压缩空气干燥与净化

压缩空气的干燥与净化一、压缩空气及其生产净化压缩空气因具有易储存、易控制、流动性好及安全、环保等特点，是仅次于电力的第二动力能源，被广泛应用于食品、电力、化工、制药、采矿及机械制造等很多领域。应用的领域不同，对压缩空气的质量要求也不同，但始终离不开高效、节能、环保的主题。空气经压缩机压缩压缩后，就可得到具有较高压力的压缩空气，但是由压缩机产生的压缩空气并不是纯净的，这是因为空气压缩机本身含有润滑油，在进行压缩工作时，必然有部分润滑油混入到压缩空气中去，另外自然界的空气本身含有一些固体颗粒及水份等，在气动回路中直接使用这种未经净化处理的气体，会给气动回路带来一些故障，损坏气动组件，降低组件使用寿命，生产效率下降，甚至造成事故。据统计，气动系统的故障停机 85%以上是由于使用不洁净、不干燥的压缩气体引起的。究其原因，压缩空气中的水分会造成部件锈蚀，冬季会冷凝结冰，造成堵塞；油气冷凝沉淀形成油污常常造成密封件老化、失效；粉尘则加快了运动机件的磨损，沉积造成堵塞，造成无谓的压力损失等。因此，净化这些压缩气体以获得纯净的压缩气体是气压系统中必不可少的一个重要环节。图 1-1 压缩机机组及基本的后置净化系统为了保证了各种用气设备的高效、可靠的运行，以及用气产品的质量，向客户提供高质量的压缩空气，主要有两种途径：一是改善压缩机及其机组的性能，提高原始动力气源的质量；二是根据利用领域的不同，为空压机组提供后置净化设备，组装成新的复合机组，以满足新的需求。目前，这两部份通常分开来做，压缩机的专业生产和压缩空气的专业净化分开来做。图 1-1 就是一个简单的压缩空气系统配置：压缩机机组提供了初始压缩空气，进行了最初的压缩空气冷却净化过滤处理；其它的是后置输送和净化设备，其中空气桶的作用是减少气流脉动和存储压缩气体，安全阀的作用是安全保护压力过高时泄放压力，干燥机去除压缩空气中的水分，泄水阀泄放冷凝水，用气端接气动系统，压力表指示当前压缩空气压力。针对不同的用气领域，我们可以采用不同的系统配置图 1-2。图 1-2 净化系统配置图二、压力露点与压缩空气质量等级什么是，高质量的压缩空气呢？队压缩空气的后处理净化要达到何种程度呢？ISO8573 和 GB/T 13771991一般用压缩空气质量等级 都对压缩空气的质量等级做出规定，一般设计制造配置压缩系统都按此标准执行。1衡量压缩空气质量的几个指针（1） 最高压力露点：饱和湿空气中的水蒸气凝结的临界温度。最高压力露点越低，对应的饱和湿空气的饱和蒸汽压越低，饱和时空气的绝对湿度就越低，压缩空气空的水分含量自然越少；湿空气的饱和蒸汽压仅与温度有关，与总压力大小无关。（2） 最大含水量：压缩空气中的水分含量，越低空气越干燥。（3） 最大含油量：压缩空中的含油量。（4） 固体最大粒子尺寸（5） 固体粒子最大浓度（6） 灭菌等级2ISO8573-1 压缩空气质量的规定ISO8573-1等级 固体最大粒子 尺寸 m 固体粒子最大浓度 mg/m3最高压力露点 最大含油量mg/m3最大含水量mg/m31 0.1 0.1 -70 0.01 0.0032 1 1 -40 0.1 0.1173 5 5 -20 1 0.884 15 8 +3 5 5.955 40 10 +7 25 7.736 +10 9.367 无要求 无要求3GB/T 13771991一般用压缩空气质量等级GB/T 13771991等级 固体最大粒子 尺寸 m 固体粒子最大浓度 mg/m3最高压力露点 最大含油量mg/m3最大含水量mg/m31 0.1 0.1 -70 0.01 0.0032 1 1 -40 0.1 0.1173 5 5 -20 1 0.884 40 10 +3 5 5.955 +7 25 7.736 +10 9.363压缩空气的应用领域等级要求（GB/T 13771991 ）压缩空气等级应用领域固体粒子 水 油空气搅拌 3 5 3制鞋、制靴机 4 6 5制砖、玻璃机 5 6 5零件清洗 4 6 4颗粒产品输送 3 6 3粉状产品输送 2 3 2铸造机械 4 6 5食品饮料加工 2 6 1机床 4 3 5采矿 4 5 5包装与纺织机械 4 3 32摄影胶片生产 1 1 1土木建筑 4 5 5凿岩机 4 52 5喷砂 3 3喷漆 3 32 1烘干机 4 6 5三、压缩空气中的水分问题理论上用到的完全干空气（Dry Air）在自然界中是不存在的，我们生活的环境中或多或少都含有水分，称为湿空气（Wet Air） 。含在空气中的水分，大多以水蒸气的形式存在，我们无法看见，感觉空气并不潮湿。但我们也可观察自然界中的小草上的露水、大地上的霜降、天空中的浮云，这都是空气中的水蒸汽变化形成的：露水和霜降是由于夜晚温度太低，空气中的水冷凝出来的，温度再低就形成了霜；云是水蒸气上升后，温度压力都降低了，空气中的水冷凝出来了，聚集在天空便成了云。而空气中的水进入压缩机后，其变化又是怎样的呢？下面就来了解一下，空气的相关性质。