压缩空气净化系统设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇压缩空气净化系统设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：详细说明了压缩空气中水份、油份、粉尘的产生原因及其危害。对冷冻式与吸附式压缩空气净化设备的优缺点进行了比较，在优化压缩空气净化系统设计方面有一定的指导意义。

关键词：压缩空气；水份；油份；粉尘；冷冻；吸附；净化

中图分类号：TF73 文献标识码：A

1 概述

压缩空气是一种在工业上得到广泛应用的动力源，它具有许多良好性能和特点，与电力机械比较，在某些部门尚不能被取代。如风动机械具有不产生火花、在灰尘较多的环境中，也能很好地操作、且无触电危险，适合冲击性和负荷变化较大的工作等。在钢铁工业中，压缩空气也得到普遍的采用，随着自动化程度的提高和大量国外先进设备的采用，各种电磁阀控制的气缸、阀门，自动化仪表和风动工具也愈来愈多被采用，为了使这些风动工具、仪表动作可靠，必须提供高质量的压缩空气，以满足需要。因此根据用户对压缩空气质量（含水、含油、含尘量）要求，合理地设计压缩空气净化系统就十分必要了。本文仅就在钢铁工业中广泛应用的低压压缩空气0.2MPa

压缩空气由于系统内部和外部各种原因，不同程度含有污染物（水份、油份、粉尘及其他有害气体）。将压缩空气中的污染物减少或基本清除的过程，称为压缩空气净化。

2 压缩空气中的污染物产生途径

2.1 系统外部产生

2.1.1 水份，在空气中或多或少都含有水蒸气，压缩空气中水份含量与空气温度、相对湿度有关。特别在南方多雨潮湿地区，压缩空气中水份明显增多，如当气温为27℃、相对湿度70%、排气量3m3/min、排气压力0.7MPa时，压缩机24小时排出的压缩空气中，所含水份高达73kg，经后冷却器处理后，析出约2/3的水份，但剩下水份仍不少。

2.1.2 油份，空气中的油分子。

2.13 粉尘，在钢铁企业中，空压机站大多设置在厂区范围内，大气中不同程度含有各种粉尘（灰尘、煤烟、金属粉末等），这些粉尘在空压机的吸气过程中被吸入。据有关资料，在工业区大气中含有尘浓度高时可达到200mg/m3，如果空压机吸气口附近环境恶劣，则大气中含尘量将更高，压缩空气中含尘量也将增加。

2.2 系统内部产生

2.2.1 水份，空压机冷却系统出现泄露时，会增加压缩空气中含水量。

2.2.2 油份，压缩空气中的含油量是由空压机油产生，在有油的活塞式空压机机中，因气缸与活塞之间用油，故压缩空气中含油量较高，通常为100mg/m3左右，高时可达300mg/m3。在无油的活塞式空压机中，气缸与活塞之间不用油，它的填料、活塞环由具有自性的非金属材料制成，并且在曲轴连杆箱与气缸之间设有刮油环，只有极少油份进入气缸，通常压缩空气中含油量为5～15mg/m3。目前广泛使用的喷油螺杆空压机，阴阳转子间的啮合是靠油膜产生的，所以空气在压缩过程中混入大量的油份，虽然经过油过滤器过滤，一般喷油螺杆空压机排出的压缩空气中含油量较高，通常为20mg/m3左右。

2.2.3 粉尘，主要由空压机运动部件产生的金属粉尘、密封材料脱落的粉料等。外部管道安装后未清洗干净的焊屑、尘土和金属锈蚀物均能增加压缩空气中的含尘量。

3 压缩空气中污染物对用户的危害

3.1 水份，压缩空气中的水份可使各种风动机械部件生锈，电磁动作失灵，严重的甚至烧毁，气缸无法动作或动作不准确等。在寒冷地区，水份可能在管道中冻结，影响更严重。

3.2 油份，由于空气在压缩过程中，油在高温气流运动的影响下，油份呈细微粒雾状，且部分可能生成焦糊物，并沉积在管壁和风动机械的内表面上，造成不良后果。

3.3 粉尘，压缩空气中的粉尘不仅会增加各种风动机械的磨损，而且当粉尘与水、油混合后堆积会堵塞压缩空气流道、减少流量，对电磁阀及气动仪表影响更严重。

4 控制压缩空气污染物的有关标准

由于压缩空气中不同程度的存在水份、粉尘、油份等有害物质，因此根据不同户采用不同的质量标准，以满足用户要求是安全必要的。国际标准协会（ISO）及国际电工委员会（IEC）制定的压缩空气质量分级如表1。

