【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、高效除去壓縮空氣中水的意義與價值

 

　　壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域一種重要的動力源，可用于驅(qū)動各種氣動機(jī)械和風(fēng)動工具，也可用于其他生產(chǎn)工藝，它具有很多便于應(yīng)用的良好性能與特點(diǎn)，如：可壓縮性、清晰透明、輸送方便、不凝結(jié)、沒有特殊的有害性，沒有起火危險，在地面上到處皆有，取之不盡。但壓縮空氣中一般都含有大量有害物質(zhì)（如：雜質(zhì)，包含固體微粒、水、油、化學(xué)雜質(zhì)、氣溶膠等），若不經(jīng)處理將使壓縮空氣變的毫無價值，甚至對生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量帶來不可估量的損害。其中，水是壓縮空氣所含雜質(zhì)中危害最大的污染物，會對氣動設(shè)備與裝置帶來損害，如：電磁閥線圈生銹、氣缸回轉(zhuǎn)執(zhí)行元件壽命下降、減壓閥功能下降、氣動儀表與測量元件運(yùn)作不良和計量不準(zhǔn)、氣動噴霧影響噴涂表面質(zhì)量等；水在管道內(nèi)聚結(jié)，不僅銹蝕管道內(nèi)壁，使管壁變薄，力學(xué)強(qiáng)度下降，而且使空氣在管道和附件內(nèi)的流通截面變小，冰凍季節(jié)使管道破裂造成氣源系統(tǒng)癱瘓。所以，高效除水在壓縮空氣應(yīng)用領(lǐng)域具有相當(dāng)重要的意義與價值。

 

　　二、壓縮空氣中水的來源

 

　　壓縮空氣中所含水分的主要來源是隨同空氣一起被空壓機(jī)吸入的水蒸氣。有時也會由于系統(tǒng)中的其它設(shè)備如中間冷卻器和后冷卻器的不嚴(yán)密而使水分進(jìn)入輸氣管道，還會由于下雨時，空壓機(jī)的吸氣過濾裝置沒有擋雨而將雨水帶進(jìn)空壓機(jī)。壓縮空氣中所含水量與環(huán)境空氣含濕量與溫度及相對濕度的關(guān)系很大，對大氣，此參數(shù)還與氣候條件和季節(jié)有關(guān)。

 

　　空氣在空壓機(jī)中受到壓縮時，溫度會升高，在壓縮過程中單位容積空氣的含濕量將隨壓力升高而成正比的增加。與此同時，由于溫度升高使其相對溫度明顯下降。例如，當(dāng)系統(tǒng)壓力為0.7MPa，吸進(jìn)的空氣的相對濕度為80%的情況下，從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣在溫度未得到冷卻時相對濕度只有6～8%，當(dāng)空氣在輸出管道內(nèi)流動時，由于與環(huán)境介質(zhì)的熱交換而變冷，相對濕度便逐漸增加，在達(dá)到飽和（即相對濕度達(dá)到100%）時即有液態(tài)水從壓縮空氣中凝結(jié)出來。因此，在未經(jīng)處理前，實(shí)際傳輸過程中的壓縮空氣不僅含有大量液態(tài)水，而且因含濕量是飽和的，只有溫度持續(xù)下降，總是不斷有液態(tài)水凝結(jié)出來。

 

　　同時，壓縮空氣保持水蒸氣的能力會隨著溫度下降和壓力提高而降低。當(dāng)溫度下降和壓力提高時，空氣的相對濕度增加，當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)（即相對濕度達(dá)到100%）之后，多余的水蒸氣會因冷凝而出現(xiàn)液態(tài)水（凝結(jié)水）。

 

　　基于以上所述，壓縮空氣中的水是必須去除的，且除去壓縮空氣中的水有重大的意義與價值，所以，除水就是壓縮空氣應(yīng)用領(lǐng)域中必須做的工作。

 

　　三、冷凍式干燥機(jī)除水的原理

 

　　冷凍式干燥機(jī)（簡稱冷干機(jī)）是我們應(yīng)用最廣泛的壓縮空氣除水設(shè)備。冷凍式干燥機(jī)（簡稱冷干機(jī)）采用冷凍除水的原理即利用了壓力保持恒定而溫度下降時濕空氣中含濕量跟著下降的原理，對壓縮空氣進(jìn)行干燥的。具體原理是利用制冷技術(shù)，使進(jìn)入干燥機(jī)含濕量飽和的壓縮空氣溫度驟然降低，迫使其中大部分水蒸氣（及部分油蒸氣）冷凝成液態(tài)水（油），并與空氣分離后（水被排出機(jī)外）再將壓縮空氣回溫至較高溫度（接近環(huán)境溫度）以降低其相對濕度，從而在冷干機(jī)排氣口獲得露點(diǎn)和相對濕度都較低的干燥壓縮空氣，后再輸送至下游用氣設(shè)備。

 

