Почему точка росы является одним из ключевых факторов при выборе осушителя для пневмосистемы

Важным параметром при планировании компрессорной станции (подборе оборудования) является содержание влаги в сжатом воздухе.

Что такое точка росы сжатого воздуха

Важным параметром при планировании компрессорной станции (подборе оборудования) является содержание влаги в сжатом воздухе. В зависимости от технологического процесса, производители оборудования указывают в данных требования к максимальному содержанию влаги. Так как большое количество содержания водяных частиц может повлиять на процесс, привести к коррозии элементов и выходу из строя оборудования.

В данном случае содержание влаги выражает параметр точка росы сжатого воздуха. Точка росы – это температура газа, при которой водяной пар достигает насыщения и начинает конденсироваться, иными словами это температура при которой выпадает конденсат. Наиболее распространенными значениями точки росы, которыми оперируют при проектировании систем снабжения сжатого воздуха, являются +3, -20, -40 и -70 °С.

Различают атмосферную точку росы и точку росы под давлением, обозначаются PD и PDP соответственно. Необходимо учесть, что при уменьшении объема воздуха (сжатие) водяные пары могут конденсироваться, что несколько снижает содержание влаги в сжатом воздухе. При подборе оборудования ориентируются на точку росы под давлением (PDP), так как эти параметры отражают разные значения. Далее речь будет идти о точке росы под давлением.

От чего зависит точка росы, точка росы зависит от температуры газа, но не зависит от давления. Содержание влаги в 1м³ атмосферного воздуха, и количество влаги в 1м³ при 8 бар одинаково, например для t=0 °С параметр равен 4,487 г/м³, а при температуре -20 °С уже 0,8835 г/м³.

Далее рассмотрим способы осушения сжатого воздуха, которые позволяют получить необходимую точку росы. Наиболее широко распространены три способа осушки:

• Охлаждение с последующим нагреванием, данный способ реализован в рефрижераторных осушителях (холодильных). Данный способ позволяет получить точку росы +3 °С.
• Адсорбция, основанная на способности осушающего агента поглощать влагу, применяется в адсорбционных типах осушителей. Позволяет осушить сжатый газ до точки росы до -70 °С
• Мембранный.

Для определения количественного содержания влаги в сжатом воздухе, ниже приведена таблица содержания влаги в зависимости от температуры.

Как образуется конденсат?

Воздух всегда содержит влагу в своем составе. При стабильной или медленно меняющейся температуре она практически никак себя не проявляет. Но, если резко охладить воздух, то влага, содержащаяся в нем, начнет конденсироваться, т.е. собираться в крупные капельки и выпадать/оседать на поверхностях. Так обычно происходит образование всем знакомого тумана в низинах.

Конденсация влаги происходит при преодолении воздухом критической температуры, после которой наступает 100-процентное насыщение. Т.е. когда газообразная среда достигает 100% влажности – начинается процесс конденсации.

В компрессорных системах воздух помимо влаги содержит также примеси пыли и масла. Поэтому конденсат из пневматической системы может быть маслосодержащим, жирным или включать агрессивные компоненты. Его образование отличается от образования конденсата при нормальном атмосферном давлении и связано с непроизвольным нагревом сжимаемой среды:

• Сначала воздух проходит процесс сжатия, из-за этого его температура значительно повышается, даже несмотря на охлаждение маслом или впрыск воды.
• Далее сжатый воздух попадает в пневмомагистраль (трубопровод), где из-за соприкосновения горячего воздуха и стенок трубы с гораздо более низкой температурой, он начинает быстро остужаться.
• Из-за быстрого понижения температуры образуется конденсат, который необходимо как-то удалить из пневмосистемы.

Понятие температуры точки росы.

Чтобы убрать конденсат из сжатой газообразной среды, используются специальные устройства, называемые осушители. Они бывают разного вида (работающие на охлаждении, адсорбции или впитывании), но суть их работы сводиться к одной цели – убрать излишки влаги. Мембранный тип устройств работает на «впитывании» конденсата с помощью мембран, а вот рефрижераторные (охладительные) и адсорбционные используют принцип точки росы.

