Любой, кто имеет дело с пневмооборудованием, рано или поздно сталкивается с проблемой влаги в сжатом воздухе. Конденсат, попадающий в трубы, способствует возникновению коррозии, смесь влаги и масла из сжатого воздуха превращается в эмульсию, которая накапливает в себе абразивные включения и приводит к быстрому износу и выходу из строя пневматических исполнительных механизмов и клапанов. Рефрижераторные осушители работают до определённого предела — получить точку росы (далее ТР) ниже +3°C они не в состоянии и подходят только для эксплуатации там, где трубопроводы сжатого воздуха находятся в теплых помещениях, и не выходят за пределы производственного здания на улицу. В случае, если трубопроводы проходят по улице и стенка трубы может охлаждаться до температуры ниже температуры ТР +3°C, что способствует появлению капельной влаги в сжатом воздухе, применяются адсорбционные осушители. В них влага извлекается за счёт пористых материалов — силикагеля, активированного оксида алюминия или цеолитов. Достигаемая температура ТР в таких осушителях обычно бывает стандартной: -20°C; -40°C; -70°C. Температура точки росы -40°C обеспечиваемая адсорбционным осушителем гарантирует, что капельная влага в сжатом воздухе появится только при охлаждение этого воздуха до температуры ниже -40°C. Такой воздух считается сухим и достигнутой температуры ТР достаточно для основных применений сжатого воздуха на территории РФ, кроме регионов, где температура воздуха зимой опускается ниже -40°C.
Все промышленные адсорбционные осушители делятся на следующие группы по способу восстановления адсорбента:
Осушители с холодной регенерацией
Самые простые и дешевые адсорбционные осушители. Схема их работы простая. Есть две колонны, заполненные адсорбентом. Пока одна осушает сжатый воздух, вторая восстанавливается (регенерируется). Регенерация происходит уже осушенным сжатым воздухом из первой колонны (осушенный сжатый воздух очень гигроскопичен). Для регенерации отбирается около 20 % уже осушенного воздуха, он расширяется до атмосферного давления и продувает насыпку. Отработанный воздух с извлеченной из адсорбента влагой, выбрасывается наружу.
Достоинства такого типа осушителей:
- Минимальное потребление электроэнергии, она требуется только на работу контроллера и переключение клапанов;
- Низкая стоимость, благодаря простоте конструкции;
- Конструкция надёжна — ломаться практически нечему, так как исполнительных механизмов минимум;
- Можно использовать для взрывоопасных производств — существуют модели без электрических компонентов.
Недостатки адсорбционных осушителей с холодной регенерацией:
- Высокий расход сжатого воздуха на продувку. При больших потоках это превращается в заметную статью затрат.
- Точка росы обычно не ниже -40 °C. Для ответственных применений этого бывает мало.
Такой тип осушителей можно выбрать, если бюджет закупки очень ограничен, а воздух требуется срочно осушить. При этом необходимо учитывать: высокие потери сжатого воздуха на регенерацию приведут к тому, что экономия средств на этапе закупки осушителя, через несколько лет его эксплуатации, превратится в ежегодные затраты и осушитель дешевый на этапе закупки, станет дорогим при постоянной эксплуатации. Для примера сделаем рассчет:
Требуется осушить сжатый воздух от компрессора мощностью 100 кВт. Возьмем потери такого типа осушителей на регенерацию 20%. Исходя из мощности компрессора, примерно 20 кВт*ч электроэнергии, затраченной на получение сжатого воздуха, пойдет в потери. Срок эксплуатации осушителей примем – 10 лет (чаще больше). При круглосуточной работе оборудования, за десять лет это составит 87600 часов. Перемножим значения 20 кВт*ч и 86400 часов, получим потребление электроэнергии за этот период времени — 1 752 000 кВт*ч. Взяв примерную стоимость электроэнергии 4,5 рубля за кВт*ч, получим стоимость потерь на регенерацию осушителя за срок его эксплуатации — 7 884 000 рублей. Что превышает стоимость самого осушителя в несколько раз. Поэтому, такие осушители чаще применяют либо там, где есть очень дешёвая электроэнергия, либо где требуется осушить небольшой объем сжатого воздуха, либо там, где люди не умеют считать затраты, и на такие потери закрывают глаза.
