Температура и влажность винтовой части воздушного компрессора: чему на самом деле препятствует температура 75°C?

При какой температуре компрессорная часть «испаряет» влагу?

Стабильная температура компрессорной части в пределах надлежащего диапазона является первой линией защиты безопасной работы системы сжатого воздуха.

Многие специалисты по техническому обслуживанию и клиенты-покупатели задаются одним и тем же вопросом: какой температуры должна достичь компрессорная часть винтового компрессора, чтобы испарить влагу из сжатого воздуха?

Этот вопрос сам по себе содержит распространенное недоразумение. Целью контроля температуры компрессорной головки никогда не было «высушивание» воды, а предотвращение конденсации воды в жидкую форму внутри устройства.

Как только это станет ясно, станет легко понять, почему в промышленности обычно устанавливается рабочая температура компрессорного блока на уровне 75–85°С и почему слишком низкая температура на самом деле более коварна и опасна, чем слишком высокая.

В этой статье рассматриваются четыре вопроса: какова на самом деле точка росы под давлением, как ведет себя водяной пар во время сжатия, от чего защищает диапазон 75–85 ° C и почему жидкая вода представляет собой смертельный риск в системах разделения воздуха.

Сначала исправляю недоразумение: компрессорная часть не «испаряет» влагу.

Многие люди предполагают, что чем выше температура компрессорной части, тем легче вода в сжатом воздухе «испаряется», делая воздух более сухим. Это понимание верно только наполовину. Более высокая температура удерживает воду в форме пара, но не может заставить воду исчезнуть из сжатого воздуха. Водяной пар все еще находится в воздухе — он просто не превратился в капли жидкости. Как только сжатый воздух впоследствии остынет — проходя через трубопровод, воздухосборник или последующее очистное оборудование — водяной пар все равно конденсируется в воду.

Таким образом, реальная функция высокой температуры компрессорной головки заключается в следующем: во время сжатия и разделения масла и воздуха удерживайте водяной пар в газовой форме, чтобы жидкая вода не выпадала в осадок внутри компрессорной головки, бака маслоотделителя или масляных трубопроводов.

Другими словами, Контроль температуры компрессорной головки предотвращает «внутреннее накопление воды», а не «сухой воздух». Чтобы действительно удалить влагу, вам понадобится последующее сушильное оборудование — рефрижераторные сушилки, влагопоглотительные сушилки и так далее.

Ключевая концепция: что такое точка росы под давлением? Почему не 100°С?

Чтобы понять взаимосвязь между температурой компрессорной части и водяным паром, сначала необходимо понять точку росы под давлением.

При атмосферном давлении вода кипит при 100°С — это общеизвестно. Но в системе сжатого воздуха конденсация водяного пара определяется не температурой 100°C, а температурой точки росы при текущем давлении.

Проще говоря, Точка росы под давлением — это критическая температура, при которой водяной пар в сжатом воздухе при заданном давлении начинает конденсироваться в жидкую воду. Выше точки росы водяной пар остается в газообразном виде; под ним конденсируется водяной пар.

Чем выше давление, тем меньше водяного пара может содержать воздух и тем выше становится температура точки росы. Вот почему точка росы сжатого воздуха намного выше, чем в условиях окружающей среды — дело не в том, что воде требуется 100°C для испарения, а в том, что в условиях высокого давления водяной пар может начать конденсироваться уже при пятидесяти или шестидесяти градусах Цельсия.

В одном предложении: при атмосферном давлении смотрите температуру кипения; для сжатого воздуха смотрите на точку росы — чем выше давление, тем выше точка росы и тем легче выходит вода.

Что на самом деле происходит с водяным паром при сжатии?

Чтобы понять, почему контроль температуры имеет значение, полезно проследить за сжатым воздухом на протяжении всего процесса.

Шаг 1: Прием. В компрессор всасывается окружающий воздух, содержащий определенное количество водяного пара. Воздух при температуре 20°C и относительной влажности 60% содержит примерно 10 граммов воды на кубический метр.

Шаг 2: Сжатие. Воздух сжимается винтовыми роторами, его объем резко сжимается, а давление повышается от атмосферного примерно до 0,7–0,8 МПа. При сжатии температура быстро возрастает, и в то же время многократно увеличивается плотность водяного пара в единице объема воздуха.

