Vocht: de stille moordenaar in persluchtinstallaties
monitoring het dauwpunt monitoring productiestilstand en productafkeuring
Gebruikers van perslucht gaan er vaak vanuit dat de lucht die uit het leidingsysteem stroomt schoon en droog is. Dit is echter zelden het geval en naast stof- en vuildeeltjes vormt vooral vocht de meest onderschatte bedreiging. Dit geldt niet alleen voor de goede werking en levensduur van de persluchtinstallatie zelf, maar ook voor de processen en onderdelen die door perslucht worden aangestuurd. Een goede beheersing en nauwkeurige monitoring het vochtgehalte met dauwpuntsensoren is daarom belangrijker dan veel mensen denken!
Vocht kan bevriezen in persluchtsystemen en roest en putjes veroorzaken in leidingen en onderdelen. Het kan ook het smeermiddel wegspoelen, wat leidt tot versnelde slijtage van gereedschap en schade aan kleppen en cilinders. Vochtige lucht is ook een dankbare voedingsbodem voor bacteriën, die vooral in de voedsel- en farmaceutische industrie kunnen leiden tot productafkeur en kostbare productiestilstand. Het is daarom vreemd dat veel bedrijven zich beperken tot het meten van alleen basisgrootheden als druk, debiet en (opgenomen) vermogen. Want juist dauwpuntmetingen kunnen veel problemen en (onnodige) kosten voorkomen.
VPVision verwerkt alle meetwaarden met betrekking tot debiet, druk, dauwpunt, temperatuur en energieverbruik, waarmee het systeemgedrag van persluchtsystemen continu kan worden bewaakt en geanalyseerd.
Vochtgehalte en dauwpunt
Het dauwpunt wordt uitgedrukt in graden Fahrenheit en geeft de hoeveelheid waterdamp in (gecomprimeerde) lucht of in een gas aan. We spreken bij perslucht specifiek van het drukdauwpunt, omdat de dauwpunttemperatuur wordt gemeten bij een druk die doorgaans 6 tot 8 keer hoger is dan de atmosferische druk. Dit is belangrijk omdat een verandering in de druk van een gas ook de dauwpunttemperatuur beïnvloedt. Hoe lager de druk, hoe lager het dauwpunt. Als bijvoorbeeld atmosferische lucht met een relatieve vochtigheid van 30 tot 50% wordt gecomprimeerd tot een druk van 100 psig, raakt die lucht 100% verzadigd.
De huidige temperatuur van de perslucht (die hoger is dan de omgevingstemperatuur) is het werkelijke drukdauwpunt. Zodra de temperatuur daalt, zal het vocht in de perslucht condenseren, waardoor er wekelijks vele liters water in het systeem terechtkomen.
Oorzaken van vochtproblemen
Vochtproblemen kunnen verschillende oorzaken hebben. Een veelvoorkomend probleem is het vollopen van waterafscheiders of gecombineerde olie-/waterafscheiders achter de compressor als gevolg van mechanische storingen, zoals een vastzittende vlotter. Als dit onopgemerkt blijft, stroomt het water ongehinderd het persluchtsysteem binnen en kan het zich ophopen in een buffertank. Investeren in een vlotterafvoer, een tijdschakelafvoer of een elektronisch condensaatafvoersysteem is daarom geen overbodige luxe. Verstopte koelelementen van nakoelers en oliekoelers, maar ook onwetendheid over de werking van koeldrogers in relatie tot de omgevingstemperatuur zijn andere oorzaken van vochtproblemen. Als bijvoorbeeld een koeldroger na de (natte) buffertank de lucht afkoelt tot een drukdauwpunt van (in feite) 50 °F en in de winter en op koele avonden de omgevingstemperatuur van het leidingnet daalt tot 40 °F, wordt dit vaak genegeerd. Maar alleen al die temperatuurdaling van 10 graden zorgt voor ongeveer 1,45 gallon condenswater in het leidingsysteem tijdens een werkweek van 40 uur en bij 24/7-productie zelfs 6 gallon! Met dauwpuntmeting achter de koeler kan dit zeer snel worden ontdekt en kunnen er tijdig maatregelen worden genomen. Bij het kiezen van een droger en het te bereiken drukdauwpunt moet dus, naast de eisen die het proces aan de perslucht stelt, ook rekening worden gehouden met de gemiddelde omgevingstemperatuur!
Dauwpuntmeters installeren
Spiegel-, capacitieve metaaloxide- en polymeersensoren zijn de drie bekendste instrumenten voor het meten van het dauwpunt. Capacitieve polymeersensoren zijn echter het best beschermd tegen stof en vuil, ongevoelig voor condensatie, hebben een goede langetermijnstabiliteit en bieden een aantrekkelijke prijs-kwaliteitverhouding. Bij deze sensoren wordt een verandering in capaciteit omgezet in de dauwpunttemperatuur, weergegeven in graden Celsius of Fahrenheit. Met name VP-dauwpuntsensoren beschikken over een uniek intern verwarmingssysteem waardoor ze zeer snel herstellen na blootstelling aan veel vocht. Dit kan bijvoorbeeld gemakkelijk het geval zijn als drogers, waterafscheiders en/of afvoeren niet goed functioneren.