Осушители с горячей регенерацией нагретым осушенным воздухом
Переходный тип осушителей, между холодной регенерацией и следующим типом по эффективности – осушителям с регенерацией воздуходувкой. На осушитель с холодной регенерацией дополнительно ставят электрический ТЭН, который нагревает регенерационный воздух, а тот в свою очередь, нагревает адсорбент в регенерируемой колонне. Нагрев до температур 180°C -220°C увеличивает эффективность регенерации, так как влага не только забирается из гранул адсорбента потоком воздуха, но и испаряется из них. Потери на регенерацию такого типа адсорбционных осушителей составляют около 8- 10 % от номинальной производительности. Схема работы, такого типа осушителей, следующая: Первая колонна в работе, вторая регенерируется осушенным воздухом из первой колонны, который нагревается, проходя через электрический ТЭН. Нагретый регенерационный воздух с влагой, удаленной из адсорбента, выбрасывается за пределы помещения. Когда колонна полностью регенерируется, она остужается потоком разжатого осушенного воздуха из первой колонны и встает в режим ожидания переключения. Когда температура точки росы, выходящего из первой колонны осушенного сжатого воздуха начинает расти, колонны переключаются – первая начинает регенерироваться, а вторая становится рабочей.
Достоинства таких осушителей:
- Расход сжатого воздуха на регенерацию меньше — осушитель экономичнее в два раза, по сравнению с холодным методом регенерации.
- Можно добиться температуры точки росы до -70 °C.
- Стоимость осушителя увеличивается, но все равно она меньше, чем на другие типы осушителей с горячей регенерацией.
Недостатки такого типа осушителей:
- Добавляются клапаны и ТЭН, что усложняет конструкцию осушителя.
- Потери сжатого воздуха всё равно достаточно велики и при большой производительности таких осушителей, со временем их применение становится не выгодно, по сравнению с осушителями других типов горячей регенерации.
Исходя из нашего примера расчета выше, затраты на потери сжатого воздуха, такого осушителя, за его примерный срок эксплуатации 10 лет, составят в два раза меньше, чем в осушителях с холодной регенерацией — 876 000 кВт*ч, но к ним требуется добавить затраты на нагрев сжатого воздуха ТЭНом. Среднее потребление электроэнергии на осушитель такой производительности составит 6 кВт*ч (мощность ТЭНа – 9 кВт, но работает он не постоянно, при достижении необходимой температуры в регенерируемой колонне он отключается), соответственно, за 10 лет ТЭН потребит электроэнергии — 525 600 кВт*ч, вместе затраты на потери сжатого воздуха и на ТЭН составят 1 401 600 кВт*ч, умножив на цену за кВт*ч = 4,5 руб., получим итого 6 307 200 рублей за десять лет. Разница в затратах с осушителем холодной регенерации составит — 1 576 800 рублей. Что компенсирует более высокую цену за осушитель такого типа, и даже немного позволяет сэкономить средства, при расчетах затрат за жизненный цикл осушителя. Вывод: всегда лучше использовать такой осушитель вместо осушителя с холодной регенерацией, не взирая на более низкую стоимость последнего.
Осушители с горячей регенерацией воздуходувкой.
В осушителях такого типа, для регенерации используется не поток разжатого осушенного воздуха, а горячий воздух, нагнетаемый в колонны воздуходувкой, через ТЭН. Сжатый воздух используется только на последнем этапе, после окончания нагрева адсорбента в регенерированной колонне, для ее охлаждения. Поэтому, потери сжатого воздуха в таком осушителе минимальны – 1,5 – 2% от его номинальной производительности. Для более эффективной работы такого типа осушителей, используется управление по датчику точки росы. Это означает, что при меньшем потреблении сжатого воздуха, колонны переключаются с рабочей на регенерированную, только при начале роста температуры точки росы сжатого воздуха на выходе из осушителя. Рабочая колонна может осушать сжатый воздух вплоть до 24 часов непрерывно, затем переключится автоматически, даже если точка росы не выросла, для защиты адсорбента от разрушения. Экономия в таком варианте работы достигается за счет менее частого включения воздуходувки и ТЭНа.
