Установки для осушки воздуха

Сжатый воздух, выходящий из компрессора, освобождается от воды и масла в масловодоотделителях, концевых холодильниках и ресиверах. Но требования к качеству подаваемого воздуха зачастую ставят задачу дополнительного его глубокого осушения.

Поэтому в компрессорных станциях применяются специальные установки для осушки воздуха.

Выбор метода осушки сжатого воздуха производится на основе технико-экономических расчетов.

Об эффективности того или иного способа глубокой осушки судят по температуре точки росы – температуре, при которой в воздухе заданного давления пары становятся насыщенными и начинается их конденсация.

Одним их эффективнейших способов осушки воздуха является сорбционный способ. Сорбция – это физико-химический процесс поглощения одного вещества поверхностью или объемом другого. Поглощающее вещество – сорбент, поглощаемое – сорбат.

В зависимости от агрегатного состояния сорбента в процесс поглощения влаги различают:

- твердые сорбенты, не изменяющиеся от поглощения влаги – адсорбенты;

- жидкие сорбенты – абсорбенты;

- твердо–жидкие сорбенты, изменяющие свое состояние от твердой до жидкой фазы в зависимости от степени насыщения влагой.

Наиболее широкое применение в компрессорных установках получил адсорбенты.

К твердым адсорбентам относятся: силикагель, алюмогель, феррогель и другие вещества, поглотительная способность которых обусловлена поверхностной конденсацией и капиллярными свойствами адсорбента (табл. 11).

 

 

Таблица 11

Характеристика адсорбентов, применяемых для осушки воздуха [25]

Адсорбент	Температура точки росы, ºС	Остаточное влагосодержание, г/кг	Температура применения, ºС	Насыпная масса, кг/м^3
Силикагель	–52	0,011	5–35	670–720
Алюмогель	–64	0,007	5–25	880–950
Цеолит	–70	0,004	5–20	685–715

 

Лучшим адсорбентом является активированный алюминий (алюмогель), содержащий до 92 % окиси алюминия и 8 % различных примесей.

Активная окись алюминия является инертным веществом, не корродирующим аппаратуру; она не ядовита, не растворяется в воде, очень устойчива против истирания и обладает достаточной твердостью. В качестве адсорбента применяют также силикагель, состав которого близок к кварцевому песку.

Алюмогель и силикагель обладают высокой влагопоглотительной способностью, которая создается большой пористой поверхностью поглощения. Они прочны и экономичны в эксплуатации, легко регенерируются без потери поглотительной способности.

Эффективность адсорбции увеличивается с понижением температуры адсорбента, повышением относительной влажности воздуха и уменьшением размера частиц адсорбента.

При адсорбционной осушке содержание влаги в 1 м³ воздуха составляет: после силикагеля – окодо 0,03 г/м³, а после алюмогеля – около 0,005 г/м³, что отвечает влагосодержанию в воздухе, охлажденном до температуры – 52 и – 64 ºС соответственно.

В компрессорных станциях среднего и высокого давлений осушка нагнетаемого воздуха осуществляется в стальных баллонах, наполненных адсорбентом. Баллоны устанавливаются после масловодоотделителей, до воздухохранительных емкостей. Воздух, пройдя баллоны, наполненные адсорбентом, оставляет в нем частицы влаги и масла, в результате чего выходит относительно сухим и чистым. Адсорбент при этом увлажняется и теряет поглотительную способность. Регенерация, т.е. восстановление адсорбента, производится подогретым воздухом низкого давления (0,03 – 0,15 МПа).

Для осушки воздуха, сжимаемого до давления 15 – 35 МПа, рекомендуется применять осушительную установку, работающую по схеме (рис. 28).

