Paineilmatekniikka Paineilmatekniikan perusteet lyhyesti, ytimekkäästi ja helppotajuisesti

Transkriptio

1 Paineilmatekniikka Paineilmatekniikan perusteet lyhyesti, ytimekkäästi ja helppotajuisesti

2 Tunnetteko Te paineilmakustannuksenne? Tarkat paineilmakustannuksenne saatte selville tilaamalla meiltä paineilmatarpeen kartoittavan ADA-analyysin. Lisätietoja löydät tämän esitteen kappaleista 3 sekä esitteestämme Analyysit ja neuvonta. Hyödyllistä tietoutta paineilma-asemien suunnittelusta löydät myös www-sivuiltamme osoitteesta > Palvelut > Neuvonta ja analyysit

3 Sisällysluettelo 0. Mitä paineilma on? Paineilman taloudellinen jälkikäsittely Miksi paineilma pitää kuivata? 0. Kuinka lauhde poistetaan oikein? 2 5. Lauhteen taloudellinen ja luotettava jälkikäsittely 6. Kompressorien tehokas ohjaus 6 7. Painekaistaohjaus: Kompressorien optimaalinen yhteensovittaminen paineilman kulutuksen mukaan 8 8. Lämmön talteenotto säästää energiaa ja kustannuksia Energiahäviöiden välttäminen (): Uuden paineilmaverkoston suunnittelu Energiahäviöiden välttäminen (2): Vanhan paineilmaverkoston saneeraus 2. Kompressoriasemien oikea suunnittelu (): Paineilmatarpeen kartoittava ADA-analyysi Kompressoriasemien oikea suunnittelu (2): Kuinka löydän taloudellisimman paineilmakonseptin? Kompressoriasemien oikea suunnittelu (3): Paineilma-aseman nykytilan kartoittaminen ja ADA-analyysi 30. Kompressoriasemien oikea suunnittelu (): Kompressoriaseman tehokas jäähdytys: Ilmajäähdytys Paineilmajärjestelmien oikea käyttö Paineilmatuotannon luotettavuuden ja kustannusten optimointi pitkällä tähtäimellä

4 Paineilman suhteen pätee sama kuin muutenkin elämässä: vaikeudet piilevät usein yksityiskohdissa ja pieni kivi saattaa kaataa suurenkin kuorman niin positiivisessa kuin negatiivisessakin mielessä. Lähemmin. Mitä paineilma on? tarkasteltuna moni asia myös näyttää erilaiselta kuin ensi silmäyksellä. Niinpä paineilmakin voi epäedullisissa olosuhteissa olla kallista, mutta oikein suunnitelluissa puitteissa edullista. Neuvomme ja vinkkimme saattavat ajan mittaan hyvinkin osoittautua kannattavammiksi kuin käynti sijoitusneuvojan luona! Tässä kappaleessa käsitellään neljää paineilmateknistä käsitettä ja niihin liittyviä huomionarvoisia seikkoja.. Tuotto Yhden kompressorin tuotto on se vapaa ilmamäärä, jonka tämä tuottaa puristettuna paineilmaverkostoon. Tämän määrän oikea mittaustapa on määritelty standardeissa DIN 95, osa, liite F ja ISO 27, liite C. Näiden lisäksi aikaisemmin käytettiin myös CAGI- Pneurop-suositusta PN 2 CPTC 2. Tuotto mitataan seuraavasti: Ensiksi mitataan lämpötila, ilmakehän paine ja ilmankosteus laitteiston imuaukon kohdalta. Tämän jälkeen mitataan maksimikäyttöpaine, paineilman lämpötila ja siirretyn ilman tilavuus kompressorin poistoaukon kohdalta. Lopuksi poistoaukon kohdalla mitattu tilavuus V 2 muunnetaan kaasuyhtälön avulla (kaavio ) takaisin imuolosuhteita vastaavaksi. Tämän laskelman tuloksena saadaan kompressorilaitteiston tuotto. Sitä ei pidä sekoittaa ruuviyksikön (ruuvikompressoreissa) tai kompressorilohkon (mäntäkompressoreissa) tuottoon. Moottorin nimellisteho V = V 2 x P 2 x T T 2 x F Huom! DIN 95 ja ISO 27 ilmoittavat vain ruuviyksikön/kompressorilohkon tuoton. Tämä koskee myös aikaisemmin käytettyä CAGI- Pneurop-suositusta PN 2 CPTC. 2. Moottorin antoteho Moottorin antoteho tarkoittaa sitä tehoa, jonka kompressorin käyttömoottori siirtää mekaanisena tehona akselille. Käytettäessä moottoria tällä ns. nimellisteholla saavutetaan tehokertoimen (cos ϕ) ja hyötysuhteen paras mahdollinen arvo moottorin ylikuormittumatta. Moottorin nimellisteho on ilmoitettu moottorin tyyppikilvessä. Huom! Jos moottorin antoteho poikkeaa suuresti nimellistehosta, käy kompressori epätaloudellisesti ja/tai altistuu voimakkaammalle kulumiselle. 3. Ominaisteho Kompressorin ominaistehoksi kutsutaan sähkön ottotehon ja kompressorin luovuttaman ilmamäärän suhdetta tarkasteltavassa paineessa. Kompressorin ottoteho on kaikkien siinä olevien käyttölaitteiden (esim. päämoottorin, tuuletinmoottorin, öljypumpun moottorin, seisontalämmityksen jne.) sähkön ottotehojen summa. Jos ominaisteho tarvitaan taloudellisuuslaskentaan, tulisi se laskea koko kompressorilaitteesta maksimikäyttöpaineessa. Tällöin kompressorin kokonaisottoteho maksimipaineessa jaetaan laitteiston tuotolla maksimipaineessa.. Sähkön ottoteho Sähkön ottoteho on se teho, jonka kompressorin käyttömoottori ottaa sähköverkosta moottoriakselin tietyllä mekaanisella kuormituksella (moottorin antoteholla). Ottoteho on moottorin häviöiden verran korkeampi kuin moottorin antoteho. Moottorin häviöihin kuuluvat sähköiset ja mekaaniset sekä laakeroinnin ja tuuletuksen aiheuttamat häviöt. Ihanteellinen ottoteho nimellispisteessä P voidaan laskea seuraavan kaavan avulla: P = U n x l n x 3 x cos ϕ n U n, l n, ja cos ϕ n löytyvät moottorin tyyppikilvestä. 5. Energiaa säästävät EPACT-moottorit USA:n pyrkimykset alentaa oikosulkumoottoreiden energiankulutusta johtivat vuonna 977 nk. EPACT-lain (Energy Policy and Conservation Act) voimaanastumiseen. Lain tiukat vaatimukset täyttäviä moottoreita on ollut saatavissa -ruuvikompressoreihin myös Euroopassa jo vuodesta 998. EPACT-moottorit tuovat mukanaan ratkaisevia etuja: Moottorin sisäiset häviöt; huomioitu moottorin hyötysuhteessa Luovutettu paineilmamäärä Sähkön ottoteho a) Alhaisemmat käyttölämpötilat Pienemmissä moottoreissa lämmönmuodostumisen ja kitkan aiheuttamat sisäiset tehohäviöt voivat olla jopa 20 % ottotehosta, 60 kw:n ja sitä suuremmissa moottoreissa 5 %. EPACT-moottorit sen sijaan lämpenevät huomattavasti vähemmän lämpöhäviöidenkin ollessa siten vastaavasti pienemmät: kun perinteisen moottorin käyttölämpötila kohoaa normaalissa kuormituksessa n. 80 K lämpötilareservin ollessa 20 K eristysluokassa F, kohoaa EPACT-moottorin lämpötila vastaavissa olosuhteissa vain n. 65 K lämpötilareservin ollessa 0 K. b) Pidempi käyttöikä Alhaisemman käyttölämpötilan ansiosta moottorin, laakerien ja kytkentärasian lämpörasitus on pienempi. Tämän seurauksena myös moottorin käyttöikä pitenee. c) 6 % enemmän paineilmaa vähemmällä energialla Pienempi lämpöhäviö parantaa myös taloudellisuutta. Sovittamalla kompressorinsa tarkoin EPACT-moottorien tarjoamiin mahdollisuuksiin Energiankulutus kykeni parantamaan laitteidensa tuottoa jopa 6 % ja ominaistehoa jopa 5 %. Käytännössä tämä tarkoittaa tehokkaampia kompressoreja, lyhentyneitä kompressorin käyntiaikoja ja alhaisempaa energiankulutusta tuotettua paineilmakuutiota kohti. 5

5 2. Paineilman taloudellinen jälkikäsittely Paineilma-asiantuntijat ovat jo vuosien ajan käyneet kiivasta keskustelua siitä, kuinka paineilma voidaan jälkikäsitellä mahdollisimman taloudellisesti. Kiistan ydin on itse asiassa kysymys, millaisella kompressorijärjestelmällä voidaan edullisimmin tuottaa öljytöntä paineilmaa. Riippumatta eri kompressorivalmistajien lausunnoista yksi seikka on kiistaton: korkealaatuista öljytöntä paineilmaa voidaan tuottaa sekä öljyvapailla että öljyjäähdytteisillä kompressoreilla. Järjestelmän valinnan tulisikin sen vuoksi perustua taloudellisuuteen.. Mitä tarkoittaa "öljytön paineilma"? ISO-standardin mukaan paineilmaa voidaan kutsua öljyttömäksi, jos sen öljypitoisuus (öljyhöyryt mukaan luettuna) on alle 0,0 mg/m³. Tämä on noin neljä sadasosaa meitä ympäröivän ilman öljypitoisuudesta. Määrä on niin häviävän pieni, että se hädin tuskin voidaan mittauksilla todeta. Mutta miltä näyttää kompressorien imuilman laatu? Siihen luonnollisesti vaikuttavat voimakkaasti ympäröivät olosuhteet. Jo normaalisti kuormitetuilla vyöhykkeillä voi teollisuuden ja liikenteen aikaansaama hiilivetypitoisuus olla mg/m³. Teollisuusalueilla, joissa öljyjä käytetään voitelu-, jäähdytys- ja prosessiaineina, jo pelkästään mineraaliöljypitoisuus voi olla yli 0 mg/m³. Tämän lisäksi tulevat vielä muut epäpuhtaudet kuten hiilivedyt, typpidioksidi, noki, metallit ja pöly. 2. Miksi paineilma on jälkikäsiteltävä? Jokaista kompressoria voidaan sen rakennustavasta riippumatta verrata jättiläismäiseen pölynimuriin, joka imee epäpuhtauksia, tiivistää ne puristusvaiheessa ja jälkikäsittelyn puuttuessa puhaltaa ne paineilmaverkostoon. a) Öljyvapaiden kompressorien tuottama paineilmalaatu Edellä mainittu pätee erityisesti kompressoreihin, joissa ilmanpuristus tapahtuu ilman öljyä. Kohdassa mainittujen imuilman epäpuhtauksien vuoksi kompressorilla, joka on varustettu ainoastaan 3 mikronin pölysuodattimella, ei ole mahdollista tuottaa öljytöntä paineilmaa. Kompressoreissa, joissa ilmanpuristus tapahtuu ilman öljyä, ei tämän pölysuodattimen lisäksi ole muita jälkikäsittelykomponentteja. b) Öljyjäähdytteisten kompressorien tuottama paineilmalaatu Öljyjäähdytteisissä kompressoreissa öljy sen sijaan neutralisoi paineilman aggressiiviset aineosat ja erottaa ne osittain paineilmasta. Korkeammasta puhtausasteesta huolimatta näidenkin kompressorien kohdalla jälkikäsittely on tarpeen. ISO-standardin mukaista öljytöntä paineilmaa ei ilman jälkikäsittelyä voida tuottaa sen paremmin öljyttömällä kuin öljyjäähdytteiselläkään kompressorilla. c) Edellytys: paineilman kuivaus Käyttäjän tarpeita vastaavan paineilman jälkikäsittely alkaa riittävästä paineilman kuivauksesta. Useimmissa tapauksissa energiaa säästävä jäähdytyskuivaus on taloudellisin ratkaisu (ks. sivu 9: Miksi paineilma pitää kuivata?). 3. Oikean kompressorijärjestelmän valinta Kun tietyille käyttöalueille suositellaan öljyvapaita ja toisille taas öljyjäähdytteisiä kompressoreja, ei suosituksen tulisi perustua vain eri kompressorijärjestelmillä saavutettuun paineilman laatuun vaan myös taloudellisuuteen. Tämän määräävät ennen kaikkea energia- ja huoltokustannukset, joiden osuus paineilmatuotannon kokonaiskustannuksista voi olla jopa 90 %. Suurin yksittäinen kustannuserä ovat energiakustannukset (75 85 %). Alemmilla painealueilla ts. 500 mbarin absoluuttisesta paineesta noin 3 barin absoluuttiseen paineeseen öljyvapaat roottoripuhaltimet ovat 2 barin absoluuttiseen paineeseen saakka energeettisesti erittäin edullisia. Sen sijaan 6 barin absoluuttisella painealueella öljyjäähdytteiset ruuvikompressorit ovat huomattavasti öljyvapaita kompressoreja taloudellisempia. Jo 5 barin absoluuttinen paine edellyttää öljyvapaassa kompressorissa kahta puristusvaihetta, jotta tehontarpeen ja tuotetun paineilmamäärän välinen suhde olisi järkevä. Vaadittavien jäähdyttimien suuri määrä, korkeat kierrosluvut, ohjaustekniikalle asetetut suuret vaatimukset, vesijäähdytys ja korkeat hankintakustannukset asettavat öljyvapaiden kompressorien käytön tällä painealueella kyseenalaiseksi. Lisäksi on huomioitava, että öljyvapailla kompressoreilla Alasta ja käyttökohteesta riippuen voitte valita haluamanne jälkikäsittelyasteen: Jälkikäsittely jäähdytyskuivaimella (painekastepiste +3 C) Käyttöesimerkkejä: ISO standardin mukainen jälkikäsittelyaste ) Tiedustele Puhdasilma- ja erikseen valmistajalta puhdastilatekniikka Meijerit, panimot Ravinto- ja nautintoaineiden valmistus Erityisen puhdas kuljetusilma, kemialliset laitokset Tiedustele Puhdasilma- ja erikseen valmistajalta puhdastilatekniikka Lääketeollisuus Kutomakoneet, valokuvalaboratoriot Ruiskumaalaus, jauhepinnoitus Pakkaus, ohjaus- ja instrumentti-ilma Paineilma yleiseen tehdaskäyttöön, erityiset laatuvaatimukset täyttävä hiekkapuhallus Kuulapuhallus Kuulapuhallus ilman erityisiä laatuvaatimuksia Jätevesijärjestelmät Ei erityisiä laatuvaatimuksia Jos paineilmaverkostoa ei ole suojattu pakkaselta: Jälkikäsittely adsorptiokuivaimella (painekastepiste -70 C:seen saakka) Lääketeollisuus, meijerit, panimot Mikrosirujen valmistus, optiikka, ravinto- ja nautintoaineiden valmistus Maalauslaitteistot Puhdasilma- ja puhdastilatekniikka Prosessi-ilma, lääketeollisuus Valokuvalaboratoriot Erityisen kuiva kuljetusilma, ruiskumaalaus, hienosäätimet Pöly Vesi Öljy Bakteerit Puhdasilma- ja Tiedustele puhdastilatekniikka erikseen valmistajalta -3 tuotetun paineilman sisältämä lauhde on imetyn rikin vuoksi erittäin aggressiivista: sen ph-arvo on Jälkikäsittely in puhdasilmajärjestelmällä Nykyaikaisten öljyjäähdytteisten ruuvikompressorien hyötysuhde on n. 0 % korkeampi kuin öljyvapaiden kompressorien. Tämän lisäksi in öljyjäähdytteisille ruuvikompressoreille kehittämä paineilman puhdistusjärjestelmä mahdollistaa jopa 30 %:n lisäsäästön öljyttömän paineilman tuottamisessa Tiedustele erikseen valmistajalta Pöly Vesi Öljy Bakteerit FST DHS FE DHS DHS DHS DHS DHS FST ACT FE -ruuvikompressori Muu laitteisto DHS DHS Tiedustele erikseen valmistajalta FD Tiedustele erikseen valmistajalta Tiedustele erikseen valmistajalta FST -3 DHS FE -3-3 DHS FST FG FD Tiedustele erikseen valmistajalta FFG ACT FD * * FF FF FB * * FC T ECD Kompressori THNF Aquamat *Jäähdytyskuivaimessa, sarjoihin TG TI FE-mikrosuodatin saatavana valinnaisena lisävarusteena. Suodatin Paineilmasäiliö AT FE ZK AT FE ECD Asennus paineilman tarpeen vaihdellessa voimakkaasti Suodatin Paineilmasäiliö T ZK Asennus paineilman tarpeen vaihdellessa voimakkaasti Kompressori THNF Aquamat Lyhenteet: THNF = pussisuodatin pölyisen ja erittäin likaisen imuilman puhdistamiseen ZK = syklonierotin lauhteen erottamiseen ECD = ECO DRAIN pinnankorkeusanturilla varustettu elektroninen lauhteenpoistin FB = esisuodatin FC = esisuodatin FD = jälkisuodatin (pöly) FE = mikrosuodatin öljysumun ja kiintoainehiukkasten erottamiseen FE = mikrosuodatin öljyaerosolien ja kiintoainehiukkasten erottamiseen FG = aktiivihiilisuodatin öljyhöyryjen erottamiseen FFG = mikro- ja aktiivihiilisuodattimen yhdistelmä T = jäähdytyskuivain paineilman kuivaamiseen, painekastepiste +3 C:seen saakka AT = adsorptiokuivain paineilman kuivaamiseen, painekastepiste -70 C:seen saakka ACT = aktiivihiilitorni öljyhöyryjen erottamiseen FST = steriilisuodatin steriilin paineilman tuottamiseen Aquamat = lauhteenkäsittelyjärjestelmä DHS = paineilmaverkoston täyttöjärjestelmä Paineilman sisältämät epäpuhtaudet: + Pöly + Vesi/lauhde + Öljy + Bakteerit Suodatusasteet: ISO Kiintoaineet/pöly ) Kosteus 2) Öljypitoisuus yhteensä Maks. hiukkaskoko µm Maks. hiukkastiheys mg/ m³ Painekastepiste (x = nestemäisen veden osuus g/m ³ ) mg/m³ Esim. puhdasilma- ja puhdastilatekniikka; lisätietoja iltä 0, 0, , , x 0,5 8 0,5 < x < x 0 ) ISO :99 (Hiukkaspitoisuutta ei ilmoiteta ISO 8573-:200 -standardin mukaan, koska siinä määritellyt raja-arvot luokalle viittaavat puhdastiloihin). 2) ISO : 200 Tällä järjestelmällä saavutettu jäännösöljypitoisuus on alle 0,003 mg/m³, ts. se alittaa tuntuvasti ISO-standardissa määritellyn raja-arvon. Järjestelmä sisältää kaikki vaaditun paineilmalaadun tuottamiseen tarvittavat jälkikäsittelykomponentit. Käyttökohteesta riippuen paineilma kuivataan joko jäähdytys- tai adsorptiokuivaimilla (ks. sivu 9: Miksi paineilma pitää kuivata?) erilaisten suodatinyhdistelmien täydentäessä järjestelmää. Näin voidaan tuottaa luotettavasti kaikkia ISO-standardin määrittelemiä paineilmalaatuja kuivasta ja hiukkasvapaasta aina teknisesti öljyttömään ja steriiliin paineilmaan saakka. 5. Jälkikäsittelykaavio Yllä oleva kaavio löytyy kaikista in uusista ruuvikompressoriesitteistä. Sen avulla käyttäjä löytää yhdellä silmäyksellä tarpeitaan vastaavan laiteyhdistelmän. 6 7

