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空压机 干燥器应用常识浅析

[点击量: ][来源:博莱特]

2016-07-23

  空压机 干燥器应用常识浅析

  在压缩空气系统中,由产生、处理和 储存压缩空气的设备所组成的系统,称为气源系统。压缩空 气主要通过空气压缩机将空气压缩后取得,在气源 系统中从空气压缩机直接排出的空气中含有很多杂质,其中主要由水、油及颗粒杂质所构成,如果不 对其进行处理而直接使用,空气中 的杂质会对系统中的元件造成很大的危害,使设备 的维护成本上升,使用寿命缩短,严重时 污染产品造成产品报废。同时,压缩空 气中含有相对湿度的水分,随着其在管道的冷却,其水分将析出,在压缩空气系统中,如果有水分,将会给 使用者带来许多的弊端:

  首先要 增加运行和维修成本,即对仪表、电磁阀、气缸等 元件的维修费用会上升;设备的工作效率低,并有可 能造成生产中断;整个生 产线的设备投资成本增加,需要在 系统中增加冷凝、分离、排污等设备;工艺质 量特别是对于喷漆、喷砂、气动控制系统、食品、制药等行业,因压缩 空气含水分高将直接影响到产品质量。所以对 气源进行处理是绝对必要的。

  空气的 净化处理设备主要由后部冷却器、精密过滤器(含气水分离器)、干燥机(吸附式或冷冻式)、自动排 水排污阀等根据不同的工艺要求组成一个完整的系统。

  工业生产中,压缩空 气的干燥程度通常是用露点温度来表示的,露点是 指水蒸汽通过冷却开始凝结,由蒸气 变成液体时的温度。在温度20℃,相对温度65%时的空 气状态叫空气的标准状态,在标准状态下,空气密度是1.2kg/m3(空压机排气量、干燥机、过滤器 等后处理设备的处理量都是以空气标准状态下的流量来标注,单位记作Nm3/min。

  按GB/T13277-91《一般用 压缩空气质量等级》(等效采用ISO8573第II部分)规定,压缩空 气含水等级共分6级,其中1~3级压力露点均在-20℃以下,必须使 用吸附干燥器才能达到。其典型的应用领域有:摄影胶片、微电子芯片(1级,-70℃)、精密喷涂(2级,-40℃),粉状产品输送(3级,-20℃)等。

  有些场 合虽然对压缩空气的露点要求并不十分严格,但输气管道要通过0℃以下环 境且外部不覆保温材料时,为了防 止所输送的压缩空气中残余水分在管道内冻结,就必须 使其压力露点低于环境所能达到的最低温度,此时也 应当适用吸附干燥器对压缩空气进行除水处理。经吸附 干燥器处理的空气露点可涵盖冷冻干燥器的处理效果,所以原 则上一切使用冷冻干燥器的场合都可以用干燥器作代替,但反过来是不行的。由于冷 冻干燥机的能耗比吸附干燥器低得多,因此用 吸附干燥器替代冷冻干燥机在经济上肯定是不合算的。

  再生吸附式干燥器(Regenerative desiccant dryers)通过压力变化(变压吸附原理)来达到干燥效果。由于气 体容纳水汽的能力与压力成反比,其干燥 后的一部分气体(称为再生气)减压膨胀至大气压,这种压 力变化使膨胀气体变得更干燥,然后让 它流过需再生的干燥剂层(采用颗粒活性碳吸附)(即已吸 收足够水汽的干燥塔),干燥的 再生气吸出干燥剂里的水分,将其带 出干燥器来达到脱湿的目的。两塔循环工作,无需热源,连续向 用户用气系统提供干燥气。为化工、轻工、电讯、石油、纺织等 行业的气动控制、气动仪表、气动元 件以及各工业流程中的工业用气提供干燥的压缩空气气源,具有体积小,工艺流程简单,投资省,使用维修方便,自动控制,节约能源等特点。

  成品气 露点和再生能耗是选择吸附干燥器时必须考虑的两大因素。一般来说,两者不能兼顾,即要获 得低露点的压缩空气,就必定 要付出较多的能耗代价。

  按吸附理论,吸附干 燥器的基本形式只有无热再生和有热再生两种。无热再 生干燥器由于以变压吸附为基础,采用了 短周期循环工作制,经它处 理的压缩空气露点无论在深度或稳定性方面都比有热再生干燥器好,且再生 能耗已十分接近理论底线,所以自 从无热再生吸附干燥器出现后,油热再 生干燥器就有退出应用领域的趋向。

  上世纪90年代中 期出现在我国的“微热”再生干燥器是比较“另类”的,其初衷 显然是为了进一步降低再生耗能。但这一 创建在许多基本问题上目前还停留在泛泛而谈中,例如有 关微热干燥器耗气量可见的“样本数据”就有3%~11%等多种版本,需在理 论上作翔实论证,以消除 可能出现的技术误导。用户在 选型时没有必要去轻信这些诱人的“样本数据”,事实上 任何类型的吸附干燥器都要消耗较多的再生能量(无论是气耗或热耗,最终都 以电费形式体现),必要时 对选型设备进行“能量衡算”不失是 一种谨慎的举措。

  活性氧 化铝和分子筛是吸附干燥器常用的吸附剂。这两种 吸附剂对水蒸汽都具有强大的吸附能力。活性氧 化铝还综合具备了许多优良的物理及化学性能,因此在 极大多数场合是吸附干燥器的首选。特别在 无热再生情况下,活性氧 化铝几乎是获取压力露点-40℃左右压 缩空气的当然选择。但是该 吸附剂在低水分环境下的吸附能力远不如分子筛,所以在 获取极干燥压缩空气(压力露点低于-60℃)时分子 筛就大有用武之地。但分子 筛的机械强度及抗水滴性能很不理想,因此经 常将它与氧化铝结合起来使用以期获得最佳效果。不分场 合全部选用分子筛作吸附干燥剂并非是上佳之策。