Сжатый воздух через впускной вентиль А поступает в водоотделитель 1 и маслоотделитель 2, затем направляется в один из двух баллонов с адсорбентом 3, откуда через керамический или войлочный фильтр 4 уже осушенный направляется к воздухохранительным емкостям, затем в пневмосеть или на наполнительную рампу. В то время как сжатый воздух проходит осушку в одном из баллонов 3, в другом баллоне производится регенерация (восстановление) адсорбента с помощью подогретого воздуха. Для регенерации адсорбента часть воздуха, идущего в пневмосеть, отбирается в точке А и редуцируется с помощью редуктора 5 до давления 0,035 – 0,07 МПа; затем воздух подогревается в электроподогревателе 6 до температуры 260ºС, из которого поступает в регенерируемый баллон с адсорбентом 3. Отняв у адсорбента влагу, теплый воздух проходит через фильтр 4, оставляя на нем частицы уносимого с собой адсорбента. Из фильтра влажный воздух выпускается в атмосферу через патрубок. В масло, попадающее случайно в осушительный баллон 3 при регенерации адсорбента, выгорает при температуре 220 – 240 ºС.

Переключение адсорбентов с осушки воздуха на регенерацию адсорбента производится через 8 – 12 часов непрерывной работы компрессора на один
баллон.

5

4

3

2

1

Рис. 28. Схема адсорбционной установки для осушки сжатого воздуха

6

Рис. 29. Схема адсорбционной установки для осушки воздуха
высокого давления

На рис. 29 приведена схема установки для осушки воздуха высокого
давления.

Установка состоит из масловодоотделителя 1, масляного фильтра 2, трех осушительных баллонов 3, 4, 5 и электроподогревателя 6. Осушительные баллоны работают в две ступени: первая состоит из двух переменно работающих баллонов 3 и 5, заполненных силикагелем, и второй ступени, состоящей из баллона 4, заполненного алюмогелем. Применение различных поглотителей дает наиболее надежную работу установки.

Баллоны осушительной установки обычно монтируются на общей раме и оборудуются всеми необходимыми трубопроводами и запорной арматурой. Целесообразно осушительную установку заключать в теплоизолирующий кожух.

В настоящее время выпускаются серийно автоматические установки для осушки сжатого воздуха марок УОВ-10, УОВ-20, УОВ-30, УОВ-100. Технические данные установок приведены в табл. 12.

 

Таблица 12

Технические данные установок осушки воздуха [25]

Показатель	Типоразмер
	УОВ-10	УОВ-20	УОВ-30	УОВ-100
Масса адсорбента, кг	350	700	1050	2240
Расход воздуха для регенерации адсорбента, м^3/с	0,03	0,06	0,09	0,25
Потребляемая мощность, кВт	9 – 12	22 – 24	30 – 34	87 – 90
Масса установки, кг	1339	1800	2430	8740
Примечание: Цифра в типоразмере соответствует расходу воздуха в установке, м^3/мин.

 

Каждая установка обеспечивает очистку воздуха от частиц масла и воды до точки росы минус 40ºС. Она состоит из блока автоматической осушки сжатого воздуха, теплообменника и маслоотделителя. В состав блока автоматической осушки воздуха входят: 2 осушительные башни, воздухоподогреватель, 2 четырехходовых крапа-переключателя, поршневой пневмопривод, блок пневматических усилителей, 5 мембранных запорных клапанов с ручным управлением МЗКР, щит управления и автоматики и обвязка – воздушные и водяные коммуникации.

Для охлаждения воздуха до температуры не выше 20ºС теплообменник питается водой с соответствующими значениями температуры и расхода. В качестве адсорбента (поглотителя влаги) для осушки воздуха в башнях служит силикагель (может применяться также алюмогель).

Каждая башня после переключения работает по следующему циклу: осушка воздуха – 8 ч.; переключение, регенерация силикагеля – 3 ч.; охлаждение силикагеля – 5 ч.; переключение и т. д.

Установка оснащена щитом с приборами контроля и автоматического управления, которые обеспечивают поддержание необходимых значений параметров и периодичность переключений.

Для подогрева воздуха используется переменный электрический ток
50 Гц, напряжением 380 В. Давление сжатого воздуха на входе в установку должно быть 0,8 – 0,9 МПа, температура сжатого воздуха на входе в осушительную башню должна быть не выше 20º, а на выходе не выше 30º.

