压缩空气净化系统相关知识
压缩空气净化系统
空气与湿空气：地球周围的大气，我们习惯上称作空气。自然界中的空气是由多种气体（O2， N2，CO2等）混合而成的，水蒸气是其中的一种。含有一定量水蒸气的空气叫湿空气，不含水蒸气的空气叫干空气。我们周围的空气都是湿空气。在一定海拔高度下，干空气的组成成分几比例基本稳定不变，它对整个湿空气的热工性能无特殊意义。湿空气中的水蒸气含量虽然不大，但含量的变化对湿空气的物理性质影响很大。水蒸气含量的多少决定了空气的干燥和潮湿程度。冷冻式干燥机的工作对象就是湿空气。< br />
饱和空气：在一定的温度和压力下，湿空气中水蒸汽的含量（即水蒸汽密度）是有一定限度的；在某一温度下，所含水蒸气的量达到最大可能含量时，这时的湿空气叫饱和空气。水蒸气未达最大可能含量时的湿空气就叫未饱和空气。
结露：在含水量不变的情况下，通过降低未饱和空气的温度可使之成为饱和空气。未饱和空气在成为饱和空气的瞬间，湿空气中会有液态水珠凝结出来。
大气压，绝对压力，表压力：包围在地球表面一层很厚的大气层对地球表面或表面物体所造成的压力称为“大气压”。 直接作用于容器或物体表面的压力称为“绝对压力”，绝对压力值以绝对真空作为起点。 用压力表，真空表，U形管等仪器测出来的压力叫“表压力”。表压力以大气压力为起点。
温度：温度是物质分子热运动的统计平均值。 绝对温度以气体停止运动时的最低极限温度为起点的温度。 摄氏温度以冰的融点为起点的温度。
空气的湿度：空气干湿程度的物理量叫“湿度”。常用的湿度表示方式有“绝对湿度”，“相对湿度”和& ldquo;含湿量”。 在标准状态下，1m3容器中湿空气含有水蒸气的重量称为“绝对湿度”。绝对湿度只表明单位体积湿空气中，含有多少水蒸气，而不能表示湿空气吸收水蒸气的能力，即不能表示湿空气的潮湿程度。绝对湿度也就是湿空气中的密度。 湿空气中实际所含的水蒸气量与同温度下最大可能含有水蒸汽量的比值称为“相对湿度”。
饱和空气中水蒸气的密度：空气中水蒸气的含量是有极限的。在气动压力（2Mpa）范围内，可以认为饱和空气中水蒸气的密度只取决于温度的高低而和空气压力大小无关，温度越高，饱和水蒸气的密度越大。
空气的标准状态：在温度20℃，绝对压力0.1Mpa,相对湿度65%时的空气状态叫空气的标准状态。在标准状态下，空气密度是1.185kg/m3。
压缩空气的特点：空气具有可压缩性，经空气空压机做机械功使本身体积缩小，压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。
压缩空气里含有的杂质：空压机排出的压缩空气含有很多杂质：①水，包括水雾，水蒸气，凝结水。②各种固态物质如：锈泥，金属粉末，橡胶细末，焦油粒及滤材，密封材料的细末；此外还有多种有害的化学异味物质等。
气源系统：由产生处理和储存压缩空气的设备所组成的系统称为气源系统。典型的气源系统由下列几部分组成：空气空压机，后部冷却器，过滤器，稳压储气管，干燥机，自动排水器及输气管道，管路阀件，仪表等。上述设备根据工艺流程的不同需要，组合成完整的乞援系统。
必须对气源系统进行处理：从空压机输出的压缩空气中含有大量有害杂质，不通过适当的方式清除这些杂质，会对气源系统造成很大的危害。 变质的润滑油会使橡胶，塑料，密封材料变质，堵塞小孔，造成阀类动作失灵，污染产品。
水分和粉末会造成金属器件，管道生锈腐蚀，造成运动部件卡死或磨损，使气动元件动作失灵和漏气，水分和尘土还会堵塞节流小孔或过滤网；水分结冰会造成管道冻结或冻裂。 由于空气质量不良，使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低，由此造成的损失往往太大超过气源处理装置的成本和维修费用，故正确选用气源处理系统是绝对必要的。
气源质量的标准：不同用户对气源质量有不同要求。国家标准GB/T13277-91《一般用压缩空气质量等级》（等效采用ISO8573）就是为此而制订的。该标准对压缩空气中固体粒子，水分及含油量作出了量的规定。从更广的意义上讲，一个良好的气源还应当在使用过程压力是稳定的，对周围环境造成的污染是最小的。
压缩空气干燥方法：压缩空气可以通过加压，降温，吸附等方法来除去其中的水蒸气，可通过加热，过滤，机械分离等方法除去液态水分。 冷冻式干燥机就是对压缩空气进行降温来排除其中所含水蒸气，获得相对干燥压缩空气的一种设备。
