Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Рис. 5.7. Осушение избыточным сжатием Рис. 5.8. Устройство рефрижераторного осушителя 1 = теплообменник сж. воздух/сж. воздух 2 = теплообменник сж. воздух/хладагент (испаритель) 3 = теплообменник хладагент/атм. воздух (конденсатор) 4 = конденсатоотводчик 5 = компрессор хладагента Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 37 Принцип Поступающий в осушитель влажный воздух движется по внутренней стороне мембранных волокон. Влага проникает через стенки волокон на внешнюю их часть, а сухой воздух выходит из осушителя. Часть осушенного воздуха отбирается на выходе осушителя и пропускается через редуцирующее сопло, расширяясь до давления чуть выше атмосферного, в результате чего его относительная влажность становится чрезвычайно низкой. Этот очень сухой воздух продувается по внешним сторонам мембранных волокон, поглощая влагу, проникшую через их стенки, и выводится в атмосферу. Конденсата при использовании мембранных осушителей не образуется. Особенности и преимущества/недостатки Осушение с помощью мембранной диффузии применяется достаточно редко, главным образом из-за ограниченного диапазона пропускных способностей осушителей этого типа. + Простота контрукции + Отсутствие необходимости в обслуживании + Отсутствие потребности во внешних источниках энергии + Бесшумность + Взрывобезопасность + Компактность - Необходимо обеспечить предварительную очистку сжатого воздуха от твердых частиц и масла 5.4.6. Осушение адсорбцией Осушение адсорбцией базируется на чисто физических принципах. В процессе адсорбции, молекулы воды прикрепляются к десиканту (адсорбенту) под воздействием адгизии (неравномерного межмолекулярного притяжения). Влага остается на поверхности и внутри пор адсорбента, при этом химических реакций не происходит. Адсорбент имеет открыто-пористую структуру и большую площадь внутренних поверхностей. В качестве адсорбентов используются разные материалы, обычно молекулярные сита, силикагели, алюминогели, а также активированный уголь. Выбор адсорбента зависит от рабочих условий процесса осушения, а также от типа регенерации конкретного осушителя. Адсорбент Достижимая точка росы, °C Допустимая температура на входе, °C Температура полной регенерации, °C Площадь поверхности, м²/г Силикагели SiO 2 , обычные до -50 до +50 120...180 500...800 Силикагели SiO 2 , сферические до -50 до +50 120...180 200...300 Алюминогели Al 2 O 3 до -60 до +40 175...315 230...380 Молекулярные сита Na•AlO 2 •SiO 2 до -90 до +140 200...350 750...800 Например, в адсорбционных осушителях ZANDER серий KEN-MT и K-MT обычно используются молекулярные сита. В осушителях с горячей вакуумной регенерацией серии WVM используются силикагели - из-за их более низкой температуры регенерации, а значит, и меньшего количества затрачиваемой на регенерацию энергии. Рис. 5.9. Устройство мембранного осушителя Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 38 Принцип Влага задерживается адсорбентом (поверхностыми его слоями или также и глубинными) в процессе движения сжатого воздуха через адсорбер. В процессе дегидратации выделяется некоторое количество тепла. У адсорбентов существуют определенные пороги насыщения, когда они уже не могут больше удерживать влагу. В случае с адсорбционными осушителями с горячей регенерацией возможно использовать весь ресурс адсорбента, т.е. всю внутреннюю площадь поверхности его зерен. При регенерации холодным осушенным воздухом можно использовать только наружные поры адсорбента, т.