Для осушки большого количества сжатого воздуха применяются схемы с параллельным включением нескольких установок УОВ или используется метод глубокого охлаждения сжатого воздуха в холодильной установке с регенерацией холода после нее в воздухо–воздушных теплообменниках модификаций ОВМ-15 и ОВМ-30 (номинальный расход сжатого воздуха 15 и 30 тыс. м³/ч соответственно) [25].

 

3.6. Расчет и выбор воздухосборника

 

В сети трубопроводов, транспортирующих сжатый воздух, имеют место заметные колебания давления, которые создаются поршневыми компрессорами, нагнетающими воздух в сеть порциями, образуя в сети пульсирующие потоки.

Колебания давления воздуха в сети вызываются также включениями и отключениями от сети крупных потребителей сжатого воздуха, а также одновременным включением или отключением большого количества пневмоприемников.

Колебания давления воздуха во внешней сети снижают производительность компрессора и повышают на 1,5 – 3 % расход электроэнергии, затрачиваемой на сжатие воздуха, а также отрицательно влияют на работу пневмоприемников. Для исключения этого явления применяют воздухосборники (ресиверы), выравнивающие давление и аккумулирующие сжатый воздух, нагнетаемый компрессором. Кроме того, в воздухосборнике происходит улавливание масла и воды из сжатого воздуха, нагнетаемого компрессором.

Воздухосборник представляет собой герметический сосуд цилиндрической формы горизонтального или вертикального исполнения (рис. 30).

Воздухосборники для стационарных поршневых компрессоров изготавливаются по ГОСТ 9028-59 и относятся к сосудам, работающим под давлением, поэтому проектирование, изготовление, устройство, освидетельствование, надзор и эксплуатация должны производиться в соответствии с правилами [7].

 

Рис. 30. Воздухосборник: 1 – впускной патрубок; 2 – патрубок для предохранительных клапанов; 3 – скоба для грузоподъемного крюка; 4 – патрубок выхода сжатого воздуха; 5 – патрубок для манометра; 6 – люк смотровой; 7 – вентиль продувки сосуда

 

Воздух подводится в среднюю часть воздухосборника через патрубок, обрезанный под углом к горизонту. Отвод воздуха производится через патрубок, расположенный в верхней части воздухосборника. Такое расположение патрубков позволяет максимально удлинить путь движения воздуха и тем самым увеличить время его пребывания в воздухосборнике. Этим достигается лучшее охлаждение и очистка сжатого воздуха от содержащихся в нем масла
и влаги.

В нижней точке, в месте сбора влаги и масла, все воздухосборники оборудованы люками диаметром 50 мм и трубкой с вентилем для удаления конденсата воды и масла.

Воздухосборники в обязательном порядке оборудуются предохранительным клапаном, отрегулированным на предельное давление, превышающее рабочее давление на 10%.

Основной характеристикой воздухосборника является его гидравлическая емкость.

Объем воздухосборника определяется по эмпирической формуле, м³:

,                                             (55)

где  – максимальная подача воздуха в воздухосборник, м³/мин.

Высота для вертикального воздухосборника или длина для горизонтального воздухосборника принимается равной:

,                                             (56)

где D – диаметр воздухосборника.

При работе двух и более компрессоров на один воздухосборник емкость воздухосборника должна соответствовать суммарной производительности компрессоров.

В таблице 13 приведены основные размеры к рисунку 30.

Таблица 13

Воздухосборники [1] (к рисунку 30)

Емкость	м^3	2	3	5	5,5	8	10	16	20
Dнар	мм	1000	1200	1400	1400	1600	1600	1800	2000
H	мм	3090	3180	4030	4750	4604	5600	5915	6955
h	мм	2235	2235	2980	3720	3480	4470	5900	5850
S	мм	6	8	8	8	8	8	10	10
S1	мм	8	10	10	10	12	12	14	14
k	мм	1300	1200	1300	1300	1750	1750	2800	2600
l	мм	150	150	150	150	250	250	1000	1000
e	мм	100	100	100	110	150	150	150	150
n	мм	600	600	800	800	1650	1650	2000	1600
t	мм	360	460	510	510	620	620	1186	1290
m	мм	476	521	566	566	612	612	-	-

 

Следует учитывать то, что заниженный объем воздухосборника вызывает значительный шум и резкие колебания воздуха в нем, а частые переключения компрессора с автоматическим регулятором давления на холостой ход ведут к быстрому износу регулирующего устройства.

