Punkt rosy w instalacji sprężonego powietrza – dlaczego wilgoć jest problemem nawet w suchej hali?

Sucha posadzka, ogrzewana hala i brak widocznej wilgoci przy sprężarce nie oznaczają, że instalacja sprężonego powietrza jest sucha. Problem zaczyna się w chwili sprężania. Powietrze atmosferyczne zawsze zawiera parę wodną, a sprężarka zasysa ją razem z powietrzem. Po sprężeniu, schłodzeniu i przepływie przez rurociągi część tej wody może zmienić się w kondensat.

Dlatego w instalacji nie ocenia się wilgoci na podstawie tego, czy „na hali jest sucho”. Znacznie ważniejszym parametrem jest ciśnieniowy punkt rosy, czyli PDP (Pressure Dew Point). Określa on temperaturę, do której można schłodzić sprężone powietrze przy danym ciśnieniu, zanim zawarta w nim para wodna zacznie się skraplać.

Jeżeli ciśnieniowy punkt rosy wynosi +3°C, a rurociąg w żadnym miejscu nie schodzi poniżej tej temperatury, woda nie powinna wykraplać się z fazy gazowej. Jeżeli jednak ten sam przewód przechodzi zimą przez nieogrzewany magazyn, kanał techniczny albo prowadzi na zewnątrz i jego temperatura spada poniżej +3°C, kondensacja staje się realnym problemem. Nawet jeśli kilka metrów dalej pracownicy stoją w hali ogrzanej do 20°C.

Dlaczego sprężanie powoduje problem z wodą

Sprężarka nie produkuje wody. Wprowadza do instalacji wilgoć, która znajdowała się wcześniej w zasysanym powietrzu, a następnie zmienia warunki, w których para wodna może pozostać w stanie gazowym.

To rozróżnienie ma duże znaczenie przy diagnostyce. Jeżeli woda pojawia się w rurociągach, samo wymienienie separatora albo filtra może nie rozwiązać problemu. Najpierw trzeba ustalić, czy instalacja skutecznie odprowadza wodę wykroploną po sprężaniu i czy zastosowany osuszacz zapewnia wymagany punkt rosy.

Powietrze o temperaturze około 20°C może przy pełnym nasyceniu zawierać mniej więcej 17 g pary wodnej w 1 m³. Przy wilgotności względnej 60% będzie to około 10 g/m³. Sprężarka pobierająca dziesiątki lub setki metrów sześciennych powietrza na godzinę wprowadza więc do układu znaczącą ilość wody. W gorący i wilgotny dzień wartości będą jeszcze wyższe.

Po sprężeniu powietrze mocno się nagrzewa. Następnie jest chłodzone w chłodnicy końcowej. I właśnie podczas tego chłodzenia duża część pary wodnej wykrapla się jako kondensat. Separator powinien ją oddzielić, a automatyczny spust usunąć poza instalację.

Na tym etapie często pojawia się pierwszy praktyczny błąd: spust kondensatu jest zablokowany, źle ustawiony albo niesprawny. Separator może działać prawidłowo, ale jeżeli zgromadzona woda nie zostaje skutecznie usunięta, zostaje ponownie porwana przez strumień powietrza.

Kolejne miejsca wymagające kontroli to:

• chłodnica końcowa sprężarki,
• separator wody,
• zbiornik sprężonego powietrza,
• automatyczne spusty kondensatu,
• filtry koalescencyjne,
• osuszacz,
• najniższe punkty rurociągu,
• piony oraz odgałęzienia do maszyn,
• fragmenty instalacji przebiegające przez zimniejsze pomieszczenia.

Szczególnie zdradliwy jest zbiornik. Jego zadaniem jest między innymi stabilizowanie pracy układu, ale podczas chłodzenia sprężonego powietrza staje się także miejscem, w którym może pojawić się dużo kondensatu. Zbiornik bez sprawnego automatycznego spustu potrafi zamienić się w magazyn wody pod ciśnieniem.

Filtr również nie zastępuje osuszacza. Filtr koalescencyjny dobrze radzi sobie z aerozolem olejowym i kroplami cieczy, ale nie usuwa pary wodnej w taki sposób jak osuszacz. Jeśli para skropli się dopiero kilkadziesiąt metrów dalej, filtr znajdujący się przy sprężarce nie cofnie tego procesu.

