空氣壓縮機在粉末塗裝中運用

都知道空氣壓縮機的運用很廣,這裡就不一一的列出來了,今天這篇文章主要講述的是空氣壓縮機在粉末塗裝中運用,希望能夠對你的認識有一定的幫助。

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空氣壓縮機在粉末塗裝行業中的作用概述:

壓縮空氣是粉末塗裝系統的主要動力源,它幾乎應用於粉末塗裝系統的各個環節,如粉末流化、輸送和調理;粉末噴霧圖形的控制;過濾袋的清洗;火焰檢測頭的清洗;氣封;保持旋轉篩的清潔和自由轉動。壓縮空氣所提供的能源是採用一定的方式讓壓縮空氣膨脹至常壓狀態而產生的。在粉末塗裝過程中,壓縮空氣膨脹所釋放的能量可以提升和流化粉末、將粉末從料斗中抽吸出來並通過軟管輸送至噴槍。通過控制壓力的釋放可以得到適當的粉末流速,調整噴塗工件所需要的噴霧圖形。

隨著塗裝設備、傳感器、特種粉末塗料複雜性的提高,連續提供清潔、乾燥、無油的壓縮空氣就顯得尤為重要,如果工廠的壓縮空氣系統設計合理、設備日常維護良好,就能大大減少因壓縮空氣汙染產生的廢品,以及因壓縮空氣供應問題導致的塗裝線停車。本文將討論高效壓縮空氣系統的目的、組件、選擇和維護。

壓縮空氣系統的目的:壓縮空氣系統的目的在於為粉末塗裝系統提供穩定、無汙染的高壓空氣。由於粉末塗裝系統在塗裝工藝中採用壓縮空氣來調理和輸送粉末、操作控制、以及其它機械操作,因此需要清潔、乾燥、無油的持續穩定壓縮空氣供應。一旦壓縮空氣系統發生故障,將造成生產線停車,塗裝質量惡化。因此,壓縮空氣系統的可靠性以及去汙染的能力是粉末塗裝系統十分重要的因素。

空氣壓縮機在粉末塗裝行業中各部分概述:

1、壓縮過程

壓縮空氣所提供的能量來自於受控的壓力釋放過程,通過將低壓空氣體積壓縮,使空氣壓力增加,從而蓄積能量。壓縮空氣系統的氣源為大氣,將空氣吸入空壓機中,經過體積壓縮後泵入壓縮空氣系統。空氣的體積壓縮比越大,壓力越高,例如100標準立方英尺的空氣(標準條件大氣條件下的空氣:14.7psig,680F,相對溼度36%)被壓縮至50psig,則空氣體積為25.64立方英尺,也就是說為原來體積的1/4。如果進一步壓縮至100psig,則空氣體積為12.82立方英尺,約為原始體積的1/8。要產生1立方英尺的100psig空氣需要7.8立方英尺的大氣條件的空氣。

acfm是指控氣流過壓縮空氣管線的實際體積(實際立方英尺/分鐘)。空氣流過通過壓縮空氣系統的實際量因空氣壓力不同而變化,因沒套裝置的壓力要求不同而變化。因此對於確定空氣壓縮系統消耗的空氣總量而言,每套裝置acfm的測定數據沒有實際意義。為了實現行業的標準化,所有壓縮空氣的產量或用量均用標準立方英尺/分鐘(scfm)表示。系統的scfm是指壓縮機為供給系統所需的壓縮空氣所吸入的空氣量,我們可以將各套裝置所消耗的空氣量簡單地相加,以確定系統需要的壓縮空氣總量,而不必因為裝置空氣壓力的變化而作調整。例如,有兩套裝置使用壓縮空氣,其中一套裝置的空氣壓力為50psig,另一套裝置為100psig,50psig的裝置需要25.64acfm的空氣量,而100psig的裝置需要12.82acfm空氣量,如果將空氣消耗量宜標準大氣壓條件下的空氣量表示,則兩套裝置共消耗100scfm的空氣。以標準大氣壓條件下的空氣消耗量表示避免了因各套裝置壓力的不同而需要調整,可以將各裝置的空氣消耗量簡單相加確定壓縮機的總容量。

2、壓縮空氣中的汙染物

為了實現壓縮空氣系統的用途必須除去空氣中的汙染物,這些汙染物將使粉末塗裝系統的性能惡化。壓縮空氣中的汙染物是隨壓縮機吸入空氣而帶入的,並在壓縮過程中被濃縮;或是壓縮空氣在管路中被汙染的。壓縮空氣中的汙染物包括蒸氣、液體或固體。壓縮空氣的溫度也被認為是一種汙染,原因在於空氣溫度過高過低均不能使用。上述汙染物在壓縮空氣使用前都必須除去,而不同的汙染物其去除的方法是不同的。

