Подготовка сжатого воздуха

• Зачем подготавливать сжатый воздух
  • Возможные последствия
  • Загрязнение воздуха
• Вода в сжатом воздухе
  • Влажность
  • Точка росы
  • Абсолютная влажность гр/м3
  • Образование конденсата при сжатии
• Качество воздуха
• Способы осушения
  • Адсорбция
  • Вакуумная регенерация
• Рефрижерательные осушители
• Фильтрация сжатого воздуха
  • Терминология
  • Перепад давления
  • Предварительная фильтрация. Фильтры серии IR GP
  • Фильтры тонкой очистки
  • Угольные фильтры серии IR AC

Зачем подготавливать сжатый воздух

Как было описано ранее, сжатый воздух часто используют в промышленности. В зависимости от области применения может использоваться не подвергнутый обработке, безмасляный или стерильный сжатый воздух.

Атмосферный воздух содержит множество невидимых примесей. Они могут быть потенциально опасными для пневматической системы и воздухозаборника, а также могут повлиять на качество производимого продукта. Может возникнуть неисправность системы. В 1м3 атмосферного воздуха могут содержаться такие примеси, как:

• До 180 миллионов частиц грязи размером от 0,01 до 100 микрон
• 5-40 г/м3 воды в виде влажности в атмосфере
• 0,01–0,03 мг/м3 нефти в виде частиц минерального масла и несгоревших углеводородов
• Частицы металлов, таких как кадмий, свинец, ртуть, железо
• Частицы оксида серы

Воздушный компрессор всасывает атмосферный воздух и любые примеси в нем. При этом в компрессоре повышается концентрация примесей. Например, воздушный компрессор на 10 бар изб. (11 бар) повышает уровень концентрации в 11 раз. В дополнение к этому СОЖ компрессора с водяным охлаждением, проходит от компрессора к источнику сжатого воздуха.

Преимущества подготовки сжатого воздуха:

• Увеличить срок службы производственного оборудования.
• Улучшение и обеспечение стабильного качества продукции с уменьшением количества брака.
• В линиях сжатого воздуха не будет конденсата и, следовательно, образования ржавчины.
• Снижение затрат на обслуживание
• Снижение потерь давления из-за утечек
• Снижение неисправностей

Возможные последствия

Если примеси и вода останутся в сжатом воздухе, это может привести к возникновению неисправностей как в системе трубопроводов, так и в самом оборудовании. Качество производимой продукции может ухудшиться, а количество брака увеличиться. Это повлияет на производительность компании и отрицательно скажется на прибыли.

Наличие воды в сжатом воздухе может привести к таким последствиям, как:

• Повреждение пневматической системы. В трубопроводах образуется ржавчина, вызывающая утечку.
• Образование льда в пневматической системе. При низких температурах вода в сети может замерзнуть и привести к трещинам труб.
• Брак готовой продукции. Если воздух необходимо смешать с краской для нанесения покрытия или подвергнуть продукт осушению.

Наличие масла в сжатом воздухе может привести к таким последствиям, как:

• Брак продукции при транспортировке.
• В пищевой и фармацевтической промышленности сжатый воздух с содержанием масла может нанести вред здоровью.
• Масло может уменьшить внутренний диаметр трубопровода и со временем вызвать закупорку. Это увеличивает сопротивление потоку.

Твердые частицы могут:

• Привести к износу пневматических систем. Пыль и другие частицы могут быть абразивными. Частицы, которые объединяются со смазочным маслом, могут образовывать пасту и сокращать срок службы компонентов, расположенных ниже по потоку.
• Частицы могут нанести вред здоровью при подаче воздуха к кислородному оборудованию.

Загрязнение воздуха

В атмосфере, которой мы дышим, есть невидимые частицы.

