Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Рис. 5.4. Выделение конденсата при сжатии p 1 = 1 бар(а) V 1 = 6,5 м³ T 1 = 35 °C φ 1 = 80% hu max1 = 39,286 г/м³ p 2 = 11 бар(а) V 2 = 0,59 м³ T 2 = 35 °C φ 2 = 100% hu max2 = 39,286 г/м³ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 31 5.2.5. Выделение конденсата при охлаждении в рефрижераторном осушителе Калькулятор На нашем сайте имеется онлайн- калькулятор для расчета количества выделяющегося конденсата - он работает по приведенным в этом разделе формулам, и позволяет быстро производить соответствующие расчеты. В предидущем примере 2 в главе 5.2.4. «Выделение конденсата при сжатии» было показано, что при сжатии 1 м³ воздуха с 0 до 8 бар (изб), при довольно обычных условиях атмосферной влажности и температуры, последующем охлаждении сжатого воздуха в теплообменнике, опять же, стандартного компрессора BOGE, выделилось 5,5 г конденсата. Этот конденсат может быть удален с помощью циклонного сепаратора, конденсатоотводчика воздушного ресивера, может быть, фильтров сжатого воздуха - это частные моменты. Однако, сжатый воздух, полученный нами в компрессоре, имеет 100% относительную влажность. В большинстве случаев, потребуется его дальнейшее осушение. Непринудительно, сжатый воздух может охладиться (и выделить дополнительный конденсат) лишь до температуры окружающей среды, да и то лишь при условии длительного нахождения в трубопроводах и ресиверах. Как правило, для осушения сжатого воздуха используются специальные устройства - осушители сжатого воздуха. Адсорбционные и мембранные осушители работают по иным принципам, и их мы в данной главе не рассматриваем. Однако, осушение, производимое с помощью рефрижераторных осушителей, основывается именно на принципе дальнейшего охлаждения сжатого воздуха. Раз эффективно его охладить окружающим воздухом нельзя, нужно использовать другой охладитель - и в рефрижераторных осушителях в роли такового выступают различные хладагенты. Для расчета количества конденсата q c2 , который выделится при дальнейшем охлаждении сжатого воздуха в фреоновом теплооменнике рефрижераторного осушителя, используется та жа формула, что и для расчета выделения конденсата при сжатии q c1 - с тем непринципиальным отличием, что давление остается неизменным (собственно, небольшое снижение давления всегда будет иметь место, но в данном примере в расчет мы его не принимаем). Итак, после сжатия (смотрите пример в предидущей главе) мы имеем 1 м³ воздуха, сжатого до давления 8 бар (изб). Температура его +22 °, относительная влажность 100%. Тот конденсат, который выделился при охлаждении в теплообменнике компрессора, уже выведен из системы, и теперь сжатый воздух поступает в рефрижераторный осушитель. Если осушитель расчитан на обеспечение точки росы +3 °C, он должен охладить 100%-насышенный влагой воздух до этой температуры (уже после этого воздух будет опять подогрет в обратном теплообменнике - об этом смотрите главу lackoftaghere). Получаем формулу: Итак, в процессе дополнительного принудительного охлаждения в рефрижераторном осушителе выделится еще примерно 1,46 г конденсата. 5.2.6. Жаркий и влажный летний день Предидущий пример был основан на условиях всасывания, существовавших на время и в месте создания этого примера - в Москве 1 сентября 2007 года было днем +12 °C, а относительная влажность составляла 72%. Однако, необходимо всегда рассчитывать компрессорную систему, исходя из самых худших условий эксплуатации, которые могут быть. В этом разделе «Компендиума» мы не рассматриваем расчет осушителей, однако также нужно помнить, что при высокой температуре и влажности количество выделяющегося конденсата будет значительно выше. Например, тот же пример, если температура атмосферного воздуха будет +40 °C, а относительная влажность 90%, покажет, что количество конденсата, выделившееся при сжатии и охлаждении в рефрижераторном осушителе (для краткости мы объединили эти два этапа выделения конденсата в одном расчете): Рис. 5.5. Выделение конденсата Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 32 ... составит 45,95 г - по сравнению с 6,98 г при температуре окружающей среды +12 °C и относительной влажности 72%. 