Оборудование для подготовки сжатого воздуха само по себе не производит сжатый воздух — его задача заключается в очистке и доведении качества воздуха до требуемых параметров. Электроэнергия и сжатый воздух, потребляемые таким оборудованием, фактически расходуются на получение более чистого и сухого сжатого воздуха.
Сегодня всё больше предприятий осознают важность качественной подготовки сжатого воздуха и одновременно уделяют повышенное внимание энергопотреблению соответствующего оборудования.
Среди оборудования для подготовки сжатого воздуха осушитель (Air Dryer) выполняет важнейшую функцию удаления влаги и обеспечивает требуемую точку росы под давлением (Pressure Dew Point, PDP). При этом осушитель нередко является одним из наиболее энергоёмких элементов системы подготовки воздуха.
Поэтому правильный выбор осушителя имеет критическое значение для всей системы сжатого воздуха. В отраслях с особенно высокими требованиями к качеству воздуха затраты на осушитель могут составлять значительную часть бюджета всей системы.
Перед выбором и эксплуатацией осушителя необходимо внимательно рассмотреть три ключевых вопроса.
1. Осушитель должен обеспечивать требуемое качество сжатого воздуха
Поставщик оборудования и конечный пользователь должны чётко понимать реальные требования технологического процесса.
При выборе осушителя необходимо учитывать:
- требуемую точку росы под давлением (PDP);
- расход сжатого воздуха;
- рабочее давление;
- температуру воздуха на входе;
- тип воздушного компрессора;
- требования конечного технологического процесса.
Главная задача заключается не в выборе «самого лучшего» или самого дорогого осушителя, а в подборе технологии, которая обеспечивает необходимое качество воздуха при оптимальных эксплуатационных затратах.
2. Энергоэффективный компрессор + неправильно подобранный осушитель ≠ энергоэффективная система
Даже самый энергоэффективный воздушный компрессор не сможет компенсировать потери, вызванные неправильным выбором осушителя.
После определения требуемой точки росы следует выбирать технологию осушки с минимально необходимым энергопотреблением.
Общий принцип можно сформулировать следующим образом:
Если достаточно охладителя — не следует использовать рефрижераторный осушитель; если достаточно рефрижераторного осушителя — не следует устанавливать адсорбционный.
Для регенерации адсорбционного осушителя (Desiccant Air Dryer) также необходимо рационально выбирать источник энергии.
При наличии соответствующих условий приоритет можно определить следующим образом:
Доступное вторичное тепло → электроэнергия → сжатый воздух.
Если на предприятии имеются доступная охлаждённая вода, градирня, утилизируемое тепло компрессора или другие источники вторичной энергии, их использование способно значительно снизить энергопотребление осушителя.
В отдельных системах потенциальное снижение энергозатрат может превышать 50%.
3. Необходимо учитывать различия между фактическими и стандартными условиями эксплуатации
Ещё один важнейший фактор — отличие реальных условий эксплуатации от стандартных условий, на основании которых производитель проектирует, испытывает и указывает номинальную производительность осушителя.
В Китае для оборудования данного типа применяются, в частности:
JB/T 10526-2017 — рефрижераторные осушители сжатого воздуха общего назначения;
JB/T 10532-2017 — адсорбционные осушители сжатого воздуха общего назначения.
Эти стандарты устанавливают определённые условия эксплуатации и испытаний оборудования.
Поэтому при выборе осушителя по каталожной производительности необходимо обязательно проверить, соответствуют ли реальные условия на объекте стандартным условиям, указанным производителем.
Если условия отличаются, необходимо применять соответствующие поправочные коэффициенты (Correction Factors).
Пять условий эксплуатации, которые необходимо учитывать при выборе осушителя
Климат, температура, давление и условия эксплуатации значительно различаются от объекта к объекту. Поэтому выбирать осушитель только по номинальному расходу воздуха нельзя.
Особое внимание следует уделить следующим пяти факторам.
1. Фактические условия эксплуатации осушителя
Основные параметры:
- температура сжатого воздуха на входе;
- температура окружающей среды;
- температура охлаждающей воды для моделей с водяным охлаждением;
- давление воздуха на входе;
- фактический расход сжатого воздуха.
Если реальные параметры превышают расчётные пределы осушителя, это может привести к повышению точки росы, росту энергопотребления, снижению фактической производительности и нестабильной работе оборудования.