Диаметр частиц в микронах

От 0.001 до 0.02 – газообразные молекулы

От 0.002 до 0.04 – вирусы

От 0.008 до 0.8 – табачный дым

От 0.02 до 1.0 – пары масла

От 1.0 до 80 – угольная пыль

От 1.0 до 100 – мелкое волокно

От 2 до 80 – цементная пыль

От 2 до 300 – человеческие волосы

От 8 до 60 – пары воды

От 8 до 100 – пыльца растений

От 80 до 2000 – песок

Частицы более 20 микрон определимы под микроскопом.

Частицы менее 20 микрон частично определимы под микроскопом.

Частицы размером более 100 микрон определяются невооруженным глазом.

Вода в сжатом воздухе

Количество водяного пара в воздухе зависит от времени суток и места. При любой температуре определенный объем воздуха может удерживать максимальное давление водяного пара.

Влажность

Влажность — это количество водяного пара, которое воздух может удерживать при данной температуре. Это не зависит от давления. Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности к максимальной.

Воздух из воздушного компрессора всегда на 100% насыщен, относительная влажность составляет 100%.

Точка росы

Есть два вида точек росы:

Атмосферная точка росы в °C

Это температура, при которой сжатый воздух может охлаждаться без образования конденсата при атмосферном давлении. Это значение не влияет на системы сжатого воздуха.

Точка росы под давлением в °C

Это температура, при которой сжатый воздух может охлаждаться без образования конденсата под давлением.

Абсолютная влажность гр/м3

В таблице ниже показано, как температура может влиять на влажность атмосферного воздуха. При температуре 3° C в 1 м3 атмосферного воздуха будет содержать 5,953 г / м3 воды. При температуре -40 ° это значение будет равно 0,117 г/м3.

Образование конденсата при сжатии

Откуда берется вода при сжатии? Воздух содержит воду в виде влаги. Воздух можно сжимать, а воду нельзя. Следовательно, во время процесса сжатия воздух сжимается, вода концентрируется и, в зависимости от температуры, могут образовываться осадки в виде конденсата. Атмосферный воздух выступает как губка. В расправленном состоянии он впитывает в себя определенное количество воды. Но при его сжатии часть воды может вытекать. Часть воды остается в губке независимо от того, насколько сильно вы отжимаете ее. Точно так же ведет себя и сжатый воздух.

Качество воздуха

Стандарт ISO 8573-1: 2001 был создан для того, чтобы упростить пользователям сжатого воздуха определение своих требований и выбор необходимых продуктов для подготовки воздуха.

DIN ISO8573-1: 2001 определяет классы качества сжатого воздуха в соответствии со следующими параметрами:

Размер и плотность частиц

Это размер и концентрация частиц в микронах, которые могут оставаться в системе подачи сжатого воздуха. С помощью этого показателя вы сможете определить допустимый уровень твердых частиц в системе клиента.

Точка росы под давлением

Это температура, при которой сжатый воздух может охлаждаться без образования конденсата, измеряется в ° C. С помощью этого показателя вы сможете определить допустимый уровень паров влаги в системе клиента.

Содержание масла

Остаточное количество твердых частиц и углеводородов в сжатом воздухе, измеренное в мг/м3. С помощью этого показателя вы сможете определить допустимый уровень масла, включая пар, в системе клиента.

 

В таблице указаны шесть основных классов качества воздуха, с которыми мы работаем сегодня. Стандарт ISO был пересмотрен в 2001 году, и теперь твердые частицы включают некоторое количество частиц заданного размера.

Способы осушения

Ниже приводится краткое описание различных методов осушения сжатого воздуха в зависимости от их принципа действия. Различают такие способы, как:

• Конденсация, то есть отделение воды ниже точки росы. (Рефрижерательный осушитель)
• Адсорбция, то есть сушка путем удаления влаги, как губка. (Десикант)
• Осушение путем движения частиц. (Мембранный осушитель)

Адсорбция

Адсорбционное осушение сжатого воздуха. Насыщенный влагой воздух связывается поглощающим материалом за счет адгезии. Влага остается на внутренней и внешней поверхности адсорбционного материала. Материал имеет открытую пористую структуру. Наиболее распространенные материалы показаны в таблице ниже. Адсорбционный осушитель может состоять из смеси этих материалов.

