Точка росы. Методы осушения сжатого воздуха и оборудование.

Точка росы. Методы осушения сжатого воздуха и оборудование.

Осушение сжатого воздуха: атмосферная точка росы (DP) и точка росы давления (PDP).

ООО «ГК НТЦ»
Нижний Новгород, ул. Адмирала Нахимова, д. 13АН
+7 (831) 413-77-41

27.08.2018

Осушение сжатого воздуха: атмосферная точка росы (DP) и точка росы давления (PDP).

  1. Общие сведения.
  2. Цель осушки сжатого воздуха.
  3. Оценка содержания влаги в воздухе.
  4. Точка росы и точка росы под давлением.
  5. Относительная влажность.
  6. Зависимость между точкой росы и точкой росы под давлением.
  7. Графическое представление точки росы и точки росы под давлением.
  8. Содержание влаги в воздухе (сжатом воздухе).
  9. Основные методы осушки воздуха

1. Влага в воздухе. Общие сведения

Воздух всегда содержит влагу в виде водяного пара, который, конечно же, не виден. Максимальное количество воды, которое может содержаться в воздухе, зависит только от температуры воздуха и не зависит от давления. При снижении температуры, способность воздуха удерживать влагу также снижается. Содержание влаги в воздухе полностью описывается точкой росы. Она показывает, при какой температуре содержащаяся в воздухе влага будет соответствовать 100% влажности, и при какой температуре начинается конденсация.

Общие методы осушения сжатого воздуха:

  • Охлаждение сжатого воздуха: понижение температуры приводит к конденсации водяного пара; последующее повторное нагревание после удаления капельной фракции приводит к недостаточному насыщению сжатого воздуха влагой: принцип осушки охлаждением
  • Адсорбция: поглощение влаги адсорбционными материалами значительно снижает кол-во влаги в сжатом воздухе; циклическая регенерация адсорбционных материалов восстанавливает их свойства: принцип адсорбции
  • Диффузия: перемещение водяного пара за счет выборочной проницаемости газов и разности давления в слоях мембраны от областей высокого давления в область низкого давления: мембранный принцип осушки воздуха

2. Цель осушки сжатого воздуха заключается в том, чтобы:

  • исключить образование конденсата в системах транспортировки воздухи и особенно в узлах оборудования;
  • минимизировать появления коррозии;
  • минимизировать воздействия агрессивной водо-масляной эмульсии;
  • воспрепятствовать росту микроорганизмов (пищевая и фармацевтическая промышленность);
  • соответствие получаемого сжатого воздуха заданному технологическим процессом классу чистоты (ГОСТ 17433-80, ISO 8573-1).

toch01

3. Оценка содержания влаги в воздухе.

Способность воздуха переносить водяную влагу не зависит от давления!

toch02

Способность воздуха переносить водяную влагу зависит от температуры!

toch03

toch04

4. Точка росы и точка росы под давлением.

Оба термина используются для индикации содержания влаги:

- Для атмосферного воздуха: точка росы (DP)

- Для сжатого воздуха: точка росы под давлением (PDP)

Точка росы (DP): Температура, при которой атмосферный воздух на 100% насыщен водяной влагой. Если температура воздуха понижается ниже этого значения, то водяной пар превращается в конденсат. Например: Туман - атмосферный воздух охлаждается ниже способности удержания водяного пара - сконденсированные капли становятся видимыми как туман или туманное образование, роса. Капли влаги на окне, открытом в зимний период - в области охлаждения переход влаги в воздухе помещения в жидкостную фракцию.

Точка росы под давлением (PDP): Температура, при которой сжатый воздух (p > 1 bar абсолютный) на 100 % насыщен водяной влагой. Если температура сжатого воздуха понижается ниже этого значения, водяной пар сконденсирует в воздухе. Пример ресивер: теплый, насыщенный сжатый воздух в ресивере охлаждается ниже точки росы. Капли воды на внутренней стенке ресивера скатываются и собираются в нижней части ресивера. Чем больше площадь ресивера, тем больше влаги переходит в жидкостную фракцию.

