Dlaczego osuszacz ziębniczy działa prawidłowo zimą, a latem przestaje skutecznie usuwać wilgoć?

Osuszacz ziębniczy potrafi przez całą zimę utrzymywać instalację sprężonego powietrza w dobrym stanie, a przy pierwszej dłuższej fali upałów nagle pojawia się woda w filtrach, przewodach albo przy maszynach. Często nie oznacza to awarii urządzenia. Problemem bywa to, że wydajność podana na tabliczce lub w katalogu nie jest wydajnością dostępną w każdych warunkach.

Typowy osuszacz jest katalogowany dla określonego punktu pracy. W wielu europejskich seriach urządzeń przyjmuje się m.in. temperaturę sprężonego powietrza na wlocie 35°C, temperaturę otoczenia 25°C i ciśnienie robocze 7 bar(g). Takie warunki są bliskie parametrom stosowanym przy wyznaczaniu osiągów zgodnie z ISO 7183. Tymczasem latem w sprężarkowni może być 35–45°C, a powietrze docierające do osuszacza może mieć 40–50°C. Dla układu chłodniczego to zupełnie inne obciążenie.

Dlatego osuszacz dobrany „na styk” do sprężarki 5 m³/min może zimą pracować bez zarzutu, a latem mieć realną zdolność osuszania odpowiadającą urządzeniu znacznie mniejszemu.

Temperatura otoczenia i powietrza na wlocie potrafią obniżyć wydajność o połowę

Osuszacz ziębniczy usuwa wilgoć przez schłodzenie sprężonego powietrza, wykroplenie części zawartej w nim pary wodnej i odprowadzenie kondensatu. Typowy ciśnieniowy punkt rosy wynosi około +3°C, choć konkretna wartość zależy od konstrukcji urządzenia i warunków pracy.

Latem nakładają się dwa niekorzystne zjawiska.

Pierwsze to rosnąca temperatura powietrza na wlocie osuszacza. Układ musi odebrać więcej ciepła jawnego z samego powietrza oraz więcej ciepła związanego ze skraplaniem zawartej w nim wody. Im cieplejsze powietrze dociera z chłodnicy końcowej sprężarki, tym większe obciążenie wymiennika i układu chłodniczego.

Drugie to wysoka temperatura otoczenia osuszacza chłodzonego powietrzem. Skraplacz instalacji chłodniczej oddaje ciepło właśnie do pomieszczenia. Jeżeli zamiast 25°C zasysa powietrze o temperaturze 40°C, różnica temperatur potrzebna do odprowadzania ciepła maleje, rośnie ciśnienie skraplania czynnika chłodniczego i pogarsza się zdolność całego układu do odbierania ciepła.

Skala problemu jest większa, niż sugerowałoby samo porównanie 25 i 40°C. Dla przykładu w tabelach korekcyjnych jednej z serii Atlas Copco F nominalna wydajność odnosi się do 25°C temperatury otoczenia, 35°C na wlocie i 7 bar(g). Współczynniki dla innych warunków wynoszą m.in.:

• temperatura otoczenia 35°C – około 0,81,

• temperatura otoczenia 40°C – około 0,72,

• temperatura otoczenia 45°C – około 0,62,

• temperatura powietrza na wlocie 40°C – około 0,82,

• temperatura na wlocie 45°C – około 0,69,

• temperatura na wlocie 50°C – około 0,58.

Współczynniki się mnożą. To ważne, bo błędem jest uwzględnienie tylko jednego z nich.

Załóżmy, że osuszacz ma katalogową wydajność 5 m³/min. Pracuje przy 7 bar, ale latem w sprężarkowni jest 40°C, a powietrze na wejściu do osuszacza osiąga 45°C. Dla podanych wyżej współczynników:

5 × 0,72 × 0,69 = 2,48 m³/min.

Urządzenie, które katalogowo ma 5 m³/min, w takich warunkach może więc obsługiwać tylko około 2,5 m³/min, jeśli nadal ma osiągać deklarowane parametry osuszania.