Адсорбционные материалы

• Силикагель (SiO2) сырой
• Силикагель (SiO2) сферический
• Активированный оксид алюминия (Al2O2)
• Молекулярные сита (Na, AlO2, SiO2)

 

Свойства адсорбционного материала меняются в зависимости от давления и температуры осушаемого газа.

Доступны различные типы влагопоглощающих материалов, которые используются по отдельности или в комбинации в зависимости от области применения.

Принцип действия

Влажный сжатый воздух поступает в адсорбционный сосуд. Осушители с горячей регенерацией спроектированы для непрерывного отвода водяного пара путем сжатия. Для этого предназначены две колонны, функционирующие одновременно. Адсорбция происходит под давлением в первой колонне, в то время пока в другой колонне насыщенный влагой адсорбент регенерируется при помощи части уже высушенного сжатого воздуха при давлении окружающей среды.

Следующие процессы могут достичь процесса регенерации:

• Регенерация продувкой (без нагрева)
• Внутренняя горячая регенерация
• Внешняя горячая регенерация вакуумом или воздуходувкой

На процесс адсорбции влияют несколько негативных факторов:

Производительность — поток через осушитель выше, чем у осушителя.

Рабочее давление — Давление в осушителе слишком низкое, а пропускная способность воздуха слишком высока.

Температура на входе — температура на входе осушителя слишком высока.

Холодная регенерация – Адсорбционное осушение без нагревания

Цикл холодной регенерации обычно имеет фиксированное время 5-минутного цикла. Это означает, что в течение 5 минут будет происходить адсорбция под давлением в одной колонне, а в другой колонне будет происходить регенерация при помощи части уже высушенного сжатого воздуха. Частичный поток сжатого воздуха снижается до давления чуть более 1 бара и, таким образом, становится сухим.

Осушитель поглощает влагу, связанную с осушающим материалом, и вытесняет воду из воздуха. Затем воздух выходит через выпускной клапан.

Адсорбционный осушитель с холодной регенерацией:

• Имеет простую конструкцию
• Может использоваться при высоких температурах окружающей среды, при условии увеличения давления
• Для регенерации не требуется внешнего источника энергии
• Работа может быть дорогостоящей из-за потребности в продувочном воздухе. Сжатый воздух, используемый для регенерации, больше использовать нельзя.
• Количества воздуха для продувки будет уменьшаться по мере увеличения конечного давления сжатия. Это следует учитывать при низкой скорости продувки. Соотношение продувочного воздуха указано в таблице ниже. Продувка также является соотношением мощности осушителя, а не потока, который должен проходить через осушитель.
• Предварительная фильтрация необходима для обеспечения достаточного срока службы адсорбирующего материала. Это удалит масло, капли воды и частицы перед попаданием в осушитель.
• Последующая фильтрация необходима для удаления пыли из адсорбционного материала. В противном случае пыль может перейти в магистральный трубопровод и сократить срок службы компонентов.
• При использовании EMS, время цикла может быть увеличено. Определяя степень сухости сжатого воздуха, выходящего из осушителя, в соответствии с желаемой точкой росы, EMS (система управления энергопотреблением) увеличивает время цикла, если точка росы сохраняется.

Вакуумная регенерация

Для этого вида регенерации используется адсорбционный осушитель с горячей вакуумной регенерацией. Процесс регенерации занимает 6 часов (с EMS может быть больше, чтобы нагреватель не использовался слишком часто). Влага, содержащаяся в сжатом воздухе, оседает на внутренней и внешней поверхностях адсорбирующего материала. Для процесса регенерации необходимо подавать тепло извне. Если температура подачи воздуха превышает температуру регенерации адсобирующего материала, вода испаряется с поверхности материала. На осушителях с внешним обогревом для удаления влаги будет использоваться небольшое количество сжатого воздуха (номинально 2,2%).