5.2.7. Определение точки росы сжатого воздуха Точка росы сжатого воздуха, или точка росы под давлением - это та температура, до которой сжатый воздух может быть охлажден без образования конденсата. Точка росы сжатого воздуха зависит от давления. Если давление падает, точка росы также уменьшается. Приведенная ниже диаграмма позволяет определить значение температуры точки росы сжатого воздуха, основываясь на знании температуры и относительной влажности атмосферного воздуха и финальном давлении сжатия. Пример 1 Атмосферный воздух - относительная влажность φ = 70% - температура T = 35 °C (→ атмосферная точка росы = 28 °C) Сжатый воздух - давление p абс = 8 бар → Точка росы сжатого воздуха = 73 °C Пример 1 Атмосферный воздух - относительная влажность φ = 80% - температура T = 35 °C (→ атмосферная точка росы = 31 °C) Сжатый воздух - давление p абс = 10 бар Точка росы сжатого воздуха = 82 °C Разумеется, диаграмма позволяет лишь приблизительно определить значение температуры точки росы под давлением, и для точных расчетов используются другие методы. 5.2.8. Точка росы после сброса давления Если уменьшить давление, точка росы падает. Пользуясь ниже приведенной диаграммой, можно определить значение точки росы при новом давлении, а также атсферную точку росы. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 33 Пример 1 Сжатый воздух - p изб = 35 бар - точка росы сжатого воздуха = 10 °C После сброса давления - p изб = 4 бар → Новая точка росы = -22 °C Пример 2 Сжатый воздух - p изб = 7 бар - точка росы сжатого воздуха = 20 °C После сброса давления - p изб = 0 бар → Новая точка росы = -8 °C Разумеется, диаграмма позволяет лишь приблизительно определить значение новой температуры точки росы, и для точных расчетов используются другие методы. 5.3.1. Стандарт качества сжатого воздуха DIN ISO 8573-1:2001 В странах Европейского Союза, а также, хотя и неофициально, в России, общепринятым стандартом качества сжатого воздуха является стандарт DIN ISO 8573-1. По этому стандарту европейские производители производственного оборудования указывают требования к качеству сжатого воздуха, которым должно снабжаться оборудование. В свою очередь, организации, занимающиеся планированием компрессорных систем и поставкой оборудования, в том числе и наша компания, ориентируются на эти требования при подборе оборудования для подготовки сжатого воздуха. Новейшей редакцией этого стандарта является редакция 2001 года. Стандарт DIN ISO 8573-1:2001 классифицирует сжатый воздух по следующим параметрам: Содержание масла Остаточное содержание компрессорного масла и прочих углеводородов, содержащихся в сжатом воздухе. Содержание твердых частиц В отличие от предидущих редакций, новая версия стандарта оговаривает как размер частиц, так и их остаточную концентрацию. Точка росы под давлением Оговаривается температура сжатого воздуха, до которой он может быть охлажден без образования конденсата. Разумеется, т.к. точка росы сжатого воздуха варьируется в зависимости от его давления, всегда должно быть указано давление, при котором обеспечивается соответствующая температура точки росы. Класс чистоты допускается указывать как одной цифрой, так и в трехсимвольном обозначении, где первая цифра обозначает степень очистки от твердых частиц, вторая цифра - степень осушения, и третья цифра - степень очистки от масла. Например: класс 2.4.3. Под м³ понимается сжатый воздух, приведенный к стандартным условиям всасывания (20 °C, 0 бар изб). Классы чистоты по DIN ISO 8573-1:2001 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 34 Содержание твердых примесей, шт/м³, не более Класс Размер, мкм менее 0,1 от 0,1 до 0,5 от 0,5 до 1,0 от 1,0 до 5,0 Тоска росы под давлением, °C, не выше Содержание масла, мг/м³, не более 0 Класс 0 зарезервирован под более высокие требования, оговаривается специально 1 не огов. 100 1 0 -70 0,01 2 не огов. 100000 1000 10 -40 0,1 3 не огов. не огов. 10000 500 -20 1 4 не огов. не огов. не огов. 1000 +3 5 5 не огов. не огов. не огов. 20000 +7 не огов. 6 Размер <5 мкм, концентрация <5 мг/м³ +10 не огов. Установлены также требования к воздуху классов 7, 8 и 9. Содержание влаги для этих классов оговаривается применительно к жидкой конденсированной влаге. 