2.1水蒸氣

大氣中總是存在水蒸氣的,壓縮機制取壓縮空氣的起源為大氣,所以壓縮空氣系統中總是存在水蒸氣。人們常採用兩項指標來確定空氣中的水氣含量,“大氣露點”是指在1個大氣壓下空氣中的水蒸氣凝結成液體水的溫度;“壓力露點”是指在特定壓力下空氣中的水蒸氣凝結成液體水的溫度。對於一定體積的空氣而言,壓力露點總是比大氣露點高。

空氣中的水氣含量用格令/立方英尺表示。空氣進入壓縮機後經壓縮過程體積大大降低,而壓力大大提高,但所含的水氣重量保持不變。將1個大氣壓(14.7psig)下的7.8立方英尺空氣壓縮至100psig,則氣體體積只有1立方英尺,但1立方英尺壓縮空氣所含的水氣重量(格令數)與7.8立方英尺1個大氣壓的空氣相同。例如,1個大氣壓下的大氣露點為730F,每立方英尺大氣的水氣含量為8.848格令。如果將7.8立方英尺的大氣壓縮成為100psig的1立方英尺壓縮空氣,則每立方英尺壓縮空氣含有69.014格令的水氣(7.8×8.848=69.014)。這時壓縮空氣的壓力露點為1470F。因此壓縮過程並不能增加壓縮空氣的水氣量,它僅僅是簡單地使水氣增濃。

壓力增加使空氣容納水蒸氣的能力降低,但溫度升高將使空氣容納水蒸氣的能力提高。經驗告訴我們,溫度每升高200F,空氣中水蒸氣的含量將提高1倍左右。

壓縮空氣中的水氣如果一直保持蒸氣狀態,就不會造成系統問題,若要驅除壓縮空氣中的所有水蒸氣不僅十分昂貴,而且是不切實際的。決大多數粉末塗裝系統都允許壓縮空氣中有水蒸氣存在,關鍵在於限制水氣含量在允許的範圍內,以免凝結成為液體水,因為壓縮空氣中的液體水將造成很多塗裝問題。所以必須採用空氣乾燥器隨時驅除水蒸氣。去除水蒸氣一般不採用分離器、過濾器或萃取器。

2.2 液體水

液體水是壓縮空氣系統中的主要汙染物,隨著壓縮空氣溫度降低,空氣中所能容納的水氣含量降低,一旦壓縮空氣達到壓力露點,過剩的水蒸氣就會凝結成液體水。壓縮空氣的溫度越低,凝結形成的液體水就越多。由於壓縮過程影響空氣的露點,壓縮空氣在管線中運行時溫度會逐漸降低,所以壓縮空氣系統中總是有液體水存在。液體水可以水霧或液滴的形式存在於壓縮空氣中,實際上水霧就是細小的液滴,它們在壓縮空氣流中就象是霧,會進一步凝結成液滴。壓縮空氣中的液體水將引起管道腐蝕(產生固體汙染物)、潤滑劑沖刷流失、設備破壞。在寒冷的季節中,室外壓縮空氣管線中的液體水會凍結,引起管道堵塞或爆裂。液體水也會快速汙染粉末塗裝系統,導致系統平凡停車以去除被汙染的粉末,清潔被汙染的設備,更換被汙染的流化板和過濾器。因此在壓縮空氣進入任何設備之前必須排除液體水。

根據前面的討論我們知道液體水是如何在壓縮空氣中產生的,而且將大氣露點730F的空氣吸入壓縮機中壓縮成100psig的壓縮空氣時,每立方英尺該壓縮空氣含有69.014格令的水蒸氣,此時的壓力露點為1470F。壓縮機出來的空氣溫度通常為150~3250F(因壓縮熱和摩擦熱而升溫),遠遠高於壓縮空氣的壓力露點,這就是壓縮機出來的壓縮空氣在管線中傳輸時不會馬上看到凝結水的原因。但壓縮空氣在管線中傳輸時會逐漸降溫至與廠房內的室溫相同的溫度。一旦壓縮空氣的溫度降至1470F以下,水蒸氣變開始凝結成液體水,液體水的凝結量取決於壓縮空氣的溫度和通過管線的壓縮空氣量。如果本例中的壓縮空氣溫度降至1000F,則每立方英尺壓縮空氣將有49.046格令的液體水凝結出來,如果說粉末塗裝系統需要採用200scfm的壓縮空氣,意味著每分鐘將有0.022加侖的液體水產生,即每一個班次(8h)將有10.34加侖的液體水產生。

當壓縮空氣釋放壓力進行粉末塗裝操作時,壓縮空氣因體積膨脹而溫度降低,此時溫度的降低是非常明顯的,有300F之多。 如果壓力露點過高則壓縮空氣不可避免將發生水氣凝結,當這種壓縮空氣進入粉末塗裝系統時必然導致粉末結塊,工件的粉末塗覆率下降。空氣的快速膨脹還將使噴槍的噴嘴溫度降低,此時若粉房中的大氣露點較高的話,大氣中的水氣也會凝結出來,在噴嘴表面形成液態水滴,使粉末結塊,粉末的噴霧圖形變差,工件上粉率降低。因此粉末塗裝系統應當設置在空調室內,以保持恆定的溫度和大氣露點,從而避免噴嘴和其它壓縮空氣設備表面凝結水滴。

