Чистый воздух – залог долгосрочной службы оборудования и пневмолиний

Компрессорное оборудование

Многие предприятия применяют сжатый воздух как энергоноситель, используя компрессоры. Поэтому вопрос очистки сжатого воздуха от примесей всегда актуален. Фильтрация от твердых частиц не так сложна, а вот удаление масла и влаги вызывает некоторые сложности.

Удаление влаги

Воздух, входящий в компрессор, содержит водяной пар и примеси – пары масел, пыль, производственные газы. В сжатом воздухе их концентрация возрастает. В компрессорных установках для отделения примесей используются воздушные осушители – фильтрация водного, маслянистого, жирного или агрессивного конденсата. Объем конденсата на выходе из компрессора зависит от температуры всасываемого воздуха, влажности, его количества. Для образования 1 м3 сжатого воздуха (10 бар) установке требуется 11 м3 воздуха атмосферы.

Причины конденсата в компрессоре

Степень влажности атмосферного воздуха повышается с ростом его температуры. Например, при температуре 10 °C и атмосферном давлении 0 бар в 1м3 воздуха содержится 9,356 г влаги, а при 20 °C – уже 17,148 г.

При сжатии в компрессоре воздуха его температура увеличивается примерно до 180 °C. После ее понижения в пневмомагистралях начинается конденсация влаги. Смешавшись с посторонними примесями (смазкой компрессора), воздух образует следующие смеси:

Агрессивные эмульсии – смесь воды с маслом, не отделяемая воздействием силы тяжести;
Диспергированные смеси – аэрозольная смесь конденсата воды и масла.

Процесс конденсации начинается при концентрации влаги с примесями, неспособными сжиматься подобно воздуху при температурном значении, превышающем точку росы. При высокой температуре входящего газа влаги выпадет больше. Дальнейшее движение газа по магистрали охлаждает смесь, провоцируя конденсацию.

Попадая в пневматическую систему, влага порождает коррозию внутренних деталей, приводя оборудование в негодность. Зимой, в условиях низких температур, влага замерзает, разрушая клапаны, уплотнители, прочие внутренние детали, узлы и агрегаты. Используемые для подготовки сжатого воздуха воздушные осушители являются обязательным условием сохранения целостности пневматических систем.

Влагоотделители разделяют воздух и влагу до попадания смеси в рабочее оборудование. Осушители бывают двух видов:

Адсорбционный
Рефрижераторный

Осаждение конденсата в осушителе происходит при охлаждении воздуха до значения ниже точки росы. Точка росы сжатого воздуха показывает порог выпадения конденсата, который является нежелательным для оборудования. Именно это значение используется для мониторинга пневматических систем.

Последствия влаги в воздушной системе

Влага, попадая в пневматическую систему, со временем образует коррозию. Химические примеси в воздухе оседают на стенках трубопроводов, рабочих цилиндров, приводя к разъеданию металла, разрушению уплотнителей и повреждению клапанов. Существует целый ряд значительных отрицательных факторов влаги в системе:

Эмульгированный с маслом водный конденсат засоряет протоки пневмоинструмента;
Замерзание в трубопроводах с последующим разрывом;
Появление «кратеров» на окрашиваемой поверхности, способствующих коррозии (пневматические устройства покраски);
Повреждение электроники и разнообразных датчиков;
Нарушение технологического процесса при охлаждении воздухом литейных форм (для литья под давлением);
Расширение рабочего масла пневматических машин;
Коррозия воздуховодов пневмоинструмента с образованием пыли и твердых частиц;
Коррозия металла при пескоструйной обработке;
Изменение физического состояния сыпучих материалов при пневматической транспортировке;
Недопустимость конденсата при производстве продуктов питания и лекарственных препаратов;
Влага неприемлема при производстве электроники.

Осушители сжатого воздуха

Сжатие воздуха в компрессорной установке сопровождается его нагревом с последующим образованием конденсата. Для отделения влаги перед пуском воздуха к потребителю стандартно используется сепаратор. Однако в большинстве случаев сепаратора недостаточно. Дополнительно устанавливается специальное оборудование – воздушные осушители сжатого воздуха.

