Odpylanie fiberowej wycinarki laserowej CNC – realizacja Klimawent w Gdyni

W ramach jednej z naszych realizacji w Gdyni wykonaliśmy instalację odciągowo-filtracyjną dla fiberowej wycinarki laserowej CNC, podłączając ją do urządzenia filtrowentylacyjnego UFO-4000-FL. Zadaniem instalacji jest skuteczne usuwanie dymów i drobnych pyłów bezpośrednio ze strefy cięcia laserowego, ich filtracja, a następnie powrót oczyszczonego powietrza do hali produkcyjnej. Takie rozwiązanie odpowiada jednocześnie na dwa istotne z punktu widzenia zakładu zagadnienia: ograniczenie emisji zanieczyszczeń powstających podczas procesu technologicznego oraz ograniczenie strat energii związanych z usuwaniem z budynku ogrzanego powietrza.

Problem: dym podczas cięcia laserowego to nie tylko kwestia czystości hali

Podczas laserowego cięcia metali w strefie obróbki powstają dymy, aerozole oraz drobne cząstki pyłu. Ilość i skład chemiczny emitowanych zanieczyszczeń zależą m.in. od rodzaju obrabianego materiału, jego powłoki, parametrów procesu oraz intensywności pracy urządzenia. Dlatego skali problemu nie można oceniać wyłącznie wzrokowo. Szybkie usunięcie widocznego dymu z komory roboczej nie oznacza, że obecne w powietrzu drobne cząstki przestają stanowić potencjalne zagrożenie dla środowiska pracy.

Państwowa Inspekcja Pracy wskazuje, że pyły przemysłowe – w zależności od swoich właściwości – mogą wykazywać działanie drażniące, zwłókniające, alergizujące lub rakotwórcze. Stopień zagrożenia zależy m.in. od stężenia, wielkości i kształtu cząstek oraz ich składu chemicznego. Ocena narażenia pracowników prowadzona jest na podstawie pomiarów na stanowiskach pracy i porównania wyników z określonymi wartościami NDS – najwyższych dopuszczalnych stężeń. W przypadku przekroczenia wartości dopuszczalnych pracodawca powinien zastosować odpowiednie środki techniczne i organizacyjne ograniczające narażenie na zanieczyszczenia. W przypadku procesów technologicznych stanowiących źródło miejscowej emisji substancji szkodliwych stosuje się odciągi miejscowe współpracujące z wentylacją ogólną. Na tej zasadzie opiera się prawidłowo zaprojektowane odpylanie urządzeń laserowych: zanieczyszczenia należy przechwycić możliwie blisko miejsca ich powstawania, zanim rozprzestrzenią się w hali produkcyjnej.

Nasze rozwiązanie: UFO-4000-FL podłączony bezpośrednio do wycinarki laserowej

W wykonanej przez nas instalacji zanieczyszczone powietrze jest odciągane bezpośrednio ze strefy roboczej fiberowej wycinarki laserowej CNC, a następnie systemem przewodów transportowane do urządzenia UFO-4000-FL. UFO-FL to specjalistyczne urządzenie filtrowentylacyjne Klimawent przeznaczone do oczyszczania powietrza z suchych pyłów powstających podczas laserowego i plazmowego cięcia metali. Dla modelu UFO-4000-FL wydatek nominalny wynosi 4000 m³/h, zakres wydatku eksploatacyjnego 2500–5000 m³/h, wydatek maksymalny 7800 m³/h, maksymalne podciśnienie 2600 Pa, a moc silnika wentylatora 5,5 kW.Proces oczyszczania powietrza odbywa się dwustopniowo. Pierwszy stopień stanowi separator płytowy pełniący funkcję łapacza iskier.

Zatrzymuje on większe oraz gorące cząstki, ograniczając ryzyko ich przedostania się do filtrów głównych. Drugi stopień tworzą cztery filtry nabojowe wykonane z poliestrowej włókniny membranowej o łącznej powierzchni filtracyjnej 120 m², przeznaczone do filtracji dymów i pyłów drobnych.