液態水是壓縮空氣在粉末塗裝系統產生的主要問題,最好的辦法是在液態水凝結出來之前將壓縮空氣中過剩的水氣排除掉。如果壓縮空氣系統中液態水問題突出,則需要採用凝結水過濾器或排水裝置加以脫出。

2.3 油蒸氣及液體油

壓縮機的所有潤滑部件都會以霧或蒸氣的形式洩漏油,一個運轉良好的往復式壓縮機所洩漏的油使壓縮空氣中的油含量達到45ppm。絕大多數旋轉螺桿壓縮機的壓縮室都會有油或合成潤滑劑滲入,當壓縮空氣從壓縮機中出來時,絕大部分(但不是全部)的油都與空氣分離。工況良好的典型螺桿壓縮機其壓縮空氣中的油含量達到80ppm,並以油霧或蒸氣形式存在。

本文所說的“油”包括由石油蒸餾得到的天然油以及合成的潤滑油。這兩種油均含有烴類,只是合成油還含有增進壓縮機潤滑作用的添加劑,以延長設備使用壽命,減少設備維修的停車次數。另外合成油可能對某些過濾器密封材料有腐蝕作用,對於壓縮機採用合成潤滑油得空壓系統來說,不受合成油影響的過濾器密封材料是特製的。

壓縮機內部的高溫將導致壓縮機油部分蒸發,產生油蒸氣。油蒸氣是空壓機系統產生討厭的氣味和味道的主要原因。

對於粉末塗裝系統而言油只要以蒸氣形式存在本身並沒有什麼問題,而且要去除空壓機系統中所有的油蒸氣是非常昂貴的,況且絕大多數粉末塗裝系統並不需要壓縮空氣完全無油。關鍵在於降低空氣中油蒸氣的濃度至凝聚成液體油的所需的最小濃度以下。與水蒸氣的情況非常類似,壓縮空氣的溫度決定了油蒸氣凝結的濃度。隨著壓縮空氣溫度降低,多餘的油蒸氣將凝結成液體油,從而使粉末塗裝系統出現問題。油蒸氣不能採用常規方法除去,一般是通過使壓縮空氣溫度降低,使其中的油蒸氣凝結成液體油,在過濾除去。如果油蒸氣影響塗裝系統,可以採用特種(非常昂貴)的油蒸氣過濾器直接從壓縮空氣中吸附油蒸氣加以去除。

液體油或油的氣溶膠在經過壓縮機時被注入壓縮空氣中,或油蒸氣經過凝露而累積增多。油不能像液態水那樣簡單地蒸發,所以液態油會給粉末塗裝系統帶來一系列汙染問題,而汙染後的裝置需要更多的時間進行清潔和設備更換。採用絮凝過濾器和自動排放器很容易從壓縮空氣系統中除去液態油。

2.4 固體物質

壓縮空氣中的固體或顆粒汙染物包括鐵鏽、管壁結垢物、塵埃、汙垢、花粉和乾燥劑材料等,鐵鏽和管壁結垢物大多來自於壓縮空氣管路,因液態水侵蝕管道而產生。隨著時間的推移,管壁的鏽蝕物和結垢變得疏鬆,並被壓縮空氣帶走。汙垢、塵埃和花粉則是隨環境大氣被壓縮機抽入的。在壓縮機的進風口前端需要設置過濾器以防止這些固體汙染物進入系統內部。但有時過濾器規格可能與系統不匹配,或被拆除。可再生的空氣乾燥器中乾燥劑顆粒相互摩擦變成微細的粉塵是乾燥劑粉塵的來源。所有這些固體汙染物都可能堵塞細小的孔、空氣管路、設備和閥門,也造成粉末塗裝工件的汙染。在未固化的粉末塗裝工件表面固體汙染物是看不見的,塗膜一旦固化則變得十分明顯。由於塗裝要求的不同,壓縮空氣中的固體汙染物甚至造成大量的次品和返工。必須採用固體物過濾器除去系統中的顆粒汙染物。

2.5熱

壓縮空氣系統的熱主要來自於壓縮機,空氣在壓縮時相當一部分能量轉變成為熱能,被稱之為“壓縮熱”。除此之外,壓縮空氣在壓縮機中的摩擦也會產生熱。往復式壓縮機的空氣溫度一般為3250F左右,而旋轉式壓縮機的空氣溫度在1500F左右。通常以壓縮空氣進口溫度為1000F來確定空氣乾燥器的大小。倘若空氣乾燥器進口溫度過高則乾燥器功能就不足,或者需要購置更大的空氣乾燥器,因此壓縮空氣在進入乾燥器和粉末塗裝系統之前需要降溫至1000F以下,採用後冷卻器使壓縮空氣降溫至合適的範圍是最好的方法。

