Bevezetés: a legdrágább levegő az, amiről nem tudunk

Egy üzem áramszámlájában a sűrített levegő nem külön sorban szerepel: benne van a havi villanyszámlában, a gépek, a világítás és a fűtés mellett, ezért ritkán veszi észre bárki, mekkora tétel. Pedig a sűrített levegő az egyik legdrágább energiahordozó a gyártásban: a kompresszor áramának jó része nem hasznos munkára megy, hanem hőre, üresjáratra és szivárgásra. Hogy ebből Önnél mennyi, azt a legtöbb üzemben senki nem tudja megmondani.

Ez az anyag végigköveti a levegő útját a kompresszortól a gépig. Minden állomásnál megmutatja, hol folyik el a pénz, és mivel lehet ezt kis ráfordítással megállítani vagy jelentősen mérsékelni. Nem elméletet adunk, hanem olyan gyakorlati lépéseket, amelyeket már ma el lehet kezdeni.

35 éve dolgozunk sűrített levegővel, és a saját üzemünkben is végigjártuk ezt az utat. A Hafner Pneumatika 35 éve tervez, szállít és épít pneumatikus rendszereket és léghálózatokat. Évek óta foglalkozunk kifejezetten a sűrített levegő költségeinek csökkentésével is. Eleinte szivárgáskeresővel vizsgáltuk a hálózatokat, de megtanultuk, hogy ez önmagában sok esetben nem elég: a kereső a legtöbb esetben megmutatja ugyan, hol sziszeg a levegő, de azt nem, mennyibe kerül. Ezért amit ma mérünk: a kompresszor áramfelvétele, a hálózatba menő levegő mennyisége, illetve a gyártás nélküli időszakok fogyasztása. A saját üzemünkben így értük el, hogy a szerelde léghálózata ma a korábbi áramköltség negyedével, a forgácsoló üzemé pedig a felével dolgozik. Ebben az anyagban megmutatjuk, hogyan értük el mindezt.

Mit talál az anyagban?

1. Hogyan épül fel egy léghálózat?
2. Hol folyik el a pénz? (áttekintés)
3. A kompresszor: melyik gép mikor éri meg?
4. Tiszta levegő: miért nem spórolható meg a szárítás és a szűrés?
5. Mennyibe kerül a szivárgás?
6. Mérje meg, mielőtt keres!
7. A csőhálózat: anyagválasztás és csere leállás nélkül.
8. Csövek és csatlakozók a gépig.
9. Gyors megtakarítások, amelyeket már ma elkezdhet megvalósítani.
10. Miben tudunk segíteni?

1. Hogyan épül fel egy léghálózat?

A levegő hosszú utat tesz meg, mire munkát végez. Minden állomás vagy védi, vagy rontja a hatékonyságot:

• Szívóoldali légszűrő: már a kompresszor beszívási pontnál megfogja a por és a szilárd szennyeződés nagy részét.
• Kompresszor: a rendszer szíve, és egyben a legnagyobb áramfogyasztója. Ma az iparban a csavarkompresszor a legelterjedtebb, de a dugattyús is gyakori.
• Szárító és rendszerszűrők: a sűrítés után a levegőből víz válik ki, és a kompresszorból olaj is kerülhet bele. Ezeket itt, a forrásnál kell eltávolítani, mert ha továbbjutnak, az egész hálózatot és minden gépet károsítanak: a víz acélcsőben rozsdát okoz, kimossa a kenőanyagot a szelepekből és munkahengerekből, télen a hideg szakaszokban megfagyhat, az olaj és a rozsda pedig eltömíti a szűrőket és a szelepeket, és a termékre is kerülhet. A részletek a 4. fejezetben.
• Légtartály kondenzlevezetővel: puffer a fogyasztási csúcsokra, és itt gyűlik össze a kicsapódó víz egy része.
• Léghálózat: a gerincvezeték és a leágazások viszik a levegőt a felhasználás helyére. A jó kialakítás egyszerre üzembiztonság és energiamegtakarítás.
• Helyi levegő-előkészítő a gépeknél: szűrő, nyomásszabályzó, szükség esetén olajozó, mert minden gépnek más nyomás és tisztaság kell.
• Csövek, csatlakozók és a fogyasztók: szelepek, munkahengerek, szerszámok. Itt végződik az út, és itt keletkezik a szivárgások nagy része.

