Jak wykrywać wycieki sprężonego powietrza, gazu i podciśnienia ORAZ znajdować ukryte zyski

Dźwiękowy detektor wycieków Fluke

Mimo to wiele układów sprężonego powietrza, gazu i podciśnienia jest podatnych na zużycie i niewłaściwe praktyki konserwacyjne, które przyczyniają się do powstania największych strat w całym okresie użytkowania — nieustannie pojawiających się nieszczelności. Mogą być one ukryte za maszynami, w punktach przyłączeniowych, zamocowanych u góry rurach, pękniętych przewodach lub zużytych wężach. Straty szybko się nawarstwiają i mogą nawet prowadzić do przestojów.

Wysokie koszty zmarnowanego powietrza

Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych jedna nieszczelność o wielkości 1/8” (3 mm) w instalacji sprężonego powietrza może kosztować ponad 2500 USD rocznie. Departament szacuje, że przeciętny amerykański zakład, który nie jest odpowiednio konserwowany, może w wyniku nieszczelności obniżyć o 20% swoją łączną wydajność wytwarzania sprężonego powietrza. Rząd Nowej Zelandii w ramach projektu Target Sustainability ocenia, że nieszczelności układów mogą stanowić od 30 do 50% wydajności układu sprężonego powietrza. Szybkie wykrywanie wycieków sprężonego powietrza, gazów i podciśnienia jest istotnym czynnikiem w znajdowaniu ukrytych zysków. Wycieki powietrza mogą również prowadzić do wydatków kapitałowych, przeróbek, przestojów lub problemów z jakością oraz wzrostu kosztów konserwacji.

Aby zmniejszyć straty ciśnienia spowodowane nieszczelnościami, operatorzy często wyrównują je z nadwyżką poprzez zakup większej sprężarki, niż jest to potrzebne, co wymaga znacznych nakładów kapitałowych i prowadzi do wzrostu kosztów energii. Nieszczelności w instalacji mogą również spowodować awarię urządzeń zależnych od panującego w niej ciśnienia wynikającą z jego spadku. To z kolei może prowadzić do opóźnień w produkcji, nieplanowanych przestojów, problemów z jakością, skrócenia okresu eksploatacji i zwiększenia liczby czynności konserwacyjnych ze względu na niepotrzebne cykle pracy sprężarek.

Na przykład kierownik utrzymania ruchu jednego z producentów w Stanach Zjednoczonych mówi, że niskie ciśnienie w jednym z narzędzi do dokręcania może potencjalnie doprowadzić do pojawienia się wad produktowych. „Zbyt lekkie lub zbyt mocne dokręcenie może doprowadzić do wycofywania urządzeń z rynku. Skutkuje to również większą liczbą roboczogodzin poświęconych czynnościom, które powinny być standardowym procesem”, mówi. „To strata pieniędzy w formie utraconych zysków i produktów. W najgorszym przypadku tracimy także potencjalnych klientów, ponieważ nie jesteśmy w stanie dostarczyć właściwych produktów”.

Nic dziwnego, że układy sprężonego powietrza w przedsiębiorstwach użyteczności publicznej, zakładach przemysłowych i jednostkach rządowych traktowane są jako potencjalne źródło oszczędności. Wycieki prowadzą do strat. Ich usunięcie pomaga operatorowi zaoszczędzić pieniądze i uniknąć konieczności zwiększenia wydajności układu przez zastosowanie dodatkowych urządzeń.

Ich znalezienie i usunięcie nie jest łatwe.

W wielu zakładach i obiektach nie wdrożono programu wykrywania nieszczelności. Ich znalezienie i usunięcie nie jest łatwe. Określenie ilości odpadów i obliczenie kosztów wymaga zatrudnienia specjalistów ds. energii lub konsultantów przeprowadzających audyty układów zasilania powietrzem przy użyciu analizatorów i rejestratorów energii. Systematyczne obliczanie rocznych oszczędności związanych z eliminowaniem wycieków może stanowić dobre uzasadnienie biznesowe dla realizacji tego rodzaju projektu.

