Zbiorniki ciśnieniowe poziome na sprężone powietrze

Poziomy zbiornik ciśnieniowy jest elementem instalacji pneumatycznej przeznaczonym przede wszystkim do magazynowania określonej ilości sprężonego powietrza pod ciśnieniem. Nie należy jednak traktować go wyłącznie jako „magazynu powietrza”. W prawidłowo zaprojektowanym układzie pełni kilka funkcji jednocześnie: stabilizuje ciśnienie w sieci, ogranicza skutki chwilowych skoków poboru, zmniejsza częstotliwość załączania i odciążania sprężarki, pomaga kompensować pulsacje przepływu oraz tworzy rezerwę energetyczną dla odbiorników o krótkotrwałym, wysokim zapotrzebowaniu. Z punktu widzenia fizyki instalacji zbiornik zwiększa objętość gazu znajdującego się pomiędzy źródłem sprężonego powietrza a odbiornikami. Dzięki temu chwilowy wzrost zapotrzebowania nie musi natychmiast zostać pokryty przez sprężarkę. Część powietrza pobierana jest ze zbiornika, a jego ciśnienie stopniowo maleje. Sprężarka uzupełnia zapas w późniejszej fazie. Zbiornik pełni również funkcję pośrednią w gospodarce kondensatem. Sprężone powietrze opuszczające sprężarkę jest gorące i zawiera parę wodną. W miarę ochładzania część pary może się skraplać, dlatego zbiornik powinien posiadać możliwość skutecznego odprowadzania kondensatu. Pozioma konstrukcja jest szczególnie użyteczna tam, gdzie ograniczeniem jest wysokość pomieszczenia lub gdzie zbiornik ma zostać wykorzystany jako element konstrukcyjny zespołu sprężarkowego.

Najważniejszą różnicą jest orientacja osi płaszcza zbiornika. W zbiorniku poziomym główna oś cylindra przebiega równolegle do podłoża, natomiast w zbiorniku pionowym – prostopadle. Sama orientacja nie zmienia podstawowej zasady magazynowania sprężonego gazu, ale bardzo silnie wpływa na wymagania przestrzenne, sposób posadowienia, rozmieszczenie przyłączy i organizację stanowiska. Zbiornik poziomy zajmuje zazwyczaj większą powierzchnię podłogi, lecz wymaga mniejszej wysokości zabudowy. Jest więc korzystny w niskich maszynowniach, kontenerach technicznych, podestach oraz instalacjach, w których nad zbiornikiem przebiegają przewody, kanały wentylacyjne albo inne urządzenia. Zbiornik pionowy wykorzystuje mniej powierzchni posadzki i dlatego często jest wybierany w zakładach, gdzie przestrzeń podłogowa jest szczególnie cenna. Pod względem doboru pojemności, ciśnienia, zabezpieczeń czy warunków dozoru technicznego oba rozwiązania podlegają analogicznym zasadom. O wyborze orientacji powinny zatem decydować przede wszystkim warunki zabudowy, dostęp serwisowy i architektura całej instalacji.

Oferta Pneumat System została podzielona na dwie podstawowe grupy poziomych zbiorników serii KP. Pierwsza obejmuje pojemności od 20 do 500 litrów, natomiast druga – większe jednostki od 700 aż do 15 000 litrów. Na stronie kategorii wskazano odpowiednio 22 warianty dla mniejszej grupy oraz 25 wariantów dla większej. W pierwszej grupie znajdują się m.in. zbiorniki 20, 27, 30, 40, 50, 75, 120, 150, 200, 240, 250, 270, 300, 400 i 500 l. Dostępne są przy tym różne wersje ciśnieniowe tej samej pojemności, np. 150 l w wykonaniach 11, 15 oraz 40 bar czy 250, 300 i 400 l w wariantach 10 i 15 bar. W grupie większej znajdują się m.in. zbiorniki 700, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10 000, 12 000 i 15 000 l. Część pojemności występuje w kilku odmianach ciśnieniowych, m.in. do 31 bar. Tak szeroki zakres pozwala dobrać zbiornik zarówno do niewielkiego stanowiska pneumatycznego, jak i centralnej sprężarkowni zasilającej rozbudowaną instalację przemysłową.

Pojemności zbiornika nie powinno się dobierać wyłącznie na podstawie mocy silnika sprężarki ani prostego przelicznika litrów na kilowat. W profesjonalnym projekcie należy uwzględnić wydajność sprężarki, charakter jej regulacji, zakres ciśnień, profil zużycia powietrza, dopuszczalną częstotliwość cykli sprężarki oraz chwilowe zapotrzebowanie odbiorników. Jeżeli instalacja ma względnie równomierny pobór powietrza, zbiornik może pełnić przede wszystkim funkcję stabilizującą. Jeżeli natomiast występują duże, krótkie impulsy zużycia – np. przedmuch, duży siłownik, urządzenie pakujące lub pulsacyjne czyszczenie filtrów – zbiornik musi dodatkowo zapewniać odpowiednią rezerwę powietrza. W obliczeniach należy ustalić m.in.:

• maksymalny chwilowy pobór powietrza,
• czas trwania zwiększonego poboru,
• minimalne dopuszczalne ciśnienie odbiorników,
• górne ciśnienie magazynowania,
• wydajność sprężarki w rzeczywistych warunkach,
• częstotliwość powtarzania cyklu.