Точка росы (ТР) – это то самое граничное значение температуры, после понижения которого из воздуха начинает конденсироваться влага. Т.е. если газообразная среда имеет температуру точки росы – то конденсата еще нет. Но если происходит охлаждение ниже этого значения, то начинается процесс образования конденсата, потому что газ становится перенасыщен влагой.

Необходимо понимать, что ТР сжатого воздуха (ТРД) и ТР воздуха с обычным атмосферным давлением различаются. У сжатого воздуха ТР значительно выше.

Как выбрать осушитель сжатого воздуха?

Вид осушителя для компрессорной системы подбирается исходя из значения ТРД. Допустим, приобретается осушитель со значением ТРД 0°С. На практике это значит, что в воздухе, прошедшем сквозь подобное устройство, не будет происходить конденсация капель влаги, если температура окружающей среды или трубопровода не будет падать ниже этого значения.

Поэтому при выборе устройства осушителя для компрессорной системы необходимо заранее:

• рассчитывать рабочие температуры – будет ли температура в помещении, где установлена пневматическая система опускаться до минусовых температур;
• учитывать расположение магистрали – будет ли трубопровод со сжатым воздухом выходить на улицу или в неотапливаемое помещение.

Формула для приблизительного расчёта точки росы Tρ в градусах Цельсия (только для положительных температур):

Формула обладает погрешностью ±0,4 °C в следующем диапазоне значений:

0 °C <  < 60 °C
0,01 <  < 1,00
0 °C <  < 50 °C

Существует более простая формула для приблизительного расчета, дающая погрешность ±1,0 °C при относительной влажности в объемных долях более 0,5:

Эту формулу можно использовать для вычисления относительной влажности по известной точке росы:

Зная эти показатели, рассчитываются минимальные значения температур (ТРД) и уже по ним подбирается осушитель для компрессора.

Сухость воздуха.

Также установка осушителя с корректным значением ТРД важна для соблюдения требований по содержанию не сконденсированной влаги в сжатом воздухе. Осушитель не удаляет полностью всю влагу из сжатого воздуха. Поэтому если сжатый воздух впоследствии используется для сфер, где высокие требования к его сухости, необходимо это учитывать. Повышенные критерии к сжатому воздуху (содержанию не сконденсированной влаги) предъявляют:

• металлургия – сжатый воздух подается в печи;
• электронике;
• резке металла;
• медицине.

В этом случае необходимое значение высчитывается по специальным таблицам, в которых указывается содержание влаги в газообразной среде при различных ТРД. Сначала вычисляется, какие максимальное значение влаги в воздухе допустимо и уже потом по таблице высчитывается значение ТРД.

Виды осушителей по значениям ТРД.

На принципе ТРД работает 2 вида осушителей компрессорных систем: рефрижераторные и адсорбционные. обычно имеют ТРД +3°С. Это значит, что устройство удаляет тот объем влаги из сжатой газообразной среды, который конденсируется при этом значении температуры. Если же в помещении, где стоит компрессорная установка, или в пневмомагистрали температура будет ниже, это приведет к падению температуры сжатого газ ниже рабочей отметки +3°С. В результате чего конденсат все-таки образуется.

Поэтому рефрижераторные осушители рекомендуется применять в отапливаемых зданиях, где не бывает минусовых температур. А также для тех пневмосистем, чьи магистрали не выходят на улицу и не подвергаются влиянию минусовых температур.

же осушители имеют широкий разброс ТРД: от -40 до -70°С. Они удаляют из сжатого воздуха весь объем влаги, который конденсируется при этих значениях. Это позволяет получать сухой воздух, который пригоден для большого количества областей.

Производители компрессорных систем указывают в технических паспортах максимальные значения ТРД, которые рекомендуются для недопущения образования коррозии. Но это не исключает применение более сухого воздуха. Поскольку он содержит меньшее количество не сконденсированной влаги, то снижается риск выпадения конденсата из-за случайного понижения температуры окружающего воздуха. А также продлевается срок службы всего пневматического оборудования, где впоследствии используется или с помощью которого транспортируется сжатый воздух.