5. Относительная влажность.

Отношение фактической влажности воздуха к максимально возможной влажности сжатого воздуха при заданной температуре может быть описана как “относительная влажность” (DIN ISO 7183).

toch05

Пример расчета:

Температура атмосферного воздуха: 20°C

Макс. возможность переноса пара при 20°C: 17.31 г/м3

Взвешенная относительная влажность (используя гидрометр): 60 %

Фактическое кол-во водяного пара = (17.31*60%) / 100% = 10.38 г/м3

Практический смысл приведенных расчетов: Эта степень влажности (атмосферного) воздуха будет иметь следующий результаты: когда температура опускается до +12°C, пары не конденсируются т.к. макс. возможность переноса водяного пара несколько превышает расчетное значение 10.38 г/м3 - следовательно, в этом случае точка росы находится около 12°C. 

toch06

6. Зависимость между точкой росы и точкой росы под давлением.

Всегда стоит учитывать, что водяные пары начинают конденсироваться не только при снижении температуры воздуха, но и при одновременном уменьшении объема воздуха. Этим самым снижается возможность воздуха поглощать влагу.

Пример: Компрессорная установка всасывает при температуре 20 °С воздух в объеме 10 м3/мин. с 60% относительной влажностью; следовательно, воздух содержит около 104 г. водяного пара. Если воздух сжимается в соотношении 1:10 до абсолютного давления 10 бар, получается 1 м3 сжатого воздуха. При температуре сжатия 85 °С воздух может содержать 353 г. влаги в 1 м3 в парах. Так как имеется 104 г., то воздух имеет относительную влажность около 30%, является довольно сухим и конденсат не выпадает. В концевом охладителе компрессора температура сжатого воздуха снижается с 85 до прим. 30 °С. После этого 1 м3 воздуха может принять лишь около 30 г влаги; следовательно, оставшиеся 74 г. перейдут в жидкостную фракцию и сконденсируются. При восьмичасовом рабочем дне образуется до 35 литров конденсата. При использовании рефрижераторного (охлаждающего) осушителя, путем охлаждения воздуха до 3 °С, отделяется дополнительно около 11 литров конденсата. За счет повторного нагрева сжатого воздуха на выходе из осушителя прим. до окружающей температуры его влажность становится около 20% из-за недостаточного насыщения влагой. В реальных условиях, например в летний период - июль, при температуре всасывания 30 °С с 80-85% относительной влажностью картина кардинально изменяется: до достижения температуры сжатия 75-77 °С (первоначальное время работы компрессора) влага будет конденсироваться уже в компрессорном узле, а за счет более высокой температуры на выходе из компрессора основная нагрузка по выделению влаги переходит на осушитель. Сравнение особенностей осушителей сжатого воздуха должно основываться на точке росы под давлением, поэтому любая установленная (атмосферная) точка росы должна быть преобразована.

toch07

Рассмотрим куб с 1 м3 воздуха при температуре 20 °C и 20 % относительной влажности. Эти условия соответствуют содержанию в нем 3 граммов водяного пара, при том воздух может содержать максимум 15 г/м3 при 20 °C (насыщение влажностью в зависимости от температуры).

В случае А (атмосферная точка росы):

Давление остается постоянным (1 бар), куб охлаждается до температуры точки росы. 3 г водяного пара также может содержаться в 1 м3T, как и при первоначальной температуре, с охлаждением же снижается способность воздуха содержать влагу. При. -3.2 °C, только 3 г водяного пара может быть в воздухе. Куб воздуха достигает точки росы и начинает выделять конденсат. Эта точка росы носит название атмосферной (-3.2 °Cтр), поскольку процесс происходит при атмосферном давлении.

