header-photo

לחות במערכות אויר דחוס

הלחות במערכת האויר הדחוס שלך עולה לך כסף רב

מים חופשיים ולחות במערכת האויר הדחוס יכולים לגרום ל:

  • חלודה בצנרת האויר שגורמת למפל לחץ גבוה וצריכת אנרגיה מוגברת.
  • שטיפת חומרי סיכה מכלי אויר פנאומטיים והגברת השחיקה והבלאי, עד כדי קצור אורך חייהם וגרימה לכשל.
  • השפעה שלילית על המוצר הסופי, על איכותו, העלאת אחוז מוצרים פסולים, עיבוד וייצור מחדש וחוסר שביעות לקוח.

כמה מים יש באויר הדחוס ?

ראשית נדגיש שכמות אדי המים באויר עולה עם הטמפרטורה ועם הלחות היחסית.

ניקח לדוגמא מדחס בהספק של 100 כ"ס שעובד בלחץ ממוצע של 7 [barg] וספיקתו כ- 220 [l/sec]. תנאי סביבה ממוצעים  בהם טמפרטורת של 250C ולחות יחסית של 70%.

כל 1 מטר מעוקב של אויר חופשי מכיל כ- 16 [gram] מים. ולכן המדחס יונק לתוכו 304 ליטר מים ביממה. אם הטמפרטורה הייתה 350C במקום 250C ובאותה לחות יחסית, המדחס היה יונק לתוכו כ- 530  ליטר מים ביממה.

ע"י שימוש במצנן סופי, אנו יכולים לעבות ולנקז כמות ניכרת של כ- 210  ליטר. חשבון פשוט יראה שעדיין יש לנו אדי מים בכמות של כ- 94  ליטר. אומנם הצלחנו להוציא כמות רבה של מים אך יש לזכור שבשלב זה האויר הנו ב- 100% לחות יחסי. כל התקררות של האויר תגרום להתעבות מים במערכת.

ע"י שימוש במייבש קירור בעל נקודת טל של כ- 30C, נוכל לעבות ולנקז כמות מים נוספת בסדר גודל של 80 ליטר נוספים, או אז תישאר באויר הדחוס כמות אדי מים בנפח של  כ- 14 ליטר. הלחות היחסית בדוגמא שלנו תהיה בשלב זה כ- 20%.

שימוש במייבש ספיחה בעל יכולת ייבוש לטמפרטורת נקודת טל בלחץ של 400C-, ינקז את רוב אדי המים מהאויר ותישאר כמות אדי מים בנפח של כ- 0.28 ליטר בלבד.

לרב האפליקציות של אויר דחוס בתעשייה ניתן לספק אויר דחוס שיובש באמצעות מייבש קירור. ישנן אפליקציות שדורשות אויר דחוס יבש במיוחד, כגון; אויר להסעת אבקות, אויר למכונות טחינה (מיקרונייזר), אויר למכשירים עדינים, אויר לחדר נקי וכדומה. לאפליקציות מסוג זה משתמשים במייבשי ספיחה בעלי נקודת טל  של –200C, -400C ואף –700C. גם באפליקציות בהם אין כל דרישה לייבוש האויר, יש לשקול שימוש במייבש קירור לשם שמירה על הצנרת בפני חלודה. בלחות יחסית מעל 50% , קצב התפתחות החלודה בצנרת ובמיכל עולים בצורה אקספוננציאלית. בכדי לשמור על לחות יחסית של פחות מ- 50% מומלץ לייבש את האויר לנקודת טל של כ- 120C מתחת לטמפרטורת הסביבה.

מערכות אויר דחוס – מכלי אגירה

"מה תפקידו של מיכל האויר? היכן להתקינו? האם כל מערכת צריכה מיכל אויר? מהו הנפח האופטימלי? "

שאלות אלו ואחרות נוספות עולות בנושא מיכל האויר ולאמיתו של דבר חלק גדול מהתשובות שנויות במחלוקת.

