Pokonywanie trudności: sprężone powietrze i próżnia dla produkcji pojemników szklanych

Firma Saint-Gobain Oberland AG to jeden z wiodących producentów pojemników szklanych. Jej zakład produkcyjny w Wirges/Westerwald w Niemczech produkuje około 1,5 miliona butelek dziennie, wykorzystując ogromne ilości sprężonego powietrza o różnych stopniach sprężenia. Sprężone powietrze jest tam wytwarzane przez bardzo wytrzymałe rotacyjne sprężarki łopatkowe, które nie tylko wymagają niewielkiego zakresu obsługi technicznej, ale także są bardzo energooszczędne.

Uwaga, wysoka temperatura: Butelki i pojemniki powstają ze stopionego szkła o temperaturze powyżej 1100 °C w maszynach formujących.

Szkło piaskowe i sodowe, wapienne lub dolomitowe oraz szkło z recyklingu: to składniki wykorzystywane do produkcji butelek i pojemników szklanych. Proces produkcji szkła wymaga stosowania bardzo wysokich temperatur oraz (sprężonego powietrza) jako medium transportowego i technologicznego, i to w bardzo dużych ilościach, ponieważ im większa skala produkcji, tym bardziej ekonomiczny jest jej proces.

Saint-Gobain Oberland AG, będąca jedną z największych firm w tej branży, wytwarza w swoich czterech fabrykach znajdujących się w Niemczech około 10 milionów pojemników szklanych dziennie. Od 2010 r. firma dostarcza swoje wyroby, pod marką Verallia, klientom działającym w przemyśle spożywczym. Zakład Wirges w Westerwald wytwarza około 1,5 miliona sztuk pojemników szklanych dziennie.

Proces produkcji, który można zobaczyć w całości w czasie wizyty w fabryce, robi duże wrażenie. Sprężone powietrze, o różnych stopniach sprężenia, jest wykorzystywane na kilku etapach procesu produkcji. Pierwszym z nich jest transport pneumatyczny poszczególnych materiałów do maszyn mieszających.


Po wymieszaniu, partia sproszkowanych surowców jest wprowadzana do jednego z dwóch zbiorników o pojemności ok. 300 ton każdy, w których zostają one stopione, a następnie utrzymane w temperaturze ok. 1600 °C. Gorący strumień stopionego szkła odprowadzany ze zbiornika jest dzielony na porcie, a rozgrzany do czerwoności materiał jest transportowany - znów pneumatycznie - korytami o bardzo wysokiej wytrzymałości na wysokie temperatury, do maszyn formujących.

W procesie formowania wykorzystywane jest sprężone powietrze i próżnia: gorący materiał jest wciskany do wnętrza formy przy pomocy sprężonego powietrza, natomiast próżnia powoduje „dociągnięcie” szkła do ścianek formy. Dzięki zastosowaniu sprężonego powietrza i próżni możliwe jest uzyskanie jednolitej grubości ścianki produktu.

Końcowym elementem procesu produkcji jest schładzanie butelek w kontrolowanych warunkach. Na „zimnym końcu”, który w branży opakowań szklanych określa się jako temperatury poniżej 600 °C - butelki i pojemniki są wyżarzane, kontrolowane w 100% i pakowane.

Zainstalowana moc sprężarek 3600 kW

Przy dziennej produkcji na poziomie ponad miliona sztuk, nie ma nic dziwnego w tym, że zakład Verallia w Wirges zużywa ogromne ilości sprężonego powietrza. Jak wyjaśnił Andree Merten, szef zespołu odpowiedzialnego za instalacje mechaniczne i media: - Mamy dwie duże stanowiska sprężarek o zainstalowanej mocy sprężarek/pomp próżniowych wynoszącej około 3600 kW. Punkt zasilania w sprężone powietrze zlokalizowany w pobliżu zbiorników pieca szklarskiego to element o najwyższym zużyciu energii w całym procesie produkcji, a kierownictwo przywiązuje odpowiednio dużą wagę do energooszczędnego wytwarzania sprężonego powietrza. - System zarządzania energią w zakładzie posiada certyfikat potwierdzający zgodność z normą EN ISO 50001 - powiedział Andree Merten. - Rejestrujemy wszystkie dane związane ze zużyciem energii i wykorzystujemy je nie tylko do optymalizacji zużycia, ale także do celów związanych z obsługą zapobiegawczą.
Rotacyjne sprężarki łopatkowe marki Wittig firmy Gardner Denver wytwarzają sprężone powietrze na potrzeby instalacji o ciśnieniu 4 barów.