Объем воздухосборника для нестационарного компрессора принимается в 7 – 10 раз меньше, чем для стационарного.

Воздухосборник устанавливается на огороженной площадке вне помещения, в местах, не опасных для прохожих и персонала компрессорной станции. Устанавливать воздухосборники в помещении можно лишь с разрешения технической инспекции и пожарной охраны. Запрещено ставить воздухосборники против окон и дверей помещений.

Ресивер устанавливают на фундаменте за капитальной стеной компрессорной станции на расстоянии не менее 2,5 м от стены здания компрессорной станции до оси воздухосборника, но не более 25 м от нагнетательного патрубка компрессора. Устанавливать воздухосборник следует в теневой стороне, на расстоянии не менее 10 м от проезжей части дорог.

Для уменьшения нагревания воздухосборника от солнечных лучей поверхность окрашивается влагостойкой краской светлого цвета (белый, серый). Горизонтальные воздухосборники защищают навесом.

При очень низких температурах наружного воздуха и высокой температуре сжатого воздуха, выходящего из компрессорной станции, поверхность воздухосборников изолируется негорючими материалами.

В районах с жарким климатом производится дополнительное оросительное охлаждение поверхности ресивера.

Воздухосборники целесообразнее устанавливать вертикально, так как в этом случае они занимают меньшую площадь и в них лучше выделяются из воздуха вода и масло. Горизонтальный воздухосборник должен устанавливаться с уклоном 0,003–0,005 в сторону выпускного вентиля.

Выпускной вентиль соединяется продувочными линиями с продувочным баком, откуда скопившаяся жидкость направляется на очистные сооружения. Выпуск проводится не реже трех раз за смену, а так же перед пуском и после остановки компрессора.

В тех случаях, когда компрессорная станция располагается поблизости от таких потребителей, как воздушные молоты, можно ограничиться установкой воздухосборника лишь возле компрессорной станции.

 

 

4. СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

4.1. Общие сведения

 

Воздушная компрессорная станция промышленного предприятия, как правило, находится в отдельно стоящем здании, в котором воздушные компрессоры (основное оборудование) устанавливаются в машинном здании. Здание компрессорной станции с поршневыми компрессорами выполняется одноэтажным, и компрессоры устанавливаются на нулевой отметке. Здание компрессорной станции с центробежными компрессорами выполняется двухэтажным. На втором этаже устанавливаются компрессора, и размещается операторная с пультами и щитами управления работой компрессоров. На первом этаже – вспомогательное оборудование (воздушные фильтры, промежуточные и концевые воздухоохладители, влагомаслоотделители) из-за их больших габаритных размеров и электрические трансформаторные подстанции. Воздухосборники (ресиверы) и радиаторные концевые воздухоохладители монтируются вне здания компрессорной станции.

Подача наружного атмосферного воздуха на всас компрессора осуществляется по всасывающему воздухопроводу с помощью заборного устройства и воздушного фильтра (рис. 31).

Воздушные компрессоры через воздушные резервуары, концевые воздухоохладители направляют сжатый воздух в воздухосборники (ресиверы), который по нагнетательному воздухопроводу подается пневмоприемникам. Для учета количества вырабатываемого сжатого воздуха и его расхода пневмоприемниками на нагнетательном воздухопроводе устанавливается расходомер.

На трубопроводах сжатого воздуха после влагомаслоотделителей (перед воздухосборниками) устанавливаются обратные клапаны.

