Wycieki sprężonego powietrza kosztują więcej, niż myślisz

Sprężone powietrze często określa się mianem czwartego źródła energii w zastosowaniach przemysłowych, obok prądu, gazu i wody. Zasila ono narzędzia, pozwala sterować procesami i stanowi podstawę codziennej produkcji. Jednak w odróżnieniu od innych mediów jego straty rzadko stają się widoczne, dlatego tak często nie docenia się ich wagi.

Ze statystyk branżowych wynika, że w wielu zakładach przemysłowych nieszczelności powodują stratę około jednej czwartej wytwarzanego sprężonego powietrza. W poprawnie serwisowanych instalacjach wycieki zwykle utrzymują się na poziomie 10% lub niższym, ale w przypadku nieodpowiedniej obsługi technicznej straty często osiągają poziom 35% i więcej, a w skrajnych przypadkach nawet 50–60%. Wycieki są tak powszechne, że łatwo je zignorować. Niewielki upływ gazu rzadko kiedy uznaje się za problem wymagający pilnej interwencji, jednak z czasem powoduje on znaczne straty i koszty, których można było uniknąć.

W tym artykule omówiono rzeczywisty koszt wycieków sprężonego powietrza z uwzględnieniem zarówno oczywistych strat energii, jak i łatwego do przeoczenia wpływu na procesy, maszyny i środowisko.

Koszt bezpośredni: straty energii i wyższe rachunki

Najbardziej oczywistym i najłatwiejszym do obliczenia kosztem bezpośrednim wycieków sprężonego powietrza są straty energii. Każdy wyciek wymusza dłuższą pracę sprężarek i częstsze zmiany cyklu roboczego w celu utrzymania ciśnienia w układzie, a to oznacza większe zużycie energii.

Proces wytwarzania sprężonego powietrza nie należy do tanich. Jego efektywność energetyczna to zazwyczaj zaledwie około 10–15%. Oznacza to, że nawet niewielki wyciek skutkuje nieproporcjonalnym wzrostem zużycia energii elektrycznej.

Przyjrzyjmy się instalacji działającej pod ciśnieniem około 7 bar(g). Otwór o średnicy 3 mm, czyli w przybliżeniu wielkości zapałki, może generować straty na poziomie 2600–10 000 GBP rocznie z powodu zwiększonego zużycia energii elektrycznej. Faktyczna wielkość strat zależy oczywiście od efektywności sprężarki i taryf energetycznych. A znacznie mniejszy otwór o wielkości 1 mm, czyli główki szpilki, nierzadko generuje straty rzędu 300 GBP rocznie.

Co istotne, koszt wycieku rośnie szybko wraz z jego wielkością. Straty powietrza rosną w przybliżeniu proporcjonalnie do kwadratu średnicy otworu. Oznacza to, że z pozoru błahy problem może generować spore koszty. A przecież instalacje zawierają wiele przyłączy, węży i złączek. Wystarczy to sobie uzmysłowić, aby zrozumieć, w jaki sposób nieszczelności zwiększają comiesięczne koszty eksploatacji.

Koszty pośrednie: ukryty wpływ na procesy i maszyny

Chociaż za największy problem często uznaje się wysokie rachunki za energię, jeszcze bardziej dotkliwy może być pośredni wpływ wycieków sprężonego powietrza na wydajność i niezawodność.
 

Mniejsza wydajność i trwałość maszyn

Wycieki zmniejszają dostępne ciśnienie, a skutki mogą być zauważalne nawet w przypadku niewielkiego spadku ciśnienia. Spadek ciśnienia o 1 bar może spowodować zmniejszenie mocy narzędzia pneumatycznego o ok. 14% i jednocześnie wydłużenie cykli w niektórych zastosowaniach o niemal 9%. Skutkiem tych strat jest często spowolnienie produkcji, brak powtarzalności lub obniżenie jakości produktów.

Jednocześnie sprężarki muszą pracować ciężej, aby skompensować spadek ciśnienia wskutek wycieku, w związku z czym oddziałują na nie większe obciążenia mechaniczne. Silniki, łożyska i uszczelnienia zużywają się szybciej, co zwiększa wymagania konserwacyjne i skraca żywotność sprzętu.
 