Rotacyjne sprężarki łopatkowe wytwarzają duże ilości sprężonego powietrza

Maszyny formujące są zasilane przez cztery rotacyjne sprężarki łopatkowe Wittig ROW 460, każda o mocy silnika wynoszącej 250 kW, oraz jednej sprężarki ROW 460 o mocy silnika wynoszącej 315 kW. Sprężarki pracują w trybie ciągłym przez cały rok, zasilając niemal stałą ilością sprężonego powietrza instalację o ciśnieniu 4 barów z wydajnością wynoszącą do 15 000 m3/h. 

Cztery dwustopniowe rotacyjne sprężarki łopatkowe ROW 600 wytwarzają do 15 000 m3/h sprężonego powietrza na potrzeby instalacji o ciśnieniu 6 barów. Ten stopień sprężenia jest wykorzystywany w przypadku ogólnego sprężonego powietrza technologicznego i fabrycznego do wykonywania różnych zadań na „zimnym” i „gorącym” końcu procesu produkcji.

Obie instalacje wykorzystują sprężarki zarówno o stałej, jak i regulowanej prędkości pracy. Oprócz zapewnienia ekonomicznego zasilania sprężonym powietrzem na potrzeby obciążenia podstawowego, taki układ umożliwia także wytwarzanie sprężonego powietrza stosownie do zapotrzebowania występującego w danej chwili przy wyłączonym rozładowaniem.

 

Stanowiska pomp próżniowych działają na tej samej zasadzie

Trzy stanowiska pomp dostarczone, podobnie jak sprężarki, przez Gardner Denver Wittig, wytwarzają podciśnienie o wartości 200 mbar(a). Wykorzystywane są rotacyjne pompy łopatkowe. Trzy stanowiska pomp są w stanie wytwarzać próżnię z wydajnością do 13 500 m³/h

Wytwarzanie sprężonego powietrza bez oleju przy pomocy sprężarek tłokowych

Mamy zatem dwanaście rotacyjnych urządzeń łopatkowych o wysokiej wydajności, działających w dwóch zespołach. Jedynym wyjątkiem jest bezolejowa instalacja o ciśnieniu 6 barów. W instalacji tej pracują dwie bezolejowe sprężarki tłokowe CompAir R 180 o wydajności 2000 m³/h.

Cztery dwustopniowe rotacyjne sprężarki łopatkowe ROW 600 wytwarzają do 15 000 m3/h sprężonego powietrza na potrzeby instalacji o ciśnieniu 6 barów.

Podciśnienie jest wytwarzane w stanowiskach pomp próżniowych, które również są rotacyjnymi pompami łopatkowymi.

- System zarządzania energią w zakładzie posiada certyfikat potwierdzający zgodność z normą EN ISO 50001. Rejestrujemy wszystkie dane związane ze zużyciem energii i wykorzystujemy je nie tylko do optymalizacji zużycia, ale także do celów związanych z obsługą zapobiegawczą.

Andree Merten, szef zespołu odpowiedzialnego za instalacje mechaniczne i media 

Dostarczają one sprężone powietrze na „zimnym końcu” zakładu, gdzie powietrze może mieć styczność w produktami gotowymi. Dodatkowo laserowe elementy optyczne czujników wykorzystywanych w procesie kontroli jakości również wymagają czyszczenia przy pomocy sprężonego powietrza wolnego od oleju.

Doskonała wartość „zużycia sprężonego powietrza na butelkę”

Dlaczego w zakładzie Saint-Gobain Oberland w Wirges podjęto decyzję o wykorzystaniu rotacyjnych urządzeń łopatkowych i wyborze firmy Gardner Denver jako dostawcy? Stało się tak z dwóch zasadniczych powodów: energooszczędność i trwałość urządzeń. Energooszczędność sprężarek i pomp Saint Gobain została potwierdzona w ramach wewnętrznej oceny przeprowadzonej we wszystkich fabrykach. Jak wyjaśnił Helmut Schuckart, kierownik zespołu obsługi technicznej systemów mechanicznych i mediów: - Wyniki tej oceny, w ramach której zmierzono zużycie sprężonego powietrza na butelkę, były znakomite.