此外，一些国家还根据本国具体情况制定出相应标准，如日本压缩空气工业协会制《空气压缩机以及系统的污染控制指南》 将压缩空气用途分为三种，并对应提出了污染控制标准。

我国于1991年制定了《一般用压缩空气质量等级》的国家标准GB/T13277-91。该标准压缩空气质量分级如表2。

我们在设计压缩空气净化系统时应尽量按有关标准来选择净化设备，以满足不同用户对压缩空气质量的要求。

5 压缩空气净化处理

压缩空气净化主要是除去压缩空气中水份、油份、粉尘，而其中除水不管从技术上还是设备上都较为复杂，需经技术经济比较后确定。我国目前对压缩空气干燥处理，广泛采用的有冷冻式和吸附式两大类。

（1）冷冻式气源干燥装置。冷冻式气源干燥装置采用制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、预冷器等组成空气与制冷剂交换系统将压缩空气的温度降低到饱和露点以下，析出压缩空气中水份及油份。

以无锡某厂生产的GL-10型冷冻式干燥机为例其主要技术参数如下：

处理空气量：10m3/min

空气进口压力：0.7～0.8MPa

空气入口温度：≤40℃

露点温度（大气压）：-18℃～27℃（湿量含1.1g/m3～0.45/m3）

压力损失：0.035MPa

整机功率：3.1kW

冷冻式气源干燥装置与吸附式干燥装置比较具有下列特点：a.露点温度较高。b.可与有油空压机配套工作，无需控制冷冻机入口处压缩空气含油量，在冷冻过程中部分油份随水份一同析出。c.设备故障较少，露点稳定，消耗能量少。d.进口处压力低于0.5MPa仍然能够对空气进行干燥处理。

（2）吸附式干燥装置。这种干燥装置采用干燥剂来吸附空气中的水份而获得干燥空气。目前常用的又分为无热再生和有热再生两种。当吸附剂吸附的水份达到饱和状态时就不能再吸收水份，而需要改吸再生。通常此类装置为两塔轮换工作，一塔工作时另一塔处于再生状态。

a.无热再生干燥器。无热再生干燥器是国际上广泛采用的干燥装置，我国近年来在工业上也广泛采用，其原理为利用部分干燥后的压缩空气变压吸附原理使已处于饱和状态的干燥器剂解吸再生。

以广东正确肇庆某厂生产的WQZ-10型无热再生干燥器为例，其技术参数如下：

进气压力：0.6～0.8MPa

进气温度：≤40℃

露点温度（大气压）：～40℃

再生用气量：14%

压力损失：0.05MPa

自动控制装置能耗：～60w

无热再生干燥器装置的特点：露点温度低，能获得较高质量的压缩空气。气源需采用无油空压机，如果采用有油空压机，则需在干燥器前加设除油器。因干燥器中的吸附剂为细孔球状的硅胶或铝胶（Ф4～Ф8mm）当气源含油量较高时，容易在吸附剂表面形成油膜而吸附剂性能降低，甚至使吸附剂失去吸附作用。这样就增加了设备投资并且增大了机房面积。

有部分压缩空气作为再生用气而消耗，通常占处理压缩空气量的15%左右，并随着压力降低而增加，如当进气压力为0.8MPa时，为14%，0.7MPa时为15%，0.6MPa时，为16%。当进气压力0.5MPa以下时不能采用无热再生干燥器方式。

b.有热再生空气干燥器。有热再生空气干燥器吸附剂的解吸不是利用干燥后的压缩空气而是利用外部提供的热空气使吸附剂水份蒸发而达到解吸再生的目的。热空气（180℃～120℃）由一台罗茨鼓风机和电加热器加热产生。有热再生干燥空气绿露点、进气温度、含油量等方面与无热再生基本相同，但在以下几点上有所区别。基本上不消耗压缩空气，只是在加热再生结束后，用少量压缩空气（约占处理能力的5%）短时用与干燥剂床层冷却。增加了用电负荷和能量消耗，以肇庆某厂生产的YQZ-10型有热再生干燥空器为例，配套的罗兹茨风机功率为5.5kW，电加热器功率为25.2kW（平均耗用功率8kW）

