Сжатый воздух на заводе, руднике или стройплощадке — такой же энергоноситель, как электричество, пар или вода. Он вращает пневмоинструмент, двигает цилиндры автоматики, продувает, распыляет краску, выдувает тару и подаёт абразив. В отличие от электричества его нельзя купить у сетевой компании: предприятие производит сжатый воздух само, и все потери на пути от компрессора до потребителя оплачивает тоже само.
Сжатый воздух удобен и универсален, но это один из самых дорогих видов энергии на производстве. Разберём, как его получают, какими параметрами описывают, какой воздух нужен потребителям и где уходят деньги.
Что такое сжатый воздух и почему это энергоноситель
Сжатый воздух — атмосферный воздух, объём которого уменьшили компрессором, подняв давление выше атмосферного. Запасённая при этом энергия отдаётся потребителю, когда воздух расширяется: в цилиндре, пневмомоторе, сопле.
Почему его выбирают вместо электропривода:
безопасность — нет искры, пневматика работает во взрывоопасных зонах шахт, на элеваторах, в покрасочных камерах;
простота — пневмоинструмент легче электрического и не боится перегрузки;
накопление — воздух запасают в ресивере и отдают пиком, которого сам компрессор не обеспечит.
Обратная сторона — низкий КПД. Большая часть электроэнергии, затраченной на сжатие, превращается в тепло: на полезную работу у потребителя приходится лишь небольшая доля. Поэтому каждый лишний бар давления и каждая утечка оборачиваются заметными деньгами.
Как сжать воздух: компрессор → ресивер → подготовка
Как сжать воздух в промышленных объёмах? Цепочка всегда одна и та же, меняется только масштаб.
Компрессор сжатого воздуха забирает атмосферный воздух через фильтр и сжимает его. На предприятиях сегодня основной тип — винтовой: он работает непрерывно и равномерно. Как он устроен, подробно описано в статье «Винтовой компрессор: устройство и принцип работы». Для малых нагрузок применяют поршневые машины, без электросети — передвижные дизельные компрессорные установки КВ.
Концевой охладитель снижает температуру воздуха после сжатия, и из него выпадает основная часть влаги.
Ресивер сглаживает пульсации, покрывает пиковый расход и работает как первая ступень отделения конденсата. Подробнее о его роли — в статье «Воздухосборники и ресиверы ЧКЗ».
Подготовка: циклонный влагоотделитель, магистральные фильтры, осушитель. Здесь воздух доводят до той чистоты, которая нужна потребителю.
Распределительная сеть — магистраль, отводы, арматура.
Ключевые параметры сжатого воздуха
Какой сжатый воздух нужен предприятию, описывают четыре группы параметров: давление, расход, влажность (точка росы) и загрязнения — масло и твёрдые частицы.
Давление сжатого воздуха
Давление в паспортах компрессоров указывают как избыточное (над атмосферным) — в барах или мегапаскалях: 0,8 МПа = 8 бар. Рабочее давление сжатого воздуха у большинства общепромышленных потребителей — 6–7 бар, поэтому самые распространённые компрессоры рассчитаны на 7–8 бар. Для винтовых установок ЧКЗ серии ДЭН стандартный ряд номинального давления — 0,8 / 1,0 / 1,3 МПа.
Компрессор всегда настраивают выше давления потребителя на величину потерь в сети и фильтрах. Как перевести бар в атмосферы и МПа и как правильно назначить давление, разобрано в статье «Давление компрессора: бар, атм, МПа».
Расход
Расход измеряют в м³/мин свободного воздуха (приведённого к условиям всасывания) и считают по сумме потребителей с коэффициентом одновременности. Методика — в статье о расчёте производительности компрессора.
Температура сжатого воздуха
При сжатии воздух сильно нагревается. Если бы сжатие до 8 бар шло без охлаждения, температура на выходе превысила бы 250 °C. В маслозаполненном винтовом компрессоре масло забирает основную часть тепла, и на выходе из винтового блока температура смеси — порядка 80–95 °C (ориентир, уточняйте по паспорту). После концевого охладителя температура сжатого воздуха обычно на 8–15 °C выше окружающей. Чем горячее воздух на входе в осушитель, тем тяжелее ему работать — летом в Шымкенте это ощутимо.
Влажность и точка росы
Атмосферный воздух всегда содержит воду. При сжатии и последующем охлаждении она выпадает конденсатом. Ориентировочный расчёт: компрессор производительностью 10 м³/мин летом (+25 °C, влажность 60%) после охладителя отдаёт около 5 кг воды в час — больше 100 литров за сутки круглосуточной работы.
Остаток влаги характеризуют точкой росы под давлением — температурой, при которой в трубопроводе начнёт выпадать конденсат. Типовые уровни:
+3…+7 °C — даёт рефрижераторный осушитель; достаточно для цехов с положительной температурой;
−20…−40 °C — адсорбционный осушитель; нужен, если магистраль проходит по улице или через неотапливаемые помещения;
−70 °C и ниже — особые требования: приборы, электроника, отдельные химические процессы.
Для казахстанской зимы это принципиально: при −30 °C в Астане воздух с точкой росы +3 °C в уличной трубе даёт ледяную пробку.
Масло и твёрдые частицы
Чистоту сжатого воздуха принято описывать классами — отдельно по частицам, воде и маслу. Упрощённо:
частицы: от грубой очистки (задерживается всё крупнее 25–40 мкм) до тонкой (0,01 мкм);
масло (аэрозоль и пары): от «технического» воздуха с содержанием до 5 мг/м³ до практически безмасляного — не более 0,01 мг/м³;
вода: уровень задаётся точкой росы.