De grote vraag is natuurlijk hoeveel dauwpuntsensoren er in een persluchtsysteem moeten worden geïnstalleerd en waar deze moeten worden geplaatst om betrouwbare metingen te verkrijgen. De eenvoudigste (start)oplossing is om een dauwpuntsensor direct na de droger en vóór de droogtank te installeren. Op deze manier wordt gecontroleerd of de droger correct functioneert. Het is ook mogelijk om de sensor na de droogtank te plaatsen, maar houd dan rekening met een vertraging in het meetsignaal. Als er twee of meer drogers parallel zijn aangesloten, wordt aanbevolen om na elke droger een dauwpuntsensor te installeren. Als er immers slechts één sensor wordt gebruikt in de centrale leiding naar de buffertank, is het bij een afwijkende meting niet direct mogelijk om vast te stellen welke droger problemen veroorzaakt. Het is ook verstandig om een extra dauwpuntsensor te installeren in de toevoerleiding van kritieke processen. Als er iets misgaat met het dauwpunt, kan er tijdig worden ingegrepen en kan kostbare productiestilstand worden voorkomen.
De kracht van gecombineerde metingen
Om de oorzaken van een afwijkend dauwpunt snel en gericht vast te stellen, is het noodzakelijk om aanvullende metingen uit te voeren. Door een 3-in-1 VPFlowScope-sensor achter de droger te installeren, worden ook de massastroom, druk en temperatuur gemeten. Zodra het dauwpunt stijgt, kan dan snel worden vastgesteld wat hiervan de oorzaak is, bijvoorbeeld een stijgende inlaattemperatuur van de koeldroger en/of een hoge luchtstroom. Een afname van het debiet en/of de druk kan ook een indicatie zijn dat de droger inwendig vervuild is, terwijl debietmetingen ook kunnen worden gebruikt om het lekniveau te monitoren. Dit is belangrijk omdat, afgezien van het energieverlies, condens via lekken terug kan stromen in het leidingnetwerk, een risico dat toeneemt bij toepassingen met een lager dauwpunt.
Daarnaast kunnen er metingen worden uitgevoerd om het drukverlies in de droger- en filterinstallatie in kaart te brengen, zodat het moment waarop de filters moeten worden vervangen nauwkeurig kan worden voorspeld. Door ook het vermogen te meten, in combinatie met de andere metingen, kan het rendement van de droger worden berekend en vergeleken met dat van andere drogers. Dit kan vervolgens worden gebruikt om bijvoorbeeld het onderhoud te optimaliseren, en om achteraf te beoordelen of bij de aanschaf van de droger(s) de juiste keuzes zijn gemaakt.
Keuze van een droger
In het kader van energiebesparing is het belangrijk om kritisch te kijken naar het daadwerkelijk benodigde drukdauwpunt en/of de noodzaak om alle lucht centraal te koelen. Gedecentraliseerde droging, alleen voor de processen die dit vereisen, is ook een optie. Vaak kiest men ‘uit voorzorg’ voor te droge lucht, met een te laag drukdauwpunt. Dit kost echter onnodig veel energie. Een goede richtlijn voor het bepalen van het juiste dauwpunt is de ISO 8573-1:2010-norm. Hierin zijn de dauwpuntwaarden onderverdeeld in zeven klassen: Klasse 0 tot en met Klasse 6. Klasse 0 (gedefinieerd als alles wat beter is dan Klasse 1) is de hoogste categorie die slechts in zeldzame gevallen van toepassing is, bijvoorbeeld wanneer perslucht nodig is in cleanrooms van de hoogste categorie. Klasse 1 heeft een drukdauwpunt van -94 °F, Klasse 6 van +50 °F.
Door goed te analyseren wat er werkelijk nodig is, kan veel geld worden bespaard, zowel bij de aanschaf van de droger als tijdens het latere gebruik. Ter illustratie: het energieverbruik van een koeldroger bedraagt ongeveer 0,8 kW/100 CFM, terwijl een adsorptiedroger ongeveer vijf keer zoveel energie verbruikt, namelijk zo’n 3 tot 4 kW/100 CFM!
Tanks voor natte en droge opslag
Het wordt aanbevolen om een opvangbak te installeren achter de luchtcompressor en vóór de persluchtdroger. Het wordt ook aanbevolen om een aparte ‘droge luchtopslagtank’ stroomafwaarts van de droger te installeren. Dit beschermt de droger tegen overbelasting en maakt het ook mogelijk om de droger te dimensioneren op basis van het gemiddelde debiet in plaats van op een (kortstondige) piekvraag. Hierdoor kan over het algemeen een kleinere droger worden gekozen. Bovendien draagt de extra tank bij aan een stabielere systeemdruk en kan deze zelfs een gunstig effect hebben op de dimensionering en regeling van de compressor.
Systeemoptimalisatie
De basis voor een gezonde en optimaal rendabele persluchtinstallatie is permanente monitoring, waarbij dauwpuntmetingen worden gecombineerd met metingen van debiet, druk, temperatuur en vermogen. Door alle gegevens overzichtelijk weer te geven in een speciaal voor dit doel ontwikkeld monitoring , zoals VPVision, kan het systeemgedrag 24/7, 365 dagen per jaar worden bewaakt en geanalyseerd.
Schommelingen in de vraag, in het dauwpunt, een te hoge compressortemperatuur; alles wordt tijdig in beeld gebracht en er wordt een alarm gegeven als er iets misgaat. Het levert ook uiterst waardevolle informatie op voor het optimaliseren van het onderhoud, het nemen van de juiste investeringsbeslissingen voor toekomstige uitbreidingen en het optimaliseren van het totale persluchtsysteem. Permanente monitoring de levensduur van de apparatuur, verlaagt de onderhouds- en energiekosten en voorkomt productverlies en productiestilstand.
Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met Frank Moskowitz, instructeur bij de Compressed Air Challenge, en Pascal van Putten, CEO van VPInstruments Delft. Het is gepubliceerd in het tijdschrift Compressed Air Best Practices.
China (Vereenvoudigd Chinees)
VK (Engels)