Im mniejsza jest dopuszczalna różnica między maksymalnym a minimalnym ciśnieniem, tym większa objętość zbiornika jest potrzebna do zgromadzenia tej samej użytecznej ilości powietrza.

Nie. Zbyt mały zbiornik jest problemem, ale bezcelowe przewymiarowanie również nie jest optymalnym rozwiązaniem. Większa pojemność zwiększa zdolność instalacji do kompensacji szczytowego poboru i zwykle ogranicza częstotliwość zmian stanu pracy sprężarki, lecz jednocześnie zwiększa koszt zakupu, gabaryty, masę oraz ilość energii zgromadzonej w instalacji. Bardzo duży zbiornik potrzebuje również więcej czasu do pierwszego napełnienia. Jeżeli instalacja jest często całkowicie rozprężana, po ponownym uruchomieniu sprężarka przez dłuższy czas pracuje na napełnienie całej pojemności. Pojemność należy więc traktować jako parametr projektowy, a nie jako cechę, którą należy maksymalizować. Optymalny zbiornik zapewnia odpowiednią rezerwę przy najmniejszej racjonalnej objętości.

Sprężone powietrze jest medium ściśliwym. Zbiornik tworzy więc bufor, w którym zgromadzona jest energia w postaci sprężonego gazu. Kiedy zapotrzebowanie odbiorników chwilowo przekracza aktualną wydajność sprężarki, część brakującego przepływu może zostać dostarczona ze zbiornika. Bez odpowiedniego bufora każdy gwałtowny wzrost zużycia mógłby powodować szybki spadek ciśnienia w przewodzie głównym. W układzie ze zbiornikiem zmiana ta jest wolniejsza, ponieważ objętość całego układu jest większa. Nie oznacza to jednak, że zbiornik rozwiąże problemy wynikające ze źle zaprojektowanych przewodów. Jeżeli rurociąg ma za małą średnicę, filtr jest zatkany albo zawór powoduje duży spadek ciśnienia, nawet bardzo duży zbiornik centralny nie usunie lokalnego dławienia.

Tak. Jest to jedna z jego bardzo istotnych funkcji, szczególnie w układach pracujących z regulacją start/stop lub obciążenie/odciążenie. Po osiągnięciu górnego progu ciśnienia sprężarka może się zatrzymać lub przejść w stan odciążenia. Odbiorniki zużywają wtedy powietrze zgromadzone w zbiorniku. Dopiero po spadku ciśnienia do dolnego progu sterownik ponownie uruchamia lub obciąża sprężarkę. Im większa użyteczna objętość magazynowa, tym dłużej trwa spadek ciśnienia między progami sterowania. Oznacza to mniej cykli w jednostce czasu. Zbyt częste przełączanie sprężarki może zwiększać zużycie elementów mechanicznych i elektrycznych, dlatego właściwy dobór pojemności zbiornika stanowi część prawidłowego projektu sprężarkowni.

Maksymalne ciśnienie robocze jest granicznym parametrem określającym ciśnienie, przy którym zbiornik może być eksploatowany zgodnie z dokumentacją producenta. Nie wolno utożsamiać go z zalecanym codziennym ciśnieniem pracy instalacji ani traktować jako wartości, którą można okresowo przekraczać. Przykładowo w ofercie Pneumat System znajdują się mniejsze zbiorniki w różnych odmianach ciśnieniowych, w tym wariant 150 l/40 bar, a w większej grupie m.in. zbiorniki 700, 1000 i 1500 l dostępne w wykonaniach do 31 bar. Ciśnienie instalacji, nastawa sprężarki i nastawa zaworu bezpieczeństwa muszą być skoordynowane z parametrami konkretnego zbiornika. Zawór bezpieczeństwa nie może dopuszczać do przekroczenia dopuszczalnego ciśnienia urządzenia.

Tak, pod warunkiem, że wszystkie pozostałe wymagania projektowe są spełnione. Dopuszczalne ciśnienie zbiornika stanowi wartość maksymalną, a praca przy niższym ciśnieniu jest normalną sytuacją. Nie oznacza to jednak, że warto zawsze wybierać zbiornik o możliwie najwyższym ciśnieniu. Wersje wysokociśnieniowe mają inną konstrukcję i mogą być cięższe oraz droższe. Jeżeli instalacja pracuje stale w zakresie np. 7–8 bar, zbiornik zaprojektowany do znacznie wyższych wartości nie przyniesie automatycznie korzyści eksploatacyjnych. Najważniejsze jest zachowanie odpowiedniego marginesu wynikającego z parametrów sprężarki, zabezpieczeń i przewidywanych stanów pracy.