3 壓縮空氣系統的組成

為了使壓縮空氣系統提供清潔、乾燥、無油的壓縮空氣,其結構設計和尺寸必須適當,系統中的各種結構部件也必須排布適0當。絕大多數塗裝廠都採用單套壓縮空氣系統,這是非常經濟的方法,它向所有需要壓縮空氣的設備提供壓縮空氣。某些結構部件(如空氣乾燥器)只是在工廠的特殊設備和特殊區域需要,因此對於需要清潔、乾燥空氣的設備(如粉末塗裝系統)最好配備小型空氣乾燥器,而為整個工廠和塗裝車間最好配備大型空氣乾燥器。由於在壓縮空氣管道內部可能產生汙染,所以在空氣進入粉末塗裝系統之前最好經過過濾處理。

3.1壓縮機

空壓機是壓縮空氣系統中最主要的設備。空壓機吸入一定體積和壓力的空氣,並將其壓縮為體積更小壓力更高的空氣後輸出。空壓機的規格用scfm表示,或以為壓縮空器系統提供所需壓力的空氣而每分鐘吸入空氣的體積來表示。兩種主要的空壓機類型為往復式(活塞式)和旋轉式(螺桿式)。

往復式壓縮機採用活塞將一定體積的常壓大氣壓縮成為體積小壓力高的空氣,當壓縮空氣系統的壓力達到設定的上限值時空壓機停止工作。隨著壓縮空氣的不斷消耗,壓縮空氣系統的壓力下降,一旦系統壓力降至設定的下限值空壓機重新開始工作,直至系統壓力升高至上限值為止再次停止工作。往復式壓縮機工作時會產生大量的熱,因此在工作循環之間需要設定冷卻過程。壓縮機的設計能力應足夠大,以保證供應足量的壓縮空氣並有機會停機冷卻。往復式空壓機非常適合壓縮空氣系統,因為在絕大多數情況下它都不會滿負荷工作。

旋轉式壓縮機採用了一組螺桿,將一定體積的空氣壓縮成為體積更小壓力更高的空氣,直至系統達到所需要的壓力。旋轉式空壓機為連續式工作,空壓機頻繁的停機和開機將使軸承受損。在對空壓機要求不高的情況下,一般採用調製式控制,即通過控制壓縮機吸入空氣的量來保證系統所需要的空氣壓力。調製式控制模式中壓縮機的動力消耗因壓縮量的不同而變化。旋轉式壓縮機最適用於接近壓縮機滿負荷工況下運行的壓縮空氣系統。

3.2後冷卻器

壓縮空氣系統中最重要的設備也許就是後冷卻器。後冷卻器通常都安裝在壓縮機的出口處,而不是緩衝器或乾燥器的入口處,將壓縮機排出的熱壓縮空氣冷卻至適宜的溫度(一般≤1000F)。空氣冷卻過程將有大量的水(油)蒸氣凝結出來,經過分離器使之分離出來。後冷卻器出來的壓縮空氣在其出口溫度下應該是水蒸氣飽和的,且氣流溫度應該是壓縮空氣的壓力凝露點。

後冷卻器的工作原理在於利用了冷卻介質(如水或空氣)與後冷卻器出口處壓縮空氣的溫度差異。例如,水冷式後冷卻器的進口水溫200F,出口溫度600F,壓縮空氣經過後冷卻器後溫度下降至80~200F。

繼續用前面的例子來說明後冷卻器是如何工作的。壓縮機出來的壓縮空氣溫度為150~3250F,壓力凝露點為14700F,每立方英尺壓縮空氣含有69.014格令水。倘若採用上述後冷卻器,後冷卻器出來的壓縮空氣溫度降至800F,併為水蒸氣飽和,壓力凝露點為800F左右,則壓縮空氣離開後冷卻器後將有57.954格令/立方英尺的水冷凝出來。就粉末塗裝系統而言,如果採用200scfm的壓縮空氣,意味著每分鐘將有0.025加侖的水冷凝出來,即一班8h將有12.22加侖的水需要排放。

儘管後冷卻器將水蒸氣冷凝成液體使溫度降低,但因以下兩個原因從後冷卻器出來的氣流仍然可以看見液態水。原因之一是將液態水從壓縮空氣中分離出來所用的機械式分離器並不能的分離出液態水,後冷卻器用的典型分離器的效率在90%左右,也就說10%的冷凝水經過分離器後會進入空氣乾燥器。分離器的效率與設計壓力和流量有關。原因之二是經過後冷卻器處理後的壓縮空氣還可能繼續降溫,由於離開後冷卻器的壓縮空氣是水蒸氣飽和的,因此溫度降低必然會使更多的水蒸氣冷凝成液態水。同樣後冷卻器出來的壓縮空氣溫度也可能略有升高,殘留在氣流中的冷凝水會再次蒸發,使壓縮空氣的壓力凝露點升高,這就是後冷卻器不可能替代壓縮空氣乾燥器的原因。