Ha mélyebben érdekli az egyes elemek működése, a Hafner Tudástár pneumatika-oktatásának 2. fejezete részletesen bemutatja.

2. Hol folyik el a pénz?

Hat jellemző helyen, és a legtöbb üzemben egyszerre több is jelen van:

• Rosszul megválasztott kompresszor: túl nagy, túl régi vagy rosszul vezérelt gép, amely üresjáratban is sok áramot vesz fel.
• Szivárgás: a hálózat éjjel-nappal fogyaszt, akkor is, amikor nincs gyártás.
• Szennyezett vagy nedves levegő: a víz, az olaj és a por tönkreteszi a szelepeket és a munkahengereket, acélcsőben rozsdát okoz.
• Eltömődött szűrők, alulméretezett csövek: nyomásesést okoznak. Ezt rendszerint a kompresszor nyomásának emelésével „javítják”, ami így több áramot fogyaszt.
• Elöregedett csőhálózat: a régi szénacél cső belül korrodál, a rozsda szennyez, és előbb-utóbb szivárgáshoz vezet.
• Indokolatlan felhasználás: nyitva hagyott fúvatás, levegővel söprögetés, nem használt gépcsoportok, amelyek nyomás alatt maradnak, és szivároghatnak.

3. A kompresszor: melyik gép mikor éri meg?

A kompresszor ára a teljes életciklus-költség kisebbik része; a nagyobbik az áram, amit tíz-tizenöt év alatt elfogyaszt. A gépválasztás ezért nem beszerzési, hanem üzemeltetési döntés.

A fordulatszám-szabályozás nem minden esetben nyer. Alacsony vagy erősen ingadozó légigénynél jelentős megtakarítást hoz: nálunk a két kompresszorcsere 30, illetve 50 százalékot. Ha viszont a kompresszor egész nap közel teljes terheléssel jár, a frekvenciaváltó saját vesztesége miatt kicsit többet fogyaszt, mint egy jó fix fordulatú gép. Állandó, magas terhelésről akkor beszélünk, ha a gép a munkaidő szinte egészében közel a teljes teljesítményén termel, és a levegőigény alig ingadozik, például egy három műszakban, egyenletesen dolgozó gyártósornál. Ilyenkor a fordulatszám-szabályozásnak nincs mit visszavennie, a frekvenciaváltó saját vesztesége viszont megmarad. A tanulság: előbb mérje meg a levegőigényt, és csak utána válasszon gépet.

A régi gépek többe kerülnek, mint gondolná. Sok régebbi csavarkompresszort csak a szívószelep fojtásával szabályoznak. Az ilyen, tehermentesítés nélküli gép a szakmai forrás szerint akkor is a teljes teljesítmény kb. 70 százalékát veszi fel, amikor a levegőleadása már nullára csökkent. A régi dugattyús gépeknél pedig a dugattyúgyűrűk kopásával egyre több olaj jut a levegőbe.

Mekkora a megtakarítás? Egy, az Európai Bizottság számára készült tanulmány szerint az alábbi intézkedések a rendszerek jelentős részénél alkalmazhatók:

A tanulmány ezekből és további kilenc intézkedésből számolja ki, hogy az EU sűrítettlevegő-rendszereinek energiafelhasználása átlagosan kb. 33 százalékkal csökkenthető lenne. Ez átlag: benne vannak azok az üzemek is, ahol egy-egy intézkedés nem alkalmazható. Ahol több lépés is megtehető, ott a megtakarítás ennél jóval nagyobb lehet. A saját két kompresszorcserénk: a szereldében egy régi, 10 bar-os dugattyús gépet cseréltünk fordulatszám-szabályozott csavarkompresszorra, ez önmagában kb. 50 százalékkal csökkentette az áramfogyasztást. A forgácsolóban egy régi, fix fordulatú csavarkompresszor helyére került fordulatszám-szabályozott: ez kb. 30 százalékot hozott.