Это не относится к вакуумной регенеративной сушилке. Атмосферный воздух всасывается в регенерационный адсорбер частичным вакуумом. Таким образом достигается самый высокий выход тепла при минимальной энергии. Однако вода испаряется при более низком давлении под вакуумом.

Вакуумные осушители чрезвычайно экономичны в использовании, особенно при больших объемных расходах, превышающих 7 м3 / мин. Однако необходимо учитывать стоимость электроэнергии.

• Сжатый воздух не забирается из системы для проведения регенерации. Это означает, что весь производимый воздух доступен для производственного процесса. Это поможет избежать увеличения размера компрессора.
• Увеличение времени использования осушителя по сравнению с адсорбционными осушителями с внутренним подогревом.
• Экономия энергии за счет более низкой температуры регенерации по сравнению с осушителем с внешним обогревом или регенерацией продувкой.
• Как и в случае адсорбционного осушителя без нагрева, необходима соответствующая предварительная фильтрация, чтобы удалить масло, примеси и твердые частицы перед попаданием воздуха в слой адсорбента.
• Необходимо дополнительно установить фильтр для пыли.
• EMS позволяет продлить цикл работы. Это необходимо если применяется неполная нагрузка осушителя. Если цикл адсорбции все еще поддерживает желаемую точку росы, нет необходимости менять цикл.
• Единственным недостатком является то, что окружающий воздух должен быть высокого качества, чтобы влагопоглотитель не загрязнялся, так как его замена может стоить дорого.

Рефрижерательные осушители

Как известно, при понижении температуры воздух теряет способность удерживать воду. Таким образом, если мы хотим снизить содержание влаги, сжатый воздух можно охладить с помощью рефрижераторного осушителя. В процессе осушения воздух охлаждается в теплообменнике. Влага, находящаяся в сжатом воздухе, сначала конденсируется, а затем удаляется. Количество конденсируемой влаги заметно увеличивается от возрастания разницы между температурой сжатого воздуха на выходе и на входе.

Около 90% всех систем осушения воздуха используют рефрижераторные осушители. Осушители этого типа позволяют минимизировать потери сжатого воздуха. Падение давления в осушителях может различаться в зависимости от модели. Опция выключения холодильного компрессора при отсутствии нагрузки включена в систему как стандартная и позволяет эффективно экономить энергию.

Ниже представлена ​​типовая схема осушителя воздуха серии Ingersoll Rand TS.

Система охлаждения работает по принципу, что, если какая-либо жидкость находится под давлением, ее точка кипения повышается, и, наоборот, если давление понижается, ее точка кипения понижается. Мы знаем, что при атмосферном давлении 1 бар вода закипает при температуре 100 ° C. Если давление затем повышается до 1,38 бар, точка кипения повышается приблизительно до 110 ° C. Если давление понижается до 0,7 бар, точка кипения понижается до прибл. 90 ° С.

Этот принцип применим для всех жидкостей, и давление жидкости, используемое в холодильной системе, постоянно изменяется за счет действия компрессора холодильной установки, чтобы изменить ее точку кипения. Низкая температура, при которой кипит хладагент, позволяет обеспечивать охлаждение. Таким образом, просто уменьшая давление, то есть всасывающий эффект компрессора в сочетании с капиллярной трубкой, температура кипения жидкости в испарителе понижается, и когда жидкость испаряется, тепло отводится внутрь. При сжимании пара низкого давления, его точка кипения повышается, что при охлаждении ниже его точки кипения и при этом более высоком давлении вызовет конденсацию, таким образом, образуя жидкость под высоким давлением.

Фильтрация сжатого воздуха

Терминология

На рисунке изображен фильтр Ingersoll Rand filter. Воздух проходит по фильтру изнутри наружу.

Фильтры общего назначения позволяют отфильтровать:

• Жидкость в виде капель
• Твердые частицы
• Пыль, пыльца, бактерии и т.д.

Специальные абсорбционные фильтры удаляют:

• Особые пары
• Запахи

Перепад давления

Перепад давления — это разница давлений воздуха до и после фильтра. Перепад давления со временем будет расти по мере того, как частицы грязи или пыли скапливаются в фильтрующем элементе.

Дельта P с чистым и новым фильтром составляет от 0,07 бар в сухом состоянии до 0,14 бар во влажном состоянии в зависимости от типа фильтра. Экономически приемлемый предел перепада давления составляет около 0,35 бар изб. Однако следует рассчитать стоимость перепада давления по сравнению со стоимостью заменяемого элемента. На каждые 0,5 бар изб. потребляемая мощность в кВт увеличится приблизительно на 3,6%. Для компрессора мощностью 75 кВт это потребует следующих затрат:

5 кВт x 1,1 / 0,94 x 1,036 x 6000 часов x 0,06 евро / кВт / час = 32 733 евро

75 кВт x 1,1 / 0,94 x 6000 часов x 0,06 евро /

кВт / час = 31 595 евро

Стоимость увеличения перепада давления 1138 евро.

Предварительная фильтрация. Фильтры серии IR GP

Предназначение фильтра предварительной очистки — удаление твердых частиц размером до 1 микрон. Сюда входят коалесцированные жидкая вода и масло, обеспечивающие максимальное содержание остатков частиц масла 0,6 мг / м3 (<0,5 частей на миллион) при 21 ° C. Эти фильтры снимают часть нагрузки с фильтров тонкой очистки и осушителей. В зависимости от области применения эти фильтры часто используются отдельно.

Предварительные фильтры работают по принципу столкновения. Размер ячеек сетки внутри элемента зависит от размера удаляемых частиц. Загрязнения остаются на внутренней поверхности фильтрующих элементов. Поэтому при увеличении перепада давления элементы необходимо заменять, а не очищать.

Удаление частиц

Волокна фильтрующего материала задерживают частицы.

Дополнительные фильтрующие элементы задерживают частицы разного размера.

Сливание

На волокне фильтра задерживаются мельчайшие частицы жидкости. Они собираются вместе, образуя крупные капли, а затем капают на дно фильтра и сливаются.

Фильтры тонкой очистки

Когда требуется сжатый воздух высокого качества, используются фильтры тонкой очистки. С помощью них можно удалить частицы размером до 0,01 микрона, включая воду и масляные частицы и обеспечить минимальное остаточное содержание масляных частиц 0,01 мг / м3 (<0,01 ч/млн) при температуре до 21 ° C. (Используйте фильтр серии Grade GP).

Воздух проходит через основной элемент изнутри наружу. Жидкая среда из капель масла и воды оседает на волокнистой поверхности при прохождении через фильтр. Поток воздуха перемещает конденсат и образующиеся капли дальше через фильтр к внешней стороне элемента. По законам гравитации конденсат образуется в нижней части корпуса фильтра. Затем открывается слив, в который сливается конденсат. Срок службы фильтра увеличивается, поскольку отфильтрованный конденсат больше не будет скапливаться в фильтре.

Материал, из которого изготовлены эти фильтры, отталкивает воду и масло.

• Предусмотрен отвод жидкости
• Большая полезная площадь поверхности
• Увеличение расхода воздуха

• Сверхнизкое сопротивление потоку
• лучший показатель перепада давления

Элемент справа не относится к категории фильтров IR. Вы можете видеть, что жидкость впиталась под капиллярным воздействием. А в элементе слева — нет.

Боросиликатное волокно в виде слоев стекловолокна является наиболее распространенным материалом в фильтрах тонкой очистки. Также используются металлические и синтетические волокна.

