Nieszczelności instalacji sprężonego powietrza są nieuniknione i generują koszty, mimo że produkcja działa bez widocznych zakłóceń. Sprężarka nadal pracuje, instalacja utrzymuje ciśnienie, a maszyny dostają potrzebne powietrze. Problem pozostaje więc niewidoczny.
Każdy wyciek oznacza powietrze, które sprężarka wyprodukowała, ale zakład go nie wykorzystał. Energia potrzebna do jego wytworzenia została już zużyta. Im dłużej nieszczelności pozostają niewykryte, tym dłużej firma za nie płaci.
Jak sprawdzić rzeczywisty koszt? Najpierw trzeba znaleźć wycieki i określić ich skalę.
Dlaczego wycieki sprężonego powietrza kosztują więcej, niż się wydaje?
Wytworzenie sprężonego powietrza wymaga dużej ilości energii elektrycznej – od 10% do 40% całkowitego zużycia energii w zakładach przemysłowych. Sprężarka pobiera energię, aby wytworzyć wymagany przepływ i utrzymać ciśnienie robocze.
Gdy instalacja jest nieszczelna, część tej pracy idzie na marne. Sprężarka musi uzupełniać powietrze, które ucieka przez nieszczelne elementy.
Pojedynczy niewielki wyciek może nie zwrócić uwagi obsługi. Gorzej, gdy podobnych punktów jest kilkadziesiąt – co jest najczęstszym przypadkiem. Wtedy straty zaczynają się sumować do znacznych wartości.
Problem narasta też z czasem. Połączenia są narażone na drgania, uszczelnienia się zużywają, a kolejne modyfikacje instalacji tworzą nowe potencjalne miejsca nieszczelności. Szczelność nie jest więc stanem gwarantowanym raz na zawsze.
Jak obliczyć koszt wycieków sprężonego powietrza?
Większość internetowych poradników podaje ten sam teoretyczny wzór:
koszt wycieku = przepływ traconego powietrza × koszt wytworzenia jednostki sprężonego powietrza × czas pracy instalacji.
Jednak w praktyce jest to równanie z dwiema niewiadomymi. W większości zakładów bez stałego opomiarowania lub regularnie wykonywanych audytów, ani rzeczywisty przepływ, ani jednostkowy koszt wytworzenia sprężonego powietrza nie są znane.
W dalszej części artykułu opisujemy dwie bezkosztowe metody wraz z interaktywnymi kalkulatorami, które pozwolą Ci oszacować te wartości we własnym zakresie.
Przed przejściem do pomiarów, warto jednak zapoznać się z potencjalną skalą zjawiska. Poniższe zestawienia pokazują, jak nieszczelności mogą przekładać się na finanse fabryki w zależności od stanu instalacji.
Tabele strat: szacunkowy koszt i udział wycieków przy ciśnieniu 7 bar
Szacunkowy koszt poszczególnych wycieków:
| Średnica nieszczelności | Szacowany wyciek | Moc sprężarki | Szacowany roczny koszt |
| 1 mm | ~4 m³/h | ~0,5 kW | ~2 400 zł |
| 2 mm | ~16 m³/h | ~1,9 kW | ~9 100 zł |
| 3 mm | ~35 m³/h | ~4,2 kW | ~20 100 zł |
| 5 mm | ~95 m³/h | ~11,5 kW | ~55 200 zł |
*Kalkulacja dla ciśnienia 7 bar, czasu pracy 6 000 godzin rocznie, koszt energii elektrycznej 0,80zł/kWh, koszt jednostkowy 0,12 kWh/m³.
Szacunkowy udział wycieków:
Jeśli w zakładzie nie prowadzono dotąd regularnych pomiarów, udziału wycieków w całkowitym zapotrzebowaniu na sprężone powietrze można spodziewać się w zakresach według poniższych podziałów:
| Stan instalacji | Opis | Udział wycieków w średnim zapotrzebowaniu |
| Dobry | Regularne detekcje ultradźwiękowe i naprawy nieszczelności. Najlepszy realistycznie osiągalny poziom. | 5-10% |
| Średni | Nieszczelności usuwane doraźnie, nieregularnie i bez detekcji ultradźwiękowej. | 10-20% |
| Zły | Brak kontroli szczelności i napraw. Nieszczelności usuwane wyłącznie w przy okazji większych awarii. | 20-30% |
| Krytyczny | Starsza instalacja po wielu modyfikacjach bez kontroli szczelności, wyraźnie słyszalne nieszczelności. | 30-50%+ |
Jak oszacować straty z wycieków we własnym zakresie? Dwie bezkosztowe metody.
