常見(jiàn)問(wèn)題解答
周圍的空氣都是含有水分的。壓縮過(guò)程將水的體積變小,所以相對(duì)濕度增加。因此,空氣中的水蒸氣濃縮成為小水滴。同時(shí),水的存在可能影響潤(rùn)滑油以及其他部件,如軸承、齒輪。冷凝水和潤(rùn)滑油混合將減小油膜厚度,從而導(dǎo)致機(jī)械故障。其中一個(gè)例子是軸承損傷:即使?jié)櫥蛢?nèi)含有很小的濃度如0.02%的水分能使這個(gè)軸承壽命縮短一半。
很明顯,自由水分子在壓縮空氣中可以導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間和維修管道所產(chǎn)生的費(fèi)用。
導(dǎo)致不良產(chǎn)品,例如:產(chǎn)品上出現(xiàn)腐蝕顆粒、設(shè)備故障,導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢、易潮濕產(chǎn)品報(bào)廢,如水泥。
簡(jiǎn)而言之,我們有充足的理由說(shuō)明為什么要去除水分以確保要使用的空氣得到充分干燥
壓縮空氣主要是通過(guò)空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮后取得,在氣源系統(tǒng)中從空氣壓縮機(jī)直接排出的空氣中含有很多雜質(zhì),其中主要由水、油及顆粒雜質(zhì)所構(gòu)成,如果不對(duì)其進(jìn)行處理而直接使用,空氣中的雜質(zhì)會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的元件造成很大的危害,使設(shè)備的維護(hù)成本上升,使用壽命縮短,嚴(yán)重時(shí)污染產(chǎn)品,造成產(chǎn)品的報(bào)廢。
在氣源質(zhì)量中水的含量采用露點(diǎn)來(lái)衡量,油根據(jù)凈化后油的含量大小衡量的,雜質(zhì)凈化后主要根據(jù)粒徑的大小衡量的。
其質(zhì)量等級(jí)可參考ISO8573-1:2010,詳見(jiàn)下表
減少壓縮空氣的相對(duì)濕度的方法過(guò)壓縮、冷凍式干燥機(jī)、后冷卻器、吸收式干燥機(jī)、吸附式干燥機(jī)
減少相對(duì)濕度方法 | 原理 | 能源效率 | 實(shí)際應(yīng)用 |
過(guò)壓縮 | 空氣壓縮至一個(gè)比所需壓力高的壓力,水蒸氣密度升高,空氣冷卻,水分開(kāi)始凝結(jié),空氣膨脹到工作壓力,達(dá)到了較低的PDP。 | 能耗高,效率低 | 理論上可行的,但它卻永遠(yuǎn)不會(huì)被使用 |
冷凍式干燥機(jī) | 壓縮空氣被冷卻,導(dǎo)致相對(duì)濕度增大。大部分空氣中的水份凝聚,然后被收集起來(lái)并排出。 制冷壓縮機(jī)壓縮氣態(tài)制冷劑,從而提高它的壓力和溫度。 制冷劑通過(guò)水冷或者強(qiáng)制通風(fēng)的熱交換器。溫度下降,冷凝成為液體。 |
用于露點(diǎn)在+2℃至+10℃之間且有下限的壓縮氣體(此下限是冷凝水的冰點(diǎn)) | |
后冷卻器 | 壓縮空氣通過(guò)一個(gè)熱交換器,將它的一部分熱量傳遞給冷卻介質(zhì)。 在這一過(guò)程中,空氣溫度降低、相對(duì)濕度增大…導(dǎo)致冷凝。所形成的水被收集起來(lái)并排除。 |
后冷卻器一般采用水或空氣作為冷卻介質(zhì)。 | 可達(dá)到的壓力露點(diǎn)受限于冷卻介質(zhì)的溫度。 |
吸收式干燥機(jī) | 壓縮空氣通過(guò)吸收劑(通常是氯化鈉和硫酸),吸收劑與水分子以化學(xué)的方式結(jié)合,然后從氣流中析出。 | 吸水材料費(fèi)用昂貴,不能再生,必須考慮腐蝕性 | 吸收性能有限,只能將露點(diǎn)降至-15°C,該方法已經(jīng)不再使用 |
吸附式干燥機(jī) | 吸附式干燥機(jī)是通過(guò)"壓力變化"(變壓吸附原理)來(lái)達(dá)到干燥效果。 | 常用的干燥劑包括:硅膠、活性氧化鋁和分子篩 | 可以達(dá)到的壓力露點(diǎn)一般是-40℃,這種干燥機(jī)能為更嚴(yán)格的應(yīng)用提供足夠干燥的空氣 |
吸附式干燥機(jī)的類型由干燥劑再生方式?jīng)Q定。
類型 | 干燥劑再生方式 | 消耗氣量 | |
吸附式干燥機(jī) | 變壓吸附再生干燥機(jī)(也叫無(wú)熱再生吸附式干燥機(jī)) | 變壓吸附,耗氣再生 | 工作壓力為7bar時(shí)干燥機(jī)消耗15-20%的額定氣量 |
加熱再生吸附式干燥機(jī) | 利用電加熱器加熱膨脹的壓縮空氣 | 把所需的耗氣限制到8%。這種干燥機(jī)比無(wú)熱再生干燥機(jī)節(jié)省25%的能量。 | |
零氣耗吸附式干燥機(jī) | 鼓風(fēng)熱再生吸附式干燥機(jī) | 周圍的空氣吹過(guò)電加熱器并與濕吸附劑接觸 | 不使用壓縮空氣來(lái)再生吸附劑,因此能耗要比無(wú)熱再生干燥機(jī)節(jié)能40%以上。 |
壓縮熱再生吸附式干燥機(jī) | 通過(guò)使用壓縮熱再生的。再生的熱量沒(méi)有在后冷卻器中被排除,而是用于再生吸附劑。 | 在沒(méi)有任何能量投入的情況下可以提供-20℃的壓力露點(diǎn) |
硅膠:硅膠在氣體含濕量大時(shí),吸附容量也大,仍廣泛應(yīng)用于氣體的吸附干燥,但氣體含濕量低,相對(duì)濕度小時(shí),吸附容量大大減低,而且遇水崩裂,經(jīng)硅膠干燥后,露點(diǎn)比活性氧化鋁高12℃左右(常壓露點(diǎn)),因此一般不單獨(dú)用它作為壓縮空氣的干燥劑。
活性氧化鋁:活性氧化鋁的機(jī)械性能和耐熱性較好,浸入水中不軟不脹、不裂、價(jià)格適中,經(jīng)它干燥后的壓力露點(diǎn)≤-40℃,達(dá)到ISO8573-1規(guī)范二級(jí)含水量的標(biāo)準(zhǔn),可滿足絕大多數(shù)工業(yè)的要求,因此壓縮空氣干燥器基本上都是用活性氧化鋁。
分子篩:它是由硅(鋁)網(wǎng)面積(SiO4ALO4)組成的籠形孔洞骨架的晶體,它的微孔經(jīng)分布單一均勻,可依據(jù)氣體分子的大小形狀來(lái)篩分分子,分子直徑較小的可進(jìn)入微孔,分子直徑較大的則不能進(jìn)入微孔,經(jīng)分子篩處理后的壓縮空氣,壓力露點(diǎn)≤-50℃,低可達(dá)-70℃,但由于分子篩價(jià)格較貴,除將特殊情況外,一般不單獨(dú)用分子篩作為壓縮空氣的干燥劑。
在一定的溫度和壓力下,水蒸汽與多孔的吸附劑(干燥劑)充分接觸后,由于固體表面力的作用。水蒸汽被吸附在干燥劑的表面上,在吸附的同時(shí),被吸附的水分子由于本身的熱運(yùn)動(dòng)和周圍水分子的碰撞,有一部分又離開(kāi)干燥劑表面而返回氣體中去,當(dāng)干燥劑表面吸附水分子的數(shù)量到達(dá)一定程度時(shí),干燥劑喪失吸附能力,此時(shí)被吸附的水量而離開(kāi)干燥劑表面的水量相等,即達(dá)到吸附平衡,這時(shí)從宏觀看吸附作用已不存在了,但從微觀看,吸附仍在進(jìn)行,即吸附處于動(dòng)態(tài)平衡。
任何干燥劑的吸附容量都是有一定限度的,如前所述當(dāng)吸水量達(dá)到動(dòng)吸附容量時(shí)需停止吸附,否則露點(diǎn)上升,此時(shí)干燥劑需進(jìn)行解吸,即將干燥劑中吸附的水份解吸出來(lái),這是通常所說(shuō)的干燥劑的“再生”解吸。
再生后的干燥劑又可進(jìn)行吸附工作,因此實(shí)際的吸附過(guò)程是吸附——再生——再吸附——再再生,循環(huán)往復(fù)的過(guò)程,為了實(shí)現(xiàn)循環(huán)過(guò)程,干燥器一般都是雙塔結(jié)構(gòu),一個(gè)塔吸附,另一個(gè)塔再生。
干燥劑的吸附容量經(jīng)多次的反復(fù)加熱再生后將會(huì)減少,其原因?yàn)椋?br/>
(1)吸附劑表面被聚合物、化合物等所覆蓋;
(2)因?yàn)榘肴畚锸垢稍飫┑牟糠旨?xì)孔消失;
(3)由于化學(xué)反應(yīng)使細(xì)孔的結(jié)晶受到破壞。
分子篩的老化現(xiàn)象較重,此外未被過(guò)濾的壓縮空氣,衰化現(xiàn)象也較重,因此對(duì)含油的壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)處理后才能進(jìn)入干燥塔。
變壓吸附法即PSA法(Pressure Swing Adsorption)廣泛應(yīng)用于氣體的分離,在氣體的干燥方法中,把在較高壓力下吸附,減壓下解吸的方法也稱變壓吸附法,解吸一般在大氣壓下進(jìn)行,有的用抽真減壓,單純的將塔內(nèi)高壓下吸附了水的干燥劑,降到大氣壓是幾乎不起解吸作用的,在降壓后必須通入相對(duì)濕度較低的再生氣,使再生氣的水蒸汽壓的分壓小于干燥劑表面的平衡水蒸汽壓時(shí),解吸才能徹底,因此變壓吸附法是利用減壓解吸時(shí),水蒸汽分壓下降,而吸附容量減少的原理。
變溫吸附法即TSA法(Temperature Swing Adsorpeion)是指在較低溫度下吸附,在較高溫度下解吸的操作方法,它是利用吸附容量隨著溫度升高而減少的原理,與變壓吸附法一樣,單純的將塔內(nèi)的干燥劑加熱是不太起解吸作用的。在再生時(shí),通入再生氣使再生氣溫度升高,相對(duì)濕度減少,使再生氣的水蒸汽的分壓小于干燥劑表面的平衡水蒸汽壓(溫度升高時(shí),平衡水蒸汽壓增大)。
變溫吸附的實(shí)質(zhì)是在再生時(shí),提高干燥劑的溫度增加干燥劑表面的平衡水蒸汽壓,而變壓吸附是在再生時(shí)降低壓力減少再生氣的水蒸汽分壓,其目的都是使再生氣的水蒸汽分壓小于干燥劑表面平衡水蒸汽壓,而二個(gè)壓力之差是解吸的動(dòng)力,差值越大,解吸過(guò)程越強(qiáng),無(wú)差值時(shí)解吸也停止了。
空氣的干燥過(guò)程是由吸附和再生二個(gè)過(guò)程組成的,如果再生效果不好,再生后干燥劑中還有較大的殘余水份,那么,吸附后氣體的含水量將會(huì)升高,因此在兩個(gè)過(guò)程中,我們更要注意再生過(guò)程。
干燥劑的再生原理有如下幾種:
(1)加熱法:將干燥劑加熱、提高溫度,以減少它的吸附容量即減少干燥劑的殘余水量。
(2)減壓法:即前面所述的變壓吸附法,它是從干燥后的壓縮空氣中引出一小部分,減壓后作為再生氣,按氣休的狀態(tài)方程,壓力減少的倍數(shù)等于體積增加的倍數(shù),即減壓后體積增加了,能吸收更多的水份。
(3)加熱和減壓的聯(lián)合作用。
微熱再生式干燥機(jī)是采用了加熱和減壓兩種方式對(duì)再生塔進(jìn)行的再生。
吸附式干燥機(jī)的一般工作原理很簡(jiǎn)單:潮濕空氣流過(guò)吸濕材料(通常是硅膠、分子篩、活性氧化鋁),在這里被干燥。水蒸氣從潮濕的壓縮空氣轉(zhuǎn)移到吸濕性材料或”吸附劑“里,這個(gè)過(guò)程使吸附劑吸附水逐步變飽和,所以吸附劑必須定期再生恢復(fù)其干燥能力。
干燥劑再生有4種不同的方法,所采用的方法決定了吸附式干燥機(jī)的類型。
1.變壓吸附再生干燥機(jī)(也叫無(wú)熱再生吸附式干燥機(jī)):該干燥設(shè)備適合較小的空氣流量。再生過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要膨脹的壓縮空氣的幫助,工作壓力為7bar時(shí)干燥機(jī)消耗15-20%的額定氣量。
2.加熱再生吸附式干燥機(jī):該干燥機(jī)利用電加熱器加熱膨脹的壓縮空氣,因此把所需的耗氣限制到8%。這種干燥機(jī)比無(wú)熱再生干燥機(jī)節(jié)省25%的能量。