Egy gyártói esettanulmányban egy 20 éves, 90 kW-os gép helyére állított új, 75 kW-os gép több levegőt ad, és évente közel 12 százalékkal kevesebb áramot fogyaszt.

4. Tiszta levegő: miért nem spórolható meg a szárítás és a szűrés?

A kompresszor olyan, mint egy óriási porszívó: beszívja a környezet minden szennyeződését, a sűrítéssel koncentrálja, és ha nincs megfelelő előkészítés, egyenesen a hálózatba küldi.

Honnan jön a szennyeződés?

• A beszívott levegőből: por, korom, a közlekedésből és az iparból származó olajgőz. Ipari csarnokban, ahol hűtő-kenő folyadékot használnak, a levegő olajtartalma a 10 mg/m³-t is messze meghaladhatja.
• A párából: a levegő mindig tartalmaz vizet, ami a sűrítés utáni lehűléskor kicsapódik. Egy példa a tananyagunkból: egy percenként 10 m³ levegőt beszívó csavarkompresszornál, 20 °C-on és 60 százalékos páratartalomnál egy nyolcórás műszak alatt közel 31 liter víz keletkezik. Ennek a víznek nem a gépekben a helye.
• A kompresszorból: az olajkenésű kompresszor levegője kisebb-nagyobb mértékben olajos.
• A csőhálózatból: acélcsőben a víz rozsdát okoz, ami újabb szennyeződés.

Mit hova tegyen?

• Közvetlenül a kompresszor után, ebben a sorrendben: utóhűtő és vízleválasztó, puffertartály, szárító, szűrők, és ideális esetben egy második tartály a szárító után. Itt a legolcsóbb megfogni a vizet, az olajat és a port, mielőtt az egész hálózatban szétterjed. A szárítatlan levegőből a hidegebb csőszakaszokban tovább csapódik ki a víz, ami korrózióhoz és a gépeknél szennyeződéshez vezet.
• Központilag csak a szükséges minimumot: a brit sűrítettlevegő-szövetség (BCAS) ajánlása szerint az összes levegőt elég a legalacsonyabb elfogadható szintre tisztítani, és a különösen tiszta levegőt igénylő helyeken helyben finomítani. A túlszűrés nyomásesést, vagyis felesleges áramot jelent. Saját példánk: kompresszor bekapcsolásának a határértékét visszavettük 10,5 bar-ról 10,2 bar-ra (a hálózat legtávolabbi pontján mérve).
• A gépeknél: helyi szűrő és nyomásszabályzó, mert a csőhálózatban is keletkezhet szennyeződés, és minden gépnek más szűrési finomság és nyomás kell.

A kondenzlevezető: a csendes szivárgás. A kézi szelepet gyakran résnyire nyitva hagyják, az időzített levezető pedig akkor is levegőt fúj ki, ha nincs mit leereszteni. A svájci energiaügyi hivatal útmutatója szerint minden időzített levezetőt érdemes szintérzékelősre cserélni. Ne feledje: a szárítóban és a kompresszorban is van levezető, sokszor eldugva.

Három tévhit, amely sokba kerül:

• „A hálózati szűrő majd kiszárítja.” Nem. Az általános szűrők csak a szilárd szennyeződést és a cseppekben összegyűlt vizet fogják meg, a levegőben lévő párát nem. Ehhez szárító kell.
• „Olajmentes kompresszor, tehát olajmentes levegő.” Nem feltétlenül. A beszívott levegő is lehet olajos, és a csapágyak kenését is csak tömítés választja el a sűrítőtértől.
• „Az eltömődött szűrő legalább jobban véd.” Éppen ellenkezőleg: nyomásesést okoz, és ezt Ön árammal fizeti meg. Nyomáskülönbség-jelzővel látható, mikor kell cserélni a betétet.

Mennyire tiszta levegő kell? Az ISO 8573-1 szabvány osztályokba sorolja a levegő tisztaságát szilárd részecske, víz és olaj szerint. Általános pneumatikus alkalmazásokra a 7:4:4 osztály javasolt, élelmiszer- és gyógyszeripari felhasználásra ennél jóval szigorúbb.

A levegő-előkészítés alapjait és az előkészítő egységeket a Hafner Tudástár 9. fejezete és 10. fejezete mutatja be részletesen.

