Как выбрать осушитель воздуха для промышленного воздушного компрессора

Сжатый воздух часто называют «четвертым видом энергоресурса» современной промышленности, и, как и любой другой энергоресурс, он содержит в себе примесь — воду. Атмосферный воздух, всасываемый промышленным воздушным компрессором, всегда содержит водяной пар, который в процессе сжатия концентрируется и конденсируется в жидкость, как только воздух охлаждается на выходе. Следствием этого становятся коррозия трубопроводов, выходы из строя пневматических инструментов из-за того, что вода вымывает смазку, порча партий продукции и замерзание пневмолиний зимой. Правильно подобранный осушитель воздуха предотвращает все эти проблемы, однако многие покупатели по-прежнему выбирают его, ориентируясь исключительно на цену, и впоследствии десятилетиями расплачиваются за эту экономию.

Чтобы выбрать осушитель воздуха для промышленного воздушного компрессора, сначала определите точку росы под давлением, необходимую для вашей задачи, а затем подберите технологию осушителя в соответствии с этим требованием: холодильный осушитель для большинства общих промышленных нужд, адсорбционный осушитель для сверхсухого воздуха или условий низких температур, либо мембранный осушитель для небольших расходов в точке использования. Рассчитайте размер установки исходя из фактического расхода воздуха вашего компрессора с учетом поправочных коэффициентов и запаса в 10–15 процентов, а также сравнивайте варианты по совокупной стоимости владения, а не по цене приобретения.

В приведенных ниже разделах шаг за шагом рассмотрен весь процесс принятия решения: от объяснения, почему сушилка является незаменимым устройством, до процедуры подбора размера и ошибок, которые обходятся покупателям дороже всего.

Почему вашему промышленному воздушному компрессору нужен осушитель воздуха

Да, каждый промышленный воздушный компрессор нуждается в осушителе воздуха. В процессе сжатия влажный всасываемый воздух сжимается до гораздо меньшего объёма, поэтому водяной пар, который при атмосферном давлении был безвреден, конденсируется в жидкость, как только воздух охлаждается в любой точке системы. Без осушителя эта влага попадает непосредственно в трубопроводы, резервуары, инструменты и производственные процессы.

Повреждения возникают по предсказуемой схеме. Жидкая вода скапливается в низких точках трубопроводов, где вызывает образование ржавчины и накипи, которые в конечном итоге отрываются и забивают клапаны и цилиндры. Она вымывает смазку из пневматических инструментов и двигателей, резко сокращая их срок службы. Она загрязняет готовую продукцию, вызывая такие дефекты, как «рыбьи глаза» на окрашенных поверхностях и комкование при транспортировке порошка. Зимой влага в открытых трубопроводах замерзает и полностью блокирует поток воздуха.

Уровень устойчивости к влажности резко различается в зависимости от отрасли:

Воздухоосушитель удаляет водяной пар до того, как он успеет конденсироваться на последующих участках технологической цепочки, и является одним из этапов полной цепочки очистки наряду с фильтрами и резервуарами, поэтому выбор осушитель воздуха для компрессора это инженерное решение, касающееся общей надёжности системы, а не просто покупка аксессуара.

Какие бывают типы осушителей для воздушных компрессоров?

Существует три основных типа промышленных осушителей воздуха: холодильные, адсорбционные и мембранные. Холодильные осушители охлаждают сжатый воздух до температуры примерно от 3 до 7 °C (от 37 до 45 °F), в результате чего влага конденсируется и отводится. Адсорбционные осушители поглощают водяной пар с помощью гигроскопичных материалов и достигают точки росы -40 °C (-40 °F) или ниже. Мембранные осушители отделяют водяной пар с помощью проницаемых волокон для небольших локальных потоков.

Каждая технология удаляет влагу с помощью своего физического механизма, и Как работают осушители сжатого воздуха является основой правильного выбора.

Холодильные осушители воздуха

Холодильный осушитель работает по принципу кондиционера для потока сжатого воздуха. Он охлаждает воздух до температуры примерно от 3 до 7 °C, в результате чего водяной пар конденсируется на холодных поверхностях теплообменника, автоматически сливает конденсат и нагревает воздух почти до комнатной температуры перед тем, как он снова поступает в трубопровод. В этой категории преобладают две основные конструкции:

• Нециклический режим: холодильный контур работает непрерывно, независимо от потребности в воздухе. Такая система проста, надежна и недорога в приобретении, но приводит к перерасходу энергии при снижении потребности.
• Циклический режим: тепловая масса аккумулирует холодопроизводительность и позволяет холодильному контуру включаться и выключаться в зависимости от изменения потребности. Это требует более высоких первоначальных затрат, но позволяет заметно сократить расходы на электроэнергию в условиях колебаний объёма обрабатываемого воздуха.