Punkt rosy trzeba dobrać do najzimniejszego miejsca instalacji

Najczęstszy błąd przy doborze osuszacza polega na patrzeniu na temperaturę sprężarkowni albo głównej hali. Tymczasem liczy się najniższa temperatura, jaką może osiągnąć sprężone powietrze w dowolnym istotnym fragmencie instalacji.

Jeżeli sprężarkownia ma zimą 18°C, hala produkcyjna 16°C, ale przewód biegnący do magazynu spada nocą do 0°C, to właśnie okolice 0°C są punktem odniesienia.

W praktyce bezpiecznie jest przyjmować ciśnieniowy punkt rosy co najmniej około 10°C poniżej najniższej przewidywanej temperatury instalacji. Taki zapas ogranicza ryzyko kondensacji wywołanej krótkotrwałym ochłodzeniem, lokalnym mostkiem termicznym albo warunkami gorszymi niż zakładane.

Przykład jest prosty. Instalacja ma rurociąg prowadzony wyłącznie w ogrzewanej hali, w której temperatura nie spada poniżej 12°C. Osuszacz chłodniczy osiągający PDP +3°C zapewnia w takim przypadku około 9°C zapasu. Jeżeli jednak część instalacji może zimą osiągnąć -5°C, osuszacz +3°C przestaje być wystarczającym zabezpieczeniem przed kondensacją.

W przemyśle najczęściej spotyka się dwa rozwiązania.

Osuszacz chłodniczy zapewnia zazwyczaj ciśnieniowy punkt rosy w okolicy +3°C. Jest rozwiązaniem rozsądnym energetycznie i w wielu instalacjach warsztatowych oraz produkcyjnych całkowicie wystarczającym. Trzeba jednak zaakceptować jego ograniczenie: nie jest właściwym wyborem tam, gdzie rurociągi lub urządzenia pracują przy temperaturach około 0°C i niższych.

Osuszacz adsorpcyjny pozwala zejść znacznie niżej — typowo do -40°C PDP, a w odpowiednio zaprojektowanych układach nawet do -70°C PDP. Stosuje się go między innymi tam, gdzie powietrze trafia do instalacji narażonych na mróz albo proces technologiczny wymaga bardzo małej zawartości wilgoci.

Niższy punkt rosy nie jest jednak darmowym zapasem bezpieczeństwa. Osuszacze adsorpcyjne są droższe w zakupie i eksploatacji, wymagają odpowiedniego przygotowania powietrza oraz regeneracji złoża. W części konstrukcji regeneracja zużywa część wytworzonego sprężonego powietrza. Dobieranie -40°C PDP do zwykłego warsztatu tylko dlatego, że „im bardziej sucho, tym lepiej”, może więc generować koszty bez technicznego uzasadnienia.

Do oceny jakości wody w sprężonym powietrzu stosuje się klasy według ISO 8573-1. W odniesieniu do ciśnieniowego punktu rosy najważniejsze poziomy to:

• klasa 4 – PDP ≤ +3°C,
• klasa 3 – PDP ≤ -20°C,
• klasa 2 – PDP ≤ -40°C,
• klasa 1 – PDP ≤ -70°C.

Klasyfikacja nie oznacza automatycznie, że każda instalacja powinna dążyć do klasy 1. Powietrze trzeba przygotować do wymagań procesu. Narzędzia pneumatyczne, lakiernia, pakowanie żywności, aparatura pomiarowa oraz instalacja zewnętrzna mają inne wymagania. Przesuszenie powietrza ponad rzeczywistą potrzebę zwykle oznacza przede wszystkim większy koszt energii i bardziej wymagającą instalację uzdatniania.

Gdzie szukać przyczyny, gdy woda pojawia się mimo osuszacza

Gdy za osuszaczem pojawia się kondensat, pierwszą reakcją bywa zakup większego urządzenia. To często zła kolejność. Najpierw trzeba potwierdzić, czy obecny osuszacz rzeczywiście pracuje w warunkach, dla których został dobrany.

