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空压机干燥机设备冷干机技术问答

发布者:admin  2019-05-06

  目前国产冷干机在零部件的硬件配置上与国外进口机相差不大,制冷压缩机、制冷配件及制冷剂都大量使用国际着名品牌。

  而在冷干机的用户适用性上则普遍超过了进口机,这是因为国内各生厂厂家在设计、制作冷干机时已经充分考虑到国内用户特点,尤其是气候条件及日常维护特点。

  例如国产冷干机的制冷压缩机功率普遍比同规格进口机大,这就充分适应了我国幅员辽阔、各地/不同季节气温差异较大的特点。

  另外国产机在价格上也颇具竞争性,在售后服务上更具无可相比的优势。所以国产冷干机在国内市场上是颇受欢迎的。

  目前国产冷干机与进口冷干机的差距主要表现在制作工艺水平上,尤其在冷媒系统管路清洁、装配焊接等方面差距较。另外,进口进现在已普通使用对大气臭氧层无破坏作用的绿色环保型制冷剂R134a,这在国产冷干机上一时还很难办到。

  ⑥对气源的前置预处理及配套空压机无特殊要求,一般的油水分离器即可满足冷干机对进气质量的要求;

  与吸附式干燥机相比,冷干机对压缩空气处理的“压力”只能达到10℃左右,因此气体的干燥深度远不及吸附式干燥机,在相当多的应用领域中,用冷干机是达不到工艺对气源干燥度要求的。在技术界已形成了一个选型惯例:当“压力”要求在零上时,首先冷干机,当“压力”要求在零下时,吸附式干燥机是唯一的选择。

  压缩空气经冷干机处理后的可在-20℃(常压)左右,经吸附式干燥器处理可达范围-60℃以上。但某些对空气干燥度要求极高的行业讲(如微电子行业要求达到-80℃)显然还是不够的。现在技术界所推行的办法是冷干机与吸附式干燥机串联起来,以冷干机作吸附干燥器的前置预处理设备,使压缩空气水分含量大量减少后再进入吸附干燥机,便可获得极低的压缩空气。而且进入吸附干燥器的压缩空气温度越低,最终获得的压缩空气也越低。据国外资料介绍,当吸附干燥机的进气温度为2℃时,采用分子筛作吸附剂,压缩空气的可达-100℃以下。这种方法在国内也已普遍采用。

  压缩空气经冷干机处理后的可在-20℃(常压)左右,经吸附式干燥器处理可达范围-60℃以上。但某些对空气干燥度要求极高的行业讲(如微电子行业要求达到-80℃)显然还是不够的。现在技术界所推行的办法是冷干机与吸附式干燥机串联起来,以冷干机作吸附干燥器的前置预处理设备,使压缩空气水分含量大量减少后再进入吸附干燥机,便可获得极低的压缩空气。而且进入吸附干燥器的压缩空气温度越低,最终获得的压缩空气也越低。据国外资料介绍,当吸附干燥机的进气温度为2℃时,采用分子筛作吸附剂,压缩空气的可达-100℃以下。这种方法在国内也已普遍采用。

  ②安装地点应通风,少粉尘,机器周围有足够散热和检修空间且不能在室外安装,以避免雨水及阳光直射;

  ⑩冷干机实际处理压缩空气的参量指标,特别是进气温度、工作压力与额定值不符时,要按样本提供的“修正系数”进行修正,以避免出现超负荷运行。

  空压机的排气含油量是各不相同的,如国产活塞式有油润滑空压机排气含油量为65—220mg/m3,少油润滑空压机排气含油量是30~40mg/m3,国产所谓无油润滑空压机(实际上是半无油润滑)排气含油量也有6~15mg/m3;有时,由于空压机中的油气分离器损坏失效,会使空压机排气中的含油量大大增加,含油量大的压缩空气进入冷干机后会在换热器铜管表面蒙上一层厚厚的油膜,由于油膜的传热阻力要比铜管大40~70倍,这就大大降低了预冷器及蒸发器的换热性能,严重时会使冷干机无法正常工作。具体表现为蒸发压力下降而反而上升、冷干机排气中含油量不正常增大、自动排水器经常被油污堵塞等。这种情况下,即使冷干机管线系统中不断更换除油过滤器也无济于事,维持不了多久精密除油过滤器的滤芯就会很快被油污堵塞。最好的办法是修理空压机,更换油气分离器滤芯,使其排气含油量达到正常的出厂指标。