6 Ilma sisältää kosteutta, joka aiheuttaa ongelmia paineilmajärjestelmissä. Kun ilmakehän ilma jäähtyy, kuten kompressorin puristusprosessin jälkeen tapahtuu, vesihöyry kondensoituu. 30 kw:n kompressori, 3. Miksi paineilma pitää kuivata? jonka tuotto on 5 m 3 /min 7,5 barin paineessa, tuottaa keskiverto-olosuhteissa noin 20 litraa vettä yhden työvuoron aikana. Käyttöhäiriöiden ja vikojen estämiseksi tämä vesi on poistettava paineilmajärjestelmästä. Kuivaaminen on siten keskeinen osa paineilman jälkikäsittelyä. Tässä kappaleessa kerromme, kuinka paineilma kuivataan edullisesti ja ympäristöystävällisesti. Ympäristön ilma: 0 m³/min 20 C; 02,9 g/min vettä; kylläisyysaste 60 % Puristussuhde : 0 käyttö-m 3 /min sisältää 80 C:ssa 02,9 g/min vettä; kylläisyysaste 35 %. Käytännön esimerkki Kun öljyjäähdytteinen ruuvikompressori imee yhden minuutin aikana 20 C:n lämpötilassa ja ympäristön paineessa 0 m³ ilmaa, jonka suhteellinen kosteus on 60 %, sisältää tämä ilma noin 00 g vesihöyryä. Kun ilma puristetaan 0 barin absoluuttiseen paineeseen (puristussuhde :0), saadaan käyttökuutiometri paineilmaa. Puristusvaiheen jälkeisessä 80 C:n lämpötilassa yksi kuutiometri pystyy sitomaan itseensä 290 g vettä. Koska vettä on vain n. 00 g, tulee ilman suhteelliseksi kosteudeksi n. 35 %, ts. paineilma on melko kuivaa eikä lauhdetta muodostu. Mutta kompressorin jälkijäähdyttimessä paineilman lämpötila putoaa 80 C:sta noin 30 C:seen. Tämän jälkeen yksi kuutiometri ilmaa kykenee sitomaan itseensä enää vain noin 30 g vettä, Jäähdytys: käyttö 3 sisältää +3 C:ssa 02,9 g/min vettä: kylläisyysaste 728 %; lauhdetta muodostuu 96,95 g/min, 6536 g / 8 tunnin työvuoro = n. 7 litraa minkä seurauksena ylimääräistä vettä muodostuu noin 70 g/min. Tämä vesi kondensoituu ja erottuu paineilmasta. Kahdeksantuntisen työvuoron aikana syntyy tällä tavoin noin 35 litraa lauhdetta. Lauhteen määrä kasvaa vielä noin 6 litralla päivässä, jos kompressoria seuraa jäähdytyskuivain. Näissä kuivaimissa paineilma jäähdytetään ensin +3 C:seen ja lämmitetään sitten takaisin ympäristön lämpötilaa vastaavaksi. Näin ilman suhteelliseksi kosteudeksi saadaan noin 20 %, ja paineilmasta tulee laadultaan parempaa ja suhteellisen kuivaa. 2. Ilma on aina kosteata Meitä ympäröivä ilma on aina jossain määrin kosteata, ts. se sisältää myös tietyn määrän vettä. Ilmankosteus riippuu kulloinkin vallitsevasta lämpötilasta. Esimerkiksi yksi kuutio 00-prosenttisesti vesihöyrykyllästeistä ilmaa sitoo +25 C:n lämpötilassa liki 23 g vettä. 3. Lauhteen muodostuminen Lauhdetta muodostuu, kun ilman tilavuutta pienennetään ja samalla alennetaan sen lämpötilaa. Tällä tavoin ilman kyky sitoa itseensä vettä heikkenee. Juuri näin tapahtuu kompressoriyksikössä ja kompressorin jälkijäähdyttimessä.. Tärkeitä käsitteitä a) Absoluuttinen ilmankosteus Absoluuttisella ilmankosteudella tarkoitetaan ilman vesihöyrypitoisuutta. Se ilmaistaan yksiköllä g/m³. b) Suhteellinen ilmankosteus (F rel ) Suhteellinen ilmankosteus tarkoittaa kylläisyysastetta, ts. todellisen vesihöyrypitoisuuden suhdetta kulloiseenkin ilman kylläisyyspisteeseen (suhteellinen kosteus 00 % F rel ). Se vaihtelee lämpötilan mukaan: lämmin ilma sitoo itseensä enemmän vesihöyryä kuin kylmä. c) Ilmakehän kastepiste Ilmakehän kastepiste on se lämpötila, jossa ilma ilmakehän paineessa (ympäristöolosuhteissa) muuttuu 00-prosenttisesti kosteudella kylläiseksi eli saavuttaa 00-prosenttisen suhteellisen kosteuden (F rel ). Seuraavassa joitakin esimerkkejä: Kastepiste C Maks. vesipitoisuus g/m³ +0 50, , +20 7, +0 9, 0,9-0 2,2-20 0,9-25 0,5 d) Painekastepiste Painekastepisteellä tarkoitetaan sitä lämpötilaa, jossa paineilma absoluuttisessa paineessaan muuttuu 00-prosenttisesti kosteudella kylläiseksi eli saavuttaa 00-prosenttisen suhteellisen kosteuden. Edellä olevaan esimerkkiin sovellettuna tämä tarkoittaa, että 0 barin absoluuttisessa paineessa Kylmäaine Koostumus Kaava olevan ilman absoluuttinen ilmankosteus +3 C:n painekastepisteessä on 6 g yhtä käyttökuutiota kohden. Asiaa voidaan selventää seuraavalla esimerkillä: Jos esimerkissä mainitun käyttökuutiometrin 0 barin absoluuttinen paine alennetaan ilmakehän painetta vastaavaksi, kasvaa sen tilavuus jälleen kymmenkertaiseksi. Vesihöyrymäärä (6 g) pysyy ennallaan, mutta jakautuu nyt kymmenkertaisen tilavuuden osalle. Yksi kuutiometri ilmakehän paineessa olevaa ilmaa sisältää siis enää vain 0,6 g vesihöyryä. Tämä vastaa ilmakehän kastepistettä 2 C. 5. Taloudellinen ja ympäristöystävällinen paineilman kuivaus a) Jäähdytys- vai adsorptiokuivain? Vaikka jäähdytyskuivainten käyttö edellyttää kylmäaineiden käyttöä, niin siitäkään huolimatta adsorptiokuivaimia ei voida pitää varteenotettavana vaihtoehtona jäähdytyskuivaimille, jos lähtökohdaksi otetaan taloudellisuus ja ympäristötase. Jäähdytyskuivaimet vaativat nimittäin vain 3 % siitä energiasta, jonka kompressori tarvitsee paineilmatuotantoon, adsorptiokuivaimet sitä vastoin vähintään 0 25 %. Normaalitapauksissa jäähdytyskuivaimet ovat siis suositeltavin vaihtoehto. Adsorptiokuivainten käyttö on edelleenkin tarkoituksenmukaista vain, jos tarvitaan erittäin kuivaa paineilmaa, jonka kastepiste on 20 C, 0 C tai jopa 70 C. b) Mikä kylmäaine? R 2:n ja R 22:n kaltaisten kloorifluorihiilivetyjen käyttö uusissa ODP-arvo ( ODP = ozone depletion potential) [R 2 = 00 %] jäähdytyskuivaimissa on kielletty. Alla olevassa taulukossa on esitetty sallitut kylmäaineet ja niiden vaikutus ympäristöön. Vuoteen 2000 saakka useimmat jäähdytyskuivainten valmistajat käyttivät kylmäaineena osittain halogenoitua kloorifluorihiilivetyä R 22:ta. R 2:een verrattuna sen ODP-arvo (otsonikatoa edistävä potentiaali) oli vain 5 % ja GWParvokin (kasvihuoneilmiötä edistävä potentiaali) vain 2 % eli huomattavasti alhaisempi. Nykyisin valmistajat käyttävät pääasiassa R 3a:ta, jolla ei ole haitallista vaikutusta otsonikerrokselle ja jota lainsäätäjä suosittelee R 2:n ja R 22:n vaihtoehdoksi. R 3a:n etuna on, että laitteistot, joissa tähän asti on käytetty R 2:ta, voidaan ilman suuria muutoksia varustaa uudelle kylmäaineelle soveltuviksi. R 3a:n ohella käytetään nykyisin myös muita otsonikerrokselle vaarattomia fluorihiilivetyjä kuten R 0A:ta ja R 07C:tä. Näiden kohdalla on kyse eri kylmäaineseoksista, joiden lämpötilaliukuma ts. niiden aineosien höyrystymis- ja kondensoitumislämpötilojen välinen ero kuitenkin vaihtelee. Tämän lisäksi niiden GWP-arvo on R 3a:ta suurempi (ks. alla oleva taulukko). Sen vuoksi R 07C:n käyttö tulee kysymykseen vain erikoistapauksissa. Sen sijaan R 0A on alhaisen lämpötilaliukumansa ansiosta kiinnostava kohteissa, joissa läpivirtauskapasiteetti on yli 2 m³/min. GWP-arvo ( GWP = global warming potential) [R 2 = 00 %] Lämpötilaliukuma (mahd. höyrystymis- ja kondensoitumislämpötilan välinen ero) [K] HCFC Kylmäaine R 22 CHClF 2 5 % 2 % 0 HFC R 3A CH 2 F-CF 3 0 % 8 % 0 Kylmäaineseos R 0A R 3a/25/3a 0 % 26 % 0,7 R 07C R 32/25/3a 0 % % 7, 8 9