Углеводороды в сжатом воздухе находятся в двух состояниях:

1. В газообразной форме в виде паров масла
2. В жидкой форме в виде капель.

Фильтры тонкой очистки удаляют до 100% капель масла. Пары масла не могут быть отфильтрованы.

Эффективность фильтра падает при повышении рабочей температуры. Некоторые капли масла испаряются и проходят через фильтр. При повышении температуры с + 21 ° C до + 31 ° C количество масла, проходящего через фильтр, увеличивается в 5 раз.

Можно ли получить чистый воздух без примесей масла из маслозаполненного компрессора со встроенными фильтрами?

Высокая температура в компрессорной станции. Фильтры предназначены для удаления уноса масла при температуре на входе около 21 ° C. Таким образом, температура окружающей среды в компрессорной станции должна быть около 10–12 ° C, чтобы подавать воздух с такой температурой. Однако при обычных условиях эксплуатации температура в компрессорной станции выше и достигает 20 ° C, а температура на выходе — более 30 ° C.

Больше тепла вызывает больше уноса. При повышении температуры воздуха унос масла увеличивается, поэтому количество масла, поступающего в воздушную сеть, превышает возможности фильтра, и возникает загрязнение подаваемого воздуха. Если необходим 100% безмасляный воздух, необходимо использовать только безмасляные компрессоры (Sierra, Centac или Nirvana Oil Free).

Установка дополнительных фильтров бесполезна. Даже использование нескольких фильтров не может гарантировать 100% чистоту воздуха. Некоторые производители утверждают, что трехступенчатая система фильтрации, где на последней ступени установлен угольный фильтр, устранит содержание масла (если не рассматривать возможность установки безмасляных компрессоров). Такое решение эффективно только при температуре до 21 ° C. Не забывайте, что чем больше фильтров, тем больше будет падение давления, так как возрастет потребляемая мощность в кВт.

Стоит ли рисковать? Для фармацевтической, пищевой, электронной, автомобильной, текстильной, химической и медицинской промышленности почти всегда требуется чистая, сухая и полностью безмасляная система сжатого воздуха.

Масло, которое уносится в виде пара, будет конденсироваться при расширении и охлаждении воздуха.

В фильтрующих элементах Ingersoll Rand используется запатентованная крышка с криволинейным отводом.

Это снижает падение давления на фильтре. Формованное уплотнение способствует выравниванию давлений.

Угольные фильтры серии IR AC

 

После прохождения предварительной и тонкой фильтрации безмасляный воздух может быть получен за счет использования угольного фильтра (Однако воздух не может быть 100% без масла, как указано выше). До этого фильтра сжатый воздух все еще мог содержать углеводороды и запахи. В некоторых областях применения сжатого воздуха наличие таких остатков могут привести к сбоям в производстве, ухудшению качества и появлению неприятных запахов. Угольный фильтр позволяет очистить воздух от паров масла и запаха углеводородов с максимальным содержанием остатков масла <0,003 мг / м3 (<0,003 ч/млн) (без метана) при температуре до 21 ° C (Используйте фильтр серии AC с фильтром серии Grade HE).

Эти фильтры поглощают пар своей структурой (не используются с жидкостью).Углеродная структура со временем становится «наполненной». Пар может проходить в обход, поэтому фильтр не вызывает чрезмерного падения давления.

Угольный фильтр всегда должен быть установлен перед фильтром тонкой очистки и осушителем. Нефильтрованный компрессорный воздух может разрушить абсорбирующий материал и снизить эффект фильтрации. После истечения срока службы абсорбирующего материала его необходимо утилизировать, так как его нельзя использовать повторно. Обычно срок службы угольного фильтра составляет 1000 часов. Фильтры серии AC не оборудованы индикаторами перепада давления и подлежат замене по истечению срока эксплуатации.