Оборудование для подготовки сжатого воздуха

Почему необходима подготовка сжатого воздуха?

Произведенный компрессором сжатый воздух перед его подачей в пневматическое оборудование следует очистить от примесей (твердых, жидких, газообразных — например, от водного конденсата, пыли, машинного масла). Если этого не сделать, примеси могут вывести оборудование из строя: например, конденсат вызывает коррозию трубопроводов пневматической магистрали, разжижает масло, используемое для смазки пневматического инструмента, а при попадании на окрашиваемую поверхность портит качество работы. Твердые примеси вызывают абразивный износ элементов оборудования.

Для удаления влаги и очищения сжатого воздуха от примесей используется оборудование для подготовки сжатого воздуха. Качество подготовки определяет стандарт DIN ISO 8573-1, согласно которому установлено 6 классов чистоты воздуха, а также соответствующее каждому из этих классов предельно допустимое содержание примесей. Конечно, оборудование для подготовки воздуха должно подбираться с учетом данных нормативов.

Количественная оценка конденсата, образующегося при сжатии воздуха

Одной из главных характеристик воздуха, используемого в компрессорной технике, являются влажность (абсолютная и относительная), а также точка росы.

Абсолютная влажность (измеряется в г/м³) показывает содержание влаги в воздухе (на единицу объема).

Относительная влажность (она измеряется в %) характеризует степень насыщенности воздуха водяными парами. Чем выше температура, тем больше влаги содержится в воздухе.

Температура точки росы является температурой, при которой появляется конденсат. По температуре точки росы можно судить о максимальном количестве влаги, присутствующей в воздухе при постоянной температуре.

Таблица 1. Расчет содержания влаги на выходе из компрессора

Таблица 2. Значения максимального содержания влаги в воздухе в диапазоне температур от -10^°С до +40^°С

Основные этапы подготовки сжатого воздуха, а также необходимое оборудование:

• Производство (винтовые и мобильные компрессоры).
• Подготовка (адсорбционные и рефрижераторные осушители, фильтры сжатого воздуха, циклонные сепараторы, комплексные системы удаления конденсата, доохладители, коалесцентные осушители).
• Хранение (ресиверы-воздухосборники).
• Утилизация (конденсатоотводчики, а также сепараторы технологического конденсата).

Классы очистки сжатого воздуха

Примечания:

Класс 0 — это минимальная загрязненность. Остальные классы для удобства объединяются в пары (1-2, 3-4 и т. д.). Нормативы по размеру и содержанию твердых частиц одинаковы для классов, входящих в каждую пару, но требования по содержанию влаги (в любом состоянии) и масла существенно отличаются.

Так, для нечетных классов (1, 3, 5 и т. д.) не допускается наличие воды и масла в жидком состоянии, но есть и ограничение на содержание влаги в виде пара: точка росы для всех этих нечетных классов ниже минимальной рабочей температуры не менее чем на 10°C. Для классов 0 и 1 точка росы не должна превышать —10°C. Точка росы рассчитана для воздуха под давлением.

Для четных классов (2, 4, 6 и т. д.) допустимо наличие воды и масла в жидком состоянии (смотрите таблицу), точка росы стандартом не регламентируется, как и содержание масла в состоянии пара.

Содержание различных посторонних примесей в таблице приведено для воздуха с давлением 1.013 бар и температурой 20°C.

Правильный подход к подготовке воздуха, обеспечивающий оптимальную эффективность работ, состоит в том, чтобы подготовить воздух в соответствии с требованиями решаемых задач. При этом попытка сэкономить на подготовке приводит к негативным последствиям. Чрезмерная очистка также неэффективна.

В таблице перечислены задачи, которые могут решаться при помощи пневматического оборудования, а также указаны нормы загрязненности воздуха.

Схема подключения и компоненты линии сжатого воздуха (стандартная)

1. Компрессор 2. Доохладитель 3. Циклонный сепаратор 4. Ресивер 5. Фильтр грубой фильтрации (P)
6. Осушитель рефрижераторного типа 7. Фильтр основной (X) 8. Фильтр удаления масел (Y) 9. Фильтр активный уголь (A) 10. Сепаратор конденсат-масло

Компрессорная станция состоит из нескольких равноправных элементов: компрессор, осушители, фильтры и пневматическая магистраль.

Очень важно не только подобрать все оборудование по производительности, соответствующей требованиям заказчика, но и обратить особое внимание на проектирование и монтаж пневматической магистрали. Зачастую именно на этом этапе допускаются ошибки, приводящие к проблемам с поставкой сжатого воздуха, поломкам оборудования, дополнительным расходам и простою в работе.

Как выбрать оборудование для подготовки сжатого воздуха

При выборе оборудования для линии сжатого воздуха необходимо учитывать условия эксплуатации и производственные задачи. Нежелательно как выбирать оборудование с запасом, «на всякий случай», так и покупать минимальный комплект. И то и другое отрицательно скажется на производительности и качестве работы.

Пример 1: Типовая схема, состоящая из рефрижераторного осушителя и комплекта из трех фильтров FQ, FP и FD. Чаще всего используется на предприятиях, класс  чистоты 1.4.1 (DIN ISO 8573-1). Микрофильтр FD задерживает микрочастицы размером свыше 0,01 мкм, остаточное содержание масла на выходе из фильтра до 0,01 мг/м³.