170 000 roboczogodzin z minimalnym zakresem obsługi technicznej

Co najmniej równie ważnym aspektem dla kierownictwa zakładu był bardzo długi okres eksploatacji rotacyjnych sprężarek i pomp łopatkowych. Również to wynika z zasady sprężania: poruszające się łopatki, wykonane z aluminium, są dociskane do ścian komory sprężania przez siły aerodynamiczne i odśrodkowe.

Siły te, jak również warstwa oleju występująca na powierzchni elementów, tworzą bardzo skuteczne, bezstykowe uszczelnienie pomiędzy wirnikiem a ścianą obudowy, co zapobiega zużywaniu części. 

Niska prędkość obrotowa wynosząca około 1500 obr./min., niska masa wirnika oraz niewielka liczba ruchomych części dodatkowo przyczyniają się do długiego okresu użytkowania i niskich wymagań w zakresie obsługi technicznej. Olej jest usuwany ze sprężonego powietrza przy pomocy wbudowanych ultrasprawnych separatorów oleju.

O bardzo wysokiej trwałości urządzeń tego typu można przekonać się na własne oczy w zakładzie w Wirges, gdzie jako pompa rezerwowa użytkowana jest całkowicie sprawna pompa próżniowa marki Wittig z 1972 r., kiedy marka ta należała do firmy Demag AG. Co więcej, w zakładzie Verallia w Westerwald rotacyjne sprężarki łopatkowe wykorzystywane są jako źródło sprężonego powietrza od 1990 r. W ciągłym użyciu jest jedna z pierwszych sprężarek Wittig, która przepracowała w sumie ponad 170 000 roboczogodzin. Jak powiedział Helmut Schuckart: - Wymagania w zakresie obsługi technicznej są bardzo niewielkie. Co 8000 godzin wymieniamy olej, a co 50 000 - 60 000 roboczogodzin wymieniamy łożyska i łopatki. Inne rodzaje sprężarek wymagają znacznie większego zakresu obsługi. To dlatego rotacyjne sprężarki łopatkowe są powszechnie stosowane w zakładach produkcyjnych o dużym zapotrzebowaniu na sprężone powietrze występującym przez 24 godziny na dobę.

Wysoka jakość wykonania od 1972 r.: ta pompa próżniowa jest nadal użytkowana jako urządzenie rezerwowe.

W zakładzie w Saint-Gobain Oberland w Wirges wykorzystywane są dwie pompy tłokowe CompAir do produkcji sprężonego powietrza wolnego od oleju. Ten rodzaj sprężarki jest także powszechnie wykorzystywany w browarach, który jest ważną branżą dla zakładu CompAir w Simmern.

Chłodzenie powietrza na wejściu podnosi sprawność i obniża koszt serwisu

Inną zaletą sprężarek tego typu jest opcja chłodzenia na wejściu, którą firma Saint-Gobain Oberland wdrożyła w swojej instalacji niskiego ciśnienia w zakładzie w Wirges. Jak wyjaśnił Helmut Schuckart: - przed sprężeniem powietrze jest schładzane do temperatury - 20 °C, co przy okazji powoduje jego osuszenie. Dzięki temu można wyeliminować uzdatnianie po sprężeniu i podnieść sprawność sprężarki o 15-20%. Technologia ta przyczynia się także do obniżenia kosztów serwisu dzięki obniżeniu temperatury oleju.

W trudnych warunkach panujących w zakładach produkcji szkła, wysoka energooszczędność i długi okres eksploatacji smarowanych olejem rotacyjnych sprężarek łopatkowych Wittig mają duże znaczenie dla ekonomicznej pracy zakładu w Wirges, jak również innych zakładów firmy. Rotacyjne sprężarki łopatkowe Gardner Denver Wittig są także wykorzystywane w centralnym zakładzie Grupy Saint-Gobain Oberland w Bad Wurzach.

Autor: Torsten Kock, Dyrektor ds. Systemów 
w Gardner Denver Schopfheim GmbH


Helmut Schuckart, kierownik zespołu obsługi technicznej systemów mechanicznych i mediów (po lewej), oraz Torsten Kock, Dyrektor ds. Systemów Gardner Denver Schopfheim GmbH.