1.1.3. Описание системы. Принцип действия

Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации промышленных предприятий показывает, что выделение конденсата в трубопроводах сжатого воздуха зависит от климатических и технических условий эксплуатации пневмосети. Основными климатическими факторами, влияющими на выделение конденсата из сжатого воздуха, являются температура и влагосодержание атмосферного воздуха. Процессы фазовых переходов и компонентно-фазовый состав сжатого воздуха, помимо условий доставки его потребителям, существенно зависит от типа компрессоров, обработки его в промежуточных и концевых холодильниках, а также от состава засасываемого компрессорами атмосферного воздуха. Под условиями доставки воздуха к потребителям подразумеваются: геометрия трубопроводов, расход воздуха, способ прокладки, состояние окружающей среды. Условия доставки определяют интенсивность процессов теплообмена между потоками сжатого воздуха в трубопроводах и окружающей средой. Горячий сжатый воздух, поступающий в трубопроводы после компрессоров, в процессе теплообмена через стенки трубы охлаждается до определенной температуры, которая в конечном счете определяет его фазовый состав на определенном участке пневмосети. Значению температуры сжатого воздуха соответствует (в зависимости от давления) определенное значение предельного влагосодержания, т.е. влагосодержание при относительной влажности равной 100%.

Конденсация влаги из сжатого воздуха происходит в том случае, если влагосодержание сжатого воздуха на рассматриваемом участке пневмосети больше его предельного значения. При этом количество продуктов конденсации определяется разностью между влагосодержанием сжатого воздуха и его предельным значением.

Конденсатообильность системы пневмоснабжения для всех возможных температур атмосферного воздуха, при охлаждении сжатого воздуха до температуры окружающей среды, приведена в таблице 1.

Под конденсатообильностью, в данном случае, понимается то количество конденсата, которое может выделиться из сжатого воздуха при его охлаждении до температуры атмосферного воздуха, при условии, что паросодержание сжатого воздуха на выходе из концевых холодильников компрессоров равно паросодержанию атмосферного воздуха, засасываемого компрессорами. Графически это представлено на рисунке 1, где область между графиками соответствует количеству выпадаемого конденсата из сжатого воздуха, при охлаждении последнего до температуры атмосферного воздуха.

Таблица 1. Конденсатообильность системы пневмоснабжения

Наименование параметров	Месяцы года
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Температура, °С	-45	-35	-20	0	10	25	35	20	5	-15	-30	-40
Относительная влажность, %	99	98	95	85	70	60	50	65	80	94	97	99
Влагосодержание атмосферного воздуха (в паровой фазе), г/кг	0,08	0,21	0,77	3,23	5,34	12,04	18,4	9,53	4,33	1,14	0,33	0,13
Влагосодержание сжатого воздуха (в паровой фазе) при его охлаждении до температуры атмосферного воздуха (Ризб.=6ати), г/кг	0,01	0,03	0,12	0,38	1,08	2,79	5,00	2,05	0,77	0,17	0,05	0,02
Конденсатообильность пневмосистемы, г/кг	0,07	0,18	0,65	2,69	4,26	9,25	13,4	7,48	3,56	0,97	0,28	0,11
Влагосодержание сжатого воздуха после ОСВ, г/кг	0,03	0,06	0,20	0,58	1,56	4,22	6,50	3,10	1,14	0,29	0,09	0,04
Конденсатообильность после ОСВ, г/кг	0,02	0,03	0,08	0,20	0,48	1,43	1,50	1,05	0,37	0,11	0,04	0,02

Рис. 1. Конденсатообильность.

Исходя из климатических и технических условий эксплуатации пневмомагистралей целесообразно рассмотреть, в общем случае, несколько интервалов температур атмосферного воздуха и проанализировать их возможное влияние на работу пневмосистемы:

1. При температуре окружающего воздуха ниже минус 22 °С и относительной влажности 95%, в трубопроводах сжатого воздуха с избыточным давлением Ризб.= 0,6 МПа влага может выделяться только в твердой фазе в виде снега. Эта влага, выделяющаяся в пневмомагистралях в виде снега, проносится по трубопроводам не налипая на стенках и не накапливаясь в трубах. Попадая в помещения с температурой выше 0 °С, влага переходит в парообразное состояние, минуя жидкую фазу. Поэтому существенного влияния на работу пневмомагистралей, пневмоавтоматики и пневмомеханизмов она не производит.
2. При температуре окружающей среды от минус 22 °С до 0 °С, влага выпадает из сжатого воздуха частично в виде жидкости, при его охлаждении до 0 °С, и частично в виде льда.
3. В летний и переходный периоды года, когда температура атмосферного воздуха выше 0 °С, происходит наибольшее выделение конденсата в пневмосистеме предприятия- исключительно в виде жидкости.

