氣水分離效果對冷干機(jī)露點(diǎn)的影響： 壓縮空氣干燥器是用來處理壓縮空氣中水分的后處理設(shè)備，已作為空氣壓縮機(jī)的配套設(shè)備被大量應(yīng)用。隨 著工業(yè)化社會(huì)的不斷進(jìn)展，各種精密儀器應(yīng)運(yùn)而生，各行業(yè)對壓縮空氣含濕量的要求越來越高，各樣干燥 機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。冷凍式干燥機(jī)(以下簡稱冷干機(jī))是目前世界上使用較多的干燥機(jī)之一。冷干機(jī)主要由制 冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、熱交換器、氣水分離器等部件組成。 除去壓縮空氣中的水分是壓縮空氣凈化處理的首要任務(wù)。氣水分離器是冷干機(jī)的關(guān)鍵部件之一。濕熱壓縮 空氣被熱交換器和蒸發(fā)器冷卻后，有大量的凝結(jié)液析出，這就需要用高效手段把壓縮空氣和凝結(jié)液分離， 實(shí)現(xiàn)干燥壓縮空氣的目的，因此把蒸發(fā)器內(nèi)壓縮空氣溫度稱為“表觀露點(diǎn)td”(空氣在含濕度d不變的情況 下冷卻，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度)[1]，經(jīng)過氣水分離器處理后的壓縮空氣才具有真正的露點(diǎn)。如果汽水 分離器分離效果較差的話，表觀露點(diǎn)和實(shí)際露點(diǎn)會(huì)相差10℃以上，甚至超過20℃。 本文主要分析氣水分離器的不同分離效率對冷凍式壓縮空氣干燥器露點(diǎn)的影響，糾正以前許多生產(chǎn)企業(yè)和 用戶對冷干機(jī)露點(diǎn)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)(即冷干機(jī)出口處壓縮空氣溫度越低，壓力露點(diǎn)就越低)，從而引導(dǎo)冷干機(jī) 生產(chǎn)企業(yè)和用戶更加關(guān)注冷干機(jī)的氣水分離問題。

  1.1 冷干機(jī)工作原理

  冷干機(jī)工作原理和普通制冷空調(diào)工作原理十分相似，主要由壓縮空氣系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩部分組成(如圖1 所示)。藍(lán)域?yàn)閴嚎s空氣系統(tǒng)，綠域?yàn)橹评湎到y(tǒng)。冷干機(jī)根據(jù)冷凍換熱除濕原理，利用全封閉壓 縮式制冷系統(tǒng)，對經(jīng)空壓機(jī)排出的壓縮氣體冷卻降溫，使其中所含的大量飽和水蒸氣、油霧凝結(jié)液滴，經(jīng) 過汽水分離后由自動(dòng)排水器排出，較高溫度的飽和壓縮氣體進(jìn)入冷干機(jī)的熱交換器，在熱交換器中與來自 蒸發(fā)器的干冷氣體進(jìn)行熱交換，降低溫度后進(jìn)入制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，與冷媒汽進(jìn)行第二次熱交換，使本身 溫度降到接近于冷媒的蒸發(fā)溫度。在兩次降溫過程中，壓縮氣體中的水蒸汽得以凝結(jié)成液態(tài)水滴并隨氣流 進(jìn)入氣水分離器，分離下來的液態(tài)水經(jīng)排水器排出機(jī)外，溫度較低的干燥壓縮氣體進(jìn)入熱交換器，與剛進(jìn) 入的濕飽和氣體進(jìn)行熱交換，使本身溫度得到提高，從而在冷干機(jī)排氣口得到含水量較低(即露點(diǎn)較 低)、相對濕度也很低的干燥壓縮氣體，如果氣水分離效果可以接近100%時(shí)，冷干機(jī)的壓力露點(diǎn)可達(dá)到 2℃左右。