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

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

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).

Оценка содержания влаги в воздухе.

Способность воздуха переносить водяную влагу не зависит от давления!

Способность воздуха переносить водяную влагу зависит от температуры!

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.

Относительная влажность.

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

Температура атмосферного воздуха: 20°C

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

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.

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.

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!

Графическое представление точки росы и точки росы под давлением.

Приведенный выше пример можно проиллюстрировать нагляднее, используя график зависимостей:

Таблица температура точки росы и влагосодержание сжатого воздуха:

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.

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.

Понятие о температуре точки росы природного газа. Физический принцип определения точки росы конденсационным методом

Точка росы – температура, при которой водяной пар во владном газе, охлаждаемый изобарически (при P=const) становится насыщенным.

Точка росы природного газа — температура (при фиксированном давлении), при которой из газа начинает выделяться конденсированная (жидкая или твердая) фаза. Таким образом, точка росы газа — это минимально возможная температура, когда природная углеводородная система находится в однофазном газообразном состоянии, а при дальнейшем снижении температуры из газа выделяется первая капля (или кристаллик) конденсированной фазы. Применительно к природному газу практический интерес представляют точки росы по углеводородам (углеводородному конденсату) и по водной (неуглеводородной) фазе. Точка росы газа определяется приборами конденсационного типа.

Конденсационный метод – определение влажности газа (метод определения точки росы) основан на измерении температуры начала конденсации влаги на плоской поверхности охлажденного тела при достижении равенства давления насыщенных водяных паров исследуемого газа и рабочего давления.

В гигрометрах, основанных на конденсационном методе определяется температура, до которой необходимо охладить прилегающие к охлаждаемой поверхности слои влажного газа, для того чтобы довести его до состояния насыщения при рабочем давлении.

Важным преимуществом приборов, использующих этот метод, является независимость определяемой температуры точки росы от температуры анализируемого газа.

Зная температуру точки росы и температуру анализируемого газа можно вычислить относительную влажность по формуле: j=P1/P2, где P1 и P2 – соответствующие значения парциальных давлений ненасыщенного водяного пара в газе и насыщенного при постоянной температуре.

Над поверхностью зеркала внутри корпуса пропускается исследуемый газ от нагретого конца к холодному.

При соответствующих температурах на поверхности зеркала выпадает налет влаги, углеводородного конденсата и кристаллов гидрата, образуя четкие границы. Температура этих границ соответствующим точкам росы и гидратообразования, определяется по 6 установленными в тело прибора термометрам.

Отсчет на шкале зеркальной поверхности осуществляется визуально через предусмотренное для этой цели окно. Давление газа в корпусе контролируется манометром.

Для охлаждения поверхности конденсации может использоваться:

· Эффект расширения струи газа за дросселем

· Испарение жидких веществ с низкой температурой кипения (эфир, сжиженные углеводороды, жидкий азот и др.)

· Обратный термоэлектрический эффект (холодильники Пелтье)

· Охлаждение с помощью вихревой трубы

Фиксация момента начала конденсации может определяться следующим образом:

· Оптически (визуально или с помощью фотоэлементов)

· Кондуктометрически (сопротивление между электродами)

· Радиоактивно (рассеивание пучка радиоактивнывных частиц сконденсированной пленкой влаги)

· Резонансным (изменение резонансной частоты при осаждении влаги в полости резонатора на сверхвысоких частотах)

Важным преимуществом приборов использующих этот метод является независимость определяемой температуры точки росы от температуры анализируемого газа. Зная точки росы и температуры анализируемого газа можно вычислить относительную влажность по формуле:

φ=Р1/Р2, где Р1 – парциальное давление ненасыщенного водяного пара в газе; Р2 – парциальное давление насыщенного водяного пара при той же температуре

Поиск по сайту:

Главная
О нас
Популярное
ТОП
Новые страницы
Случайная страница
Изречения для студентов
Пожаловаться на материал
Обратная связь
FAQ