Достоинства таких осушителей:
- Минимальные потери сжатого воздуха.
- При больших потоках сжатого воздуха – это самая эффективная схема его осушки.
Недостатки таких осушителей:
- Более высокая начальная стоимость, из-за появления комплектной воздуходувки.
- Более сложная системы переключения потоков на осушителе с большим количеством клапанов.
- Большие габариты и масса.
Попробуем рассчитать затраты на эксплуатацию такого типа осушителей, для компрессора мощностью 100 кВт. За десять лет потери сжатого воздуха на регенерацию составят 87600 часов * 2 кВт*час = 175 200 кВт*ч. Затраты на работу воздуходувки и ТЭНа (в среднем 9,2 кВт*ч) за 10 лет составят 9,2 * 87600 = 805 920 кВт*ч. прибавив 175200 и умножив на стоимость 4,5 руб., за кВт*ч электроэнергии, получим 4 415 040 руб. Разница с эксплуатацией осушителей с холодной регенерацией составит — 3 468 960 руб. за десять лет, что полностью компенсирует разницу в начальной стоимости этих типов осушителей и обеспечивает экономию при долгосрочной эксплуатации.
Осушители с регенерацией горячим воздухом после сжатия компрессора.
Достаточно экзотичный вид адсорбционных осушителей, наиболее часто использующихся при работе совместно с центробежными компрессорами. В таком случае, убирается концевой охладитель компрессора и горячий сжатый воздух, после сжатия в последней ступени компрессора, поступает в такой осушитель. Этот горячий, сжатый воздух, нагревает и регенерирует адсорбент, а после нагрева адсорбента, он через теплообменник воздух/вода, установленный на самом осушителе, уже охлажденный, поступает в рабочую колонну для осушения. Иногда применяется ТЭН, но только для кратковременного догревания сжатого воздуха, если его температуры не хватает для полноценной регенерации адсорбента. Если не требуется достижения низких значений ТР, то это самый энергоэффективный тип осушителей – потери сжатого воздуха минимальны, всего 1,5-2% для охлаждения колонны после регенерации. Без догревания горячего сжатого воздуха ТЭНом, и соответственно, без дополнительных затрат на электроэнергию, такой осушитель обеспечивает плавающую ТР в районе -20°C. Работа с ТЭНом позволяет получить ТР от -40°C и ниже, до -70°C.
Плюсы:
- Самое энергоэффективное решение.
- Минимальные потери сжатого воздуха.
- Если ТР -20 С достаточно, то не требуются ТЭН и затрат на электроэнергию практически нет.
Минусы:
- Необходима вода для теплообменника.
- Подходят только безмасляные компрессоры, при такой высокой температуре, пары компрессорного масла закоксовывают адсорбент, что приведет к быстрому выходу его из строя.
- Осушители заметно дороже всех остальных типов, из-за теплообменника, толстостенных корпусов колонн и сложных систем переключения клапанами.
За десять лет, потери сжатого воздуха на регенерацию составят, как и в осушителях с регенерацией воздуходувкой — 175 200 кВт. Умножив на примерную стоимость 4,5 рубля, за 1 кВт*ч, получим затраты за десять лет 788 400 рублей – на потери сжатого воздуха при регенерации. Рассчитать затраты на работу ТЭНа практически нереально, так как его включение зависит только от температуры сжатого воздуха и, например, летом он может вообще ни разу не включиться, температура сжатого воздуха будет всегда достаточно высокой, а зимой будет подключаться изредка, только в сильные морозы.
Наша компания всегда готова помочь вам, при выборе метода осушки сжатого воздуха и сделать расчеты, по применению осушителя именно на вашем предприятии.