7 Lauhteen muodostumista paineilmaa tuotettaessa ei voida estää. Kappaleessa "Miksi paineilma pitää kuivata?" on kuvattu, kuinka lauhde muodostuu (ks. sivu 8). Jo 30 kw:n kompressori, jonka tuotto on. Kuinka lauhde poistetaan oikein? Paineilman virtausnopeuden ollessa 2 3 m/s ja vesikuopan ollessa oikein suunniteltu se erottaa lauhteen paineilmasta yhtä tehokkaasti kuin paineilmasäiliö (kuva ). b) Paineilman kuivaus Yllä mainittujen kohteiden lisäksi lauhdetta muodostuu myös paineilmaa kuivattaessa. Jäähdytyskuivain: Paineilma kuivuu lämpötilan alene- a) Uimuriventtiili (kuva 2) Uimuriventtiili kuuluu vanhimpiin lauhteenpoistomenetelmiin. Se korvasi aikoinaan täysin epätaloudellisen ja epäluotettavan manuaalisen lauhteenpoiston. Paineilman sisältämien epäpuhtauksien vuoksi myös uimuriventtiilit ovat osoittautuneet erittäin alttiiksi häiriöille ja vaativat jatkuvaa huoltoa. b) Magneettiventtiili Aikaohjauksella toimivat magneetti- naalit on mahdollista siirtää suoraan keskusohjausjärjestelmään. d) Oikea asennus Lauhteenerotusjärjestelmän ja lauhteenpoistimen väliin tulisi aina asentaa lyhyt palloventtiilillä varustettu putki (kuva 3). Näin lauhteenpoistin voidaan sulkea huoltotöiden ajaksi, ja paineilmalaitteiston toiminta voi jatkua keskeytyksettä. 5 m³/min, tuottaa keskimääräisissä käyttöolosuhteissa noin 20 litraa lauhdetta yhden työvuoron aikana. Lauhde on poistettava paineilmajärjestelmästä, sillä se aiheuttaa toimintähäiriöitä, tuotannonkeskeytyksiä ja korroosiota. Tässä kappaleessa kerromme, kuinka lauhde poistetaan oikein ja kustannustietoisesti.. Lauhteenpoisto Jokaisessa paineilmajärjestelmässä syntyy epäpuhtauksia sisältävää lauhdetta tiettyihin kohtiin (kuva yllä). Sen vuoksi luotettava lauhteenpoisto kuuluu välttämättömänä osana jokaiseen paineilmajärjestelmään. Se vaikuttaa oleellisesti paineilman laatuun sekä paineilmajärjestelmän toimintavarmuuteen ja taloudellisuuteen. a) Mihin lauhdetta kerääntyy? % lauhteesta kerääntyy paineilmajärjestelmän mekaanisiin osiin olettaen, että kompressoreissa on tehokas jälkijäähdytys. Syklonierotin: Syklonierotin on mekaaninen erotin, joka keskipakovoiman avulla erottaa lauhteen paineilmasta (kuva oik. alh.). Optimaalisten toimintaedellytysten saavuttamiseksi kuhunkin syklonierottimeen tulee liittää vain yksi kompressori. Välijäähdytin: Kaksivaiheisissa, välijäähdyttimillä varustetuissa kompressoreissa lauhdetta kertyy myös välijäähdyttimen erottimeen. Paineilmasäiliö: Paineilmasäiliössä lauhde erottuu paineilmasta painovoiman avulla. Riittävän suuri paineilmasäiliö (kompressorin tuotto/min : 3 = paineilmasäiliön tilavuus kuutiometreinä) on yhtä tehokas lauhteenerottaja kuin syklonierotin. Syklonierottimesta poiketen paineilmasäiliö voidaan asentaa kompressoriaseman pääpaineilmaputkeen edellyttäen, että paineilma virtaa sisään säiliön alaosassa ja poistuu ylhäällä sijaitsevan aukon kautta. Paineilmasäiliön pinta säteilee lämpöä ulospäin, mikä osaltaan edistää paineilman jäähtymistä ja tehostaa lauhteen erottumista. Vesikuoppa paineilmaputkessa: Jotta lauhde ei voisi virrata epämääräisesti paineilmajärjestelmässä, on kosteata paineilmaa kuljettava paineilmaputki suunniteltava siten, että kaikki siihen johtavat ja siitä erkanevat paineilmalinjat osoittavat joko ylöspäin tai sivulle. Alaspäin suunnatut lauhteenjohtimet, nk. vesikuopat, mahdollistavat lauhteen poisjohtamisen pääputkesta. Kuva : Vesikuoppa lauhteenpoistimineen Kuva 2: Uimuriventtiili Kuva 3: Palloventtiilillä varustettu ECO Drain misen myötä ja näin ollen lauhdetta kertyy myös jäähdytyskuivaimeen. Adsorptiokuivain: Putkissa paineilman lämpötila alenee tuntuvasti, ja lauhdetta syntyy jo ennen kuin paineilma saavuttaa adsorptiokuivaimen. Osapaineen vuoksi itse adsorptiokuivaimessa esiintyvä kosteus on höyryn muodossa. c) Hajautettu erotin Jos paineilmaa ei kuivata keskitetysti, kertyy ennen paineilmatyökaluja asennettuihin vedenerottimiin suuret määrät lauhdetta. Tällaiset vedenerottimet vaativat hyvin paljon huoltoa. 2. Yleisimmät lauhteenpoistomenetelmät Tällä hetkellä käytetään yleisimmin seuraavia menetelmiä: venttiilit toimivat luotettavammin kuin uimuriventtiilit, mutta epäpuhtauksien vuoksi nekin on tarkastettava säännöllisin välein. Väärin asetetut venttiilien avautumisajat aiheuttavat painehäviöitä ja korottavat energiantarvetta. c) Pinnankorkeusanturilla varustetut lauhteenpoistimet (ECO Drain; kuva 3) Nykyisin käytetään useimmiten älykkäitä, taso-ohjauksella varustettuja lauhteenpoistimia. Niissä häiriöille altis uimuri on korvattu elektronisella anturilla. Mekaanisen kulumisen aiheuttamat toimintahäiriöt on näin ollen eliminoitu, eikä likaantumisellakaan ole enää vaikutusta laitteen toimintaan. Venttiilien avautuminen on tarkkaan säädettävissä, jolloin vältytään painehäviöiltä. Laitteiden toimintaa on helppo valvoa, ja anturien lähettämät sig- 0

8 Paineilmaa tuotettaessa lauhdetta muodostuu väkisinkin melkoisia määriä (vrt. kappaleet 3 ja ). Käsite kondensaatio saattaa aiheuttaa sen harhakäsityksen, että kyse olisi vain tiivistyneestä vesihöyrystä. Näin 5. Lauhteen taloudellinen ja luotettava jälkikäsittely ei kuitenkaan ole. Jokainen kompressori on kuin ylimitoitettu pölynimuri: imetyn ilman sisältämät epäpuhtaudet siirtyvät paineilmaan ja edelleen tiivistetyssä muodossa lauhteeseen.. Miksi lauhde käsitellään? Paineilmatuotannon aikana syntyvä lauhde on ongelmallinen sekoitus, eikä sitä tule sellaisenaan päästää viemäristöön. Ympäristökuormituksen vuoksi se sisältää paitsi kiinteitä hiukkasia myös hiilivetyjä, rikkidioksidia, kuparia, lyijyä, rautaa jne. Epäpuhtauksille, joita yleiseen viemäriverkostoon johdettava jätevesi saa sisältää, on olemassa tarkat raja-arvot. Omalla sijaintipaikkakunnallasi sovellettavat raja-arvot (esim. hiilivety- ja ph-arvon) saat parhaiten selville soittamalla paikalliselle vesilaitokselle. 2. Eri tyyppiset lauhteet a) Dispersio Lauhdetta voi esiintyä eri muodoissa. Dispersiomaista lauhdetta syntyy useimmiten öljyjäähdytteisissä kompressoreissa, joissa käytetään Sigma Fluid S60 -tyyppistä synteettistä jäähdytysöljyä. Tällaisen lauhteen ph-arvo on yleensä 6 9, ts. lauhde on ph-arvoltaan neutraali. Ympäröivästä ilmasta peräisin olevat epäpuhtaudet sitoutuvat lauhteen pintaan muodostuvaan öljykerrokseen, joka on helppo erottaa vedestä. b) Emulsio Emulsiomaisen lauhteen selvin merkki on maitomainen neste, jonka aineosat eivät useankaan päivän kuluessa hajoa kahdeksi eri faasiksi (kuva, oik.). Tämäntyyppistä lauhdetta muodostuu usein sellaisiin mäntä-, ruuvi- ja lamellikompressoreihin, joissa jäähdytykseen käytetään perinteistä öljyä. Myös tällaisessa lauhteessa haitalliset aineet on sidottu öljyyn. Öljy ja vesi samoin kuin imetyt epäpuhtaudet, esim. pöly ja raskasmetallit, eivät voimakkaan sekoittumisen vuoksi kuitenkaan erotu toisistaan painovoiman vaikutuksesta. Jos öljyssä esiintyy estereitä, saattaa lauhde myös olla aggressiivista, jolloin se on neutraloitava. Tällaisten lauhteiden käsittely on mahdollista vain emulsion hajottavilla laitteilla. c) Öljyttömistä kompressoreista peräisin olevan lauhteen käsittely Lisääntyvän ympäristökuormituksen vuoksi myös öljyttömistä kompressoreista peräisin oleva lauhde sisältää huomattavat määrät öljyisiä aineosia. Lisäksi sen rikkidioksidi-, raskasmetalli- ja/tai muu kiintoainepitoisuus on usein sangen korkea. Tästä seuraa, että lauhde on yleensä aggressiivista (ph-arvo 3 6). Tällaista lauhdetta ei käsittelemättömänä voi johtaa yleiseen viemäriverkostoon, vaikka näin usein väitetään. 3. Lauhteen hävitys ongelmajätteenä Luonnollisesti on mahdollista ottaa lauhde talteen ja antaa sen hävitys ongelmajätteisiin erikoistuneen yrityksen tehtäväksi. Lauhteen laadusta riippuen kustannukset saattavat kuitenkin muodostua huomattavan korkeiksi. Kun huomioidaan syntyvän lauhteen määrä, on yrityksen sisällä tapahtuva lauhteenkäsittely useimmiten kannattavampi vaihtoehto. Sillä on se etu, että alkuperäisestä ongelmajätemäärästä jää jäljelle vain n. 0,25 %.. Käsittelymenetelmät a) Dispersion käsittely Tämäntyyppisen lauhteen jälkikäsittelyyn riittää yleensä kolmikammioinen erotin, joka koostuu kahdesta esierotuskammiosta ja yhdestä aktiivihiilisuodattimella varustetusta kammiosta. Varsinainen erotus tapahtuu painovoiman avulla. Laitteen erotuskammiossa nesteen pinnalle muodostuva öljykerros johdetaan erilliseen astiaan ja hävitetään jäteöljyn tavoin. Jäljelle jäävä vesi suodatetaan kahdessa vaiheessa, minkä jälkeen se voidaan johtaa yleiseen viemäriverkostoon. Painovoiman avulla tapahtuva erotus on kustannuksiltaan noin 95 % edullisempaa kuin käsittelemättömän lauhteen hävitys ongelmajätteenä. Nykyään tarjolla olevat lauhteenkäsittelylaitteet soveltuvat maks. 05 m³ paineilmaa minuutissa tuottaville kompressoreille. Tuotannon ollessa tätä suurempi voidaan kytkeä useampia lauhteenkäsittelylaitteistoja rinnakkain. 2 3 Jokaiseen kompressoriin pääsee imetyn ilman mukana vesihöyryä ja epäpuhtauksia. Puristusvaiheen aikana muodostuvasta lauhteesta on poistettava öljy ja muut haitalliset aineet (kuva yllä; 2), ennen kuin se voidaan johtaa viemäriverkostoon (kuva yllä; 3) b) Emulsion käsittely Stabiilien emulsioiden käsittelyssä käytetään nykyisin pääasiassa kahdentyyppisiä laitteita: Kalvoerottimet toimivat ultrasuodatusperiaatteella, joka perustuu ns. cross flow -menetelmään. Esisuodatettu lauhde virtaa kalvojen yli osan nesteestä läpäistessä kalvot. Käsittelyn jälkeen erottimesta poistuva Dispersiomaisen lauhteen käsittely Aquamattyyppisellä erottimella on tehokas ja edullinen tapa erottaa lauhteesta epäpuhtaudet neste voidaan johtaa viemäriverkostoon. Toisen laitetyypin toiminta perustuu pulverimaisen hajotusaineen käyttöön. Aine kapseloi öljyhiukkaset muodostaen täten helposti suodatettavia hiutaleita. Tarkoin määritellyn huokoisuuden omaava suodatin suodattaa nämä hiutaleet tehokkaasti, ja jäljelle jäävä vesi voidaan johtaa viemäristöön. c) Öljyttömistä kompressoreista peräisin olevan lauhteen käsittely Öljyttömien kompressorien muodostama lauhde on käsiteltävä kemiallisesti. Tähän kuuluu ph-neutralointi emäksisiä aineita lisäämällä sekä raskasmetallien sitominen suodattimeen, joka on hävitettävä ongelmajätteenä. Tämä menetelmä on kaikista menetelmistä monimutkaisin. Esim. Saksassa erikoisluvan, jolla tällaisen lauhteen johtaminen viemäristöön sallitaan, tulee koskea paitsi lauhteen mahdollisesti sisältämää öljyä myös ympäröivästä ilmasta imettyjä ja lauhteessa tiivistetyssä muodossa esiintyviä haitallisia aineita, jotka voivat huomattavassa määrin saastuttaa lauhdetta. Stabiilin emulsiomaisen lauhteen käsittelyssä käytetään mm. kalvoerottimia 2 3