  来自气源的压缩空气中含有大量液态水、粒径不等的固体粉尘及油污、油蒸汽等。如果让这些杂质直接进入冷干机,将使冷干机工作状况恶化。例如油污会使预冷器及蒸发器里的换热铜管受污染,影响热交换;液态水则加大冷干机的工作负荷,固体杂质容易堵塞排水孔。所以一般要求在冷干机进气口上游装一支前置过滤器,用来作杂质过滤及油水分离用,以避免上述情况的发生。前置过滤器对固体杂质的过滤精度不用很高,一般在10~25μ就可以了,但对液态水和油污的分离效率则高一点为好。

  对一般动力用气,配一支精度较高的主管路过滤器即可。在用气要求更高的时候,应配置相应的除油雾过滤器或活性碳过滤器。

  在某些特殊行业,不仅要使用压力(即含水量)很低的压缩空气,而且要求压缩空气的温度也要很低,即要把冷干机当作“脱水冷风机”来使用。此时所采取的措施是:

  ②同时对制冷系统进行核算,必要时要加大压缩机的功率、蒸发器及冷凝器的换热面积等。(实际中常用的简单办法是用较大规格的无预冷器的冷干机来处理较小流量的气体。

  进气温度是冷干机的一个重要技术参数,所有厂家对冷干机进气温度上限均有明显限制,因为进气温度高,不仅意味着显热的增加,而且压缩空气中所含的水蒸汽含量也增加了。

  JB/JQ209010-88规定冷干机的进气温度不超过38℃,国外许多着名冷干机生产厂家也有相似的规定。按理当空压机排气温度超过38℃时,必须在空压机下游增设后部冷却器,使压缩空气温度降低到规定值后再进入后处理设备。

  国产冷干机的现状是,冷干机进气温度的允许值在不断提高,如不带前置冷却器的普通型冷干机,从90年代初期的40℃开始提升,目前已出现进气温度为50℃的普通型冷干机了。姑且不论有没有商业炒作成分,单从技术角度讲,进气温度的提升不仅仅反映是气体“显温”的升高,而更反映在含水量的增加,对冷干机负荷的增加不是简单的线性关系。如果靠增大制冷压缩机的功率来补偿负荷的增大,在成本上是远远不合算的,因为在常温范围内,使用后部冷却器来降低压缩空气温度是最经济有效的做法。高温进气型冷干机就是在不改变制冷系统条件下,将后部冷却集装在冷干机上,效果是非常明显的。

  ④空气中不应含腐蚀性气体,特别不能检测到氨气。因为氨气在有水环境中。对金属铜有强烈的腐蚀作用。所以冷干机不应与氨制冷设备安装在一起。

  环境温度高对冷干机制冷系统的散热十分不利,当环境温度高于正常的冷媒冷凝温度时,迫使冷媒冷凝压力提高,这将使压缩机制冷量下降,最终导致压缩空气的“压力”升高。

  一般讲来,环境温度低一点对冷干机运行是有利的。但在太低的环境温度(例如低于摄氏零度)下,尽管进入冷干机的压缩空气温度不低,压缩空气也不会因此而有大的变化。但凝结水通过自动排水器向外排水时,很可能会在排水口结冰,这是一定要防止的。另外,在停机时,原先聚集在冷干机蒸发器里的凝结水或积存在自动排水器储水杯内的凝结水有可能结冰,存积在冷凝器里的冷却水也会结冰,所有这一切都会引起冷干机相关零部件的损坏。