1压缩气体基本理论波义尔（BOYLES）定律：对于一定质量的气体，在温度不变的条件下，压力和它的体积成反比。公式：P 1V1 = P2V2。查理（CHARLES ）定律：在一定压力下，温度每升高 1，对于一定质量的气体，其体积增加 1/273。基路沙（GAY LUSSAC）定律：压力不变，气体体积的增加与温度成正比，V1 / V2 = T1 / T2；在体积不变时，压力和温度成正比，P 1 / T1 = P2 / T2。理想气体状态方程式：P 1V1 / T1 = P2V2 / T2 = 常数。伯努利（Bernoullis）方程：水平流动的流体流过管径不同的管道时，在点1 和点 2 的总能量相同，P 1 + 1/2 V1-2 = P2 + 1/2 V22。道尔顿分压定律（Daltons Law of Partial Pressures）：将许多不同且彼此不会起化学反应的气体共置于一密闭容器中，其总压力等于同温度时，各气体单独占有容器时所产生的压力之和。2压缩空气性质术语说明1） 干空气（Dry Air） 基准状态(Normal condition )0，压力 760mmHg下标准杆空气成分如下表成分 N2 O2 Ar CO2容积组成% 78.09 20.95 0.93 0.03重量组成% 75.53 23.14 1.28 0.05此状态下干空气性质如下：比重量=1.293 kg/Nm 3 分子量=28.9662） 湿空气（Wet Air ）自然界中的大气，除上述空气成分外，还存有或多或少的水分，所谓空气指的是干空气。根据道尔分压顿定律有：Po(湿空气压力)=P D(干空气分压)+P W（水蒸气分压）湿空气是干空气与水蒸气所混合的气体。其中当湿空气在某一温度时，水蒸气的分压力最高不得超过此温度下饱和压力，即在某一温度下的湿空气，它的水蒸气最高含量已定，饱和压力仅与温度有关，与总压力大小无关。例如，在1 大气压，30时，水蒸汽的最高分压力为 0.04327kg/cm2，即使在总压力 10 kg/cm2 ，30时，水蒸气的最高分压力仍为 0.04327kg/cm2。3） 绝对湿度（Absolute Humidity）或（Specific Humidity ） a.绝对湿度为每 1m3 湿空气中所含水蒸气的质量,从绝对湿度定义看，绝对湿度即为湿空气中水蒸气的密度 v。b. 单位质量的干空气中携带水蒸气的质量,单位 kg/kg。 （国内称为含湿量）对于湿空气而言 P=P D+Pw =Mw/M D Mw:水蒸气品质 MD：干空气质量=0 表示完全干空气 ；=表示无空气之蒸汽，完全水蒸气。4） 相对湿度（Relative Humidity）=相对湿度（R.H）= 100%壓 力同 一 溫 度 下 飽 和 水 蒸 氣 力某 一 溫 度 下 之 水 蒸 氣 壓对于湿空气而言：=Pw/Ps100% Ps 表示在 Pw 之温度时的饱和蒸气压相对湿度饱和度= 100%最 大 含 量立 方 米 空 氣 中 水 蒸 汽 的當 時 溫 下 量立 方 米 空 氣 的 水 蒸 氣 質當 時 1例如：30时 1m3的空气中含有 30g 的水蒸气为饱和时，今有一地方，在1m3 的空气中含有 12g 水蒸气，则其湿度等于 12g/30g100%=40%,即相对湿度为 40%RH。=0 表示完全干空气，=1 表示饱和时空气，表达所处状态的含水能力。5） 饱和湿空气（Saturated Air）空气吸收水分的能力与当时该空气的压力与温度有着密切的联系。在某一温度和压力下，空气由吸收水分的最高限度。如果实际含有的水分没达到最高限度，只要有水源，空气可以继续吸收水分，若超过限度称为过饱和状态，这种状态不稳定，过多的水分将凝为液态。若处于此最高限度时，无论空气周围有无水源，其也无法吸收，此时空气称为饱和湿空气，即相对湿度 100%RH 的湿空气。6） 大气露点温度（Dew-Point）对于湿空气，其压力不变，保持未饱和湿空气中水蒸气的含量不变，而降低未饱和湿空气温度，则未饱和湿空气的相对湿度 增加，当未饱和湿空气含量的温度降到使其相对湿度 =100%时，原来的未饱和湿空气即达到饱和状态，此时若再降低温度，空气中的水蒸气将凝结，此时的温度称为露点温度。3压缩空气中的水分问题空气受到压缩时，温度上升，温度越高，空气的汗水能力越强。例如，压力为 8.0 kg/cm2-的压缩空气，此时空气已经压缩为原来体积的 1/9，但由于压缩后温度很高，使水蒸气仍能隐形存在，此状态下仍为不饱和湿空气；但是，当压缩空气经由管路输送时，温度渐渐下降，随时会有冷凝水凝出影响系统的正常运行，这些冷凝水就是空气压缩机和用气设备的问题水。1） 湿空气经压缩后湿度的变化依据道尔顿分压定律：Po(湿空气压力)=P D(干空气分压 )+PW（水蒸气分压）理想气体状态方程：P DV=MDRDT PWV=MwRwT R 气体常数可得：Mw/M D=PwRD/PDRw Mw/MD = 绝对湿度，Pw=Ps,Ro=29.27 mol/K Rw=47.06 mol/K 可得：=0.622 sP2） 压力露点（Pressure dew-point）经压缩后之湿空气，由于压力升高，体积减小，原来含在其中的水蒸气包容空间减小，随时有显形的可能，刚要显形凝聚的温度，称之为压力露点。