（3）压缩空气除油装置。如前所述，除冷冻式干燥器外，吸附式干燥器应采用无油空压机或在干燥器前设置除油器。常用的除油器由粗滤器和精滤器两级串联，采用机械分离、微纤维过滤和微孔介质邻接凝聚生长的原理，以分离和滤除压缩空气中的油份和部分微粒子污染物如肇庆生产的QYL型压缩空气除油器，经其过滤后含油量≤1mg/m3。在系统中若采用除冷冻式干燥器或无油空压机（含油量10～15mg/m3）如需获得含油量更少的压缩空气，则可在各用户点的压缩空气入口处安装小型精密除油器，能使压缩空气含油量≤5mg/m3。此类精密除油器处理量通常在1.5m3/min以下。

（4）压缩空气除尘装置。压缩空气除尘装置，主要根据用户对含尘量、含尘粒径的要求确定是否需要设置，此类设备通常由筒体和精细过滤层组成。压缩空气通过时，粉尘经离心、截留、惯性、扩散等作用而粘附于精细过滤层或沉积于简体底部。如肇庆生产的QKL型压缩空气除尘器，压缩空气经过滤后，含尘量≤5mg/m3，粉尘粒径≤3um。如果需部分用户对含尘量和粉尘粒径有更高要求，亦可在用户压缩空气入口处装设小型精密滤气器。经过精密滤气器后的压缩空气含尘量小于5mg/m3，含尘粒径≤0.3um。此类精密滤气器处理量通常在1.5m3/min以下。

6 压缩空气净化系统设计

在确定压缩空气净化系统时，应作详细的技术经济比较，以确定最优系统。首先应满足用户对压缩空气质量的各种要求其中主要是满足露点的要求，因为无论是技术上还是设备投资上干燥部分是主要的。在满足压缩空气质量的前提下，应从基础投资能源消耗、设备维修管理、总图布置、运营费用等主要方面进行比较后确定。

（1）冷冻干燥法气源净化系统

其工艺流程为：空压机-冷冻干燥器-除尘器-用户。空压机-除油器-冷冻干燥器-除尘器-用户。空压机-除油器-冷冻干燥器-精密除油器、精密滤气器-用户。

（2）吸附式干燥法气源进化系统

空压机-除油器-无热再生（有热再生）-除尘器--用户。注：吸附式干燥系统中干燥器包括成套应供应气水分离器。最后一级除尘器可根据用户要求以精密除尘器代替。或另在各用户点处配精密除油器和精密除尘器

（3）混合法气源净化系统

对某些用户要求压缩空气露点在-70℃以下时，可采用冷冻法和吸附法相结合的气源净化系统，既压缩空气先经冷冻法干燥处理，获得干燥度为-20℃（常压）的干燥空气，然后再经吸附法干燥处理，压缩空气露点可达-70℃（常压）以下，其含水量为0.003g/m3。

常用工艺流程为：空压机-除油器-冷冻空气干燥器-吸附式空气干燥器-除尘器-用户。

7 压缩空气干燥处理选择

冷冻法和吸附法相比，基建投资（包括设备费、土建费等）大体相等，差别不是很大，但从运营费、能量消耗等方面考虑，冷冻法仅为吸附法的1/3左右，应优先考虑。在采用吸附法时，如压缩空气量能满足用户要求，则应优先采用无热再生干燥法，它与有热再生干燥法相比，不仅投资略低，而且设备结构简单、能耗低。

8 其它有关因素

压缩空气净化系统设计除从以上几方面考虑外，如空压机进气口尽量设置在洁净环境之处，或选择过滤效果较好的油浴式进气过滤器；压缩空气管道应采用镀锌钢管以防止管道锈蚀等措施以满足压缩空气用户对质量要求和需要。

参考文献

[1]宋宝亮.压缩空气净化系统的设计探讨[J].煤炭工程，2006.