  更须提醒用户注意的是:环境温度低于2℃时,压缩空气的输气管道本身就相当于一台运转良好的冷干机,此时要注意的是管道本身凝结水的处理问题。所以很多厂家在冷干机使用手册中明确规定:气温低于2℃时,不要使用冷干机。

  冷干机负荷的高低取决于被处理压缩空气的含水量,含水量越多,负荷就越高。因此冷干机的工作负荷除了直接与被处理压缩空气的流量(Nm3/min)有关外,对冷干机负荷最有影响的参数还有:

  此外空压机吸气环境下的相对湿度对压缩空气的饱和含水量也有关系,因此也对冷干机工作负荷产生影响:相对湿度越大,饱和压缩气体中所含水分就越多,冷干机负荷越高。

  有人认为冷干机标注2—10℃的“压力”范围,温度相差“5倍”是不是大了一些?这种认识是不正确的:

  ①首先摄氏温度℃之间是没有“倍”的概念的。温度作为物体内部大量分子移动动能平均值的标志,其真正起点值应从分子运动完全停止即“绝对零度”(OK)算起;摄氏温标把冰的融点作为温度的起点,它要比“绝对零度”高出273.16℃。在热力学中,除了在与温度变化概念有关的计算时可用摄氏温标℃外,在作为状态参数时,应以热力学温标(又称绝对温标,起点是绝对零度)为基础进行计算。2℃=275.16K,10℃=283.16K,这才是两者之间的真正差值。

  ②从饱和气体的含水量来看,0.7MPa的压缩空气在2℃时含湿量是0.82g/m3,在10℃时的含湿量是1.48g/m3,两者之间不存在“5”倍的差值;

  ③从“压力”与常压的关系来看,压缩空气在0.7MPa时2℃相当于大气压-23℃,在10℃相当于大气压-16℃,两者之间同样不存在“5倍”的差值,据上所述,2—10℃的“压力”范围,并不象想象中那么大。

  在不同厂家的产品样本上,冷干机的“压力”有多种不同的标注:计有0℃、1℃、1.6℃、1.7℃、2℃、3℃、2~10℃、10℃等(其中10℃仅见诸国外产品样本)。这给用户选型带来了不便。因此实事求是地探讨冷干机的“压力”究竟能达到多少℃,是很有实际意义的。

  压缩空气在蒸发器里的最终冷却温度比冷媒蒸发温度高3—5℃是正常的;过分降低蒸发温度又于事无补;由于气水分离器效率的限制,少量凝结水在预冷器的热交换中还原成水蒸气也会使压缩空气含水量有所提高。

  所有这些因素加在一起,要将冷干机的“压力”控制在2℃以下是非常困难的。至于0℃、1℃、1.6℃、1.7℃等标注,往往是商业宣传成份多于了实际效果,人们不必过分当真。

  实际上,冷干机的“压力”定在10℃以下对生产厂家讲来已经不是一个低标准要求。机械部标准JB/JQ209010-88《压缩空气冷冻式干燥机技术条件》就规定,冷干机的“压力”是10℃(同时给出了相应的条件);而国家推荐标准GB/T12919-91《船用控制气源净化装置》对冷干机的大气压要求为-17~-25℃,相当于0.7MPa下的2~10℃。

  国内多数厂家给冷干机“压力”给出了一个范围限制(例如2—10℃),按其下限,即使在最低负荷工况下冷干机内部也不会出现结冰现象;而上限即规定了在额定工况下冷干机应达到的含水量指标。在良好的工作条件下,通过冷干机获得5℃左右的“压力”的压缩空气应是可以做到的。所以这不失为是一种严谨的标注方法。

  冷干机的技术参数主要有:处理量(Nm3/min),进气温度(℃),工作压力(MPa),压力降(MPa),压缩机功率(Kw),冷却水耗量(t/h)。

  冷干机的目标性参数——“压力”(℃),在国外厂商的产品型录上一般并不作为独立参数标注在“性能规格表”上。究其原因,“压力”与被处理压缩空气的很多参数有关。如果标出“压力”,也一定附带说明相关条件(诸如进气温度、工作压力、环境温度等)。