5. Mennyibe kerül a szivárgás?

Nagy valószínűséggel többe, mint gondolná. A német Fraunhofer-intézet mérései (53 üzemi elemzés) és a gyakorlati tapasztalat szerint a szivárgás jellemzően a megtermelt levegő 15-70 százaléka; reális cél a 10 százalék vagy kevesebb. A kompresszorgyártók átlagosan egynegyed, illetve legfeljebb 30 százalék körüli veszteséget írnak. Munkaidőn kívül, amikor minden gép áll, a kompresszor által termelt levegő gyakorlatilag 100 százalékban a szivárgásra megy.

A szivárgás nem szűnik meg a műszak végén. Amíg a hálózat nyomás alatt van, állásidőben is ugyanannyi levegő szökik el, mint gyártás közben. Ezért a költségét napra érdemes számolni, nem műszakra.

Mennyi ez forintban? 6 bar nyomáson, a mai magyar ipari áramárral (kb. 81 Ft/kWh, ÁFA nélkül), folyamatosan nyomás alatt tartott hálózatban:

A táblázat a Fraunhofer-intézet levegőveszteség-adatain alapul (a CompAir kiadványa szerint), a forintértékek saját számításunk. Egy közepes üzemben a sok apró szivárgás együtt könnyen eléri a második sor értékét: évi 2,5 millió forintot, ami könnyen elkerülhető veszteség.

Kevesebb csak akkor fogy, ha a gyártás végén a hálózatot vagy a kompresszort ténylegesen lezárják. Amelyik kört nem használják, azt le kell zárni. Ha ez nem megoldható, mert a folyamatosan dolgozó gépek nincsenek külön körön, érdemes nekik külön kört kiépíteni, a többi gép léghálózatát pedig lezárni, amikor nincsenek használatban.

6. Mérje meg, mielőtt keres!

Két külön kérdés van: mennyi levegő szökik el, és hol. Előbb a „mennyit” mérje meg, mert ez mondja meg, megéri-e egyáltalán keresni. Ezt a saját bőrünkön tanultuk meg: szivárgáskeresővel kezdtük, és csak a mérés mutatta meg, valójában mekkora a tét.

Mennyi szökik el?

• Kompresszorfigyelés álló termelésnél: amikor nincs fogyasztó, figyelje meg, milyen gyakran és mennyi ideig jár terhelve a kompresszor. Ilyenkor minden indulás a szivárgást pótolja. A terhelt és az üresjárati idő arányából a szivárgás százaléka kiszámolható. A svájci útmutató szerint gyanús, ha a kompresszor munkaidőn kívül az idő több mint 10 százalékában jár: éjszakánként (18 és 6 óra között) 1,2 óránál, egy hétvégén (péntek 18-tól hétfő 6-ig) 6 óránál többet.
• Nyomásesés-mérés: töltse fel a tartályt, állítsa le a kompresszort, és mérje, mennyi idő alatt esik 1-2 bart a nyomás. Ehhez csak óra és nyomásmérő kell, valamint a tartály és a hálózat térfogata.
• Légáram-mérő a kompresszor után: közvetlenül mutatja, mennyi levegő megy ki a hálózatba, gyártás közben és álló üzemben is.
• Áramfogyasztás-mérés: áramváltós, távolról lekérdezhető okos fogyasztásmérő a kompresszor betáplálására. Ha mellé rögzíti az üzemmenetet (mikor van gyártás, mikor nincs), a veszteség jól kiszűrhető.
• Szakaszonkénti mérés: a hálózat szakaszait, gépcsoportjait sorban elzárva, vagy szakaszonként beépített mérőkkel kiderül, melyik rész fogyaszt indokolatlanul.
• Becslés a szivárgási helyekből: a megtalált szivárgások számából és méretéből a veszteség felülről becsülhető.

Hol szökik?