Модели, рассчитанные на высокую температуру входящего воздуха, допускают подачу воздуха с температурой до примерно 80 °C (176 °F), что позволяет обойтись без отдельного доохладителя в компрессорных с высокой температурой окружающей среды или на установках с высокой температурой нагнетаемого воздуха.

Осушители воздуха с адсорбером

В адсорбционном осушителе сжатый воздух проходит через слой гигроскопичного наполнителя, как правило, активированного оксида алюминия или силикагеля, который адсорбирует водяной пар непосредственно из потока воздуха. Поскольку наполнитель насыщается, в адсорбционных осушителях используются две башни, которые поочередно выполняют операции осушения и регенерации. Три типа регенерации различаются в основном по эксплуатационным затратам:

• Без нагрева: для регенерации наполнителя используется примерно 15–20 процентов потока осушённого воздуха в качестве продувочного воздуха. Самый простой и дешёвый в приобретении, но самый дорогой в эксплуатации.
• Продувка с подогревом: электрические нагреватели нагревают воздух для продувки, что позволяет сократить его расход до уровня менее 10 процентов от общего объема воздушного потока.
• Продувка с помощью вентилятора: вентилятор прогоняет нагретый воздух из окружающей среды через слой наполнителя, благодаря чему потери сжатого воздуха практически отсутствуют. Наибольшие капитальные затраты, наименьшие эксплуатационные расходы.

Поскольку технологии охлаждения и адсорбции делят между собой большинство промышленных объектов, стоит ознакомиться со специальной осушитель воздуха с влагопоглотителем сравнить варианты, прежде чем принимать решение в пользу одной из сторон.

Мембранные осушители воздуха

Мембранная осушительная установка содержит пучок полых волокон, стенки которых пропускают водяной пар из потока сжатого воздуха, в то время как сухой воздух продолжает проходить через систему. В ней отсутствуют движущиеся детали и не требуется электропитание, что делает мембранные установки исключительно надежными и практически не требующими технического обслуживания. Производительность таких установок ограничена, поэтому они используются для обслуживания отдельных машин, лабораторного оборудования и удаленных объектов, а не целых производственных предприятий.

Картину дополняют две нишевые технологии. Сушилки с деликвесцентным осушителем растворяют солевую таблетку для поглощения влаги и не требуют электроэнергии, что подходит для удаленных трубопроводов и сезонных объектов. Сушилки с рекуперацией тепла сжатия используют тепло, которое уже выделяется безмасляными компрессорами, для регенерации осушителя, что позволяет добиться практически нулевых дополнительных затрат на энергию в установках непрерывного действия.

Какой осушитель воздуха лучше всего подходит для ваших задач?

Не существует универсального осушителя воздуха, который подходил бы для любого компрессора. Правильный выбор зависит от требований к влажности в конкретной области применения: холодильный осушитель лучше всего подходит для большинства промышленных процессов, осуществляемых в помещениях; адсорбционный осушитель — там, где требуется очень сухой воздух или существует риск замерзания трубопроводов; а мембранные или деликвесцентные установки — для небольших точечных и удаленных точек потребления.

Такой подбор технологии в соответствии с условиями эксплуатации позволяет избежать двух классических ошибок: либо нести расходы на эксплуатацию осушителя для воздуховода в цехе, с которым вполне справилась бы холодильная установка, либо мириться с точками росы, характерными для холодильных систем, в процессе, который влага незаметно может привести к выходу из строя.

Какая точка росы при данном давлении требуется для вашей области применения?

Укажите точку росы под давлением, которая должна быть как минимум на 20 °F (около 10 °C) ниже самой низкой температуры, которой когда-либо будут подвергаться ваши воздуховоды. Если все трубопроводы проходят внутри помещений и обогреваются, достаточно холодильного осушителя, обеспечивающего температуру от +3 до +7 °C. Если какой-либо участок трубопровода проходит снаружи здания или через неотапливаемое помещение, только адсорбционный осушитель, обеспечивающий температуру до -40 °C, может гарантировать отсутствие конденсации или замерзания.