3） 压缩空气压力露点之温度计算水的饱和蒸汽压和露点温度是意一一对应的，知其一就可查到另外一个，查表一，露点温度非排气温度。公式：=0.622 Ps吸气压力：P 1 吸气温度：T 1 相对湿度： 1排气压力：P 2 排气温度：T 2 相对湿度： 2=1T1 时的饱和蒸汽压 Ps1 T2 时的饱和蒸汽压 Ps2=0.622 =0.622 1Ps2PsPs2= 1P2 /P1Ps1例：有一台空压机，吸气压力为 1kg/cm2，温度 30，相对湿度 80%RH，排气压力 8.0 kg/cm2，试求所得压缩空气的压力露点。解：查表一得 30时，Ps 1=0.04327kg/cm2Ps2= 1P2 /P1Ps1=0.88.0/1.00.04327=0.277 kg/cm2再查表一 Ps2=0.277 kg/cm2所对应的露点温度约为 66.7。也就是说，常压下的饱和或不饱和空气，压缩后当温度低于某一特定温度-压力露点后，压缩空气中就会冷凝出水。下表所示为 8.0kg/cm2的压力露点与常压露点的对应关系。常压露点 -60 -40 -20 -15 0压力露点 -43 20.2 -4.06 10.92 17.924） 压缩空气冷凝水计算例：有一台空气压缩机，风量 10 m3/Min，每日运转 10 小时，吸气压力1.02kg/cm2，温度 32，相对湿度 60%RH,排气压力 8.0 kg/cm2，试问此压缩空气能却至 40后，凝结出多少水？解：（1）计算基准状态（Normal condition）下的干空气风量32时，饱和蒸汽压 Ps1=0.04849kg/cm23270)489.60.(2730. VoVo=8.75 Nm3/MinG（干空气重）=8.751.2936010=6788.25 (kg)(2)计算吸气状态下之绝对湿度=0.622 =0.622 =0.01826(kg/kg)Ps0489.62.1(3)计算压力状态下之绝对湿度Ps2= 1P2 /P1Ps1=0.68.0/1.020.04849=0.2282 kg/cm2， 查表一可得此时所对应的露点温度约为 62.5，故 40时呈饱和, 即 RH=100%，40时饱和蒸汽压为 0.07523 kg/cm2。=0.622 =0.622 =0.006(kg/kg)Ps07523.1.8(4)凝结水量M= G（- ）=6788.25（0.01826-0.006）=83.22(kg)即压缩机工作一天，有 83.22kg 冷凝水产生，如此之多的水若不处理，进入压缩机系统和用气设备中，其后果可想而知。四、压缩空气中水分的干燥在我们的生活环境的空气中多少都含有水分，这部分水进入压缩机压缩后，由于温度压力的变化，便会有冷凝水析出，严重影响压缩机机组的运行和其它用气设备的性能寿命，因此去除空气中的水分是十分必要的。干燥是相对的，也就是在某种需求被视为干燥的空气，在其它用途时仍被视为不够干燥。因此，压缩空气需要何种程度的干燥，来满足和中需求，是设计或选择干燥机时，首要考虑的因素。因为选择不需要太低露点的干燥机，将增加采购与运转成本。根据以上几种不同的理论方法，我们就可以开发出不同的压缩空气干燥机来，除去压缩空气中的水分。1吸附干燥法吸附干燥法利用吸附剂对水分的吸附性能，如硅胶，活性氧化铝和分子筛等，它们对水分都具有很强的吸附能力。吸附剂的吸湿过程是物理变化，是可再生的，在高压下吸附，低压下解吸，即变压吸附（PSA） ；也可在常压吸附，加热时再生，即变温吸附（TSA） ；或者高压常温吸附，常压高温解吸（ PTC） 。这类吸附干燥的干燥度可以达到常压露点-70。利用此种原理的称为吸附式干燥机图 4-1，详细介绍见附录一。图 4-1 吸附式干燥机2潮解干燥法潮解式干燥器也是利用吸附剂对水分的吸附特性，只不过潮解式的吸附剂在吸附水分后，变成液态排出，朝节后的吸附剂不能再生，而且会造成环境污染。这种方法又称为化学法。这类干燥器可达到-38左右的露点。3冷冻干燥法冷冻干燥法是利用制冷压缩机产生的冷量对压缩空气进行冷却，使压缩空气达到其压力所对应的露点温度，从而使压缩空气中的水分析出，达到干燥目的。这类干燥法的干燥度可以达到常压露点-23。利用此种原理的称为冷冻式干燥机图 4-2，详细介绍见附录一。图 4-2 冷冻式干燥机4膜分离干燥法利用膜分离技术对压缩空气进行干燥是一种极有前途的干燥方式。压缩空气经过中空纤维薄膜时，为中物质的渗透压不同，使水从压缩空气中分离出来，从而达到干燥效果。利用此种原理的称为膜分离干燥机图 4-3。图 4-3 膜分离干燥机五、压缩空气的过滤众所周知，在人们生活的空间，尤其在生产环境中的气体都包含着数以百万计的污物微粒，它们通过压缩机数倍的压缩后进入压缩空气系统，大量的油蒸汽和悬浮微粒将不可避免的在气动管道、仪表组件、控件装置及机械表面形成有害物质的渣质沉积，若不除去，随气流输送必将会造成堵塞和污染设备、管道、阀门、侵蚀气动仪表、气缸、造成操作失灵、使用寿命降低、导致生产效率低下、产品质量不稳定、生产成本上升等严重后果。