Что лучше адсорбционный осушитель или рефрижераторный

Обновлено: 02.05.2024

Во всех областях промышленности, практически на любом предприятии применяется сжатый воздух. Для получения сжатого воздуха используется компрессор, который сжимает атмосферный воздух. Как известно, воздух, используемый компрессором, имеет влажность от 30 до 90%. При сжатии его выделяется избыточная влага. Попадание такого количества влаги в оборудование может привести к коррозии отдельных частей установки и поломке работающей системы в целом, что приводит к вынужденному простою предприятия и расходу немалых сумм на ремонт испорченного оборудования. Поэтому очень важным этапом при работе с пневматическим оборудованием является подготовка сжатого воздуха, т.е. его осушка.

Для каждой области промышленности количественное описание допустимого содержания влаги в сжатом воздухе определяет всемирно принятый стандарт DIN ISO 8573-1. Исходя из данных, указанных в ISO, можно сказать, что осушение сжатого воздуха до 4-го класса (точка росы +30°С) гарантирует отсутствие конденсата в воздушной системе до того момента, пока сжатый воздух не охладится до +30°С. Во всех областях промышленности, практически на любом предприятии применяется сжатый воздух. Для получения сжатого воздуха используется компрессор, который сжимает атмосферный воздух. Как известно, воздух, используемый компрессором, имеет влажность от 30 до 90%. При сжатии его выделяется избыточная влага. Попадание такого количества влаги в оборудование может привести к коррозии отдельных частей установки и поломке работающей системы в целом, что приводит к вынужденному простою предприятия и расходу немалых сумм на ремонт испорченного оборудования. Поэтому очень важным этапом при работе с пневматическим оборудованием является подготовка сжатого воздуха, т.е. его осушка. (См.табл. 1)

Табл.1 Классы чистоты по DIN ISO 8573 1: 2001

Содержание твердых примесей, шт/м³, не более

Тоска росы
под давлением,
°C, не выше

Содержание
масла, мг/м³,
не более

Класс 0 зарезервирован под более высокие требования, оговаривается специально

Существует несколько типов осушителей сжатого воздуха. По принципу работы они делятся на два основных вида: рефрижераторные и адсорбционные. Принцип работы осушителей рефрижераторного типа такой же, как в обычном холодильнике или кондиционере. В них используется в качестве хладагента фреон. Содержащаяся в сжатом воздухе влага конденсируется и удаляется. Наиболее распространенная точка росы в таком осушителе +3°С.

Главный недостаток такого осушителя - это ограниченная возможность снижения температуры точки росы.

Для надежной защиты пневматической системы предприятий необходимо применять адсорбционные осушители, которые позволяют получить точку росы сжатого воздуха -20, -40, -70°С и ниже.

Принцип действия адсорбционного осушителя представлен на рисунке.

Осушитель состоит из двух адсорберов (башен), заполненных адсорбентом и закрепленных на станине. Сжатый воздух загрязнен твердыми частицами, конденсатом и каплями масла.

Сначала сжатый воздух проходит через микрофильтр, который удаляет твердые и жидкие частицы размером до 0.01 мкм.

После фильтрации 100% насыщенный сжатый воздух поступает в нижний контрольный блок (1), где он направляется в один из адсорберов (А). Для того чтобы обеспечить правильное распределение по адсорберам, адсорбент удерживается на месте с помощью самоочищающейся сетки. Во время фазы адсорбции, влага, содержащаяся в сжатом воздухе, поглощается адсорбентом. Затем, сухой и чистый воздух подается в верхний контрольный блок (поз. 5/6).

В это время адсорбер В регенерируется. Это достигается пропусканием небольшого потока осушенного воздуха через сопло, где он расширяется до атмосферного и проходит через емкость В сверху вниз (поз. 7). Расширение до атмосферного давления позволяет осушенному воздуху перенести влагу к основанию адсорбера В. Затем воздух проходит через выходной клапан (4) и глушитель (8).

Переход от одного адсорбера к другому обеспечивается контролируемым циклом. Через заданный промежуток времени, выходной клапан 4 закрывается. Это позволяет давлению в адсорбере В сравняться с давлением в адсорбере А. Главный клапан на адсорбере закрывается, после чего воздух поступает в уже регенерированный адсорбер В (поз. 3). В это время выходной клапан на адсорбере А открывается, в результате чего давление снижается и начинается процесс регенерации.

При прохождении обрабатываемого воздуха через адсорбер в него могут попасть твердые частицы адсорбента, которые опасны для конечных пользователей. Для их улавливания на выходе из адсорбера необходимо установить еще один фильтр со степенью фильтрации 1 мкм.

Для восстановления адсорбента на практике используются два способа: холодная и горячая регенерация.

При холодной регенерации часть потока сжатого осушенного воздуха направляется в сосуд с адсорбентом, где он поглощает и выносит влагу. Этот воздух – отработанный, и в систему он больше не возвращается. Поэтому при проектировании пневмосистемы осушитель учитывают в качестве дополнительного потребителя сжатого воздуха. Чередующиеся циклы регенерации длятся от 3 до 10 минут.