Чем выше требования, тем дороже каждый кубометр.
Где применяется сжатый воздух в Казахстане
Горнодобывающая промышленность. Буровые станки, пневмоперфораторы, продувка скважин, флотация. Пыль, мороз и удалённые участки требуют надёжной фильтрации на всасывании и сухого воздуха для уличных линий.
Пищевая промышленность. Упаковка, розлив, выдув ПЭТ-тары. Если воздух контактирует с продуктом, масло в нём недопустимо: применяют безмасляные компрессоры или многоступенчатую фильтрацию и глубокую осушку.
Металлообработка и машиностроение. Пневмоинструмент, станочная автоматика, покраска, пескоструйная обработка, плазменная резка. Для покраски требования к чистоте самые жёсткие.
Строительство. Отбойные молотки, торкретирование, пескоструй, пневмотранспорт цемента. Без электросети работают передвижные дизельные установки.
Какой сжатый воздух нужен разным потребителям
ПрименениеРабочее давление у потребителя (ориентир)Требования к чистотеПневмоинструмент (гайковёрты, шлифмашины)6–6,3 барЧастицы до 40 мкм, точка росы +3 °C, масло не критичноПневмоцилиндры и автоматика4–6 барЧастицы до 5 мкм, точка росы +3 °C, масло до 1 мг/м³КИП и пневмоприводы арматуры4–6 барЧастицы до 1 мкм, точка росы −40 °C, масло до 0,01–0,1 мг/м³Окраска распылением2–6 барЧастицы до 0,01–1 мкм, точка росы +3 °C и ниже, масло до 0,01 мг/м³Пескоструйная обработка6–8 бар на соплеСухой воздух без капельной влаги и маслаКонтакт с пищевым продуктом6–7 барБезмасляный воздух, точка росы −40 °C, стерильная фильтрацияБуровые станки, перфораторы5–7 бар, у отдельных станков вышеГрубая очистка, отвод конденсата, на улице — осушкаПневмотранспорт сыпучих0,5–3 барСухой воздух, без масла
Цифры — ориентир для планирования. Точные требования указаны в паспорте потребителя: пистолета, станка, линии упаковки.
Для малого давления и больших объёмов (аэрация, пневмотранспорт) рациональнее не компрессор, а воздуходувка.
Почему сжатый воздух дорогой
Основная часть стоимости сжатого воздуха за срок службы компрессора — электроэнергия, а не цена установки. Значит, экономить надо на потерях.
Утечки. В сети без регулярного контроля утечки нередко съедают 20–30% производительности компрессора. Ориентировочный расчёт: отверстие диаметром 3 мм при давлении 6 бар пропускает около 0,4–0,6 м³/мин. На его поддержание уходит 2,5–3,5 кВт мощности компрессора круглосуточно — порядка 20–30 тыс. кВт·ч в год на одну дырку, которую никто не слышит из-за шума цеха.
Завышенное давление. Компрессор держат на 10 бар, «чтобы хватало», хотя потребителям нужно 6. Каждый лишний бар — это рост энергопотребления и одновременно рост утечек, потому что через ту же неплотность уходит больше воздуха.
Неэффективное регулирование. Компрессор с регулированием «нагрузка — холостой ход» при переменном расходе значительную часть времени крутится вхолостую и потребляет энергию без выработки воздуха. Частотное регулирование подстраивает производительность под расход.
Сопротивление сети. Узкие трубы и забитые фильтры дают перепад, который компенсируют повышением давления на компрессоре.
Первый шаг к снижению затрат — измерения. Comptech проводит пневмоаудит: замеры расхода, давления, точки росы и потребляемой мощности, поиск утечек и отчёт с рекомендациями.
Частые вопросы
Какое давление сжатого воздуха нужно для пневмоинструмента?
Большинство промышленного пневмоинструмента рассчитано на 6–6,3 бар на входе. Компрессор настраивают на 7–8 бар, чтобы покрыть потери в шлангах, фильтрах и магистрали.
Сжатый воздух какой чистоты нужен для покраски?
Без капельной влаги и масла: тонкая фильтрация до 0,01 мкм, остаточное масло не более 0,01 мг/м³, осушка до точки росы +3 °C и ниже. Иначе появляются кратеры, пузыри и отслоение покрытия.
Какая температура сжатого воздуха на выходе компрессора?
После концевого охладителя винтового компрессора — обычно на 8–15 °C выше температуры в компрессорной. Если воздух заметно горячее, проверьте загрязнение охладителя и вентиляцию помещения.
Нужен ли осушитель, если есть ресивер и влагоотделитель?
Ресивер и влагоотделитель убирают капельную влагу, но воздух остаётся насыщенным паром, и в холодных трубах конденсат выпадет снова. Если сеть проходит через холодные зоны или нужен сухой воздух — осушитель обязателен.
Comptech поставляет всю цепочку для получения сжатого воздуха: винтовые, поршневые и дизельные компрессоры ЧКЗ и Seize Air, ресиверы, осушители, фильтры и влагоотделители, а также выполняет монтаж, сервис и пневмоаудит по всему Казахстану. Опишите потребителей и условия работы — подберём систему под нужное давление, расход и класс чистоты. Телефон: +7 700 805 2222, e-mail: mail@comptech.kz.