為了及時將壓縮空氣中分離出來的液態水排放掉,後冷卻分離器良好的]維護保養和可靠的排水是十分重要的。如果排水不暢,分離器中將累積大量液態水,並流進空氣管線,使可再生的空氣乾燥器中乾燥劑被汙染。

絕大多數空氣乾燥器供應商都將設備的進口溫度設定在1000F,因此後冷卻器需要將壓縮空氣溫度降至1000F以下,當然配備有大型緩衝器的系統除外,它可以使熱壓縮空氣在進入空氣乾燥器之前溫度降低。後冷卻器降低壓縮空氣的溫度降使空氣乾燥器的效率提高,僅採用小型乾燥器就能滿足要求。無論塗裝廠採用什麼類型的壓縮機和空氣乾燥器,後冷卻器都是必要的投資,它可明顯提高空氣乾燥器的效率。

3.3緩衝器

緩衝器是一種大型的壓力容器,用於貯存一定量的壓縮空氣。緩衝器的主要目的在於防止壓縮空氣系統的壓力發生波動、防止壓縮空氣進一步降溫,避免壓縮機工作過度。倘若系統採用緩衝器,壓縮機的工作則以緩衝器充滿為止。如果壓縮空氣系統的載荷較低,壓縮機工作可以充滿整個緩衝器,而系統載荷較高時,單獨使用壓縮機就難以滿足系統壓力要求,此時緩衝器是必須的。另外緩衝器可以減緩壓縮機與空氣系統的壓力波動,為空氣乾燥器和其他設備提供更為穩定的壓力和空氣流量。緩衝器延長了壓縮空氣冷卻以及蒸氣冷凝的時間,緩衝器的自動排水功能避免了液態水沉積在容器底部的可能。

3.4空氣乾燥器

3.4.1壓縮空氣乾燥器的工作原理

壓縮空氣乾燥器的目的在於降低壓縮空氣中水蒸氣含量,以避免壓縮空氣管線中發生液態水冷凝。乾燥器中壓縮空氣的水蒸氣含量用壓力凝露點表示,即在特定壓力的空氣管線系統內壓縮空氣不發生凝結的最低溫度。因此設計的空氣乾燥器應當保證壓縮空氣系統不發生冷凝所需要的壓力凝露點,如果空氣乾燥器的出口凝露點以大氣凝露點衡量時,則乾燥器不會降低壓縮空氣中的水蒸氣含量,以防止空氣管線中的水蒸氣冷凝。因此當確定乾燥器的凝露點時,應當將其轉換成壓力凝露點。

壓縮空氣乾燥器的工作原理是,將壓縮空氣的溫度降低至剛好在水的凝露點上,讓水(油)蒸氣凝露,並將其從壓縮空氣中分離出來;或是採用乾燥劑直接吸附壓縮空氣中的水(油)蒸氣。降低壓縮空氣中水蒸氣含量的這兩種方法也有助於降低壓縮空氣中的油含量。然而,由於壓縮空氣乾燥器的主要目的僅僅是降低氣流中的水蒸氣含量,因此乾燥器的除油能力很難確定。很少有乾燥器供應商能夠明確自己產品的除油能力,這有賴於油蒸氣過濾器執行該任務。

兩種類型的乾燥器(冷凍式和再生式)均適用於粉末塗裝系統,儘管還有其他類型的乾燥器,但由於使用效率和能力均不如上述兩種乾燥器,所以一般不採用。

3.4.2冷凍式空氣乾燥器

冷凍式空氣乾燥器通過降低壓縮空氣的溫度至接近水的凝固點,使多餘的水蒸氣凝結成液體水,從而與氣流分離。典型的冷凍式空氣乾燥器配備有預冷卻器/再加熱器,這種預冷卻器/再加熱器是一種空氣-空氣熱交換器,利用已經通過空氣乾燥器的冷壓縮空氣使進入空氣乾燥器的熱壓縮空氣降溫,然後再讓壓縮空氣通過空氣-製冷劑熱交換器,經過與製冷劑的熱交換使壓縮空氣的溫度降至350F左右。多餘的水蒸氣凝結成液態水,並隨壓縮空氣流進入水-空氣分離器或冷凝過濾器,將液態水從壓縮空氣中分離出來。冷空氣隨後再進入預冷卻器/再加熱器的冷卻端,並被加熱至700F。未被水-空氣分離器或冷凝過濾器分離的液態水隨著壓縮空氣在離開乾燥器之前被加熱而重新蒸發成為氣體。

絕大多數冷凍式空氣乾燥器都需要配備顆粒預過濾器,以去除空氣中的微粒和乾燥器中大量的液態水。去除微粒和液態汙染物是非常重要的,原因在於這些物質將會堵塞空氣-空氣熱交換器(用於冷卻流進的壓縮空氣和加熱流出的壓縮空氣)。另外,乾燥器配備的冷凝過濾器有助於從壓縮空氣中去除殘留的油或水氣溶膠。