9 Kaikista eduistaan huolimatta paineilma on suhteellisen kallis energianvälittäjä. Niinpä mottona täytyykin olla: säästä kustannuksia aina, kun siihen tarjoutuu mahdollisuus. Usein suurin syy liian korkeisiin kustannuksiin on Paine Dual-säätö Kuormitus-kevennyskäynti-pysäytyssäätö Kuormitus Paine DUAL-GD eli moduloiva säätö Tasapaine; tuoton jatkuva säätö p-säätimen avulla Kuormitus Kev. käynti Valm.tila Kev. käynti Valm.tila 6. Tehokas kompressoriohjaus Paine Moottorin teho % QUADRO-säätö Kuormitus-kevennyskäynti-pysäytyssäätö; optimaalisen käyntitavan automaattinen valinta Aika Paine Moottorin teho % SFC (taajuusmuuttaja) Tuoton jatkuva säätö moottorin kierrosluvun kautta Aika Kuormitus Kuormitus se tosiasia, että kompressorien tuottoa ei ole kunnolla mukautettu vaihtelevaan paineilman tarpeeseen. Kompressorien käyttöaste on usein vain 50 %. Monet käyttäjät eivät ole tästä lainkaan tietoisia, koska heidän kompressoreissaan on ainoastaan käyttötuntimittari mutta ei kuormitustuntimittaria. Oikein mitoitetut ohjausjärjestelmät tuovat apua ongelmaan: ne voivat nostaa käyttöasteen yli 90 %:iin saaden täten aikaan 20 %:n ja jopa sitäkin suuremman energiansäästön. kettyjen kompressorien energiantarve on kevennetyn käynnin aikana yhä edelleen vähintään 20 % kuormituskäynnin energiantarpeesta. b) Taajuusmuuttajat Kompressoreissa, joiden kierroslukua säädetään taajuusmuuttajilla, hyötysuhde ei ole vakaa koko niiden säätöalueella. Esimerkiksi 90 kw:n moottorissa se alenee %:n säätöalueella 9 %:sta 86 %:iin. Lisäksi on huomioitava taajuusmuuttajasta johtuva häviö ja kompressorien epälineaariset suoritusominaisuudet. Väärin käytettyinä taajuusmuuttajat voivat siis olla todellisia energian suurkuluttajia ilman, että käyttäjä on siitä tietoinen. Taajuusmuuttaja ei siis ole mikään yleislääke, kun puhutaan mahdollisimman energiataloudellisesta kompressorien käytöstä. 2. Ilmantarpeen luokittelu Kompressorit voidaan niiden käytön mukaan luokitella peruskuormitus-, keskikuormitus-, huippukuormitus- ja varakoneisiin. a) Peruskuormituksen ilmantarve Peruskuormituksen ilmantarpeella tarkoitetaan sitä ilmamäärää, jonka prosessi jatkuvasti vaatii. b) Huippukuormituksen ilmantarve Huippukuormituksen ilmantarve tarkoittaa sitä ilmamäärää, joka tarvitaan tiettyinä huippuaikoina. Käyttäjien erilaisista vaatimuksista johtuen sen määrä vaihtelee. Jotta. Sisäinen ohjaus a) Kuormitus-kevennyskäyntisäätö Useimmat kompressorit toimivat oikosulkumoottoreilla. Näiden moottorien sallittu kytkentätaajuus alenee tehon suuretessa. Se ei vastaa sitä kytkentätaajuutta, joka on tarpeen alhaisen kytkentäeron omaavien kompressorien pysäyttämiseksi ja käynnistämiseksi todellisen paineilmatarpeen mukaisesti. Nämä kytkennät siirtävät kompressorin kuitenkin vain kevennetylle käynnille moottorin jatkaessa vielä jonkin aikaa käyntiään. Tähän kuluvaa energiaa voidaan pitää häviönä. Tällä tavoin kyterilaiset kuormitusvaatimukset voitaisiin täyttää, on kompressoreissa oltava erilaisia ohjauksia. Näiden ohjausten on pystyttävä ylläpitämään kompressorien toiminta ja turvaamaan paineilman saanti keskusohjausjärjestelmän toiminnan häiriytyessä. 3. Pääohjausjärjestelmä Pääohjausjärjestelmät koordinoivat paineilma-aseman kompressorien toiminnan ja käynnistävät tai pysäyttävät yksittäiset laitteet aina kulloisenkin ilmantarpeen mukaan. a) Laitteiston ositus Osituksella tarkoitetaan kompressorien jakoa teholtaan ja ohjaukseltaan saman- tai erilaisiin yksikköihin prosessin perus- ja huippukuormituksen aikaisen ilmantarpeen mukaan. b) Pääohjauksen tehtävät Kompressorien toiminnan koordinointi on sekä vaativa että moniulotteinen tehtävä. Nykyisin ei enää riitä, että pääohjausjärjestelmät osaavat oikealla hetkellä ottaa käyttöön eri tyyppisiä ja kokoisia kompressoreja: huoltokustannusten alentamiseksi ja toimintavarmuuden parantamiseksi niiden on myös pystyttävä valvomaan laitteistoja huoltoteknisesti, yhtenäistämään kompressorien käyntiajat ja tunnistamaan häiriöt. c) Oikea porrastus Tehokkaan ts. energiaa säästävän pääohjausjärjestelmän tärkein edellytys on kompressorien aukoton Kev. käynti Valm.tila Moottorin teho % Kompressorin sisäinen SIGMA CONTROL -ohjaus tarjoaa neljä erilaista ohjausvaihtoehtoa porrastus. Huippukuormituskoneiden yhteenlasketun tuoton on sen vuoksi oltava suurempi kuin seuraavaksi kytkettävän peruskuormituskoneen tuoton. Taajuusmuuttajalla varustettua huippukuormituskonetta käytettäessä säätöalueen on vastaavasti oltava suurempi kuin seuraavaksi kytkettävän kompressorin tuoton. Muussa tapauksessa paineilmatuotannon taloudellisuutta ei voida taata. d) Luotettava tiedonsiirto Luotettava tiedonsiirto on pääohjausjärjestelmän moitteettoman toiminnan ja tehokkuuden ehdoton edellytys. Ensinnäkin on varmistettava ilmoitusten kulku sekä yksittäisten kompressorilaitteiden sisällä että yksittäisten kompressorien ja pääohjauksen välillä. Lisäksi sen on valvottava signaalien reittejä, jotta häiriöt, kuten esimerkiksi yhdyskaapelin katkos, voidaan välittömästi tunnistaa. Tavallisimmat siirtoreitit:. potentiaalivapaat koskettimet ma:n analogiset signaalit 3. elektroniset liitännät, esim. RS 232, RS 85 tai Profibus DP. Nykyaikaisinta siirtotekniikkaa edustaa Profibus-väylä, jonka avulla suuria tietomääriä voidaan nopeasti ja ongelmitta siirtää pitkiäkin matkoja (kuva alla). Pääohjaus voidaan näin ollen sijoittaa myös erilleen paineilma-asemasta. Aika Profibus mahdollistaa nopean tiedonsiirron kompressoriasemalta pääohjausjärjestelmälle Huoltokeskus Kompressorit Kev. käynti Valm.tila Moottorin teho % Tekstiviesti matkapuhelimeen Myynti/huolto SIGMA AIR MANAGER -ohjausjärjestelmä Modeemi Ethernet Modeemi Sigma Air Control -valvontakeskus Prosessi Profibus-DP Jälkikäsittely Aika ECO DRAIN -lauhteenpoistimella varustettu suodatin 5

10 Yleensä kompressoriasemat koostuvat useasta saman- tai erikokoisesta kompressorista. Näiden yksittäisten koneiden koordinoiminen vaatii pääohjausjärjestelmän. Aikaisemmin tämä tehtävä oli suhteellisen 7. Painekaistaohjaus kompressorien optimaalinen yhteensovittaminen paineilman kulutuksen mukaan yksinkertainen: pääasiassa oli kyse siitä, että yhtä suurten peruskuormituskoneiden käyntiä vuoroteltiin, jotta koneiden kuormitus olisi tasaista. Nykyisin tämä ei enää riitä: nyt on kyse siitä, että paineilmatuotannon on optimaalisesti vastattava käyttökohteen paineilmatarvetta samalla kun energia halutaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Kompressorien pääohjausjärjestelmiä on periaatteessa kahta eri tyyppiä: kaskadi- ja painekaistaohjaus.. Kaskadiohjaus Klassinen tapa yhdistää kompressorit ohjausteknisesti toisiinsa on nk. kaskadiohjaus. Tässä ohjauksessa jokaiselle kompressorille määritellään alempi ja ylempi kytkentäpiste. Jos koordinoitavia kompressoreja on useampia, saadaan tällä tavoin aikaan porras- tai kaskadimainen ohjausjärjestelmä. Paineilman kulutuksen ollessa alhaista käynnistyy vain yksi kompressori ja paine vaihtelee ylemmällä alueella tämän kompressorin minimi- (pmin) ja maksimipaineen (pmax) välillä. Paineilmatarpeen kasvaessa paine putoaa, ja ohjaus käynnistää seuraavat kompressorit (kuva ). Tämä saa aikaan suhteellisen epäedullisen yhtälön: paineilman kulutuksen ollessa vähäistä järjestelmässä vallitsee maksimipaine ja energiahäviöt kasvavat vuotojen seurauksena; kulutuksen ollessa suurta paine sen sijaan putoaa ja järjestelmän painereservi pienenee. a) Kalvopainekytkimellä toimiva kaskadiohjaus Jos kaskadiohjaus toimii painekytkimen tai kosketuspainemittarin ohjaamana, on jokaisen yksittäisen kompressorin kytkentäpaineen eron oltava yleensä Vertailu kaskadi-/ painekaistaohjaus Perinteisen peruskuormitusvaihtokytkennän painevaihtelu SAM-painekaistaohjauksen painevaihtelu Varmuusvara Kuva : Kaskadiohjausten (peruskuormitusvaihtokytkentöjen) ja painekaistaohjausten (esim. SIGMA AIR MANAGER SAM) erilaiset painevaihtelut ja painesäästöt vähintään 0,5 baria ja yksittäisten kytkentäpisteiden välisen eron vähintään 0,3 baria. Jos ohjattavia kompressoreja on neljä (suositeltu enimmäismäärä tälle ohjaukselle) muodostuu kytkentäpaineen eroksi tällä tavoin vähintään, baria. b) Elektronisella painekytkimellä toimiva kaskadiohjaus Elektronisia paineantureita käytettäessä yksittäisten kompressorien kytkentäpaineen ero voidaan alentaa 0,2 bariin ja kytkentäpisteitä voidaan myös lähentää toisiinsa. Ihannetapauksessa kytkentäpaineen ero voidaan pienentää 0,7 bariin. Kuten edellä jo mainittiin, tulisi kaskadiohjaukseen kytkeä enintään neljä kompressoria. Muussa tapauksessa on olemassa vaara, että suuren painehajonnan seurauksena energia- ja vuotohäviöt muodostuvat erittäin suuriksi. 2. Painekaistaohjaus Painekaistaohjaus on epäilemättä nykyaikaisempi tapa koordinoida useiden kompressorien toimintaa etenkin kun tehokkuudelle Aika asetetut vaatimukset jatkuvasti kasvavat. Tässä ohjausmuodossa haluttua määrää kompressoreja ohjataan yhden ainoan nk. painekaistan avulla (kuva ). Tämä ohjausmuoto edellyttää vähintään mikroprosessoriohjausta tai mieluummin vielä teollisuus-pc-pohjaista älykästä ohjausta. Myös painekaistaohjaus tarjoaa erilaisia vaihtoehtoja. a) Vektoriohjaus Vektoriohjaus määrittää paineen kohoamisen ja putoamisen määrätyn minimi- ja maksimipaineen välillä ja laskee sen pohjalta paineilman kulutuksen. Kompressorien ohjaus suuntautuu tavallaan "taaksepäin", sillä niitä ohjataan menneiden kulutustietojen pohjalta (kuva 2). Jos paineilman tarve on vaihtelevaa, saattaa seurauksena olla putkiston värähtelyä, joka on vaimennettava. Tässä yhteydessä kompressorien yhteensovittaminen on erityisen tärkeätä. Tätä ohjausvaihtoehtoa käytettäessä kytkentäpaineen eroa ei yleensä voida alentaa alle 0,5 barin, koska mittaus tapahtuu minimi- ja maksimipaineen välisellä alueella. Vektori Paineennousu aikajakson aikana Vektori Vektori 2 Kuva 2: Kompressorien vektoriohjaus b) Trendin tunnistava painekaistaohjaus Vektoriohjausta tehokkaampi vaihtoehto on trendin tunnistava painekaistaohjaus, sillä se mahdollistaa 0,2 barin kytkentäpaineen eron. Tämä on tällä hetkellä alhaisin paineilmatekniikan tuntema kytkentäpaineen ero. Trendin tunnistus ei perustu tietyllä aikajaksolla tapahtuvan välittömän paineenkohoamisen ja -putoamisen määrittämiseen, vaan ohjaus tarkkailee paineilmajärjestelmän kulutuskäyttäytymistä kompressorin kytkennän jälkeen ja tekee sen pohjalta johtopäätökset seuraavia kytkentöjä varten (kuva 3). Näin 0,0 0,03 barin tarkkuudella toimiva trenditunnistus on aina ajan tasalla ja antaa ohjaukselle mahdollisuuden koordinoida optimaalisesti myös sellaisia paineilmajärjestelmiä, joissa paineilman kulutus vaihtelee voimakkaasti. Niinpä nykyisin on mahdollista kytkeä jopa 6 kompressoria ohjausteknisesti toisiinsa vain 0,2 barin painealueella. Hätätilanteita varten painekaistaohjauksessa on varmuusvarana nk. varakaista, jonka Kuva 3: Trendin tunnistava painekaistaohjaus (yllä) avulla paineilmatuotanto voidaan turvata tilanteessa kuin tilanteessa. Nämä ohjaukset voivat omalta osaltaan tuntuvasti tehostaa paineilmajärjestelmien energiansäästöä. Asiaa voidaan selventää seuraavalla esimerkillä: jo 0, baria alhaisempi järjestelmäpaine tuo mukanaan yhden prosentin energiansäästön. Vektori Paineenpudotus aikajakson aikana Painekaistaohjaus useammalle kompressorille (SAM). kompressorin kytkentäpiste 2. kompressorin kytkentäpiste c) Huippukuormituksen mukaan määräytyvä ohjaus Trendin tunnistavat painekaistaohjaukset ryhmittelevät kompressorit niiden suorituskyvyn mukaan. Näin ne pystyvät paitsi tasaamaan kompressorien käyttö- ja kuormitustunnit myös valitsemaan täsmälleen oikean kompressorin oikeaan aikaan (kuva ). Tämä kuitenkin edellyttää kompressorien optimaalista ositusta. Tällä tarkoitetaan suoritusteholtaan samantai erisuuruisten kompressorien jakoa peruskuormitus- ja huippukuormituskoneisiin (ks. myös kappale Tehokas kompressoriohjaus). Tämä tällä hetkellä taloudellisin kompressorien ohjaustapa edellyttää kuitenkin suurten tietomäärien välittämistä ja käsittelyä. Ainoastaan in tarjoaman SIGMA Air Managerin (SAM) kaltaiset älykkäät teollisuus-pc:t kykenevät käsittelemään tällaisia tietomääriä. Teollisuus-PC:t voidaan kytkeä koko tuotantolaitoksen keskusohjausjärjestelmiin, ja ne toimivat paitsi tehokkaina ohjauksina samalla myös ohjelmoiduin HTML-sivuin varustettuina www-palvelimina. Näin kompressorien käyttöä ja koko Nimellispaine paineilma-aseman käyttöastetta ja tehokkuutta koskevat tiedot voidaan koota ja analysoida ilman erityisiä tietokoneohjelmia ja samalla visualisoida ne helppotajuisessa muodossa (SIGMA Air Manager: ks. myös s. 27). Kuva : Kompressorien kuormitus on tasaisempaa, kun ositus optimoidaan ja laitteet koordinoidaan tehokkaasti 6 7