  1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

  根據(jù)不同的氣水分離法，壓縮空氣中采用的氣水分離器類型主要有：擋板式分離器、過濾式分離器、旋風(fēng) 分離器等。 冷干機(jī)中凝結(jié)水的生成和氣水分離過程，是從壓縮空氣進(jìn)入冷干機(jī)就開始的。在熱交換器和蒸發(fā)器中設(shè)置 了折流擋板后，這種氣水分離過程就變得更加強(qiáng)烈。凝結(jié)水滴在與擋板碰撞后由于運(yùn)動(dòng)變向，慣性重力等. 綜合作用發(fā)生集聚、長大，在本身重力作用下實(shí)現(xiàn)氣水分離。盡管在壓縮空氣流徑中設(shè)置一定數(shù)量的 擋板確實(shí)能將大部分凝結(jié)水滴與氣體分離，但那些粒徑更細(xì)小的水滴，特別是在一塊折流擋板后生成 的凝結(jié)水仍有可能進(jìn)入排氣通道。如果不加阻擋，這部分凝結(jié)水在熱交換器里遇熱蒸發(fā)為水蒸氣，使壓縮 空氣的露點(diǎn)升高，為了使壓縮空氣露點(diǎn)接近于冷媒的蒸發(fā)溫度，就必須設(shè)計(jì)一種分離效果非常好的氣水分 離器。 目前，國內(nèi)冷干機(jī)上使用較多的是旋風(fēng)式分離器。旋風(fēng)式氣水分離器是一種慣性分離器，較多地用于氣固 分離。壓縮空氣沿筒壁切線方向進(jìn)入分離器后，在里面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，混在氣體中的水滴也跟著一起旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生離心力，質(zhì)量大的水滴產(chǎn)生的離心力大，在離心力作用下，大水滴向外壁移動(dòng)，碰到外壁后再集聚長大 并與氣體分離;而粒徑較小的水滴卻在氣體壓力作用下向呈負(fù)壓狀態(tài)的中心軸線遷移。旋風(fēng)分離器的分離 效果并不是很好。而過濾式分離器由于分離時(shí)進(jìn)出口壓力降過大，目前很少有企業(yè)采用。 國外企業(yè)生產(chǎn)的冷干機(jī)在功耗和處理氣量相同的情況下，壓力露點(diǎn)比國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的冷干機(jī)低5℃左右， 有的甚至低十幾攝氏度。據(jù)分析主要是兩者在氣水分離效果方面存在差距，如解決了氣水分離問題，就能 解決冷干機(jī)露點(diǎn)高的問題。

  1.3 當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀

  自2007年實(shí)施冷干機(jī)生產(chǎn)許可證制度以來，截止2011年底，取得生產(chǎn)許可證的企業(yè)已達(dá)到100多家，但 測試的樣機(jī)露點(diǎn)普遍較高。2010年測試的40臺(tái)樣機(jī)，測試時(shí)每臺(tái)樣機(jī)的蒸發(fā)壓力都控制在0.42MPa(表 壓)左右，此時(shí)從蒸發(fā)器出來的壓縮空氣出口溫度能達(dá)到1℃左右;測試數(shù)據(jù)顯示壓力露點(diǎn)達(dá)到3℃以下 的只有4臺(tái)，且這4臺(tái)樣機(jī)均為外資企業(yè)生產(chǎn);3～10℃的32臺(tái)，15℃以上的4臺(tái)，20℃以上的2臺(tái)。以 上數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的冷干機(jī)壓力露點(diǎn)普遍較高。露點(diǎn)在15℃以上的4臺(tái)樣機(jī)，在其它配置不 變的條件下，光改變氣水分離器的設(shè)計(jì)之后，壓力露點(diǎn)均降到7℃以下，甚至有一臺(tái)樣機(jī)由原來的20.8℃ 降到6.5℃。由以上數(shù)據(jù)不難看出，解決好汽水分離效率的問題，就能解決好露點(diǎn)高的問題。

  2 分離效率對露點(diǎn)的影響

  壓縮空氣含濕量d(每1kg干空氣所攜帶的水蒸氣質(zhì)量)按公式(1)計(jì)算：d=0.622φps/(p-φps)(1) [1] 式中：φ為相對濕度;ps為濕空氣溫度下水蒸氣的飽和壓力，p為壓縮空氣壓力。 溫度范圍為0～200℃濕空氣溫度下水蒸氣的飽和壓力按公式(2)計(jì)算。 In(ps) =C8/T+C9+C10×T+C11×T2+C12× T3+C13×InT(2)[2] 式中：C8=-5.8002206×103，C9=1.3914993， C10=-4.8640239×10-2，C11=4.1764768×10-5， C12=-1.4452093×10-8，C13=6.5459673，ps單位為 Pa，T為溫度。 按JB/T10526-2006《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》[3]中B工況，即：壓縮空氣進(jìn)口壓力露點(diǎn)為 38℃，壓力為0.7MPa(表壓)時(shí)，ps值約為6631.5Pa，d值約為5.199g;當(dāng)壓縮空氣壓力為0.7MPa (表壓)時(shí)按(1)、(2)式分別計(jì)算壓力露點(diǎn)為1～10℃時(shí)，ps和d如表1所示。