現在許多冷凍式乾燥器都配備有熱氣流旁通閥或所需要的控制電路。熱氣流旁通閥通過將熱冷凍劑與冷的冷凍劑混合,使空氣-冷凍劑熱交換器中的冷凍劑溫度保持恆定。配備有熱氣流旁通閥的冷凍式乾燥器其冷凍劑壓縮機不會頻繁地開啟和停機。控制電路通過加載或卸載冷凍劑壓縮機而使空氣-冷凍劑熱交換器中的壓縮空氣溫度保持恆定。上述兩種裝置都可以將乾燥器中一定流量的壓縮空氣冷卻至恆定的溫度,避免過冷而導致過多的冷凝液體產生。

壓縮空氣離開冷凍式空氣乾燥器時的壓力凝露點與換熱器的效率、分離器或凝結過濾器的效率、以及適度的排水操作有關。冷凍式空氣乾燥器的設計應當符合特殊的壓縮空氣流量、壓力、溫度條件的需要。水-空氣分離器或凝結過濾器的設計必須滿足壓縮空氣流量和壓力條件的要求。倘若進入乾燥器的壓縮空氣流量和壓力超出設計範圍,分離效果將下降,液態水就會通過分離器使乾燥器出來的壓縮空氣壓力凝露點升高。通常情況下,氣流量高於設計值時分離器效果的降低將遠遠大於低氣流狀況時的效率降低。倘若進入乾燥器的壓縮空氣溫度高於1000F,此時空氣中所含的水蒸氣可能比干燥器所能分離的水量大很多,結果從乾燥器出來的壓縮空氣達不到所要求的壓力凝露點。在更佳的設計流量、入口壓力和溫度下冷凍式乾燥器出來的壓縮空氣的壓力凝露點在380F左右。

目前正在進行的含氯氟碳化合物爭論將影響冷凍式乾燥器今後的應用,多年來氟利昂一直是最主要的工業用冷凍劑。氟利昂數十年的應用說明了它的可靠性和效用,技術人員和冷凍專家使用它相對較安全。為了減少氟利昂對大氣臭氧層的破壞,未來所有冷凍設備都將禁止使用氟里昂,目前仍在使用氟里昂的設備需要特殊處理,以免氟利昂的洩漏。R-22是氟利昂R-12的臨時替代品,1995年以後使用量也逐步減少,不含氟里昂的R-134a最近幾年使用較多,但2005年後也禁止使用了。另外R-134a的冷凍效用也比氟利昂R-12低30%,在冷凍效果相同的情況下,與氟利昂冷凍劑相比,採用R-134a作冷凍劑時所用冷凍設備更大,設備成本更高。目前評價R-134a冷凍設備性能的試驗方法還不多,R-134a對密封劑和潤滑劑有不利影響,因此這種冷凍設備的使用壽命由多長尚不得而知。R-134a的毒性也沒有定論,所以必須採用有許可證的專用冷凍機械設備來處理。所有這些問題都說明今後冷凍設備的價格會提高,操作和維修成本將加大。2005年後R-134a被禁用,但尚沒有新的冷凍劑替代品開發成功,因此現有的冷凍設備必定會被淘汰,為適應新的冷凍劑,需要購買新的冷凍設備。最好的建議是不要採用冷凍式空氣乾燥器,直到有長效的冷凍劑開發成功再說。

3.4.3再生式空氣乾燥器

再生式空氣乾燥器可以降低壓縮空氣的壓力凝露點,它讓水蒸氣飽和的壓縮空氣流通過用乾燥劑珠粒填充的容器,乾燥劑可直接吸附壓縮空氣中的水蒸氣,即水蒸氣附著在乾燥劑或其他親水材料的表面。由於水蒸氣僅附著在乾燥劑表面,所以吸附的水蒸氣很容易解吸,使乾燥劑再生。吸附或浸泡有水汽的材料就像海綿,隨著水分的吸附常常伴有溶解發生,此時的乾燥劑就很難再生。再生式空氣乾燥器常用的乾燥劑為活性氧化鋁,這是一種耐磨、柔性、多孔的親水材料。有時也可選用硅膠和分子篩材料作乾燥劑(如在溫度和溼度變化較大的情況下)。乾燥劑的外形為球狀珠粒,因為球形的表面積更大,有利於水蒸氣的吸附。

乾燥劑通常填充在兩個相同的容器或“塔”內,再生式乾燥器因此得名“雙塔”。水蒸氣飽和的壓縮空氣流進入“在線”乾燥塔。當一個塔在線乾燥壓縮空氣時,另一個塔離線,用在線塔提供的乾燥潔淨空氣再生。當第一個塔吸附水蒸氣達極限後,第二個塔上線承擔空氣乾燥任務,而第一個塔離線進行乾燥劑再生。採用計時器電路按照規定的時間間隔控制在線和離線塔的開關,從而使空氣乾燥和乾燥劑再生可連續進行。