压缩空气净化设备中还有一种以除油、除尘、除臭、除气态油蒸汽为主的过滤装置，称为过滤器，见图 5-1。图 5-1 过滤器1过滤方法压缩空气过滤器采用离心分离、惯性踫撞过滤、吸附吸收，以及静电除尘法达到对压缩空气中的固体颗粒、液滴、油雾的清除。离心法和惯性踫撞法的过滤精度较低，要获得更高质量的压缩空气，可采用多孔陶瓷组件、烧结金属、泡沫塑料及编织物或孔径在制造时已经设定的聚四氯乙烯、醋酸纤维等高聚物制成的膜，对空气进行过滤。前者过滤精度为 0.120um,后者的过滤精度为0.01m 以下。静电处理法，可处理 0.10.3m 的杂质。在食品、医疗和化工行业，采用相应的吸附剂对压缩气体中的其它气体和异味进行吸附，如用煤基吸附剂吸附二氧化硫，用强碱性离子交换纤维吸附二氧化碳等。一般情况下，为了获得高的过滤效率，单个过滤器都是采用几种原理方法组合使用，在干燥器内部就有几种不同形式的过滤，如图 5-2 就是一个典型的六及过滤滤芯。第一级为分离区，通过踫撞、改变方向、膨胀等方式，去除微粒和液滴；第二级为预过滤，过滤掉各种臓颗粒，是凝聚过滤更有效；第三级为活性炭过滤；第四级为凝聚过滤，在吸收了油雾后由白变红；第五级为后过滤，滤除凝聚过滤器中的颗粒；第六级为终过滤，保证出口气体质量。2过滤器衡量参数和分类对于过滤器的衡量，常采用以下几种参数：1） 过滤效率：过滤器过滤某种粒径杂质的能力，用百分比表示。2） 过滤精度：通过过滤器的最大粒子直径。3） 透气率：过滤气单位时间内单位面积的气体流通能力。4） 阻力：压缩气体通过过滤器的压降。根据过滤器过滤精度和用途图 5-2，过滤器分类如下：1） 预过滤器：过滤精度小于等于 5m；2） 精过滤器：过滤精度小于等于 1m，残油含量 1.0mg/m33） 高精过滤器：过滤精度小于等于 0.1m，残油含量 0.1mg/m34） 超级过滤器：过滤精度小于等于 0.01m，残油含量 0.005mg/m3-， 舆活性炭过滤器串联使用。5） 油过滤器6） 除菌过滤器等 图 5-2 精密滤芯粗、精过滤器的过滤组件一般有用多孔陶瓷、微孔玻璃、粉末冶金多孔滤芯、高分子合成纤维、玻璃纤维等材料制成的缠绕式蜂窝状滤芯，称为深层型过滤。对于过滤精度要求高的场合，采用电解镍粉粉末冶金金属膜过滤芯，或由聚四氯乙烯，聚偏氯乙烯等高分子材料制成的过滤膜，滤芯呈膜状。3常用压缩空气过滤器1） 气水分离器（预过滤，C 级）气水分离器(油水分离器)主要用于压缩空气管路的粗过滤，分离器同时采用了直接拦截、惯性碰撞、布朗扩散及凝聚等工作机理，能够有效的清除压缩空气中的液态水、油雾、尘埃以及有机混合物，极大的减轻后部净化设备的负荷，是压缩空气高效过滤器及冷冻式、吸附式压缩空气干燥机必不可少的预处理装置。它无需更换组件，几乎可以忽略不计的压力损失，通过电磁阀控制自动排污。2） 除菌过滤器除菌过滤器有效阻挡压缩空气中的细菌和噬菌体并通过高温（200）蒸汽除菌，产生无菌压缩空气。主要应用于制药业、发酵、食品饮料、啤酒酿造、生物制品等行业。 3） 高效除油器（精过滤器）压缩空气高效除油器是近年来迅速发展的净化压缩空气新技术，是各类型空气压缩机的压缩空气系统的后处理装置。其功能是去除压缩空气中的固态尘埃、油气粒子和液态物质。高效除油器是以超细纤维为主体滤材，采用旋风分离、预过滤和凝聚式精滤三级过滤净化，具有相当高的除油、除尘能力及一定的脱湿干燥能力。4） 活性炭过滤器（除臭过滤器）用活性炭纤维为过滤材料，具有很强的吸附性能，可过滤掉压缩空气中残余的油分、异味，适用于食品、饮料、制药等压缩空气净化系统，系统配置时需在其前安装 C 级、T 级、A 级或其它过滤器，其滤芯见图 5-2。4过滤器的选择种类过滤精度 m含油量mg/m3初始压差Mpa滤芯更换压差罐体材质作用预过滤器 5 5 0.01 0.07 铝合金有效阻挡污物，保护 A 级过滤器，使之正常持久地工作精过滤器 1 0.5 0.01 0.07 铝合金作为 B 级过滤器及冷冻式干燥机的前置过滤器微过滤器 0.01 0.01 0.01 0.07 铝合金作为活性碳过滤器（C 级）和吸附式干燥机的前置过滤器活性碳除臭 0.00 0.02 铝合金 去除油蒸汽和碳氢化合物的气味过滤器除菌过滤器 不锈钢有效阻挡压缩空气中的细菌和噬菌体并定时通过 200蒸汽除菌上表是各种不同等级的过滤器相互对比与装配关系，我们在选择使用干燥器时，要注意其使用范围，型号。以自己具体的工作环境来配置过滤器，注意过滤器所能处理的风量。5安装说明 连接过滤器的管道必须彻底清洗和吹扫； 过滤器应垂直安装，下方留有足够的滤芯更换空间； 必须按滤头上标明的方向安装过滤器； 使用较大的过滤器时，应在管线上设置支架； 过滤器上游的阀门不得快速开启； 运行中经常检查自动排污阀的工作情况； 更换滤芯时注意：O 形圈安装正确；只允许手持滤芯端盖，不得触摸滤材。