Как можно улучшить качество сжатого воздуха?

Если вы обнаружили, что дефекты продукта, заедание пневматических клапанов или неожиданные остановки осушителя связаны с системой сжатого воздуха, вы уже знаете, насколько дорогостоящими могут стать невидимые загрязнения.

За 22+ годы работы с оборудованием для сжатого воздуха для международных клиентов мы обнаружили, что проблемы с качеством воздуха-редко возникают из-за одного компонента. Чаще всего проблема начинается с неправильного-целевого показателя качества воздуха, недостаточной предварительной-очистки, неподходящего осушителя, неправильной последовательности фильтрации или системы распределения, которая не была спроектирована в соответствии с требуемым классом ISO 8573-1.

Сжатый воздух, выходящий из компрессора, не очищается и не сушится автоматически. В зависимости от технологии компрессора, условий окружающей среды, всасываемого воздуха, метода охлаждения и последующей обработки сжатый воздух может содержать воду, масляные аэрозоли или пары, а также твердые частицы. Эти загрязнения могут повлиять на пневматические компоненты, производственные процессы, качество продукции и надежность оборудования.

Хорошей новостью является то, что качество сжатого воздуха можно систематически улучшать. В этом руководстве рассматриваются коренные причины загрязнения, способы использования стандарта ISO 8573-1 для определения измеримого целевого показателя качества, а также конкретные этапы обработки - фильтрации, сушки, технического обслуживания и мониторинга, которые обеспечивают надежную и поддающуюся проверке чистоту воздуха в точке использования.

Почему качество сжатого воздуха ухудшается: четыре основные причины

Понимание того, что попадает в систему, является предпосылкой для выбора правильного лечения.Влага в сжатом воздухе, нефтяное загрязнение, твердые частицы и загрязнение трубопроводов требуют разных технологий очистки -, и все они происходят одновременно в большинстве промышленных систем.

Влага и водяной парявляются наиболее универсальным загрязнителем. Атмосферный воздух всегда содержит водяной пар, а сжатие концентрирует его в меньший объем. По мере того как горячий сжатый воздух охлаждается на выходе, этот пар конденсируется в жидкую воду по всему распределительному трубопроводу. Типичный промышленный компрессор, работающий при давлении 100 фунтов на квадратный дюйм, может сбрасывать более 10 галлонов жидкой воды в день в зависимости от влажности на входе и температуры окружающей среды. Эта вода вызывает ржавчину, способствует росту микробов и ухудшает качество продукции при любом применении, требующем сухого и чистого воздуха.

Загрязнение маславходит с двух сторон. Компрессоры с масляной-смазкой производят масляные аэрозоли и масляные пары как естественный побочный продукт процесса смазки - даже в хорошо-содержащемся агрегате остаточное масло на уровне от 2 до 25 мг/м³, в зависимости от возраста и конструкции. Даже «безмасляные» компрессоры не застрахованы: окружающий воздух, всасываемый на впуске, уже может содержать пары масла от близлежащего транспорта, промышленных процессов или другого оборудования. Попадая в систему, масло покрывает стенки трубопроводов, разрушает уплотнения и загрязняет продукты, находящиеся дальше по потоку.

ЧастицыПоступают из трех источников: атмосфера (пыль, пыльца, промышленные аэрозоли), сам компрессор (частицы износа роторов, подшипников и фильтров) и система распределения (ржавчина, накипь в трубах и мусор от работ по техническому обслуживанию). Трубы из черного железа и оцинкованной стали особенно склонны к внутренней коррозии, образуя частицы, которые постоянно повторно вносят загрязнение, даже если предварительная очистка работает правильно.

Загрязнение трубопроводаявляется источником, который чаще всего упускают из виду во время системного аудита. Давно-распределительные сети накапливают на своих внутренних поверхностях слои ржавчины, масляных отложений и биопленки. Каждый скачок давления, каждое падение скорости и любое техническое обслуживание могут выбить эти отложения и ввести их в воздушный поток. Выбор материала труб и периодическая очистка имеют такое же значение, как и само очистное оборудование.

Определите свою цель в области качества: прочтите ISO 8573-1

Прежде чем выбирать какое-либо очистное оборудование, вам необходима измеримая цель качества. ISO 8573-1:2010 — это международный стандарт, обеспечивающий именно это. Он классифицирует чистоту сжатого воздуха с помощью трех-кода -, по одной цифре для частиц, воды и масла, где меньшее число указывает на более высокую чистоту.

Например, спецификация, записанная как ISO 8573-1:2010, класс 2.4.1, означает: класс частиц 2, класс влажности 4 и класс масла 1. Каждая цифра оценивается и указывается независимо.