露点：未饱和空气在保持水蒸气分压不变（即保持绝对含水量不变）情况下降低温度，使之达到饱和状态时的温度叫“露点& amp; rdquo;。温度降至露点时，湿空气中便有凝结水滴析出。 湿空气的露点不仅与温度有关，而且与湿空气中水分含量的多少有关，含水量的露点高，含水量少的的露点低。
压力露点：湿空气被压缩后，水蒸气密度增加，温度也上升。压缩空气冷却时，相对湿度便增加，当温度继续下降到相对湿度达100%时，便有水滴从压缩空气中析出，这时的温度就是压缩空气的“压力露点”。
压力露点与常压露点的关系：压力露点与常压露点之间的对应关系与“压缩比”有关，一般用图表来表示。在压力露点相同情况下，“压缩比”越大，所对应的常压露点越低。
压缩空气露点用什么仪表测量：压力露点单位虽然是℃，但它的内涵是压缩空气的含水量。因此测量露点实际就是测空气的含水量。有用氮气，乙醚等作冷源的“镜面露点仪”，有用五氧化二磷，氯化锂等作电解质的 “电解湿度计”。
空气中油的危害最大：在一些要求严格的地方，比如气动控制系统中，一滴油能改变气孔的状况，使原本正常自动运行的生产线瘫痪。有时，油还会将气动阀门的密封圈和拄体胀大，造成操作迟缓，严重的甚至堵塞。
油污主要来源：由于大部分压缩空气系统都使用润滑油式空压机，该机在工作中将油汽化变成油滴。它们以二种方式形成的：1。一种是由于活塞压缩或叶片旋转的剪切作用产生的所谓“分散型液滴”，其直径从1 -50μm。 2。另一种是在润滑油冷却高温的机体时，汽化形成的“冷凝型液滴”，其直径一般小于1μm，这种冷凝油液滴通常占全部油污重量超过50%，占全部油污实际颗粒数量超过99%。
含油量常用计量标准：油污量一般采用一种很小的计量标准来清晰地表示出其累积的状态。即 100scfm（每分钟标准立方尺）空气中含有1ppmW/W(重量的百万分之几)油流量相当于每月150ml。
过滤器的工作原理：一般过滤器滤芯是由纤维介质，滤网，海绵等材料组成，压缩空气中的固体的，液体的微粒（滴）经过过滤材料的拦截后，凝聚在滤芯表面（内外侧），积聚在滤芯表面的液滴和杂质经过重力的作用沉淀到过滤器的底部再经自动排水器或人工排出。
几种类型过滤器的特点：1。利用表面产生吸引力的吸附式（活性碳）过滤器，存在着使用周期有限，吸附剂吸收油后其吸附能力也随之降低等问题。 2。吸收式过滤器的主要材质吸收剂，如羊毛，油毡和棉花，在将液体吸收至内部并浸满后，会失去其结构上优势而迅速失效。 3。机械式分离器和筛网式过滤器，通常按5，10，20，40μm来分类，对于占油滴中大部分的微小颗粒是无效的。
玻璃纤维材质为滤芯核心的凝聚式过滤器的工作机理：空气从滤芯中部流人，通过重力作用，惯性碰撞，直接拦截和渗透四种机理将油滴收集起来。
1。重力作用：当过滤器内气流速度较低时，直径20-50μm的油滴在到达滤层前，经重力自由落体大部分被收集起来，而且气流在流经滤网时也继续落下而收集。气流速度越大，其效率越低。 2。惯性碰撞：通常直径大于1μm的悬浮颗粒具有很大的冲量，与气流路径不常一致，因而会惯性地撞上纤维层。气流速度越大，碰撞率越大。 3。直接拦截：直径0.3-1μm的颗粒是随气流运动的，它们大部分将被滤芯1/2处的纤维层拦截而分离出来。粒子越小，拦截率越低。 4。渗透：直径小于0.3μm颗粒，因其质量太小已不具有液体的通常特性了。它们以一种无规则的布郎运动方式着，与气流路径是不一致的，正因这种运动方式使其能被更细密的滤层俘获。粒子越小，布郎运动越剧烈，捕捉机率越大。
过滤器要搭配使用：一般的误区是认为根据所需要的空气质量选择对应处理精度的单支过滤器就能达到要求。其实不然，所需要的空气质量虽然由所选的单支过滤器的处理精度决定，但没有前置低一级过滤器的预处理保护，高精度滤芯很快就会因负载过大而堵塞。
过滤器效率与空气温度的关系：压缩空气中所含油和水的温度，影响着过滤器效率。如：当温度为 30℃时，流经过滤器的油含量为20℃时的5倍；当温度上升为40℃时，流经过滤器的油含量为20℃时的10倍。所以过滤器一般要安装在压缩空气系统的温度最低点。
吸附式干燥机的分类< /strong>：一般分为简易型吸附式干燥机（一次性）和再生型吸附式干燥机（自动循环型）。再生型吸附干燥机一般分为无热再生吸附式干燥机和有热再生吸附式干燥机。有热再生吸附式干燥机根据加热方式又分为内加热型吸附式干燥机和外热型吸附式干燥机。
再生吸附式干燥机的运行原理< /strong>：再生吸附式干燥机由两个双联机筒组成，机筒里装满干燥剂。两个机筒轮流接通和关闭气流，交替进行干燥和再生运行，从而使气流能持续接触干的干燥剂来达到脱湿干燥的目的。
