При сжатии окружающего нас воздуха в нем резко увеличивается концентрация водяных паров и твердых частиц. Конденсируясь, пары масла и воды образуют капли, которые смешиваются с твердыми частицами, образуя абразивную суспензию. Если не применять специальное оборудование для очистки сжатого воздуха, большая часть этой суспензии попадет в пневмосеть. Агрессивный конденсат выводит из строя трубопроводы, что приводит к утечкам сжатого воздуха и повышенному расходу энергии. Например, через отверстие диаметром 3 мм при давлении в сети 7 бар бесцельно пропадает такое же количество воздуха, которое обеспечивает компрессор мощностью 3,7 кВт. Сброс неочищенного конденсата неблагоприятно сказывается на окружающей среде.
Ведущие производители компрессорного оборудования, например https://air-part.ru/ обязательно включают в состав компрессорной станции концевой охладитель и циклонный влагоотделитель, позволяющие удалить около 75% влаги, попадающей в компрессор на всасывании. Однако и в этом случае в пневмосеть попадает воздух с влажностью 100%. В пневмосети воздух охлаждается, и образуется конденсат. Количество сконденсированной влаги прямо пропорционально расходу воздуха. Для удаления влаги, масла и механических примесей компанией «Атлас Копко» были созданы системы подготовки сжатого воздуха, которые состоят из концевых охладителей, циклонных влагосепараторов, фильтров, систем осушки воздуха и блоков очистки конденсата.
ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ
После сепарации капельной влаги устанавливается система фильтрации, которая позволяет удалить твердые частицы, а также мельчайшие капли влаги и масла, не отделенные влагосепаратором. Наиболее эффективными являются коалесционные фильтры, в которых пыль задерживается в элементе, имеющем заданный уровень фильтрации, а частицы масляного тумана и воды сливаются и укрупняются, в результате чего конденсат скапливается в резервуаре.
Частицы, проходя через фильтрующий элемент, имеют мало шансов не столкнуться с волокнами фильтра. Очень легкие частички, соударяясь с молекулами воздуха, совершают колебательные движения во всех направлениях. Этот феномен известен как «броуновское движение». Таким образом, вероятность того, что частицы не столкнутся с волокном, сведена практически к нулю. Мельчайшие капли воды или масла, проходя сначала через жесткий (сетчатый) слой, при ударе о волокно мгновенно оседают на нем. По мере продвижения они сливаются с другими частицами, а затем, попадая на мягкий фильтрующий слой, под действием силы тяжести и напора воздуха формируют пленку. Пленка конденсата медленно течет вниз и в конце концов стекает в резервуар, откуда удаляется посредством автоматической системы слива конденсата.
При выборе фильтров следует обратить внимание на потери давления на фильтре и срок службы сменного картриджа. Для удобства эксплуатации фильтры снабжают элементами, помогающими определить момент замены фильтрующего элемента и минимизировать возможность его отказа. Фильтры компании «Атлас Копко» снабжены автоматическими отводчиками конденсата, индикаторами перепада давления, сигнализирующими о необходимости технического обслуживания, и смотровыми окнами для визуального осмотра фильтра без разборки оборудования. Потеря давления на фильтре составляет всего 0,08 атм.
ОСУШИТЕЛИ ВОЗДУХА
Фильтры способны удалять только капельную влагу, они не понижают точку росы. Сжатый воздух необходимо дополнительно осушать. Если компрессоры установлены в одном здании с потребителем и система не эксплуатируется при отрицательных температурах, можно ограничиться точкой росы +3 °С. Для понижения точки росы до этой величины обычно применяют осушители воздуха холодильного типа.
При централизованном снабжении сжатым воздухом, когда компрессорная станция находится в отдельном здании, во избежание появления воды в трубопроводах в зимнее время предпочтительнее использовать адсорбционные осушители. Адсорбционная сушка — дорогой, но самый эффективный способ осушения. Только он может гарантировать полное отсутствие влаги в пневматической магистрали. Обычно адсорбционные осушители состоят из двух колонн, заполненных адсорбентом. Одна колонна находится в режиме поглощения влаги, другая — в режиме регенерации. Регенерация может проводиться продувкой сжатым воздухом (в этом случае расходуется до 18% осушаемого воздуха) или путем нагрева адсорбента и продувки его от воздуходувки.
Зачастую, под влиянием различного рода обстоятельств, нет возможности установить холодильный или адсорбционный осушитель. В этом случае для осушки воздуха можно использовать мембранные осушители.
Осушители холодильного типа
Принцип действия осушителей холодильного типа (рис. 2) заключается в охлаждении воздуха до 2–3°С и отделении сконденсировавшейся влаги. После отделения влаги воздух нагревается входным воздухом через дополнительный теплообменник, что обеспечивает понижение влажности на выходе осушителя до 22%. От качества теплообменника зависит энергоэффективность осушителя и, как следствие, стоимость эксплуатации установки.