Точка росы под давлением (PDP) — это температура, при которой водяной пар в сжатом воздухе начинает конденсироваться при рабочем давлении; это самый важный показатель производительности любого осушителя. Она отличается от атмосферной точки росы, указываемой в прогнозах погоды, поскольку водяной пар ведет себя иначе под давлением. С практической точки зрения, PDP указывает на самые низкие температурные условия, при которых сжатый воздух может проходить, не выделяя жидкости.

Требования к процессу обычно формулируются посредством Стандарт ISO 8573-1, в котором определены классы чистоты частиц, воды и масла в сжатом воздухе. Классы чистоты воды 4 (+3 °C) и 5 (+7 °C) доступны при использовании холодосушки, тогда как класс 2 (-40 °C) требует применения адсорбционной технологии. В пищевой, фармацевтической и электронной промышленности обычно предписывается класс 2 или выше, поэтому модульный осушитель воздуха с адсорбционным наполнителем является стандартным оборудованием в этих отраслях.

Какой размер осушителя воздуха мне нужен для моего компрессора?

Подбирайте размер воздухоосушителя исходя из фактической производительности компрессора по свободному потоку воздуха (FAD) в кубических футах в минуту (CFM) или кубических метрах в минуту, скорректируйте это значение с учетом фактической температуры на входе, температуры окружающей среды и рабочего давления, используя поправочные коэффициенты производителя, а затем добавьте запас прочности в 10–15 процентов на пиковую нагрузку и будущее расширение. Подбор размера исходя из мощности двигателя в лошадиных силах или сопоставление номинальной производительности осушителя в кубических футах в минуту (CFM) с номинальной производительностью компрессора без поправки является самой распространённой и самой дорогостоящей ошибкой при выборе осушителя.

Пятиэтапная процедура обеспечивает точность определения размера:

1. Определите производительность компрессора по свободному воздуху. Узнайте значение FAD из технического паспорта или с заводской таблички в кубических футах в минуту (CFM) или кубических метрах в минуту. Мощность двигателя в лошадиных силах не является показателем расхода и ни в коем случае не должна использоваться для подбора размера оборудования.
2. Зафиксируйте фактические условия эксплуатации. Запишите максимальную температуру входящего воздуха на входе в осушитель, максимальную температуру окружающей среды вокруг него, а также нормальное давление в системе. Более высокая температура и повышенная влажность увеличивают нагрузку по влаге, которую должен выдерживать осушитель.
3. Примените поправочные коэффициенты, указанные производителем. Номинальные характеристики каждой сушильной установки рассчитаны для стандартных условий эксплуатации, а опубликованные поправочные коэффициенты позволяют пересчитать эти номинальные характеристики с учетом реальных условий на вашем объекте.
4. Выберите сушилку, скорректированная производительность которой превышает ваш FAD с учетом запаса в 10–15 процентов.
5. Проверьте точку росы. Убедитесь, что осушитель поддерживает требуемую точку росы под давлением при скорректированном расходе, а не только при стандартных расчетных условиях.

Обе ошибки в расчете мощности обходятся дорого: сушилка недостаточной мощности пропускает воду к производственному оборудованию, а сушилка избыточной мощности приводит к растрате капитала и работает ниже диапазона эффективной производительности. Сушилка, рассчитанная на 100 кубических футов в минуту (CFM) при стандартных условиях, может обеспечивать производительность всего около 70 CFM в жаркий летний день — именно в такие дни и возникают проблемы с влажностью.

Энергоэффективность и совокупная стоимость владения

За десятилетний срок эксплуатации энергозатраты осушителя воздуха и потери сжатого воздуха, как правило, превышают его покупную стоимость, поэтому только совокупная стоимость владения является объективным критерием для сравнения. Покупная стоимость, энергопотребление, потери при продувке, расходные материалы и затраты на техническое обслуживание в совокупности определяют, какой осушитель на самом деле является самым экономичным.

Наибольшего внимания заслуживают три фактора, влияющие на затраты:

Министерство энергетики США считает сжатый воздух одним из самых дорогостоящих видов энергоресурсов на предприятии, и его ресурсы по повышению эффективности использования сжатого воздуха Документально подтверждено, что правильное управление позволяет добиться экономии на системном уровне от 20 до 50 процентов. Внутри самой сушильной камеры датчики точки росы являются проверенным средством экономии: они приостанавливают регенерацию адсорбента, когда измеренная точка росы уже соответствует техническим требованиям, что позволяет исключить циклы продувки, не необходимые для технологического процесса.