Конструкция осушителей с холодной регенерацией надежна и проста, и они могут быть спроектированы для достижения более низких (до 80°С) значений точки росы, чем осушители, использующие для восстановления адсорбента горячий способ. Однако они нуждаются в большом объеме сжатого воздуха, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов. Обычно на регенерацию адсорбента расходуется около 15% от номинальной производительности осушителя с холодной регенерацией, что делает такие установки крайне дорогими в эксплуатации.

При горячей регенерации для осушки адсорбента используется горячий воздух. Адсорбционные осушители с горячей регенерацией, как правило, имеют самостоятельную систему продувки адсорбента специально для того, чтобы исключить потребление сжатого воздуха от компрессора. При этом процессе, в зависимости от типа адсорбента, необходима температура от 150 до 300°С. Верхний предел использования осушителей с горячей регенерацией составляет 40-45°С. Адсорбент может выдержать от 2000 до 4000 циклов регенерации. Промежуток времени между автоматическими циклами регенерации составляет от 4 до 8 часов.

В результате при использовании осушителей с горячей регенерацией за счет отсутствия потерь сжатого воздуха можно подбирать меньший по производительности компрессор и единственными потерями будут потери на нагрев воздуха при регенерации, что делает систему очень дешевой в эксплуатации.

Какой (или какие) из этих сортов адсорбентов используются в конкретном осушителей определенного производителя, зависит в большой степени от объективных факторов (тип регенерации, требуемая температура точки росы, температура и давление и др.), и в меньшей степени от предпочтений и целей производителя. Однако, обычно, в осушителях сжатого воздуха с холодной регенерацией используется или активированный оксид алюминия, или молекулярные сита, с горячей регенерацией  влагостойкий силикагель внизу адсорбента и обычный в верхней части.

Если требуется точка росы выше - 40°С, как правило, используют активированный оксид алюминия. В том случае, когда требуется точка росы ниже - 40°С рекомендуется применять цеолит марки NaA.

Как известно, силикагель быстро разрушается при воздействии капельной влаги, что необходимо учитывать при использовании его в адсорбентах данного типа. Если же выбор все таки падает на применение в адсорбере силикагеля, то в нижнем (лобовом) слое необходимо использовать водостойкий силикагель, а остальную часть адсорбера заполнить обычным силикагелем КСМГ.

Адсорбционные осушители находят свое применение на таких производствах, как : упаковочное производство, выдув ПЭТ, стекла, в том числе бутылочного, энергетические установки, окрасочные производства, стоматология, прочие лаборатории, в том числе медицинские и химические, контрольно-измерительная аппаратура, конвейеры, станки с ЧПУ, фармацевтика, автомобильные производства, производства с применением лазеров, распылительного оборудования, и это - далеко не полный перечень сфер применения.

В данной статье мы расскажем об основных типах осушителей и их выборе.

Обычный атмосферный воздух, входящий в компрессор всегда содержит пар. При сжатии увеличивается температура воздуха и концентрация пара. Далее при попадении его в систему распределения воздух охлаждается и влага конденсируется. К примеру при 25 градусах и влажности в 75% компрессор производительностью 20 м3/мин за 8 часов производит 165 л воды и если он не оснащен дохладителем, то она попадает в воздушную систему, вызывая коррозию, нежелательные отложения и снижение давление воздуха. Конденсат приводит к значительному износу оборудования и снижению качества продукции производства. Для уменьшения количества влаги используют дохладители, которые могут уменьшить количество производимого воздуха со 165 л за смену до 50 л за смену.

На Российских предприятиях нередко используют следующий метод для удаления конденсата – это метод продувок. В низких точках трубопровода делают специальные отверстия, через которые выходит вода вместе со сжатым воздухом. У этого метода есть недостаток – это большие потери сжатого воздуха, которые могут достигать до 30% от общего потребления. Из-за этих потерь для компрессора производительностью 20 м3/мин только в месяц затраты на электроэнергию составляют примерно 35 тыс. руб.

Сжатый воздух охлаждается, когда происходит изменение давления от сжатого до атмосферного, например при покраске. Конденсат является негативным продуктом, отрицательно влияя на качество продуктов.
Когда воздух охлаждают настолько, что влажность достигает 100%, то говорят, что он был охлажден до точки росы. Например если температура воздуха 12-14 градусов и 100% влажность, то это ведет к конденсации 50% влаги, содержащейся в воздухе.
Атмосферная точка росы и точка росы под давлением различны. Например если точка росы при атмосферном давлении составляет -34 гардуса, а при избыточном давлении 6,8 атмосфер всего -10 градусов.

Выделяют следующие типы осушителей:
• Рефрежираторные (холодильные): нециклические, циклические.
• Адсорбционные: с внутренним нагревом, с принудительной вентиляцией и подогревом, с внешним нагревом, с использованием теплого сжатого воздуха, без нагрева
• Деликвисцентные
• Мембранные

Рефрижераторные осушители

В рефрижераторном осушителе используется принцип, который по существу используется в кондиционерах и холодильниках. Они как правило обеспечивают точку росы при температуре 2-4 °С при стандартных условиях.
Преимуществами рефрижераторных осушителей являются:
низкая стоимость, низкие расходы, низкая стоимость обслуживания, наличие масла не влияет на его работу.
Основным недостатком является ограниченная возможность снижения точки росы.