11 Energiansäästö ei nykyisin ole välttämätöntä vain ekologisista syistä vaan alati nousevien kustannusten vuoksi myös taloudellisista syistä. Kompressorivalmistajat tarjoavat tähän monia mahdollisuuksia. Ruuvikom- Käyttövesi Levylämmönvaihdin Kompressorin jäähdytysnestejärjestelmä 8. Lämmön talteenotto säästää energiaa ja kustannuksia pressorien lämmön talteenotto on yksi potentiaalinen säästökohde.. Kompressorit synnyttävät ensisijaisesti lämpöä Vaikka se maallikosta kuulostaakin uskomattomalta, niin tosiasia on, että 00 % kompressoriin syötetystä energiasta muuttuu lämmöksi. Puristuksen seurauksena ilmaan muodostuu kompressorissa energiapotentiaali. Tämä energia voidaan hyödyntää alennettaessa paine ympäristön painetta vastaavaksi, paineilmaa jäähdytettäessä ja ympäristöstä tapahtuvan lämmönoton yhteydessä. 2. Hyödynnettävää energiaa jopa 9 % Suurin osa eli 72 % käytetystä ja lämpönä hyödynnettävästä energiasta löytyy jäähdytysneste-/öljyjäähdytteisissä kompressoreissa niiden jäähdytykseen käytetystä väliaineesta, 3 % paineilmasta ja jopa 9 % sähkömoottorin lämpöhäviöstä. Täysin koteloiduissa öljyjäähdytteisissä ruuvikompressoreissa jopa sähkömoottorin energiahäviö voidaan hyödyntää lämpöenergiana tarkoin kohdistetun jäähdytyksen avulla. Kompressorin vaatimasta energiasta voidaan siis yhteensä 9 % hyödyntää lämpöteknisesti. Vain 2 % energiasta häviää lämpösäteilynä ja % lämmöstä jää paineilmaan (ks. lämmönvirtauskaavio sivulla 9). 3. Lämmön talteenottomahdollisuuksia Käyttäjät, jotka ovat kiinnostuneita käyttämään paineilmaa entistä taloudellisemmin, voivat valita useamman talteenottovaihtoehdon välillä: a) Lämmenneen jäähdytysilman käyttö lämmitykseen Ilma- ja öljyjäähdytteisten ruuvikompressorien kohdalla yksinkertaisin tapa hyödyntää lämpöä on käyttää kompressoreissa lämmennyt jäähdytysilma välittömästi hyödyksi. Tällöin poistolämpö johdetaan kanavajärjestelmän kautta lämmitettäviin tiloihin (kuva ) Lämmintä ilmaa voidaan luonnollisesti käyttää myös muissa kohteissa kuten esimerkiksi kuivausprosesseissa, tuulikaappien ja oviaukkojen lämmityksessä tai polttoilman esilämmityksessä. Kun Kesä: poistoilma ulos lämmintä ilmaa ei tarvita, johdetaan poistoilmavirta ulos joko manuaalisesti tai automaattisesti käännettävän läpän tai ritilän kautta. Ritilän termostaattiohjaus mahdollistaa lämpimän ilman annostelun niin tarkkaan, että lämmityskohteessa voidaan ylläpitää tasaista lämpötilaa. Tällä tavoin voidaan hyödyntää 9 % ruuvikompressorin sähköisestä tehonotosta. Se saattaa olla myös pienempien kompressorien kohdalla kannattavaa, sillä jo noin 8,5 kw:n kompressori tuottaa niin paljon lämpöenergiaa, että se riittää vaivatta omakotitalon lämmittämiseen. b) Veden lämmitys Sekä ilma- että vesijäähdytteisten ruuvikompressorien kohdalla on mahdollista tuottaa lämmintä vettä eri tarkoituksiin asentamalla jäähdytysöljyjärjestelmään Talvi: poistoilma lämmitykseen Kuva : Poistoilmakanavalla ja poistoilmaa ohjaavalla läpällä varustettu lämmön talteenottojärjestelmä Kuva 2: Veden lämmitys lämmön talteenoton avulla: levylämmönvaihtimilla lämmitetty vesi saavuttaa jopa +70 C:n lämpötilan Lämmönvirtauskaavio Paineilman jäähdytys 3 % Moottori 9 % Jäähdytin 72 % Lämmön talteenoton avullahyödynnettävissä oleva lämpömäärä 9 % lämmönvaihdin (kuva 2). Kysymykseen tulevat levylämmönvaihtimet tai välipiirillä varustetut turvalämmönvaihtimet riippuen siitä, onko lämmin vesi tarkoitus käyttää lämmitykseen, peseytymiseen vai tuotanto- ja puhdistusprosesseihin. Näiden lämmönvaihdinten avulla on mahdollista tuottaa jopa 70 C:n lämpöistä vettä. Kokemuksemme mukaan 8,5 kw:n ja sitä suurempien kompressorien kohdalla tämän vaihtoehdon vaatimat lisäkustannukset maksavat itsensä takaisin kahden vuoden sisällä. Tämä edellyttää luonnollisesti asiantuntevaa suunnittelua. Sähköinen tehonotto yhteensä 00 % Lämpösäteily ympäristöön 2 % Paineilmaan jäljelle jäävä lämpö %. Turvallisuusnäkökohdat huomioitava Tavallisesti kompressorin ensisijaista jäähdytysjärjestelmää ei tulisi koskaan samanaikaisesti käyttää lämmön talteenottojärjestelmänä, sillä lämmön talteenoton mahdollinen toimintahäiriö vaarantaisi välittömästi myös kompressorin jäähdytyksen ja siten paineilmatuotannon. Sen vuoksi kompressoriin tulee asentaa erityiset lämmönvaihtimet lämmön talteenottoa varten, jolloin kompressori voi häiriötapauksessa itse huolehtia turvallisesta jäähdytyksestä: jos lämpö ei poistu talteenottojärjestelmän lämmönvaihdinten kautta, kytkeytyy kompressori ensisijaiselle ilma- tai vesijäähdytykselle. Näin paineilmatuotanto voidaan turvata tilanteessa kuin tilanteessa. 5. Yhteenveto Lämmön talteenotto on harkitsemisen arvoinen mahdollisuus parantaa paineilmalaitteiston taloudellisuutta ja samalla keventää ympäristörasitusta. Järjestelmän edellyttämät lisäinvestoinnit ja -järjestelyt ovat suhteellisen vähäiset. Investointien suuruus riippuu käyttökohteessa vallitsevista olosuhteista, käyttötarkoituksesta ja valitusta talteenottomenetelmästä. 8 9

12 Paineilma on erittäin monipuolinen, mutta hintava energianvälittäjä. Sen käyttö on kannattavaa vasta, kun sekä paineilman tuotanto, jälkikäsittely että jakelu on sovitettu mahdollisimman hyvin yhteen. 9. Energiahäviöiden välttäminen () Mitä paineilmaverkoston suunnittelussa ja asennuksessa tulisi huomioida? Tähän sisältyvät varsinaisen paineilma-aseman oikean suunnittelun ja toteutuksen lisäksi myös paineilmaverkoston oikea mitoitus ja asennus.. Taloudellinen paineilmatuotanto Paineilmakuution hintaa määriteltäessä on huomioitava niin energiasta, jäähdytysaineista, huollosta kuin kompressorin kuoletuksestakin aiheutuvat kustannukset. Hintaan vaikuttavat myös kompressorin koko, kuormitus- ja huoltoaste sekä rakenne. Sen vuoksi monet yritykset arvostavat erityisen paljon paineilmatuotannon taloudellisuutta. Tähän perustuu myös öljyjäähdytteisten ruuvikompressorien suosio: paineilman tuottaminen on niiden avulla jopa 20 % edullisempaa. 2. Jälkikäsittelyn vaikutus paineilmaverkostoon Vähemmän sen sijaan kiinnitetään huomiota tarpeita vastaavaan paineilman jälkikäsittelyyn. Tämä on valitettavaa, sillä vain hyvin jälkikäsitellyn paineilman avulla on mahdollista pitää paineilmaa vaativien laitteiden ja putkiverkoston huoltokustannukset alhaisina. a) Jäähdytyskuivaimet alentavat huollontarvetta Noin 80 %:ssa kaikista käyttökohteista jälkikäsittelyyn riittää jäähdytyskuivain. Sen ansiosta putkistossa ei tarvita erillisiä, painehäviöitä aiheuttavia suodattimia, ja sen energiakustannuksetkin ovat vain n. 3 % niistä energiakustannuksista, jotka kompressori aiheuttaa tuottaessaan sen kuivaaman paineilmamäärän. Tämän lisäksi putkisto ja paineilmaa kuluttavat laitteet vaativat vain vähän huoltoa ja korjauksia. Näin saavutettu kustannussäästö ylittää jopa kymmenkertaisesti jäähdytyskuivatuksen kulut. b) Tilaa säästävät yhdistelmälaitteet Pienempiä yrityksiä tai hajautettuja paineilmajärjestelmiä varten markkinoilta löytyy myös tilaa säästäviä yhdistelmiä, jotka muodostuvat ruuvikompressorista, jäähdytyskuivaimesta ja paineilmasäiliöstä (kuva oik.) tai tornimaisesta kompressori-kuivainyhdistelmästä. 3. Uuden paineilmaverkoston suunnittelu ja asennus Uutta paineilmaverkostoa suunniteltaessa on ensimmäiseksi päätettävä, halutaanko järjestelmästä keskitetty vai hajautettu. Keskitetty paineilmajärjestelmä soveltuu useimmille pienille ja keskisuurille yrityksille. Niissä ei tavallisesti esiinny niitä ongelmia, joihin saatetaan törmätä laajalle alueelle ulottuvissa paineilmajärjestelmissä: korkeat asennuskustannukset, riittämättömästi eristettyjen ulkoputkien jäätymisvaara talvella ja painehäviöt pitkissä putkissa. a) Verkoston oikea mitoitus Paineilmaverkoston mitoituksen tulisi aina perustua laskelmaan. Sen lähtökohdaksi otetaan maks. barin paineenpudotus kompressorin ja paineilman käyttökohteen välillä. Tähän sisältyvät kompressorien kytkentä- ja irtikytkentäpaineiden väliset erot ja paineilman vakiokäsittely (jäähdytyskuivaus). Lähtökohdaksi otetaan seuraavat painehäviöt (kuva oik.): Runkoputki Jakeluputki 2 Liitäntäputki 3 Kuivain Huoltoyksikkö ja Letku 5 Yhteensä maks. 0,03 bar 0,03 bar 0,0 bar 0,20 bar 0,50 bar 0,80 bar Esimerkki osoittaa, kuinka tärkeää on laskea painehäviöt putkiston eri osissa. Myös muoto-osat ja sulkuventtiilit on muistettava ottaa huomioon. Ei siis riitä, että suorat putkimetrit sijoitetaan laskukaavaan tai -taulukkoon. Ensin on selvitettävä putkiston virtaustekninen pituus. Kaikki muotokappaleet ja sulkulaitteet eivät kuitenkaan aina ole tiedossa suunnittelun alkuvaiheessa. Sen vuoksi putkiston virtausteknistä pituutta laskettaessa vaadittavat suorat putkimetrit kerrotaan kertoimella,6. Putkien läpimitat on sen jälkeen helppo selvittää tavallisten käytössä olevien laskentataulukkojen avulla (kuva alh. oik.). 2 5 b) Energiaa säästävä putkitus Energian säästämiseksi putkien on oltava mahdollisimman suoria. Mutkat esteiden (esim. tukipilarien) ohittamiseksi voidaan välttää vetämällä putkijohto suorassa linjassa esteen vierestä. Terävät, suuria painehäviöitä aiheuttavat 90 asteen kulmat voidaan myös välttää käyttämällä niiden sijasta laajoja 90 asteen kaaria. Sulkulaitteina tulisi käyttää täysaukkoisia pallo- tai läppäventtiilejä. Paineilmaverkoston niissä osissa, joissa virtaa kuivaamatonta paineilmaa (nykyaikaisissa paineilmajärjestelmissä ainoastaan kompressorihuoneessa), on pääputkeen johtavat ja siitä erkanevat sivuputket suunnattava ylöspäin (ns. joutsenkaula) tai ainakin sivulle. Pääputkessa tulisi olla kahden promillen kaltevuus. Tämän putken alimpaan kohtaan on asennettava lauhteenpoistin. Lauhteenpoiston jälkeen putket voidaan asentaa vaakasuoraan ja pääputkesta erkanevat putket voivat johtaa myös alaspäin. m³/h 3 m³/min c) Mikä on paras putkimateriaali? Materiaalien ominaisuuksien suhteen on vaikea antaa yleispätevää suositusta. Suuren lämpökuormituksen vuoksi kompressoreissa tulisi kuitenkin aina käyttää metalliputkia. Hankintahinnastakaan ei ole helpottamaan päätöksentekoa: sinkityt, kupari- tai muoviputket ovat jotakuinkin yhtä kalliita, kun huomioidaan sekä materiaali- että asennuskustannukset. Teräsputket ovat noin 20 % kalliimpia. Tehokkaamilla työstömenetelmillä niidenkin hintaa on onnistuttu alentamaan. Useilla valmistajilla on käytössään taulukoita, joista käyvät ilmi jokaiselle putkimateriaalille optimaaliset olosuhteet. On suositeltavaa, että ennen investointipäätöksen tekoa tutustut näihin taulukoihin huolellisesti, huomioit tulevassa tuotannossa esiintyvät rasitustekijät ja teet sen jälkeen yhteenvedon niistä vaatimuksista, jotka putkiston tulee täyttää. Vain näin voit tehdä oikean valinnan. d) Tärkeätä: oikea liitäntätekniikka Putkien osat tulisi liittää toisiinsa joko hitsaamalla tai liimaamalla tai ruuvaamalla ja liimaamalla. Vaikka putkiosien irrottaminen toisistaan vaikeutuukin, voi käyttäjä kuitenkin olla varma siitä, että vuodot on minimoitu. Putken pituus (m) Ilmantarve Nimellisläpimitta Painehäviö Järjestelmäpaine (bar) 20 2