Снабжение технической водой воздушной компрессорной станции выполняется от заводской или местной (локальной) систем оборотного водоснабжения с помощью напорного трубопровода. Техническая вода подается к промежуточным и концевым воздухоохладителям для охлаждения сжатого воздуха, а также в рубашки компрессоров. Сброс технической воды осуществляется через сливные воронки с разрывом струи в самотечный обратный трубопровод, который транспортирует нагретую воду к охлаждающим устройствам системы оборотного водоснабжения.

Вода, используемая для производственных нужд, должна быть чистой, холодной (15 – 30 ºС) и подаваться в компрессорную станцию под давлением 0,15 – 0,25 МПа.

Допустимый нагрев воды (перепад температуры) при охлаждении компрессора должен быть: в промежуточном охладителе воздуха 4 ºС, в охлаждающих рубашках цилиндров низкого и высокого давления 6 ºС, в охлаждающих рубашках крышек цилиндров 4 ºС.

Температура охлаждающей воды на выходе из всех рубашек цилиндров компрессора должна находиться в пределах 20 – 40 ºС, а температура охлаждающей воды из конечного охладителя не должна превышать 35 ºС.

Компрессоры и охладители воздуха должны быть обеспечены пресной водой в количестве, достаточном для охлаждения. Как исключение допускается охлаждение компрессоров морской водой, если в охладителях установлены трубки из цветных металлов или из высоколегированной стали.

 

Рис. 31. Принципиальная технологическая схема воздушной компрессорной станции: 1 – воздухозаборник и воздушный фильтр; 5– первая ступень компрессора; 3 – промежуточный воздухоохладитель; 4 – вторая ступень компрессора; 5 – рубашка цилиндра; 6 – влагомасло­отделитель; 7 – воздухосборник; 8 – концевой воздухоохладитель; 9 – трубопровод сжатого воздуха; 10 – трубопровод охлаждающей воды

Вода для охлаждения компрессорных установок не должна содержать механических и химических примесей. Вода с большим содержанием солей кальция и магния или механических примесей приводит к быстрому загрязнению охлаждаемых поверхностей слоем отложений и накипи, в результате чего ухудшается теплопередача и нарушается режим работы компрессора или охладителя воздуха.

Жесткость воды, применяющейся для охлаждения компрессоров, должна быть не выше 4,3 мг-экв/л.

Вода, применяемая для охлаждения компрессоров, не должна также содержать органических веществ и механических примесей более 25 мг/л. В охлаждаемой воде, применяющейся в системе оборотного водоснабжения, не должны содержаться вещества, разрушающие древесину и металл.

Не всегда сжатый воздух транспортируется от компрессорной станции до объекта потребления по трубопроводам. В ряде случаев возникает необходимость наполнять сжатым воздухом баллоны и в баллонах подавать его потребителям.

Для наполнения баллонов сжатым воздухом в здании компрессорной станции выделяют помещение, называемое отделением наполнения баллонов. В таком помещении устанавливается наполнительная рампа.

Рампа состоит из двух стальных коллекторов 1 и 5, работающих попеременно. Каждый коллектор рассчитан на одновременное наполнение трех баллонов сжатым воздухом. В то время как на одном из коллекторов происходит наполнение баллонов, на другом коллекторе производится подключение порожних баллонов и подготовка их к наполнению. Баллоны, наполняемые воздухом, должны быть прочно укреплены и плотно присоединены к наполнительной рампе.

Рампа с баллонами должна находиться на расстоянии не менее 1 м от радиаторов отопления и других отопительных приборов.

Наружная поверхность эксплуатируемых баллонов должна быть окрашена в черный цвет масляной, эмалевой или нитрокраской. На баллонах должны быть надписи белым цветом «Сжатый воздух».

Эксплуатация баллонов должна вестись с соблюдением «Правил устройства, обслуживания и освидетельствования баллонов».

Для удаления масла и воды из масловодоотделителей и воздухосборников выполняется система продувки. Каждый масловодоотделитель и воздухосборник соединен через свою продувочную линию с продувочным баком. При открытии вентиля на продувочной линии вода и масло под давлением действующего на них газа вытекают в продувочный бак.