В нециклических рефрижераторных осушителях применяется капиллярная система трубок или клапан расширительный термостатический при соединении с байпасным клапаном горящего газа для компенсации колебаний нагрузки и предотвращения заморозки в условиях малой загруженности.
Его преимущества это: быстрый отклик на изменение воздушного потока, высоко точно устанавливаемая низкая точка росы, непрерывная работа компрессора.
Недостатком является отсутствие экономии при отсутствии воздушного потока или его небольшом потоке.

Циклические рефрижераторные осушители
Они используют тепловую емкость, которая окружает теплообменник охладитель/воздух. Это сосуд с жидкостью или др. в-вом с большой теплоемкостью и высокой теплопроводностью, в которой находится теплообменник. При снижении нагрузки тепловая емкость остается холодной и позволяет компрессору отключиться. Некоторые из более мощных осушителей при снижении нагрузки на компрессор переводят его в режим холостого хода.
Преимуществом является неэкономичная работа при неполном воздушном потоке или его отсутствии.

Недостатками его являются: не точно настраиваемая точка росы, из-за частых запусков и остановок износ установки, увеличенная стоимость и размер.

Адсорбционные осушители

В адсорбционных осушителях регенеративного типа используют адсорбент, который задерживает водяной пар, находящийся в сжатом воздухе. Жидкость удаляется из адсорбента путем продувания осушенным воздухом атмосферного давления, нагрева внутри или снаружи или комбинацией обоих этих способов регенерации.
Как правило осушители имеют две колонны. В одной из них происходит процесс осушки сжатого воздуха, в то же в время как в другой идет процесс регенерации. В адсорбционных осушителях, где не используется нагрев, на регенерацию расходуется 10-18% воздуха. Возможно получение точек росы от -20 до -70 °С.
Преимуществами являются низкие значения точек росы без опасности замерзания влаги. Осушители с регенерацией только сжатым воздухом без нагрева могут управляться пневматически и устанавливаться во взрывоопасных местах.
Недостатки: высокая стоимость установок, необходимость замены адсорбента (из-за наличия масла в воздухе адсорбент со временем загрязняется и у него падает производительность), высокая стоимость эксплуатации (применение таких осушителей увеличивает стоимость сжатого воздуха на 25% и более).

Регенеративные осушители, использующие тепло сжатия, которые используют тепло, выделяющееся в процессе сжатия воздуха, для регенерации адсорбента. Они регенерируются теплом, что очень выгодно в случае использования безмасляных компрессоров, которым в любом случае приходится рассеивать образовавшееся в результате работы тепло.

Эту проблему можно решить двумя путями.
Осушитель с единственным резервуаром или с вращающимся барабаном может обеспечить точки росы -40 и -16 °С. Температура точки росы будет на 50 градусов ниже температуры охлаждения осушителя. Осушитель с двумя башнями с использованием малого количества осушенного воздуха обеспечит постоянную точку росы в -40 грудусов.
Преимущества: небольшие затраты электроэнергии, малая занимаемая площадь, возможность получения низких значений точек росы, практически отсутствие потерь сжатого воздуха.
Недостатком является ограничение использования только в безмасляных винтовых компрессорах или компрессорах, имеющих высокую температуру выходящего сжатого воздуха, точка росы может изменяться в зависимости от нагрузки, наблюдается также зависимость изменения температуры окружающего воздуха и сжатого воздуха на выходе.

Деликвисцентные осушители

В данном типе осушителей влага удаляется благодаря химической реакции с веществом-адсорбентом, продукты которой превращаются в жидкость и удаляются при помощи ручного или автоматического слива конденсата. По мере реагирования активного вещества оно добавляется. Деликвисцентные осушители изготавливаются в виде единой колонны, и им не требуется электроэнергия. В них отсутствуют какие-либо движущиеся части. Этот осушитель представляет собой сосуд, заполненный гигроскопическим веществом на основе солей кальция или натрия, оборудованный клапаном для слива конденсата. Точка росы понижается на 10 градусов и зависит от температуры воздуха на входе. Адсорбент расходуется только когда в осушитель поступает влажный воздух.
Преимущества – это низкая стоимость установки, незначительные потери давления, абсолютная экономия электроэнергии, отсутствие движущихся механизмов, может быть установлен вне помещения, защита от замораживания воздуха, может использоваться в загрязненных или опасных условиях.
Недостатки деликвисцентного осушителя: ограничение понижения точки росы, невозможность глубокого осушения воздуха, расход адсорбента, в случае поломки клапана автоматического слива раствор солей может попасть в магистраль и вызвать поломки, некоторые адсорбенты разрушаются при температуре выше 30 градусов, масло в сжатом воздухе может покрыть адсорбент пленкой тем самым снизить его эффективность, высокие расходы на обслуживание.
Из-за маленьких значений точки росы данный вид осушителей не используется на территории России.

Мембранные осушители

Принцип работы мембранных осушителей основывается на способности специальных мембран пропускать пар и не пропускать воздух. Таким образом с помощью мембранных осушителей возможно понизить точку росы на 32 градуса. До -40 °С можно довести точку росы при дополнительном расходе сжатого воздуха. При этом понижение точки росы составит 55 °С.

Их преимуществами является небольшая стоимость монтажа, небольшой размер, низкая стоимость сервисного обслуживания, возможность установки в различных условиях в том числе и в опасных условиях, отсутствие движущихся частей и работа без потребления энергии.