13 Vuodesta toiseen monissa yrityksissä haihtuu tuhansia euroja sanan varsinaisessa merkityksessä ilmaan. Syy löytyy vanhentuneesta ja/tai puutteellisesti huolletusta putkiverkostosta, joka nostaa 0. Energiahäviöiden välttäminen (2) Mitä vanhan paineilmaverkoston saneerauksessa tulisi huomioida? paineilmajärjestelmän energiantarpeen huippuunsa. Jos käyttäjä haluaa päästä eroon tästä pohjattomasta rahareiästä, on hänen huolella harkittava, mistä aloittaa. Seuraavassa annamme hyödyllisiä ohjeita, kuinka paineilmaverkoston putket saneerataan oikein.. Perusedellytys: kuiva paineilma Uutta paineilmaverkostoa suunniteltaessa monet virheet ja niiden johdosta myöhemmin syntyvät vaikeudet voidaan jo alun alkaen välttää. Vanhan verkoston saneerauksen sen sijaan liittyy monia ongelmia. Varsinkin silloin se on lähes toivoton yritys, jos verkostoon saneerauksen jälkeenkin syötetään kosteaa paineilmaa. Ennen saneeraukseen ryhtymistä on sen vuoksi ehdottomasti varmistettava, että paineilma kuivataan keskitetysti. 2. Mikä avuksi, kun verkoston painehäviö on liian suuri? Jos verkostossa syntyvät painehäviöt ovat vielä asianmukaisten jälkikäsittelykomponenttien asennuksenkin jälkeen liian suuria, löytyy syy putkiin muodostuneista saostumista. Ne muodostuvat paineilman mukanaan kuljettamista epäpuhtauksista ja ovat supistaneet virtauksen läpimitan minimiin. a) Vaihto vai aukipuhallus? Jos nämä saostumat ovat jo kovettuneet, auttaa useimmissa tapauksissa vain putkien vaihto. Usein virtauksen läpimittaa voidaan kuitenkin laajentaa puhaltamalla putket auki ja kuivaamalla ne huolellisesti edellyttäen, että saostumat eivät vielä ole supistaneet virtauksen läpimittaa oleellisesti. b) Täydentävien putkien asennus Rinnakkaisputken asennus on erittäin hyvä tapa laajentaa liian ahtaiksi käyneitä putkihaaroja. Liian ahtaiksi käyneitä rengasputkia voidaan vastaavasti täydentää toisella rengasputkella (kuva ). Jos tällainen kaksoisputkijärjestelmä on oikein mitoitettu, voidaan päätavoitteen painehäviöiden tuntuvan pienentämisen lisäksi saavuttaa myös se etu, että paineilman jakelu kokonaisuudessaan paranee. Rengasputkien läpivirtausta voidaan myös parantaa laajentamalla jakeluverkostoa väliputkilla (kuva 2). 3. Vuotokohtien etsintä ja poisto Saneeraustoimenpiteet eivät johda optimaaliseen tulokseen, ellei myös paineilmaverkostossa mahdollisesti olevia vuotoja eliminoida. a) Vuotojen vuoksi menetettävän paineilmamäärän selvittäminen Ennen kuin yksittäisten vuotokohtien etsiminen aloitetaan, on määriteltävä, kuinka paljon paineilmaa vuotojen vuoksi kokonaisuudessaan menee hukkaan. Tämä voidaan todeta suhteellisen helposti kompressorin avulla: Ensimmäiseksi kytketään kaikki paineilmaa vaativat laitteet pois päältä. Tämän jälkeen mitataan kompressorin kuormituskäyntiajat määrätyn aikajakson aikana (kuva 3). Tämän mittauksen perusteella vuotojen vuoksi menetettävä paineilmamäärä voidaan laskea seuraavalla kaavalla: Vv = VK x t x T Lyhenteet: Vv = vuotojen johdosta hukkaan kuluva paineilmamäärä (m³/min) Kuva : Putkiston saneeraus toisen rengasputken avulla VK = kompressorin tilavuusvirta (m³/min) x = t + t2 + t3 + t + t5 aika, jonka kompressori kävi kuormituskäynnillä (min) T = kokonaiskäyntiaika (min) b) Paineilman käyttökohteissa esiintyvien vuotojen selvittäminen Kun halutaan selvittää häviöt paineilman hajautetuissa käyttökohteissa, on kaikki pneumaattiset työkalut, koneet ja laitteet ensin kytkettävä paineilmajärjestelmään ja sen jälkeen mitattava vuotojen kokonaismäärä (kuva ). Kuva 2: Putkiston kapasiteetin suurentaminen väliputkilla Tämän jälkeen suljetaan paineilman käyttökohteita edeltävät sulkuventtiilit ja mitataan putkiston vuodot (kuva 5). Kokonaisvuodon ja putkistovuodon välinen erotus ilmoittaa sen paineilmamäärän, joka kuluu hukkaan paineilman käyttökohteissa, paineilmatyökaluissa ja niiden liitännöissä.. Yleisimmät vuotokohdat Kokemusten perusteella voidaan todeta, että noin 70 % vuodoista löytyy paineilmaverkoston viimeisiltä metreiltä, ts. paineilmaa vaativien laitteiden ja työkalujen liitäntäkohdista. Nämä vuodot voidaan tarkalleen paikantaa saippualiuoksen tai erikoissumutteiden avulla. Pääputkissa on tavallisesti vain siinä tapauksessa lukuisia suurempia vuotokohtia, että esimerkiksi alun perin kosteaa paineilmaverkkoa, jonka asennuksessa on käytetty hamppua tiivistysmateriaalina, käytetään nyt kuivan paineilman jakeluun, ja hamppu on ajan mittaan kuivunut. Pääputkissa olevien vuotojen paikantamiseksi suosittelemme ultraäänilaitteen käyttöä. Kun kaikki vuotokohdat on paikannettu ja poistettu ja putkien läpimitta vastaa jälleen paineilmatarvetta, on vanhasta paineilmaverkosta taas saatu taloudellinen paineilman jakelujärjestelmä. Käyttöpaine Aika Kuva : Paineilmatyökalujen aiheuttamien vuotojen mittaus Kuva 5 t t 2 t 3 t t 5 Kuva 3: Vuodot selvitetään mittaamalla kompressorin kuormituskäyntiajat paineilmatyökalujen ollessa irtikytkettyinä T 22 23

14 Nykyiset paineilma-asemat ovat useimmiten useista komponenteista koostuvia järjestelmiä. Niiden käyttö on taloudellista vain siinä tapauksessa, että tämä huomioidaan riittävästi kompressoriasemaa suunniteltaessa,. Kompressoriasemien oikea suunnittelu () Paineilmatarpeen kartoittava ADA-analyysi laajennettaessa ja nykyaikaistettaessa. Tähän illä on tarjottavanaan kattava palvelukonsepti. Tämä palvelu sisältää sekä paineilmatekniikan eri komponentit että asiakasneuvonnan ja -palvelun, joissa hyödynnämme kaikkia niitä mahdollisuuksia, joita tietotekniikka tänä päivänä optimaalisesti käytettynä tarjoaa. Paineilman käyttäjien skaala kattaa kaikki alat autonvalmistajista öljynjalostamoihin. Jotta paineilmaa voitaisiin sen kaikissa eri käyttökohteissa hyödyntää tehokkaasti, on sen tuotanto- ja jälkikäsittelytekniikan toimittava ehdottoman luotettavasti. Niiden on kyettävä tuottamaan paineilmaa edullisesti juuri halutussa määrin ja halutun laatuisena.. Neuvonta ratkaisee taloudellisuuden Nämä vaatimukset täyttävän paineilmajärjestelmän täytyy olla täsmälleen käyttötarkoituksen, ympäristön ja käyttöolosuhteiden mukaisesti suunniteltu. Tämä tarkoittaa, että kompressorien, jälkikäsittelylaitteiden ja paineilmaputkien täytyy olla oikein mitoitetut, ohjauksen on oltava mahdollisimman tehokas, ilmastointitekniikan ja lauhteenkäsittelyn on oltava tarkoituksenmukaiset ja, mikäli Kuva : Nykyaikaisten 3D-CAD-menetelmien avulla kompressoriasemat voidaan suunnitella pienintäkin yksityiskohtaa myöten asiakkaiden tarpeita vastaaviksi mahdollista, paineilmajärjestelmään tulisi sisältyä poistolämmön hyödyntävä lämmön talteenottojärjestelmä. in tarjoama KESS-energiansäästöjärjestelmä ( Energy Saving Service) huomioi kaikki nämä näkökohdat: se sisältää paineilmatarpeen kartoittavan analyysin, suunnittelun (kuva ), toteutuksen, koulutuksen ja asiakaspalvelun. Ratkaisevia seikkoja ovat neuvonnan laatu ja oikean tekniikan valinta, sillä suurin kustannustensäästöpotentiaali löytyy nimittäin Kuva 2: Kyselykaavake auttaa paineilma-aseman hankintaa suunnittelevaa yritystä määrittelemään paineilmatarpeensa. Kaavake löytyy kotisivuiltamme osoitteesta (Palvelut/Analyysit ja neuvonta, alaotsikko Askel askeleelta kohti alhaisempia kustannuksia) energiankulutuksesta ja huollosta eikä suinkaan hankintakustannuksista. 2. Paineilma-analyysi Jokaisen KESS-neuvonnan lähtökohta on tämänhetkisen ja tulevan paineilmatarpeen kartoittaminen. Paineilmatarpeen kartoitus Paineilmatyökalujen vaatima minimityöpaine Putkiston painehäviö Aktiivihiilisuodattimen painehäviö Painehäviö min. (alussa) Painehäviö maks. (vaihto) Mikrosuodattimen painehäviö Painehäviö min. (alussa) Painehäviö maks. (vaihto) Kuivaimen painehäviö Kompressorien säätöpoikkeama Kompressorien maksimipaine in suorittamassa ADA-analyysissä (Air Demand Analysis) on tilanteesta riippuen huomioitava mitä erilaisimpia näkökohtia: a) Uuden paineilmatuotannon suunnittelu Uutta paineilma-asemaa suunnitteleva yritys saa täytettäväkseen kyselykaavakkeen (kuva 2), jonka avulla hän yhteistyössä in paineilmaasiantuntijan kanssa voi selvittää odotettavissa olevan paineilmatarpeen ja vaadittavat laitteistot. Kysymykset kattavat kaikki ne näkökohdat, jotka ovat tärkeitä taloudellista ja ympäristöystävällistä paineilmatuotantoa suunniteltaessa. b) Paineilmajärjestelmän laajennus ja modernisointi Toisin kuin uusien paineilma-asemien kohdalla, on jo käytössä olevaa paineilma-asemaa laajennettaessa riittävästi kiinnekohtia käytettävissä, joiden pohjalta laajennus voidaan suunnitella. Asiakas saa iltä käyttöönsä mittausmenetelmät ja laitteet, joiden avulla voidaan täsmälleen mitata paineilman kulutus eri käyttökohteissa eri vuorokauden aikoina. Tässä yhteydessä on erittäin tärkeätä, että mitataan myös maksimi- ja minimiarvot eikä vain keskiarvoja (kuva 3). c) Nykyisen paineilma-aseman käyttöasteen selvittäminen Jo käytössä olevien paineilma-asemienkin kohdalla on suositeltavaa aika ajoin tarkistaa tietokoneohjatun analyysin avulla, kuormitetaanko kompressoreja vielä oikein, onko keskusohjausjärjestelmä vielä oikein ohjelmoitu, ja ovatko mahdolliset painehäviöt vielä toleranssien puitteissa. ADA-analyysiin tulisi turvautua myös siinä tapauksessa, että vanha kompressori halutaan vaihtaa uuteen. Näin voidaan tarkistaa, ovatko paineilmajärjestelmän komponentit oikein mitoitetut, saadaan mahdollisuus tehostaa kompressorien käyntiä osakuormitusalueella ja voidaan Kuva : Kaaviosta käyvät ilmi ADA-analyysin avulla selvitetyt vanhan (ylempi käyrä) ja uuden laitteiston (alempi käyrä) tehontarpeet suunnitella asianmukainen pääohjausjärjestelmä (kuva ). d) Muuttuneet paineilman käyttöolosuhteet Myös paineilman käyttöolosuhteiden muuttuessa on suositeltavaa turvautua asiantuntijan apuun. Usein voidaan nimittäin saavuttaa huomattavia kustannussäästöjä, kun jälkikäsittelytekniikka ja painetaso mukautetaan vastaamaan uusia olosuhteita. Kuva 3: Eri mittausmenetelmillä ja -laitteilla määritellään paineilman kulutus sekä minimi- ja maksimipaineet. Saadut tulokset ovat paineilmaaseman optimaalisen suunnittelun perusta Uuden laitteiston ominaisteho Vanhan laitteiston ominaisteho Aika & kuormituksella käyvät koneet 2 25

15 2. Kompressoriasemien oikea suunnittelu (2) Kuinka löydän taloudellisimman paineilmakonseptin? Pohjaton rahareikä vai säästölipas? Paineilma voi olla molempia. Ratkaiseva sana tässä yhteydessä on järjestelmäoptimointi, sen avulla voitaisiin säästää yli 30 % eurooppalaisissa teollisuusyrityksissä keskimäärin syntyvistä paineilmakustannuksista. Suurimman osan eli noin % näistä kustannuksista muodostavat energiakustannukset, jotka tuskin alenevat, vaan vuosi vuodelta pikemminkin kasvavat. Siksi energiatehokkaimman paineilmakonseptin löytäminen on käyttäjän kannalta entistä tärkeämpää. in tarjoama KESS-energiansäästöjärjestelmä ( Energy Saving Service) sisältää mm. tietokonepohjaisen optimointilaskelman. Sen avulla erilaisista paineilman tuottamisvaihtoehdoista voidaan nopeasti selvittää kuhunkin käyttökohteeseen parhaiten soveltuva vaihtoehto. Uusia paineilma-asemia suunniteltaessa laskelma perustuu yhteistyössä paineilma-asiantuntijamme kanssa täytettyyn kyselykaavakkeeseen, jossa on tarkkaan selvitetty odotettavissa oleva paineilman kulutus ja mahdolliset kulutuksen heilahtelut. Jo käytössä olevia paineilma-asemia ajanmukaistettaessa laskelman lähtökohtana toimii ADAanalyysi (Air Demand Analysis), jonka avulla kartoitetaan yritykselle tunnusomainen paineilman kulutus tietyn aikajakson aikana.. Paineilmatarpeen kartoitus tietokoneen avulla Paineilma-aseman optimoimiseksi käytössä olevien ja mahdollisten uusien kompressorien tekniset tiedot syötetään tietokoneelle. Näiden tietojen pohjalta KESS laskee käyttäjän tarpeita vastaavan, optimaalisen vaihtoehdon ja sen myötä saavutetun kustannussäästön. Laskelma ei huomioi ainoastaan tietyn suuruisen paineilmakulutuksen aiheuttamaa hetkellistä energiankulutusta ja mahdollisia häviöitä, vaan sen avulla on mahdollista luoda tarkka kuva kompressoriasemalle ominaisesta suorituskäyttäytymisestä koko käyntiajalta (kuva ). Näin mahdolliset heikkoudet osakuormitusalueella voidaan tunnistaa ja poistaa jo suunnitteluvaiheessa. Laskelman lopputulos antaa selkeän kuvan saavutettavissa olevasta kustannussäästöstä ja kuoletuksesta. Vaadittu tuotto m 3 /min Aika 2. Oikea kompressoriyhdistelmä Useimmissa käyttökohteissa eri tehoisten kompressorien tarkalleen mitoitettu yhdistelmä on paras ratkaisu. Pääsääntöisesti paineilmaasema muodostuu suuritehoisista peruskuormitus- ja varakoneista, joihin yhdistetään pienempiä huippukuormituskoneita. Pääohjausjärjestelmän tehtävä on huolehtia siitä, että laitteille ominainen tehontarve on mahdollisimman hyvin tasapainossa. Sen on automaattisesti kyettävä valitsemaan perus- ja huippukuormituskoneiden edullisin yhdistelmä jopa 6 kompressorista vain 0,2 barin tarkkuudella. Tähän kykenevät vain älykkäät ohjaukset, jollaisia ovat esimerkiksi in tarjoamat SIGMA AIR MANAGER -ohjaukset. Väyläjärjestelmän kautta nämä ohjausjärjestelmät kykenevät vaihtamaan tietoja kompressorien ja muiden paineilmajärjestelmän komponenttien Kuva : Vanhan kompressoriaseman energiankulutuksen vertailu yhden käyttöpäivän aikana eri laitteistovaihtoehdoilla Tehonotto kuten lauhteenpoistinten, kuivainten jne. kesken. Ne voidaan myös kytkeä koko tuotantolaitoksen keskusohjausjärjestelmään, jolloin kaikki käyttötiedot voidaan siirtää sinne. Huonekorkeus 5 m Kuva 2 a: Erään autotehtaan kompressoriaseman pohjapiirustus Lauhdeputki Kuva 2 b: Saman kompressoriaseman PI-kaavio 3. Tilankäytön optimointi Uutta kompressoriasemaa suunniteltaessa tai vanhaa asemaa modernisoitaessa käytössä oleva tila tulisi hyödyntää optimaalisesti. in käyttämät nykyaikaiset suunnittelumenetelmät ovat tässä suurena tukena. Niiden avulla voidaan tehdä paljon muutakin kuin perinteisiä pohjapiirustuksia ja PI-kaavioita: kompressoriasema voidaan esittää kolmiulotteisesti, ja tilojen toimivuus voidaan tietokoneanimaation avulla testata jo suunnitteluvaiheessa. Näin esimerkiksi voidaan rajoitetusta tilasta huolimatta käyttää taloudellisia ilmajäähdytteisiä kompressoreja, joiden käyttökustannukset vesijäähdytteisiin koneisiin verrattuna ovat n % alhaisemmat. Suuri etu on myös se, että mahdolliset puutteet ja häiriötekijät voidaan tunnistaa jo suunnitteluvaiheessa, mikä mahdollistaa kompressoriasemien rakennusteknisen optimoinnin (kuvat 2 a c).. Nykyaikainen tietotekniikka optimoi käytön ja valvonnan Jotta paineilmatuotanto olisi taloudellista myös pitkällä tähtäimellä, ei pelkkä optimoitu kustannus-hyötysuhde riitä. Tämä edellyttää myös järjestelmän läpinäkyvyyttä, sillä vasta se mahdollistaa tehokkaan valvonnan. Läpinäkyvyydelle luo perustan kompressorin sisäinen SIGMA CONTROL -ohjaus, joka on viidellä esiohjelmoidulla ohjaus- Kuva 2 c: 3D-animaation avulla kompressoriasema voidaan esittää halutusta kuvakulmasta ja aseman toimivuus voidaan jo suunnitteluvaiheessa testata virtuaalisesti Kuva 3: SIGMA AIR MANAGER -pääohjausjärjestelmän (SAM) avulla voidaan paitsi sovittaa kaikki kompressoriaseman komponentit optimaalisesti yhteen myös tehostaa paineilman saatavuutta ja paineilmatuotannon valvontaa vaihtoehdolla varustettu teollisuus-pc. Sen avulla voidaan koota kompressorin käyttötiedot ja siirtää ne edelleen tietoverkkoon. Pääohjaustasolla SIGMA CONTROL -ohjausta vastaa jo mainittu SIGMA AIR MANAGER (SAM; kuva 3). Kulutuksen mukaan määräytyvän ohjauksen ja valvonnan lisäksi sen tehtävänä on koota kompressoriaseman kaikki oleelliset tiedot ja siirtää ne edelleen tietokoneverkkoon (Ethernet). Tämä voi tapahtua joko Internetin tai SIGMA CONTROL CENTER -pääohjausohjelmiston välityksellä. SAM tarjoaa yhdessä SIGMA AIR CONTROL -visualisointijärjestelmän kanssa mahdollisuuden esittää kaikki paineilma-aseman kompressorit ja niiden tärkeimmät käyttötiedot PC:n näytöllä. Näin voidaan ensi silmäyksellä tunnistaa, toimiiko asema moitteettomasti, onko asemalta tullut häiriö- tai huoltoilmoituksia ja kuinka korkea käyttöpaine on. Käyttäjä voi vapaasti valita, kuinka yksityiskohtaisesti hän haluaa tiedot esitettävän. Näin on esimerkiksi mahdollista rekonstruoida käyttötapahtumia, esittää energiankulutus, paineilman tarve ja painetaso graafisesti ja todeta, milloin seuraavat huoltotoimenpiteet on suoritettava. Tämä nykyaikainen valvontaistrumentti vaikuttaa omalta osaltaan ratkaisevasti siihen, että paineilma-asema tuottaa aina vaaditun määrän paineilmaa halutun laatuisena optimoituun hintaan