Для подготовки сжатого воздуха промышленных пневмосистем мы предлагаем комплексную систему и технологию подготовки сжатого воздуха типа С-ОСВ. Система на базе бесфреоновых осушителей, строится с учетом требований различных категорий и групп пневмопотребителей предприятия и состоит, в общем случае, из 3-х ступеней подготовки сжатого воздуха.

Первая ступень подготовки включает бесфреоновые осушители типа ОСВ, устанавливаемые на открытых площадках около компрессорных станций. Эта ступень служит для уменьшения паросодержания и температуры точки росы сжатого воздуха. Осушитель использует холод окружающей среды. В нем сжатый воздух охлаждается до минимальной температуры Тmin=Татм.+(4÷6) °С,при этом в осушителе выделяется и удаляется от 80% до 100% конденсата, который мог бы выделиться в трубопроводах сжатого воздуха при отсутствии осушителя. На графике конденсатообильности количество конденсата выделяемое в ОСВ соответствует области между линиями dатм. и dвых.осв (рисунок 2).

Рис. 2. Конденсатообильность после ОСВ.

Осушитель начинает работать при включении компрессоров и подаче сжатого воздуха на вход в установку, при этом задвижки на входе и выходе из установки должны быть полностью открыты, а задвижка на обводном (байпасном) трубопроводе полностью закрыта. Осушитель работает по непрерывному циклу, слив конденсата происходит автоматически. Узел слива осушителя подогревается потоком теплого сжатого воздуха, поступающего на осушку и, при отрицательных температурах атмосферного воздуха, дополнительно паровой трубкой или ТЭНом. В случае отключении компрессоров в ночную смену, а также выходные и праздничные дни (при отсутствии расхода сжатого воздуха через осушитель сжатого воздуха) при отрицательных температурах окружающей среды, необходимо сливать конденсат из конденсатоотводчика осушителя. При отключении осушителя от пневмосети (в случае проведения на нем необходимых профилактических или ремонтных работ) необходимо: задвижку на байпасном трубопроводе полностью открыть, задвижки на входе и выходе из установки полностью закрыть, вентилятор с ТЭНом выключить, сбросить избыточное давление и удалить оставшийся конденсат через ручной вентиль конденсатоотводного узла. При отрицательных температурах атмосферного воздуха включение и отключение осушителя производить согласно регламента пуска в зимнее время.

Как правило, пневмопотребители, или часть их, расположены на достаточно большом удалении от установки осушки сжатого воздуха и сжатый воздух проходя по трубопроводам успевает охладиться до температуры меньшей температуры Тmin, при этом в пневмосети происходит выделение остатков капельной влаги - до 20% от того количества, которое могло бы выделиться в трубопроводах при отсутствии осушителя ( область между линиями dвых.осв. и dсж.min (см. рисунок 2). В этом случае возникает необходимость установки второй ступени подготовки сжатого воздуха. Вторая ступень подготовки включает дополнительные технические средства (ДТС), которые устанавливаются на наружных и внутрицеховых пневмомагистралях. В состав дополнительных технических средств могут входить:

• магистральные влагоотделители типа МВО;
• автоматические узлы слива типа АУС;
• автоматические конденсатоотводчики типа АКО;
• фильтры предварительной, основной и тонкой очистки.

Вторая ступень обеспечивает сепарацию и удаление остаточного конденсата, масла и механических примесей из пневмомагистралей. Для того чтобы вторая ступень могла работать максимально эффективно, необходимо как можно точней определить зоны возможной конденсации, которые зависят от климатических условий и режимов работы пневмосети, и определить места установки и номенклатуру необходимых дополнительных технических средств с учетом этих зон, а также с учетом специфических условий эксплуатации пневмосети и требований пневмопотребителей. Определение зон остаточной конденсации является достаточно сложной задачей, решение которой определяется в каждом конкретном случае и зависит от многих факторов: расходов сжатого воздуха по пневмосети, температуры окружающей среды, ветровой нагрузки для рассматриваемого региона и пр. Предлагаемая система осушки сжатого воздуха на базе бесфреоновых осушителей данного типа, включающая 1-ую и 2-ую ступени, позволяет:

• исключить накопление остаточного конденсата в трубопроводах сжатого воздуха и их перемерзание в холодное время года;
• обеспечить пневмопотребителей предприятия сжатым воздухом необходимого качества не грубее 4-го класса по ГОСТ 17433-80.

Конденсатообильность после осушителей и влагоотелителей (без использования фильтров) показана на графике и соответствует области между линиями dатм. и dвых.ДТС (рисунок 3). Использование фильтров позволяет исключить попадание к пневмопотребителям аэрозолей масла и воды, а также частиц больше 0,3 мкм.