לפני שנתחיל לענות על השאלות שהצבנו, כדאי להדגיש שכל מיכל כזה חייב להיות מיוצר לפי תקן ישראלי למיכלי לחץ מספר 4295. כמו כן חייב לעבור בדיקה של מכון התקנים או גוף מוסמך אחר ובדיקה של בודק מוסמך מטעם משרד העבודה. בנוסף לבדיקה והאישור הראשוניים, חייב המיכל לעבור בדיקה תקופתית ע"י בודק מוסמך .

1. תפקיד מיכל האויר

התפקידים העיקריים של מיכל האויר הנם:

א. ייצוב לחץ האויר ע"י אגירת/אספקת עודף/חוסר ספיקה בזמנים קצרים.

ב. הערכת אינטרוול מחזורי דחיסה/סרק וע"י כך חסכון באנרגיה ובבלאי.

ג. עידוד בהפרדת נוזלים ומזהמים מהאויר הדחוס וניקוזם.

ד. קירור נוסף של האויר הדחוס לפני כניסתו למייבשים (בקיץ).

ה. הנחתת פולסים של לחץ הנובעים מעבודת מדחסי  Positive Displacement.

2.  היכן להתקין את מיכל האויר ?

קיימות מספר אפשרויות ולכל אחת יתרונות וחסרונות.

א. התקנת המיכל אחרי מצנן האויר הסופי של המדחס ולפני המייבש. זהו המיקום המקובל ביותר והמומלץ ע"י רב המהנדסים והיצרנים. היתרון העיקרי הוא הורדת עומס מסוים מהמייבשים שמותקנים אחריו. יתרון נוסף הוא שמיכל זה יכול לשרת מספר מדחסים ומספר מייבשים בו זמנית. החסרון העיקרי הוא שבעת צריכה גבוהה רגעית המייבש עלול 'לראות' ספיקות גבוהות מספיקת המדחס, ספיקות שאולי המייבש לא מתוכנן להן. חסרון נוסף הוא ש'בנק' האויר הנו אויר רטוב.

ב. התקנת המיכל אחרי מייבש האויר. היתרון העיקרי הוא שגם בעת צריכת אויר רגעית גדולה, לא יוכל מייבש האויר 'לראות' ספיקה גדולה יותר ממה שהמדחס מסוגל לספק. יתרון נוסף הוא ש'בנק' האויר הנו אויר יבש. החסרון בהתקנה זו הנו היתרון של ההתקנה הקודמת.

ג. התקנת המיכל בסוף קו האויר לפני הצרכן. מיקום זה בד"כ לא מהווה תחליף למיקומים שהוזכרו בסעיפים הקודמים. נהוג להוסיף מיכל אגירה בסוף קו האויר ליד הצרכן הסופי כאשר יש צרכן שמשתמש באופן פתאומי בספיקה גבוהה של אויר שעלולה לגרום לנפילת לחץ הן בצרכן זה והן בצרכנים סמוכים.

ד. התקנת שני מיכלי אויר, אחד אחרי המצנן הסופי לפני המייבש ('מיכל רטוב') ואחד אחרי המייבש ('מיכל יבש'). פתרון טוב אך עלול להיות יקר יותר.

3. האם כל מערכת צריכה מיכל אויר?"

בשנות ה-70, עם גידול הפופולאריות של מדחסים בורגיים, מדחסי להבים ואפילו מדחסים צנטריפוגליים, הבטיחו חלק מהיצרנים שבעזרת שיטת הבקרה ה'פרופורציונלית' שלהם, אין צורך במיכל אויר כל זמן שנפח הצנרת גדול דיו כ- 4 ליטר לכל [cfm] 1. השיטה אולי עבדה עד אמצע שנות ה-80, אך עם הניסיון לשפר את מערכות הבקרה ולחסוך באנרגיה, התגלה שהמערכות בהן לא הותקן מיכל אויר לא הצליחו לחסוך באנרגיה כפי שציפו.

היום למעט מספר מערכות בקרה מתוחכמות, הדעה הרווחת והמוסכמת על רב האוטוריטות הנה שיש להתקין מיכל אויר בנפח של כ-10 ליטר לכל [L/sec] 1  ספיקה.

4. מהו הנפח האופטימלי של מיכל האויר?

ראשית נקדים ונאמר שישנן לפחות שתי נקודות מבט לחישוב נפח מיכל האויר. האחת מצד ציוד הדחיסה והשניה מצד התהליך.