Wydajność katalogowa urządzenia nie jest wartością niezależną od warunków pracy. Na osuszacz wpływają przede wszystkim:

• rzeczywisty przepływ sprężonego powietrza,
• temperatura powietrza na wejściu,
• temperatura otoczenia,
• ciśnienie robocze,
• wymagany punkt rosy,
• stan filtrów,
• sposób odprowadzania kondensatu.

Jeżeli instalacja została zaprojektowana dla sprężarki o wydajności 3 m³/min, a po kilku latach dołożono drugą maszynę i przepływ okresowo wzrósł do 5 m³/min, istniejący osuszacz może być zwyczajnie przeciążony. Podobny efekt występuje przy wysokiej temperaturze powietrza na wejściu.

To ważne zwłaszcza latem. Osuszacz, który radzi sobie bez problemu w sprężarkowni przy 20°C, może pracować znacznie gorzej, kiedy temperatura pomieszczenia rośnie do 35–40°C, a powietrze opuszczające chłodnicę sprężarki jest cieplejsze niż zakładano przy doborze urządzenia.

Nie warto zgadywać punktu rosy na podstawie tego, czy w przewodzie widać wodę. Brak kondensatu nie oznacza automatycznie, że powietrze osiąga deklarowane +3°C albo -40°C PDP. Wiarygodną odpowiedź daje pomiar punktu rosy wykonany odpowiednim czujnikiem w instalacji znajdującej się pod ciśnieniem.

Przy diagnostyce kolejność powinna być następująca:

1. zmierzyć PDP bezpośrednio za osuszaczem,
2. sprawdzić temperaturę i ciśnienie pracy w chwili pomiaru,
3. sprawdzić rzeczywisty przepływ i porównać go z parametrami osuszacza,
4. skontrolować spusty kondensatu oraz separator,
5. zmierzyć PDP w krytycznym punkcie instalacji,
6. sprawdzić najniższą temperaturę rurociągu w skrajnych warunkach,
7. dopiero wtedy decydować o serwisie, zmianie konfiguracji albo wymianie osuszacza.

Taki pomiar szybko rozdziela dwie sytuacje. Jeśli już bezpośrednio za osuszaczem punkt rosy jest zbyt wysoki, problem leży w urządzeniu, jego doborze lub warunkach pracy. Jeżeli za osuszaczem parametr jest prawidłowy, ale dalej pojawia się ciecz, trzeba szukać problemu w instalacji: spadku temperatury, niewłaściwego prowadzenia przewodów, lokalnego gromadzenia kondensatu albo dopływu wilgoci z innej części układu.

W osuszaczach chłodniczych typowymi przyczynami pogorszenia parametrów są zabrudzone wymienniki, niewłaściwa wentylacja, problemy z układem chłodniczym i niesprawny separator kondensatu. W osuszaczach adsorpcyjnych trzeba dodatkowo kontrolować stan złoża, cykl regeneracji, zawory przełączające i filtrację przed osuszaczem. Olej dostający się na adsorbent potrafi trwale pogorszyć jego zdolność do wiązania wilgoci.

Do tego dochodzi kwestia filtrów. Zbyt duży spadek ciśnienia na zabrudzonym wkładzie oznacza stratę energii, natomiast uszkodzony albo źle dobrany filtr może nie chronić osuszacza tak, jak zakładano. W praktyce serwisowej liczy się więc nie samo stwierdzenie „filtr jest zamontowany”, ale jego stan, kierunek przepływu, klasa filtracji i różnica ciśnień przed oraz za wkładem.

Nie można też ignorować konstrukcji rurociągu. Główna magistrala powinna być wykonana tak, aby kondensat nie spływał bezpośrednio do odbiorników. Problem sprawiają lokalne obniżenia przewodu, źle wykonane spadki oraz odejścia pobierające powietrze z miejsca, w którym zbiera się woda. Nawet najlepszy osuszacz nie naprawi mechanicznie źle poprowadzonego rurociągu.