Адсорбционные осушители сжатого воздуха

В условиях невозможности использования влагоотделителей с точкой росы +3°C применяются адсорбционные осушители сжатого воздуха. Диапазон температур точки росы таких установок – от -25°C до -70°C. Впитывающим влагу элементом служит адсорбент – вещества с большой площадью поверхности. Установка состоит из двух резервуаров – для осушки и регенерации. Адсорбционные осушители бывают двух видов:

С холодной регенерацией. В осушители холодной регенерации воздух попадает сквозь фильтр предварительного очищения. Воздух проходит через емкость с адсорбентом (селикогель), освобождаясь от части влаги. В ней воздух охлаждается до определенной температуры точки росы. Около 15% осушенного воздуха переносится во вторую емкость (регенерирующую). Накопленная адсорбентом влага выносится в атмосферу сухим воздухом. После «промокания» первого резервуара и «высыхания» второго происходит перенаправление сжатого воздуха между резервуарами. Процесс повторяется циклически.

С горячей регенерацией и охлаждением в вакууме. Осушители горячей регенерации дешевле в эксплуатации при подготовке больших объемов газа низкой температуры точки росы (до -70°C). Пройдя первый резервуар, воздух нагревается до точки росы (-40/-70°C). Регенерация второго резервуара выполняется атмосферным воздухом, впускаемым вакуумным насосом и нагретым электрическим элементом.

Рефрижераторный осушитель сжатого воздуха

Благодаря стабильной температуре точки росы +3 °C рефрижераторный осушитель сжатого воздуха применяется чаще остальных. Несколько плюсов такого влагоотделителя:

Простая эксплуатация;
Экологичность;
Надежность;
Регенеративный контур экономит общий расход электричества до 50 %. В конструкции рефрижераторного осушителя два контура – для воздуха и хладагента.

Чистый воздух – залог долгосрочной службы оборудования и пневмолиний
Осушитель рефрижераторный

Принцип действия рефрижераторного осушителя:

Сжатый воздух поступает в воздушный контур, соприкасаясь с холодным потоком и охлаждаясь, теряя часть влаги;
Далее воздух поступает в контур хладагента (фреон R404A, R134A), снижая температуру до точки росы, где влага конденсируется;
В центробежном отделителе конденсата влага выталкивается на стенки сепаратора, стекает вниз и удаляется через электрический клапан;
Хладагент циркулирует с помощью холодильного компрессора;
Из компрессора нагретый хладагент идет в конденсатор (медные трубки в алюминиевых пластинах), где он охлаждается;
Для усиления охлаждения конденсатор оснащен осевым вентилятором;
Затем воздух проходит через узкую капиллярную трубку, снижая свое давление и охлаждаясь;
Хладагент поступает обратно в испарительный контур.

Удаление масла

Очистка сжатого воздуха – это удаление из него твердых частиц и масла. По данным компаний-производителей фильтрующих элементов, атмосферный воздух, всасываемый компрессором сжатого воздуха, может содержать в 1 м3 до 180 млн частиц пыли, а содержание масла в нем составляет 0,01…0,03 мг/м3. При сжатии, например, до 10 бар избыточного давления, концентрация загрязняющих веществ увеличивается в 11 раз, и в 1 м3 сжатого воздуха будет содержаться уже более 2 млрд частиц пыли. Кроме того, источником загрязнения воздуха является и сам компрессор. В зависимости от типа компрессора, в сжатый воздух добавляется от 2-3 мг/м3 (после винтового) до 50 мг/м3(после поршневого) масла в виде аэрозолей и пара. Поэтому, исходя от конкретных требований, сжатый воздух подлежит той или иной очистке.

Фильтрующие элементы: классификация и назначение, порядок выбора

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству сжатого воздуха, предполагается использование системы из нескольких фильтров для удаления масла и твердых частиц.

Фильтр предварительной (грубой) очистки FQ. Фильтр задерживает твердые частицы и эмульсии размером свыше 3 мкм. Обычно устанавливается после охладителя и циклонного сепаратора перед рефрижераторным осушителем. Задача этого фильтра, в первую очередь, – это защита испарителя в осушителе от достаточно крупных твердых частиц и капель масла, содержащихся в воздухе. Установка фильтра такого класса позволяет обеспечить 3 класс чистоты (здесь и далее Стандарт DIN ISO 8573-1) по твердым частицам и 3 (4) класс чистоты по содержанию масла.