Недостатком является ограниченная пропускная способность, большие затраты сухого воздуха, издержки энергии, возможность загрязнения мембраны маслом.

Выбор осушителя
Решение о выборе осушителя должен принимать профессионал в этой области, отлично разбирающийся в процессах осушения воздуха. Очень важно знать необходимую степень осушения.
Оптимальная точка росы является необходимым условием успешной работы предприятия. Слишком низкая точка росы может привести к высоким расходам, в то же время высокая точка росы может обойтись гораздо дороже из-за поломки оборудования, остановки производства или повреждения выпускаемой продукции.

Наиболее важными задачами является отсутствие конденсата и заморозки. Из этого определятся оптимальная точка росы.
Для правильного выбора требуется следующая информация:
1. Давление воздуха на входе
2. Температура воздуха на входе
3. Максимальная пропускная способность м3/мин
4. Температура окружающего воздуха или температура воды (если для охлаждения используется вода)
5. Желаемая точка росы под давлением

Необходимо рассчитать потери давления на фильтрах и в самом осушителе, потребляемые им электроэнергию и сжатый воздух, стоимость расходных материалов и частоту из замены. При правильном выборе осушителя стоимость воздуха увеличивается не более 25%, а при неправильном потери могут составить более 50%.

Установка осушителя
Осушители обязательно устанавливаться на входе и на выходе. Размещение и тип фильтра зависят от типа осушителя. Чаще всего перед всеми осушителями применяют коалесцирующие фильтры для отсечения капель влаги и масла.
Рекомендуется очищать воздух и от механических примесей перед рефрижераторным осушителем, особенно если конденсат сливается механизмом поплавкового типа. На выходе ставят также коалесцирующие фильтры. Осушители и фильтры необходимо снабжать байпасными клапанами, для их обслуживания или замены без перекрытия всей системы сжатого воздуха.
На всех фильтра обязательно использование индикаторов давления и индикаторов необходимости сервисного обслуживания. Нельзя устанавливать байпасы никаких компонентов в системах дыхания. Некоторые системы сжатого воздуха требуют двойной системы подготовки воздуха для её замены без простоя.

Выбор поставщика осушителей

Мы рассмотрели разнообразные технологии осушки воздуха с перечислением плюсов и минусов. Некоторые технологии эффективнее по сравнению с другими и наоборот в различных условиях. Однако зачастую практические результаты разнятся с теорией. Например, регенерация адсорбента сжатым воздухом более энергозатратна по сравнению с регенерацией теплом. При этом на рынке существует много производителей, с регенерацией теплом, где энергозатраты на нагрев значительно выше по сравнению с затратами на адсорбент.

Подобную ситуацию можно наблюдать в циклических холодильных осушителях с емкостями тепла. При неполной нагрузке он менее эффективет по сравнению с нециклическим, т.к. нельзя избежать потерь энергии в теплообменниках на границах тепловой емкости и воздуха и тепловой емкости с хладогентом.

Большинство компаний производящих фильтры и осушители стараются уменьшить себестоимость, что часто делается в ущерб рабочим параметрам. Доминирующей величиной является потребление электроэнергии.

Еще одним из важных вопросов является соответствие оборудования для подготовки сжатого воздуха и соответствие рабочим параметрам.

Чаще всего основные параметры выглядят одинаково, различается лишь разница в цене. Некоторые параметры, например, могут вообще не указываться. При проведении контрольного тестирования было выявлено, что ни один из испытуемых образцов не соответствовал объявленным требованиям. При этом не тестировалась надежность осушителей. Отклонения, а именно завышенная производительность, и результат несоответствие заявленной точки росы на выходе, перепады давления более 0,5 бар.

В случае если все же бюджет на подготовку воздуха ограничен, следует более скрупулёзно подойти к расчету осушителя. Возможно что точка росы +3 °С избыточна и достаточно всего +10 °С. В этом случае возможно сэкономить до 70% расходов на осушитель. Производительость вырастет в 2 раза. Такой же расчет справедлив и для магистральных фильтров.

Сжатая воздушная среда – распространенный энергоноситель, обладающий характеристиками: низкая себестоимость, не воспламеняется, легко производится и транспортируется. Применяется во многих областях промышленного производства, в том числе как источник энергии для пневматического оборудования. Должен обладать параметрами, важным среди которых является низкий процент содержания влаги, либо полное ее отсутствие, чтобы избежать повреждения механизмов компрессионного, пневматического и других видов оборудования. Поэтому востребован и широко применяется осушитель сжатого воздуха для компрессора.

Назначение

Применяется для удаления влаги из сжатого воздухопотока, направляемого в компрессор. Сферы использования:

машиностроение;
медицина;
фармацевтика;
пищевое производство;
металлургическая промышленность;
окрасочные, пескоструйные работы;
формовочный этап производства;
энергоресурс для пневматической техники.

Приборы, используемые для осушения воздухопотока:

осушительное оборудование различных видов;
концевые охладители;
сепараторы;
ресиверы;
фильтры осушители;
блоки подготовки для очистки.

Схемы подключения данного оборудования:

централизованная (один агрегат подключен к нескольким компрессорам. Экономичный вариант, недостаток: при поломке все компрессоры лишены осушенного воздухопотока);
децентрализованная (у каждого компрессора свой тип прибора-осушителя, отвечающий индивидуальным требованиям. Более дорогостоящий вариант).