Audyty energetyczne układów sprężonego powietrza są często przeprowadzane we współpracy z organizacjami przemysłowymi, rządowymi i pozarządowymi (NGO). Program partnerski Compressed Air Challenge (CAC) stanowi przykład współpracy podjętej z inicjatywy tych grup. Jego głównym celem jest dostarczanie rzetelnych informacji i materiałów edukacyjnych, które pomogą przedsiębiorstwom w wytwarzaniu i wykorzystywaniu sprężonego powietrza przy zachowaniu maksymalnej, zrównoważonej wydajności.

Dlaczego ultradźwiękowe wykrywanie wycieków jest nieskuteczne

Typowe praktyki w zakresie wykrywania nieszczelności są niestety dość prymitywne. Tradycyjna metoda polega na nasłuchiwaniu syczących dźwięków, które są praktycznie niemożliwe do usłyszenia w wielu środowiskach, a także spryskaniu wodą z mydłem obszaru potencjalnego wycieku, co powoduje bałagan i stwarza ryzyko poślizgnięcia się.

Najpopularniejszym obecnie przyrządem służącym do wykrywania wycieków ze sprężarki jest ultradźwiękowy czujnik akustyczny — przenośne urządzenie elektroniczne, które rozpoznaje dźwięki o wysokiej częstotliwości związane z wyciekami powietrza. Typowe czujniki ultradźwiękowe ułatwiają wykrywanie wycieków, ale ich obsługa jest czasochłonna, a personel serwisowy może z nich korzystać tylko w czasie planowanych przestojów, podczas których jego czas mógłby zostać efektywniej spożytkowany na konserwację innych maszyn o kluczowym znaczeniu. Przyrządy te wymagają również, aby w celu znalezienia nieszczelności operator znajdował się w pobliżu testowanego urządzenia, co utrudnia ich obsługę w trudno dostępnych miejscach, takich jak sufity czy obszary znajdujące się za urządzeniami.

Oprócz czasu potrzebnego do wykrycia nieszczelności za pomocą mydlin lub czujników ultradźwiękowych mogą wystąpić problemy z bezpieczeństwem w przypadku znalezienia nieszczelności nad sprzętem lub pod nim przy użyciu tych technik. Wspinanie się po drabinach lub czołganie się w pobliżu sprzętu może stanowić zagrożenie.

Wykrywanie wycieków sprężonego powietrza to przełom

A jeśli istniałaby technologia wykrywania nieszczelności, która umożliwiałaby precyzyjne określenie miejsca wycieku z odległości do 50 metrów, nawet w głośnym otoczeniu, bez konieczności wyłączania sprzętu? Firma Fluke opracowała kamerę przemysłową, która spełnia te wymagania. Kierownicy utrzymania instalacji przemysłowych nazywają przemysłową kamerę dźwiękową Fluke ii900 „przełomowym rozwiązaniem” w dziedzinie wykrywania wycieków sprężonego powietrza.

Ten nowy model przemysłowej kamery dźwiękowej, wykrywający szerszy zakres częstotliwości niż tradycyjne urządzenia ultradźwiękowe, wykorzystuje nową technologię SoundSight™ w celu zapewnienia lepszego wizualnego rozpoznawania wycieków powietrza, działającą na zasadzie podobnej do wykrywania gorących miejsc przez kamery termowizyjne.

Model ii900 jest wyposażony w zestaw niewielkich, niezwykle czułych mikrofonów, które wykrywają zarówno fale dźwiękowe, jak i ultradźwiękowe. ii900 rozpoznaje źródło dźwięku w miejscu potencjalnej nieszczelności i stosuje zastrzeżone algorytmy, które interpretują dźwięk jako wyciek. W efekcie powstaje obraz SoundMap™ — mapa kolorów nałożona na obraz światła widzialnego — wskazujący dokładnie miejsce nieszczelności. Wyniki są wyświetlane na siedmiocalowym ekranie LCD jako zdjęcia lub obrazy wideo w czasie rzeczywistym. W kamerze ii900 można zapisać do 999 plików obrazów lub 20 plików wideo do celów prowadzenia dokumentacji lub zapewnienia zgodności z przepisami.