Pył gromadzący się na powierzchni filtrów jest automatycznie usuwany za pomocą impulsów sprężonego powietrza i trafia do pojemnika o pojemności 70 litrów. Regeneracja filtrów odbywa się podczas pracy urządzenia i nie wymaga zatrzymywania instalacji. Układ kontroluje również opory przepływu na filtrach – po osiągnięciu granicznego poziomu zanieczyszczenia operator otrzymuje sygnał ALARM FILTR. Pozwala to reagować na rzeczywisty stan filtrów i utrzymywać wymagane parametry pracy instalacji.

Nie ograniczyliśmy się więc do odprowadzenia powietrza z wycinarki. Zaprojektowaliśmy układ, w którym zanieczyszczenia są przechwytywane u źródła, transportowane, poddawane wstępnej separacji oraz filtracji właściwej, a oczyszczone powietrze może zostać ponownie wykorzystane w instalacji wentylacyjnej obiektu.

Dlaczego oczyszczone powietrze wraca do hali produkcyjnej?

Przy wydatkach rzędu kilku tysięcy metrów sześciennych powietrza na godzinę instalacja odpylająca ma dla zakładu znaczenie nie tylko technologiczne, ale również energetyczne. Jeżeli całe powietrze odciągane z wycinarki byłoby stale usuwane na zewnątrz, należałoby uzupełnić je odpowiednią ilością powietrza zewnętrznego. W sezonie grzewczym powietrze to musi zostać ogrzane do temperatury wymaganej w hali produkcyjnej. W praktyce oznacza to, że zakład najpierw zużywa energię na ogrzanie powietrza, a następnie wraz z powietrzem wywiewanym usuwa znaczną część tej energii poza budynek.

W wykonanej przez nas instalacji powietrze po przejściu przez UFO-FL jest kierowane do instalacji wentylacyjnej i zawracane do hali produkcyjnej. Pozwala to ograniczyć ilość ogrzanego powietrza bezpowrotnie usuwanego na zewnątrz, a tym samym zmniejszyć zapotrzebowanie na energię potrzebną do ogrzania powietrza uzupełniającego.

Skalę obciążenia cieplnego można przedstawić na prostym przykładzie technicznym. Dla ogrzewania strumienia powietrza można przyjąć zależność: P ≈ 0,00034 × V × ΔT, gdzie V oznacza strumień objętości powietrza w m³/h, natomiast ΔT – różnicę pomiędzy temperaturą powietrza zewnętrznego a wymaganą temperaturą w pomieszczeniu. Przy strumieniu 4000 m³/h oraz różnicy temperatur wynoszącej 20°C moc cieplna potrzebna do ogrzania równoważnej ilości powietrza zewnętrznego wynosi około 27 kW mocy cieplnej.

Nie oznacza to, że każde urządzenie UFO-4000-FL automatycznie zapewnia oszczędność 27 kW. Jest to obliczeniowe obciążenie cieplne związane z ogrzaniem określonego strumienia powietrza zewnętrznego. Rzeczywisty efekt ekonomiczny zależy od faktycznego wydatku instalacji, udziału powietrza recyrkulowanego, temperatury zewnętrznej, czasu pracy urządzeń, sprawności systemu ogrzewania oraz kosztu energii. Zasada pozostaje jednak niezmienna: im większy strumień powietrza jest odprowadzany z hali i im dłużej instalacja pracuje w sezonie grzewczym, tym większego znaczenia nabiera ograniczenie strat energii cieplnej.

Recyrkulacja jako element prawidłowo zaprojektowanej instalacji

Powrotu oczyszczonego powietrza nie należy traktować jako rozwiązania możliwego do zastosowania w każdym procesie technologicznym. W przypadku wentylacji mechanicznej z recyrkulacją wymagania BHP określają warunki, jakie musi spełniać powietrze zawracane do pomieszczenia. Między innymi udział powietrza świeżego powinien wynosić co najmniej 10% ogólnej ilości wymienianego powietrza, a poziom czynników szkodliwych w powietrzu recyrkulowanym musi pozostawać w granicach określonych wymaganiami. W niektórych warunkach technologicznych stosowanie recyrkulacji jest niedopuszczalne.