Типы осушительных устройств

низкой производительности, до 122м³/мин;
средней производительности, 190 м³/мин;
высокой производительности до 760 м³/мин (осушитель сжатого воздуха Dryair DK 140, KHD 31, Кайзер СЕ 130).

2. Абсорбционный (адсорбционный):

холодной регенерации (осушители сжатого воздуха OMI HL 0003, HL S012 и др.);
горячей регенерации (УОВ 30).

молекулярное сито (оксид алюминия в активном состоянии, применение при -40⁰ С и выше);
силикагель (раствор кремниевых кислот высокой концентрации, подкисленный металлами щелочной группы, используют в оборудовании горячей сушки);
цеолитовый (алюмосиликат на базе натрия и калия, применяется при -25⁰ С и выше).

3. Мембранный (Атлас Копко).

Рефрижераторный осушитель сжатого воздуха

Осушитель сжатого воздуха рефрижераторного типа (например, KHD 31) наиболее распространенный промышленный вид осушительного оборудования. Рефрижераторный осушитель сжатого воздуха работает по принципу снижения температуры обрабатываемого воздухопотока испарительным фреоновым теплообменником. Охлаждение способствует выпадению конденсата, таким образом влага выводится из воздушного потока. Конденсат удаляется дренажной отводной системой.

Перед рефрижератором воздухопоток предварительно снижает температуру в охладителе (теплообменник с вентиляторной конвекцией наружного воздуха). Затем сепаратор (входит в комплектацию охладителя), используя центробежный инерционный поток, удаляет влагу. Только потом воздухопоток попадает в осушители сжатого воздуха холодильного типа.

Осушитель сжатого воздуха рефрижераторного типа работает при положительной температуре воздуха. Точка выпадения росы в среднем составляет +3⁰ С.

Минимальные потери сжатого воздухопотока при осушении.
Не требует регулярного обслуживания.

Подходит только для оборудования, не требующего высокой степени осушения воздушной среды;
Не может работать с воздушным потоком низкой температуры.
Устанавливается в отапливаемых производственных помещениях.

Абсорбционный осушитель

Устройства, устанавливаемые на производстве с высокими требованиями по осушению воздушных масс. Конструктивно представляет собой две емкости с адсорбентом поочередной работы: одна колонна осушает поток, вторая в это время регенерирует, избавляясь от накопленной влаги. Время функционирования регулируется таймером либо датчиком накопления влаги.

Адсорбционный осушитель сжатого воздуха холодной регенерации работает следующим образом. По приточному воздухоканалу поток с высоким давлением направляется в ротор с абсорбентом, проходя который оставляет там всю влагу. Сухой аэропоток направляется дальше к пневмооборудованию.

В послероторном канале есть регенерационный патрубок, по которому некоторая часть (15-20%) осушенных воздушных масс поступает для обработки адсорбента (регенерации) второй емкости. Такой вид сушки называется короткоцикловой. Он не требует больших энергозатрат, обрабатывает низкотемпературный поток (до -40⁰ С).

Работа осушителя горячей регенерации происходит по аналогичному принципу. Отличие: часть осушенного потока (2,5%) сначала подается на нагревательный контур, а затем к абсорбенту. Разогретый до 140⁰ С воздухопоток продувает влагопоглотитель второго резервуара, тем самым регенерируя его. Высокая стоимость оправдывается большим объемом обработки проходящего потока, малыми потерями осушенных масс, работоспособностью при температуре до -70⁰ С.

самая высокая степень осушения;
функционирование при низких температурах (до -70⁰ С);
замена адсорбента каждые 5 лет.

потери осушаемых воздушных масс, особенно при холодной регенерации;
оснащение системой фильтрации перед адсорбентом для сбора остатков масла, твердых частиц.

Мембранный осушитель

Мембранный осушитель представляет собой полость корпуса с размещенными внутри мембранами из пучков волокон. Принцип работы осушителя сжатого воздуха прост: при прохождении через мембрану воздухопоток оставляет на волокнах частицы влаги. Разница давления на входе и выходе способствует окончательному осушению. Точка росы данного оборудования – от -40⁰ С до -70⁰ С.

не нуждаются в подключении к электроэнергии;
малогабаритные размеры;
отсутствие движущихся механизмов, что увеличивает срок использования;
быстрый монтаж;
возможность установки во взрывоопасных, легковоспламеняющихся средах;
использование на открытом пространстве.

низкая пропускная способность;
нельзя использовать при сильном загрязнении воздушной среды.

Обслуживание осушителей сжатого воздуха

Ремонт осушителей сжатого воздуха проводится нечасто, так как это надежное оборудование. Учитывая сложность некоторых устройств, не рекомендуется проводить ремонт осушителей сжатого воздуха для компрессора своими руками.

Ремонтные работы:

осмотр системы, устранение утечки фреона;
дозаправка, полная заправка (фреон R-410, R-134, R-22), вакуумирование контура;
очистка, устранение засоров капилляра теплообменника;
замена фильтров, компрессора, терморегулирующего вентиля, капилляра, конденсатора, испарителя;
заправка адсорбционного резервуара.

Наиболее частые неисправности:

поломка реле давления включения вентилятора;
выход из строя компрессора;
утечка фреона;
другие поломки приборов осушения воздуха своими руками, самостоятельно которые устранять инструкция к оборудованию не рекомендует.