六压缩空气的其它净化设备1储气罐储气罐（图 6-1）储存压缩气体，以备需求峰值超过压缩机流量时之用。它可以促进压缩空气的冷却和收集可能产生的残留冷凝水及油滴，通过电磁泄水阀排出；使空气管网中的压力波动趋于平稳，有效遏制压缩机短期频繁的装载和卸载；保护后空气净化系统的平稳进行，对于压力波动较大的场合可安装一压力维持阀。储气罐一般配有压力表、安全阀和排气阀。图 6-1 储气罐2除水接头图 6-3 T 型除水接头系统管路中的除水接头要有良好的密封能力，保证不泄漏；使气体从气源到用气点的压力损失最小；能够防止水分随空气一起流动，有利于减少长期困扰管路系统的气体带水的问题。图 6-3 T 型除水接头就是其中一种高效除水接头，空气中的水分被“ 留住”并从适当的位置排出。 但为了保证 T 型除水接头的正常功能，关键在于管路安装时该接头必须较水平地安装在系统中，并且出口位置垂直向下。3管路系统空气管路系统中的配管要求保障高质量的空气、 更高效率的空气传输、减少压力损失、更高的流量、易挤压成型、方便快捷的安装。一般采用镀锌钢管或高质量的铝管，安装时注意保持清洁，焊接的要去除焊渣。图 6-3 铝管2冷凝水净化器喷油压缩机中的冷凝水是油水乳状液，被归类为残油，一定不能排放到污水系统或环境中。在全世界，法规对于这种含油废水的处置要求变得越来越严格，冷凝水的排放国际环境质量认证体系 ISO14000 中有明确的规定，冷凝水需经处理达到标准后方可排放，保证排出物纯度低于 10 毫克油/升。图 6-4 冷凝水净化器冷凝水净化器原理见图 6-4，冷凝水通过消声器进入到机组中，并在膨胀室 1 中减压 。乳化的油水混合物随后进入塔 A，并通过亲油的白色过滤器 2渗出。该过滤器吸收油而不是水 。亲油的过滤器 3 悬浮在水面上吸收残留的油。油的额外重量将使得过滤器逐渐下沉，因为它渐趋饱和，这样可以确保清洁的过滤器材料始终与水面接触。塔 A 顶部的指示棒显示过滤器的状态；随着过滤器的消耗，该指示棒会逐渐下沉。在该指示棒刚刚全部沉入水中时，必须更换过滤器。更为清洁的冷凝水 4 将从塔 A 流到塔 B 。塔 B 中的一袋活性碳颗粒5（放在一个袋子中）可以吸收冷凝水中所有残留的油 。从塔 B 中流出的便是不含任何残留油的清洁冷凝水 6，可以作简单的处理，安全排放 。5 快速接头 方便连接排水管接头或油水分离器，常用的有卡套式快速接头。6电子疏水阀 电子疏水阀是空气系统中的主要组件，从后冷却器、干燥机、过滤器、储气罐和管道过滤器等中排除冷凝物而不损失压缩空气。(a). 外置式自动排水阀 (b). 内置式自动排水阀图 6-6 电子疏水阀7不同种类的阀门压缩空气过滤系统中常用到的阀门有压力维持阀、蝶阀、调节阀、节流阀、截止阀、安全阀、止回阀等。(a).电子式调节阀 (b). 截止阀图 6-7 电子式调节阀和截止阀8压差指示计允许在任何位置安装过滤器 ，指示最佳更换时间 。(a). 压差表 (b). 油滤清器压差发讯器七、压缩空气干燥净化系统的合理配置压缩空气净化系统的配套使用是一项经验性很强的工作，每一种净化方式，配置都对应着特定的用户要求和使用环境。比如压力的变化，若压力降低则设备有可能发生超载、过热；温度的变化，若温度过高，则设备的负荷增大，露点温度也随之增加。一般合格的压缩空气干燥进化系统应具有以下条件：1易空气压缩机的额定气量和压力值为依据，选择净化系统。2以进气温度、额定气量、额定压力值和环境温度为依据，选择干燥气功率。3以干燥度，即露点值的高低未依据，选择配置和种类型的干燥器。4以含油指标、含尘量指标的高低未依据，选择配置几级过滤器，并确定过滤器的类型。5以露点、含油量、含尘量的指针确定管道的配置，即选用管道材料。6在环境粉尘量较大的工作场所，要安装进气过滤器，以保护压缩机和保证净化效果。7其它工艺标准符合空气压缩机站审计标准的相应规定。8压缩机空气干在净化的流程主要是干燥、过滤的过程，同时也是一个温度不断降低的过程。温度在净化中扮演者重要的角色，进气温度、环境温度都直接影响干燥、净化效果。以下是三种不同的压缩空气净化系统，满足不同的用户要求。1基本的压缩空气净化系统，由一台压缩机和一套后置净化系统组成，满足用气量相对较小的客户。图 7-1 压缩空气净化系统配置一2多台空气压缩机舆一套净化系统的组合，两台压缩机可同时运行，也可一台运行，一台待机，为用户提供高质量的压缩空气。图 7-2 压缩空气净化系统配置二3对于用气量大，净化设备负荷大的用户，可选用下图这种配置方式，用气量大时，所有设备可满载运行；用气量小时，压缩机可待机，净化系统也可关闭一支，只需满足用气设备需求即可。其控制过程，可通过用气量的变化实行自动控制。图 7-3 压缩空气净化系统配置三4对于有特殊要求的压缩空气，在上述系统中在配以特种净化设备即可。例如，在食品、制药工程中，要无菌的压缩空气，只需在系统后面加一个灭菌过滤器即可。