Еще один немаловажный параметр — наличие системы регулирования производительности холодильного контура и стабильность работы осушителя при отклонении от расчетных условий. Многие дешевые системы осушки не оборудованы системой регулирования холодильного контура. Их производители рекомендуют использовать осушители меньшей по отношению к компрессору производительности. В противном случае воздушный тракт перемерзает, растет перепад давления через осушитель вплоть до полного блокирования прохода сжатого воздуха. Это означает, что даже в самом идеальном случае вы не получите на таком осушителе точку росы 3°С. Точка росы может быть на уровне 10°С или даже 20°С (в летнее время). Разность температур между точкой росы и окружающей средой получается около 5°С, а этого в большинстве случаев не достаточно.
Адсорбционные осушители
Выбирая адсорбционный осушитель с холодной регенерацией, необходимо учесть, что при его эксплуатации могут возникать дополнительные потери сжатого воздуха. В чем причина потерь? Как правило, осушитель подбирается под максимальную производительность компрессора. Так как компрессор обычно выбирают «с запасом», он работает не на полную мощность. Если осушитель не снабжен прямым или косвенным измерителем точки росы, то цикл регенерации адсорбента в нем производится из расчета полной мощности, что и приводит к потерям.
Например, для компрессора производительностью 5,5 м3/мин подобрали адсорбционную осушку производительностью 6 м3/мин. Потери сжатого воздуха на регенерацию составят около 1 м3/мин, что равно 18%. На выходе из осушителя в этом случае мы получаем 4,5 м3/мин. Предположим, что потребителю нужно только 3 м3/мин. Однако на регенерацию адсорбента будет расходоваться все тот же 1 м3/мин сжатого воздуха. В этом случае потери составят уже 25%. Во избежание ненужных потерь осушитель должен быть оснащен измерителем точки росы. Тогда на регенерацию будет тратиться столько, сколько необходимо в данный момент, — то есть практически всегда не более 18% от производимого сжатого воздуха.
В том случае, если необходимо поддерживать заданную точку росы без потерь сжатого воздуха, выбирают адсорбционный осушитель с горячей регенерацией адсорбента, например осушитель серии BD производства компании «Атлас Копко» (рис. 3). Это уникальный осушитель, у которого влагопоглотитель регенерируется посредством электрического нагрева, без расхода осушенного воздуха, что делает процесс более экономичным. Осушитель воздуха состоит из двух сушильных башен, заполненных силикагелем. В то время, когда одна башня поглощает влагу, другая башня регенерируется. Когда точка росы превышает заданное значение, башни меняются функциями.
Влажный воздух из компрессора проходит через фильтры на входе, отсекающие масло, и направляется через трехходовой клапан в осушающую колонну. При прохождении воздуха через адсорбирующую колонну из него удаляется водяной пар, после чего осушенный воздух поступает в пневмосеть через выпускной клапан. Вентилятор с высоким КПД, установленный в нижней части осушителя, забирает воздух из окружающей среды и нагнетает его через нагревательный элемент в башню с насыщенным влагой адсорбентом. Во время движения горячего воздуха по колонне силикагель регенерируется, а воздушный поток затем выпускается через нижний клапан в атмосферу. Процесс длится до тех пор, пока датчик температуры не выключит нагреватель. Затем колонна с адсорбентом охлаждается сухим сжатым воздухом. После регенерации давление в башне уравнивается с давлением в системе путем закрытия клапана регенерации. Готовая к работе колонна находится в режиме ожидания, не потребляя энергию. Когда датчик точки росы покажет, что влажность превышает заданное значение, происходит переключение функций обеих башен.
Преимущества данного семейства осушителей.
1. Наличие датчика точки росы. Вместо функции переключения башен через регулярные интервалы времени управление осушителем BD осуществляется по показаниям установленного в выпускном коллекторе датчика точки росы. Переключение башен происходит, когда точка росы превышает заданное значение. В результате увеличивается продолжительность работы осушающей колонны при частичных нагрузках. Экономия энергии при этом может достигать 70%. Точка росы непрерывно контролируется и отображается на дисплее осушителя, а ее значение может устанавливаться оператором непосредственно с панели управления.
2. Встроенная система управления и защиты. Управление осушителем, контроль давления, температуры и точки росы обеспечиваются новейшей системой Elektronikon®. Встроенная система самодиагностики гарантирует, что ни при каких обстоятельствах параметры изделия не выйдут за установленные пределы. Все данные о работе осушителя отображаются на ЖК-дисплее на русском языке. Контроллер позволяет также осуществлять передачу данных о состоянии осушителя на удаленный компьютер. Для передачи данных по промышленным сетям (Profibus, Modbus) контроллер оснащают специальным блоком ComBox. Оснащение контроллера системой AirMonitor позволяет передавать данные через Интернет.