Nie. Dopuszczalnego ciśnienia zbiornika nie wolno przekraczać. Jest to parametr bezpieczeństwa konstrukcji. Zmiana nastawy sprężarki na wyższą wymaga wcześniejszego sprawdzenia całego łańcucha elementów ciśnieniowych: zbiornika, filtrów, osuszacza, przewodów, armatury, separatorów, zaworów, szybkozłączy i odbiorników. Szczególnie niebezpieczne jest podnoszenie nastawy sprężarki bez sprawdzenia zaworu bezpieczeństwa. Zbiornik powinien być zabezpieczony przed wzrostem ciśnienia ponad wartość dopuszczalną zgodnie z dokumentacją urządzenia oraz obowiązującymi wymaganiami technicznymi.

Wskazane przez Pneumat System poziome zbiorniki serii KP wykonywane są ze stali węglowej. Dotyczy to zarówno mniejszej grupy 20–500 l, jak i dużych zbiorników 700–15 000 l. Stal węglowa jest powszechnie stosowanym materiałem konstrukcyjnym zbiorników sprężonego powietrza ze względu na dobrą wytrzymałość mechaniczną, możliwość wykonywania trwałych połączeń spawanych oraz korzystną relację parametrów technicznych do kosztu. W eksploatacji należy jednak pamiętać o korozji. Na zewnątrz konstrukcję chroni odpowiednia powłoka, natomiast wewnętrzna powierzchnia może mieć kontakt z wilgocią i kondensatem. Dlatego tak istotne jest skuteczne odprowadzanie skroplin.

Powietrze atmosferyczne zawsze zawiera określoną ilość pary wodnej. Sprężarka zasysa tę wilgoć razem z powietrzem. Podczas sprężania temperatura gazu rośnie, natomiast po opuszczeniu sprężarki powietrze zaczyna się ochładzać. Wraz ze spadkiem temperatury maleje ilość pary wodnej, jaką gaz może utrzymać bez kondensacji. Po osiągnięciu punktu rosy nadmiar wody przechodzi w fazę ciekłą. Zbiornik, ze względu na stosunkowo dużą powierzchnię wymiany ciepła i spadek prędkości przepływu, może sprzyjać dalszemu chłodzeniu oraz oddzielaniu cząsteczek wody. Dlatego w dolnej części zbiornika powinien znajdować się skuteczny układ odprowadzania kondensatu.

Pozostawienie wody na dnie stalowego zbiornika tworzy warunki sprzyjające korozji wewnętrznej. Jeżeli kondensat zawiera dodatkowo olej, produkty korozji i inne zanieczyszczenia, środowisko może być jeszcze bardziej agresywne. Nagromadzona ciecz zmniejsza także efektywną objętość przeznaczoną do magazynowania powietrza. Przy dużej ilości kondensatu istnieje również ryzyko przenoszenia cieczy do dalszych elementów instalacji. Regularne odwadnianie należy więc traktować jako element utrzymania bezpieczeństwa i jakości sprężonego powietrza, a nie wyłącznie jako czynność porządkową.

W instalacjach przemysłowych zazwyczaj jest to rozwiązanie znacznie pewniejsze niż ręczne opróżnianie. Ręczny zawór wymaga systematycznej obsługi. Jeżeli operator zapomni o odwodnieniu, kondensat może pozostawać w zbiorniku przez długi czas. Automatyczne spusty mogą działać czasowo albo zależnie od poziomu cieczy. Rozwiązania sterowane poziomem mają tę zaletę, że odprowadzają kondensat w zależności od jego rzeczywistej ilości i mogą ograniczać niepotrzebne straty sprężonego powietrza. Dobierając dren, należy sprawdzić jego dopuszczalne ciśnienie, wydajność, odporność na rodzaj kondensatu i wymagania dotyczące serwisu.

Spust powinien znajdować się w najniższym punkcie, do którego grawitacyjnie spływa ciecz. To szczególnie istotne w konstrukcji poziomej, ponieważ kondensat rozkłada się wzdłuż dolnej części cylindrycznego płaszcza. Przy montażu należy zwrócić uwagę na prawidłowe wypoziomowanie zbiornika zgodnie z konstrukcją producenta. Nieprawidłowe posadowienie może powodować gromadzenie się cieczy z dala od króćca spustowego. Przewód odpływowy powinien być poprowadzony tak, aby nie tworzył przypadkowych syfonów i nie był narażony na zamarzanie, uszkodzenie lub zatkanie.

Kondensat z instalacji sprężonego powietrza może zawierać olej i inne zanieczyszczenia, dlatego sposób jego zagospodarowania należy dostosować do składu kondensatu oraz obowiązujących wymagań środowiskowych. Nie należy zakładać, że każdą mieszaninę można bezpośrednio skierować do kanalizacji. W instalacjach ze sprężarkami olejowymi stosuje się często separatory olej–woda, których zadaniem jest przygotowanie kondensatu do dalszego zagospodarowania zgodnie z obowiązującymi zasadami. Z punktu widzenia projektu sprężarkowni gospodarka kondensatem powinna być zaplanowana wraz ze zbiornikiem, osuszaczem, filtrami i sprężarką.