  表1中與38℃含水濕量之差說明，要將壓縮空地分離壓縮空氣中的冷凝水量是不可能的。

  表2列氣進(jìn)口壓 力露點(diǎn)從38℃降到表1中出口處的1~10℃舉了冷凝水按98%、95%和90%比例分離后露點(diǎn)變每1kg壓 縮空氣要除去的水量，但是實(shí)際上要100%化情況。

  數(shù)據(jù)可以清楚地看到，冷干機(jī)的壓力露點(diǎn)溫度要達(dá)到JB/T10526-2006標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的低于10℃的 要求，氣水分離器的分離效率必須達(dá)到95%以上。表2數(shù)據(jù)顯示，分離效率對露點(diǎn)的影響是非常大的，特別是制冷效果好時(shí)，分離效率對實(shí)際出口壓力露點(diǎn)的影響更大。以壓力露點(diǎn)td為1℃為例，當(dāng)氣水分離器 為100%和90%時(shí)，實(shí)際壓力露點(diǎn)溫度將相差9.4℃。因此要解決冷干機(jī)露點(diǎn)高的問題必須首先解決氣水 分離器的分離效率問題。

  3 熱交換器的作用

  熱交換器在冷干機(jī)里的主要作用是利用蒸發(fā)器冷卻后的壓縮空氣所攜帶的冷量并用這部分冷量來冷卻攜帶 大量水蒸氣的較高溫度的壓縮空氣，從而減輕了冷干機(jī)制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷，達(dá)到了節(jié)約能源的目的。另一 方面，低溫壓縮空氣在熱交換器里溫度得到回升，使排氣管道外壁不致因溫度過低而出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。 目前有許多冷干機(jī)用戶普遍都認(rèn)為壓縮空氣出口溫度越低冷干機(jī)的出口壓力露點(diǎn)就越低，因此很多生產(chǎn)企 業(yè)就在設(shè)計(jì)時(shí)將圖1中的熱交換器省去，這樣壓縮空氣的出口溫度將接近冷干機(jī)的出口壓力露點(diǎn)溫度，但 是這樣設(shè)計(jì)將會(huì)浪費(fèi)能源，在同樣配置的情況下，冷干機(jī)的出口壓力露點(diǎn)將會(huì)比有熱交換器時(shí)的溫 度高十幾℃。這樣不但沒有降低壓縮空氣的出口壓力露點(diǎn)溫度，反而浪費(fèi)了能源。不但如此，當(dāng)壓 縮空氣進(jìn)入用氣設(shè)備時(shí)，噴出的壓縮空氣溫度低于大氣常壓露點(diǎn)時(shí)，設(shè)備上將會(huì)凝結(jié)露水，容易導(dǎo)致設(shè)備 銹蝕損壞。因此，設(shè)計(jì)時(shí)省去熱交換器的做法是非常不合理的。

  4 結(jié)語

  通過以上分析，可清楚地看出，如果氣水分離器的分離效果差(即氣水分離器分離效率低于90%)，無 論配置的制冷壓縮機(jī)制冷量再大，壓縮空氣的出口壓力露點(diǎn)溫度都將超過10℃。本文的主要目的是提示 生產(chǎn)企業(yè)和用戶要特別關(guān)注冷干機(jī)的氣水分離問題，并非說其它部件的配置不重要。同樣，如果配置的制 冷壓縮機(jī)制冷效果差(即從蒸發(fā)器排出的壓縮空氣溫度高于10℃)，那么即使氣水分離效果達(dá)到 100%，壓縮空氣的出口壓力露點(diǎn)也將高于10℃。要解決冷干機(jī)露點(diǎn)高的問題必須同時(shí)解決冷干機(jī)所有 組件的配置問題，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡利弊，合理配置冷干機(jī)的幾大組件，不可偏廢。