Рис. 3. Конденсатообильность после 2-ой ступени СОСВ.

На оборудовании 1-ой и 2- ой ступеней используется унифицированный узел слива поплавкового типа, который показал высокую надежность в результате двадцатилетнего опыта эксплуатации. Для предотвращения подмерзания сливных отверстий конденсатоотводчиков при отрицательных температурах, на всех видах оборудования устанавливаемых на улице устанавливаются утепляющие кожухи армированные теплоизоляционными материалами.

Принципиальная схема системы подготовки сжатого воздуха, использующая первую и вторую ступени (в зависимости от требований пневмопотребителей), приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Принципиальная схема подготовки сжатого воздуха с использованием первой и второй ступени системы на базе бесфреоновых осушителей.
Обозначения по схеме:

1. осушитель сжатого воздуха;
2. магистральный влагоотделитель (МВО);
3. автоматизированный узел слива или автоматический конденсатоотводчик (АУС или АКО);
4. фильтр предварительной очистки (ФСВ-П);
5. фильтр основной очистки (ФСВ-О);
6. фильтр тонкой очистки (ФСВ-Т).

На отдельных производственных участках с повышенными требованиями к сжатому воздуху (0,1 класс загрязненности по ГОСТ 17433-80) устанавливается третья ступень подготовки сжатого воздуха. Как правило, на большинстве предприятий, количество сжатого воздуха с повышенными требованиями не превышает 2-3%%. Третья ступень подготовки предусматривает установки с использованием поглощающих веществ или озонобезопасных хладонов. Эти установки применяются для пневмопотребителей с требованиями к паросодержанию сжатого воздуха не более 0,9г/м ³ и служат для понижения паросодержания воздуха до 0,9 г/м ³ и ниже. При этом, установки третьей ступени, работающие в составе предлагаемой системы, можно отключать на срок 5-6 месяцев в году в зимнее и переходное время. Таким образом используя все три ступени можно получить сжатый воздух любого необходимого качества.

Слив конденсата из оборудования входящего в состав системы осушки и очистки сжатого воздуха обычно производиться в существующие на предприятии сливные емкости или канализацию. При наличии в конденсате повышенного содержании масла и других органических примесей (в случае использования маслозаполненных компрессоров), по просьбе Заказчика мы предлагаем схемы и оборудование для очистки конденсата от масла, как импортного, так и отечественного производства.

Таким образом, в качестве выводов, при ответе на поставленные вопросы, можно отметить следующее:

В летний период года при температуре атмосферного воздуха +35 °С и относительной влажности 50%, влагосодержание воздуха засасываемого компрессорами составляет 18,4 г/кг, влагосодержание сжатого воздуха после осушителя будет составлять 6,5 г/кг, поскольку температура окружающей среды в производственных корпусах редко опускается ниже значений наружного воздуха, то после ОСВ сможет выделиться не более 1,5 г/кг которые удаляются 2-ой и 3-ей ступенями до качества необходимого пневмопотребителям.

В зимний период года при температурах атмосферного воздуха ниже -40 °С влагосодержание воздуха засасываемого компрессорами менее 0,02 г/кг. При таких низких влагосодержаниях нет необходимости в работе осушителя (при этом воздух достаточно выморожен), но осушитель сжатого воздуха, как правило, необязательно отключать от сети (условия эксплуатации ОСВ зависят от работы компрессорной станции).

Осушитель начинает работать при включении компрессоров и подаче сжатого воздуха на вход в установку. При отключении компрессоров выключаются вентиляторы работающие в составе ОСВ, а в холодный период года, необходимо сливать конденсат из всех полостей осушителя.

При отрицательных температурах атмосферного воздуха включение и отключение осушителя производится согласно регламента пуска в зимнее время.

Период года характеризуемый перепадами температур атмосферного воздуха с «+» на «-» является сложным с точки зрения перемерзания наружных пневмомагистралей. При установке всего рекомендуемого оборудования и при режимах работы СОСВ близким к номинальным наружные пневмомагистрали не перемерзают.

В холодное время года осушитель работает в автомодельном режиме и его радиатор не перемерзает. Выделившаяся в ОСВ влага удаляется при помощи узла слива конденсата. Узел слива осушителя подогревается потоком теплого сжатого воздуха, поступающего на осушку и, при отрицательных температурах атмосферного воздуха, дополнительно паровой трубкой или ТЭНом. Все оборудование устанавливаемое на улице оснащается обогревательными кожухами и нагревательными элементами.

Вопрос со сливом конденсата решается дополнительно к основному договору. Мы предлагаем схемы и оборудование для очистки конденсата от масла, как импортного, так и отечественного производства.