א. בכל מקרה שבוחרים מצד ציוד האויר הדחוס, מומלץ להתייעץ עם יצרן הציוד הספציפי כיוון שליצרנים שונים תשובות שונות לשאלה זו. אנו בחרנו כאן את שיטת החישוב המומלצת ע"י חברת "אטלס קופקו" למדחסים בורגיים.

V [Litre] = 0.25*Q*P1*T0 / (fmax*(Pu-PL)*T1)

V   = נפח המיכל. [Litre].

Q   = ספיקת המדחס [L/sec].

P1 = לחץ אבסולוטי כניסת אויר למדחס [bara].

T1 = טמפרטורת כניסת אויר למדחס [0K].

T0 = טמפרטורת האויר  במיכל [0K].

Pu = לחץ יציאת המדחס לסרק [bara].

PL = לחץ כניסת  המדחס לדחיסה [bara].

fmax= תדירות מחזורי דחיסה. 1Cycle/30Sec

אם נפשט את הנוסחה ונניח  = 0.5 [bar] Pu-PL , נוכל להגיע ל'כלל אצבע ולומר שמומלץ נפח של 15 ליטר לכל 1 ליטר בשניה של ספיקה.

ב. במקרה שבוחרים את המיכל מצד התהליך, יש לקחת בחשבון מקרה בו אחד המדחסים מפסיק לדחוס, כמה זמן ייקח למדחס הגיבוי מרגע קבלת ההתראה ועד לאספקת אויר (t). מהו לחץ העבודה המינימלי שהציוד עדיין מתפקד (Pm)? מהו לחץ העבודה המינימלי הרגיל (PM) ? במקרה זה אי אפשר לעבוד עם לחץ מינימלי כל הזמן כיון שאז בעצם אין משמעות לנפח האויר שבמיכל. להלן נוסחה מקורבת:

V [Litre] = t*Qf / (PM-Pm)

V   = נפח המיכל. [Litre].

Q   = ספיקת המפעל [L/sec].

PM = לחץ העבודה בעת תקלת מדחס [bara].

Pm = לחץ העבודה המינימלי המותר  [bara].

ג.  במקרה שיש דרישה מצד התהליך, בד"כ מיכל זה יהי גדול יותר מאשר דרישת יצרני הציוד, אך בכל מקרה יש לחשב גם לפי יצרני הציוד ולבחור את המיכל הגדול מבין השניים.

יעילות מערכות אויר דחוס

האם אויר דחוס הוא בחינם ?

האם אויר דחוס הוא בחינם ?
לא ! למרות שזה רק "אויר" זה ממש לא בחינם. להפך הוא הנכון.  אויר דחוס מהווה את אחת  מצורות האנרגיה היקרות. רק  10% ל- 20% מהאנרגיה החשמלית שמושקעת מגיעה לצרכן הסופי. שאר האנרגיה הופכת לחם מבוזבז.

איך ניתן להוזיל את עלות האויר הדחוס ?
בכדי לענות על שאלה זו, כדאי ראשית להבין את חלוקת העלויות. נחשב עלויות מדחס אויר בורגי סטנדרטי למשך מחזור חיים של 40,000 שעות עבודה.
נקבל את החלוקה הבאה:

עלויות מחזור חיים - 5 שנים למערך אוויר דחוס

עלויות מחזור חיים - 5 שנים למערך אוויר דחוס

בתעשייה בישראל קיימים מדחסים רבים שעבדו למעלה מ-40,000  ש"ע וחלקם הגיעו אף ל-100,000 ש"ע. ככל ש'נאריך' את אורך חיי המדחס, אחוזי ההשקעה הראשונית יקטנו על חשבון נתח האנרגיה והתחזוקה.