To tłumaczy typowy przypadek z zakładu: sprężarka dostarcza 4 m³/min, osuszacz ma na tabliczce 5 m³/min, więc wszystko wygląda poprawnie. Zimą działa. W lipcu woda pojawia się za osuszaczem. Problem nie polega na tym, że przepływ przekroczył katalogowe 5 m³/min. Przekroczył wydajność skorygowaną do rzeczywistych warunków.

Pierwsza decyzja powinna więc zależeć od temperatur. Jeżeli powietrze przed osuszaczem przekracza 35–40°C, nie ma sensu od razu wymieniać osuszacza. Najpierw trzeba ustalić, dlaczego chłodnica końcowa sprężarki nie obniża temperatury wystarczająco skutecznie. Zabrudzona chłodnica, gorące powietrze recyrkulujące w sprężarkowni lub niedrożna wentylacja mogą być właściwą przyczyną.

Z drugiej strony dokładanie wentylatora do pomieszczenia niewiele da, jeżeli osuszacz został od początku dobrany bez zapasu i nawet przy prawidłowej wentylacji jego skorygowana wydajność pozostaje poniżej rzeczywistego przepływu.

Ciśnienie robocze zmienia rzeczywistą zdolność osuszacza – i działa odwrotnie niż temperatura

Trzecim parametrem, którego nie można pomijać, jest ciśnienie sprężonego powietrza na wlocie osuszacza. Niższe ciśnienie zwykle pogarsza warunki doboru, wyższe – w określonym zakresie – pozwala osuszaczowi obsłużyć większy przepływ odniesiony do powietrza swobodnego.

Przykładowo dla wspomnianej serii Atlas Copco współczynnik ciśnienia wynosi około:

• 5 bar – 0,90,

• 6 bar – 0,97,

• 7 bar – 1,00,

• 8 bar – 1,03,

• 10 bar – 1,08,

• 12 bar – 1,12.

Nie są to jednak wartości uniwersalne. BEKO dla części osuszaczy DRYPOINT R stosuje inne współczynniki, np. około 0,86 przy 5 bar, 1,00 przy 7 bar, 1,05 przy 8 bar i 1,14 przy 10 bar. Dlatego tabeli jednej marki nie wolno przenosić na urządzenie innego producenta.

Dobór należy wykonywać na podstawie tabeli korekcyjnej konkretnego modelu.

Dobrym przykładem jest instalacja wymagająca przepływu 100 m³/h. Przy warunkach:

• ciśnienie 8 bar,

• temperatura otoczenia 40°C,

• temperatura sprężonego powietrza 45°C,

• wymagany ciśnieniowy punkt rosy +5°C,

w przykładowej tabeli BEKO występują współczynniki odpowiednio 1,05; 0,85; 0,70 oraz 1,09. Wymagana wydajność katalogowa urządzenia wynosi wtedy około:

100 ÷ (1,05 × 0,85 × 0,70 × 1,09) = 146,8 m³/h.

Kupienie osuszacza „100 m³/h do instalacji 100 m³/h” byłoby więc błędem. Potrzebny jest model o wydajności nominalnej przynajmniej około 147 m³/h, a w praktyce wybiera się pierwszy większy model z szeregu producenta.

To właśnie tutaj najczęściej powstaje niedowymiarowanie. Dobierający porównuje FAD sprężarki z przepływem zapisanym dużą czcionką w katalogu i uznaje temat za zamknięty. Tymczasem trzeba sprawdzić maksymalne, a nie średnie warunki letnie.

Nie oznacza to, że należy przewymiarować urządzenie dwa razy „na wszelki wypadek”. Nadmiernie duży osuszacz kosztuje więcej i nie zawsze daje proporcjonalną korzyść. Sens ma zapas wynikający z obliczeń: przewidywanego wzrostu produkcji, drugiej sprężarki, zmian ciśnienia albo wysokich temperatur sezonowych.