Obie konfiguracje są możliwe i służą nieco innym celom. Zbiornik zamontowany przed osuszaczem nazywany jest często zbiornikiem „mokrym”. Przyjmuje gorące i wilgotne powietrze ze sprężarki oraz może wspomagać stabilizację przepływu i oddzielanie części kondensatu. Jednocześnie osuszacz jest wtedy zasilany bardziej równomiernym strumieniem. Zbiornik znajdujący się za osuszaczem pełni funkcję magazynu powietrza już uzdatnionego i może zabezpieczać instalację przed krótkotrwałymi skokami poboru bez przeciążania osuszacza. W rozbudowanych sprężarkowniach stosuje się niekiedy oba rozwiązania: zbiornik mokry przed systemem uzdatniania i zbiornik suchy za nim, zwłaszcza w przypadku stosowania osuszacza adsorpcyjnego.

Mokrym zbiornikiem nazywa się zbiornik zamontowany przed osuszaczem, czyli w części instalacji, w której sprężone powietrze nie zostało jeszcze ostatecznie osuszone. Jego zadaniem jest m.in. magazynowanie powietrza bezpośrednio ze sprężarki, uspokojenie przepływu oraz umożliwienie częściowego ochłodzenia gazu. Skraplająca się przy tym woda musi być skutecznie odprowadzana. Ponieważ taki zbiornik jest bardziej narażony na kontakt z kondensatem, prawidłowe odwodnienie ma szczególne znaczenie dla jego eksploatacji.

Suchy zbiornik umieszczany jest za układem uzdatniania, zazwyczaj za osuszaczem. Magazynuje powietrze o obniżonej zawartości wilgoci. Jest szczególnie korzystny wtedy, gdy odbiorniki okresowo wymagają dużego przepływu. Energia potrzebna do takiego impulsu może zostać pobrana ze zbiornika, dzięki czemu osuszacz i filtry nie muszą być przeciążane chwilowym przepływem wielokrotnie większym od wartości średniej. Rozwiązanie to sprawdza się np. przy impulsowym czyszczeniu filtrów, przedmuchach technologicznych lub dużych napędach pneumatycznych.

Tak, często jest to jedno z najbardziej efektywnych rozwiązań. Jeżeli urządzenie przez kilka sekund potrzebuje bardzo dużego strumienia, powiększanie całej magistrali albo zwiększanie mocy sprężarki może być nieuzasadnione. Lokalny zbiornik zamontowany blisko odbiornika może powoli napełniać się między cyklami i szybko oddawać powietrze w czasie impulsu. Warunkiem skuteczności jest odpowiednio duże przyłącze oraz przewód między zbiornikiem a odbiornikiem. Zbiornik o dużej pojemności podłączony cienkim przewodem nie zapewni wysokiego przepływu chwilowego.

Tak. Pojemność zbiornika określa ilość dostępnego powietrza, ale wielkość króćca i instalacji przyłączeniowej określa, jak szybko można to powietrze dostarczyć lub odebrać. Według danych Pneumat System mniejsze zbiorniki serii KP mają przyłącza w zakresie około 1/2–3/4 cala, natomiast w większej grupie wskazano zakres około 1 1/4–2 cali. W praktyce przepływ ograniczają jednak nie tylko króćce zbiornika, ale także zawory, kolana, redukcje, długość przewodów i ich średnica wewnętrzna. W przypadku zbiorników o objętości V > 8 m3  korzystnie jest wybrać opcjonalnie oferowane rozwiązanie z kołnierzowymi, większymi króćcami wlot /wylot.

Ponieważ spadek ciśnienia może być wynikiem oporów przepływu, a nie braku zapasu powietrza. Jeżeli odbiornik jest zasilany przez zbyt mały przewód, zatkany filtr, niedowymiarowany zawór lub szybkozłącze o małym przekroju, zwiększenie pojemności centralnego zbiornika nie usunie lokalnego dławienia. Przykładowo manometr przy zbiorniku może wskazywać 8 bar, a podczas pracy maszyny ciśnienie na jej wejściu może spadać do 6 bar. Oznacza to, że pomiędzy tymi punktami występuje znaczący spadek dynamiczny. W takiej sytuacji należy wykonać analizę przepływu i spadków ciśnienia, a nie automatycznie powiększać zbiornik.

W danych Pneumat System dla grupy 20–500 l wskazano temperaturę pracy od -10 do +100°C, natomiast dla grupy 700–15 000 l od -20 do +50°C. Zakres temperatury konkretnego wariantu należy jednak zawsze potwierdzić w jego dokumentacji oraz na tabliczce znamionowej. Temperatura ma znaczenie zarówno dla właściwości materiału zbiornika, jak i dla armatury, uszczelnień, zaworu bezpieczeństwa, spustu kondensatu oraz innych elementów instalacji. Nie należy zakładać, że dopuszczalny zakres temperatur zbiornika automatycznie oznacza taki sam zakres dla całego układu.