к. холодный воздух не сможет извлечь влагу из глубин зерен адсорбента. Именно поэтому временная продолжительность одной фазы адсорбции различается у осушителей с холодной и горячей регенерацией на порядки. После того, как фаза адсорбции завершена, должна начатся фаза регенерации - будь то холодной или горячей. Поэтому, любой адсорбционный осушитель состоит как минимум из двух адсорберов - пока адсорбент в одном адсорбере поглощает влагу, другой адсорбер подвергается регенерации. Основные принципиальные различия между адсорбционными осушителями начинаются именно с фазы регенерации, и заключаются в том, каким воздухом - холодным или нагретым - проводить регенерацию, и если горячим - то откуда его брать, как обеспечить его нагрев, и как подавать его в адсорберы. Существуют следующе типы регенрации адсорбционных осушителей: - с холодной регенерацией (без нагрева) - с внешней горячей регенерацией - с внутренней горячей регенерацией - с горячей регенерацией под вакуумом (подтип внешней горячей) 5.4.6.1. Холодная регенерация При использовании холодной регенерации адсорбента можно регенерировать только поверхностные слои зерен адсорбента. Поэтому, типичное время фазы адсорбции для осушителей с холодной регенерацией составляет 5 минут. Достижимая точка росы, °C Допустимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до -70 до 350 до 6100 до +50 Рис. 5.10. Адсорбция слева Рис. 5.11. Только поверхностные слои Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 39 Принцип регенерации При использовании осушителей с холодной регенерацией адсорбента, регенерация происходит без нагрева, т.е. без затрат тепла. Часть осушенного в адсорбере A воздуха отбирается через сопло, расширяется до давления чуть выше атмосферного (при этом относительная влажность, а значит, и способность поглощать влагу, становится еще ниже), и подается в регенерируемый адсорбер B. В процессе прохождения через слой адсорбента этот воздух поглощает влагу, содержащуюся, как было указано выше, на поверхности зерен адсорбента, и затем выводится в атмосферу через открытый разгрузочный клапан и фильтр-глушитель. Для того, чтобы предотвратить попадание в осушитель компрессорного масла и жидкой влаги, могущих снизить эффективность адсорбента и уменьшить его срок службы, на входе устанавливается фильтр тонкой очистки сжатого воздуха. На выходе, как правило, устанавливается фильтр грубой очистки, предназначенный для удаления адсорбентной пыли. Особенности и преимущества/недостатки У адсорбционных осушителей с холодной регенерацией есть только один недостаток - потери сжатого воздуха (того осушенного воздуха, который отбирается на регенерацию адсорбента, и затем выводится в атмосферу). Для осушителей, работающих на стандартных низких давлениях (до 16 бар) эти потери могут составлять от 14 до 20-25% (в зависимости от того, сколько воздуха на регенерацию адсорбента требуется при конкретных условиях эксплуатации, а также в зависимости от конструктивных особенностей осушителя). Осушители ZANDER серий K-MT и KEN-MT, при стандартных условиях эксплуатации (что это такое, смотрите в главе 5.4.1. «Стандартные расчетные условия» ), расходуют на регенерацию адсорбента 14,3% от номинального расхода. Т.е., если на вход осушителя подавать 145 м³/ч сжатого воздуха, объемный расход осушенного сжатого воздуха будет составлять 124 м³/ч . + Экономически оправданы при небольших и средних расходах + Простота конструкции + Относительно низкая стоимость (по сравнению с осушителями с горячей регенерацией) + Низкое энергопотребление (близкое к нулю) - Потери сжатого воздуха Компания ZANDER производит осушители с холодной регенерацией серий KEN-MT (на средние и большие расходы) и K-MT (на небольшие расходы), а также осушители, работающие по принципу холодной регенерации, для осушения сжатого воздуха высокого давления: HDK (до 50 бар) и HDK-MT (до 350 бар). 5.4.6.2. Горячая внутренняя регенерация При использовании горячей регенерации адсорбента, в том числе и внутренней горячей, воздух, подаваемый на регенерацию адсорбента, подогревается с использованием внешних источников энергии (электричества, пара и т.