Компрессоры: подготовка воздуха
Общие сведения Для потребителя является жизненно важным, чтобы сжатый воздух был должного качества. Если сжатый воздух содержит загрязнения, вступающие в контакт с конечным продуктом, стоимость бракованной продукции может быстро стать неприемлемо высокой, а самое дешевое решение — самым дорогим. Поэтому важно выбирать качество сжатого воздуха в соответствии с политикой вашей компании в области качества и даже пытаться оценить требования к качеству в будущем. Сжатый воздух может содержать нежелательные вещества, например, воду в виде капель или пара, масло в виде капель или аэрозоля, а также пыль. В зависимости от области применения сжатого воздуха эти вещества могут привести к ухудшению качества продукции и даже к росту расходов. Целью обработки воздуха является получение воздуха такого качества, которое задано потребителем. После четкого определения значения сжатого воздуха в технологическом процессе можно решить, какая система будет более выгодной и эффективной. Среди прочего необходимо установить, будет ли сжатый воздух вступать в непосредственный контакт с продукцией или, например, допустимо ли наличие масляного тумана в рабочей среде. Чтобы правильно выбрать оборудование, необходимо применять системный метод. Водяной пар в сжатом воздухе Атмосферный воздух всегда содержит влагу в виде водяного пара. Некоторое количество этого пара поступает со сжатым воздухом и может вызвать проблемы. Перечислим некоторые: высокая стоимость технического обслуживания, сокращение срока службы и ухудшение рабочих характеристик оборудования, высокий процент брака при окрашивании распылением и при изготовлении изделий из пластмасс, увеличение утечки, нарушения работы системы управления и измерительных приборов, сокращение срока службы системы трубопроводов из-за коррозии, удорожание монтажных работ. Отделение воды возможно при помощи вспомогательного оборудования, например концевых охладителей, отделителей конденсата, холодильных и адсорбционных осушителей. Компрессор, работающий с избыточным давлением 7 бар, сжимает воздух до 1/8 его первоначального объема. Это также на 7/8 уменьшает способность воздуха удерживать водяной пар. Количество воды, которое конденсируется, значительно. Например,
компрессор мощностью 100 кВт, который всасывает воздух с температурой 20°С при относительной влажности 60%, выдает за 8-часовую смену примерно 85 л воды. Количество воды, которое нужно отделить, зависит от области применения сжатого воздуха. Это, в свою очередь, определяет решение о том, какую комбинацию охладителей и осушителей нужно применить. Количество масла, содержащегося в сжатом воздухе, определяется несколькими факторами, например типом машины, ее конструкцией, степенью износа, состоянием и т.д. С этой точки зрения существует два основных типа компрессоров: работающие со смазкой в камере сжатия и работаю щие без смазки. В компрессорах со смазкой масло участвует в процессе сжатия и полностью или частично движется вместе со сжатым воздухом. Однако в сжатом воздухе, вырабатываемом современными поршневыми и винтовыми компрессорами, количество масла исключительно невелико. Например, в винтовом маслосмазываемом компрессоре в сжатом воздухе содержится менее 3 мг/м3 масла при 20°С. Содержание масла может быть снижено многоступенчатой системой фильтров. При таком техническом решении нужно внимательно рассмотреть связанные с ним ограничения по качеству сжатого воздуха, риски и затраты на энергоснабжение. Микроорганизмы в сжатом воздухе Более 80% частиц, загрязняющих сжатый воздух, имеют размер менее 2 мкм и поэтому могут легко проникнуть через входной фильтр компрессора. Затем эти частицы распространяются по системе труб, где смешиваются, среди прочего, с остатками воды, масла и частицами отложений со стенок труб. Это может привести к росту микроорганизмов. Установка фильтра непосредственно после компрессора может устранить этот риск. Тем не менее, чтобы получить чистый или стерильный сжатый воздух, необходимо иметь полный контроль над ростом бактерий после фильтра. Картина становится еще более сложной, поскольку газы и аэрозоли могут концентрироваться в капли (из-за концентрации или электрической заряженности) даже после прохождения через несколько фильтров. Микроорганизмы проникают через стенки фильтра и поэтому присутствуют в одинаковой концентрации как на входной, так и на выходной стороне фильтра. В ходе исследований было установлено, что микроорганизмы бурно разрастаются в системе сжатого воздуха, когда воздух не осушается и его влажность достигает 100%. Частицы размером менее 1 мкм, следовательно и микроорганизмы, могут