Wstępną weryfikację skali problemu można przeprowadzić samodzielnie podczas weekendowego przestoju lub przerwy technologicznej, gdy odbiorniki produkcyjne są całkowicie wyłączone.
Metoda 1: Próba spadku ciśnienia
Uniwersalny test sprawdzający tempo ucieczki medium z wyłączonego układu:
- Przy wyłączonych maszynach produkcyjnych nabij instalację do standardowego ciśnienia roboczego, a następnie wyłącz sprężarki.
- Zmierz stoperem czas, w jakim ciśnienie w instalacji spadnie o dokładnie 1 bar, np. z 8 do 7 bar. (Pomiar większego spadku np. z 8 do 4 bar nie zapewni miarodajnych wyników, ponieważ przepływ nieszczelności zależy od ciśnienia)
Orientacyjny przepływ nieszczelności oblicza się ze wzoru:
Qwycieków = (V x ΔP) / t
gdzie:
V – całkowita objętość układu [m³]
ΔP – spadek ciśnienia [bar]
t – zmierzony czas spadku [min]
Qwycieków – strata powietrza [m³/min]
[Kalkulator metody 1 – dodam shortcode po wrzuceniu artykułu na blog]
Ograniczenie: Parametr V to nie tylko pojemność zbiornika, ale także całkowita pojemność rurociągów. Przy długich magistralach, rury potrafią mieścić drugie tyle powietrza co sam zbiornik buforowy. Pominięcie objętości sieci prowadzi do drastycznego zaniżenia wyliczonych strat.
Metoda 2: Test cyklu sprężarki
Metoda dedykowana jedynie dla instalacji z klasycznymi sprężarkami stałoobrotowymi:
- Pozostaw załączoną główną sprężarkę na czas 30 minut przy wyłączonych maszynach na hali.
- Zmierz stoperem łączny czas, w którym sprężarka pracuje pod dociążeniem.
Średni przepływ strat wylicza się ze wzoru:
Qwycieków = Qsprężarki x (Tdociążenia/Tcałkowity)
gdzie:
Qsprężarki – wydajność sprężarki przy ciśnieniu roboczym [m3/min]
Tdociążenia – łączny czas dociążenia [min]
Tcałkowity – łączny czas pomiaru (docelowo 30 minut) [min]
[Kalkulator metody 2 – dodam shortcode po wrzuceniu artykułu na blog]
Ograniczenie: Sposób ten sprawdza się wyłącznie przy sprężarkach stałoobrotowych. Jeśli w sieci pracuje sprężarka zmiennoobrotowa, wynik nie odda rzeczywistej skali problemu.
Jak obliczyć koszt wytworzenia 1 m3 sprężonego powietrza?
Gdy znasz już orientacyjny wolumen powietrza uciekającego przez nieszczelności, aby obliczyć ich roczny koszt, musisz najpierw poznać rzeczywisty koszt wytworzenia 1 m3 sprężonego powietrza.
Ważne, aby uniknąć kardynalnego błędu – użycia w obliczeniach znamionowej mocy sprężarki zamiast jej rzeczywistego poboru prądu. Sprężarka z silnikiem o mocy znamionowej 75 kW, zazwyczaj w rzeczywistości pobiera z sieci od 80 do 90 kW.
Żeby osiągnąć wynik jak najbliższy rzeczywistego, w dokumentacji technicznej urządzenia znajdź dwa parametry:
- Całkowity pobór mocy
- Wydajność rzeczywista FAD przy docelowym ciśnieniu roboczym
Dzieląc te wartości, a następnie mnożąc wynik przez cenę 1 kWh, otrzymujesz jednostkowy koszt sprężonego powietrza:
Koszt 1 m3 [PLN] = (Całkowity pobór mocy [kW] / Wydajność FAD [m3/h]) x Cena za 1 kWh [PLN]
Kalkulator kosztów nieszczelności sprężonego powietrza
Mając wyliczony wolumen uciekającego sprężonego powietrza oraz koszt jednostkowy, wykorzystaj poniższy kalkulator do obliczenia rocznego kosztu nieszczelności: WKRÓTCE NA STRONIE
Tytuł headingu do wymyślenia (Jak precyzyjnie wyznaczyć koszt wycieków? Jak prowadzić stały nadzór nad poziomem wycieków?)