Шаг 3: Смешивание и разделение масла и воздуха. В винтовых компрессорах с впрыском масла сжатый воздух смешивается со смазочным маслом и поступает в резервуар маслоотделителя, где масло отделяется, а воздух продолжает двигаться дальше. На этом этапе наблюдается самая высокая температура, и это также момент, когда предотвращение конденсации водяного пара имеет наибольшее значение, поскольку, если здесь происходит конденсация, вода смешивается непосредственно со смазочным маслом.

Шаг 4: Послеохлаждение и доставка. После выхода из компрессорной части сжатый воздух проходит через доохладитель для охлаждения, затем поступает в воздушный ресивер и трубопроводы. При понижении температуры конденсируется большое количество водяного пара — именно поэтому дно воздушного ресивера необходимо ежедневно осушать.

Критической точкой является Шаг 3. Если температура компрессорной части падает ниже точки росы под давлением, водяной пар будет преждевременно конденсироваться в баке маслоотделителя и масляных трубопроводах, а жидкая вода смешивается непосредственно со смазочным маслом. В этом и есть первопричина эмульгирования масла — дело не в плохом качестве масла, а в том, что в блок попала вода.

(Диаграмма: Изменение состояния водяного пара на разных стадиях всего процесса сжатого воздуха. На компрессорной части и ступени маслоотделения температура остается выше точки росы, а водяной пар остается газообразным; на стадиях доохлаждения и воздухоресивера температура падает, водяной пар конденсируется и отводится.)

От чего именно защищает диапазон 75–85°C?

Если понять точку росы под давлением, значение 75–85°C становится ясным.

В качестве примера возьмем обычное рабочее состояние 7–8 бар (0,7–0,8 МПа): при нормальных условиях окружающей среды точка росы после сжатия примерно равна 60–65°С .

Это означает:

• Температура компрессорной части ≥70°С — выше точки росы под давлением водяной пар остается внутри агрегата в газообразном состоянии и не конденсируется.
• Температура компрессорной части <65°C — вблизи точки росы или ниже нее водяной пар начинает конденсироваться в баке маслоотделителя и маслопроводах, а жидкая вода смешивается со смазочным маслом.
• Температура компрессорной части постоянно <60°С — образуется большое количество конденсата, масло быстро эмульгируется, смазка компрессорной части выходит из строя.

Промышленность устанавливает нормальную рабочую температуру на уровне 75–85°C, главным образом, для того, чтобы оставить Запас безопасности на 10–20°C выше точки росы под давлением. . Этот запас поглощает колебания температуры окружающей среды, изменения нагрузки и изменения влажности на входе, гарантируя, что температура компрессорного блока не упадет ниже точки росы даже при изменении условий эксплуатации.

Эталонные значения при различных давлениях:

Примечание. Вышеуказанные значения являются эмпирическими справочными значениями для стандартной температуры на входе (20°C) и типичных условий влажности; Фактическая точка росы зависит от условий машинного помещения, температуры на входе, влажности и модели устройства.

Три распространённых недоразумения, прояснённых сразу

Недоразумение первое: чем выше температура, тем лучше: чем выше температура, тем суше воздух. Более высокая температура сохраняет водяной пар только в газовой форме; не уменьшает количество водяного пара в воздухе. Более того, как только температура превышает 95°C, смазочное масло быстро окисляется и карбонизируется, уплотнения стареют, и риск износа подшипников резко возрастает. Высокая температура – ​​это не метод удаления влаги, а сигнал неисправности.

Недоразумение 2: Пока температура компрессорной головки нормальная, в сжатом воздухе нет воды. Нормальная температура компрессорной части гарантирует отсутствие конденсации внутри агрегата. После выхода из компрессорной части сжатый воздух охлаждается примерно до 40°C через доохладитель, а большое количество водяного пара конденсируется в воздушном ресивере и трубопроводах. Поэтому необходимо регулярно опорожнять воздушный ресивер и устанавливать после него сушильное оборудование.

Недоразумение 3: Чуть более низкая температура зимой не имеет значения — следить нужно только за летней жарой. Совсем наоборот. Зимой из-за низких температур окружающей среды компрессорная часть может работать при температуре ниже 70°C в течение длительного времени, что фактически повышает вероятность образования конденсата и эмульгирования масла. Зимой у многих агрегатов возникают проблемы не из-за высокой температуры, а из-за того, что температура не может стать достаточно высокой. При эксплуатации в зимнее время обращайте еще больше внимания на то, остается ли температура компрессорной части стабильно выше 75°C.

Схема технического обслуживания: на что следует обращать внимание при проверке температуры?