Продувку производят периодически по мере накопления воды и масла. Газ, поступающий вместе с жидкостью в продувочный бак, выводится из него по трубе, которую у воздушных компрессоров сообщают с атмосферой, а у газовых – с всасывающей магистралью первой ступени. Продувочный бак снабжают смотровыми стеклами и сливным краном. В компрессорах для взрывоопасных и токсичных газов на трубе слива из продувочного бака предусматривают гидрозатвор, исключающий опасность прорыва газа в помещение после опорожнения бака.

Для удобства обслуживания все продувочные вентили располагают в машинном зале на щите управления. Помимо продувочного вентиля, на каждой линии устанавливают еще запорный, которым пользуются в случае неисправности продувочного. В случае их отсутствия продувка сопряжена с большой потерей сжатого газа, составляющей в среднем у многоступенчатых компрессоров до 2 % от их производительности.

Для периодического выпуска влаги из масловодоотделителей и ресиверов рекомендуется применять конденсационные горшки или другие автоматически действующие устройства.

Для повышения надежности воздухоснабжения промышленного предприятия обеспечивается контроль работы компрессорной станции.

Контроль ведется не только во время работы компрессорных установок, но и при испытании их с целью определения технического состояния компрессоров: производительности, развиваемого давления, потребляемой мощности, теплового режима сжатия воздуха, удельных расходов воды, электроэнергии и масла, а также режима охлаждения компрессоров и работы охлаждающих устройств.

При эксплуатации компрессорной станции контролю подлежат следующие физические величины:

- температура всасываемого воздуха, охлаждающей воды, масла циркуляционной системы смазки, трущихся и вращающихся деталей и статорной обмотки электродвигателя;

- давление всасываемого и нагнетаемого воздуха, охлаждающей воды и масла;

- расход сжатого воздуха, охлаждающей воды и электроэнергии;

- возбуждение синхронного и мощность электродвигателя;

- состояние сети заземления компрессорных установок;

- состояние фильтров для очистки всасываемого воздуха.

Температура воздуха контролируется в следующих точках:

- в месте установки приемника атмосферного воздуха;

- за фильтром перед первой ступенью сжатия;

- за первой ступенью сжатия;

- за промежуточным охладителем;

- после второй ступени сжатия;

- за конечным охладителем;

- за воздухосборником.

Температура воды контролируется в следующих точках:

- в месте подключения наружного водопровода в систему охлаждения компрессорной станции;

- за промежуточными и концевыми воздухоохладителями;

- за охлаждающими рубашками цилиндров;

- в коллекторе воды, уходящей из компрессорной станции в охлаждающее устройство.

Места замера температур масла и трущихся деталей обычно указываются заводом-изготовителем машины в технической документации.

При эксплуатации компрессорной станции особенно большое внимание следует уделять контролю давления как одной из основных характеристик нормальной работы системы воздухоснабжения.

Необходимо измерять давление воздуха:

- барометрическое (вне помещения);

- до и после воздушного фильтра (для определения сопротивления фильтра);

- после каждой ступени компрессора перед промежуточным охладителем;

- за промежуточными и концевыми воздухоохладителями;

- в воздухосборниках и в магистральном трубопроводе (за диафрагмой расходомера).

Необходимо измерять давление масла в циркуляционной системе смазки и воды в трубопроводе, подающем холодную воду на охлаждение компрессоров и сжатого воздуха.

Количество вырабатываемого сжатого воздуха является одной из основных характеристик работы компрессорной станции и может измеряться как за каждой компрессорной установкой, так и после всех установок, в начале магистрального воздухопровода, идущего от компрессорной станции к потребителям сжатого воздуха.

Расход воды, идущей на охлаждение компрессора, сжатого воздуха, масла и на бытовые нужды, замеряется на водопроводе в месте ввода его в помещение компрессорной станции.

Общий расход электроэнергии определяется в трансформаторной подстанции.