Istotne jest też miejsce pomiaru ciśnienia. Jeżeli sprężarka pracuje na 8 bar, ale przez filtry, separator, rurociąg i zawory do osuszacza dociera 6,8 bar, do obliczenia trzeba przyjąć ciśnienie na wlocie osuszacza. W dużych instalacjach różnica kilku dziesiątych bara nie jest niczym niezwykłym.

Podnoszenie ciśnienia całej instalacji tylko po to, aby poprawić warunki pracy osuszacza, jest natomiast kiepskim rozwiązaniem. Sprężarka będzie zużywać więcej energii, wzrosną przecieki i obciążenie instalacji. Najpierw należy poprawić dobór lub warunki chłodzenia, a dopiero później rozważać zmianę nastaw ciśnienia, jeżeli wymaga jej również proces technologiczny.

Jak sprawdzić, czy winny jest dobór osuszacza, czy jego stan techniczny

Latem łatwo przypisać każdy problem z wodą „za małemu osuszaczowi”. To równie ryzykowne jak zakładanie, że urządzenie musi być zepsute. Diagnostykę trzeba przeprowadzić podczas rzeczywistego obciążenia, najlepiej w godzinach, w których problem występuje.

Pierwszy zestaw danych powinien obejmować:

• rzeczywisty przepływ przez osuszacz w m³/min lub m³/h,

• temperaturę sprężonego powietrza bezpośrednio przed osuszaczem,

• temperaturę powietrza zasysanego przez skraplacz osuszacza,

• ciśnienie przed urządzeniem,

• spadek ciśnienia na osuszaczu i filtrach,

• ciśnieniowy punkt rosy za osuszaczem,

• poprawność pracy automatycznego spustu kondensatu.

Sam fakt, że ze spustu wypływa dużo wody, nie oznacza awarii. Przeciwnie – w gorący i wilgotny dzień prawidłowo działający separator może odprowadzać jej znacznie więcej niż zimą. Alarmująca jest woda pojawiająca się za sprawnym osuszaczem albo wzrost ciśnieniowego punktu rosy ponad wartość wymaganą przez instalację.

Praktyczna procedura jest prosta. Załóżmy, że problem występuje dopiero około godziny 14:00. Rano osuszacz pokazuje punkt rosy +3°C, a po południu +9°C. Temperatura powietrza na wejściu rośnie w tym czasie z 34 do 46°C, a w pomieszczeniu z 24 do 38°C. Jeżeli przepływ pozostaje podobny, mamy bardzo mocny sygnał, że urządzenie dochodzi do granicy wydajności cieplnej.

Jeżeli natomiast temperatury są prawidłowe, przepływ znajduje się wyraźnie poniżej wydajności skorygowanej, a punkt rosy mimo to rośnie, trzeba szukać usterki. W pierwszej kolejności sprawdza się:

• zabrudzenie skraplacza,

• pracę wentylatora skraplacza,

• drożność przepływu powietrza chłodzącego,

• separator kondensatu i spust,

• wymiennik powietrze–powietrze oraz powietrze–czynnik chłodniczy,

• działanie układu sterowania,

• stan obiegu chłodniczego.

Brudny skraplacz jest szczególnie podstępny. Zimą urządzenie może działać poprawnie, bo niska temperatura otoczenia maskuje ograniczoną wymianę ciepła. Latem ten sam osuszacz zaczyna pracować na granicy możliwości. Czyszczenie skraplacza bywa wtedy znacznie rozsądniejszym pierwszym ruchem niż zakup większego urządzenia.

Trzeba też sprawdzić wentylację sprężarkowni. Jeżeli gorące powietrze wyrzucane przez sprężarkę lub osuszacz wraca na ich wlot, temperatura lokalnie może być o kilka lub kilkanaście stopni wyższa niż temperatura na zewnątrz budynku. Pomiar termometrem przy drzwiach hali nie mówi wtedy nic o rzeczywistych warunkach pracy urządzenia.