通常兩個乾燥塔垂直排布,壓縮空氣入口在乾燥塔底部,頂部為出口,這可以藉助重力的作用使液態水和油滴落到乾燥塔的底部,而不與乾燥劑接觸。潔淨的空氣從乾燥塔頂部流向底部,與在線壓縮空氣的流向正相反,從而保證乾燥塔出口處的乾燥劑總是最乾的。

只要再生式乾燥器的設計得當,可以使壓縮空氣的壓力凝露點達到+50~-1000F,絕大多數再生式乾燥器都可以達到-400F的壓力凝露點,這對絕大多數粉末塗裝系統而言是過於乾燥了。

再生式乾燥器相對比較簡單,基本無故障。對大多數再生式乾燥器而言,最複雜的部件就是閥和計時電路。乾燥器中需要特別小心的是乾燥劑,再生式乾燥器用的乾燥劑使用壽命一般有幾年,主要取決於壓縮空氣中所含油蒸氣的多寡。再生式乾燥器中的乾燥劑在吸附水蒸氣的同時也吸附油蒸氣,隨著時間的推移,乾燥劑表面被油蒸氣和油的溶膠所堵塞,而與水蒸氣相比,油蒸氣很難清除,因此乾燥劑表面吸附的油蒸氣不可能經過再生循環而完全清除,使乾燥劑被汙染和破壞。因此,常常在再生式乾燥器的上游端配置凝結式過濾器,以去除壓縮空氣中的油蒸氣或油溶膠。油蒸氣過濾器可以安置在再生式乾燥器的前端,但後冷卻器也能減少油蒸氣的量,從而延長乾燥劑的使用壽命。若干燥劑過髒而失效,則應根據生產商的操作程序進行更換。

再生式乾燥器的主要缺點是乾燥劑再生所消耗的潔淨空氣量為乾燥器流過空氣量的10%~20%,通常為15%,這無形中增加了壓縮機的符合,需要採用功率更大的壓縮機才能滿足供氣需要。另外,潔淨空氣的消耗將使系統的運行大大增加。為了減少潔淨空氣的消耗,已經開發成功幾種新的裝置,它們均是通過感應乾燥器出口壓縮空氣的壓力凝露點來開關乾燥塔,儘管這些裝置可以明顯節省潔淨空氣的消耗成本,但設備本身的投資很大。為了進一步降低潔淨空氣的消耗,人們又開發了幾種新的“無熱”再生式乾燥器,其中兩種是加熱再生塔中的乾燥劑(加熱式再生塔)或用外設風機鼓風再生乾燥劑(鼓風式再生塔)。這兩種再生塔可大大減少對潔淨空氣的消耗,但設備本身投資較大,乾燥器結構也較複雜。

與冷凍式乾燥器一樣,再生式乾燥器也有特定的工藝參數,如進口空氣溫度、進口空氣壓力、入口空氣溼度、壓力凝露點、所需乾燥的空氣量。如果幹燥器的實際空氣流量小於設計流量,壓縮空氣離開乾燥器時的壓力凝露點通常比設計的凝露點低,原因在於壓縮空氣與乾燥劑有更多的接觸時間,可以從空氣中吸附更多的水分。反之倘若通過乾燥器的實際空氣流量大於設計流量,則乾燥器出來的壓縮空氣凝露點將升高。再生式空氣乾燥器中的乾燥劑通常是以疏鬆的狀態填充於塔內,需要根據壓縮空氣的某些參數(如通過塔體的氣流速度、與乾燥劑的接觸時間)來確定塔體尺寸和乾燥劑的用量。再生式乾燥器的容積大小應當不會使設計流量下乾燥劑發生流化,導致乾燥劑珠粒相互摩擦破碎成為乾燥劑粉塵。乾燥劑粉塵微粒會隨氣流汙染粉末塗料或噴槍。另外,乾燥劑磨碎將導致使用壽命縮短,因此需要在乾燥器的下游端設置顆粒過濾器,以收集從乾燥劑創層逸散的破碎粉塵。藉助柱塞式壓縮空氣向乾燥劑床層加壓,使床層壓實,從而避免乾燥劑流化和產生粉塵,並且工藝操作所需要的壓縮空氣量能夠順利通過乾燥劑床層。乾燥器的工況決定了壓力凝露點,而非用其調節流量。

每個粉末塗裝系統都有自身需要的乾燥工藝要求,它決定了乾燥器的選型,鑑於冷凍式乾燥器的CFC爭議,未來再生式乾燥器會應用更多。

3.5過濾

為了去除壓縮空氣中的微粒、液體或水、油溶膠等,對壓縮空氣進行過濾處理是非常必要的。另增設一道過濾處理以除去油蒸氣是需要的,這取決於壓縮空氣的處理量以及空氣中的油蒸氣含量。過濾器分為機械式分離器、微粒分離器、油蒸氣分離器等類型。

