Navýšení hospodářského výsledku o jednu třetinu díky detekci a odstranění úniků stlačeného vzduchu

Obrázek znázorňuje, jak mikrofony ovlivňují schopnost „vidět“ problémy, čímž jsou myšleny úniky stlačeného vzduchu. Všechny obrázky byly publikovány se svolením společnosti Teledyne Obrázek znázorňuje, jak mikrofony ovlivňují schopnost „vidět“ problémy, čímž jsou myšleny úniky stlačeného vzduchu. Všechny obrázky byly publikovány se svolením společnosti Teledyne

Realizace preventivních opatření pro detekci úniků hraje ve výrobním prostředí zásadní roli z hlediska trvalé udržitelnosti.

Stlačený vzduch představuje jedno z nejdražších a pro mnoho průmyslových odvětví nezbytných médií. Často stojí víc než mnohé způsoby využití elektřiny, zemního plynu nebo vody v rámci údržby a provozu v podniku. Přesto se až třetina stlačeného vzduchu ročně ztratí v důsledku úniků a neefektivního provozu. V konečném důsledku je nalezení a odstranění úniků zásadní z hlediska snižování nákladů, efektivního provozu a snížení uhlíkové stopy organizace a zároveň vzhledem k potenciálnímu zlepšení vztahů s klíčovými zainteresovanými stranami a investory.

Předcházejte plýtvání energií

Úniky a netěsnosti jsou velkým zdrojem plýtvání energií v systémech stlačeného vzduchu a podle Úřadu pro energetickou účinnost a obnovitelnou energii představují tyto úniky přibližně 20–30 % celkového výkonu vzduchových kompresorů v podniku. Úniky dále přispívají k problémům s provozováním systému, jako je kolísání tlaku v systému, což může způsobit, že pneumatické nářadí nebo vzduchem poháněné zařízení funguje méně efektivně; úniky mohou mít i negativní dopad na celý výrobní proces. Neidentifikované netěsnosti mohou také vyžadovat nadměrnou kapacitu kompresoru, což může vést k instalaci dalších kompresorů, které by jinak nebyly třeba, a tím i k vyšším nákladům, než je nutné. Mohou také způsobit snížení životnosti a zároveň zvýšit potřebu údržby v důsledku zbytečného, opakujícího se spouštění kompresorů a prodlužování doby jejich chodu.

Vedle úspory energie a zdrojů lze náklady výrazně snížit proaktivní detekcí úniků. Úřad pro energetickou účinnost a obnovitelné zdroje energie provedl studii v chemickém závodě, který po auditu stlačeného vzduchu realizoval program prevence úniků a prokázal, jak lze náklady podniku výrazně snížit prostřednictvím nápravných opatření. Stačilo odstranit pouze 10 největších úniků v podniku a provozovatelé byli schopni dosáhnout 70 % celkových potenciálních úspor nákladů.

Za účelem zlepšení energetických standardů, snížení nadbytečného odpadu a vzhledem k očekáváním státních orgánů, daňových úřadů a investorů se mnoho průmyslových organizací také snaží přizpůsobit standardům energetického managementu ISO 50001.  Stejně jako ostatní normy systémů řízení ISO není certifikace dle ISO 50001 povinná, ale potřebuje, aby organizace měly vypracovanou politiku pro efektivnější využívání energie. To vyžaduje stanovení cílů a úkolů pro splnění této politiky, využívání dat k lepšímu pochopení a rozhodování o využívání energie, měření výsledků, přezkoumávání toho, jak dobře politika funguje, a neustálé zlepšování systému řízení energie. Když se vedoucí pracovníci organizace rozhodnou zavést tyto standardy, umožní jim to lépe porozumět příslušné uhlíkové stopě organizace a ukázat externím stranám a investorům, že podnik zavedl účinný systém hospodaření s energiemi.

