W dziedzinie nanotechnologii laboratorium Van Leeuwenhoeka (VLL) TNO w Delft jest jednym z największych (cleanroom) ośrodków badawczych w Holandii. Prowadzone tu badania obejmują badania nad optyką i instrumentami dla przemysłu lotniczego. Jednym z wyzwań jest stworzenie środowiska, które jak najbardziej przypominałoby przestrzeń kosmiczną znajdującą się poza naszą atmosferą. Oznacza to dążenie do uzyskania jak najwyższej próżni i bardzo niskich temperatur, sięgających-160 °C lub zimniej w dużych zbiornikach, w których przeprowadzane są testy. Po tych testach przestrzeń jest ponownie ogrzewana dużymi ilościami (5 do 6 metrów sześciennych) sprężonego powietrza.

Franco Brouwer jest kierownikiem projektu technologicznego CREF Corporate Real Estate & Facilities w TNO. Na tym stanowisku odpowiada między innymi za konserwację i modyfikacje instalacji. W CREF Teun Brussee odpowiadał za kwestie inżynieryjne w TNO, które nadzorowało ten projekt. Jak podkreśla: „Sprężone powietrze stosowane w procesie podgrzewania i zwiększania ciśnienia w zbiornikach musi być wyjątkowo suche. Każda cząsteczka wody przedostająca się ze sprężonym powietrzem może potencjalnie osadzić się na obiekcie pomiaru. Jeśli cząsteczek jest zbyt dużo, może to nie tylko zakłócić wyniki pomiarów przeprowadzanych w ramach testów, ale także spowodować poważne uszkodzenia badanych przez nas pierwiastków.

Wstępny audyt

Wobec rosnących wymagań dotyczących jakości sprężonego powietrza, coraz większej liczby zapytań o badania oraz wymagań klientów w zakresie dostępności infrastruktury testowej, TNO uznało, że nadszedł właściwy moment na modernizację systemu sprężonego powietrza.

Pierwszym krokiem było przeprowadzenie przez Festo wstępnego audytu. Koen Leeflang jest certyfikowanym audytorem i ma duże doświadczenie w zakresie inspekcji i modernizacji kompletnych układów sprężonego powietrza: „Regularnie przeprowadzamy tego typu audyty w przedsiębiorstwach, aby kompleksowo zinwentaryzować i przeanalizować cały system sprężonego powietrza. Odbywa się to zgodnie z normą ISO 11011, co daje nam doskonały punkt wyjścia do określenia, gdzie konieczne są zmiany. W przypadku klientów zgłaszających zapotrzebowanie na zwiększenie wydajności systemu, nie zawsze oznacza to konieczność dodania kolejnej sprężarki. Czasami wystarczające okazuje się przeprojektowanie instalacji dystrybucji sprężonego powietrza, zastosowanie przewodów o większych średnicach lub inne rozwiązania optymalizacyjne eliminujące potrzebę kosztownych inwestycji. Ponadto, praktycznie w każdym przypadku możemy zaproponować rozwiązania pozwalające na oszczędzanie energii.

W przypadku TNO sytuacja była nieco bardziej złożona. Z jednej strony chciano poprawić jakość sprężonego powietrza, z drugiej zaś strony zaistniała potrzeba zwiększenia wydajności. Przeprowadzony audyt wstępny wykazał, że nie wszystkie punkty odbioru wymagają sprężonego powietrza o najwyższych parametrach jakościowych. Z tego powodu budowa zupełnie nowego systemu sprężonego powietrza, który miałby zapewnić wszystkim użytkownikom bardzo suche sprężone powietrze, byłaby niepotrzebnie kosztowna.

Grupa projektowa

Wnioski z audytu wstępnego oraz wymagania TNO wskazywały na konieczność przeprowadzenia istotnej modernizacji systemu sprężonego powietrza. Niezbędne było powołanie grupy roboczej składającej się z TNO, Festo i Royal HaskoningDHV. Ze strony TNO projekt prowadziła Annelies Hemmer, odpowiedzialna za budowę i modernizację laboratoriów TNO w Delft. „W tego typu projektach do zakresu moich obowiązków należy opracowanie planu projektu, powiązanych budżetów oraz ocena jego wykonalności. Współpraca z Festo i TNO okazała się w tym przypadku niezwykle cenna.