此外，系统配置上还要注意国内和国外的区别，比同行业区别，不同地域的区别，不同机型的区别，选用时要注意设备的设计参数和适用范围。 例如对过滤器和对过滤精度的选择，国外的大气环境相对比较洁净，一般选用的过滤器和滤芯相对国内而言都比较小，盲目照搬，很可能造成过滤精度不够，过滤器压降增大等不良影响。总之，在一个理想的压缩空气系统中，每一个构件，每一种过滤方式都是相对独立的，但又是相互关联的。最好在空气进入干燥器之前尽可能地将其冷却。储气罐或者旋风分离器与冷凝水疏水器一起可以去除所有冷凝水。喷油压缩机需要配备除油筛检程。后面增添除尘过滤器来去除干燥剂产生的灰尘。它们之间的优化配置组合，才能使系统发挥最大的性能，提供出高质量的要所空气。附录一：（一）冷冻式干燥机一、制冷原理简介1冷冻原理理论基础：理想的制冷循环逆卡诺循环。在高温热源与低温热源温度不变的条件下，由两个可逆的等温过程和两个等熵过程构成的逆向循环。图 1-1-1 逆卡诺循环如图 1-1-1 所示为工作在高温热源 TH、低温热源 TL 的逆卡诺循环的 T-s 图。1-2 为等熵压缩过程；2-3 为等温放热过程；3-4 为等熵膨胀过程；4-1 为等温吸热过程。4-1 等温吸热过程吸收的外界的热量就是制冷量，冷冻式干燥机正是利用这过程来冷却压缩空气，使压缩空气达到其压力所对应的露点温度，从而使压缩空气中的水分析出，达到干燥目的。3冷冻系统图冷媒压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器为逆卡诺循环冷冻系统的四大基本组件，其循环如图 1-1-2 所示。图 1-1-2 冷冻系统循环经冷媒压缩机压缩出来的冷媒，呈高压超热气体状态。经冷凝器冷却，除去超热及气化热而液化成高压低温的液态冷媒后，流入储液器内。由储液器流除的液态冷媒经膨胀阀节流降压后，成沸腾状态，当进入蒸发器内，吸收外来的“热而湿的压缩空气”之热量而气化为低压的气态冷媒。并于蒸发器的末端，吸收过量的热成为超热的气体，在进入冷媒压缩机而完成一个制冷循环。3冷冻循环系统的压焓图图 1-1-3 冷冻系统的冷媒 p-h 图h以 R-12 及 R-22 为冷媒时，其在冷冻循环中，各过程之状况如下表所示。过程 名 称 发生部位 描 述1-2 节流降压 膨胀阀 控制冷媒流量2-3 蒸发 蒸发器 吸收热空气的热量而蒸发成气态3-4 过热 蒸发器 蒸发成超热气体4-5 压缩 冷媒压缩机 加压成高压超热气体5-6 除超热、压缩热 冷凝器 除超热和压缩热6-1 液化 冷凝器 液化呈高压低温的液态冷媒冷媒由气液混合态 2 进入蒸发器，在蒸发器中吸热，使液态冷媒变为气态，这一过程中吸收的热量即为制冷系统的制冷量。4除水过程的焓湿图图 1-1-4 为除水过程在 h-x 图上的表示。图中，状态 1 的气体被等湿降温，当其状态达到 2 时，即达到饱和状态。若温度继续下降，使气体中的水分析出，气体的绝对湿度（含湿量）下降，气体的状态变化过程沿饱和线由 2 向 3 及 4变化，变化中，气体的绝对湿度不断下降，焓值不断减少，温度不断降低，一直到达到气体的除湿要求。图 1-1-4 除水过程的焓湿图二、冷冻干式燥机1原理及系统循环冷冻干燥机是利用制冷压缩机产生的冷量对压缩空气进行冷却，使压缩空气达到其压力所对应的露点温度，从而使压缩空气中的水分析出，达到干燥目的。这类干燥法的干燥度通常可以达到常压露点-23。其系统循环见图 4-1-5。图 4-1-5 冷冻干燥机系统循环图压缩空气气路 ：进入冷冻干燥机的压缩空气 A 先进入预冷器 B 中，在此与已出蒸发器 C 被干燥过的低温冷空气进行热交换，其焓、温度及绝对湿度下降。出预冷器的被干燥空气的温度降低，但还未达到干燥要求，被干燥空气进入蒸发器 C。在蒸发器中与制冷剂进行热交换，温度继续降低，在蒸发器出口，其温度达到所要求的压力露点。出蒸发器的气水混合物进入气水分离器 D，在气水分离器中分离出析出的水分，低温干空气 E 再进入预冷器 B 中，并与刚进入的压缩空气进行热交换，使其温度升高后，排出冷冻干燥机。冷凝水从空气中分离出来并由水分离器 (D) 自动排走。若在预冷器与蒸发器之间架一个器水分离器，则系统干燥效果更好。冷煤制冷剂回路：制冷剂气体经压缩机 F 压缩后进入冷凝器 G，在此处由大型冷却风扇（风冷型）或者冷却水（水冷型）冷却变成液体。液态冷媒制冷剂流经毛细管或者压力调节膨胀阀 H 进入蒸发器 C，在此处吸收压缩空气中的热量后变成气体后，再次进入制冷压缩机，循环再次开始。2冷冻式干燥机的设计选择参数压缩空气冷冻干燥机是根据一定条件设计的，中华人民共和国国家标准GB10893-1989压缩空气干燥器 规范与测试中规定了评价或比较空气干燥器的性能所规定的工况。根据 GB/T13277-1991 一般用压缩空气质量等级 ，压缩空气的压力露点一般在 310的范围内，但压缩空气冷冻干燥机设备的实际使用状况，则往往偏离设计共况和规定的工况。变工的因素通常有压缩空气压力的变化、压力露点的变化及工作环境的变化。