Классы влажности (цифры 1–6: точка росы под давлением; цифры 7–9: жидкая вода)

⚠️ Распространенная ошибка транскрипции: ISO 8573-1. Классы влажности 1–6 выражаются как точка росы под максимальным давлением (PDP). Классы 7–9 переключаются полностью и выражаются как максимальная концентрация жидкой воды в г/м³. В большинстве опубликованных таблиц классы 7–9 ошибочно указаны как точки росы, но это не так.

Для получения дополнительной информации о том, какточка росы под давлениемотносится к выбору оборудования и проектированию системы, эта связанная статья подробно описывает механику.

Классы масел

Цифра масла охватываетобщее количество нефти- аэрозоль, жидкость и пар вместе взятые. Коалесцирующий фильтр удаляет аэрозоли и жидкое масло, но не может удалять пары масла. Для достижения масла класса 1 требуется адсорбционная заключительная стадия (обычно активированный уголь) в дополнение к коалесцентной фильтрации.

Класс 0 Предупреждение:Класс 0 — это договорная спецификация, а не стандартизированный предел. Поставщик, заявляющий «Класс 0» без указания числового порога, делает заявление маркетингового, а не технического характера. Всегда требуйте конкретный предел концентрации и сторонний-отчет об испытаниях из аккредитованной лаборатории.

Классы частиц

Для классов частиц 1–5 стандарт включает абсолютный нижний предел, который не учитывается в большинстве опубликованных таблиц:частицы размером более 5 мкм вообще не могут присутствовать. Это справедливо независимо от установленных пределов концентрации для полос меньшего размера. В таблице ниже представлены регламентированные диапазоны размеров.

Классы ISO по качеству сжатого воздухаВ статье представлена ​​полная разбивка по-классам загрязнителей с сопоставлением приложений-с-классами.

Шаг 1 - Удаление скопившейся воды перед ее попаданием в систему распределения.

Первый этап очистки касается жидкой воды, и он должен произойти до того, как воздух достигнет сушилки или фильтра. Андоохладитель- теплообменник, установленный на выходе компрессора -, охлаждает горячий сжатый воздух от типичной температуры нагнетания 80–100 градусов до температуры, близкой к температуре окружающей среды. По мере охлаждения воздуха растворенный водяной пар конденсируется в капли жидкости.

A водоотделитель(также называемый сепаратором влаги) следует за доохладителем и удаляет конденсированную жидкость до того, как она попадет в выходной трубопровод. СогласноСправочник CAGI по очистке сжатого воздуха, комбинация доохладителя и сепаратора правильного размера может удалить 70–80% всей влаги до того, как будет задействована какая-либо сушилка.

Действие:Убедитесь, что температура на выходе промежуточного охладителя не превышает 10 градусов выше температуры окружающей среды. Если температура входящего воздуха высокая или окружающая среда влажная, перед осушителем может потребоваться дополнительная поверхность охладителя большей площади или дополнительный пред-охладитель.

Шаг 2 - Выберите технологию сушки, соответствующую вашей целевой точке росы

Тип сушилки должен соответствовать классу влажности ISO 8573-1, требуемому в месте использования. Выбор неправильной технологии сушки -, либо превышающей-, либо недостаточной-указанной, приводит либо к ненужным затратам на электроэнергию, либо к постоянным нарушениям качества.

Рефрижераторные осушители воздухаохладить сжатый воздух примерно до 3 градусов с помощью механического холодильного контура, что приведет к конденсации и дренажу дополнительной влаги. Они соответствуют классам влажности с 4 по 6 по стандарту ISO 8573-1 (диапазон PDP: от +3 градусов до +10 градусов) и потребляют примерно0,6–0,8 кВт на 100 куб. футов в минутуноминального расхода. Они не требуют продувочного воздуха, что делает их эксплуатационные расходы предсказуемыми и относительно низкими для стандартных промышленных применений.

Адсорбционные осушителииспользуйте слой адсорбционного материала -, обычно активированного оксида алюминия, или молекулярного сита - для непосредственного улавливания водяного пара. Они достигают уровней PDP от -20 до -70 градусов, что соответствует классам влажности ISO 8573-1 с 1 по 3. Структура затрат на электроэнергию зависит от метода регенерации:

• Без нагрева (колебание давления):Использует ~15–18% обработанного воздуха в качестве продувочного воздуха для регенерации. Никакого внешнего тепла не требуется, но штраф за продувку в системе производительностью 1000 куб. футов в минуту составляет примерно 150–180 куб. футов в минуту потери мощности -, что является значительным в масштабе.
• Регенерация нагнетателя с подогревом:Внешний нагрев + вентилятор окружающего воздуха для регенерации. Потери на продувку снижаются до ~0–3%, что существенно снижает штраф за расход воздуха. Предпочтителен для крупных установок, где энергоэффективность является приоритетом.