Воздух, входящий в компрессор содержит водяной пар, примеси – пары масел, пыль, производственные газы. В сжатом воздухе их концентрация возрастает.

В компрессорных установках для отделения примесей используются воздушные осушители – фильтрация водного, маслянистого, жирного или агрессивного конденсата.

Объем конденсата на выходе из компрессора зависит от температуры всасываемого воздуха, влажности, его количества. Для образования 1м 3 сжатого воздуха (10 бар) установке требуется 11 м 3 воздуха атмосферы.

Причины конденсата в компрессоре

Степень влажности атмосферного воздуха повышается с ростом его температуры. Например, при температуре 10 °C, атмосферном давлении 0 бар в 1м 3 воздуха содержится 9,356 г влаги, при 20 °C - 17,148 г.

В таблице приведены максимальные значения влажности воздуха при давлении 0 бар в зависимости от температуры воздуха.

При сжатии в компрессоре воздуха его температура увеличивается примерно до 180 °C. После ее понижения в пневмомагистралях начинается конденсация влаги. Смешавшись с посторонними примесями (смазкой компрессора) воздух образует:

Агрессивные эмульсии – смесь воды с маслом, не отделяемые воздействием силы тяжести;
Диспергированные смеси – аэрозольная смесь конденсата воды и масла.

Процесс конденсации начинается при концентрации влаги с посторонними примесями (не способными сжиматься подобно воздуху) значением, превышающим точку росы. Количество влаги выпадет больше при высокой температуре входящего газа. Дальнейшее движение по магистрали охлаждает смесь, провоцируя конденсацию.

Попадая в пневматическую систему, влага порождает коррозию внутренних деталей, приводя оборудование в негодность. Зимой, в условиях низких температур влага замерзает, разрушая клапаны, уплотнители, прочие внутренние детали, узлы и агрегаты. Используемые для подготовки сжатого воздуха воздушные осушители являются обязательным условием сохранения целостности пневматических систем.

Влагоотделители разделяют воздух и влагу до попадания смеси в рабочее оборудование. Осушители бывают нескольких видов:

Мембранный;
Адсорбционный;
Рефрижераторный.

Осаждение конденсата в осушителе происходит при охлаждении воздуха до значения ниже точки росы.

Точка росы в сжатом воздухе

Влажность является одним из определяющих параметров при выборе компрессорного оборудования. Чрезмерное наличие влаги в атмосфере может привести к сбоям в технологическом процессе работы оборудования, коррозии, поломкам. Максимальные ее значения производитель указывает в паспорте таких машин.

Влажностью называют значение объема водяных паров в газе. Влажность воздуха характеризуется следующими параметрами:

Абсолютная влажность (г/м 3 ) – показывает количество влаги в единице объема воздуха;
Относительная влажность (%) – отношение фактической влажности к максимальному значению (значение насыщенности газа паром влаги). Показывает количество влаги, недостающее для конденсации. Зависима от температуры, давления;
Точка росы – значение температуры, необходимое для начала процесса конденсации. Показывает фактическое количество влаги в воздухе при определенной температуре.

Количество влаги в воздухе при постоянном значении температуры неизменно. Ввиду этого применительно к сжатому компрессорному воздуху точка росы - самый удобный, практически важный параметр. Например, объем влаги в 1 м 3 воздуха при t = 20 °C примерно равен 17,15 г.

Чаще всего при проектировании пневматических систем используется точка росы значением +3, -20, -40, -70 °C.

Точка росы (под давлением) в компрессоре

Различают две различных друг от друга характеристики влажности воздуха:

Точка росы атмосферная, °C_трА – обозначается PD. Это минимальная температура охлажденного воздуха атмосферы без появления конденсата;
Точка росы сжатого воздуха (под давлением), °C_трд – обозначается PDP. Это минимальная температура, до которой может охладиться сжатый газ без выпадения конденсата. Значение ее температуры снижается при понижении давления.

Точка росы сжатого воздуха показывает порог выпадения конденсата, являющийся нежелательным для оборудования. Именно это значение используется для мониторинга пневматических систем.

Различие этих двух величин и зависимость точки росы сжатого воздуха от температуры можно рассмотреть на примере. Куб, содержащий 1м 3 воздуха при t = 20°C. Относительная влажность – 20%. Количество влаги при этом – 3 г. Максимальное значение влаги в этом объеме может достигать 15 г.

Давление в кубе не меняется – 1 бар. Воздух охлаждается. При температуре t = -3,2°C из него конденсируется 3г воды, т.к. при охлаждении возможность держать влагу уменьшается (табличное значения содержания влаги при -3 г/м 3 ). -3,2°C_тр – это значение атмосферной точки росы, т.к. процесс проходил в условиях атмосферы;
Объем куба уменьшается в 3 раза при увеличении давления до 3 бар. Масса водяного пара остается неизменной – 3 г (влага не впускалась и не выпускалась). Абсолютная влажность приобрела значение 9г/м 3 = 3г/(1/3 м 3 ). Температура не меняется (20°C) – максимальное количество влаги при этом около 15 г/м 3 . Относительная влажность такого воздуха равна 60% (9/15).

Следовательно, от начального объема куба воздух повысил относительную влажность в 3 раза.