5.3.2. Классы загрязненности сжатого воздуха по ГОСТ 17433-80 В странах Европейского Союза, а также, хотя и неофициально, в России, общепринятым стандартом качества сжатого воздуха является стандарт DIN ISO 8573-1. По этому стандарту европейские производители производственного оборудования указывают требования к качеству сжатого воздуха, которым должно снабжаться оборудование. В свою очередь, организации, занимающиеся планированием компрессорных систем и поставкой оборудования, в том числе и наша компания, ориентируются на эти требования при подборе оборудования для подготовки сжатого воздуха. Новейшей редакцией этого стандарта является редакция 2001 года. Стандарт DIN ISO 8573-1:2001 классифицирует сжатый воздух по следующим параметрам: Содержание масла Остаточное содержание компрессорного масла и прочих углеводородов, содержащихся в сжатом воздухе. Содержание твердых частиц В отличие от предидущих редакций, новая версия стандарта оговаривает как размер частиц, так и их остаточную концентрацию. Точка росы под давлением Оговаривается температура сжатого воздуха, до которой он может быть охлажден без образования конденсата. Разумеется, т.к. точка росы сжатого воздуха варьируется в зависимости от его давления, всегда должно быть указано давление, при котором обеспечивается соответствующая температура точки росы. Класс чистоты допускается указывать как одной цифрой, так и в трехсимвольном обозначении, где первая цифра обозначает степень очистки от твердых частиц, вторая цифра - степень осушения, и третья цифра - степень очистки от масла. Например: класс 2.4.3. Под м³ понимается сжатый воздух, приведенный к стандартным условиям всасывания (20 °C, 0 бар изб). Классы чистоты по DIN ISO 8573-1:2001 Содержание твердых примесей, шт/м³, не более Класс Размер, мкм менее 0,1 от 0,1 до 0,5 от 0,5 до 1,0 от 1,0 до 5,0 Тоска росы под давлением, °C, не выше Содержание масла, мг/м³, не более 0 Класс 0 зарезервирован под более высокие требования, оговаривается специально 1 не огов. 100 1 0 -70 0,01 2 не огов. 100000 1000 10 -40 0,1 3 не огов. не огов. 10000 500 -20 1 4 не огов. не огов. не огов. 1000 +3 5 5 не огов. не огов. не огов. 20000 +7 не огов. 6 Размер <5 мкм, концентрация <5 мг/м³ +10 не огов. Установлены также требования к воздуху классов 7, 8 и 9. Содержание влаги для этих классов оговаривается применительно к жидкой конденсированной влаге. 5.4. Способы осушения сжатого воздуха Сжатый воздух можно осушать разными способами: Конденсация При конденсации, физически, путем изменения давления, объема или температуры, создаются такие условия, при которых температура точки росы опускается ниже желаемого уровня, и на этой стадии производится удаление конденсата. Сорбция Сорбция - это осушение путем извлечения вапоризованной влаги. Диффузия Диффузия - это способ осушения, при котором разделение происходит на молекулярном уровне. Принцип основывается на различиях в размере молекул газов, составляющих воздух, и молекул воды. На схеме ниже показана классификация различных способов осушения. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 35 Наша компания предлагает осушители сжатого воздуха, работающие по принципам: - конденсации охлаждением (рефрижераторные) - мембранной диффузии - адсорбции (c разными типами регенерации) 5.4.1. Стандартные расчетные условия Значение пропускной способности осушителя относится к воздуху, приведенному к условиям всасывания, в соответствии со стандартом PN2 CPTC2, ISO 1217 (DIN 1945 Часть 1): - давление p = 0 бар (изб) = 1 бар (абс) - температура T 0 = 293 К = 20 °C Т.е., если говорится, что, например, осушитель сжатого воздуха ZANDER тип KEN-MT 200 имеет пропускную способность 145 м³/ч, это значит, что этот осушитель рассчитан на осушение 145 м³/ч атмосферного воздуха, сжатого компрессором. Разумеется, после сжатия эти 145 м³ воздуха будут занимать уже другой объем - какой, зависит от давления, до которого они будут сжаты. Характеристики осушителей, производимых европейскими производителями, и компаниями BOGE и ZANDER в том числе, по стандарту DIN ISO 7183, надлежит указывать применительно к определенным рабочим условиям, а именно: - рабочее давление p = 7 бар (изб) = 8 бар (абс) - температура окружающей среды T A = 298 К = 25 °C - температура сжатого воздуха на входе в осушитель T En = 308 К = 35 °C - относительная влажность 100% Кроме того, в случае с осушителями, для каждого из них должна быть установлена и температура точки росы сжатого воздуха, которую он сможет обеспечить при этих условиях. Это не значит, что осушитель не будет работоспособен при других условиях - у каждого осушителя есть минимально и максимально допустимые рабочие давление и температуры. Однако, это значит, что, например, вышеупомянутый осушитель KEN-MT 200 при этих условиях сможет осушить 145 м³/ч воздуха до точки росы под