无热再生吸附式干燥机的干燥原理< /strong>：无热再生吸附式干燥机是通过“压力变化 ”来达到干燥效果。由于空气容纳水气的能力与压力呈反比，其干燥后的一部分干燥空气（称为再生气）减压膨胀至大气压，这种压力变化使膨胀空气变得更加干燥，然后让它流过未接通气流的需再生的干燥剂层，干燥的再生气吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机来达到脱湿干燥的目的。无热再生 吸附式干燥机一般要消耗15%左右的再生压缩空气。
有无热再生吸附式干燥机的干燥原理< /strong>：有无热再生吸附式干燥机是通过“温度变化 ”来达到干燥效果。因为空气容纳水气的能力与温度呈正比。内加热型吸附式干燥机是让少量干燥空气流过需再生的干燥剂层并启动内置在机筒的加热器，产生的高温空气会吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机。外加热型吸附式干燥机一种是让少量干燥空气流过外置的加热器再吹过需再生的干燥剂层，产生的高温干燥空气会吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机。另一种是通过鼓风机将普通空气吹过外置在机筒的加热器，产生的高温空气可吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机。此种外加热型吸附式干燥机不需要消耗压缩空气，即再生气消耗量为 0。
各类干燥剂的特点：硅胶较易受水分潮解。活性氧化铝的吸附性能很强很稳定，遇到水分不潮解，且具有高抗碎强度和抗磨蚀性，适用范围较广。分子筛由于在相对湿度20%以下有较好的干燥性能，常常仅作为深度干燥的干燥剂。
干燥效率和气流温度的关系：气流的温度越低，吸附式干燥机的干燥效率越高。因为空气温度越低，容纳的水分越少，对吸附式干燥机负荷就越低，吸附式干燥机的干燥能力就越强，故而效率越高。
干燥效率和气流压力的关系：无热吸附式干燥机是通过变压来进行干燥达到除湿效果的。干燥剂再生时气流的压力差越大，再生气吸出的干燥剂里水分就越多，干燥剂的再生效果就越好，下一工作周期时的干燥效果就越佳。
冷冻式干燥机的排气温度：从能量利用角度讲，我们总希望 冷干机温度越高越好，最好能与进气温度相同，此时“废冷”为零。但实际上是达不到这一点的， 冷干机进出气温相差15℃以上的情况并不鲜见。
冷干机凝结水是怎样生成：通常饱和的高温压缩空气进入 冷干机后，所含的水蒸气由两条途径凝结成液态水。1。直接与冷面接触的水蒸气以预冷器，蒸发器的低温面为载体冷凝结露 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。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的固体杂质粒径分布是通常所说的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，水滴冷面之间不断碰撞，集聚，其粒径还会不断增大到一定程度后依靠自重与气体发生分离。
压缩空气与凝结水如何分离： 冷干机中凝结水的生成和气水分离过程，是从压缩空气进入 冷干机后就开始的。在预冷器和蒸发器中设置了折流挡板后，这种气水分离过程就变得更加强烈。凝结水滴在与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气水分离。
气水分离器效率对露点的影响：尽管在压缩空气流径中设置一定数量的挡水板确实能将大部分凝结水滴与气体分离，但那些粒径更细小的水滴，特别是在最后一块折流挡板后生成的凝结水仍有可能进入排气通道。如果不加阻挡，这部分凝结水在预冷器里遇热蒸发成水蒸气，使压缩空气的露点升高。 如：0.7Mpa，的1Nm3 压缩空气在 冷干机中温度从40℃（含水量为7.26g）降到2℃（含水量为0.82g），凝结生成水量为6.44g；如果其中70% （4.51g）凝结水在气体流动过程中“自发”分离并排出机外，则尚有1.93g凝结水要由& ldquo;气水分离器”来完成捕捉分离；如果“气水分离器”的分离效率80%，则最终还有0.39g的液态水要随空气进入预冷器并在那里二次蒸发还原成水蒸气，使压缩空气水蒸气含量由曾经达到过的0.82g增加到1.21g，此时压缩空气的 “压力露点”上升到8℃。
