Wytwarzanie sprężonego powietrza o wysokiej jakości

Metody osuszania sprężonego powietrza

Powietrze atmosferyczne zawiera parę wodną. Podczas procesu jego sprężania, wzrasta wiele kluczowych parametrów, takich jak temperatura powietrza, ilość pary wodnej na jednostkę objętości, czyli ciśnieniowy punkt rosy. Ten ostatni, mierzony jest w stopniach Celsjusza. Wskazuje on najniższą temperaturę, w której woda nie będzie się wykraplać ze sprężonego powietrza. Innymi słowy, kondensacja następuje tylko wtedy, jeśli powietrze zostanie schłodzone poniżej ciśnieniowego punktu rosy. Im niższy ciśnieniowy punkt rosy, tym bardziej suche jest sprężone powietrze.

Jeśli sprężone powietrze nie zostanie osuszone po procesie sprężania, wilgoć w nim zawarta może się skraplać. Dzieje się tak, gdy sprężone powietrze zostanie schłodzone. Może się tak zdarzyć zimą w niezaizolowanym rurociągu przechodzącym między halami produkcyjnymi. Wilgoć gromadząca się w rurociągach lub urządzeniach zasilanych sprężonym powietrzem może doprowadzić do ich uszkodzenia. A nawet mieć wpływ na jakość wytwarzanych produktów. Dlatego ważne jest, aby z należytą starannością dobrać odpowiedni stopień osuszania sprężonego powietrza do danego procesu. Ostatecznie to właśnie stopień osuszenia sprężonego powietrza decyduje o metodzie, a zatem i o kosztach osuszania.

Osuszanie chłodnicze jest na ogół najbardziej efektywną i ekonomiczną metodą dla większości zastosowań. Zapewnia ono ciśnieniowy punkt rosy o wartości do +3°C.

Ze względu na charakter procesu technologicznego czasami wymagany jest niższy ciśnieniowy punkt rosy. Można wtedy zastosować osuszacze sorpcyjne lub osuszacze kombinowane. Jednak tego typu osuszanie wiąże się z wyższymi kosztami. Wynikają one z konieczności zastosowania dodatkowych materiałów i zwiększonego zużycia energii.

W osuszaczach sorpcyjnych sprężone powietrze przechodzi proces uzdatniania za pomocą środków osuszających. Może to być żel krzemionkowy lub aktywowane aluminium. Podczas fazy osuszania para wodna zawarta w sprężonym powietrzu wiąże się z substancjami osuszającymi. Gdy pojemność adsorpcyjna osuszacza zostanie wykorzystana, musi on sam zostać zregenerowany, czyli "osuszony". Taka regeneracja złoża następuje w zależności od budowy osuszacza w sposób ciągły lub okresowy. Odstępy te są zależne od tego, jaki ciśnieniowy punkt rosy chcemy uzyskać. To właśnie proces regeneracji generuje największe koszty eksploatacyjne, ponieważ wymaga dodatkowej energii.

Pod względem technicznym procesy regeneracji można podzielić na komorowe i bębnowe. W regeneracji komorowej środek osuszający występuje w postaci granulatu. Znajduje się on w dwóch oddzielnych zbiornikach ciśnieniowych. Regeneracja środka osuszającego odbywa się w sposób okresowy. Osuszacz może wykorzystywać zimne sprężone powietrze, które zostało już osuszone lub grzałkę i dodatkową dmuchawę.

Osuszacze z regeneracją ciągłą zostały specjalnie zaprojektowane do danej sprężarki bezolejowej. W ich przypadku gorące sprężone powietrze do regeneracji dostarczane jest bezpośrednio z drugiego stopnia sprężarki. Niektóre zastosowania i warunki środowiskowe stawiają szczególnie wysokie wymagania dotyczące jakości i produkcji sprężonego powietrza. Idealnym rozwiązaniem jest wówczas osuszacz rotacyjny o pełnym strumieniu w połączeniu z pracującą bezolejową sprężarką śrubową. Takie rozwiązanie zapewnia wyjątkową jakość sprężonego powietrza i maksymalną wydajność. I to nawet w najtrudniejszych warunkach.

Osuszacze wykorzystujące ciepło sprężania (HOC)

Jednym z rodzajów osuszaczy są urządzenia typu "heat of compression" (HOC). Wykorzystują one do regeneracji ciepło sprężarki. Są one dostosowane do konkretnej sprężarki i mają bardzo kompaktową budowę. Środek osuszający znajduje się w bębnie, przez który sprężone powietrze przepływa w kierunku osiowym. Regeneracja środka osuszającego i osuszanie sprężonego powietrza odbywają się w sposób ciągły, w jednym zbiorniku ciśnieniowym. Sektory osuszania i regeneracji są jednak oddzielone, zarówno pod względem strukturalnym, jak i pod względem technologicznym. W sektorze osuszania panuje niewielkie nadciśnienie. Gwarantuje ono, że po osuszeniu sprężone powietrze nie będzie wchłaniać ponownie wilgoci z powietrza. Tego typu osuszacze są wbudowane w śrubowe sprężarki bezolejowe. Posiadają one dwa stopnie sprężania i wytwarzają znacznie wyższe temperatury podczas procesu sprężania powietrza.