  常用冷干机按冷凝器的冷却方式分有风冷型、水冷型两种;按进气温度高低分有高温进气型(80℃以下)和常温进气型(40℃左右);按工作压力分有普通型(0.3—1.0MPa)和中、高压型(1.2MPa以上)。此外许多特殊规格的冷干机可以用来处理非空气类介质,如:二氧化碳、氢气、天然气、高炉煤气、氮气等。

  自动排水器的一次排水量是有一定限度的。如果在同一时间里冷干机凝结水的生成量大于自动排水量的排水量,那么机内就会有凝结水积存。时间一长,凝结水会越聚越多。因此在大、中型冷干机中,往往要装两只以上的自动排水器,以保证机内不积存凝结水。自动排水器应安装在预冷器和蒸发器的下游,最常见的是直接装在气水分离器下方。

  在冷干机中自动排水器可以说是最易出故障的一个部件。原因是冷干机所排出的凝结水并不是清洁水,而是混有固态杂质(灰尘、锈泥等)、油污的稠状液体(所以自动排水器又叫“自动排污器”),它极易堵塞排水小孔。为此自动排水器进口处装有一只滤网。但使用时间长了,滤网也会被油污杂质堵塞,如果不及时清洗,将使自动排水器失去作用。所以每隔一定时间清洗排水器里的滤网是很重要的。另外,自动排水器要有一定压力才能工作,例如常用的RAD-404型自动排水器最低工作气压是0.15MPa,压力太低会出现漏气现象。但压力也不能超过额定值以防止贮水杯发生爆裂。在环境温度低于零度时要放尽贮水杯内的凝结水,以防结冰、冻裂。

  当排水器贮水杯内水位达到一定高度时,压缩空气的压力将浮球压力下关闭排水孔,就不会造成气流泄漏,随着贮水杯内水位升高(此时冷干机内并不积水),浮球上升到一定高度便打开排水孔,杯内凝结水在气压作用下很快排出机外。凝结水排尽后浮球又在气压作用下关闭排水孔。所以自动排水器是一种节能器。它不仅在冷干机中得到应用,而且在贮气罐、后冷却器及过滤顺路等多种气源处理设备上都得到广泛的应用。除了常用的浮球式自动排水器外,还经常使用电子自动定时排水器,这种排水器的排水时间及两次排水时间间隔都可调整,而且能耐较高压力,应用也能很普遍。

  为了将冷干机中的凝结水及时、彻底排出机外,最简单的办法就是在蒸发器末端开一个排水孔,便可将机内生成的凝结水源源不断地排出。但其弊病也是显而易见的。因为在排水的同时压缩空气也将源源不断的排出,使压缩空气气压迅速下降。这对气源系统讲来是不能允许的。用手阀人工定时排水虽然可行,但需增加人力及由此带来的一系列的管理麻烦。使用自动排水器,可定时(定量)自动排除机内积水。

  冷干机工作时会在预冷器及蒸发器容积里积聚大量凝结水,如果不及时、彻底排出这些凝结水,冷干机就成了一只贮水器。其结果:

  ③使压缩空气流通面积变小,空气压力降提高。所以将冷干机中凝结水及时、彻底排出机外,是冷干机正常运行的重要保证。

  压缩空气干燥度指的是干压缩空气中混杂的水蒸气含量的多少,水蒸气含量少,空气就干燥,反之就潮湿。

  压缩空气干燥度用“压力”高低来衡量,“压力”低,压缩空气就干燥。有时从冷干机排出的压缩空气中会混杂有少量液态水滴,但这并不一定是压缩空气不够造成的。排气中液态水滴的存在,可能是由于机内积水、排水不畅或分离不全引起的,尤其是自动排水器堵塞引起的故障影响最大。冷干机排气带水比不够能下游用气设备带来更坏的不利影响,应找出原因予以消除。