当压缩空气冷冻干燥机的工况发生变化时，应对其变工况性能进行校核计算和性能仿真，使设计或选择的干燥机性能能真正发挥。一般厂家提供的干燥机参数其实都是一个变化范围，下表就是某一厂家提供的技术参数，处理的风量不同，其型号功率也就不同。工作压力 标准 0.7Mpa 最高 1.2Mpa入口温度 标准 45 最高 80环境温度 标准 38 最高 42压力露点 2-10装机环境 通风良好且无尘埃之场所冷媒环境 R22根据冷凝系统的不同分为气冷式冷冻干燥机和水冷式冷冻干燥机两种。其系统原理流程如下图所示。1气冷式冷冻干燥机图 4-1-6-气冷式冷冻干燥机图中：1. 制冷压缩机 2. 冷凝器 3. 冷凝器风扇 4. 毛细管过滤器 5. 毛细管6. 冷媒/压缩空气热交交换器 7. 冷却剂分离器 8. 热气旁通阀 9. 气/气热交换器 10. 水分离器 11. 自动疏水阀 12. 风扇控制压力开关 13. 最大压力开关2水冷式冷冻干燥机水冷式冷冻干燥机原理与气冷式相同，只是制冷系统的冷凝器不同，采用了冷却水进行形冷却，冷却水由冷却水塔提供。图 4-1-7 水冷式冷冻干燥机图中：1、湿空气入口 2. 干燥空气出口 3. 预冷器 4. 蒸发器 5. 自动排水器 6. 冷媒干燥过滤器 7. 油水分离器 8. 冷媒压缩机 9. 比例式热气旁路阀 10. 冷凝器 11. 冷却水入口 12. 冷却水出口 13. 外部均压感温式自动膨胀阀冷冻干燥机的蒸发器表面的温度低于 0，将会在换热表面上结霜、结冰而影响被干燥气体的流动，进而影响冷冻干燥机整机的工作，因此需保证蒸发器表面的温度高于 0，这就要控制制冷剂的蒸发温度不能过低。为此，在压缩机的排气管路和膨胀阀的出口到蒸发器的进口管路上，需设置热气旁通阀，调节蒸发压力。当蒸发压力降低到一定程度，热气旁通阀导通，高温高压的气体直接进入蒸发器以维持换热器表面温度高于 0。（二）吸附式干燥机现代工业及自动化生产中大量应用压缩空气，日益发展的现代工业技术又对气源提出了不同质量等级的要求。无论使用何种空气压缩机，当压缩比大于3 时，经冷却或长距离管道输送，一般都会有冷凝水析出。冷冻式干燥器因其工作原理和结构所限，压力露点设置不允许低于 2，而换热效率与分水效率决定了其出口真实露点不可能达到蒸发器的设定值，实测露点多在 515之 间。所以，冷冻式干燥器虽有运行费用低 (约为吸附式干燥器的 1/31/5)之优点，但由于干燥度低，对于寒冷地区的室外用气和长距离管道输送(包括室外贮气罐)的室内用气以及制造工艺要求深度干燥的应用场合，如精密仪器、电子、高级喷涂、射流控制、聚酯喷丝等则大量使用吸附式干燥器。一、吸附的基础理论与干燥器工作原理吸附是因吸附质与吸附剂分子间相互作用而发生吸附质分子相际转移的一种现象。压缩空气的干燥常采用物理吸附方法。当待干燥的压缩空气与吸附剂充分(无时间限制 )接触时，空气中的水分子扩散到吸附剂上并因范德华引力而被吸附。与此同时，被吸附的水分子因本身的热运动及外界气态分子碰撞，有一部分离开吸附剂表面返回气相，即发生脱附。当同一时间内水分子的吸附量与脱附量相等时，就达到了一个动态吸附平衡，此时吸附与脱附过程均在进行，但速度相等，这种动态吸附平衡是在一定温度与压力条件下建立的。当温度和压力改变时，系统原有的平衡关系将被打破而建立一个新的平衡关系。如图 2-1-1所示为水在各种吸附剂上的吸附等温线和等压线，它描述了吸附过程的热力学特性。由图可知，一定温度下，水的吸附量随压力的增大而增大；一定压力下，水的吸附量随温度升高而减少；即在低温或高压下水分被吸附，在高温或低压下水分被解吸。而空气的含水能力刚好相反：温度越高、压力越低，空气的含水能力越强；温度越低、压力越高，空气的含水能力越低。干燥机正是依此原理而运行的。图 2-1-1 水在各种吸附剂上的吸附等温线和等压线吸附式干燥器一般采用双塔式如图 2-1-2，一塔进行吸附，另一塔进行解吸。依再生方式的不同可分为无热再生式干燥器，有热再生式干燥器和微热再生式干燥器。无热再生干燥器的实际工作过程分吸附 、再生、均压三个阶段，微热与有热再生干燥器则由吸附、再生、吹冷、均压四个阶段构成一个循环。工作时，压缩空气交替流经 A 、 B 两个充满吸附剂的塔式容器，一塔在工作压力 ( 高水气分压 ) 状态下吸附时，另一塔则在接近大气压 ( 低水气分压 ) 状态下 (PSA 法 ) 或受热状态下 (TSA 法 ) 解吸，然后按所设定的程序切换两塔交替工作。图 2-1-2 吸附式干燥机二、吸附式压缩空气干燥机主要计算参数吸附式干燥器的设计一般是依据以下相关条件与选择性参数进行计算，最终确定吸附剂装填量和结构的： 现场条件 - 环境温度，空压机类型，系统配置 进口工况 - 压力，温度，流量 出口工况 - 露点，压力损失，有效供气量 运行条件 - 露点控制方式，供需平衡 选择参数 - 吸附剂种类，动态吸附量，工作周期，安全 ( 富裕 ) 系数，空塔流速， 接触时间，再生气加流比，加热器功率，时间程序等。