В случае В: (точка росы под давлением):

Давление поднимается до 3 бар, вызывая уменьшение объема куба до 1/3 от его изначального размера. Даже после сжатия воздушный куб сохраняет массу водяного пара в 3 г (влага не была добавлена или извлечена), при этом значение абсолютной влажности теперь: 3 г/(1/3м3) = 9 г/м3. Поскольку температура до сих пор 20 °C и насыщение (максимально возможное содержание влаги) зависит только от температуры, 15 г/м3 водяного пара могут находиться в воздушном кубе. Таким образом, относительная влажность 9/15 = 60%ОВ, т.е. изменение давления с 1 бара на 3 привело к повышению относительной влажности в 3 раза. Если охладить сжатый куб воздуха, то он достигнет точки росы уже при 12 °Ctd, при которых воздух достигает своего насыщения (9 г/м3 = макс. возможное содержание влаги).

Это явно указывает на то, что повышение давления поднимает температуру точки росы. Таким образом, при постоянной температуре процесса удаленность от критического значения (температурная дистанция до точки росы) становится меньше!

7. Графическое представление точки росы и точки росы под давлением.

Приведенный выше пример можно проиллюстрировать нагляднее, используя график зависимостей:

toch08

8. Содержание влаги в воздухе (сжатом воздухе).

Таблица температура точки росы и влагосодержание сжатого воздуха:

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

ТОЧКА РОСЫ, ºС

СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ, г/м3 

100,0

588,208

79,0

279,278

58,0

118,199

37,0

43,508

16,0

13,531

-4,0

3,513

-25,0

0,550

-46,0

0,060

99,0

569,071

78,0

268,806

57,0

113,130

36,0

41,322

15,0

12,739

-5,0

3,238

-26,0

0,510

-47,0

0,054

98,0

550,375

77,0

258,827

56,0

108,200

35,0

39,286

14,0

11,987

-6,0

2,984

-27,0

0,460

-48,0

0,048

97,0

532,125

76,0

248,840

55,0

103,453

34,0

37,229

13,0

11,276

-7,0

2,751

-28,0

0,410

-49,0

0,043

96,0

514,401

75,0

239,351

54,0

98,883

33,0

35,317

12,0

10,600

-8,0

2,537

-29,0

0,370

-50,0

0,038

95,0

497,209

74,0

230,142

53,0

94,483

32,0

33,490

11,0

9,961

-9,0

2,339

-30,0

0,330

-51,0

0,034

94,0

480,394

73,0

221,212

52,0

90,247

31,0

31,744

10,0

9,356

-10,0

2,156

-31,0

0,301

-52,0

0,030

93,0

464,119

72,0

212,648

51,0

86,173

30,0

30,078

9,0

8,784

-11,0

1,960

-32,0

0,271

-53,0

0,027

92,0

448,308

71,0

204,286

50,0

82,257

29,0

28,488

8,0

8,243

-12,0

1,800

-33,0

0,244

-54,0

0,024

91,0

432,885

70,0

196,213

49,0

78,491

28,0

26,970

7,0

7,732

-13,0

1,650

-34,0

0,220

-55,0

0,021

90,0

417,935

69,0

188,429

48,0

74,871

27,0

25,524

6,0

7,246

-14,0

1,510

-35,0

0,198

-56,0

0,019

89,0

403,380

68,0

180,855

47,0

71,395

26,0

24,143

5,0

6,790

-15,0

1,380

-36,0

0,178

-57,0

0,017

88,0

389,225

67,0

173,575

46,0

68,056

25,0

22,830

4,0

6,359

-16,0

1,270

-37,0

0,160

-58,0

0,015

87,0

375,471

66,0

166,507

45,0

64,848

24,0

21,578

3,0

5,953

-17,0

1,150

-38,0

0,144

-59,0

0,013

86,0

362,124

65,0

159,654

44,0

61,772

23,0

20,386

2,0

5,570

-18,0

1,050

-39,0

0,130

-60,0

0,011

85,0

340,186

64,0

153,103

43,0

58,820

22,0

19,252

1,0

5,209

-19,0

0,960

-40,0

0,117

-65,0

0,0064

84,0

336,660

63,0

146,771

42,0

55,989

21,0

18,191

0,0

4,868

-20,0

0,880

-41,0

0,104

-70,0

0,0033

83,0

324,469

62,0

140,659

41,0

53,274

20,0

17,148

 -

 -

-21,0

0,800

-42,0

0,093

-75,0

0,0013

82,0

311,616

61,0

134,684

40,0

50,672

19,0

16,172

-1,0

4,487

-22,0

0,730

-43,0

0,083

-80,0

0,0006

81,0

301,186

60,0

129,020

39,0

48,181

18,0

15,246

-2,0

4,135

-23,0

0,660

-44,0

0,075

-85,0

0,0003

80,0

290,017

59,0

123,495

38,0

45,593

17,0

14,367

-3,0

3,889

-24,0

0,600

-45,0

0,067

-90,0

0,0001

 

9. Основные методы осушки воздуха

Цель осушки сжатого воздуха. Атмосферный воздух, всасываемый компрессором, который производит сжатие воздуха, всегда содержит жидкость в форме водяного пара. Способность воздуха поглощать водяной пар растет вместе с температурой. Каждой температуре соответствует вполне определенное максимальное значение влажности. Если это значение достигнуто, то относительная влажность составляет 100%. Температура, при которой достигается этот уровень насыщения, называется температурой точки росы. Количество влажности насыщения зависит только от температуры, а не от давления. В резервуаре с 1 м3 воздуха в состоянии насыщения при 200С содержится 17,3 г воды, независимо от того, находится ли воздух под давлением 1 или 10 бар. При сжатии уменьшается объем воздуха и тем самым преодолевается состояние насыщения. Конденсации могло бы и не быть, если бы одновременно с процессом сжатия не происходило значительное повышение температуры воздуха. При сжатии воздух, несмотря на сокращение объёма, остается ненасыщенным из-за увеличения его температуры. После того, как воздух выходит из компрессора и охлаждается, по ходу потока где-нибудь возникает точка росы, и начинается образование жидкости. Чтобы предотвратить бесконтрольное образование жидкости, используются включаемые после компрессора установки для осушки.

Основные способы осушки, используемые в производстве

Холодильные (рефрижераторные) осушители

Действие холодильных осушителей основывается на принудительной конденсации влаги из сжатого воздуха при его охлаждении. Подобные устройства считаются наиболее доступным вариантом повышения качества сжатого газа. Стоит заметить, что рефрижераторные системы осушки в силу своего принципа действия могут работать только при положительной окружающей температуре.

Адсорбционные осушители

Если требования к сжатому воздуху очень высоки, то не обойтись без адсорбционных осушителей. Чаще всего такие установки применяются при плазменной резке. Действие устройства основывается на поглощении влаги и масляных частиц адсорбентом. Адсорбционный осушитель имеет два сосуда-колонны, которые работают по очереди. Работу в них можно разделить на два этапа: осушение воздуха и регенерация адсорбента (осушение гранул). Пока в одном сосуде воздух осушается, в другом адсорбент регенерируется. Регенерация может выполняться разными способами, наиболее часто применяется продувка насыщенного адсорбента тем же сжатым воздухом. В комплекте с устройствами, как правило, дополнительно поставляются магистральные фильтры.

Назад

© 2006-2018 ООО "ГК НТЦ"
Представленная на сайте информация не является публичной офертой.
Цены на продукцию можно уточнить у менеджеров компании ГК НТЦ по
телефону +7 831 413-77-41

Адрес: г. Нижний Новгород
ул. Адмирала Нахимова, д. 13АН

E-mail: compressor@ntc-nn.ru
Телефон:+7 (831) 413-77-41
Смотреть все контакты