Дальнейшее охлаждение этого закрытого объема приведет к образованию точки росы уже не при -3,2°C, а при +12 °C_тд. Таким образом, температура точки росы сжатого воздуха повышается с увеличением давления. Воздух на выходе из компрессора нужно охладить значительно меньше для его насыщения - конденсации влаги.

Последствия влаги в воздушной системе

Влага, попадая в пневматическую систему, со временем образует коррозию. Химические примеси в воздухе оседают на стенках трубопроводов, рабочих цилиндров, приводя к разъеданию металла, разрушению уплотнителей, повреждению клапанов. Существует целый ряд значительных отрицательных факторов влаги в системе:

Существует несколько классов очистки воздуха, определенных ГОСТ 17433-80 и стандартом ISO 8573-1:201(E). Кроме значения количества воды в сжатом воздухе они регламентируют содержание масла и твердых частиц.

Класс загрязненности характеризуют следующие параметры:

Точка росы;
Размер твердых частиц;
Количество масла в воздухе;
Содержание воды в воздухе;
Объем твердых частиц в воздухе.

Осушители сжатого воздуха

Сжатие воздуха в компрессорной установке сопровождается его нагревом с последующим образованием конденсата. Для отделения влаги перед пуском воздуха к потребителю стандартно используется сепаратор. Однако его в большинстве случаев недостаточно.

Дополнительно устанавливается специальное оборудование - воздушные осушители сжатого воздуха.

В зависимости от условий работы, назначения, производительности компрессора осушители сжатого воздуха используют 3 основных принципа осушения:

Ассимиляция;
Абсорбция;
Конденсация.

Ассимиляционный тип осушителя работает на основе свойства теплого воздуха содержать в себе больше пара воды относительно холодного. Обладают низким КПД одновременно с малой эффективностью, высокой энергетической емкостью. Результат работы такого типа зависит от температуры воздуха, влажности и т.д. (подверженность влиянию атмосферных условий). Работа такого оборудования в условиях высокой влажности затруднена или невозможна.

Конденсационный тип осушителя работает на основе явления перехода пара из состояния газа в жидкое. Основным элементом является холодильная конденсационная камера. Охлаждаясь в ней воздух достигает температуры точки росы, конденсируется на стенках камеры.

КПД конденсационного типа осушителя выше ассимиляционного. Недостатком является снижение эффективности при понижении температуры входящего воздуха.

Адсорбционный тип осушителя работает по принципу адсорбции – поглощение влаги веществом абсорбентом. Способны работать при низких температурах, высокой влажности воздуха.

Кроме этого может использоваться дополнительное сжатие. Воздух при этом сжимается еще больше, образуя конденсат. После этого происходит расширение воздуха до рабочих значений. Точка росы при таком методе может достигать -60°C. Главный минус такого метода – дороговизна.

Вихревой тип отделяет воду от воздуха образованием завихрений в камере. Воздух после прохождения через лопастную крыльчатку закручивается. Центробежная сила выталкивает частицы влаги на стенки корпуса. На нем влага конденсируется, стекает на дно, откуда удаляется через пробку.

Мембранные осушители сжатого воздуха

От других типов водоотделителей мембранные осушители сжатого воздуха отличаются принципом работы. Устройство снижает влажность воздуха без понижения температуры до точки росы.

Мембранный осушитель имеет в составе большой объем собранных в пучок волокон из фторосодержащей смолы Flemion. Размещаться волокна могут в:

Кассетный модуль двунаправленного действия;
Гибкую трубу;
Цилиндр.

Воздух проходит во входное отверстие, через пористую или монолитную структуру, оставляя на них молекулы воды или азота. Пары переходят через мембраны из области высокого давления в более разреженную среду. Для работы используется сухой и влажный воздух.

Количество паров внутри полости начинает превышать их количество с внешней стороны мембраны, после чего фтористое волокно выпускает пар наружу. Таким образом происходит уравновешивание концентрации пара.

Вышедшие молекулы воды уносятся потоком воздуха из выхода мембранной полости. Расширяясь во внешней полости мембраны, он создает поток, унося влагу из осушителя.

Мембранные осушители сжатого воздуха обладают следующими преимуществами:

Не нужна электроэнергия;
Относительно малые размеры;
Быстрая установка/замена;
Нет подвижных частей;
Могут работать в агрессивных, опасных средах;
Небольшое падение давления.

Малая пропускная способность;
Не используются для сильнозагрязненных газов.

Адсорбционные осушители сжатого воздуха

В условиях невозможности использования влагоотделителей с точкой росы +3°C применяются адсорбционные осушители сжатого воздуха. Диапазон температур точки росы таких установок – от -25°C до -70°C. Впитывающим влагу элементом служит адсорбент – вещества с большой площадью поверхности. Установка состоит из двух резервуаров – для осушки и регенерации соответственно.

Адсорбционные осушители бывают двух видов:

С холодной регенерацией;
С горячей регенерацией и охлаждением в вакууме.

В осушители холодной регенерации воздух попадает сквозь фильтр предварительного очищения – 0,01 мкм. Воздух проходит через емкость с адсорбентом (селикогель), освобождаясь от части влаги. В ней воздух охлаждается до определенной температуры точки росы. Около 15% осушенного воздуха переносится во вторую емкость (регенерирующую).