Dopiero po zebraniu tych danych należy wziąć kartę techniczną konkretnego modelu i policzyć wydajność z wykorzystaniem współczynników korekcyjnych producenta. Jeżeli urządzenie katalogowo obsługuje 6 m³/min, ale po korekcie dla letnich temperatur, ciśnienia i wymaganego punktu rosy pozostaje 3,5 m³/min, a instalacja potrzebuje 4,5 m³/min, serwis nie usunie przyczyny przez regulację układu chłodniczego. Osuszacz jest po prostu za mały dla najgorszego punktu pracy.

Jeśli natomiast skorygowana wydajność wynosi 5 m³/min przy rzeczywistym przepływie 4 m³/min, sens ma najpierw diagnostyka i serwis obecnego urządzenia. Wymiana na większe bez znalezienia usterki może tylko zamaskować problem.

Przy ocenie instalacji sprężonego powietrza i doborze urządzeń dobrze opierać się na pomiarach wykonanych w okresie największego obciążenia, a nie na danych zapisanych kilka lat wcześniej w projekcie.

FAQ

Czy osuszacz ziębniczy może działać dobrze zimą i być całkowicie sprawny, mimo że latem pojawia się woda?
Tak. Jeżeli latem przekraczana jest jego skorygowana wydajność, urządzenie może być technicznie sprawne, ale zbyt małe dla aktualnej temperatury otoczenia, temperatury wlotowej i przepływu.

Czy temperatura 40°C w sprężarkowni jest problemem?
Może być bardzo istotnym problemem. W zależności od modelu wzrost temperatury otoczenia z 25 do 40°C potrafi obniżyć dopuszczalny przepływ osuszacza o kilkanaście, a nawet około 25–30%. Po jednoczesnym uwzględnieniu gorącego powietrza na wlocie spadek może być jeszcze większy.

Czy wystarczy dobrać osuszacz do wydajności sprężarki?
Nie. Trzeba znać przynajmniej przepływ FAD, ciśnienie robocze, maksymalną temperaturę powietrza na wlocie, maksymalną temperaturę otoczenia oraz wymagany ciśnieniowy punkt rosy. Dopiero na tej podstawie stosuje się współczynniki producenta.

Jaka temperatura powietrza na wejściu do osuszacza jest normalna?
Wiele danych katalogowych podawanych jest dla 35°C. Jeżeli latem urządzenie regularnie otrzymuje 45–50°C, wydajność trzeba przeliczyć. W pierwszej kolejności należy również sprawdzić chłodnicę końcową sprężarki i wentylację pomieszczenia.

Czy większa ilość kondensatu latem oznacza awarię?
Nie. Latem sprężarka może zasysać powietrze zawierające znacznie więcej pary wodnej, dlatego ilość odprowadzanego kondensatu naturalnie rośnie. Problem zaczyna się wtedy, gdy woda przechodzi za osuszacz lub rośnie ciśnieniowy punkt rosy.

Czy zwiększenie ciśnienia instalacji pomoże osuszaczowi?
W pewnym zakresie wyższe ciśnienie poprawia warunki jego pracy, ale podnoszenie ciśnienia całej instalacji tylko w tym celu zwykle nie jest ekonomiczne. Zwiększa pobór energii przez sprężarkę i straty na nieszczelnościach. Najpierw trzeba usunąć problemy z temperaturą, wentylacją i doborem urządzenia.

Od czego zacząć, gdy problem występuje tylko latem?
Najpierw zmierz temperaturę na wejściu osuszacza, temperaturę powietrza chłodzącego, rzeczywisty przepływ, ciśnienie i punkt rosy podczas najgorętszej części dnia. Następnie przelicz wydajność według tabel producenta. Dopiero jeśli z obliczeń wynika odpowiedni zapas, przechodź do szukania usterki układu chłodniczego. Najczęstszy błąd to wymiana urządzenia albo regulacja instalacji bez wcześniejszego ustalenia, czy osuszacz w letnim punkcie pracy w ogóle ma wymaganą wydajność.

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