機械式分離器是採用機械方式從空氣中分離冷凝物、液態水的裝置,主要用於壓縮空氣中含有大量水的場合,如後冷卻器出來的空氣或冷凍式空氣乾燥器的溫度最低點。最常用的兩種分離器為離心式分離器和截流式分離器。離心式分離器配備有一組扇葉,當壓縮空氣經過分離器時使其發生旋轉,將空氣中的液滴拋向容器壁,並聚集流向容器底部而排除。截流式分離器中設置有很多氣流的急轉彎,由於液滴比空氣重,氣流在急轉彎處與容器壁撞擊,使液滴聚集而流向容器底部排除。機械式分離器一般不需要維護,也不需要更換。由於分離出的大量液體和微粒都被排除,因此分離器一般不會被堵塞。

微粒分離器是捕獲壓縮空氣中固體汙染物的裝置。空氣中的固體汙染物包括鏽、垢、塵埃、花粉和其它碎片,它們可能是在壓縮空氣系統中產生的,也有可能是通過壓縮機而從外界吸入系統內的。這些汙染物可被纖維織物介質所捕獲,最後堵塞過濾介質,使通過織物介質的壓降增加。微粒過濾器應當包含差動壓力錶(或壓力顯示器),藉以說明何時應該更換過濾介質,當過濾器使用壽命到了也應當更換。過濾器的更換應當嚴格按照程序操作。微粒過濾器還應當配備排水裝置,以便定期排放液體。當微粒過濾器用作凝結物預過濾時,其過濾效果不必很高,但單獨用作再生式乾燥器下游的微粒過濾時,則需要較高的分離效果。

凝結物過濾器是利用織物網絡捕獲空氣中的細小微粒和微溶膠。微溶膠粒子可以凝結成更大的液滴,並逐漸長大,直至流向織物過濾介質底部而被排除。凝結物過濾器應當配備過濾介質,捕獲的固體粒子將堵塞過濾介質,使壓降增大,此時便需要更換過濾介質。凝結物過濾器還需要配備壓力計,藉以指示何時需要更換過濾材料。另外,凝結物過濾器也應當嚴格按照設定程序,在使用壽命到了的時候加以更換。最好在凝結物過濾器的上游端設置微粒過濾器,以捕獲較大的塵埃或碎片,延長凝結物過濾器的使用壽命。典型的凝結物過濾器應當具有較高的過濾效率,大於0.03μm的水滴或油滴均被去除,從而使處理過的壓縮空氣適用於粉末塗裝系統。由於凝結物過濾器也會捕獲固體微粒,對於0.3μm以上的微粒去除率可達99.9%。

如果油蒸氣或其它烴類物質對系統造成問題,或工藝過程中無法處理油蒸氣,則可在空氣管線上安裝油蒸氣過濾器。在油蒸氣容易凝結的噴嘴或急彎處,油蒸氣問題十分突出。通常電子裝置上都配備有油蒸氣過濾器,以防止精密的電子器件被油蒸氣汙染。典型的油蒸氣過濾器所採用的吸附介質為活性炭,它可以將壓縮空氣中的油蒸氣分子截獲在其表面。活性炭一般裝填在透明的容器中,當其吸附油蒸氣後顏色發生變化。油蒸氣過濾器是壓縮空氣系統中的末級過濾裝置,應當與微粒過濾器、凝結物過濾器配用,原因在於油蒸氣過濾器的過濾介質不能處理液態油或水,也不設排放口。如果再生式空氣乾燥器會被油蒸氣汙染,則可在其上游設置油蒸氣過濾器,以延長乾燥劑的使用壽命。

3.6排放

過濾器和分離器可以捕獲空氣中的液體或固體,因此應當配備排放閥門。排放閥可以將收集的液體和固體微粒排放掉,防止液體流向下游端,汙染下游端的壓縮空氣系統。人工操作排放閥時,要求工人定期打開排放閥,使汙物流出過濾器。這種排放方式的缺點在於忘了開啟閥門,或打開閥門後而忘記關上,造成大量壓縮空氣的浪費。只有在系統中需要除去的液體量不大(如再生式乾燥器下游端的微粒過濾器)的情況下才採用人工排放,通常情況下均採用自動排放方式,可以實現連續式操作,日常維護工作很少。需要處理的液體量較大的過濾器和分離器都採用自動排放方式,如壓縮空氣的一級過濾裝置、凝結物過濾器和分離器。一種簡單的自動裝置是以浮動的方式開啟和關閉疏水閥。帶有電子計時器的自動疏水閥可以按照規定的時間間隔自動開啟和關閉閥門,讓維修人員瞭解何時開啟閥門和開啟的時間長短。帶電子計時器的排水閥可能很貴,但值得投資。倘若排水閥按要求定期開啟,空氣的消耗可以更大限度地降低。


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