Więcej informacji na: https://www.marcom-serwis.pl

FAQ – punkt rosy i wilgoć w sprężonym powietrzu

Czy przy ciśnieniowym punkcie rosy +3°C w instalacji może pojawić się woda?
Tak. Jeżeli sprężone powietrze lub element instalacji zostanie schłodzony poniżej około +3°C, para wodna może zacząć się wykraplać. Trzeba też wykluczyć wodę pozostałą w rurociągach, niesprawne spusty i przeciążenie osuszacza.

Czy sucha i ogrzewana hala eliminuje potrzebę stosowania osuszacza?
Nie. Wilgoć trafia do instalacji wraz z powietrzem zasysanym przez sprężarkę. Temperatura hali ma znaczenie dla ryzyka kondensacji, ale nie usuwa pary wodnej ze sprężonego powietrza.

Czy filtr sprężonego powietrza może zastąpić osuszacz?
Nie. Filtr może oddzielać cząstki stałe, aerozol olejowy oraz krople cieczy zależnie od swojej konstrukcji, ale nie zapewnia kontrolowanego usuwania pary wodnej i określonego ciśnieniowego punktu rosy.

Kiedy wystarczy osuszacz chłodniczy?
Najczęściej wtedy, gdy wymagany PDP wynosi około +3°C, a wszystkie istotne części instalacji pozostają wyraźnie powyżej tej temperatury. Typowym zastosowaniem są instalacje pneumatyczne prowadzone wewnątrz ogrzewanych obiektów.

Kiedy trzeba rozważyć osuszacz adsorpcyjny?
Gdy wymagana jest klasa wody odpowiadająca PDP -20°C, -40°C lub niższemu, instalacja jest narażona na mróz albo proces technologiczny nie toleruje wilgoci na poziomie osiąganym przez osuszacz chłodniczy.

Czy punkt rosy -40°C oznacza, że powietrze ma temperaturę -40°C?
Nie. To dwa różne parametry. Powietrze może mieć przykładowo 20°C, a jego ciśnieniowy punkt rosy wynosić -40°C. Oznacza to, że przy utrzymaniu danego ciśnienia trzeba byłoby schłodzić je do około -40°C, aby rozpoczęła się kondensacja pary wodnej.

Czy punkt rosy powinno się mierzyć przed czy za osuszaczem?
Podstawowy pomiar kontrolny wykonuje się za osuszaczem, ponieważ pozwala sprawdzić osiągany przez niego PDP. Przy szukaniu problemów warto wykonać drugi pomiar przy krytycznym odbiorniku albo na końcu magistrali.

Czy wystarczy raz zmierzyć PDP i uznać instalację za sprawną?
Nie zawsze. Punkt rosy zmienia się wraz z obciążeniem, temperaturą, ciśnieniem i stanem urządzeń. Jednorazowy pomiar przy małym poborze może wyglądać dobrze, mimo że osuszacz nie utrzymuje parametru podczas szczytowego zapotrzebowania.

Co jest bardziej niebezpieczne: za mały osuszacz czy zbyt duży?
Za mały może nie osiągać wymaganego punktu rosy przy maksymalnym przepływie. Przewymiarowanie również nie powinno być bezrefleksyjne, szczególnie w technologii adsorpcyjnej, ponieważ może oznaczać niepotrzebnie wysoki koszt inwestycji i eksploatacji. Urządzenie dobiera się do przepływu, temperatury, ciśnienia i wymaganego PDP, a nie wyłącznie do mocy sprężarki.

Od czego zacząć, jeśli w instalacji pojawiła się woda?
Nie zaczynaj od wymiany osuszacza. Pierwszy krok to pomiar ciśnieniowego punktu rosy bezpośrednio za osuszaczem przy normalnym, a najlepiej wysokim obciążeniu instalacji. Równocześnie sprawdź spust kondensatu za chłodnicą, separator i zbiornik. Jeśli PDP jest prawidłowy, znajdź najzimniejszy odcinek rurociągu i zmierz jego temperaturę. Jeśli PDP jest za wysoki już na wyjściu z osuszacza, dopiero wtedy sprawdzaj jego wydajność, filtry, warunki pracy oraz stan techniczny. To usuwa najczęstszy błąd diagnostyczny: kosztowną wymianę sprawnego urządzenia, gdy rzeczywistą przyczyną jest przeciążenie, niesprawny spust albo zimny fragment instalacji.