Powyższe metody pozwalają określić rząd wielkości problemu, ale bazują na założeniach i dużych uproszczeniach. Jedyną metodą pozwalającą na precyzyjne wyznaczenie skali oraz kosztów wycieków jest pomiar zapotrzebowania sprężonego powietrza.
- Kompleksowy audyt optymalizacyjny: pomiar przepływu stanowi fundament pełnego audytu efektywności sprężarkowni. Inwentaryzacja wraz z zestawieniem profilu przepływu, ciśnienia i poboru mocy elektrycznej pozwala zweryfikować realną sprawność wytwarzania sprężonego powietrza, precyzyjnie określić poziom wycieków i dobrać odpowiednie parametry sprężarek.
- Stały monitoring przepływu: przepływomierz termiczny zamontowany na głównej magistrali pozwala między innymi na ciągły nadzór nad poziomem wycieków w całym zakładzie, lub przy kilku przepływomierzach – w poszczególnych sekcjach hali produkcyjnej.
Poznanie skali i kosztów wycieków odpowiada na pytanie ile ucieka z budżetu, jednak żadna z tych metod nie wskaże dokładnej lokalizacji nieszczelności. Hala produkcyjna to tysiące potencjalnych źródeł wycieków, kolejnym krokiem musi być ich fizyczne namierzenie.
Gdzie najczęściej szukać nieszczelności instalacji sprężonego powietrza?
Wyciek nie zawsze oznacza uszkodzenie głównego rurociągu – paradoksalnie, rurociągi są najrzadziej przeciekającym elementem. Często problem pojawia się w znacznie mniej oczywistym miejscu.
Podczas kontroli trzeba zwrócić uwagę między innymi na:
- połączenia instalacji,
- przewody elastyczne,
- szybkozłącza,
- zawory,
- uszczelnienia,
- elementy przy odbiornikach,
- miejsca po naprawach lub zmianach instalacji.
To ważne, ponieważ szukanie tylko jednej dużej awarii da fałszywy obraz sytuacji. Spotkaliśmy się kiedyś z otwartym przez 1.5 miesiąca zaworem bezpieczeństwa, o którym nikt nie wiedział a który wymuszał pracę dwóch dodatkowych sprężarek, ale takie sytuację należą do rzadkości. W znakomitej większości zakładów to łączny koszt wielu mniejszych wyciekówobciąża sprężarkownię i podwyższa rachunek za energię elektryczną.
Naprawa jednego punktu nie oznacza więc automatycznie, że cała instalacja odzyskała szczelność. Wręcz przeciwnie – pojedyncze naprawy zazwyczaj nie mają praktycznie żadnego wpływu na sumaryczne straty z wycieków. Często naprawienie jednego dużego wycieku powoduje wzrost ciśnienia przy dalszych, mniejszych wyciekach, wzmacniając je i skutkując niewielką różnicą. Aby naprawa nieszczelności przyniosła oczekiwany efekt, koniecznym jest sprawdzenie całego układu i naprawienie przynajmniej 80% punktów wycieków.
Po czym poznać, że instalacja traci sprężone powietrze?
Większości nieszczelności nie da się usłyszeć podczas normalnej pracy hali, a jeśli jakieś słychać – muszą one być bardzo duże i świadczą o poważnej skali problemu. Hałas maszyn zazwyczaj skutecznie maskuje wszystkie większe nieszczelności. Z kolei większość mniejszych wycieków generuje fale dźwiękowe w paśmie ultradźwięków, w zakresie 38-42 kHz który nie jest słyszalny dla ludzkiego ucha.
Sygnałem ostrzegawczym może być zmiana zachowania całego układu. Sprężarka pracuje dłużej, częściej się załącza albo trudniej utrzymuje wymagane parametry.