Może to być technicznie możliwe, ale wymaga odpowiedniego przygotowania urządzenia i instalacji do warunków środowiskowych. Należy uwzględnić:

• zakres temperatury otoczenia,
• opady,
• korozję atmosferyczną,
• promieniowanie słoneczne,
• ryzyko zamarzania kondensatu,
• działanie wiatru,
• sposób posadowienia,
• dostęp serwisowy,
• zabezpieczenie armatury.

Szczególnie niebezpieczne jest zamarznięcie wody w spuście kondensatu. Dlatego instalacja zewnętrzna wymaga świadomego projektu, a dopuszczenie konkretnego wykonania do takich warunków powinno wynikać z dokumentacji producenta.

Duże zbiorniki mają znaczną masę własną. Według danych Pneumat System w grupie 700–15 000 l masa może wynosić od około 230 do 2300 kg. Do tej wartości należy doliczyć wyposażenie i uwzględnić obciążenia wynikające z pracy oraz montażu. Zbiornik powinien zostać ustawiony na odpowiednio nośnym i równym podłożu zgodnie z dokumentacją producenta. Nie wolno dopuszczać, aby rurociągi przenosiły na króćce zbiornika znaczne obciążenia mechaniczne wynikające z niewspółosiowości czy rozszerzalności cieplnej. Przy bardzo dużych jednostkach już na etapie projektu należy przeanalizować transport, dostęp do pomieszczenia, udźwig urządzeń transportowych oraz możliwość późniejszej wymiany.

W większej grupie Pneumat System podaje pojemności aż do 15 000 l, średnice oznaczone jako „d” od około 910 do 2016 mm oraz wymiar „h” od około 1470 do 5140 mm. Masa zakresu wynosi 230–2300 kg. Oznacza to, że największe jednostki są poważnymi urządzeniami przemysłowymi, których montaż wymaga planowania logistycznego. Przed zamówieniem należy zweryfikować nie tylko miejsce docelowego ustawienia, ale również bramy, drzwi, korytarze, rampy, suwnice, wózki widłowe i nośność posadzki.

Dla grupy 20–500 l Pneumat System podaje masę około 16–240 kg, średnicę „d” w zakresie około 219–600 mm oraz wymiar „h” około 694–1850 mm. Różnice pomiędzy wariantami mogą być znaczne, dlatego sama informacja „zbiornik 500 l” nie wystarcza do zaprojektowania stanowiska. Przed wykonaniem fundamentu, konstrukcji wsporczej, obudowy czy zabudowy sprężarki należy posługiwać się rysunkiem wymiarowym konkretnego numeru katalogowego.

W wielu agregatach sprężarkowych zbiornik poziomy jest wykorzystywany jako podstawa, na której montuje się sprężarkę i silnik. Taka konstrukcja pozwala stworzyć kompaktowy zestaw. Nie oznacza to jednak, że dowolny zbiornik może samodzielnie zostać wykorzystany jako konstrukcja nośna. Dodatkowe obciążenia, drgania oraz sposób mocowania muszą być przewidziane przez producenta lub projektanta. Nie wolno wykonywać przypadkowych otworów, spawać wsporników ani ingerować w płaszcz urządzenia ciśnieniowego bez odpowiedniej procedury technicznej.

Zbiornik ciśnieniowy jest konstrukcją obliczoną na określone naprężenia. Spawanie zmienia lokalny stan materiału, tworzy strefę wpływu ciepła i może powodować koncentrację naprężeń. Dodanie króćca wymaga odpowiedniego projektu, doboru materiałów, technologii spawania, kwalifikacji wykonawcy, badań oraz – zależnie od sytuacji – procedur związanych z dozorem technicznym. Dlatego wszelkie modyfikacje konstrukcji ciśnieniowej należy traktować jako ingerencję inżynierską, a nie zwykłą pracę instalacyjną.

Typowy układ obejmuje przede wszystkim zawór bezpieczeństwa, urządzenie do kontroli ciśnienia, zawory odcinające oraz system usuwania kondensatu. Konkretne wyposażenie zależy od konstrukcji i dokumentacji zbiornika. W instalacji mogą dodatkowo występować:

• manometr,
• presostat lub przetwornik ciśnienia,
• automatyczny spust kondensatu,
• zawór zwrotny,
• zawór odcinający,
• układ łagodnego odpowietrzania,
• separatory i filtry.

Elementy te muszą mieć parametry ciśnieniowe i temperaturowe zgodne z instalacją.

Zawór bezpieczeństwa chroni zbiornik przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalny poziom. W normalnej eksploatacji pozostaje zamknięty, a otwiera się, gdy ciśnienie osiągnie wartość wynikającą z jego nastawy i charakterystyki. Jest zabezpieczeniem niezależnym od zwykłego układu sterowania sprężarki. Jeżeli presostat, przetwornik lub sterownik nie zatrzyma sprężarki, zawór bezpieczeństwa ma uniemożliwić niebezpieczne przekroczenie parametrów. Nie wolno blokować zaworu, ograniczać jego wylotu ani samowolnie zmieniać nastawy.