　　在冷干機(jī)里，蒸發(fā)器中冷媒的蒸發(fā)溫度是低溫中心，該溫度通過間壁傳熱將冷量傳遞給壓縮空氣，使其冷凝結(jié)露。由于在蒸發(fā)器里，壓縮空氣始終是飽和的，在流通過程中便會不斷析出凝結(jié)水，其露點(diǎn)也隨之下降——極限是水的冰點(diǎn)。正是由于受冰點(diǎn)的限制，在冷干機(jī)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度不能像冰箱那樣設(shè)備得太低，也就限制了壓縮空氣露點(diǎn)的進(jìn)一步下降，因此經(jīng)冷干機(jī)處理的壓縮空氣干燥度（含水量）是有限的。所以，無論壓縮空氣具有多大的壓力，其工作壓力下的露點(diǎn)（簡稱壓力露點(diǎn)）都在零度以上，普遍以2～10℃作為其凈化效率的標(biāo)志。當(dāng)然，如果能突破冰點(diǎn)極限將大大提高冷干機(jī)的凈化能力，露點(diǎn)可以低于2℃。

 

　　在壓縮空氣傳輸過程中，只要環(huán)境溫度不低于壓力露點(diǎn)，而使用環(huán)境溫度不低于其所對應(yīng)的大氣壓露點(diǎn)（-17℃～-23℃），則無論傳輸過程或使用過程就都不會有凝結(jié)水從管道或氣動設(shè)備中再次析出。通常在冷干機(jī)設(shè)計了二次回溫裝置，那么傳輸中壓縮空氣的實(shí)際溫度遠(yuǎn)高于露點(diǎn)（即不飽和的），管內(nèi)空氣相對濕度遠(yuǎn)低于導(dǎo)致金屬內(nèi)壁生銹的濕度條件（＜14%）。

 

　　但目前投放到市場和所保有的冷干機(jī)的露點(diǎn)大部分未達(dá)到標(biāo)志要求即除水效果不好（據(jù)不完全統(tǒng)計，冷干機(jī)每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬臺，且目前市場上有保有量在百萬臺之多。），又是為什么呢？

 

　　四、影響除水效果的部分因素

 

　　因素1：空壓機(jī)與冷干機(jī)不匹配。因?yàn)?，壓縮空氣來源于空壓機(jī)，如果空壓機(jī)輸送過來的壓縮空氣含水量高于冷干機(jī)的處理能力，則必須導(dǎo)致除水效果不佳。比如：壓縮空氣氣量過大于冷干機(jī)的額定處理能力、進(jìn)入冷干機(jī)的壓縮空氣溫度過高或壓力過低等。

 

　　因素2：冷干機(jī)的蒸發(fā)器設(shè)計缺陷，不具備良好的換熱性能、蒸發(fā)溫度設(shè)計不當(dāng)、蒸發(fā)器材料傳熱性不好、蒸發(fā)器材料問題就容易引起蒸發(fā)器表面結(jié)露或結(jié)水，導(dǎo)致除水效果不佳。比如：材料導(dǎo)熱性能不好、流量通道過小導(dǎo)致?lián)Q熱不充分、蒸發(fā)溫度過低導(dǎo)致冰堵、蒸發(fā)溫度過高導(dǎo)致露點(diǎn)升高、蒸發(fā)器排水器設(shè)計不當(dāng)，造成凝結(jié)水積聚在蒸發(fā)器中等。

 

　　因素3：冷媒質(zhì)量不好，不具備良好的熱交換性能，導(dǎo)致除水效果不佳。比如：制冷劑的熱力學(xué)性質(zhì)（工作溫度范圍內(nèi)沒有合適的壓力與壓力比等）、特理性質(zhì)（粘度、密度過大與導(dǎo)熱系數(shù)過小等）、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（熱穩(wěn)定性不好）。

 

　　因素4：冷干機(jī)整機(jī)設(shè)計缺陷。由于對除水理論的缺失，無法掌握有效的除水技術(shù)，導(dǎo)致冷干機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)性設(shè)計不當(dāng)，就算空壓機(jī)與冷干機(jī)匹配最好、蒸發(fā)器設(shè)計最優(yōu)、冷媒質(zhì)量優(yōu)良，也無法提升整機(jī)的除水性能。比如：在預(yù)冷器與蒸發(fā)器之間是否設(shè)計有氣水分離器、是否有回溫裝置設(shè)計等。

 

　　五、與除水相關(guān)的部分理論公式或數(shù)學(xué)模型

 

　　1、凈化效率：凈化裝置的凈化效率通常以凈化系數(shù)來表示：
 

　　式中：

 

　　q_v——冷干機(jī)的容積流量，Nm³/min;

 

　　d₁——進(jìn)入溫度壓縮空氣容積含水量，g/m³;

 

　　d——壓力露點(diǎn)下壓縮空氣的容積含水量，g/m³;

 

　　

　　六、總結(jié)

 

　　要設(shè)計一款高效除水型冷干機(jī)一定不是“標(biāo)準(zhǔn)型”的，而是基于使用環(huán)境而變的“動態(tài)型”，是基于實(shí)際使用工況的“定制型”，是基于為客戶創(chuàng)造價值（不一樣的客戶，使用環(huán)境不同，應(yīng)用需求不同等）的“定制型”，所以一定要對涉及冷干機(jī)的相關(guān)理論原理進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)、研究與靈活的應(yīng)用，才能設(shè)計出高效除水型冷干機(jī)。

 

　　注：本文參考《壓縮空氣凈化原理及設(shè)備》，李申著、浙江大學(xué)出版社出版

 

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