16 Vain harvojen kompressoriasemien ja paineilmajärjestelmien kustannusrakenne on kunnossa. Useimpien kohdalla järjestelmän optimointi olisi ehdottoman suositeltavaa. Optimoinnissa voidaan käyttää apuna paineilmatarpeen 3. Kompressoriasemien oikea suunnittelu (3) Paineilma-aseman tilan kartoittaminen ja ADA-analyysi kartoittavia yksityiskohtaisia analyyseja kuten ADA (Air Demand Analysis), jonka periaatteet esittelimme jo kappaleessa sivuilla Tässä kerromme, kuinka paineilma-aseman tila käytännössä kartoitetaan askel askeleelta. Analyysi ja menestyksekäs optimointi edellyttävät hyvää ja luottamuksellista suhdetta paineilmajärjestelmän käyttäjän ja paineilma-asiantuntijan välillä, sillä analyysi vaatii joukon ennakkotietoja.. Käyttäjältä tarvittavat tiedot a) Pohjapiirustus Tuotantotilojen hahmottamiseksi paineilma-asiantuntija tarvitsee pohjapiirustuksen (kuva ), josta käy ilmi koko paineilmaverkosto. Tämän lisäksi hän tarvitsee tietoja putkien mitoituksesta ja materiaaleista, tärkeimmistä paineilman käyttökohteista ja poikkeuksellisista paineista ja paineilmalaaduista. b) Paineilman käyttötarkoitus Koska paineilman käyttökohteet ovat niin moninaiset, on välttämätöntä saada tarkempia tietoja sen käyttötarkoituksesta. On tärkeätä tietää, käytetäänkö paineilmaa esimerkiksi ohjausilmana, pintakäsittelyssä, pyörivissä työkaluissa, puhdistuksessa vai prosessi-ilmana jne. c) Asennetut kompressorit Kompressorien tyypin ja rakenteen lisäksi tarvitaan teknisiä tietoja kuten käyttöpaine, tuotto, tehonotto, jäähdytystapa ja mahdollinen poistolämmön hyödyntäminen. d) Paineilman jälkikäsittely Paineilman jälkikäsittelystä on tärkeätä tietää, tapahtuuko se keskitetysti vai hajautetusti ja mitä laatuvaatimuksia paineilmalle asetetaan. Luonnollisesti myös jälkikäsittelykomponenttien tekniset tiedot on ilmoitettava. Virtauskaavio antaa hyvän yleiskuvan järjestelmästä (kuva 2). e) Järjestelmän ohjaus ja valvonta Yksittäisten kompressorien ominaisuuksien ohella kompressorien yhteensopivuus vaikuttaa oleellisesti paineilma-aseman taloudellisuuteen. Sen vuoksi myös ohjaus- ja valvontatekniikan kuvaus on tarpeen. Laitteet Yksityiskohtaisempi sijoitussuunnitelma Paineilma: Punainen = putki 3" Sininen = putki 2" Vihreä = lattiaputki Ruskea = putki ¾" Kompressorihuone 2. Käyttäjän ja paineilma-asiantuntijan välinen keskustelu Käyttäjän kokoamat tiedot käydään läpi alustavassa keskustelussa paineilmaasiantuntijan kanssa. Samalla voidaan käsitellä paineilmatuotannon ongelmat. Näitä voivat olla esimerkiksi liian alhainen tai heilahteleva painetaso, heikko paineilman laatu, kompressorien huono käyttöaste tai jäähdytysongelmat. 3. Paineilmajärjestelmän katselmus Havainnollisin tiedonsaantitapa on tutustuminen paineilmajärjestelmään Kuva 2: Käsin piirretty luonnos paineilmatuotannon ja jälkikäsittelyn PI-virtauskaaviosta PI-kaavio (luonnos) Asema 2 Jälkikäsittely Kuva : Erään tehtaan runkoputkiston sijoitussuunnitelma Kompressorihuone paikan päällä. On suositeltavaa aloittaa kriittisimmältä vyöhykkeeltä eli sieltä, missä esimerkiksi on odotettavissa paineen voimakasta heikkenemistä (kuva 3) tai ongelmia paineilman laadussa. Kokemuksen mukaan syyt löytyvät useimmiten paineilman lopullisista käyttökohteista. Siksi on suositeltavaa edetä seuraavasti: a) Liitäntäletkut, paineenalentimet, vedenerottimet Etenkin paineilmatyökaluihin johtavat letkut vuotavat usein. Sen vuoksi ne on tarkastettava huolellisesti. Jos järjestelmässä käytetään paineenalentimia, on myös niiden paineasetukset tarkastettava kuormitusolosuhteissa (kuva ). Samoin on tarkastettava, onko paineenalentimia edeltäviin vedenerottimiin kertynyt nestettä ja epäpuhtauksia. Sama pätee kohtisuoraan alaspäin erkaneviin putkiin (kuva 5). b) Sulkulaitteet Runkoputkistosta erkanevien yhdysputkien kunto vaikuttaa myös oleellisesti järjestelmän tehokkuuteen. Kriittisiä Kuva 3: Paineen heikkeneminen järjestelmässä (esimerkki) kohtia ovat sulkulaitteet. Siksi onkin tarkastettava, onko järjestelmässä virtausteknisesti edullisia, täysaukkoisia palloventtiilejä tai läppäventtiilejä vai virtausteknisesti epäedullisia veden sulku- ja kulmaventtiilejä. c) Runkoputkisto Runkoputkiston kohdalla on tärkeätä löytää ahtaat kohdat ja niiden myötä syyt paineen putoamiselle. Kuva : Hajautetut paineenalentimet vedenerottimineen voivat olla todellisia energian tuhlaajia d) Paineilman jälkikäsittelyjärjestelmä Tässä kohdassa tärkeimmät tarkastuskriteerit ovat saavutettu painekastepiste (kuivuusaste) ja kulloinkin aiheutettu paine-ero. Käyttökohteesta riippuen myös muut laatutarkastukset saattavat olla tarpeen. e) Kompressoriasema Myös itse kompressoriasemassa voi olla huomattavia puutteita. Tarkastuksen kohteiksi on syytä ottaa koneiden sijoitus, ilmanvaihtojärjestelmä, jäähdytys ja putkitus. Tämän lisäksi on tarkastettava kompressorien kytkentäpaineen ero, paineilmasäiliöiden tilavuus ja mittauspiste, josta käsin kompressoreja ohjataan. f) Mittauspisteiden valinta Tutustuttuaan paineilmajärjestelmään paikan päällä paineilma-asiantuntija valitsee yhdessä asiakkaan kanssa mittauspisteet kulutusanalyysia varten. Analyysi edellyttää painemittausta vähintään ennen ja jälkeen paineilman jälkikäsittelyn sekä paineilman ulostulokohdassa paineilmaverkoston päässä.. ADA-mittaus Painetta ja paineilman kulutusta mitattaessa kompressoriaseman käyntiä ja paineilmajärjestelmää seurataan tietojenkeruulaitteen avulla vähintään 0 päivän ajan. Tietojenkeruulaite kerää kaikki oleelliset mittausarvot ja siirtää ne PC:lle, joka laatii yksityiskohtaisen kulutuskaavion. Kaaviosta ovat tunnistettavissa paineen putoamiset, paineen ja kulutuksen vaihtelut, kompressorien suoritusominaisuudet kevennetyllä käynnillä, kompressorien käynti- ja valmiusajat sekä jokaisen yksittäisen kompressorin teho paineilman eri kulutusalueilla. Kokonaistilanteen hahmottamiseksi mittauksen aikana Vettä järjestelmässä? Kuva 5: Vettä järjestelmässä? (Testi) Testaa avaamalla palloventtiili Poistuuko järjestelmästä vettä? on selvitettävä myös vuodot. Tämä tapahtuu kappaleessa 0 (s ) kuvatulla tavalla ja edellyttää mm. paineilmaverkon määrättyjen osien sulkemista viikonlopun ajaksi

17 Kompressorit muuttavat niihin syötetyn sähköisen energian lähes 00-prosenttisesti lämmöksi. Jo suhteellisen pieni 8,5 kw:n kompressorilaite tuottaa "sivutuotteena" niin paljon lämpöenergiaa, että sillä voisi. Kompressoriasemien oikea suunnittelu () Paineilma-aseman tehokas jäähdytys: ilmajäähdytys hyvinkin lämmittää omakotitalon. Siksi tehokas jäähdytys onkin kompressorien toiminnan kannalta ehdottoman tärkeätä. Kompressorien tuottama poistolämpö soveltuu erinomaisesti energiansäästöön. Oikein suunnitellun lämmön talteenjärjestelmän avulla jopa 9 % käytetystä energiasta voidaan ottaa talteen ja hyödyntää lämpönä. Näin paineilmatuotannon kustannuksia voidaan tuntuvasti alentaa (ks. s. 8 9, kappale 8: Lämmön talteenotto säästää energiaa ja kustannuksia). Mutta myös lämmön talteenottojärjestelmällä varustettu paineilmalaitteisto vaatii täydellisen jäähdytysjärjestelmän, joka sekin tarjoaa tuntuvia säästömahdollisuuksia. Esimerkiksi ilmajäähdytyksen kustannukset voivat olla jopa 30 % alhaisemmat kuin vesijäähdytyksen. Siksi ilmajäähdytys tulisikin asettaa vesijäähdytyksen edelle aina kuin vain mahdollista.. Kompressorien ympäristö. Ilman on oltava puhdasta ja viileää Jo työturvallisuudenkin kannalta on tärkeätä sijoittaa kompressorit siten, että niihin on helppo päästä käsiksi ja niiden jäähdytysilman saanti on turvattu. Ilma- ja öljyjäähdytteisten laitteiden kohdalla ympäristön lämpötilojen ei myöskään tulisi ylittää +0 C:ta, eikä imuilmaan saa sekoittua mitään vaarallisia aineosia. Nämä ovat kuitenkin vasta vähimmäisvaatimuksia, joiden tar- koituksena on minimoida tapaturmien ja onnettomuuksien riski. Jos kompressorien käytön halutaan olevan taloudellista ja huollon tarpeen pysyvän kurissa, on huomioitava myös muita näkökohtia..2 Kompressorihuone romuvarasto? Kompressorihuone ei ole mikään romuvarasto. Tämä tarkoittaa, että sieltä ei tulisi löytyä sen paremmin sinne kuulumat- Tehokkain ilmajäähdytys saadaan aikaan, kun kompressoriasema varustetaan poistoilmakanavalla tomia esineitä kuin pölyä tai likaakaan. Lattian tulisi olla hankauksen kestävä. Ihannetapauksessa lattia on sellainen, että se voidaan pyyhkiä kostealla. Missään tapauksessa kompressorihuoneeseen ei saa imeä pölyä, nokea tai muita vastaavia epäpuhtauksia sisältävää ilmaa suodattamattomana olipa sitten kyseessä puristettavaksi tai jäähdytykseen tarkoitettu ilma. Mutta jo aivan normaaleissakin käyttöolosuhteissa kompressorien imu- ja jäähdytysilma on puhdistettava suodattimien avulla..3 Lämpötilalla on merkitystä Lämpötilaolosuhteilla on huomattava vaikutus kompressorien toimintavarmuuteen ja huollontarpeeseen: imu- ja jäähdytysilma eivät saa olla liian alhaisia (alle +3 C) eivätkä liian korkeita (yli +0 C)*. Tämä on ehdottomasti otettava huomioon suunnittelu- ja rakennusvaiheessa. Kesäisin rakennusten etelän- ja myös lännenpuoleiset seinät saattavat auringonpaahteessa lämmetä aika ajoin erittäin voimakkaasti. Myös Suomen oloissa lämpötilat saattavat tällaisissa tiloissa kohota yli +0 C:n. Siksi onkin suositeltavaa sijoittaa imu- ja jäähdytysilmalle suunnitellut aukot siten, että ne eivät ole suorassa auringonpaahteessa. Aukkojen koko määräytyy kompressorien tehon ja ilmanvaihtotavan mukaan. 2. Kompressorihuoneen ilmanvaihto Kompressorihuoneen ilmanvaihdon on oltava asianmukainen riippumatta siitä, * ) Mainitut lämpötilarajat viittaavat Keski-Euroopan ilmastoolosuhteisiin ja vakiokomponentein varustettuun kompressoriasemaan. ovatko kompressorit ilma- vai vesijäähdytteisiä. Kompressorin säteilylämpö ja sähkömoottorin poistolämpö on joka tapauksessa johdettava pois. Yhteensä nämä vastaavat noin 0:tä prosenttia kompressorin käyttötehosta. 3. Erilaisia ilmanvaihtotapoja 3. Luonnollinen ilmanvaihto (kuva ) Jäähdytysilma imetään kompressoriin, jossa se lämpenee. Tämän jälkeen ilma kohoaa ylös ja poistuu lopuksi kompressorihuoneesta vallitsevan ylipaineen ansiosta ylhäällä seinässä olevan aukon kautta. Tällaista ilmanvaihtoa voidaan suositella kuitenkin vain poikkeustapauksissa ja jos kompressorien teho on alle 5,5 kw, sillä jo auringonsäteily tai poistoaukkoa vasten puhaltava tuuli saattaa sekoittaa sen. 3.2 Koneellinen ilmanvaihto Tämä yleisesti käytetty ilmastointitapa perustuu ohjattuun jäähdytysilmavirtaan. Jotta lämpötila ei kylminä vuodenaikoina putoaisi alle +3 C:n, tulisi ilmastointi varustaa termostaattiohjauksella. Liian alhaiset lämpötilat vaikuttaisivat haitallisesti kompressorien toimintaan sekä lauhteenpoistoon ja -käsittelyyn. Termostaattiohjaus on välttämätön, koska koneellista ilmanvaihtoa käytettäessä kompressorihuoneessa vallitsee tietty alipaine, joka estää lämmenneen ilman takaisinvirtauksen huoneeseen. Koneellinen ilmanvaihto voidaan toteuttaa kahdella tavalla: 3.2. Ilmanvaihto ulkoisen poistoilmapuhaltimen avulla Kompressorihuoneen poistoilma-aukkoon asennettu, termostaattiohjauksella varustettu ulkoinen poistoilmapuhallin (kuva 2) imee lämmenneen ilman ulos kompressorihuoneesta. Ilmanvaihdon toimiessa tällä periaatteella on tärkeätä, että tuloilma-aukko (kuvassa alh. oik.) on riittävän suuri. Liian pieni aukko johtaisi liian suureen alipaineeseen ja häiritsevään kohinaan, jonka huoneen läpi liian nopeasti kulkeva ilmavirta aiheuttaisi. Paineilma-aseman tehokas jäähdytys saattaisi myös vaarantua. Ilmanvaihto on suunniteltava siten, että lämpötila ei kompressorien poistolämmön vuoksi kohoa yli 7 kelviniä, sillä liian korkea lämpötila saattaisi aiheuttaa oikosulun, jolloin paineilmatuotanto keskeytyisi. On myös huomioitava, että ulkoiset poistoilmapuhaltimet lisäävät energiakustannuksia Ilmanvaihto poistoilmakanavan avulla (kuva 3) Nykyiset kauttaaltaan koteloidut ruuvikompressorit mahdollistavat poistoilmakanavan avulla tapahtuvan, lähes ihanteellisen ilmanvaihdon käytön: kompressori imee tuloilman vastaavan aukon kautta ja puhaltaa lämmenneen poistoilman kanavaan, jonka kautta se ohjataan suoraan ulos kompressorihuoneesta. Tämän menetelmän ratkaiseva etu on siinä, että jäähdytysilmavirran voidaan antaa lämmetä enemmän eli n. 20 kelviniä. Näin vaaditun jäähdytysilman määrä pienenee. Tavallisesti kompressoreissa vakiona olevat tuulettimet riittävät poistoilman ulospuhaltamiseen, joten energiantarvetta lisääviä ulkoisia poistoilmapuhaltimia ei tarvita. Tämä pätee kuitenkin vain siinä tapauksessa, että jäähdytysilman poistumispaine on riittävä. Tämän lisäksi poistoilmakanava täytyy varustaa termostaattiohjatulla säätöpellillä (kuva ), joka estää kompressorihuoneen liiallisen viilentymisen kylminä vuodenaikoina. Jos kompressorihuoneeseen on sijoitettu myös ilmajäähdytteisiä kuivaimia, on laitteet sijoitettava siten, että kompressori ja kuivain eivät häiritse toistensa jäähdytysilman saantia. Lämpötilan ollessa yli +25 C on suositeltavaa tehostaa jäähdytysilman läpivirtausta termostaattiohjatulla lisätuulettimella. h (hh) Kuva : Kompressorihuoneen luonnollinen ilmanvaihto soveltuu alle 5,5 kw:n laitteille Kuva 2: Ulkoisella poistoilmapuhaltimella varustettu koneellinen ilmanvaihto soveltuu 5,5 kw:n laitteille Kuva 3: Poistoilmakanavalla varustettu koneellinen ilmanvaihto yli kw:n laitteille Säätöpelti Kuva : Termostaattiohjattu säätöpelti tasaa lämpötilan Tuloilma esim. varastohallista Tuloilma ulkoa 30 3