Для применений, требующих как контроля влажности, так и низкого энергопотребления - фармацевтическая промышленность, электроника, среды с высокой-влажностью - aкомбинированная сушилкаинтеграция предварительной сушки в охлажденном виде-с этапом осушителя может обеспечить влагостойкость класса 2 или 3 со значительно меньшими потерями на продувку, чем автономный осушитель без нагревания.

Более подробная информация о критериях выбора осушителя, включая поправочные коэффициенты для температуры на входе, температуры окружающей среды и рабочего давления, доступна в разделекак правильно выбрать осушитель воздуха для вашего компрессора.

Шаг 3 -. Постройте последовательность фильтрации в правильном порядке.

Фильтры и осушители дополняют друг друга, а не взаимозаменяемы. Каждый тип фильтра нацелен на определенное загрязнение на определенном этапе процесса очистки. Размещение фильтров в неправильном порядке или пропуск этапа создают пробелы, которые не может компенсировать ни одно нижестоящее устройство.

Правильная последовательность фильтров следует следующей логике:

Коалесцирующий пред-фильтр (перед осушителем):Удаляет масляные аэрозоли, мелкий жидкий туман и более крупные частицы еще до того, как воздух попадет в осушитель. Масло, попадающее в слой влагопоглотителя, покрывает его и необратимо ухудшает его адсорбционную способность. Защита осушителя с помощью коалесцирующего фильтра предварительной-подходящей очистки не является обязательной в любой системе сжатого воздуха,-смачиваемой маслом.

Сухой сажевый пост-фильтр (после осушителя):Справочник CAGI рекомендует устанавливать сажевый фильтр после осушителя воздуха, перед любым работающим оборудованием или процессом. Осушители с осушителем по мере старения слоя образуют мелкую пыль с осушителем; этот фильтр улавливает эти частицы до того, как они попадут в пневматические инструменты, клапаны и инструменты. Оцените фильтр до класса частиц, требуемого приложением.

Адсорбционный фильтр с активированным углем (завершающая стадия полировки):Требуется только в том случае, если удаление паров масла необходимо - специально для достижения класса масла 1 (меньше или равно 0,01 мг/м³ общего количества масла). Как отмечалось выше, коалесцирующий фильтр удаляет жидкие аэрозоли нефти, но не улавливает пары газообразного масла. Слой активированного угля адсорбирует углеводороды паровой-фазы, снижая общее содержание нефти до уровня класса 1. Этот фильтр обязателен при контакте с пищевыми продуктами, фармацевтике и электронике, где требуется маркировка «без масла».

Заменяйте фильтрующие элементы по падению давления на фильтре, а не по фиксированному календарю. Срок службы нового элемента легкой-службы может составлять 12 месяцев; тот же элемент при большой нагрузке маслом может потребовать замены через 4–6 месяцев. Следите за показаниями перепада давления и установите максимально допустимый перепад давления -, обычно 1,0–1,5 фунтов на квадратный дюйм -, в качестве триггера замены.

Шаг 4 - Поддержание курса лечения по определенному графику

Очистное оборудование деградирует незаметно. Охлаждающая сушилка с загрязненным змеевиком конденсатора может по-прежнему работать нормально, подавая сжатый воздух на 5–8 градусов теплее номинальной температуры на выходе -, что достаточно для того, чтобы подача влаги значительно превысила предел класса 4, не вызывая при этом никаких сигналов тревоги. Систематическое техническое обслуживание предотвращает это.

Ежедневно:Проверьте работу автоматического слива на ресиверах, осушителях и сепараторах. Заклинивший сливной клапан является одной из основных причин попадания воды в распределительную систему. Слейте конденсат из приемных баков вручную, если автоматические дренажи не установлены.

Еженедельно:Проверьте наличие утечек воздуха в фитингах, шланговых соединениях и соединениях. Каждые 100 фунтов на квадратный дюйм неустраненной утечки в отверстии диаметром 1 дюйм могут привести к потере более 25 куб. футов в минуту -, и каждая точка утечки также представляет собой риск проникновения загрязняющих веществ, если давление в системе упадет во время остановки.