В более тяжёлых случаях возможны аварийные остановки или повреждение осушителя.
2. Температура воздуха на входе должна находиться в расчётном диапазоне
Температура входящего сжатого воздуха и температура окружающей среды должны соответствовать допустимым параметрам оборудования.
Например, при типовом расчётном давлении около 0,7 МПа могут применяться следующие предельные значения:
- температура окружающей среды — ниже 50°C;
- максимальная температура воздуха на входе — ниже 60°C.
При этом стандартная расчётная температура сжатого воздуха на входе, используемая для определения номинальной производительности, может составлять около 38°C.
Чем ниже температура входящего воздуха, тем благоприятнее условия для осушителя.
При повышении температуры увеличивается количество водяного пара, поступающего в осушитель, а его фактическая производительность снижается.
Если температура на входе достигает или превышает 38°C, при подборе оборудования необходимо применять температурный поправочный коэффициент.
Например:
SFобщ = SFтемп. входа × SFтемп. окружающей среды
где:
SFобщ ≥ 1
Точные значения коэффициентов необходимо брать из технической документации конкретного производителя.
3. При повышенной температуре входящего воздуха осушитель необходимо выбирать с запасом
Если фактическая температура воздуха превышает стандартные условия, для обеспечения требуемой PDP необходимо увеличить расчётную производительность осушителя с учётом поправочного коэффициента.
Например, если номинальная температура составляет 38°C, увеличение температуры ещё на 5°C может значительно повысить влаговую нагрузку.
В определённых условиях повышение температуры на 5°C способно увеличить количество воды, которое необходимо удалить, примерно на 25%.
Это означает более высокую нагрузку и большее энергопотребление осушителя.
Поэтому при проектировании системы необходимо стремиться к максимально возможному снижению температуры воздуха перед осушителем.
Установка эффективного доохладителя (Aftercooler) перед осушителем позволяет повысить надёжность и энергоэффективность системы.
4. Давление на входе существенно влияет на производительность осушителя
Номинальные характеристики многих осушителей определяются при входном давлении около 0,7 МПа.
При существенном изменении давления изменяется и фактическая производительность оборудования.
В общем случае:
более высокое давление благоприятно для производительности осушителя, а более низкое — неблагоприятно.
При снижении давления одинаковая масса сжатого воздуха занимает больший объём. В результате увеличивается объёмный расход через осушитель и возрастает нагрузка на оборудование относительно его номинальной производительности.
Если давление на входе составляет 0,7 МПа или ниже, при подборе необходимо учитывать поправочный коэффициент по давлению.
Например:
SFобщ = SFдавления на входе × SFтемпературы
где:
SFобщ ≥ 1
Фактические коэффициенты следует использовать в соответствии с каталогом производителя.
5. При пониженном входном давлении осушитель также необходимо выбирать с запасом
Предположим, что номинальные характеристики осушителя указаны для давления 7 bar(g).
Если фактическое давление снижается на 1 бар, влаговая нагрузка на осушитель может заметно увеличиться.
В качестве упрощённого ориентира снижение давления на 1 бар при сопоставимых условиях может увеличить количество воды, которое необходимо обработать, примерно на 13%.
Следствием становятся:
- повышение нагрузки на осушитель;
- увеличение энергопотребления;
- снижение эффективной производительности;
- риск превышения требуемой точки росы.
Поэтому при проектировании системы сжатого воздуха следует избегать неоправданно низкого рабочего давления.
Как температура окружающей среды влияет на работу осушителя?
Если температура окружающей среды превышает стандартные условия, особенно при значениях около 38°C и выше, для рефрижераторного осушителя может потребоваться дополнительный поправочный коэффициент.
1. Влияние температуры на рефрижераторный осушитель
Горячий воздух, выделяемый компрессорами и холодильным оборудованием, по возможности следует принудительно выводить за пределы компрессорной станции.
Это позволяет снизить температуру помещения и улучшить условия работы:
- воздушных компрессоров;
- рефрижераторных осушителей;
- электрических шкафов;
- систем охлаждения.
Для рефрижераторного осушителя с воздушным охлаждением (Air-Cooled Refrigerated Air Dryer) повышение температуры окружающей среды обычно приводит к увеличению энергопотребления и снижению эффективности охлаждения.
В субтропических и тропических регионах, где температуру помещения трудно поддерживать на приемлемом уровне, особенно для оборудования большой производительности целесообразно рассмотреть рефрижераторный осушитель с водяным охлаждением (Water-Cooled Refrigerated Air Dryer).