д.). Благодаря более высокой температуре регенерации, появляется возможность разорвать адгизивные связи между адсорбентом и молекулами вода, и регенерировать не только поверхностные слои зерен адсорбента, как в случае с холодной регенерацией, но и глубинные слои. Раз их можно регенерировать, то, разумеется, их нужно и использовать для адсорбции. В свою очередь, возможность использования глубинных слоев адсорбента значительно увеличивает площадь адсорбирующих поверхностей, а значит, и количество влаги, которое адсорбент может задержать без регенерации. Поэтому, типичное время фазы адсорбции для осушителей с горячей внутренней регенерацией составляет 6-8 часов. Достижимая точка росы, °C Допустимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до -40 до 16 до 5300 до +50 Рис. 5.12. Устройство осушителя с холодной регенерацией: 1 = Блок впускных/разгрузочных клапанов 2 = Обратные клапаны; 3 = Сопло регенерации 4 = Фильтр-глушитель; 5 = префильтр 6 = Финальный фильтр Рис. 5.13. Не только поверхностные, но и глубинные слои Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 40 Принцип регенерации Из всех типов осушителей с горячей регенерацией, осушители с горячей внутренней регенерацией принципиально наиболее близки к осушителям с холодной регенерацией. Однако, в них для регенерации используется не холодный, а нагреваемый сжатый воздух. Процесс регенерации адсорбента разделен на две фазы: нагревания и охлаждения. В фазе нагревания, адсорбент в регенерируемом адсорбере нагревается с помощью установленных внутри адсорбера нагревателей (электрических, паровых и т.д.). При достижении определенной температуры регенерации, адгизивные связи между адсорбентом и молекулами воды разрушаются. В то же время, небольшое кол-во (2-3%) сжатого воздуха отбирается из рабочего адсорбера A через линию регенерации 3, расширяется до давления чуть выше атмосферного, и подается в регенерируемый адсорбер B. Сухой сжатый воздух, при высокой температуре регенерации, поглощает влагу из адсорбента и выводится в атмосферу. В фазе охлаждения, нагревательные элементы выключаются, и открывается линия охлаждения 4 (параллельно с линией регенерации 3). Через обе эти линии подается небольшое количество сжатого воздуха (порядка 5%), который охлаждает адсорбент и выводится в атмосферу. Особенности и преимущества/недостатки Потери сжатого воздуха (который затрачивается на нагревание и охлаждение адсорбента при регенерации) у осушителей с горячей внутренней регенерацией значительно ниже, чем у осушителей с холодной регенерацией, и составляют порядка 5%. Существуют осушители с другими типами горячей регенерации, о которых будет рассказано ниже, которые позволяют еще более уменьшить или вообще исключить потери сжатого воздуха. Горячая внутренняя регенерация имеет перед ними одно преимущество - независимость от внешних условий (температуры окружающей среды, влажности, наличия загрязнений и т.п.), т.к. и для нагревания, и для охлаждения используется только сжатый воздух. + Экономически оправданы при больших расходах + Относительная простота конструкции (по сравнению с другими типами горячей регенерации) + Относительно низкая стоимость (по сравнению с другими типами горячей регенерации) + Независимость от внешних условий ± Потери сжатого воздуха ниже, чем у осушителей с холодной регенерацией, но выше, чем у других типов горячей регенерации - Нагреватели потребляют значительную мощность Компания ZANDER производит осушители с горячей внутренней регенерацией серии WI. 5.4.6.3. Горячая внешняя регенерация Как и в случае с горячей внутренней регенерацией, при использовании горячей внешней регенерации адсорбента, воздух, подаваемый на регенерацию адсорбента, подогревается с использованием внешних источников энергии (электричества, пара и т.д.). Благодаря более высокой температуре регенерации, появляется возможность разорвать адгизивные связи между адсорбентом и молекулами вода, и регенерировать не только поверхностные слои зерен адсорбента, как в случае с холодной регенерацией, но и глубинные слои. Раз их можно регенерировать, то, разумеется, их нужно и использовать для адсорбции. В свою очередь, возможность использования глубинных слоев адсорбента значительно увеличивает площадь адсорбирующих поверхностей, а значит, и количество влаги, которое адсорбент может задержать без регенерации. Поэтому, типичное время фазы адсорбции для осушителей с горячей внешней регенерацией составляет 6-8 часов. Отличие осушителей с горячей внешней регенерацией от внутренней состоит в том, что для нагревания