ברור אם כן שההתמקדות לחסכון צריכה להתמקד בחסכון באנרגיה.
ישנן דרכים רבות להוזיל את עלויות האויר הדחוס. להלן הדרכים העיקריות:

1. דליפות אויר
ניתן לומר שאין כמעט בנמצא מערכת אטומה לחלוטין בתעשייה. דליפות אויר מהוות בד"כ  את הדרך האטרקטיבית, הקלה ביותר ובעלת זמן החזר הקצר ביותר לחסכון. מערכות אויר דחוס עם דליפות בסדר גודל של 20%-30% הנן שכיחות, אך נתקלנו לא פעם במערכות עם דליפות של כ- 50% !!!  מצב בו שעור הדליפות הנו  5%-10% מוגדר כמצב טוב. הקטנת שעור הדליפות יחסוך אנרגיה, יקטין את הוצאות התחזוקה של המדחסים ולעיתים אף יחסוך את הצורך לרכוש מדחס נוסף.
בהערכה גסה כל [L/sec] 1  עולה כ – 500 דולר בשנה.

2. שימוש שגוי – Miss-use
כפי שהזכרנו, אויר דחוס הנו אחת מצורות האנרגיה היקרות. מומלץ לבחון כל שימוש קיים באויר דחוס במפעל ולבחון את האלטרנטיבות הקיימות. לדוגמה שימוש במרעדים (ויברטורים) חשמליים במקום פנאומטיים, שימוש במפוחי אויר לקירור במקום באויר דחוס, מנועים חשמליים במקום פנאומטיים, משאבות חשמליות במקום פנאומטיות,   שמשו בנחירי ונטורי להורדת הספיקה, שימוש במשאבות ואקום חשמליות במקום מחוללי ואקום בזבזניים ועוד.

3. הקטנת מפלי הלחץ ולחץ העבודה למינימום

מפל הלחץ הנו הפרש הלחצים בין הלחץ שיוצא מהמדחס לבין הלחץ שמגיע לצרכן הסופי.

מפל הלחץ נוצר מכל ההפרעות לזרימה בדרך, מייבש, מסננים, צנרת ואביזרים למיניהם.

מפל לחץ של פחות מ-10% נחשב למפל לחץ מקובל. כאשר מפל הלחץ במערכת גבוה, אנו נאלצים לכוון את עבודת המדחסים ללחץ גבוה יותר בכדי להתגבר על מפל הלחץ.

במערכות סטנדרטיות בהן לחץ העבודה הנו [barg] 7, עבודה בלחץ של [barg] 8 תצרך כ- 7% יותר אנרגיה. בנוסף, שעור ספיקת הדליפות יגדל בכ- 18%.

על מנת להנמיך את לחצי העבודה של המדחסים צריך מערכת בעלת מפל לחץ נמוך, בקרת מדחסים מתאימה ונפח אכסון מתאים.

במקרים בהם קיימים צרכנים בודדים בעלי דרישה ללחץ גבוה יותר, יש לשקול לספק להם את האויר ממדחס ייעודי במקום להעלות את לחץ העבודה במפעל כולו.

4. גודל המדחסים והבקרה
בתכנון אופטימלי של מערכת האויר הדחוס, יש להביא בחשבון את הספיקה המקסימלית הצפויה. על המערכת להיות מסוגלת לספק ספיקה זו. את יעילות המערכת כדאי לתכנן בספיקות ממוצעות. לדוגמא, מפעל שמשתמש פעם במשמרת למשך זמן קצר בספיקת אויר גדולה לשימוש מסוים (נניח 100%) ובשאר הזמן רק ב-30%. על המערכת להיות מסוגלת לספק ספיקה של 100%, אך אנו נחפש מערכת שתדע לספק את ה- 30% ביעילות מרבית. על כן לא נבחר מדחס אחד של 100%, אלא שני מדחסים של 50%, או אם יש בידינו נתונים מדויקים יותר, אולי אפילו מדחס של 70% ומדחס של 30%. (בדוגמא זו לא הכנסנו שיקולי גיבוי).

במערכות בעלות מספר מדחסים מומלץ להוסיף בקרה מרכזית שתפקד על המדחסים ותכניס לעבודה את המדחסים המתאמים לאותה הספיקה – Base Load  ו- Trim.
שימוש במדחסים בעלי בקרת ספיקה מסוג פרופורציונלי -  Modulating Control מומלץ אך ורק אם המדחס נמצא רב הזמן בעומס שבין 80%-100%.

