Принципы работы систем подготовки/очистки сжатого воздуха

Для удаления влаги, масла и механических примесей созданы системы подготовки сжатого воздуха. Традиционно системы подготовки сжатого воздуха состоят из концевых охладителей, циклонных влагосепараторов, фильтров и систем осушки воздуха.

Ведущие производители компрессорного оборудования включают в состав компрессорной станции первые два компонента: концевой охладитель и циклонный влагосепаратор. Основными параметрами этих блоков являются разница температура между охлаждающей средой и выходящим из охладителя сжатым воздухом и падение давления. Обычно разница температур между охлаждающей средой (окружающий воздух) и сжатым воздухом на выходе из компрессора должна составлять 5-10° С. Такая разница температур позволит обеспечить работоспособность фильтров и систем осушки в летнее время.

При сравнивании двух компрессорных систем обратите внимание не только на вышеназванные параметры, но и на то, включены ли эти системы в стандартный комплект поставки или за них нужно доплачивать отдельные деньги, а также были ли они учтены при измерении производительности компрессора. Только на влагосепараторе теряется около 0,25 атм, при этом некоторые производители, считая это дополнительным оборудованием, при измерении производительности компрессора не включают влагосепаратор в измеряемый компрессор. Таким образом «выигрывается» 0,25 атм в максимальном давлении или несколько процентов в энергоэффективности.
После сепарации капельной влаги устанавливается фильтр грубой очистки, убирающий мельчайшие капли влаги, не отделенные влагосепаратором. При выборе фильтров нужно обратить внимание на перепад давления через фильтр и срок службы сменного картриджа. Перепад давления в 0,5 атм на фильтре производительностью 10 м3/мин стоит около 13 000 руб/год. Это говорит о том, что менять картриджи в фильтрах нужно не в тот момент, когда перепад давления через фильтр достиг 1-ой атмосферы, а гораздо раньше.

После того как отделены мелкие капли и основные механические примеси, практически всегда требуется осушка. Это наиболее дорогостоящая часть воздухоподготовки - как в начальной стоимости, так и в процессе эксплуатации. При этом стоимость воздухоподготовки при достижении точки росы -20-40° С составляет более 20% от общей стоимости выработки сжатого воздуха, а осушка до +3° С - менее 10%. Это является еще одним аргументом в пользу децентрализации, когда компрессоры установлены в одном здании с потребителем и можно ограничиться точкой росы в 3° С.

Принцип действия осушки холодильного типа заключается в охлаждении воздуха до 2-3° С и отделении сконденсировавшейся влаги. После отделения влаги воздух нагревается входным воздухом через дополнительный теплообменник. Таким образом, энергия затрачивается только на преодоление неидеальности теплообменников и на конденсацию воды. От качества теплообменников зависят энергоэффективность осушителя и как следствие эксплуатационная стоимость.

Еще один немаловажный параметр - наличие системы регулирования производительности холодильного контура и стабильность работы осушителя при отклонении от стандартных условий. Многие дешевые системы осушки не оборудованы таким контуром и их производители рекомендуют использовать систему осушки меньшей по отношению к компрессору производительности. В противном случае воздушный тракт перемерзает, растет перепад давления через осушитель, вплоть до полного блокирования прохода сжатого воздуха. Это означает, что даже в самом идеальном случае вы не получите на таком осушителе точку росы 3° С. В этом случае точка росы может быть на уровне 10° или даже 20° С (в летнее время), обеспечивая разность температур между точкой росы и окружающей средой в 5° С, а этого в большинстве случаев недостаточно.

При централизованном снабжении сжатым воздухом, когда компрессорная станция находится в отдельном здании, для избежания воды в трубопроводах в зимнее время необходимы системы адсорбционной осушки. Это самый дорогой способ осушки, и использовать его необходимо только в том случае, когда другие системы осушки неприменимы.Обычно такая осушка состоит из двух колонн, заполненным адсорбентом, - одна находится в режиме поглощения влаги, другая - в режиме регенерации. Регенерация может проводиться продувкой сжатым воздухом (в этом случае расходуется не менее 18% осушаемого воздуха) или теплом. Дополнительные потери могут возникнуть в случае, если осушитель подбирался под максимальную производительность компрессора, а после монтажа, так как компрессор обычно подбирают с запасом, он работает не на полную мощность. В этом случае, если осушитель не снабжен прямым или косвенным измерителем точки росы, регенерация идет с расчетом полной мощности и теряется в процентном выражении от производимого сжатого воздуха гораздо больше.
Например, для компрессора производительностью 5,5 м3/мин подобрали адсорбционную осушку производительностью 6 м3/мин. Потери на регенерацию в этом случае составят около 1 м3/мин - 18%. На выходе из осушителя в этом случае - 4,5 м3/мин. Если потребителю нужно только 3 м3/мин, то на регенерацию будет тратиться все тот же 1 м3/мин, но в этом случае он составит уже 25% от вырабатываемого сжатого воздуха. Для избежания ненужных потерь осушитель должен быть оснащен измерителем точки росы, тогда на регенерацию будет тратиться столько, сколько необходимо в данный момент, - то есть практически всегда менее 18% от производимого сжатого воздуха.

Основной сложностью при выборе и эксплуатации систем осушки воздуха является дороговизна измерения параметров воздуха на выходе из блока осушки. Зачастую такой измеритель дороже самой осушки и не устанавливается на системы малой производительности. Это служит поводом для слишком большой «свободы» при указании параметров систем осушки, или, иными словами, обмана потребителя. Например, практически во всех осушителях холодильного типа измеряется минимальная температура в холодильном контуре и она же принимается равной точке росы. Это возможно только при 100%-ной конденсации влаги и ее полном отделении, что на практике невозможно.

Реальные измерения показывают, что точка росы в некоторых случаях отличается на 5-10° С в большую сторону от минимальной температуры в контуре. Кроме удаления влаги и механических частиц часто необходимо обеспечить минимальное содержание масла в сжатом воздухе, вплоть до его полного отсутствия.
Особенно много недоразумений возникает при определении термина «безмасляный воздух». Часто под видом источника безмасляного воздуха предлагаются компрессоры с впрыском масла в камеру сжатия, оборудованных системой фильтров. Данный подход является принципиально ошибочным.

Система фильтров, установленная после маслосмазываемого компрессора, принципиально не может гарантировать поставку чистого воздуха, свободного от масла. При температуре окружающей среды 30° С температура сжатого воздуха обычно составляет не менее 45 °С и реальное содержание масла в воздухе после фильтра с паспортной степенью очистки 0,01 мг/м3 составляет около 0,32 мг/м3, то есть в 30 раз больше, чем указано в паспорте фильтра. Это не противоречит паспортным данным, так как коалесиирующие фильтры отделяют только капельные и механические примеси, не задерживая аэрозоли. При температуре на выходе компрессора выше 20° С содержание аэрозолей становится более чем заметным и может ухудшить качество вашего продукта. А что будет с качеством продукции в случае, если фильтр не будет вовремя заменен или произойдет ошибка оператора и фильтр будет установлен неправильно? В качестве примера ошибки оператора можно привести колоссальные убытки и испорченную репутацию одного из крупнейших производителей напитков, когда в пластиковой таре были обнаружены частицы компрессорного масла по причине ошибочного включения байпаса вокруг воздушного фильтра.

Вывод прост: если ваш технологический процесс требует безмасляного воздуха, то для его производства нужен безмасляный компрессор. Маслосмазываемый компрессор с системой фильтров, или так называемый «технически безмасляный воздух», принципиально не может гарантировать отсутствие масла в воздухе.