Ежемесячно:Измерьте падение давления на каждом фильтре и каждом осушителе. Запишите показания. Растущее падение давления указывает на нагруженный элемент или загрязненную поверхность теплообменника, которую необходимо устранить, прежде чем это заставит вас работать при более высоком давлении в системе для компенсации - каждые 2 фунта на квадратный дюйм дополнительного давления требуют примерно на 1 % больше энергии компрессора.

Ежегодно:Проверьте состояние осушителя в адсорбционных осушителях. Производительность осушителя ухудшается постепенно в течение 3–5 лет при нормальных условиях и быстрее, если входная фильтрация неадекватна. Замените осушитель до того, как он начнет пропускать влагу с номинальной скоростью потока.

После любого технического обслуживания - замена фильтра, обслуживание осушителя или ремонт компрессора - повторно проверяют качество воздуха в точке отбора проб ниже по потоку, прежде чем возвращать систему в эксплуатацию.

Шаг 5 - Контролируйте качество воздуха в точке использования, а не только в компрессоре.

Мониторинг оборудования подтверждает, что линия очистки работает. Мониторинг качества воздуха подтверждает, что сам воздух соответствует спецификациям при применении. Это разные измерения, и оба необходимы.

Ключевые параметры, которые необходимо отслеживать в точке использования или на выходе из сушилки:

• Точка росы под давлением:Калиброванный датчик точки росы (обычно с помощью охлаждаемого зеркала или емкостного гигрометра) подтверждает, что осушитель подает воздух с заданной PDP. Измерьте температуру на выходе осушителя и в критической точке отбора-на выходе. Различия между этими двумя измерениями указывают на попадание влаги из-за утечек или плохого обслуживания трубопроводов.
• Падение давления в системе:Возрастающая разница между давлением нагнетания компрессора и давлением в точке--использования указывает на засоренный фильтр, неисправность осушителя или узкое место в распределительной сети.
• Концентрация масла:Для применений с маслом класса 1 или 2 проверьте содержание масла, используя метод испытаний, соответствующий ISO 8573-5 (для масляного аэрозоля) и ISO 8573-6 (для паров масла). Выборочное тестирование ежеквартально в критических точках является стандартной практикой на предприятиях по производству продуктов питания, напитков и фармацевтических препаратов.

В канадском Справочном руководстве по энергоэффективности для сжатого воздуха отмечается, что предприятия с документированной программой мониторинга качества воздуха обычно обнаруживают отклонения качества в среднем на 60 дней раньше, чем те, которые полагаются исключительно на записи о техническом обслуживании оборудования.

Полный курс лечения в порядке

Для большинства промышленных применений правильно спроектированная линия очистки следует следующей последовательности от выхода из компрессора до точки использования:

1. Доохладитель- Охлаждает выходящий воздух, конденсирует основную влагу
2. Водоотделитель- Удаляет конденсат жидкой воды.
3. Коалесцирующий предварительный-фильтр- Удаляет масляные аэрозоли и оставшийся туман жидкости перед сушилкой.
4. Рефрижераторная или осушительная сушилка- Снижает влажность до требуемого PDP (класс 4–6: охлаждение; класс 1–3: осушитель).
5. Сухой сажевый фильтр-фильтр- Улавливает мелкие частицы осушителя, трубную окалину и остаточные частицы.
6. Фильтр с активированным углем (если требуется масло класса 1)- Удаляет пары масла до общего содержания масла менее или равного 0,01 мг/м³.

Стерильный фильтр (если требуется при контакте с пищевыми продуктами, напитками или фармацевтическими препаратами) - Удаляет микроорганизмы и бактериальные аэрозоли.

Ключевой вывод:Качество сжатого воздуха в месте использования зависит от всей линии очистки -, а не только от осушителя или только фильтра. Пробелы на любом этапе распространяются на последующие этапы независимо от того, насколько хорошо работают остальные этапы. Укажите весь поезд в соответствии с классом ISO 8573-1, необходимым в наиболее требовательных точках применения.

Выбор правильного сочетания технологии сушки, этапов фильтрации и протоколов технического обслуживания зависит от скорости потока вашего компрессора, рабочего давления, условий воздуха на входе и классов чистоты, требуемых вашим конечным применением. Для подробного анализа взаимодействия этих переменных - или проверки правильности указания текущего курса лечения -Обработка Соллантомпредлагает решения по очистке сжатого воздуха от доохладителей и прецизионных фильтров до систем охлаждения и осушителей, а также техническое руководство для дистрибьюторов, обслуживающих различные промышленные применения.

Перед следующим циклом обслуживания или принятием решения о закупках поговорите со специалистом, чтобы подтвердить соответствие вашей системы классу ISO 8573-1.