旋风式气水分离器的工作原理：旋风式气水分离器是一种惯性分离器，较多地用于气固分离。压缩空气沿筒壁切线方向进入分离器后，在里面产生旋转，混在气体中的水滴也跟着一起旋转并产生离心力，质量大的水滴所产生的离心力大，在离心力作用下大水滴向外壁移动，碰到外壁后再集聚长大并与气体分离；而粒径较小的水滴却在气体压力作用下向呈负压状态的中心轴线迁移。
冷干机的“压力露点”：在不同厂家的样本上， 冷干机的“压力露点”有多种不同的标注：计有0℃，1℃，1.6℃,1.7℃,2℃, 3℃,2-10℃,10℃等。这给用户选型带来了不便。 冷干机“压力露点”受三个条件限制，即：1。受蒸发器温度冰点底线的限制； 2。受蒸发器换热面积不能无限增大的限制； 3。受“气水分离器”分离效果率达不到100%的限制。 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；由于气水分离效率的限制，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。所有这些因素加起来，要将 冷干机的“压力露点”控制在2℃以下是非常困难的。 实际上， 冷干机的“压力露点”定在10℃以下对生产厂家来讲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“压力露点”是10℃；而国家推荐标准GB/T12919-91《船用控制气源净化装置》对 冷干机的大气露点要求为-17—-25℃，相当于0.7Mpa下的2-10℃。国内多数厂家给 冷干机“压力露点”给出了一个 范围限制。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；而上限规定了在额定工况下 冷干机应达到的含水量的指标。在良好的工作条件下，通过 冷干机获得5℃左右的“压力露点”的压缩空气应是可以做到的。
环境温度高低对 冷干机运行的影响：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，这将使空压机制冷量下降，最终导致压缩空气的“压力露点”升高。 一般来讲，环境温度低对 冷干机运行是有利的。但在太低的环境温度下，尽管进入 冷干机的压缩空气温度不低，压缩空气露点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。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，积存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。
冷干机应正确配置过滤器：来自气源的压缩空气中含有大量液态水，粒子径不等的固体粉尘及油污，油蒸气等。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；液态水则加大了 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，但对液体水和油污的分离效率则高一点为好。
压缩空气油雾含量对 冷干机运行的影响：空压机的排气含油量是各不相同的，如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30-40 mg/m3，无油润滑空压机排气含油量也有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，这就大大降低了预热器及蒸发器的换热性能，严重时会使 冷干机无法正常工作。
吸附式干燥机相比 冷干机的特点：与吸附式干燥机相比，冷冻式干燥机有下列特点：1。没有气源消耗，对大部分气源用户来讲，使用 冷干机比使用吸附式干燥机来得节省能源；2。无阀件磨损；3。不需要定期添加，更换吸附剂；4。运转噪音低；5。日常维护较简单，只要按时清洗自动排水器滤网即可；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；7。 冷干机对排气有“自洁”作用，即排出气体中固体杂质含量较少；8。在排出凝结水的同时，部分油蒸气也能凝结成液态油雾随凝结水排出。
与吸附式干燥机相比， 冷干机对压缩空气处理的“压力露点”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。
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