Tak, ponieważ operator powinien mieć możliwość bezpośredniej kontroli ciśnienia panującego w zbiorniku. Manometr ułatwia również diagnostykę instalacji. Porównując jego wskazanie z ciśnieniem w innych punktach sieci, można ocenić wielkość strat ciśnienia podczas przepływu. Należy pamiętać, że manometr jest urządzeniem pomiarowym i jego wskazania mogą się zmieniać wraz ze zużyciem lub uszkodzeniem. W aplikacjach wymagających dokładnej kontroli warto przewidzieć odpowiednią weryfikację przyrządu.

Nie należy traktować elektronicznego sterownika jako substytutu wymaganego zabezpieczenia ciśnieniowego. Sterownik może ulec awarii, czujnik może podawać błędny sygnał, a element wykonawczy może nie zadziałać. Zawór bezpieczeństwa zapewnia niezależną mechaniczną drogę ochrony przed nadciśnieniem. Zakres i sposób zabezpieczenia muszą odpowiadać dokumentacji konkretnego urządzenia oraz obowiązującym wymaganiom.

W Polsce eksploatacja zbiorników ciśnieniowych może podlegać przepisom dozoru technicznego, a właściwa forma dozoru zależy m.in. od rodzaju urządzenia, jego pojemności, ciśnienia i sposobu zabudowy. UDT podaje odrębne kryteria m.in. dla zbiorników stanowiących część agregatów sprężarkowych oraz instalacji zbiornikowych. Przykładowo UDT wskazuje dla zbiornika w agregacie sprężarkowym kryterium V × P ≥ 800 bar·dm³ przy nadciśnieniu powyżej 0,5 bar, natomiast dla opisanej przez UDT instalacji zbiornikowej – V × P > 300 bar·dm³. Dlatego nie należy oceniać obowiązków wyłącznie na podstawie pojemności. Decydująca powinna być klasyfikacja konkretnego urządzenia oraz aktualne wymagania UDT.

V oznacza pojemność zbiornika wyrażoną w dm³, czyli praktycznie w litrach, natomiast P oznacza nadciśnienie wyrażone w barach, zgodnie z definicją stosowaną przez UDT dla danego przypadku. Iloczyn obu wielkości daje wartość w bar·dm³. Przykładowo dla zbiornika 500 l przy 10 bar: V × P = 500 × 10 = 5000 bar·dm³. Sama wartość nie wystarcza jednak do określenia wszystkich obowiązków eksploatacyjnych. Trzeba dodatkowo ustalić kategorię urządzenia i właściwe przepisy.

UDT wskazuje, że w przypadku urządzenia wymagającego rejestracji należy złożyć odpowiedni wniosek wraz z dokumentacją dla UDT dostarczoną od producenta zbiornika . Następnie przeprowadzane jest badanie odbiorcze, a po pozytywnym wyniku właściwy organ wydaje decyzję zezwalającą na eksploatację. Zakres wymaganej dokumentacji zależy od urządzenia i sposobu jego zabudowy, dlatego formalności warto przygotować jeszcze przed uruchomieniem sprężarkowni. Nie należy eksploatować urządzenia wymagającego decyzji przed uzyskaniem stosownego dopuszczenia.

Aktualnie na poziomie Unii Europejskiej podstawowe znaczenie dla urządzeń ciśnieniowych ma Dyrektywa 2014/68/UE PED, a dla objętych jej zakresem prostych zbiorników ciśnieniowych – Dyrektywa 2014/29/UE SPVD. Na stronie kategorii Pneumat System można znaleźć również odwołanie do wcześniejszych dyrektyw 87/404/EWG i 97/23/WE. Są to regulacje historyczne, dlatego w przypadku aktualnie wprowadzanego do obrotu urządzenia należy kierować się dokumentacją konkretnego wyrobu oraz aktualnie obowiązującymi wymaganiami. Nie należy automatycznie przenosić oznaczeń prawnych ze starszych zbiorników na nowo projektowaną instalację.

Dokumentację zbiornika należy przechowywać przez cały okres jego eksploatacji. Szczególnie istotne są dokumenty identyfikujące urządzenie, parametry znamionowe, deklaracje zgodności, instrukcje producenta, dokumentacja techniczna wymagana dla dozoru oraz późniejsze protokoły badań i napraw. Dla eksploatującego dokumentacja stanowi podstawę do ustalenia:

• dopuszczalnego ciśnienia,
• zakresu temperatur,
• wyposażenia zabezpieczającego,
• wymagań montażowych,
• zasad konserwacji,
• warunków badań.

Brak dokumentacji może znacząco komplikować późniejszą obsługę formalną i techniczną urządzenia.

Technicznie jest to możliwe, ale wymaga znacznie większej ostrożności niż zakup zwykłego używanego elementu pneumatyki. Należy ustalić pochodzenie zbiornika, jego dokumentację, historię eksploatacji, poprzednie medium, przeprowadzone naprawy, stan powłoki, korozję oraz status dozoru. Szczególnie niebezpieczny jest zbiornik nieposiadający czytelnej tabliczki znamionowej lub dokumentacji. Brak widocznych uszkodzeń zewnętrznych nie oznacza, że ścianka od wewnątrz zachowała odpowiednią grubość.

