnieniowe, zbiorniki wyrównawcze podlegają kontroli Urzędu Dozoru Technicznego. Muszą posiadać zawór bezpieczeństwa, manometr oraz znak zgodności CE. Wraz ze zbiornikiem producent powinien dostarczyć paszport zbiornika oraz świadectwo potwierdzające nastawę zaworu bezpieczeństwa, którego przepustowość musi być większa niż suma wydajności podłączonych sprężarek, a ciśnienie całkowitego otwarcia o 10% wyższe niż maksymalne ciśnienie produkowane przez sprężarki.

Zbiorniki wyrównawcze powinny być wyposażone w spusty kondensatu, a te które narażone są na temperaturę otoczenia niższą niż 0oC, powinny być wyposażone w rozwiązanie przeciwdziałające zamarzaniu skroplin (izolacja termiczna lub grzałki).

Pojemność zbiorników uzależniona jest od wielkości i zmienności poboru sprężonego powietrza, a dobór dla sprężarek pracujących w regulacji odciążenie/dociążenie można wyliczyć z następującego wzoru:

          0,25 x qc x To

V =  ————————

          fmax x (pu – pl) x T1

gdzie:

qc – wydajność sprężarki (l/s)

To– temperatura powietrza wychodzącego ze sprężarki (K)

fmax – maksymalna częstotliwość cyklu (1 cykl/30 sekund)

(pu – pl) – różnica ciśnień pomiędzy odciążeniem i dociążeniem sprężarki (bar)

T1– maksymalna temperatura wlotowa sprężarki (K)

W przypadku, gdy zbiornik ma działać jako bufor sprężonego powietrza i pomijamy częstotliwość załączania sprężarki to wzór będzie miał prostszą postać:

             2 x qc

V =  ————–

        pr x (pu – pl) 

qc – ilość powietrza zużywana przez odbiorniki (m3/min)

pr – ciśnienie robocze (bar)

(pu – pl) – różnica ciśnień górnego i dolnego  (bar)

Wymaganą objętość zbiornika możemy wyliczyć również ze wzoru

            qc x pa 

V = t x ——–

            pu – pl

gdzie
V = objętość zbiornika (m3)
t = czas spadku od górnego do dolnego ciśnienia (min)
qc = zapotrzebowanie na powietrze (m3/min)
pa – ciśnienie atmosferyczne (1 bar)
pu = maksymalne ciśnienie w zbiorniku (bar)
pl = minimalne ciśnienie w zbiorniku (bar)

Niezależnie od wzoru, z którego skorzystamy wynik powinien być bliski współczynnikowi 1: 2 tj. na każdy 1 m3 pojemności zbiornika powinny przypadać 2 m3/min wydajności sprężarki.

Oczywiście dobór wielkości zbiornika należałoby poprzedzić analizą zmienności poboru sprężonego powietrza. 

Aby zagwarantować dostępność sprężonego powietrza w wystarczającej ilości można skorzystać z trzech poniższych sposobów montażu zbiornika:

  • Zbiornik „mokry” – zbiornik zamontowany najbliżej sprężarki, jeszcze przed systemem uzdatniania.  Jego funkcją jest zmagazynowanie sprężonego powietrza, zmniejszenie pulsacji powietrza w instalacji oraz wytrącenie wilgoci, która dostaje się do niego wraz z ciepłym powietrzem.
  • Zbiornik „suchy” – zbiornik zamontowany za układem uzdatniania sprężonego powietrza (filtry, osuszacze). Posiada te same funkcje, co zbiornik mokry, ale dodatkowo zapewnia stabilną pracę filtrów i osuszaczy, ponieważ wymusza ciągły przepływ powietrza przez układ uzdatniania do momentu osiągnięcia maksymalnego ciśnienia w sieci. Jeżeli do sterowania sprężarkami wykorzystywany jest sygnał ciśnieniowy to suchy zbiornik jest najbardziej odpowiednim miejscem poboru sygnału.
  • Dodatkowe zbiorniki montowane daleko od sprężarkowni, o mniejszej pojemności niż podstawowe mokre i suche. Takie rozwiązanie sprawdza się w zakładach produkcyjnych, w których występują procesy zwiększające pobór sprężonego powietrza przez krótki okres czasu. Dynamiczne zmiany spowodowałyby wahania ciśnienia w całym systemie, dlatego zaleca się zamontowanie dodatkowego zbiornika blisko takich procesów. Dzięki temu, wahania ciśnienia nie będą takie duże i nie zakłócą pracy sprężarek.

Prawidłowo dobrane i zlokalizowane zbiorniki sprężonego powietrza zapewniają stabilną i ekonomiczną pracę sprężarek. Wpływają na lepsze warunki pracy układu uzdatniania sprężonego powietrza i pozwalają na rzadsze załączanie sprężarki, co przekłada się na niższe zużycie energii elektrycznej i niższe koszty utrzymania systemu sprężonego powietrza.