Теперь нет необходимости запоминать сложные формулы для проверки температуры компрессорной части — просто выполните следующие четыре шага:

Шаг 1: Проверьте, находится ли он в пределах нормы. 75–85°С – норма; температура ниже 70°C или выше 90°C требует внимания.

Шаг 2: Проверьте температурный тренд. Стабилен ли он на одном значении или постоянно ползет вверх? Устойчивый подъем обычно означает засорение радиатора или неисправность термостатического клапана; Постоянно низкие показания обычно означают, что термостатический клапан застрял в открытом положении или масло полностью обходит компрессорную головку.

Шаг 3: Проверьте корреляцию с нагрузкой. Повышение температуры под нагрузкой и падение под нагрузкой – это нормально. Если после разгрузки температура повышается, а не падает, или не повышается после загрузки, в термостатической системе возникла проблема.

Шаг 4: Проверьте состояние масла. Регулярно проверяйте смотровое стекло масла на предмет потемнения, эмульгирования или пенообразования. Эмульгирование масла является прямым свидетельством проникновения воды внутрь, что указывает на низкую температуру компрессорной части в течение длительного времени или на неисправность термостатического клапана.

Помните один основной принцип: температура не тем лучше, чем она выше, и не безопаснее, чем она ниже — цель — оставаться стабильной в безопасном диапазоне выше точки росы .

Применения разделения воздуха: почему жидкая вода представляет смертельный риск?

Для заказчиков воздухоразделительного оборудования контроль температуры компрессорной части компрессора — это не только защита самого компрессора — это напрямую связано с безопасностью последующей системы разделения воздуха.

Основой воздухоразделительной установки являются молекулярный ситовый адсорбер и дистилляционная колонна. Прежде чем сжатый воздух попадет в установку разделения воздуха, он должен пройти тщательное предварительное охлаждение и очистку для удаления воды и углекислого газа до чрезвычайно низкого уровня.

Если температура компрессорной части компрессора падает и внутри агрегата выпадает жидкая вода, эта вода перемещается вниз по потоку вместе со сжатым воздухом:

• Загрязнение молекулярного сита: Жидкая вода, попадающая в адсорбер, непосредственно смачивает молекулярное сито, резко снижая его адсорбционную способность, а в тяжелых случаях приводя к распылению и выходу сита из строя.
• Возрастающая нагрузка на систему предварительного охлаждения: Большие объемы жидкой воды, попадающие в градирню охлаждающей камеры, превышают расчетную мощность системы предварительного охлаждения, в результате чего температура и содержание влаги на выходе выходят за пределы допустимых значений.
• Угроза безопасности ректификационной колонны: Влага, попадающая в холодильную камеру, может замерзнуть внутри теплообменников и дистилляционной колонны, блокируя проходы и в тяжелых случаях вызывая остановку установки или даже повреждение холодильной камеры.

Таким образом, для заказчиков разделения воздуха поддержание стабильной температуры компрессорной части компрессора на уровне 75–85°C не является обсуждаемым рабочим параметром — это первая линия обороны, защищающая всю расположенную ниже по потоку установку разделения воздуха. .

(Диаграмма: В системе разделения воздуха основные точки риска попадания жидкой воды сосредоточены на выходе компрессора и входе молекулярного сита. Как только жидкая вода попадает в адсорбер, она напрямую приводит к выходу из строя молекулярного сита, что ставит под угрозу работу всей установки разделения воздуха.)

Возвращаясь к исходному вопросу: при какой температуре компрессорная часть «испаряет» влагу?

Ответ: компрессорному блоку вообще не нужно «испарять» влагу — ему нужно только поддерживать температуру выше точки росы под давлением, чтобы водяной пар не конденсировался внутри блока. Для стандартного агрегата на 7–8 бар эта температура составляет 75–85°C.

Действительное удаление влаги из сжатого воздуха зависит от расположенных ниже по потоку рефрижераторных осушителей, осушителей-поглотителей и дренажа воздухоприемника. Высокая температура компрессорной части не может этого добиться, и от нее не следует ожидать этого.

Для обслуживающего персонала понимание механизма определения «какой температуры» имеет большее значение, чем само число: взаимосвязь между температурой и точкой росы, корреляция между нагрузкой и температурой, а также связь между состоянием масла и температурой. . Поняв эти три уровня, можно быстро диагностировать как высоко-, так и низкотемпературные неисправности.

Для заказчиков разделения воздуха стабильная температура компрессорной части компрессора является первым уровнем гарантии стабильной работы всей последующей установки.