【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、高效除去壓縮空氣中水的意義與價(jià)值

 

　　壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域一種重要的動(dòng)力源，可用于驅(qū)動(dòng)各種氣動(dòng)機(jī)械和風(fēng)動(dòng)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(méi)有特殊的有害性，沒(méi)有起火危險(xiǎn)，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(wú)價(jià)值，甚至對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)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(huì)對(duì)氣動(dòng)設(shè)備與裝置帶來(lái)?yè)p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(dòng)儀表與測(cè)量元件運(yùn)作不良和計(jì)量不準(zhǔn)、氣動(dòng)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(jià)值。

 

　　二、壓縮空氣中水的來(lái)源

 

　　壓縮空氣中所含水分的主要來(lái)源是隨同空氣一起被空壓機(jī)吸入的水蒸氣。有時(shí)也會(huì)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(huì)由于下雨時(shí)，空壓機(jī)的吸氣過(guò)濾裝置沒(méi)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(duì)濕度的關(guān)系很大，對(duì)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(shí)，溫度會(huì)升高，在壓縮過(guò)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(shí)，由于溫度升高使其相對(duì)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(duì)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(shí)相對(duì)濕度只有6～8%，當(dāng)空氣在輸出管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于與環(huán)境介質(zhì)的熱交換而變冷，相對(duì)濕度便逐漸增加，在達(dá)到飽和（即相對(duì)濕度達(dá)到100%）時(shí)即有液態(tài)水從壓縮空氣中凝結(jié)出來(lái)。因此，在未經(jīng)處理前，實(shí)際傳輸過(guò)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(lái)。

 

　　同時(shí)，壓縮空氣保持水蒸氣的能力會(huì)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(shí)，空氣的相對(duì)濕度增加，當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)（即相對(duì)濕度達(dá)到100%）之后，多余的水蒸氣會(huì)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(jià)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(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)濕空氣中含濕量跟著下降的原理，對(duì)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(duì)濕度，從而在冷干機(jī)排氣口獲得露點(diǎn)和相對(duì)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(guò)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(guò)程中便會(huì)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(wú)論壓縮空氣具有多大的壓力，其工作壓力下的露點(diǎn)（簡(jiǎn)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(guò)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(duì)應(yīng)的大氣壓露點(diǎn)（-17℃～-23℃），則無(wú)論傳輸過(guò)程或使用過(guò)程就都不會(huì)有凝結(jié)水從管道或氣動(dòng)設(shè)備中再次析出。通常在冷干機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)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(chǎng)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(jì)，冷干機(jī)每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬(wàn)臺(tái)，且目前市場(chǎng)上有保有量在百萬(wàn)臺(tái)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)椋瑝嚎s空氣來(lái)源于空壓機(jī)，如果空壓機(jī)輸送過(guò)來(lái)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(guò)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(guò)高或壓力過(guò)低等。

 

　　因素2：冷干機(jī)的蒸發(fā)器設(shè)計(jì)缺陷，不具備良好的換熱性能、蒸發(fā)溫度設(shè)計(jì)不當(dāng)、蒸發(fā)器材料傳熱性不好、蒸發(fā)器材料問(wèn)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(guò)小導(dǎo)致?lián)Q熱不充分、蒸發(fā)溫度過(guò)低導(dǎo)致冰堵、蒸發(fā)溫度過(guò)高導(dǎo)致露點(diǎn)升高、蒸發(fā)器排水器設(shè)計(jì)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(méi)有合適的壓力與壓力比等）、特理性質(zhì)（粘度、密度過(guò)大與導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)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(jì)缺陷。由于對(duì)除水理論的缺失，無(wú)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(jì)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(jì)最優(yōu)、冷媒質(zhì)量?jī)?yōu)良，也無(wú)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(jì)有氣水分離器、是否有回溫裝置設(shè)計(jì)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(lái)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(jì)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(dòng)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(jià)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(duì)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(jì)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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