используется не сжатый воздух, а воздух, забираемый из атмосферы с помощью воздуходувки. Для охлаждения также используется атмосферный воздух, и в конце фазы охлаждения - небольшое количество осушенного сжатого воздуха. Достижимая точка росы, °C Допустимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до -40 до 16 до 14000 до +50 Рис. 5.14. Устройство осушителя с горячей внутренней регенерацией: 1 = Блок впускных клапанов; 2 = Обратные клапаны; 3 = Линия регенерации; 4 = Линия охлаждения 5 = Нагреватели; 6 = Разгрузочные клапаны 7 = Фильтр-глушитель; 8 = Префильтр 9 = Финальный фильтр Рис. 5.15. Не только поверхностные, но и глубинные слои Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 41 Принцип регенерации Процесс регенерации адсорбента разделен на три фазы: нагревания, первичного охлаждения, финального охлаждения. В фазе нагревания, атмосферный воздух нагревается внешними нагревателями (электрическими, паровыми и т.д.) и подается в регенерируемый адсорбер с помощью воздуходувки низкого давления. При достижении определенной температуры регенерации, адгизивные связи между адсорбентом и молекулами воды разрушаются, нагретый воздух поглощает влагу из адсорбента, и выводится в атмосферу. В фазе первичного охлаждения, нагревательные элементы выключаются, а воздузодувка продолжает под небольшим давлением нагнетать атмосферный воздух в адсорбер, в результате чего температура адсорбента в нем снижается. Для того, чтобы не допустить переноса атмосферной влаги в адсорбент, по завершении фазы первисного охлаждения, открывается линия финального охлаждения, и через регенерируемый адсорбер пропускается некоторое количество осушенного сжатого воздуха. Особенности и преимущества/недостатки По сравнению с горячей внутренней регенерацией, потери сжатого воздуха на осушителях с горячей внешней регенерацией составляют примерно 2,5%. Однако, они все же у них присутствуют, в отличие от осушителей с горячей вакуумной регенерацией. + Экономически оправданы при больших расходах ± Потери сжатого воздуха ниже, чем у осушителей с горячей внутренней регенерацией, но выше, чем у осушителей с горячей вакуумной регенерацией - Самая сложная конструкция из всех осушителей с горячей регенерацией - Нагреватели потребляют значительную мощность Компания ZANDER производит осушители с горячей внешней регенерацией серии Concept WExternal. 5.4.6.4. Горячая вакуумная регенерация Как и в случае с другими типами горячей регенерации, при использовании горячей вакуумной регенерации адсорбента, воздух, подаваемый на регенерацию адсорбента, подогревается с использованием внешних источников энергии (электричества, пара и т.д.). Благодаря более высокой температуре регенерации, появляется возможность разорвать адгизивные связи между адсорбентом и молекулами вода, и регенерировать не только поверхностные слои зерен адсорбента, как в случае с холодной регенерацией, но и глубинные слои. Раз их можно регенерировать, то, разумеется, их нужно и использовать для адсорбции. В свою очередь, возможность использования глубинных слоев адсорбента значительно увеличивает площадь адсорбирующих поверхностей, а значит, и количество влаги, которое адсорбент может задержать без регенерации. Поэтому, типичное время фазы адсорбции для осушителей с горячей вакуумной регенерацией составляет 6-8 часов. Строго говоря, горячая вакуумная регенерация является подтипом горячей внешней регенерации. Отличием является то, что воздух для нагревания и охлаждения адсорбента не нагнетается в адсорбер, а втягивается через него вакуумным насосом, при давлении ниже атмосферного. При этом, специфика вакуумного процесса позволяет обойтись без фазы финального охлаждения с помощью сжатого воздуха, и благодаря этому у осушителей с горячей вакуумной регенерацией потери сжатого воздуха отсутсвуют вообще. Достижимая точка росы, °C Допустимое рабочее давление, бар (изб) Достижимый объемный расход, м³/ч Допустимая температура на входе, °C до -70 до 16 до 14500 до +40 Рис. 5.15. Устройство осушителя с горячей внешней регенерацией: 1 = Нижний распределительный