Рассматривайте покупную цену как второстепенный фактор при принятии решения: сушилка без циклического режима, которая изначально обходится дешевле, но работает на полной мощности круглосуточно, за десять лет может обойтись дороже, чем более дорогая модель с циклическим режимом.

Распространенные ошибки, которых следует избегать при выборе осушителя воздуха

Пять самых дорогостоящих ошибок — это расчет мощности исходя из номинальных значений, отказ от предварительной фильтрации, выбор технологии, не соответствующей требуемой точке росы, игнорирование сезонных колебаний температуры и принятие решения исключительно на основе цены покупки. Каждая из них приводит либо к попаданию влаги на производственное оборудование, либо к многолетним излишним эксплуатационным расходам, которых можно было бы избежать.

• Расчет мощности по номинальным показателям: номинальная производительность сушилки в кубических футах в минуту (CFM) указана для стандартных испытательных условий. На реальных производственных объектах температура выше, влажность выше, а условия работы менее стабильны, чем в испытательной лаборатории, поэтому выбор оборудования без соответствующей корректировки фактически приводит к его недоразмерности.
• Отказ от предварительной фильтрации: масляные аэрозоли и накипь в трубах загрязняют слои осушителя и покрывают поверхности теплообменника, незаметно снижая эффективность осушителя. Установите коалесцирующие фильтры перед осушителем и проводите их техническое обслуживание в соответствии с графиком; качество воздушные фильтры — это недорогая мера предосторожности по сравнению с заменой адсорбционного слоя.
• Выбор неподходящей технологии: рефрижераторный осушитель физически не способен обеспечить точки росы, необходимые для условий замораживания или воздуха класса 2, а оплата эксплуатационных расходов на адсорбционный осушитель для воздуховода в цехе приводит к напрасной трате средств в обратном направлении.
• Не учитывать сезонные колебания: система, которая в январе работает на сухой, может выйти из строя в июле, когда температура и влажность на входе достигают пиковых значений. Рассчитывайте размеры с учетом самых неблагоприятных условий, а не средних показателей.
• Если ориентироваться исключительно на покупную цену: самая дешёвая сушильная машина при покупке редко оказывается самой экономичной в эксплуатации, если учесть затраты на электроэнергию, потери при продувке и расходы на техническое обслуживание в течение десяти лет.

Часто задаваемые вопросы

Эти ответы касаются трёх практических вопросов, возникающих после принятия основного решения о выборе: как осушитель влияет на качество подаваемого воздуха, может ли одна установка обслуживать несколько компрессоров и какое техническое обслуживание потребуется после покупки.

Уменьшает ли воздухоосушитель расход воздуха или давление?

Каждый осушитель вызывает небольшой перепад давления в своём теплообменнике или слое адсорбента — как правило, в несколько psi, — а некоторые типы адсорбентов также потребляют воздух для продувки, что уменьшает объём воздуха, доступного ниже по потоку. Оба этих эффекта являются нормальными и поддаются контролю: следует выбирать осушитель с низким номинальным падением давления, поддерживать в чистоте фильтры, расположенные выше по потоку, чтобы падение давления не увеличивалось, а также учитывать расход воздуха на продувку при расчете мощности самого компрессора.

Может ли одна воздушная сушилка обслуживать несколько компрессоров?

Да. Когда несколько компрессоров подают воздух в общий коллектор, один центральный осушитель, рассчитанный на их совокупный расход воздуха с учетом возможных колебаний при одновременной работе, может обеспечивать обработку воздуха для всех компрессоров. Такая схема упрощает техническое обслуживание и обработку воздуха, но создает единую точку отказа, поэтому на важных объектах часто устанавливают два осушителя, работающих в режиме резервирования.

Как часто требуется техническое обслуживание воздушного осушителя?

Холодильные осушители требуют периодической очистки конденсатора, проверки слива конденсата и контроля уровня хладагента, как правило, несколько раз в год. В адсорбционных осушителях необходимо примерно каждые шесть–двенадцать месяцев заменять элементы предфильтра и послефильтра, с той же периодичностью проверять переключающие клапаны, а также каждые три–пять лет заменять адсорбирующий наполнитель. Мембранные осушители практически не требуют технического обслуживания, за исключением замены фильтров, установленных перед ними.