  在挡板式气水分离器中(无论是平面挡板、V型挡板还是螺旋挡板)适当增加挡板数量,缩小挡板间距(螺距)能提高汽水分离效率。但与此同时,也带来压缩空气压力降的增大。而且过密的挡板间距会产生气流啸叫,所以在设计挡板时要兼顾这对予盾。

  预冷器和蒸发器中设置的多块折流挡板对气体中的凝结水起着拦截、集聚和分离作用。分离下来的凝结水只要能及时、彻底排出机外,也能获得一定的压缩空气。例如,对某一型号的冷干机实测结果表明,约有70%以上的凝结水是在气水分离器前被自动排出机外的,其余漏网的水滴(大部分粒径都很细小)才靠设在蒸发器与预冷器之间的气水分离器来作最后的有效捕捉,这部分水滴尽管数量不多,但对“压力”有很大影响;它们一旦进入了预冷器并在那里二次蒸发还原成水蒸气,将使压缩空气的含水量大大提高。所以一只高效、专用的气水分离器对提高冷干机工作性能起着十分重要的作用。

  冷干机中凝结水的生成和汽水分离过程,是从压缩空气进入冷干机就开始的。在预冷器和蒸发器中设置了折流挡板后,这种汽水分离过程就变得更加强烈。凝结水滴在挡板碰撞后由于运动变向、惯性重力等综合作用而集聚、而长大,最后在本身重力作用下实现汽水分离。可以这样说,冷干机中相当大一部分凝结水是在流动过程中“自发”进气汽水分离的。为了捕捉残留在空气中的一部分细小水滴,冷干机中还设置了

  更高效的专用气水分离器,以便让进入排气管的液态水降至最少,从而尽可能降低压缩空气的“”。

  ①直接与冷面接触的水蒸气以预冷器、蒸发器的低温面(如换热铜管外表面、散热翅片、折流档板及容器壳体内表面)为载体冷凝结霜(如同自然界地表结露过程);

  ②不与冷面直接接触的水蒸气则以气流本身挟带的固态杂质为“凝结核”冷凝结露(如同自然界云雾、雨形成过程)。凝结水滴的初始粒径取决于“凝结核”的大小。如果进入冷干机的压缩空气中混有固体杂质粒径分布是通常所说的在0.1-25μ之间,那么凝结水初始粒径至少也在相同数量级上。而且在跟随压缩空气流动过程中,水滴之间、水滴与冷面之间不断碰撞、集聚,其粒径还会不断增大,并在增大到一定程度后依靠自重与气体发生分离。

  由于压缩空气携带的固体尘粒在凝结水生成过程起着“凝结核”的作用,这也启发我们有理由认为,冷干机中凝结水生成过程是压缩空气的“自净”过程。

  热负荷计算是冷干机制冷系统设计的基础。在有预冷器存在的情况下,我们将蒸发器热负荷作为选择制冷压缩机及制冷系统其他部件的依据。由于冷干机的工作条件在不断变化,蒸发器热负荷随进气温度、气体压力、环境条件(温度、湿度等)变化而变化。各厂家蒸发器计算热负荷的确定原则不尽相同。但在任何情况下,制冷压缩机的产冷量总是要大于蒸发器的计算热负荷,不然就不能保证在极端工况条件下压缩空气的处理效果。

  对一台已选定的制冷压缩机来讲,产冷量主要取决于蒸发温度和冷凝温度(由lgP-i图可以作具体计算),而与蒸发器热负荷没有关系。这就是为什么在低负荷时冷干机会出现“大马拉小车”的现象。

  运行中的制冷装置,由于制冷剂和冷冻油中会产生水分、固体粉末、污垢等杂质,情况严重时会使节流结构的节流孔产生脏堵。因此在冷媒供液管前必须装设干燥过滤器。另外,制冷剂中微量水分对制冷系统的危害最大,对冷媒、冷冻油及蒸发器、冷凝器和配管的干燥处理是极为重要的。



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