שימוש במדחסים בעלי בקרת ספיקה מסוג דחיסה מלאה/סרק מומלץ כאשר נפח האכסון גדול דיו, כאשר נפח האכסון קטן, המדחסים עובדים בצורה לא יעילה.

למדחסי ‘Trim’ מומלץ להשתמש במדחסים בעלי בקרה מתקדמת כדוגמת מהירות הניע משתנה או בקרת נפח משתנה (שינוי האורך האקטיבי של יחידת הדחיסה).

5. איכות האויר
ככל שאיכות האויר הנדרשת גבוהה יותר, עלות המערכת ובד"כ גם צריכת האנרגיה גבוהה יותר. יש להתאים את המערכת לדרישת האיכות האמיתית ולא להתפתות לאיכות גבוהה יותר כשאין צורך. באיכות אויר גבוהה יותר נדרשים מסננים בעלי כושר סינון גבוה יותר – אלו מטבעם גורמים למפל לחץ גבוה שעליו אנו משלמים באנרגיה. בבחירת מייבשי אויר, ובעיקר כשמדובר במייבשי ספיחה, קביעת נקודת הטל וטכנולוגית רענון המייבש משפיעים רבות הן על עלות המייבש והן על צריכת האנרגיה שלו. במייבשי ספיחה גדולים מומלץ להשתמש במידת האפשר במייבשים שמוגדרים כ- Heat Of Compression  מסוג Zero Loss, או במייבשים מסוג Heat Regenerated. לא מומלץ להשתמש במייבשים מסוג Heatless שצורכים אנרגיה רבה לרענון. במקרים בהם יש צרכן בודד שדורש איכות אויר גבוהה יותר, כדאי לטפל באויר בצורה מרכזית ל'מכנה המשותף הנמוך ביותר' ולהוסיף טיפול מקומי לצרכן בעל הדרישה המיוחדת.

6. אוורור חדר המדחסים
אויר קר צפוף יותר ובמדחסים מסוג Positive Displacement Compression אנו יכולים להרוויח ביעילות כשטמפרטורת הסביבה קרה יותר. חסכון זה יכול להתבטא גם במייבשי האויר. על כן מומלץ לאוורר את חדר המדחסים בצורה יעילה. במקרה הצורך אפשר להפנות את יניקת המדחסים מחוץ לחדר.
7. תחזוקה
תחזוקה ירודה של מדחסים ומערכת אויר דחוס יכולה לגרום לעלויות אנרגיה מוגברות בגלל דליפות אויר, טמפרטורות עבודה גבוהות, מפלי לחץ, מסננים סתומים מחליפי חום סתומים או מלאים באבנית ולא יעילים ועוד.
8. ניקוזים
מומלץ להשתמש בניקוזים מסוג Zero Air Loss – בעלי חיישן גובה או מצוף. לפני כל מנקזת אוטומטית כזו מומלץ להתקין מסנן הגנה. שימוש במנקזות מסוג טיימר בד"כ מבזבזות אנרגיה רבה. שימוש במנקזות ידניות גורם פעמים רבות לאנשי התחזוקה להשאירם באופן קבוע פתוחות חלקית. בכדי לסבר את האוזן, דליפת אויר דרך חור בקוטר של שני מילימטר ובלחץ עבודה של  [barg] 7 עולה למעלה מ-2,000 דולר בשנה.

9. מערכת להשבת חם – Heat Recovery System
כ-80%-90% מהאנרגיה החשמלית שמושקעת בדחיסת האויר הופכת לחם ומתבזבזת לאטמוספירה. בתכנון מערך נכון להשבת אנרגית החם, ניתן לנצל בין 50% ל- 90% מאנרגיה מבוזבזת זו ולנצלה לשימושים שונים כגון חימום אויר או מים, חימום מים לשימוש (מקלחות) או חימום מקדמי של מים לתהליך כגון קיטור, הפעלת צ'ילרים בטכנולוגית ספיגה וכדומה.
למרות שברב מערכות האויר הדחוס לא נעשה שימוש בחם שיורי זה, זמן ההחזר הצפוי להשקעה במערכת להשבת האנרגיה יכול להיות אפילו קטן משנה אחת.

?>?>?>?>