压缩空气干燥设备性能测试方法与测试系统建置

压缩空气干燥设备性能测试方法与测试系统建置摘要本研究参考压缩空气干燥设备性能测试之国际标准 ISO 7183-2007，建立一套高压空气吸附元件性能测试系统于工研院绿能所实验室，使其各项参数(温度、压力、溼度、流量、洁净度)之均匀度与稳定性皆可符合国际标准，并将其应用于本研究团队目前正极积开发之通电直热再生吸附雏型元件之性能测试，以收集相关性能数据与操作参数、耗能验証与可靠度测试，以做为将来高效率压缩空气干燥设备产品之设计依据，同时可提供国内相关空压机干燥设备厂商，做为吸附材料或干燥设备开发时之测试验证平台。一、前言完整的压缩干空气系统包括空气压缩机、储气桶、干燥设备、过滤设备、输送管线与压力阀件等元件设备。由于空气经过空压机压缩后，空气中所含大量水汽会产生凝结水，加上气流中微量的杂质与油污，将对精密仪器、气动工具、气动设备、仪表、管路、食品与药物制程等造成严重伤害。故高压空气系统的除溼与滤净处理程序，已成为生产高质量压缩空气之必要手段。压缩空气水汽去除机制，主要是藉由空气桶冷却凝结、冷冻式干燥机与吸附式干燥机等设备加以分离去除，其中工业常见的干燥设备有冷冻式干燥机、无热式双塔吸附式干燥机、加热式双塔吸附式干燥机、废热回收式吸附干燥机等。一般大气经空气压缩机后，约有 65.5%的水气量会因空气压缩冷却后凝结所排除、30%由冷冻干燥机冷凝去除，其余约 4.5%水分才由吸附式干燥机去除。由于冷冻干燥机最低可处理的湿度为压力露点约 2，因此无法提供高压空气极低露点-40以下之需求，必须藉由吸附式干燥机才能将压力露点处理至-40甚至是-70以下，然而吸附式干燥机需耗费较高能量用于吸附剂再生，故成为吸附式干燥器主要缺点。传统吸附式干燥机为双塔并联之干燥桶(内装吸附剂) 所组成，当其中一个进行气体除湿时，另一个则进行再生，再生完成后冷却备用并交替循环使用。吸附剂种类有硅胶、活性氧化铝、沸石等，目前仍唯有使用分子筛才将压力露点温度降低至-70以下，得到露点极低压缩空气。无热式吸附干燥机之耗能主要源于吸附剂再生需求所致，因此目前有多种改良型式吸附式干燥机问世。传统无热式干燥设备，其再生方法引入干燥后压缩空气直接进行再生，通常 515分钟完成一次再生切换循环，并消耗总供气量中 1525%的高经济价值的压缩空气，有些不当作操作甚至会高达 50%再生气耗，故其操作费用极为昂贵。改良型式干燥设备分别有 A.加热式空压气体吹净再生，耗气 37% 的压缩空气；B. 加热式鼓风机常压空气吹净再生 ;C.采用空压机废热回收再生，降低加热元件之能耗。为改善吸附式干燥设备之耗能，本研究则开发通电直热式平行通道式吸附元件技术，拟藉由通电直热方式将热量直接传递至吸附剂孔洞内部脱附水汽分子，其与传统电热加热高压空气后再生吸附剂相比，可大幅降低管件热损失与吸附剂加热不均之问题，估计节能效益潜力约可达 30%。表 1为冷冻干燥机与各类吸附干燥机之使用范围、初设成本与运转费用比较表。表 1、各种干燥设备之使用范围、初设成本与运转费用比较表型式 大气露点() 初始费用 运转费用耗气(%)配合空压机(HP)A、冷冻干燥机 5-5 低 低 0 皆可B、无热式(高压空气体吹净再生) -20-40 低 高 1015 400 以下C、加热式(高压空气吹净再生) -40-70 中 中 37 75500D、加热式(外加鼓风机吹净再生) -40-70 高 低 0 200 以上E、热回收式(空压机废热或冷冻机废热再生)-20-40 高 极低 30值得注意的是由于压力露点值与水汽浓度非呈现线性关系，故压力露点平均值，须先换算成水汽浓度或绝对溼度后取平均值，再将此平均值换算回压力露点值，才是压力露点平均值。测试结果除了标示出平均露点温度外，亦须备注最溼状态压力露点温度值。为了避免管路中空压气流扰动影响压力量测，工程实务上采用如图 5 所示。量测该截面之平均静压值。管内壁上、下、左、右 4 点静压，透过直径 1.5mm孔共通于外环沟通道，通道中再开 1/4 吋 PT 内牙接孔接压力计。图 5、标准压力量测管示意图表 4 则为此标准规范中各项量测仪器设备精确度之要求。例如不同的压力露点量测范围，其相对应之精确度略有不同，若量测试范围-10以上，则精确度要求0.5以下;而压力露点量测范围愈低(-40 -100 )，则精确度要求愈宽( 2 )。