Циклонный сепаратор
Фильтр тонкой очистки FP. Фильтр задерживает частицы свыше 1 мкм, включая капли масла. Максимальное остаточное содержание масла на выходе из фильтра составляет 0,1 мг/м3. Обычно устанавливается на выходе из рефрижераторного осушителя и используется для предотвращения коррозии трубопроводов, а также как предварительный фильтр перед микрофильтром. Установка фильтра такого класса позволяет обеспечить 2 класс чистоты по твердым частицам и 2 класс чистоты по содержанию масла.
Микрофильтр FD. Маслоулавливающий фильтр, который задерживает остатки масла и микрочастицы размером свыше 0,01 мкм. Максимальное остаточное содержание масла на выходе из фильтра – 0,01 мг/м3. Используется для защиты систем пневмоуправления, в пневмотранспорте и при покраске. Установка фильтра такого класса позволяет обеспечить 1 класс чистоты по твердым частицам и 1 класс чистоты по содержанию масла.

Чистый воздух – залог долгосрочной службы оборудования и пневмолиний
Фильтр магистральный

Особенности применения фильтрующих элементов

Одним из важнейших показателей, позволяющих оценить эффективность работы фильтра, является дифференциальное давление. Дифференциальное давление – это величина, определяемая как разность между давлением на входе в фильтр и давлением на выходе из него. По сути, дифференциальное давление показывает степень сопротивления фильтра воздушному потоку. Чем выше величина дифференциального давления, тем сильнее загрязнен фильтрующий элемент. Контроль дифференциального давления осуществляется по манометру, установленному на фильтре.

Падение давления происходит даже при установке нового фильтра (примерно от 0,05 до 0,2 бар). По мере работы картридж фильтра загрязняется, и величина дифференциального давления растет. Считается, что замена сменного картриджа должна происходить, если дифференциальное давление превышает 0,5 бар (на шкале манометров на загрязнение фильтра указывает «красная зона»). Можно, конечно, эксплуатировать фильтр и при большем значении дифференциального давления, но это нецелесообразно с точки зрения энергоэффективности.

Скорость загрязнения сменного картриджа (соответственно и увеличения дифференциального давления) зависит от интенсивности использования фильтра. Кроме того, большое значение имеет и своевременное обслуживание фильтра, заключающееся в своевременном отводе из него конденсата. Фильтры бывают двух типов: с ручным отводом конденсата и автоматическим. Первые дешевле, но в этом случае необходимо учитывать «человеческий фактор». Если сотрудник, ответственный за эксплуатацию системы фильтров, забудет своевременно удалить конденсат, то фильтр довольно быстро заполнится конденсатом, и придется преждевременно менять сменный картридж. Поэтому фильтры с автоматическим удалением конденсата предпочтительнее, но они несколько дороже по цене.

В общем случае, при своевременном обслуживании фильтра периодичность замены сменных картриджей составляет 1-2 раза в год в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Типовое решение для очистки воздуха

Типовым решением для очистки воздуха на производственных предприятиях является следующая схема:

Сепаратор циклонный → Осушитель рефрижераторный → Фильтр грубой очистки FQ → Фильтр тонкой очистки FP → Микрофильтр FD

Если у вас остались какие-то вопросы, напишите/позвоните нашим специалистам. Вы получите грамотную консультацию по модельным рядам и их характеристикам, что позволит подобрать оборудование именно для вашего предприятия. Компания ООО «ДельтаСвар» предлагает комплексные решения по оснащению компрессорных и газовых станций, а также системы подготовки сжатого воздуха. Мы поставляем только высококачественное оборудование и материалы производства мировых лидеров в области компримированния газов. Надеемся на долгое и взаимовыгодное сотрудничество.

С уважением,
Русинов Дмитрий Сергеевич,
руководитель направления продаж «Компрессорное оборудование»
ООО «ДельтаСвар», г. Екатеринбург
Тел.: +7 (343) 384-71-72 (доб. 230)
Сайт: https://air.deltasvar.ru/