Korozja zmniejsza grubość ścianki, a tym samym przekrój materiału przenoszącego naprężenia. W przypadku korozji wżerowej ubytek może być bardzo lokalny i przez długi czas pozostawać niewidoczny od zewnątrz. W zbiorniku sprężonego powietrza szczególnie niekorzystnym miejscem jest dolna część, w której może zalegać kondensat. Dlatego regularne odwadnianie, kontrola stanu powierzchni oraz badania wynikające z dokumentacji i wymagań dozoru mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo eksploatacji.

Nie każda powierzchniowa korozja oznacza natychmiastową utratę bezpieczeństwa, ale żadnego postępującego ogniska nie należy ignorować. Najpierw należy ustalić, czy uszkodzona została wyłącznie powłoka ochronna, czy doszło już do rzeczywistego ubytku materiału. Szczególnej uwagi wymagają obszary wokół podpór, króćców, spoin i miejsc, w których długo utrzymuje się wilgoć. W przypadku wątpliwości stan powinien zostać oceniony przez osobę posiadającą odpowiednie kompetencje.

Renowacja zewnętrznej powłoki ochronnej jest czym innym niż ingerencja w konstrukcję ciśnieniową. Samo zabezpieczenie powierzchni przed korozją może być elementem normalnej konserwacji, lecz powinno zostać wykonane w sposób nieutrudniający identyfikacji urządzenia. Nie wolno zamalowywać tabliczki znamionowej, oznaczeń, elementów zabezpieczających czy miejsc wymagających kontroli. Jeżeli przed malowaniem ujawniono znaczną korozję, nie należy po prostu jej zakrywać – najpierw trzeba ocenić stan materiału.

Zbiornik magazynuje znaczną ilość energii w sprężonym gazie. Poważne uszkodzenie konstrukcji pod ciśnieniem może więc prowadzić do gwałtownego uwolnienia energii. Z tego powodu urządzenia ciśnieniowe posiadają określone wymagania konstrukcyjne, zabezpieczenia i procedury eksploatacyjne. Ryzyko ogranicza się poprzez:

• dobór odpowiedniego zbiornika,
• zabezpieczenie zaworem bezpieczeństwa,
• pracę w granicach parametrów,
• odprowadzanie kondensatu,
• ochronę przed korozją,
• badania i przeglądy,
• zakaz nieautoryzowanych przeróbek.

Zbiornika ciśnieniowego nie należy więc traktować jak zwykłego stalowego pojemnika.

Sprężenie gazu wymaga dostarczenia energii mechanicznej przez sprężarkę. Część tej energii pozostaje dostępna w postaci potencjału rozprężającego się gazu. Im większa objętość i ciśnienie zbiornika, tym więcej energii może zostać zgromadzone. To właśnie ta właściwość sprawia, że zbiornik może pokrywać chwilowe zapotrzebowanie odbiorników, ale jednocześnie wymaga szczególnych zasad bezpieczeństwa. Przed rozpoczęciem prac serwisowych instalację należy bezpiecznie odciąć, rozprężyć i potwierdzić brak ciśnienia.

Sam zbiornik nie produkuje energii i nie usuwa strat wynikających np. z nieszczelności. Może jednak poprawić warunki pracy systemu, ograniczając częstotliwość zmian stanu sprężarki oraz stabilizując krótkotrwałe skoki poboru. Efekt energetyczny zależy od typu sprężarki i zastosowanej regulacji. Nie należy natomiast wykorzystywać zbiornika jako argumentu do trwałego podnoszenia ciśnienia całej sieci. Wyższe ciśnienie zwykle zwiększa zużycie energii sprężarki i straty przez nieszczelności. Energooszczędny układ powinien łączyć właściwą pojemność magazynową z odpowiednimi średnicami rurociągów, niskimi spadkami ciśnienia i dobrze dobranym sterowaniem.

Technicznie takie rozwiązanie jest stosowane w określonych aplikacjach. Pozwala zwiększyć ilość powietrza dostępnego z określonej fizycznej pojemności zbiornika. Przykładowo zbiornik wysokociśnieniowy może być ładowany do wyższej wartości, a odbiornik zasilany przez reduktor przy niższym ciśnieniu. Wymaga to jednak sprężarki zdolnej do generowania odpowiedniego ciśnienia, zbiornika i armatury o właściwych parametrach oraz analizy kosztów energetycznych. W ofercie Pneumat System dostępne są m.in. zbiorniki 150 l do 40 bar oraz 700–1500 l w wariantach do 31 bar. Rozwiązania tego typu powinny być projektowane indywidualnie.