空压机干燥器原理图

  空气压 力过低给干燥器造成的负面影响体现在两个方面。一方面,低压空 气的饱和含水量比高压时多,使干燥 器工作负荷增加;另一方面,由于密度降低,压缩空 气通过吸附床时的质量流速增大,这等于 减少了压缩空气与吸附剂之间的接触时间,从而导 致成品气露点上升。

  与所有机械、动力设备一样,吸附干 燥器的实际处理量控制在额定处理量的70~80%范围内是比较合理的。尤其对 加热再生干燥器,一般都 不推荐在满负荷下连续使用,因为之 类干燥器的吸附剂充填量相对于额定处理量(即“比充填量”)来说已显得非常局促,超负荷 使用会影响成品气露点。但无热再生干燥器,只要压力降不受影响,可以允 许在一定范围内扩容使用,因为无 热再生干燥器的“比充填量”很大(其富裕 两可达到十几倍)。“比充填量”的大小 决定了吸附干燥器超负荷运行的可能性。

  吸附干 燥器若长期在低负荷状态下运行是很不经济的,因为这 将增加能耗成本。凡有可 能出现较长时间“大马拉小车”的场合,除了对 干燥器本身实施可行的节能措施外,在系统设计时,采用两 台或两台以上叫小容量的吸附干燥器并联使用比单台大容量吸附干燥器更适宜于负荷条度,技术经 济性及安全保障程度也更高。

  吸附干 燥器筒体一般都属于压力容器,在设备 服役期内应严格按压力容器的有关规程进行管理和使用。

  传统上将吸附剂、控制器 和阀门合称为吸附干燥器的三大易损件。

  作为干 燥器的工作主体,吸附剂 的大部分时间里承受着压力、水汽和 热量的频繁冲击,容易遭 受机械性破碎和介质污损,使吸附性能劣化。自从活 性氧化铝取代硅胶成为主选吸附剂后,各种性能都大为改善,尤其抗 压强度及抗液态水浸泡性方面达到了很高水准,只要不出现“再生能耗不足”等操作因素,经活性氧化铝处理后,压缩空 气露点稳定达到-40℃在技术是能保证的,且工作寿命也可达2~3年以上。

  程序控 制器是吸附干燥器的指挥中心,随着电 子技术的发展及单片机和PLC技术的推广应用,在控制 精度与可靠性方面均比早期的机械电气控制有了长足进步。除了加 热再生干燥器用的功率器件在抗过载性和抗干扰性方面还需提高外,极大部 分在用的程序控制器已经不属于易损部件了。

  控制阀 是吸附干燥器中比较易损的零部件。尽管厂 家都将密封性和使用寿命作为阀门选择(其空载 寿命往往都在几十万次以上)的主要依据,但仍免 不了在线应用时的过早损坏。阀片破裂、密封泄 露和电磁线圈烧毁是控制阀的常见故障。频繁切换(无热再生)和长期 遭受水分及吸附剂脱落物的混合侵袭(特别是加热再生)是阀门 损坏的重要原因。由于阀 门故障时多发性故障,因此在 选型时应将阀门现场快速维修的可能性考虑进去。

  除了控制阀外,消声器 也是一个容易出现故障的部件。其主要 表现形式是消声排气通道堵塞。在吸附干燥器中,消声器 除了用来降低再生排气噪声外,几乎没 有其它实质性功能,但一旦 消声器出了故障(特别是“堵塞”故障),给整机 运行带来的损伤却是致命的。所以对 这个部件进行日常维修不能忽视。

  吸附干 燥器最常见的故障可分为器质性、负载性和再生性三类。

  器质性 故障是由于干燥器上某一零部件损坏所引起的,如阀门损坏、消声器 故障和控制器失灵等。工作寿 命终了和遭外力破坏时发生器质性故障的主要原因。这类故 障往往是在无先兆或先兆不明的情况突然发生,但较容易判断,也较容易处理。

  负载性 故障的主要原因是设备超负荷运行,其主要 表现为出口排气露点升高。压缩空气处理量增大、进其温 度升高或进气压力降低等是造成吸附干燥器超负荷工作的常见原因。多数情况下,负载性 故障不打容易被觉察,但后果也不会太严重,且较容易处理。

  再生性故障是由“再生能耗不足”引起的。其显性表征有:再生尾 气排放温度过低、尾气带水,消声器 或排气阀外表结露、再生塔 的外表温度低于环境温度或出现“外壁结露”等;而隐性弊症则是“塔内结露”即由于能量载体(干燥气)供给不足,解吸出 来的水汽不能在规定时间里全部排出,冷却时 剩余水汽就会在吸附床内凝聚成液态水这是极端有害的。实践表明:吸附干 燥器运行中所发生的许多“疑难杂症”几乎都与“再生能耗不足”有关。

  再生性 故障由于隐蔽性强、潜伏时间长,而且往 往还掺杂有人为因素(如“惜耗”心理)或先发因素(如选型不当),所以处 理起来比较困难。这类故 障对吸附干燥器运行及整体性能都有较大的危害。增加再 生能耗是这类故障最直接有效的办法。

  世间万物皆有理可循,人类的生活方式也是。人类尚且如此,机器当 然不会是没有原理可循的,要让我 们的机器能够尽量的正常运行,须及时 了解机器运转情况,排除故障隐患,才能确 保机器正常运行。

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