3.鼓風(fēng)機(jī)再生吸附式干燥機(jī):周圍的空氣吹過(guò)電加熱器并與濕吸附劑接觸,使吸附劑再生。這種類型的干燥機(jī),不使用壓縮空氣來(lái)再生吸附劑,因此能耗要比無(wú)熱再生干燥機(jī)節(jié)能40%以上。
4.壓縮熱再生吸附式干燥機(jī): 壓縮熱再生干燥機(jī)中的吸附劑是通過(guò)使用壓縮熱再生的。再生的熱量沒(méi)有在后冷卻器中被排除,而是用于再生吸附劑。這種類型的干燥機(jī)在沒(méi)有任何能量投入的情況下可以提供-20℃的壓力露點(diǎn)。較低的壓力露點(diǎn)也可以通過(guò)增加額外的加熱器而得到。
因此,鼓風(fēng)機(jī)再生吸附式干燥機(jī)和壓縮熱再生吸附式干燥機(jī),也被稱為零氣耗吸附式干燥機(jī)。因?yàn)榕c傳統(tǒng)的吸附式干燥機(jī)相比,這兩種類型的干燥機(jī),不使用壓縮空氣來(lái)再生吸附劑,能耗要比無(wú)熱微熱再生干燥機(jī)更節(jié)能。
露點(diǎn)溫度:在一定壓力下,濕空氣冷卻至飽和時(shí)的溫度稱露點(diǎn)(即開(kāi)始結(jié)露時(shí)的溫度)
常壓露點(diǎn):測(cè)試露點(diǎn)時(shí),一般將壓縮空氣的壓力降到大氣壓下進(jìn)行,在常壓下的飽和(結(jié)露)溫度稱常壓露點(diǎn)
壓力露點(diǎn)(PDP):是用來(lái)描述壓縮空氣中的水含量。他是指在目前的工作壓力下水蒸氣開(kāi)始凝結(jié)成水時(shí)的溫度。
例如:7bar、+2℃時(shí)的壓力露點(diǎn)與-23℃的常壓露點(diǎn)是相等的。
吸附式干燥機(jī)的易損件有吸附劑、閥門和消音器。
作為干燥器的工業(yè)主體,吸附劑在大部分的時(shí)間里承受著壓力、水汽和熱量的頻繁沖擊,容易受機(jī)械性破碎和受介質(zhì)污損,使吸附劑性能劣化。自從活性氧化鋁取代硅膠成為主選吸附劑后,各種性能都大為提高,尤其抗壓強(qiáng)度和抗液態(tài)水浸泡性能方面達(dá)到了很高的水準(zhǔn),只要不出現(xiàn)"再生能耗不足"等操作因素,經(jīng)活性氧化鋁處理后,壓縮空氣露點(diǎn)穩(wěn)定達(dá)到-40℃在技術(shù)上,且壽命可達(dá)2-3年以上。
控制閥是吸附干燥機(jī)中比較容易損壞的零部件。頻繁的切換和長(zhǎng)期遭受水分及吸附劑脫落物的混合侵襲是閥門損露壞的重要原因。
消音器是較容易出現(xiàn)故障的部件,其主要表現(xiàn)形式是消聲排氣通道堵塞。一旦消音器出故障(堵塞),給整機(jī)帶來(lái)的損傷是致命的,將導(dǎo)致吸附劑再生性能下降,過(guò)早老化。因此消音器是吸附干燥機(jī)日常維護(hù)的重點(diǎn)。
進(jìn)塔空氣含油量應(yīng)控制在0.01PPM以下,鑒于某些無(wú)油空壓機(jī)還不能做到真正無(wú)油,為防止微量油分在吸附床中累積(這種累積是很快的),干燥器進(jìn)氣口裝設(shè)除油過(guò)濾器是必要的。
吸附式干燥機(jī)應(yīng)在額定溫度壓力條件下使用,當(dāng)進(jìn)氣溫度高于或進(jìn)氣壓力低于額定值時(shí),應(yīng)進(jìn)行容量修正。
吸附式干燥機(jī)與活塞式空壓機(jī)連用時(shí),應(yīng)前設(shè)穩(wěn)壓儲(chǔ)氣罐,以消除脈動(dòng)氣流對(duì)吸附劑高速?zèng)_擊;
當(dāng)有冷凍式干燥機(jī)前置時(shí),吸附式干燥機(jī)與冷凍式干燥機(jī)的連接,只要場(chǎng)地許可,應(yīng)盡量分體安裝,以減少空氣壓降,改善冷凍式干燥機(jī)通風(fēng)條件及便于日常的維護(hù)檢修; 供氣量充分時(shí),可將無(wú)熱再生干燥機(jī)列入,它的露點(diǎn)更低,更穩(wěn)。