3. Полноразмерный сетчатый фильтр устанавливается на дне обеих башен. Фильтр оптимизирует распределение потока воздуха через слои силикагеля и отделяет капли воды, предотвращая их попадание в адсорбент, улучшая тем самым процесс осушки.
4. Комплект встроенных фильтров. Встроенные на входе в осушитель фильтры удаляют твердые частицы размером свыше 0,01 мкм, а также капельную влагу и масло до степени очистки 0,01 мг/м3. На выходе из осушителя установлен пылеулавливающий фильтр. Все устройства снабжены дифференциальными манометрами с датчиками перепада давления. При необходимости замены фильтрующего элемента на панели контроллера Elektronikon появляется соответствующая информация.
5. Удобство монтажа достигается тем, что впускной и выпускной патрубки могут быть повернуты относительно своей оси. С целью упрощения процедуры установки осушители оборудованы специальными кронштейнами для вилочных погрузчиков.
6. Простота и минимальное время техобслуживания. Основные плановые работы сводятся только к замене силикагеля, срок службы которого составляет 5 лет.
7. Надежность исполнительных механизмов. Все основные клапаны управляются пневмоприводами, снабженными блоками концевых выключателей, что предотвращает их заедание или неправильную работу. Управление осуществляется сухим и отфильтрованным сжатым воздухом, что также гарантирует безотказность работы.
Имея стабильные характеристики, низкий уровень шума, высокую степень экономии энергии и эффективное конструктивное исполнение, новый адсорбционный осушитель серии BD устанавливает новые стандарты качества в области систем сжатого воздуха.
Мембранные осушители
Причин отказа от установки осушителей холодильного или адсорбционного типа может быть много: недостаточно места для осушителя, нет подвода электричества, широкий температурный диапазон и т. д. В этих и во многих других случаях устанавливается осушитель мембранного типа (фото в начале статьи). Основа такого осушителя — мембранные волокна, собранные в один плотный пучок. Волокна выполнены из специального материала, имеющего структуру в виде капилляров с радиально расположенными микропорами. При прохождении воздуха через капиллярные трубки, молекулы воды из-за разности парциальных давлений диффундируют сквозь стенки в межволоконные полости (рис. 4) и уносятся из модуля, а осушенный воздух поступает к потребителю.
Стоит отметить основные преимущества данного типа осушителя: компактность, простота установки и эксплуатации, возможность горизонтального и вертикального монтажа. Осушитель не потребляет электроэнергию, не требует постоянного обслуживания, позволяет понизить точку росы до –40 °С и ниже, работает при широком диапазоне температур поступающего на вход сжатого воздуха (от 1 °С до 65 °С). Отсутствует шум при работе устройства. Осушитель не подвержен коррозии и не загрязняет окружающую среду.
Одним из ключевых преимуществ мембранного осушителя является возможность его модульного монтажа совместно с фильтрами. Такое конструктивное решение получило очень широкое распространение в мобильных установках и в тех случаях, когда необходимо обеспечить компактность.
БЛОКИ ОЧИСТКИ КОНДЕНСАТА
Все перечисленное выше оборудование предназначено для удаления воды и загрязнений из сжатого воздуха. Конденсат из компрессоров с впрыском масла загрязнен маслом, которое нужно удалять до того, как конденсат попадет в систему канализации. И, соответственно, возникает вопрос: куда и как сливать продукты очистки? Для того чтобы система подготовки воздуха являлась комплексным решением, необходимо устанавливать блоки очистки конденсата (рис. 5). Это безопасный и дешевый способ обработки конденсата в полном соответствии с требованиями законодательства по охране окружающей среды. В качестве основных преимуществ данного метода можно отметить следующее: гарантированная чистота стока, не нужны дополнительные химикаты или активированный уголь, простота и надежность конструкции, легкий монтаж и техническое обслуживание.
В производственных процессах с использованием сжатого воздуха все более важным становится обеспечение гарантий качества конечного продукта. Для получения оптимальных результатов при выборе систем фильтрации и осушки желательно не только руководствоваться спецификациями на оборудование, но
и обращаться за консультацией к техническим специалистам. Компания «Атлас Копко» обладает значительными возможностями и многолетним опытом, что позволяет найти точное решение и предложить действительно необходимое оборудование из обширного ассортимента изделий для производства качественного воздуха. Все поставляемое оборудование может быть протестировано в фирменном сервисном центре с измерением основных параметров, включая точку росы.