Это позволяет снизить негативное влияние высокой температуры на:
- Pressure Dew Point;
- стабильность работы;
- давление конденсации;
- энергопотребление.
Однако необходимо учитывать и температуру охлаждающей воды.
Если она превышает расчётное значение, при подборе оборудования также следует применять соответствующий поправочный коэффициент.
Адсорбционные осушители обычно менее чувствительны к температуре окружающей среды, чем рефрижераторные, хотя условия помещения всё равно могут влиять на клапаны, систему управления, глушители и процесс регенерации.
Расчёт производительности осушителя с поправочными коэффициентами
Рефрижераторный осушитель
Для обеспечения требуемой точки росы при фактических условиях эксплуатации производительность рефрижераторного осушителя должна определяться с учётом номинальной производительности и поправочных коэффициентов.
Типовая формула:
Фактическая производительность (м³/мин) = Номинальная производительность (м³/мин) ÷ (SF температуры входа × SF температуры окружающей среды или температуры охлаждающей воды × SF входного давления)
Определения и значения SF могут различаться у разных производителей.
Адсорбционный осушитель
Для адсорбционного осушителя может использоваться упрощённая формула:
Фактическая производительность (м³/мин) = Номинальная производительность (м³/мин) ÷ (SF температуры входа × SF входного давления)
Окончательный выбор необходимо выполнять по документации производителя с учётом требуемой PDP, технологии регенерации, влаговой нагрузки и реальных условий эксплуатации.
Дополнительные рекомендации по установке и эксплуатации
- Для рефрижераторных осушителей с воздушным охлаждением горячий воздух от конденсатора следует по возможности отводить наружу. Это снижает температуру компрессорной, уменьшает риск отказов и способствует снижению энергопотребления.
- Для адсорбционных осушителей, особенно моделей с нагреваемой продувкой и воздуходувной регенерацией, регенерационный выхлоп желательно выводить за пределы компрессорной, чтобы не увеличивать температуру и влажность помещения.
- Компрессорная станция должна иметь достаточную систему принудительной вентиляции, рассчитанную с учётом суммарного тепловыделения оборудования.
- Выход горячего воздуха воздушного конденсатора осушителя следует располагать как можно дальше от воздухозаборника компрессора, чтобы исключить повторное всасывание нагретого воздуха.
- Градирню системы охлаждения рекомендуется устанавливать в прохладном и хорошо вентилируемом месте.
- Для осушителей, которые не используют непосредственно тепло сжатия компрессора, ресивер, как правило, рекомендуется устанавливать перед осушителем с учётом общей схемы системы.
- Для всех типов осушителей желательно поддерживать температуру входящего сжатого воздуха на уровне 38°C или ниже. При более высокой температуре перед осушителем рекомендуется устанавливать эффективный aftercooler.
- Для рефрижераторного осушителя с воздушным охлаждением желательно поддерживать температуру окружающей среды ниже 38°C и регулярно очищать поверхность конденсатора от пыли и загрязнений. При постоянно высокой температуре следует рассмотреть вариант с водяным охлаждением.
- Для рефрижераторного осушителя с водяным охлаждением температуру охлаждающей воды на входе желательно поддерживать примерно ниже 32°C, а теплообменник регулярно очищать от накипи и загрязнений.
Заключение
Установка высокоэффективного воздушного компрессора ещё не означает, что вся система сжатого воздуха будет энергоэффективной.
Если осушитель выбран неправильно, работает в неподходящих условиях или расходует слишком много энергии на регенерацию, экономия, полученная благодаря эффективному компрессору, может быть частично или полностью потеряна.
Поэтому систему необходимо рассматривать комплексно.
При выборе осушителя следует учитывать требуемую точку росы под давлением, расход воздуха, фактическую температуру и давление на входе, температуру окружающей среды или охлаждающей воды, технологию осушки, способ регенерации, доступные источники вторичной энергии и поправочные коэффициенты производителя.
Главный принцип прост:
Обеспечить требуемое качество сжатого воздуха при минимально обоснованном энергопотреблении.
Только правильное согласование воздушного компрессора, осушителя, системы охлаждения, фильтров, трубопроводной сети и алгоритмов управления позволяет одновременно обеспечить стабильное качество сжатого воздуха, высокую надёжность и реальную энергоэффективность всей системы.