• Bejárás hallás alapján: ha minden fogyasztó áll, sok szivárgás már fülre is hallható. Zajos, folyamatosan működő üzemben ez nem működik.
• Ultrahangos szivárgáskereső: a szivárgás magas frekvenciájú sziszegését érzékeli, gyártás közben is. A szakmai ajánlás szerint ez a leghatékonyabb kereső módszer. Egy figyelmeztetés a saját tapasztalatunkból: egy általunk kipróbált készülék jól indult, de a mérések során egyre kevésbé voltunk biztosak abban, mennyire hiteles. A kereső megmutatja, hol szökik a levegő; hogy mennyi, azt a fenti mérések mondják meg.
• Akusztikus kamera: mikrofonsorral a kamera képén jelöli meg a szivárgás helyét, néhány méterről is, így nagyobb területet gyorsan át lehet vizsgálni vele.
• Szappanos víz vagy szivárgáskereső spray: megbízható, de lassú; kisebb rendszereknél és szelepszigeteknél hasznos.

Két tapasztalat, amelyet érdemes szem előtt tartani: a szivárgás hangereje semmit nem mond arról, mennyi levegő vész el, és a szivárgások nagy része a hálózat utolsó harmadában, a felhasználási pontok közelében van, nem a gerincvezetéken.

Az amerikai energiaügyi minisztérium ajánlása szerint a mérést érdemes negyedévente megismételni (a svájci útmutató legalább évente egyszer javasolja), a talált szivárgásokat megjelölni (nem hallható, hallható, azonnali beavatkozást igénylő), kijavítani, és a javítás után újra mérni.

Még jobb: ha a rendszer magától figyel. A légáram-mérők és fogyasztásmérők nagy része ma már wifis, és automatikusan gyűjti az adatot. Ha ezek egy felületre kerülnek, a kompresszor folyamatos felügyelet alatt áll. Elég beállítani a munkanapok műszakidejét: ha a fogyasztás ezen kívül vagy a megszokottnál nagyobb, a rendszer riaszt, és akkor érdemes szivárgást keresni. Ez ma már kis költséggel megoldható, és ha automatikus, senkinek nem kell ellenőrizgetnie. A Fraunhofer-intézet vezette svájci hatékonysági program tájékoztatója is ezt javasolja: a több kompresszort összehangoló vezérlők gyakran képesek hétvégente automatikusan kimérni a szivárgást, és figyelmeztetnek, ha az egy határt átlép. Érdemes megnézni, a saját vezérlője tud-e ilyet.

7. A csőhálózat: anyagválasztás és csere leállás nélkül

A régi hálózatok jellemzően szénacélból készültek. Ha a rendszerbe víz kerül, például egy meghibásodott hűtveszárító miatt, a szénacél cső belsejében a kiszáradás után rozsda jelenik meg. A rozsda szennyezi a levegőt, eltömíti a szűrőket és a szelepeket, és idővel szivárgáshoz vezet. A csőhálózat tehát nem csak szállítja a levegőt, hanem a minőségét is meghatározza.

Az anyag ára csak a számla egyik fele. Egy független összehasonlítás szerint a fekete acélcső szerelési költségének kb. háromnegyede munkadíj, az alumíniumnál kb. egyötöde. A régi, kenderrel tömített menetes hálózatok különösen szivárgásveszélyesek, mert a tömítőpaszta idővel kiszárad.

PVC csövet sűrített levegőre soha. Az amerikai munkavédelmi hatóság (OSHA) 1988-ban figyelmeztetést adott ki, miután egy szétrepedt PVC-vezeték sérülést okozott; a figyelmeztetéshez csatolt 1989-es hatósági levél szerint PVC cső nem szállíthat sűrített levegőt. A gyártók is erre figyelmeztetnek: a cső nyomás alatt szétrepedhet, és a szilánkok sérülést okoznak.

Alumínium: telepíti, és elfelejtheti. Tapasztalataink szerint az alumínium hálózat gyorsan szerelhető és megbízható; ha nem éri külső behatás, telepítés után gyakorlatilag gondozásmentes. Az általunk kivitelezett alumínium léghálózatra 10 év garanciát vállalunk.

Okos leágazások, kímélt gépek. A gépekhez és szerszámokhoz menő leágazások csatlakozóit úgy alakítjuk ki, hogy az esetleges kondenzvíz ne a géphez, szerszámhoz jusson, hanem továbbhaladjon a gerincvezetéken, és a végén leengedhető legyen. Ez a gépeket és a szerszámokat is kíméli.