Dlatego podczas projektowania analizujemy instalację jako całość: rodzaj procesu technologicznego, obrabiane materiały, charakter powstających zanieczyszczeń, wymagany strumień powietrza, parametry filtracji oraz istniejącą wentylację obiektu. Ma to szczególne znaczenie w przypadku cięcia laserowego. Maszyny o podobnej konstrukcji mogą obrabiać różne materiały i pracować przy zupełnie różnych obciążeniach, dlatego instalacja odpylająca powinna być dobierana do rzeczywistych warunków produkcji.

Efekt realizacji

W wyniku przeprowadzonych prac powstał kompleksowy układ odpylania, w którym zanieczyszczenia są odciągane bezpośrednio z fiberowej wycinarki laserowej, poddawane dwustopniowemu procesowi oczyszczania w UFO-4000-FL, a następnie oczyszczone powietrze jest zawracane do hali produkcyjnej.

• skuteczne przechwytywanie dymów i pyłów bezpośrednio w miejscu ich powstawania;
• ograniczenie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń technologicznych w hali produkcyjnej;
• dwustopniową separację i filtrację suchych pyłów drobnych;
• 120 m² łącznej powierzchni filtrów nabojowych;
• automatyczną regenerację filtrów bez konieczności zatrzymywania urządzenia;
• kontrolę oporów filtrów i sygnalizację ich nadmiernego zanieczyszczenia;
• kontrolowane gromadzenie odseparowanego pyłu;
• integrację układu odpylania z instalacją wentylacyjną obiektu;
• ograniczenie strat ciepła dzięki zawracaniu oczyszczonego powietrza zamiast ciągłego usuwania całego strumienia na zewnątrz.

W efekcie instalacja odpylająca nie pełni wyłącznie funkcji związanej z poprawą warunków pracy. Prawidłowo zaprojektowana staje się również elementem technologicznej, energetycznej i eksploatacyjnej infrastruktury zakładu.

Rozwiązanie nie tylko dla fiberowych wycinarek laserowych

W opisanej realizacji instalację wykonaliśmy dla fiberowej wycinarki laserowej CNC, jednak zakres zastosowania urządzeń UFO-FL jest szerszy. Seria UFO-FL przeznaczona jest do usuwania i separacji suchych pyłów powstających zarówno podczas laserowego, jak i plazmowego cięcia metali. Analogiczny sposób odpylania może być zatem stosowany przy różnych typach wycinarek laserowych i plazmowych, pod warunkiem że charakterystyka procesu technologicznego odpowiada warunkom zastosowania urządzenia.

UFO-FL jest przeznaczony do usuwania suchych pyłów, wolnych od wilgoci oraz substancji lepkich i żrących, które nie stwarzają zagrożenia wybuchem. Maksymalne dopuszczalne obciążenie pyłem wynosi 3 g/m³. Jeżeli w danym procesie może powstawać mieszanina pyłowo-powietrzna stwarzająca zagrożenie wybuchem, konieczna jest odrębna ocena ryzyka i dobór odpowiedniego rozwiązania technicznego.

Dlatego dobór systemu rozpoczynamy nie od wskazania konkretnego modelu filtra, lecz od analizy zadania: jakie urządzenie pracuje w zakładzie, jakie materiały są obrabiane, jakie zanieczyszczenia powstają, jaki strumień powietrza należy zapewnić oraz w jaki sposób ma być zagospodarowane powietrze po procesie filtracji. Takie podejście zastosowaliśmy również w tej realizacji w Gdyni – od miejscowego odciągu zanieczyszczeń bezpośrednio z wycinarki laserowej, poprzez ich skuteczną filtrację, aż po ponowne wykorzystanie oczyszczonego powietrza w instalacji wentylacyjnej zakładu.