Kluczowe jest rozróżnienie objętości geometrycznej zbiornika od ilości powietrza odniesionej do warunków atmosferycznych. W uproszczonym modelu izotermicznym użyteczna ilość „wolnego powietrza” między dwoma poziomami ciśnienia jest w przybliżeniu proporcjonalna do pojemności zbiornika i różnicy ciśnień absolutnych:

V_użyteczne ≈ V_zbiornika × (p₁,abs − p₂,abs) / p_atm

gdzie:

• V_zbiornika – geometryczna objętość zbiornika,
• p₁,abs – początkowe ciśnienie absolutne,
• p₂,abs – końcowe ciśnienie absolutne,
• p_atm – ciśnienie atmosferyczne.

Przykład: zbiornik 1000 l pracujący między 9 bar(g) i 7 bar(g) posiada różnicę ciśnienia równą około 2 bar. Uproszczona użyteczna ilość wolnego powietrza wynosi więc około 2000 l, czyli około 2 m³ odniesione do ciśnienia atmosferycznego. W dokładnych obliczeniach należy uwzględnić temperaturę i rzeczywisty przebieg procesu.

Należy określić ilość powietrza potrzebną podczas jednego impulsu oraz minimalne ciśnienie, przy którym urządzenie nadal działa poprawnie. Załóżmy, że odbiornik potrzebuje chwilowo 3000 l/min przez 10 sekund. Teoretyczne zapotrzebowanie w czasie impulsu wynosi: 3000 × 10 / 60 = 500 l wolnego powietrza. Jeżeli sprężarka w tym samym czasie dostarcza część wymaganej ilości, zbiornik musi pokryć jedynie deficyt. Następnie należy obliczyć taką pojemność, aby pobranie tej ilości nie spowodowało spadku poniżej minimalnego dopuszczalnego ciśnienia. W praktyce należy również uwzględnić spadki ciśnienia na zaworach i przewodach oraz częstotliwość powtarzania impulsów.

Jeden duży zbiornik centralny jest korzystny, gdy instalacja potrzebuje znacznej pojemności buforowej w jednym punkcie i dostępna jest odpowiednia przestrzeń montażowa. Oferta Pneumat System obejmuje w tej grupie zbiorniki od 700 aż do 15 000 l. Kilka mniejszych zbiorników może być natomiast korzystnych, gdy:

• odbiorniki są znacznie od siebie oddalone,
• potrzebne są lokalne bufory,
• transport dużej jednostki jest utrudniony,
• instalacja ma być rozbudowywana etapami.

Rozmieszczenie kilku zbiorników może również poprawić lokalną dostępność powietrza, ale wymaga przemyślanego połączenia i zabezpieczenia każdego elementu instalacji. Nie ma więc uniwersalnej odpowiedzi, czy jeden zbiornik 5000 l jest lepszy od pięciu zbiorników 1000 l – zależy to od hydrauliki pneumatycznej całego systemu.

Dobór należy rozpocząć od potrzeb instalacji, a dopiero później wybrać konkretny wariant katalogowy. W ofercie Pneumat System znajdują się poziome zbiorniki serii KP od 20 do 15 000 l, wykonywane ze stali węglowej i dostępne w wielu wersjach ciśnieniowych. Wśród nich znajdują się zarówno standardowe zbiorniki do typowych instalacji sprężonego powietrza, jak i wykonania wysokociśnieniowe, np. 150 l/40 bar oraz 700, 1000 i 1500 l/31 bar. Przed doborem należy ustalić co najmniej:

• wymaganą pojemność buforową,
• maksymalne ciśnienie instalacji,
• charakter zużycia sprężonego powietrza,
• wydajność i sposób regulacji sprężarki,
• dopuszczalny spadek ciśnienia,
• lokalizację zbiornika,
• dostępne miejsce montażowe,
• wymagania dotyczące odwodnienia,
• średnicę i wydajność przyłączy,
• wymagania dotyczące zabezpieczeń,
• warunki temperaturowe,
• wymagania związane z dozorem technicznym,
• możliwość transportu i posadowienia urządzenia.

Warto również zdecydować, czy zbiornik ma pracować jako centralny bufor sprężarkowni, zbiornik mokry przed osuszaczem, zbiornik suchy po uzdatnianiu czy lokalny magazyn przy odbiorniku o dużym chwilowym poborze. Pneumat System prezentuje dwie główne grupy poziomych zbiorników KP: 20–500 l oraz 700–15 000 l, dzięki czemu dobór można przeprowadzić zarówno dla niewielkich układów pneumatycznych, jak i dużych instalacji przemysłowych. Strona kategorii informuje również o dostępności zbiorników serii KP na zamówienie. Najważniejsza zasada brzmi: zbiornik ciśnieniowy powinien być dobierany jako integralny element całego systemu wytwarzania, uzdatniania, magazynowania i dystrybucji sprężonego powietrza, a nie wyłącznie na podstawie nominalnej liczby litrów. Prawidłowo dobrana pojemność, odpowiednia wersja ciśnieniowa, wydajne przyłącza, skuteczne odprowadzanie kondensatu oraz właściwe zabezpieczenia przekładają się jednocześnie na stabilność ciśnienia, bezpieczeństwo, trwałość urządzeń i ekonomikę eksploatacji.