A csere nem jár leállással. A saját hálózatunkat normál üzem mellett építettük át: a csöveket forgácsmentes csővágóval vágtuk, a rögzítések furataihoz beépített porelszívós akkumulátoros fúrókalapácsot használtunk. A termelésben így sem fennakadás, sem kosz nem keletkezett.

8. Csövek és csatlakozók a gépig

Az utolsó néhány méter dönti el, mennyi levegő ér célba. A gerincvezetéktől a gépig pneumatikus csövek és csatlakozók viszik a levegőt, és ezek a tipikus szivárgási helyek. A minőségük és a helyes szerelésük ezért közvetlenül pénzt jelent.

Csatlakozók:

• Dugaszolható csatlakozó: a legelterjedtebb; a csövet csak be kell dugni, szerszám nélkül szerelhető és oldható. A tömítés a cső külső felületén jön létre, ezért a cső külső mérete és a derékszögű vágás a döntő.
• Hollanderes csatlakozó: hőálló, nyomásálló, és a cső alakzárással rögzül, ezért erősebb igénybevételnél is biztosan tart.
• Vágógyűrűs csatlakozó: merev falú, jellemzően réz- és acélcsövekhez; alkalmazása egyre inkább háttérbe szorul.
• Önzáró gyorscsatlakozó: szerszámokhoz, levegőpisztolyokhoz, tömlőkhöz. Oldáskor a beépített visszacsapó szelep elzárja a levegőt, a biztonsági kivitel pedig oldás előtt leszellőzteti a kuplungot. Az európai (DN 7,2) és a Mignon (DN 5) profil szabványos, így más gyártók azonos profilú elemeivel is kompatibilis.

Csövek:

A megengedett üzemi nyomás a hőmérséklettől függ, ezért a csövet mindig a környezethez kell választani.

A csatlakozástechnika részleteit a Hafner Tudástár 13. fejezete foglalja össze.

9. Gyors megtakarítások, amelyeket holnap elkezdhet

Ezekhez nem kell beruházás, csak figyelem:

• Kapcsolja le a kompresszort, amikor nincs gyártás, vagy állítsa be időzítővel.
• Zárja el a hálózatot vagy a nem használt szakaszokat munkaidőn kívül: a szivárgás így teljesen megszüntethető.
• Mérje meg a szivárgást álló termelés mellett, és ismételje negyedévente, vagy figyelje folyamatosan.
• Javítsa a tipikus szivárgási helyeket: csatlakozók, tömlők, bilincsek, nyitva felejtett kondenzlevezetők.
• Cserélje az időzített kondenzlevezetőket szintérzékelősre.
• Csökkentse a nyomást munkaidőn kívül, ha a hálózatot nem lehet lezárni.
• Cserélje időben a szűrőbetéteket, lehetőleg nyomáskülönbség-jelző alapján.
• Szakaszolja a hálózatot: a nem használt munkaasztalok és gépcsoportok ne kapjanak levegőt.
• Állítsa a nyomást a gépeknél arra az értékre, amelyre ténylegesen szükség van.

És ha egy lépéssel tovább menne:

• Régi szénacél hálózatnál mérje fel, hol érdemes korrózióálló anyagra, például alumíniumra váltani.
• Régi kompresszornál mérje meg az áramfelvételét, és hasonlítsa össze egy új kompresszoréval, ugyanannyi előállított levegőre vetítve (az új gépnél ezt az adatlapon a fajlagos teljesítmény adja meg, kW per m³/perc). Ebből könnyen kiszámolható az új gép megtérülése, ami sokszor meglepően rövid idő – nálunk kevesebb, mint 3 év volt mindkét esetben.

10. Miben tudunk segíteni?

• Tervezés és méretezés: a műszakilag megfelelő elemek kiválasztása a kompresszortól a gépig.
• Minden egy kézből: a kompresszor és a szárító utáni teljes rendszer, csőhálózat, levegő-előkészítés, csövek és csatlakozók. Forgalmazott termékeink megtalálhatóak a Webshopunkban. Amennyiben kompresszort is cserélne, összekötjük erre szakosodott, megbízható partnereinkkel.