Stanovení metody detekce

Ať už organizace plánuje zavést normu ISO 50001, nebo chce jen zlepšit efektivitu zařízení kvůli úsporám nákladů, identifikace úniků stlačeného vzduchu je zásadní, ale v hlučném výrobním prostředí může být jejich odhalení obzvláště obtížné. Z tohoto důvodu je pro zavedení úspěšného programu zásadní určit nejvhodnější metody nebo nástroje pro danou situaci.

air leak vs background noisePorovnání úrovně hluku způsobeného únikem vzduchu s úrovní hluku pozadí z důvodu nalezení optimální frekvence v hlučném prostředí

Kontrola s použitím speciálního mýdlového roztoku

Tradičním nástrojem pro detekci úniku je speciální mýdlový roztok; způsob spočívá v napuštění místa podezřelého z úniku schváleným mýdlovým roztokem. Jednoduše řečeno, v případě úniku začne mýdlo v místě úniku bublat. Tato metoda funguje, pokud je místo úniku známé a systém je pod dostatečným tlakem. V případech, kdy je místo úniku neznámé, však může jít o obtížný proces, kdy obsluha musí roztok aplikovat na celé podezřelé místo zařízení v naději, že se jí podaří únik přesně lokalizovat. Proto mohou být kontroly prováděné použitím mýdlových bublin časově náročné a nepřehledné, aniž by nutně poskytly dostatečné údaje pro potvrzení přesné velikosti úniku a průtoku.

Detekce zdrojů úniku pomocí přístrojů vybavených jedním mikrofonem

Ultrazvukové (akustické) detektory netěsností nabízejí řešení, které dokáže detekovat netěsnosti pomocí systému jednoho mikrofonu pracujícího na frekvenci kolem 40 kilohertzů (kHz). Tato metoda je založena na metodě „heterodynní detekce“, jež umožňuje obsluze rozlišit mezi hlukem generovaným netěsností a hlukem pozadí. Technologie heterodynní detekce převádějí vysokofrekvenční hluk na nižší, slyšitelné frekvence; obsluha musí být dostatečně vyškolena, aby byla schopna tyto frekvence rozpoznávat na základě zvukových charakteristik. Mikrofonem se pohybuje sem a tam nad kontrolovaným procesním potrubím (říkáme tomu skenování), dokud se nenajde a nezměří podezřelý zdroj netěsnosti. U nezkušených inspektorů může docházet k vyvolání falešných poplachů u neexistujících úniků a k přehlédnutí skutečných úniků. Kromě toho může být ruční přemisťování mikrofonu kolem zařízení během vyhledávání netěsností časově náročné a může ohrožovat obsluhu. Mimo to tento systém vyžaduje poměrně dlouhé zaškolování, aby si ho uživatelé dokonale osvojili.

Akustické zobrazování s vysokým rozlišením

Zařízení pro akustické zobrazování s vysokým rozlišením (HD), která využívají řadu specializovaných integrovaných mikrofonů, mohou být až desetkrát rychlejší při detekci úniků ve srovnání s tradičními metodami, jako jsou například mýdlové bubliny a ultrazvukové přístroje vybavené jedním mikrofonem. Obecně platí, že čím vyšší počet mikrofonů, tím lepší akustický výkon. Optimální volbou by v tomto případě byly mikrofony MEMS (mikroelektronové mechanické systémy), které jsou malé a ve srovnání s jinými systémy  spotřebovávají méně energie a poskytují vyšší výkon i lepší celkovou stabilitu.

Akustické zobrazování HD poskytuje přesné akustické snímky, které vizuálně zobrazují ultrazvukové informace, a to i v hlučném prostředí. Snímky se v reálném čase přenášejí na obraz z digitální kamery, což umožňuje přesné určení zdroje zvuku. V závislosti na konkrétním typu nástroje může být přístroj vybaven síťovými funkcemi, které automaticky ukládají snímky do cloudu, aby je bylo možno následně zkontrolovat a zpracovat. Je tak umožněn snadný přístup k uloženým souborům a snazší oddělení zdrojů zvuku pro hlubší analýzu a klasifikaci problému po návratu do kanceláře. Ve spojení s pravidelně prováděnou údržbou může akustické snímkování pomoci zařízením ušetřit peníze za energie a oddálit potenciální, a to nemalé kapitálové výdaje nutné k výměně kompresorů a dalšího souvisejícího příslušenství.