Осушители горячей регенерации дешевле в эксплуатации при подготовке больших объемов газа низкой температуры точки росы (до -70°C). Пройдя первый резервуар, воздух нагревается до точки росы (-40/-70°C). Регенерация второго резервуара выполняется атмосферным воздухом, впускаемым вакуумным насосом и нагретым электрическим элементом.

В остальном принцип работы такого типа адсорбционного осушителя сжатого воздуха аналогичен первому типу.

Рефрижераторный осушитель сжатого воздуха

Благодаря стабильной температуре точки росы +3°C рефрижераторный осушитель сжатого воздуха применяется чаще остальных. Несколько плюсов такого влагоотделителя:

Простая эксплуатация;
Экологичность;
Надежность;
Регенеративный контур экономит общий расход электричества до50 %.

В конструкции рефрижераторного осушителя два контура – для воздуха и хладагента.

Принцип действия рефрижераторного осушителя:

Сжатый воздух поступает воздушный контур, соприкасаясь с холодным потоком и охлаждаясь, теряя часть влаги;
Далее воздух поступает в контур хладагента (фреон R404A, R134A), снижая температуру до точки росы, влага конденсируется;
В центробежном отделителе конденсата влага выталкивается на стенки сепаратора, стекает вниз, удаляется через электрический клапан;
Хладагент циркулирует с помощью холодильного компрессора;
Из компрессора нагретый хладагент идет в конденсатор (медные трубки в алюминиевых пластинах), охлаждается;
Для усиления охлаждения конденсатор оснащен осевым вентилятором;
Затем воздух проходит через узкую капиллярную трубку, снижая свое давление и охлаждаясь;
Хладагент поступает обратно в испарительный контур.

Это одна из нескольких конструкций рефрижераторного осушителя, применяемая наиболее часто. Общий принцип их работы одинаков.

Температура точки росы регулируется датчиком. Температура в испарителе не снижается ниже 0°C благодаря системе by-pass. Чрезмерно холодный хладагент выпускается электроклапаном в обход конденсатора, подавая в него хладагент горячий. Он восстанавливает температурный режим конденсатора.

После подготовки сжатого воздуха вести его через пневмотрассу, расположенную на холодном участке не рекомендуется. Пройдя через воздушные осушители, понизив свою температуру ниже точки росы, воздух может повторно выделить конденсат, навредив системе потребителя.

Уровень влажности воздуха при работе пневмооборудования является одним из важных показателей для поддержания качества работы инструмента на надлежащем уровне. В промышленных условиях, когда воздух насыщен парами воды или масла, пневмоинструмент зачастую выходит из строя, поскольку конденсат из воздуха попадает в пневмолинию, вызывая коррозию внутренних частей.

Поэтому осушитель сжатого воздуха – это оборудование, которое продлевает срок службы пневмоинструмента, помогает снизить затраты на ремонт и обеспечивает качественный продукт на выходе. Данное оборудование применяется в целом ряде производственных отраслей: химической, фармацевтической, транспортной, изготовления кабелей, покрасочной и так далее. Цена осушителя воздуха зависит обычно от мощности и страны-производителя.

Осушитель поддерживает низкую влажность сжатого воздуха путем адсорбции или охлаждения. В зависимости от этого выделяют различные типы осушителей. Рассмотрим каждый из них.

Рефрижераторный осушитель считается наиболее бюджетным и надежным устройством. Он работает по принципу охлаждения воздуха. Насыщенный парами теплый воздух проходит через теплообменник. Там он охлаждается до точки росы (+3С), а влага оседает крупными каплями. Поскольку данный тип осушителя прост в технической реализации, то и обслуживание этого прибора экономически более выгодно. К сожалению, он не применим в холодных помещениях и не пригоден для работы с низкотемпературными воздушными потоками.

Адсорбционный осушитель, как понятно из названия, имеет вещество, впитывающее влагу, например, силикагель. Им заполняют две колонны, по которым проходит воздух. Когда адсорбент в одной из них насыщается влагой, его нагревают или продувают, а воздух тем временем проходит по другой колонне. Цены на подобные устройства гораздо выше, чем на рефрижераторные осушители, но и преимущества их очевидны. Показатели точки росы здесь от -40 до -70 градусов по Цельсию. Стоит упомянуть, что адсорбционные осушители нуждаются в установке дополнительных фильтров для задержки твердых частиц.

Мембранный осушитель отделяет влагу при помощи специальных мембран, состоящей из пучков волокон. Разница давлений на входе и выходе обеспечивает осушение воздуха до -70 градусов. Преимущества такого оборудования в его небольших габаритах, быстром монтаже и длительном сроке эксплуатации. Кроме того, в нем нет деталей, которые требовали бы замены. Его можно применять на открытых пространствах, но невозможно использовать при сильном загрязнении окружающей среды.
Чтобы купить осушитель воздуха самостоятельно, необходимо провести анализ условий, в которых оно будет эксплуатироваться. Так вы будете понимать необходимую точку росы. Также параметрами для выбора будут служить максимальная производительность прибора, давление входящего воздуха, температура окружающей среды и температура воздуха на выходе.
По последним трем параметрам вы сможете взять поправочные коэффициенты, указанные в таблицах производителя. Зная условия, в которых вы будете использовать оборудование, вы сможете рассчитать максимальную и требуемую производительность по простым формулам.

Читайте также: