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干燥技术在压缩空气中的应用<二>

 干燥技术在压缩空气中的应用<二>
  <接上期——>
 
  三、干燥技术在压缩空气品质的应用
 
  在第一章有说到:空压机排出的压缩空气是不干净的,含有水的压缩空气对提高生产效率、降低运行成本、提高产品质量都是不利的,因此就需要进行干燥净化处理。
 
  压缩空气的含水量多少通常用露点来表示,露点温度就是当未饱和的湿空气通过降低温度,使其相对湿度达到100%时的温度。通常分常压露点和压力露点,之间的关系见图14。
 
干燥技术在压缩空气中的应用<二>
 
  3.1 压缩空气品质(含水量)评判标准:
 
  ①按ISO8573-1,表10的0~6级为压缩空气干燥器的评定,是考核供需合同约定或机器铭牌标注露点温度标准的依据。
 
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  ②为了更直观地了解Class4~1级压缩空气饱和含水量,从表11做了一个对比。
 
干燥技术在压缩空气中的应用<二>
 
  ③在表1中可以看到,在7bar时,压缩空气含水量的去除量从Class6~1级越来越少,但是难度却越来越大。见图15。
 
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  ④压缩空气品质要求最低含水量,为避免像图1那样腐蚀管道,建议客户确保压缩空气相对湿度在50%以下。如图16(绿色区域)。
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  3.2 压缩空气干燥器选型推荐(见表12)。
 
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  3.3 压缩空气干燥器影响压缩空气品质的因数:
 
  ①产品质量
 
  ②压缩空气系统配置
 
  ③使用工况
 
  ④维护保养
 
  3.3.1 产品质量
 
  ①冷干机生产只要按JB/T 10526-2017 《一般用冷冻式压缩空气干燥器》规定工况进行生产和规范。由于制冷技术成熟及压缩空气压力露点要求均在0℃以上,只要产品的制冷系统热负荷足够和热交换彻底,冷干机的压力露点保障应该不是件难事。
 
  ②吸干机生产是否按JB/T 10532-2017 《一般用吸附式压缩空气干燥器》进行生产和规范。然而选用吸干机对应的压缩空气品质等级相对较高,设计和生产吸干机相对于冷干机要困难得多,因而采购成本也高得多。特别是要求气体品质为Class0级,吸干机的采购成本是空压系统设备中最贵的也不足为奇。设计和生产对于产品质量尤为重要:
 
  ◆吸附剂的选用
 
  吸附剂是吸干机中成本占比最大的零部件之一,如果想要追求压缩空气品质为Class0级,那么吸附剂说了算。如果吸干机使用氧化铝或分子筛的质量有差异,再好的吸干机也无法达到设计要求。好马配好鞍,好的吸附干燥器一定有好的吸附剂。压缩空气的品质离不开好的吸附剂,见图17。在笔者的《吸附在空压系统的应用》课程中对吸附剂要求及使用有详细解读。
 
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  ◆流程设计
 
  吸干机流程设计是保障压缩空气品质的基础,无论是无热、微热还是外加热,区别在于再生方式不同,而吸附过程类似。(见图18),当工作塔出口区域吸附剂达到饱和状态时,吸附剂对压缩空气失去了干燥能力,此时需要再生了。吸干机的露点深度取决于再生,就像种树一样,再生的坑挖得越深,吸附的露点可以越低,所以工作流程和周期是关键。2.2.2.2中有不同再生方式吸干机的流程和周期详细介绍,偏离理论计算流程或周期都会影响吸干机的性能。
 
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  ◆空塔流速
 
  是吸干机的主要设计参数,一是保障压缩空气与吸附剂有充分的接触,二来控制压缩空气通过塔体的压降。通常选择0.1~0.5m/s。无热再生取下限,有热再生取上限。
 
  ◆接触时间
 
  就是压缩空气与吸附剂接触的时间。它决定了工作塔内吸附剂床层高度及压缩空气在工作塔的流速,时间越长,干燥度越高。一般选择4~8s,分子筛选择3~5s,氧化铝选择6~8s。从图19中看出,接触时间越长,露点越低。
 
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  ◆吸附剂的填充量
 
  也是保证压缩空气露点的关键指标,通常用以下公式计算:
 
  吸附剂填充量M(kg/h)=压缩空气含水量G(kg/h)/吸附剂动态吸附量
 
  余量系数一般取1.3。
 
  一般来说,既要填充量少,又想吸附能力好,采用氧化铝+分子筛的填充方式最为合理。从图20看出,氧化铝在相对湿度高时吸附能力强,可以用于工作塔进口位置;分子筛则在相对湿度低的区域吸附能量好,可以用于工作塔的出口位置。既能保障吸附效果,又可以减少填充量。
 
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  ◆工作塔吸附剂床层温度
 
  根据热力学理论,吸干机工作塔内吸附剂吸附时是放热过程,因此工作塔内吸附剂床层温度因吸附作用会上升,其床层温度=成品气温度=进气温度+温升。床层温度上升对于吸附过程是不利的,如能规避尽量规避。
 
  图21表示了床层温度与进气温度和工作压力有关:工作压力越高,床层温度越低;进气温度越高,床层温度越高;当工作压力0.8MPa;进气温度38℃,床层温度50℃。
 
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  ◆再生温度
 
  再生温度是吸干机的再生是否彻底的关键指标,它与吸附剂种类及再生方式有关:
 
  a) 对于有热再生式吸干机来说,再生塔吸附剂的平均温度应不低于最低要求再生温度,见表13;
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  b) 无热再生吸干机再生温度=成品气温度(工作塔吸附剂床温);
 
  c) 微热再生吸干机再生温度=190~200℃。
 
  ◆工作压力
 
  通常吸干机的设计生产及样本(或铭牌)处理量均按JB/T 10532-2017《一般用吸附式压缩空气干燥器》规定工况:0.7MPa。当实际工作压力高于规定工况,对吸附干燥过程有利的。但实际工作压力低于规定工况,由于饱和含水量增加,空塔流速增加,接触时间减少,再生耗气量增大,露点温度升高,对吸附干燥过程是不利的。
 
  ◆再生能耗
 
  是吸干机为了能持续提供稳定可靠的低露点压缩空气必要的手段。吸干机的再生过程是吸热过程,根据热力学理论,必须要有外部能量补充才能完成吸附剂的再生。无热再生虽然没有外部热量补充,但是有需要成品气再生。表14列举了常规吸干机的再生能耗比较。
 
干燥技术在压缩空气中的应用<二>
 
  <注:未完待续,更多精彩见下期……>
 
 
  参考资料
  JB_T 10526-2017 《一般用冷冻式压缩空气干燥器》;
  JB_T 10526-2017 《一般用冷冻式压缩空气干燥器》;
  ISO 8573-1 2010 《压缩空气 第1部分:污染物和纯度等级》;
  T/CGMA033001-2018《压缩空气站能效分级指南》;
  T/CGMA ××××—××××《一般用压缩空气干燥器选型指南》征求意见稿;
  《压缩空气干燥与净化设备》;
  《压缩空气应用指南》;
  《容积式压缩机技术手册 化工、动力、制冷》。
 
  作者简介
  第一作者:梁柳生,广西柳州,大学本科。高级工程师,1990开始从事空压机行业工作;有在国企、合资及外企工作经历,其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监,并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室,专业从事压缩空气系统研究,精益生产管理及销售的培训工作。国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人,全国压缩机标准化技术委员会副主任委员。
  第二作者:梁翰林,上善气体工作室讲师助理。
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