18 Sivuilla 20 3 kerroimme, mitä kaikkea uuden paineilmaverkoston asentamisessa ja vanhan verkoston saneerauksessa on huomioitava, ja kuinka tehokas paineilmaasema tulisi suunnitella. Energia- ja kustannustietoisella 5. Paineilmajärjestelmien oikea käyttö Paineilmatuotannon luotettavuuden ja kustannusten optimointi pitkällä tähtäimellä suunnittelulla päästään kuitenkin vasta puolitiehen. Jos paineilmatuotanto halutaan jatkuvasti pitää taloudellisena, on paineilmajärjestelmää myös käytettävä tehokkaasti. Pyrkimys mahdollisimman tehokkaaseen paineilmatuotantoon tuo järjestelmän käyttäjälle kolmenlaista etua: paineilmatuotannon luotettavuus paranee, ja paineilmakustannukset ja energiankulutus alenevat tuntuvasti. Säästöpotentiaalia on runsaasti: EU:n teettämän SAVE II -tutkimuksen mukaan Euroopan paineilmakompressorien energiankulutus vuonna 2000 oli 80 miljardia kwh, josta vähintään 30 % voitaisiin säästää.. Mitä tarkoittaa optimaalinen taloudellisuus? Paineilmajärjestelmän taloudellisuus on luettavissa sen kustannusrakenteesta. Saavutettavissa oleva optimi vaihtelee yrityksestä ja tuotannonalasta toiseen. Ratkaisevia tekijöitä ovat kompressorien käyntiajat, painetaso sekä tietyt kaupalliset parametrit. Tässä esimerkkinä optimoitu, ilmajäähdytteisistä kompressoreista muodostuva paineilma-asema: käyntiaika 5 vuotta, sähkön hinta 8 senttiä/kwh, korko 6 %, käyttöpaine 7 baria, ISO standardin mukainen paineilman laatu, jonka jäännösoljypitoisuus vastaa luokkaa, jäännöspölypitoisuus luokkaa, jäännösvesipitoisuus luokkaa (kuva ). Esimerkistä käy mm. ilmi, että optimaalisissakin olosuhteissa energian osuus paineilman kokonaiskustannuksista on 70 %:n luokkaa. 2. Taloudellisuuden säilyttäminen Käyttöönotto / koulutus Lauhteenkäsittely yhteensä Ohjaus- ja pääohjausjärjestelmien asennus Kuva : Optimoidun paineilmajärjestelmän kustannusrakenne Jos paineilmatuotanto halutaan jatkuvasti pitää taloudellisena, on huomioitava muutamia tärkeitä seikkoja: 2. Huolto tarpeen mukaan Nykyaikaiset teollisuus-pc-pohjaiset kompressoriohjaukset (esim. SIGMA CONTROL) ja pääohjausjärjestelmät (esim. SIGMA AIR MANAGER) kertovat käyttäjälle tarkkaan, koska kompressoriaseman komponentit vaativat huoltoa. Näin huoltotoimenpiteet voidaan suorittaa tarpeen mukaan ja ennakoivasti. Lopputulos: alhaisemmat huoltokustannukset, taloudellisempi ja luotettavampi paineilmatuotanto ja siten parempi tuotantovarmuus. 2.2 Oikeat paineilmatyökalut Väärissä kohdissa voidaan säästää paitsi paineilman tuotantopuolella myös Jälkikäsittelylaitteiden hankintakustannukset Laskentaperuste: 0,08 euroa/kwh Käyntiaika: 5 vuotta Korko: 6 %. Kompressorien hankintakustannukset Jälkikäsittelylaitteiden huoltokustannukset Kompressorien huoltokustannukset sen käyttöpuolella: tuotantoon saatetaan esimerkiksi hankkia koneita, jotka ovat hankintahinnaltaan edullisia, mutta vaativat siitä hyvästä korkeamman käyttöpaineen. Tällaisten laitteiden vaatima korkeampi paine ja/tai paineilmajärjestelmän laajentaminen ylittävät nopeasti ne lisäkustannukset, joita alhaisemmalla esim. 6 barin paineella käyvän koneen hankinnasta olisi aiheutunut. Jälkikäsittelylaitteiden energiakustannukset Kompressorien energiakustannukset Siksi tuotantokoneiden hankintaa Vesi varten tulisi laatia ohjeistus, jossa huomioidaan paitsi sähkö- myös paineilmaparametrit. Käyttöpaine: 7,5 bar Ilmajäähdytys Paineilmalaatu Öljy (ISO 8573-) Pöly 2.3 Tuotannon asettamat vaatimukset 2.3. Muuttunut paineilman tarve a) Tuotannon uusiminen On normaalia, että paineilman kulutus vaihtelee työvuoroittain hyvinkin voimakkaasti. Tämä jää usein liian vähälle huomiolle, ja niinpä tuotannon uusiminen saattaakin johtaa siihen, että koneet yhden työvuoron aikana käyvät täysin alikuormitettuina, mutta toisen työvuoron paineilman tarve on niin suuri, että jopa paineilmatuotannon varakapasiteettikin käytetään loppuun. Paineilmatuotanto on sen vuoksi aina mukautettava muuttuneisiin tuotantoolosuhteisiin. Kuva 2: Paineilmakulutuksen mittauksessa käytettävä laite. Tilavuusvirta mitataan paineputkeen asennettavan mittausputken avulla b) Tuotannon laajentaminen Tuotannon laajentaminen edellyttää, että kompressorien tuoton lisäksi myös paineilmaputkisto ja paineilman jälkikäsittely mukautetaan uusiin olosuhteisiin. Jos laitoksen tuotantokapasiteettia halutaan lisätä jo olemassa olevaa konekantaa laajentamalla, on suositeltavaa mitata tähän asti käytettyjen koneiden paineilman kulutus (kuva 2), jotta paineilmatuotannon ajanmukaistaminen perustuisi mahdollisimman yksityiskohtaisiin tietoihin Luotettava paineilman saanti Kompressoriasemaan kuuluu tavallisesti myös varakompressori. Paineilman jälkikäsittelyssä tämä reservi kuitenkin usein jätetään huomioimatta. Kun paineilman kulutus kasvaa, varakompressori kytkeytyy päälle, mutta riittämättömän jälkikäsittelykapasiteetin vuoksi paineilman laatu heikkenee. Sen vuoksi jokaiselle varakompressorille tulisi suunnitella myös sen kapasiteettia vastaava jälkikäsittely (kuva 3) Paineilmalaadun muuttuminen Paineilman laadulle asetettujen vaatimusten tiukentuessa on ratkaisevaa, koskeeko tämä koko tuotantoa vai jotain yksittäistä tuotannon osa-aluetta. Ensiksi mainitussa tapauksessa ei riitä, Kuva : Paineilma-asema, jonka jälkikäsittelylaitteilla tuotetaan kahta eri laatuista paineilmaa että paineilma-asemalle keskitetyt jälkikäsittelylaitteet ajanmukaistetaan. Myös putket, joiden läpi on tähän asti virrannut heikompilaatuista paineilmaa, on puhdistettava tai uusittava. Jälkimmäisessä tapauksessa sen sijaan on suositeltavaa asentaa vaaditun laatuista paineilmaa tuottava hajautettu jälkikäsittelylaitteisto (kuva ). Jotta paineilman laatu tässä tapauksessa pysyisi tasaisen korkeana, on läpivirtaavan paineilman määrää rajoitettava. Muussa tapauksessa jälkikäsittelylaitteistoon saattaisi virrata liikaa paineilmaa, sillä laitteistoahan ei luonnollisestikaan ole mitoitettu kompressorien mahdollisen maksimituoton mukaan. 2. Vuodot kuriin Vaikka paineilmaverkosto olisi kuinka hyvin huollettu, ei vuodoilta voida välttyä. Niillä on myös taipumus lisääntyä, ja ne ovat usein syypäitä huomattaviinkin energiahäviöihin. Eniten vuotoja aiheutuu kuluneista työkaluista, letkunliitoksista ja koneiden osista. Siksi on tärkeätä kiinnittää näihin puutteisiin huomiota ja puuttua niihin tarvittaessa. On myös suositeltavaa mitata kokonaisvuodot säännöllisin välein esim. SIGMA AIR MANAGERin kaltaisen ohjaus- ja valvontajärjestelmän avulla. Jos vuodot ovat lisääntyneet, on vuotokohdat etsittävä ja eliminoitava. Kuva 3: Jotta paineilman laatu pysyisi tasaisena, tulisi jälkikäsittelylaitteiden mitoituksessa huomioida myös varakompressorit 3. Kustannusten hallinta varmistaa taloudellisuuden Suunnittelun yhteydessä analyysein saadut tiedot ovat päivitettyinä myös myöhemmin mielenkiintoisia. Uusien tietojen saamiseksi ei kuitenkaan enää tarvita erillisiä analyysejä. SIGMA AIR MANAGERin kaltaiset järjestelmät huolehtivat tietojenkeruusta. Näin paineilmajärjestelmän tilaa voidaan tarkkailla online-periaatteella ja samalla hallita paineilmatuotannon kustannuksia tehokkaasti (kuva 5). Mitä useampi käyttäjä tuo tällä tavoin läpinäkyvyyttä paineilmakustannuksiinsa, kartoittaa energiansäästömahdollisuuksia ja paineilmateknisiä komponentteja hankkiessaan asettaa energiatehokkuuden etusijalle, sitä lähemmäksi päästään tavoitetta alentaa paineilmatuotannon energiakulutusta kautta linjan vähintään 30 prosentilla. Tästä hyötyvät niin yritysten taseet kuin ympäristömmekin. Energiankulutus ja kustannukset alenevat Kuva 5: Systemaattisella kustannustenhallinnalla paineilmakustannukset voidaan pitää kurissa 32 33

19 Yhä useammat paineilman käyttäjät valitsevat -kompressorin Julkaisutiedot Julkaisija: Toimitus: Layout/grafiikka: Valokuvat: Painotyöt: KOMPRESSOREN GmbH, Carl-Kaeser-Str. 26, D-9650 Coburg, puh.: , faksi: ; sähköposti: Internet: Michael Bahr (vast. toimittaja), Erwin Ruppelt Martin Vollmer, Ralf Günther Marcel Hunger Schneider Printmedien GmbH, Reußenberg 22b, D Weidhausen Kopiointi, myös osittainen, sallittu vain julkaisijan luvalla.

20 Tuotevalikoimamme SIGMA-profiililla varustetut ruuvikompressorit Energiaa säästävällä SECOTEC-säädöllä varustetut jäähdytyskuivaimet Internet-teknologiaan perustuvat kompressorien ohjausjärjestelmät Paineilman jälkikäsittelykomponentit (suodattimet, lauhteenpoistimet, lauhteenkäsittelyjärjestelmät, adsorptiokuivaimet, aktiivihiilitornit) OMEGA-profiililla varustetut roottoripuhaltimet SIGMA-profiililla varustetut siirrettävät rakennuskompressorit Mäntäkompressorit käsityöammattilaisten ja verstaiden käyttöön Paineenkorotuskompressorit