制造厂商一般按照行业约定的标准工况，即进气压力 7bar ，进气温度 35 ，环境温度 25 ，压力露点 -20( 或 -40 ， -60) 以及依据不同再生方式确定的回流比进行设计。当干燥器在规定工况下运行时，其效率将会得到最大程度的发挥。只要用户依据自身的处理气量与需求，选择相适应的配套干燥器，就可获得所需质量要求的干燥空气。反之，若运行条件距规定工况相差甚远而又不采取相应措施，将会影响设备的正常运行，降低工作效率，严重时甚至无法获得所需质量产品气，并影响设备的使用寿命。以下与工作过程及计算相关的一些参数。1空塔线速度 u压缩空气在吸附塔内无吸附剂时的流速，称为空塔线速度。空塔线速度的选择范围为 0.10.5m/s。对于活性氧化铝取 0.10.4m/s，分子筛取0.050.2m/s，无热再生时取下限，有热再生时取上限。2接触时间 t压缩空气与吸附剂的接触时间，决定于吸附塔吸附剂床层的高度及压缩空气在吸附塔中的流速。接触时间长，干燥度较高，一般要求解除时间大于 4s。推荐分子筛的接触时间为 35s，活性氧化铝 68s。3吸附塔塔体直径 D 与高度 H吸附塔塔体的直径 D 与空塔线速度 u 和被处理的压缩空气体积流量 qv-有关。关系式为 D= uqv4吸附塔高度 H 对被处理压缩空气的干燥度要求有较大的影响，干燥度要求高，塔体 H 也高。推荐塔体关系式 H=(2.54)D。4吸附剂填充量吸附剂填充量 M(kg/h)为空气含水量 G(kg/h)与吸附剂动态吸附量 a 的函数：M=G/a空气含水量 G 为每小时内，流过吸附塔的湿空气中水所含水蒸气的质量。吸附周期 T 内所需吸附剂量 mT 为：mT=MT 式中 为余量，一般取 1.3。5再生温度吸附式干燥器吸附剂的再生温度，与吸附剂种类和再生方式有关。加热再生时，应使吸附剂的平均温度达到最低再生温度以上；无热再生时的再生温度即为压缩空气的锦旗温度，一般为 2030；微热再生的再生温度视具体情况而定，一般在 4050。6再生气量吸附式干燥器的再生过程都要消耗一部分成品压缩空气量。加热再生时5%6%,无热再生时 15%左右，微热再生介于两者之间。7再生能耗8被处理压缩空气压力9吸附式要所空器干燥器的规定工况名 称 单 位 数 值 允许偏差进口温度 38 1进口压力 MPa 0.7 7%进口压力露点 38 2环境空气温度 38 3三、吸附剂吸附剂昰保证设备吸附性能的重要因素，吸附剂一般为表面极大，孔隙率很高的物质。吸附剂应具有以下条件：1有较强的吸附能力，比表面积大。2与吸附物质及其它相触的介质不发生化学反应。3机械强度与热强度好。4易再生，不易劣化。5可大量生产，价格低廉。目前，在压缩空气吸附式干燥器中，使用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝及分子筛。四、无热再生式吸附式干燥机（Heatless desiccant-type air dryers ）1工作原理：无热再生吸附式干燥机是通过“压力变化“ ，PSA 法，来达到干燥效果。由于空气容纳水汽的能力与压力成反比，其干燥后的一部分空气（称为再生气）减压膨胀至大气压，这种压力变化使膨胀空气变得更干燥，然后让它流过未接通气流的需再生的干燥剂层（即已吸收足够水汽的干燥塔） ，干燥的再生气吸出干燥剂里的水份，将其带出干燥机来达到脱湿的目的。2系统循环图如图所示，无热再生干燥器的实际工作过程分吸附 、再生、均压三个阶段。吸附塔 B 进行吸附干燥时，吸附塔 A 处于再生状态，循环吸附再生。图 2-4-1 无热再生吸附式干燥机吸附过程：从压缩机流出的湿空气，经过进气过滤器，去除了油雾后进入干燥器。三通阀将湿空气导入“干燥”塔，如图所示此时为塔 B。当空气向上流经塔体时，塔中的吸附剂吸附了湿空气中的水蒸汽。 在空气离开塔之时，干燥后的空气可达到-40C/-40F 的压力露点。 随着工作的进行，B 塔中的吸附剂将达到饱和；如果继续让其工作将导致排气压力露点性能降低。再生过程：干燥后的压缩空气的一小部分从塔 A 的顶部进入，其余的大部分压缩空气经过后过滤器离开了干燥器，过滤器去除了干燥过程中产生的吸附剂粉尘。进入塔 A 的一小部分干燥空气用于再生干燥剂。 在再生过程中，塔 A 内为大气压，再生空气在塔 B 内膨胀并流经塔体，带走吸附剂上吸附的水分。 出口处的消音器确保了静音运行。均压过程：干燥剂再生过程只需耗费几分钟，几分钟后控制系统将关闭排气阀。 此时起，再生空气的不断注入使罐内压力逐渐增大直至恢复为正常的系统工作压力； 一旦塔 A 增压完成，则干燥器底部的 三通阀将转向，塔 A 成为干燥空气的干燥塔，而塔 B 成为再生塔。3节能通过露点控制，可大幅度节约能源。通常情况下，干燥器会定期将干燥操作从一个干燥塔切换到另一个干燥塔。 或者，您可以用通过露点传感器测量控制这种切换。 当露点达到预设的点时，干燥器将自动切换干燥塔。这样，如果干燥器不是在极值条件下运行，会延长干燥时间并节省可观的能源。 能源节约幅度很大，最多可节省 70% 的