клапанный блок 2 = Верхний распределительный клапанный блок 3 = Линия финального охлаждения; 4 = Нагреватели 5 = Воздуходувка; 6 = Выпускной клапан 7 = Обратный клапан регенерации; 8 = Префильтр 9 = Финальный фильтр Рис. 5.17. Не только поверхностные, но и глубинные слои Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 42 Принцип регенерации Процесс регенерации адсорбента разделен на две фазы: нагревания и охлаждения. При нагревании, атмосферный воздух нагревается во внешних нагревательных элементах, и втягивается через адсорбер вакуумным насосом. При высокой температуре регенерации адгизивные связи разрываются, влага высвобождается из адсорбента, поглощается горячим воздухом и выводится в атмосферу. После завершения фазы нагревания, нагревательи выключаются, а вакуумный насос продолжает втягивать атмосферный воздух, но теперь уже без нагрева. В результате, адсорбент охлаждается. Особенности и преимущества/недостатки Потери сжатого воздуха у осушителей с горячей вакуумной регенерацией отсутствуют. Поэтому, этот тип осушителей является наиболее экономически эффективным из всех осушителей с горячей регенерацией. + Экономически оправданы при больших расходах + Отсутствие потерь сжатого воздуха + Возможны более низкие температуры регенерации - экономия энергии - Достаточно сложная конструкция Компания ZANDER производит осушители с горячей внешней регенерацией серии Concept WVM На время написания этого текста (сентябрь 2007 г), компания ZANDER является единственным европейским производителем осушителей с действительно полностью вакуумной регенерацией, причем, обладающим большим опытом в этой области. У некоторых других производителей (собственно, нам известен только еще один), существуют осушители, в которых под вакуумом осуществляется только охлаждение, при этом воздуходувка, работавшая в фазе нагрева как нагнетатель, меняет направление вращения. В фазе нагревания у других производителей всегда используется избыточное давление, но не вакуум. Само же изменение направления вращения, как мы считаем, не является удачной технической идеей, т.к. влечет за собой необходимость создания усложненной клапанной системы. При этом, даже изменение направления вращения у этого производителя возможно не на всех моделях осушителей, ошибочно именуемых им осушителями с вакуумной регенерацией. Просим обращаться к нам, если у Вас вознинут вопросы по поводу наших осушителей с горячей регенерацией серии WVM и их преимуществ перед моделями других производителей. 5.4.7.1. Расположение осушителя перед ресивером Преимущества - В воздушном ресивере содержится уже осушенный сжатый воздух. Поэтому, в ресивере не выделяется конденсат (разумеется, если температура сжатого воздуха не упадет ниже температуры точки росы, что в климатических условиях России вполне может случиться при установке ресивера на улице). - Возможность компенсации пиков потребления уже осушенным воздухом. В некоторых случаях, если известно, что будут иметь место кратковременные увеличения потребления сжатого воздуха, возможно бывает обойтись установкой компрессора и осушителя меньшей пропускной способности, рассчитанных лишь на «обычное» потребление. Разумеется, следует всегда представлять себе, ресивер какого объема потребуется для компенсации определенного повышенного потребления, и в течение какого времени. Рассчитать объем ресивера, необходимый для компенсации пика потребления, можно по формуле, получаемой из формулы расчета времени работы компрессора под нагрузкой , а именно: , где V R - объем ресивера [л] t R - продолжительность пика потребления [мин] L B - расход во время пика потребления [л/мин] V´ - производительность системы сжатого воздуха до ресивера [л/мин] Разумеется, в данном случае мы предполагаем, что пиковое потребление сжатого воздуха больше, чем производительность системы сжатого воздуха до ресивера (пропускная способность осушителя), т.е. что V´ > L B p max - начальное давление в ресивере [бар] p min - конечное давление в ресивере [бар] (p max -p min ) в целом - допустимое падение давления в ресивере [бар] |