Některé ruční přístroje vyžadují k ovládání pouze jednu ruku spolu se schopností provádět přesné vyhodnocení na vzdálenost více než 100 metrů pro bezpečné odhalení a analýzu problému, což dále zvyšuje úroveň bezpečnosti a uživatelského pohodlí. Operátoři mohou provádět rychlé skenování velkých prostor z bezpečné vzdálenosti, aniž by se museli fyzicky dotýkat strojů nebo odstavovat výrobní linku.

detection range loss graphIlustrace ztráty detekčního dosahu při různých pracovních frekvencích

Detekce úniků v hlučném prostředí

V hlučných provozech a výrobních prostředích může být téměř nemožné detekovat únik lidským uchem, proto je pro technologii detekce úniků klíčový frekvenční rozsah. Nejúčinnější frekvenční rozsah pro detekci úniků stlačeného vzduchu je 20 až 30 kHz, protože tento rozsah pomáhá v prostředí průmyslového podniku odlišit úniky stlačeného vzduchu od hluku na pozadí. Amplituda strojního hluku obvykle dosahuje maxima pod 10 kHz a má tendenci klesat k nule při 60 kHz, a protože mezi 20–30 kHz je větší rozdíl mezi hlukem úniku vzduchu a hlukem pozadí ve srovnání s vyššími frekvencemi, je snazší detekovat únik vzduchu právě v tomto rozsahu.

Nicméně rušení hlukem v pozadí může i tak představovat problém. V takovém případě musí být přístroj schopen rozlišit zdroje zvuku, které připomínají únik, od jiných rušivých zvuků. Většina akustických kamer na trhu vyžaduje, aby uživatel rušivé zvuky filtroval ručně pomocí posuvníků pro změnu frekvenčního rozsahu, ale ideální zařízení dokáže automaticky rozpoznat zvukové vzory, které se podobají únikům vzduchu, a odstranit rušivé zvuky pro jednotlivé i vícenásobné zdroje zvuku pomocí pokročilých filtrů na bázi umělé inteligence přímo v kameře. Tyto přístroje v podstatě dokážou rozpoznat, zda zvuk připomíná únik vzduchu nebo šum v pozadí, a to bez manuálního zásahu uživatele, podobně jako lidé dokážou rozlišit stejný tón zahraný dvěma různými nástroji.

Při detekci úniků hraje velkou roli také množství mikrofonů – konkrétně u zdrojů zvuku s velmi vysokou frekvencí. Aby bylo možné tyto zvuky přesně slyšet, musí mít akustické kamery velké množství mikrofonů (nejlépe blízko sebe), jinak se objeví problémy s prostorovým zkreslením, což vede k chybným výsledkům a zdrojům zvuku zobrazeným na neodpovídajících místech.

Přínosy z dlouhodobého hlediska

Kromě úspory nákladů poskytuje HD akustické zobrazování organizacím účinný nástroj pro zmírnění neefektivity, snížení celkové uhlíkové stopy provozu zařízení a zvýšení bezpečnosti pracovníků, kteří obsluhují a testují zařízení na stlačování vzduchu.

V konečném důsledku mohou preventivní opatření pro detekci úniků hrát zásadní a strategickou roli v udržitelné budoucnosti výrobních prostředí. Opravy a zmírňování úniků stlačeného vzduchu mohou být pro organizace rychlým způsobem, jak snížit spotřebu energie a těšit se z požadovaného snížení nákladů a zvýšení úrovně bezpečnosti. Vzhledem k tomu, že energie je jedním z největších ovlivnitelných provozních nákladů u organizací, které používají průmyslové systémy stlačeného vzduchu, mohou být tímto způsobem chráněny vysoce ceněné zdroje, čas, peníze a vztahy s klíčovými zainteresovanými stranami.

Rob Milner, autor článku, je manažer globálního obchodního rozvoje ve společnosti Teledyne FLIR. V rámci své pozice se zabývá monitorováním technického stavu zařízení.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz