David Gailey

Facing the harsh realities of our current economy can be challenging.  Working in an industry where every penny counts, it is extremely important for managers, engineers and welders to examine all processes to determine where potential cost savings are and implement necessary changes as quickly as possible.  Looking at the gas equipment side of welding applications can yield some significant cost savings with very little investment.  Furthermore, making a careful analysis of shielding gas equipment can yield some great rewards.

Poznaj swój proces

Przede wszystkim należy dokładnie poznać proces.  Jaka ilość gazu jest potrzebna do wykonania odpowiedniej spoiny?  Wiele procesów spawania jest bardzo rozrzutnych, jeśli chodzi o ustalanie ilości gazu osłonowego.   Koszt gazu osłonowego jest jednym z najdroższych elementów w każdym procesie spawania. Jak trudno jest spawaczom ustawić wyższe natężenie przepływu niż jest to potrzebne lub zalecane?  Większość producentów sprzętu oferuje urządzenia lub akcesoria do kontroli przepływu, które mogą być ustawione na maksymalny limit, tak aby nadmierne natężenie przepływu nie mogło być stosowane.

Ponadto, zbyt wysokie ciśnienia i przepływy gazu osłonowego powodują turbulencje gazu, co powoduje wciąganie tlenków i azotków do spoiny. Większość spawaczy oraz inżynierów spawalnictwa nie zna jeszcze dostępnych na rynku urządzeń do oszczędzania gazu obojętnego, takich jakHarris Inert Gas Guard^® (IGG) które pozwalają oszczędzać gaz poprzez wyeliminowanie skoku gazu związanego z każdym pociągnięciem spustu.  Urządzenia te są dostępne od co najmniej 20 lat, ale nigdy nie zwraca się na nie uwagi, dopóki nie nastąpi kryzys oszczędnościowy lub spowolnienie gospodarcze, w którym dąży się do wyeliminowania marnotrawstwa i ujawnienia ukrytych kosztów.

Jak to działa

Zasada działania tych urządzeń jest bardzo prosta: należy zmniejszyć ciśnienie w przewodzie, aby wyeliminować przypływ gazu spowodowany wzrostem ciśnienia podczas bezczynności procesu.  Większość urządzeń do kontroli przepływu stosowanych z gazami osłonowymi, czy to z butli czy z systemu zbiorczego, jest zaprojektowana do pracy przy nominalnym ciśnieniu wlotowym około 20 do 30 psig.  Aplikacje wykorzystujące czysty dwutlenek węgla mogą pracować przy ciśnieniu do 50 psig.  Oznacza to, że za każdym razem, gdy palnik spawalniczy jest włączany, na dyszy spawalniczej panuje początkowe ciśnienie 20-30 lub 50 psig.  To wysokie ciśnienie statyczne powoduje, że duża ilość gazu wydostaje się z dyszy po naciśnięciu spustu palnika.

Aby uzyskać bardziej ilościowy obraz tego zjawiska, przyjmijmy następujące założenia: 1) proces spawania wymaga 35 scfh argonu, 2) przepływomierz zainstalowany przed i podłączony do spawarki ma ciśnienie kalibracji 20 psig.  W typowym dyfuzorze gazowym, przy takich ustawieniach, początkowe natężenie przepływu może z łatwością osiągnąć lub nawet przekroczyć 180 scfh argonu.  Mimo że natężenie przepływu szybko spada wraz z obniżaniem się ciśnienia w linii w kierunku warunków atmosferycznych, nadal stanowi ono ponad 5-krotność natężenia przepływu wymaganego w danym zastosowaniu spawalniczym.  Dzieje się tak przy każdym naciśnięciu spustu.  Nierzadko w niektórych zastosowaniach występuje od 200 do 300 pociągnięć spustu na godzinę, co wykładniczo zwiększa ilość marnowanego gazu.

Zapoznaj się z liczbami

Aby zrozumieć i zdać sobie sprawę jak duże mogą być potencjalne oszczędności gazu, konieczne są pewne obliczenia.  Harris Products Group wprowadziła program internetowy do identyfikacji ważnych parametrów i pomocy w obliczeniach strat gazu osłonowego.

Program ten można znaleźć tutaj. Użytkownicy będą musieli zebrać pewne informacje przed rozpoczęciem pracy. Program wymaga, aby użytkownik wprowadził następujące dane:

1. Średnica wewnętrzna i długość rury lub węża biegnącego od przepływomierza do podajnika drutu
2. Wzrost ciśnienia statycznego; jest to zazwyczaj ciśnienie wydrukowane na przepływomierzu kulowym i rurowym.  Zwykle nie będzie ono wyższe niż 50 psig (w przypadku regulatorów przepływomierza może być konieczne wykonanie pomiaru fizycznego)
3. Jakie jest ciśnienie w linii podczas przepływu gazu; powinniśmy założyć, że to ciśnienie jest bardzo niskie, około 3 lub 4 psig
4. W przybliżeniu ile pociągnięć za spust na godzinę w procesie
5. Koszt 100 stóp sześciennych gazu osłonowego (w czasie pisania tego tekstu, argon był w sprzedaży detalicznej 21,33 USD za 100 stóp sześciennych od lokalnego dostawcy)

Program Harris daje użytkownikowi szacunkową ilość gazu zmarnowanego dla jednego stanowiska spawalniczego.  Kalkulator ten może być używany dla każdej stacji, aby uzyskać jaśniejszy obraz tego, jak dużo gazu jest tracone w całym zakładzie.  Jako przykład, zobacz następujące zmienne poniżej wraz z szacunkowymi rocznymi oszczędnościami, jeśli używany jest oszczędzacz gazu Harris (#3000328).

• Długość węża - 12 stóp
• I.D. węża - 3/16".
• Ciśnienie statyczne linii - 20 psig
• Ciśnienie w linii przepływu - 3 psig
• Liczba pociągnięć za spust na godzinę - 175
• Koszt 100 stóp sześciennych gazu - $21,33
• Roczne oszczędności = $218.76
  
  Typowa konfiguracja z regulatorem przepływomierza Harris i osłoną gazu obojętnego zainstalowaną na wylocie.

Koszt detaliczny oszczędzacza gazu Harris jest znacznie niższy niż szacowane roczne oszczędności i przy tych parametrach przyniesie średnią stopę zwrotu około 115% na stację spawalniczą w ciągu trzech lat.  Program kalkulatora nie uwzględnia nieszczelności w systemie lub zmiennych wejściowych, które nie są uzyskiwane w sposób dokładny.  Wycieki gazu w dużym obiekcie wyposażonym w rurociągi mogą być liczne i często pozostają niezauważone lub ignorowane, dopóki koszty gazu nie zostaną oszacowane i nie zostaną podjęte działania w celu ich obniżenia.

Należy uważać na producentów, którzy wprowadzają na rynek małe kryzy ograniczające przepływ gazu w rurociągach jako urządzenia oszczędzające gaz osłonowy.  Urządzenia te powodują jedynie spadek ciśnienia na kryzie.  W warunkach statycznych ciśnienie nadal będzie wzrastać powyżej potrzeb, a oszczędność gazu będzie tylko symboliczna.  Ponadto, jeżeli urządzenia te nie zostaną zainstalowane w odpowiednim miejscu, wówczas oszczędności gazu mogą być znikome.  Jedynym sposobem na skuteczne wyeliminowanie skoków ciśnienia gazu osłonowego jest wprowadzenie do systemu gazowego urządzenia do regulacji ciśnienia.

Przegląd wszystkiego

Po zajęciu się natychmiastową potrzebą oszczędzania gazu osłonowego na każdym stanowisku spawalniczym, kierownicy i inżynierowie powinni następnie zwrócić uwagę na niedociągnięcia w całym zakładzie. Urządzenia do gazów sprężonych, takie jak przepływomierze, reduktory, węże, szybkozłącza, itp., które są powszechnie stosowane do kontroli ciśnienia i przepływu gazów osłonowych w procesach GMAW i GTAW, mogą również być źródłem wycieku gazu, jeżeli nie są konserwowane i wymieniane w regularnych odstępach czasu.  Należy również wprowadzić procedury konserwacji zapobiegawczej, aby upewnić się, że sprzęt nie jest używany po upływie oczekiwanego okresu eksploatacji.  Należy skontaktować się z producentem w celu ustalenia, jak często sprzęt powinien być kontrolowany i/lub wymieniany.

Jak długo urządzenia do kontroli ciśnienia gazu i przepływu powinny działać prawidłowo w normalnych warunkach eksploatacyjnych? Co jest uważane za trudne środowisko pracy?  Jakie testy powinny być uwzględnione w tabelach konserwacji zapobiegawczej?  Są to pytania, które producenci stale zadają konsumentom w związku z serwisem i żywotnością urządzeń do sprężonego gazu.  Niestety, odpowiedzi są różne i nieco skomplikowane.

Weźmy pod uwagę klienta "A".  Klient ten zużywa jedną butlę argonu miesięcznie, raz w tygodniu podnosząc ciśnienie w przepływomierzu w celu spawania przez około 20 minut wewnątrz budynku, gdzie temperatura, wilgotność i inne czynniki środowiskowe są kontrolowane.  Regulator ten może działać przez 10 lat lub dłużej bez konieczności odnawiania lub wymiany jakichkolwiek głównych elementów.  W rzeczywistości, The Harris Products Group często słyszy od klientów, którzy używają tego samego regulatora Harris od lat 40-tych bez żadnych problemów, jednak są to przypadki ekstremalne.  Porównajcie to z klientem "B", który używa regulatora przepływomierza argonowego/dwutlenku węgla kilka godzin dziennie na platformie wiertniczej u wybrzeży Zatoki Mississippi.  Ze względu na słone powietrze i surowe środowisko panujące na platformie wiertniczej i w jej pobliżu, regulator ten może wymagać gruntownego remontu lub wymiany już po trzech miesiącach.  Ponieważ zastosowania urządzeń na sprężony gaz są tak zróżnicowane, ich żywotność jest zróżnicowana i proporcjonalna do usług gazowych i środowiska, w którym urządzenie jest używane.

Wszystkie systemy gazu sprężonego, w tym rurociągi, wyposażenie, węże i wszystkie złącza powinny być rutynowo sprawdzane pod kątem szczelności w celu zapewnienia integralności systemu.  W przypadku przepływomierzy, regulatorów, węży i armatury najbardziej skuteczne w sprawdzaniu wycieków gazu do atmosfery są dostępne w handlu wykrywacze nieszczelności cieczy.  W przypadku rurociągów bardziej praktyczne może być przeprowadzenie statycznej próby rurociągu z użyciem manometru w różnych punktach w celu ustalenia, czy występują nieszczelności.  Najważniejsze jest to, że te systemy gazowe nie mogą być ignorowane i często są przyczyną nadmiernych kosztów gazu osłonowego.  Testy szczelności reduktorów i węży powinny być przeprowadzane przy każdym ustawieniu lub przynajmniej dwa razy w tygodniu, natomiast testy na rurociągach raz w miesiącu.

Oszczędności na kosztach gazu osłonowego można osiągnąć, jeśli te kroki zostaną wdrożone i zostaną wprowadzone praktyczne programy konserwacji zapobiegawczej.

David Gailey jest menadżerem ds. produktów specjalnych w Harris Products Group, A Lincoln Electric Co. Pracuje w Harris od 27 lat i był w przeszłości przewodniczącym Komitetu CGA Industrial Gas Apparatus Committee.