Istnieje możliwość szybkiego skanowania dużych obszarów, co pomaga zlokalizować wycieki szybciej niż przy zastosowaniu innych metod. Można również filtrować zakresy intensywności i częstotliwości. Zespół w dużym zakładzie produkcyjnym użył ostatnio dwóch prototypowych urządzeń ii900 do zlokalizowania 80 wycieków sprężonego powietrza w ciągu jednego dnia. Kierownik ds. konserwacji stwierdził, że w przypadku użycia tradycyjnych metod znalezienie takiej liczby wycieków zajęłoby kilka tygodni. Szybkie wykrywanie i usuwanie wycieków pozwoliło ekipie także skrócić czas przestoju, który może kosztować zakład około 100 tys. USD za godzinę utraconej zdolności produkcyjnej.

Gdzie można znaleźć wycieki:

• Łączniki
• Przewody
• Rury
• Złączki
• Gwintowane złączki rurowe
• Szybkozłączki
• Zestawy FRL (kombinacje filtrów, regulatorów i smarownic)
• Syfony kondensatu
• Zawory
• Kołnierze
• Dławnice
• Zbiorniki pneumatyczne

Ile powietrza marnuje się w Państwa zakładzie?

Pierwszym krokiem w ramach kontrolowania nieszczelności w układach sprężonego powietrza, gazu i podciśnienia jest oszacowanie obciążenia. Niewielkie wycieki (poniżej 10%) to typowe zjawisko. Wszystko, co wykracza poza ten zakres, jest uważane za marnotrawstwo. Najpierw należy określić aktualne obciążenie wyciekami, aby można było je wykorzystać jako punkt odniesienia do porównania po wprowadzeniu usprawnień.

Najlepszą metodą szacowania obciążenia jest wykorzystanie układu sterowania. Jeśli maszyna jest wyposażona w układ z elementami sterującymi uruchomieniem/zatrzymaniem, wystarczy uruchomić sprężarkę, gdy nie ma na jej pracę zapotrzebowania ze strony układu — po godzinach pracy lub poza zmianą. Następnie należy wykonać kilka odczytów cykli sprężarki, aby określić średni czas rozładowania układu. Odciążenie układu bez pracującego sprzętu jest spowodowane wyciekami.

Wyciek (%) = (T x 100) ÷ (T + t)T = czas pracy przy obciążeniu (minuty), t = czas pracy bez obciążenia (minuty)

Aby oszacować obciążenie wyciekami w układach o bardziej złożonych strategiach sterowania, należy umieścić manometr za objętością (V, w stopach sześciennych), w tym za wszystkimi odbiornikami pomocniczymi, siecią zasilającą i orurowaniem. Bez zapotrzebowania ze strony układu, z wyjątkiem nieszczelności, doprowadzić układ do normalnego ciśnienia roboczego (P1, w psig). Wybrać drugie ciśnienie (P2, około połowy wartości P1) i zmierzyć czas (T, w minutach), który jest potrzebny, aby ciśnienie w układzie spadło do wartości P2.

Wyciek (w cfm wolnego powietrza) = [(V × (P1 – P2) ÷ (T × 14,7)] × 1,25

Mnożnik 1,25 koryguje wyciek do normalnego ciśnienia w układzie, tym samym uwzględniając zmniejszenie wycieku wraz ze spadkiem ciśnienia w układzie.

Efektywne usuwanie wycieków może prowadzić do znaczącej redukcji kosztów w przypadku firm zależnych od zasilania sprężonym powietrzem. Przedsiębiorstwa mogą nie tylko oszczędzać energię poprzez usuwanie nieszczelności, ale także podwyższać poziom produkcji i wydłużać okres eksploatacji sprzętu.