Podejrzenie powinny wzbudzić między innymi:
- częstsza praca sprężarki bez wzrostu produkcji,
- problemy z utrzymaniem ciśnienia,
- spadki ciśnienia przy odbiornikach,
- niepoprawna lub nieregularna praca elementów maszyn zasilanych sprężonym powietrzem,
- większe zużycie energii bez oczywistej przyczyny,
- słyszalny syk po zatrzymaniu maszyn,
- Spadek ciśnienia w zbiorniku po zatrzymaniu produkcji.
Żaden z tych objawównie wskazuje konkretnej skali ani miejsc wycieków. Pokazuje jednak, że instalację warto sprawdzić zamiast kompensować problem nadmierną pracą sprężarki.
Dlaczego zwiększenie ciśnienia nie rozwiązuje problemu?
Spadek ciśnienia często prowokuje prostą reakcję: podnosimy nastawy sprężarki. Odbiorniki znów pracują prawidłowo, więc problem pozornie znika.
Nieszczelności jednak pozostają.
Sprężarka musi teraz pracować przy nowych warunkach, a powietrze nadal ucieka. Co gorsza, wyższe ciśnienie dodatkowo zwiększa pobór energii sprężarek o ok. 7% na każdy 1 bar oraz zwiększa ilość powietrza uciekającą przez nieszczelności.Zamiast usunąć przyczynę, zakład próbuje skompensować jej skutki w bardzo kosztowny sposób.
Czasami taka sytuacja potrafi nawet skutkować zakupem dodatkowej, w rzeczywistości zbędnej, sprężarki przez zakład.
To szczególnie ryzykowne przy rozbudowanych instalacjach. Problem może leżeć w konkretnym odcinku, połączeniu albo grupie odbiorników.
Naturalnie zwiększenie nastawów lub zapewnienie dodatkowej wydajności jest konieczne dla utrzymania ciągłości produkcji, jednak powinno być traktowane wyłącznie jako tymczasowe rozwiązanie pozwalające znaleźć źródło problemu, a zakup dodatkowej sprężarki powinien być poprzedzony analizą rzeczywistego zapotrzebowania.
Jak audyt sprężonego powietrza pomaga znaleźć straty?
Samo stwierdzenie „mamy nieszczelności” niewiele zmienia. Dział utrzymania ruchu potrzebuje informacji, gdzie znajduje się problem i które miejsca naprawić w pierwszej kolejności.
Temu służy audyt instalacji.
W ramach Audytu LeakStop zespół dwóch audytorów MARCOM TECH wykorzystuje detekcję ultradźwiękową do lokalizacji i kwantyfikacji nieszczelności. Wykryte punkty są przez nas oznaczane i dokumentowane, a wielkość strat przekładamy na szacowany koszt energii. Dzięki temu dział utrzymania ruchu otrzymuje listę wszystkich nieszczelności wraz z dokumentacją fotograficzną, naniesieniem ich na mapę zakładu oraz rekomendowaną kolejnością napraw.
Kontrola pozwala przejść od przypuszczeń do konkretnych punktów wymagających uwagi. Dzięki temu zespół nie musi szukać i naprawiać wycieków metodą prób i błędów, tylko może przejść do konkretnych działań naprawczych o przewidywalnych rezultatach.
Audyt daje też podstawę do oceny ekonomicznej. Jeśli znamy skalę strat, możemy zestawić ją z kosztem naprawy.
Kiedy warto przeprowadzić Audyt LeakStop?
Nie trzeba czekać, aż nieszczelność zacznie zakłócać produkcję. Często problem może istnieć już od dłuższego czasu.
Kontrolę warto rozważyć szczególnie wtedy, gdy:
- rośnie zużycie energii w sprężarkowni,
- sprężarka pracuje częściej niż wcześniej,
- instalacja ma problem z utrzymaniem ciśnienia,
- sieć była ostatnio rozbudowywana lub modyfikowana,
- zakład dawno nie sprawdzał szczelności instalacji,
- obsługa podejrzewa kilka miejsc utraty powietrza.
Audyt LeakStop wspiera znalezienie nieszczelności instalacji sprężonego powietrza i ocenę strat. Jeśli chcesz sprawdzić, gdzie instalacja traci powietrze, zacznij od pomiaru. Skontaktuj się z MARCOM TECH i opisz swoją instalację. Nasz zespół dobierze zakres Audytu LeakStop do sytuacji w zakładzie.