давлением -40 °C, но при других условиях его пропускная способность изменится - будь то в большую или в меньшую сторону. При подборе осушителя, всегда требуйте точного указания условий, при которых он будет обеспечивать ту или иную тумпературу точки росы, и удостоверьтесь, что это именно те условия, которые будут иметь место в конкретном проекте. Для облегчения понимания пользователями динамики изменения характеристик осушителей при изменении рабочих условий, многие компании, и наша в том числе, рассчитывают поправочные коэффициенты для определения пропускной способности при основных значениях температур и давления. Для нашего оборудования, коэффициенты приведены на нашем сайте, внизу каждой страницы с описанием каждого модельного ряда (серии) осушителей. 5.4.2. Конденсация пересжатием При осушении посредством конденсации пересжатием, воздух сначала сжимается до давления, значительно превышающего нужное, а затем расщиряется до нужного давления. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 36 Достижимая точка росы, °C Достижимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до -70 В зав-ти от компрессора В зав-ти от компрессора В зав-ти от компрессора Принцип При растущем давлении, и, значит, уменьшающемся объеме, воздух может держать в себе меньшее количество влаги. Сначала, воздух сжимается до высокого давления, что сопровождается выделением значительного количества конденсата. Абсолютная влажность сжатого воздуха падает (при этом, относительная по-прежнему составляет 100%). Выделившийся конденсат удаляется, и, затем, воздух расширяется до нужного давления. При расширении, относительная влажность, а значит, и точка росы, падают. Особенности и преимущества/недостатки Избыточное сжатие используется крайне редко, главным образом из-за своей абсолютной неэкономичности. + Простота + Не нужен осушитель - Приемлемо только при крайне небольших расходах - Очень высокое энергопотребление - Нужен компрессор высокого давления 5.4.3. Конденсация охлаждением При понижении температуры, воздух теряет способность удерживать влагу. Для того, чтобы снизить содержание влаги, сжатый воздух может подвергаться охлаждению в рефрижераторном осушителе. Достижимая точка росы, °C Достижимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до +3 до 210 до 35000 до +60 Принцип Поступающий в осушитель влажный и теплый сжатый воздух сначала охлаждается выходящим из осушителя сухим и холодным сжатым воздухом в теплообменнике «сжатый воздух/сжатый воздух». На этой стадии, выделяется порядка 70% от общего количества конденсата, образующегося при осушении в рефрижераторном осушителе. При этом, выходящий из осушителя сжатый воздух, наоборот, нагревается, что обеспечивает подъем его температуры значительно выше температуры точки росы. Затем, уже частично охлажденный и осушенный сжатый воздух поступает в теплообменник «сжатый воздух/хладагент», где охлаждается до температуры точки росы хладагентом. Выделившийся конденсат выводится с помощью конденсатоотводчика. Особенности и преимущества/недостатки Осушение путем конденсации охлаждением - пожалуй, наиболее часто используемый способ осушения сжатого воздуха. + Высокая экономичность + Высокая степень удаления твердых частиц и масла. Помимо собственно осушения, рефрижераторные осушители, вместе с водой, удалют также и значительную часть содержащихся в сжаом воздухе твердых частиц и, в меньшей степени, компрессорного масла. + Низкое дифференциальное давление. Обычно, падение давления на рефрижераторных осушителях составляет от 0,2 до 0,4 бар. Предлагаемые нашей компанией осушители ZANDER обеспечивают перепад давления от 0,1 до 0,2 бар. 5.4.4. Мембранная диффузия Принцип осушения методом мембранной диффузии основан на том, что молекулы воды проникают через волоконные мембраны со специальным покрытием в 20000 раз быстрее, чем молекулы азота и кислорода (газов, являющихся основными составляющими воздуха). Достижимая точка росы, °C Достижимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до -20 до 12,5 до 130 до +60 Мембранный осушитель состоит из тысяч тончайших, полых внутри волокон. Волокна выполнены из специального прочного, температуроустойчивого полимера. Внутренняя поверхность стенок волокон покрыта тончайшим (тоньше, чем длина световой волны) слоем другого полимера. Волокна объединены в пучек, при этом входы на внутреннюю их сторону открыты для попадания сжатого воздуха. |