беспрепятственно проникать через входной фильтр компрессора. Масло и прочие загрязнения служат питательной средой для роста бактерий. Решающим фактором в борьбе с микроорганизмами является осушение воздуха до влажности менее 40%, что достигается с помощью адсорбционного осушителя, а при комнатной температуре также и с помощью холодильного осушителя. Фильтры Современные волоконные фильтры очень эффективно удаляют масло из сжатого воздуха. Однако контролировать количество масла, остающегося в сжатом воздухе после фильтрации, трудно, так как кроме других факторов на процесс отделения масла оказывает большое влияние температура. На эффективность также влияют концентрация масла и количество свободной воды в сжатом воздухе. Для получения наилучших результатов воздух должен быть осушен настолько, насколько это возможно. Если в сжатом воздухе присутствует свободная вода, то масляный, угольный и стерильный фильтры дают плохой результат (заявленные технические характеристики при таких условиях не выдерживаются). Волоконные фильтры улавливают только мелкие капли масла или аэрозоль. Для удаления паров масла нужно использовать фильтры с активированным углем. Правильно установленный волоконный фильтр вместе с подходящим предварительным фильтром позволит уменьшить содержание масла в сжатом воздухе примерно до 0,01 мг/м3 при 21°С. Фильтр, содержащий активированный уголь, уменьшает содержание масла до 0,003 мг/м3 при 21°С. Качество угля и размеры угольных фильтров должны обеспечивать минимально возможное падение давления. Для достижения наилучшего эффекта фильтры должны быть установлены как можно ближе к точке потребления. Кроме того, фильтры надо внимательно проверять и относительно часто менять. Фильтры с активированным углем удаляют загрязнения, присутствующие только в форме пара, например масла. Стерильные фильтры должны подвергаться стерилизации прямо на месте их размещения, в трубопроводной системе, с помощью, например, пара, или их надо извлекать для обработки. Способность фильтра отделять масло из сжатого воздуха изменяется при изменении рабочей температуры. Данные, указанные в спецификации фильтра, всегда приводятся для определенной температуры воздуха, обычно 21°С. Эта температура приблизительно соответствует температуре на выходе компрессора с воздушным охлаждением, работающего при температуре окружающей среды 10°С Однако климатические и сезонные изменения температуры влияют на способность фильтра отделять загрязнения. В безмасляном компрессоре масляный фильтр не требуется. Это означает, что компрессор может работать при более низком давлении, следствием чего является снижение энергопотребления. Как показала практика, безмасляные компрессоры являются во многих случаях наилучшим техническим решением как с точки зрения качества, так и с точки зрения экономии. Концевой охладитель Температура сжатого воздуха, выходящего из компрессора, чаще всего бывает в пределах 70 — 200°С. Для понижения этой температуры используется концевой охладитель, который также способствует уменьшению содержания воды и часто включается в компрессорную установку в качестве стандартного оборудования. Концевой охладитель обязательно устанавливается непосредственно после компрессора. Он является теплообменником, охлаждающим горячий воздух и отделяющим, насколько возможно быстро, сконденсировавшуюся влагу, которая в противном случае попала бы в систему. Концевой охладитель может иметь либо воздушное, либо водяное охлаждение и обычно оснащается влагоотделителем с автоматическим сливом конденсата. Влагоотделитель Большинство компрессорных установок оснащается концевым охладителем, а также влагоотделителем, которые позволяют извлекать из сжатого воздуха максимально возможное количество конденсата. При правильном подборе влагоотделителя эффективность его работы составляет 80-90%. Остаток поступает в воздушный ресивер в виде водяного тумана. Масло в виде мелких капель Масло в виде капель частично отделяется в концевом охладителе, влагоотделителе или конденсационном вентиле и уходит вместе с конденсатом. Эта эмульсия, состоящая из воды и масла, с точки зрения требований охраны окружающей среды классифицируется как отходы, и ее попадание в сточные воды или непосредственно в окружающую среду недопустимо. Непрерывно вводятся новые и все более строгие законы в отношении обращения с экологически опасными отходами. Процессы сбора и утилизации конденсата сложны и дорогостоящи. Простое и экономически эффективное решение этой проблемы заключается в установке влагомаслоотделителя, например с мембранным фильтром, который дает чистую дренажную воду и масло, собранное в специальную емкость.