Если из экономии исключить из схемы фильтры FQ и FP, оставив только фильтр FD, руководствуясь тем, что он обеспечивает самую качественную очистку (задержка микрочастиц размером свыше 0,01 мкм, остаточное содержание масла на выходе из фильтра не более 0,01 мг/м3), как результат мы получим:

• непродолжительное время работы фильтра;
• быстрое загрязнение и выход из строя сменного картриджа;
• загрязнение осушителя неочищенным воздухом, что приведет к неисправности и дорогостоящему ремонту.

Если же установить все 3 фильтра FQ, FP и FD, то мы получим:

• защиту рефрижераторного осушителя (фильтр FQ);
• последовательное удаление частиц масла и твердых включений и увеличение сроков службы фильтров.

Если, напротив, после осушителя и линейки из трех фильтров FQ, FP и FD установить четвертый фильтр FC, то мы получим:

• улучшение качества воздуха, не существенное для большинства пневмооборудования;
• дополнительный фильтр вызовет падение давления в пневмомагистрали;
• дополнительные расходы на замену картриджа фильтра FC.

Пример 2: зачастую мощный винтовой компрессор используется несколькими потребителями с различными требованиями к качеству сжатого воздуха.
Можно либо установить общую систему подготовки сжатого воздуха или обеспечить подготовку воздуха в соответствии с нуждами каждого потребителя. Что правильнее и более выгодно?

С точки зрения экономии, правильнее провести децентрализацию, если поток сжатого воздуха низкого качества составляет больше 20-25% от общего воздушного потока.

Пример 3: установлен винтовой компрессор производительностью 10000 л/мин. Потребности в сжатом воздухе - 7000 л/мин общепромышленного назначения и 3000 л/мин общего назначения.  В данной ситуации установка осушителя на 10000 л/мин невыгодна.

В автосервисах и ремонтных мастерских повышенные требования к качеству сжатого воздуха на покрасочных участках, но объем сжатого воздуха там требуется небольшой. В таком случае целесообразна установка отдельной ветви подачи воздуха с рефрижераторным осушителем и фильтрами для покрасочно-сушильной камеры и блоками подготовки воздуха для остальных рабочих мест.

Распространенные проблемы и ошибки при монтаже и эксплуатации пневматических магистралей на предприятиях

1. На предприятии работал поршневой компрессор без системы подготовки воздуха. Со временем он был заменен на винтовой компрессор со встроенной системой подготовки сжатого воздуха. Через некоторое время дорогостоящее оборудование выходит из строя. В ходе проверки выясняется, что при работе поршневого компрессора внутри воздушного трубопровода образовалось маслянистое покрытие с частицами ржавчины. При работе нового винтового компрессора масляно-грязевая взвесь поступала в новый компрессор, что привело к выходу его из строя. Случай не гарантийный. Виной всему пневмомагистраль, не подготовленная под новые условия.

Важно: при замене компрессорного оборудования на новое или другого типа, необходимо произвести проверку существующей пневматической магистрали с оценкой качества сжатого воздуха и соответствие длины и диаметра магистрали мощности нового компрессора.

Также при монтаже желательно избегать застойных зон, где скапливается конденсат. Если по условиям необходимо направить трубопровод вверх, то в конце горизонтального участка устанавливают тройник, после чего установка отвода «вверх» сопровождается монтажом отвода «вниз» с обязательным краном для слива конденсата.

2. С ростом потребности предприятия в количестве сжатого воздуха и увеличением количества потребителей, был приобретен значительно более мощный компрессор. В существующую магистраль для подключения пневмооборудования были врезаны дополнительные отводы из гибких шлангов диаметром 6-8 мм с тройниками и фиксацией хомутами.

Через некоторое время стало заметно, что компрессор не обеспечивает достаточное количество сжатого воздуха. Проверка показала, что проблема заключается вовсе не в производительности компрессора, а в падении давления в магистрали, диаметр которой не соответствует мощности компрессора. Решение проблемы – монтаж новой магистрали подходящего диаметра.

Важно: осуществляя монтаж пневмомагистрали, всегда нужно рассчитать длину и диаметр трубопровода и соответствие реальному потреблению сжатого воздуха.

Протяженная разводка из гибких шлангов малого диаметра, смонтированная на выходе из мощного винтового компрессора, делает недостижимой цель исправной работы пневмооборудования.

Также недостаточный диаметр магистрали не в состоянии принять весь объем сжатого воздуха. В результате в ресивере сепаратора возникает повышенное давление, срабатывает предохранительный клапан и все внутренне пространство компрессора оказывается забрызганным маслом. И снова – выход оборудования из строя, ремонт, расходы и пауза в работе.

3. Производственное предприятие приобрело винтовой компрессор, по мощности превосходящий сегодняшние потребности, с расчетом на будущее расширение. При начале эксплуатации обнаружилась нехватка сжатого воздуха. Вывод напрашивался сам собой – поставленный компрессор имеет производственный дефект и нуждается в гарантийной проверке. Но причина опять заключалась в пневмомагистрали, точнее, в отсутствии герметичности и постоянной утечке воздуха!

Важно: при проверке существующей магистрали или при монтаже новой необходимо особое внимание уделить герметичности соединений и предотвращению утечек.