Dodaje: „W ramach tej współpracy Festo przedstawia propozycję techniczną dotyczącą modyfikacji i rozbudowy układu sprężonego powietrza. TNO musi ocenić, czy to rzeczywiście przyniesie oczekiwany rezultat, a ja na tej podstawie oceniam wykonalność finansową propozycji. Po osiągnięciu porozumienia Royal HaskoningDHV rozpoczyna realizację, podczas której, w porozumieniu z klientem, ustalamy podwykonawców i dostawców. Na przykład określone złączki oraz różnego rodzaju komponenty zostały dostarczone przez Festo, natomiast osuszacze powietrza pochodziły od wyspecjalizowanego dostawcy tego typu urządzeń".

Redundancja na poziomie sprężarek

Propozycja Festo opierała się na dwustopniowym systemie sprężonego powietrza. W ten sposób pierwszy system dostarcza sprężone powietrze o bardzo wysokiej jakości (suche), odpowiadającej klasie 2.1.1 zgodnie z normą ISO 85731:2010. Drugi system dostarcza sprężone powietrze o standardowej jakości (klasa 2.4.1 zgodnie z normą ISO 85731:2010) za pośrednictwem własnej, niezależnej linii dystrybucyjnej. Szczególnym rozwiązaniem jest zastosowanie tzw. „zaworu awaryjnego” (calamity valve), zainstalowanego pomiędzy obydwoma systemami, który w razie potrzeby umożliwia ich połączenie. Rozwiązanie to zapobiega niepowodzeniu testów lub konieczności ich czasowego wstrzymania w sytuacji wystąpienia ryzyka zbyt niskiego ciśnienia w systemie sprężonego powietrza (np. w wyniku jednoczesnego korzystania z systemu przez zbyt wielu użytkowników).

Wydajność systemu i jakość sprężonego powietrza

Aby osiągnąć zarówno wydajność, jak i jakość, do trzech istniejących sprężarek dodano jedną sprężarkę i nowy osuszacz. Koen Leeflang: "Jeśli chodzi o jakość, zastosowano nowy, specjalistyczny osuszacz adsorpcyjny, który pozwala osiągnąć punkty rosy poniżej -70 °C. Monitoring ciśnieniowego punktu rosy realizowany jest za pomocą dedykowanego czujnika na osuszaczu oraz dodatkowego, niezależnego czujnika zainstalowanego na wyjściowej linii sprężonego powietrza. W połączeniu z nową sprężarką rozwiązanie to zapewnia wyjątkowo suche sprężone powietrze, niezbędne do napełniania zbiorników próżniowych. Dla pozostałych punktów odbioru sprężonego powietrza, niewymagających najwyższej klasy jakości, dostępna jest czwarta sprężarka. Dzięki temu sprężarki pracują w układzie redundantnym, co pozwala TNO zapewnić swoim klientom maksymalną dostępność systemów.

Teun Brussee: „Dzięki takiemu rozwiązaniu mamy pewność, że sprężone powietrze odpowiedniej jakości będzie dostępne w odpowiednim miejscu i że nie będziemy niepotrzebnie zużywać energii na wytwarzanie sprężonego powietrza wysokiej jakości w miejscach, w których nie jest ono potrzebne. Dodatkowe ograniczenie zużycia energii jest możliwe poprzez obniżenie ciśnienia roboczego, które obecnie wynosi 9 -10 bar. Na przykład do 7,5 bara. Jeśli okaże się, że to również jest wystarczające, będzie można wykonać kolejny krok prowadzący do dalszych oszczędności energii."

Współpraca

Obecnie instalacja pracuje ku pełnemu zadowoleniu wszystkich odbiorców. W ten sposób wszystkie trzy strony z satysfakcją mogą spojrzeć wstecz na współpracę, która była czymś więcej niż tylko dobrą kooperacją. Teun Brussee: „Dzięki wiedzy Koena oraz jego niesłabnącemu zaangażowaniu udało nam się wypracować rozwiązanie, które odpowiada na wszystkie nasze potrzeby: dysponujemy większą wydajnością, wyższą niezawodnością oraz oczekiwaną jakością sprężonego powietrza. Wszystko przy efektywnym zużyciu energii. To zawsze cieszy, gdy współpraca między stronami przebiega w taki sposób.”