Więcej przestojów i przerw

Brak stabilności ciśnienia na skutek wycieków może również powodować nieoczekiwane przerwy w produkcji, zwłaszcza w przypadku procesów wymagających stałego sterowania pneumatycznego. Spadki ciśnienia związane z problemami w sieci powietrza odpowiadają za znaczną część przestojów w zakładach używających sprężonego powietrza.

Utrzymujący się wzrost obciążenia powoduje przyspieszone zużycie podzespołów, w związku z czym rośnie ryzyko awarii sprężarki, konieczności wykonania pilnych napraw, opóźnień w produkcji i efektów ubocznych w całym procesie.
 

Zagrożenia dla personelu i środowiska

Wycieki przyczyniają się do zwiększenia hałasu tła w środowiskach przemysłowych. W instalacji o typowym ciśnieniu roboczym otwór o wielkości 3 mm może generować dźwięk o natężeniu 85–88 dB(A) w odległości jednego metra. To poziom hałasu, który może wymagać stosowania ochronników słuchu i który utrudnia wykrycie innych nietypowych odgłosów.

Z punktu widzenia ochrony środowiska straty sprężonego powietrza bezpośrednio zwiększają emisję dwutlenku węgla przez zakład. Zgodnie ze współczynnikami konwersji energii obowiązującymi obecnie w Wielkiej Brytanii stała strata 100 kW wynikająca z wycieków sprężonego powietrza oznacza emisję około 186 ton CO₂e rocznie, co znacząco utrudnia realizację celów w zakresie zrównoważonego rozwoju i inicjatyw związanych z zarządzaniem energią.

Przejęcie kontroli: proaktywne podejście do kwestii wycieków

Na szczęście wycieki sprężonego powietrza w zakładzie przemysłowym można usuwać niewielkim kosztem.

Najnowsze metody wykrywania wycieków, np. z użyciem detektora ultradźwiękowego, pozwalają lokalizować nieszczelności z dużą dokładnością nawet w głośnych obszarach produkcyjnych, w których nie sprawdzają się tradycyjne techniki detekcji akustycznej. Detektory ultradźwiękowe wykrywają dźwięk o wysokiej częstotliwości towarzyszący ulatnianiu się powietrza, co pozwala zidentyfikować wyciek na długo przed wystąpieniem problemów.

Zakłady, które osiągają trwałe wyniki, traktują kontrolę wycieków jako ciągły proces, a nie jednorazowe działanie. Podstawą usystematyzowanej strategii dokumentowania wycieków, określania ich intensywności i ich usuwania są regularne kontrole połączone z prostym systemem oznaczania i usuwania. Co ważne, skuteczna strategia usuwania wycieków eliminuje pokusę podniesienia ciśnienia w układzie — praktykę, która zwiększa zużycie energii średnio o 7% na każdy dodatkowy bar.

Z perspektywy kierownika utrzymania ruchu lub administratora obiektu wdrożenie ustrukturyzowanego programu kontroli nieszczelności może zapewnić wymierne rezultaty już po kilku miesiącach, a jednocześnie podnieść stabilność systemu i długoterminową niezawodność.

Wnioski

Wycieki sprężonego powietrza to nie drobnostka. Oznaczają znaczące, ciągłe straty finansowe w związku z wyższym zużyciem energii, a jednocześnie wpływają negatywnie na wydajność, stan maszyn, bezpieczeństwo i wyniki środowiskowe.

Analiza zarówno kosztu bezpośredniego w postaci strat energii elektrycznej, jak i kosztów pośrednich związanych z przestojami, zużyciem mechanicznym i brakiem efektywności jasno wskazuje na konieczność opracowania strategii walki z wyciekami, ponieważ podejście reaktywne jest niewystarczające.

Proaktywne podejście do wycieków sprężonego powietrza nie tylko zmniejsza rachunki za prąd, zwiększa też odporność operacyjną, wydłuża okres eksploatacji maszyn i pomaga tworzyć bezpieczniejsze, bardziej zrównoważone zakłady.

Aby lepiej zrozumieć potencjalny wpływ wycieków na prowadzoną działalność, pobierz bezpłatną infografikę „Rzeczywisty koszt wycieku sprężonego powietrza”.

Ilustruje ona problem w przejrzysty sposób i pomaga uzmysłowić sobie, jak ważna z perspektywy biznesowej jest proaktywna strategia wykrywania i usuwania wycieków.