Zasada działania osuszaczy bębnowych

Zasada działania osuszaczy bębnowych

1. Wlot osuszacza rotacyjnego - 100% gorącego sprężonego powietrza z drugiego stopnia sprężania

2. Bęben osuszacza z żelem krzemionkowym

3. Wylot powietrza regeneracyjnego

4. Wymiennik ciepła chłodzi powietrze regeneracyjne

5. Separator kondensatu

6. Wentylator promieniowy — wyrównuje straty ciśnienia w procesie suszenia

7. Wlot sektora suszącego

8. Wylot osuszacza rotacyjnego

9. Silnik bębna

10. Opcjonalny ciśnieniowy czujnik punktu rosy

Powyżej przestawiono schemat osuszacza i.HOC (Integrated Heat of Compression). Wykorzystuje on do regeneracji 100% dostępnego gorącego sprężonego powietrza z drugiego stopnia sprężania. Regenerację środka osuszającego przedstawiają na schemacie punkty 1, 2 i 3. Zalety takiej regeneracji przy pełnym przepływie są oczywiste. Zwłaszcza przy podwyższonej temperaturze i przy częściowym obciążeniu. W procesie regeneracji złoża osuszacza i.HOC wykorzystujemy tylko ciepło z procesu sprężania. Zatem nie potrzebujemy dodatkowej energii z zewnątrz jak w przypadku osuszaczy komorowych. Sterowanie osuszacza zapewnia stabilność punktu rosy nawet przy zmiennych poborach sprężonego powietrza. Prędkość obrotowa bębna (2) jest automatycznie dostosowywana do aktualnej pracy sprężarki. Celem jest jak najefektywniejsza regeneracja środka osuszającego. Jest to klucz do zapewnienia stałego niskiego ciśnieniowego punktu rosy. Wydajność osuszacza zależy również od różnicy ciśnień. Straty ciśnienia w konwencjonalnych osuszaczach są kompensowane przez odpowiedni, kosztowny wzrost ciśnienia w sprężarce. W osuszaczach rotacyjnych i.HOC firmy KAESER KOMPRESSOREN jest inaczej. W dolnej części osuszacza umieszczony jest wydajny wentylator promieniowy (6). Wyrównuje on straty ciśnienia procesu suszenia (7, 8) w zależności od potrzeb. Gwarantuje tym samym niskie ciśnieniowe punkty rosy z minimalnymi wahaniami. Ponadto ciśnienie na wylocie osuszacza (8) jest wyższe niż na wlocie.

Osuszanie sprężonego powietrza bez zużycia energii

W zintegrowanych osuszaczach rotacyjnych regeneracja środka osuszającego odbywa się w sposób ciągły. Do tego celu wykorzystane jest ciepło zawarte w gorącym sprężonym powietrzu. Po ostatnim etapie sprężania powstaje gorące sprężone powietrze. Jest ono w tym rozwiązaniu kierowane bezpośrednio do sektora regeneracji zintegrowanego osuszacza obrotowego. Ciepło powstające w wyniku sprężania powietrza jest wykorzystywane do regeneracji środka osuszającego. W rezultacie do osuszania nie potrzebujemy żadnej dodatkowej energii, co zmniejsza koszty eksploatacji. Przekłada się to na sprawność układu i wyjątkową niezawodność osuszania. Ta doskonała współpraca sprężarki i osuszacza pozwala także uniknąć dodatkowych kosztów energii. Co bardzo ważne, redukcja kosztów energii ma miejsce również przy zmiennych poborach sprężonego powietrza.

Niezawodny ciśnieniowy punkt rosy

Osuszacz rotacyjny i.HOC w sprężarce

Osuszacz rotacyjny i.HOC gwarantuje niezawodne i stabilne utrzymywanie niskiego ciśnieniowego punktu rosy. Osiągany jest ciśnieniowy punkt rosy -20 oraz -30°C. W szczególnych warunkach możliwe jest uzyskanie do -40°C. W osuszaczach rotacyjnych ciśnieniowy punkt rosy zależy od temperatury sprężonego powietrza na wlocie do sektora osuszania. Nie bez znaczenia jest też dostępny potencjał regeneracji. Zależy on od masowego przepływu powietrza regenerującego i ciśnienia. Osuszacz rotacyjny i.HOC wykorzystuje do regeneracji cały strumień gorącego sprężonego powietrza po drugim stopniu sprężania. Z tego powodu jest on określany jako osuszacz rotacyjny "pełnego strumienia".

Na rynku dostępne są również inne osuszacze rotacyjne o częściowym strumieniu. Wykorzystują one do regeneracji środka osuszającego tylko część gorącego sprężonego powietrza. W związku z tym, przy zachowaniu jednakowych warunków, mają one niższy potencjał usuwania wilgoci z osuszacza. Wyższy potencjał regeneracji w osuszaczach pełnostrumieniowych jest szczególnie korzystny w trzech przypadkach. Po pierwsze przy wysokich temperaturach w chłodnicy powietrza regeneracyjnego. Po drugie w przypadku niskiego stopnia sprężania w sprężarce. I po trzecie w przypadku pracy przy częściowym obciążeniu.

Drugim ważnym czynnikiem wpływającym na ciśnieniowy punkt rosy jest temperatura na wlocie do sektora suszenia. Ogólna zasada mówi, że im niższa jest temperatura wlotowa, tym lepsza jest wydajność osuszania.

Inteligentne zarządzanie regeneracją osuszaczy

Powietrze atmosferyczne często jest wykorzystywane jako czynnik chłodniczy. W takim przypadku osiągany ciśnieniowy punkt rosy zmienia się wraz z temperaturą otoczenia. Efekt ten jest szczególnie wyraźny w przypadku sprężarek chłodzonych powietrzem z wbudowanym osuszaczem rotacyjnym. Przykładowo w miesiącach letnich temperatury w obszarze wlotowym osiągają chwilowo wartość szczytową około 40°C. W takim wypadku może być konieczne czasowe zwiększenie potencjału regeneracyjnego osuszacza rotacyjnego. Wszystko po to, aby uniknąć przekroczenia wymaganego ciśnieniowego punktu rosy -20°C.

W osuszaczu rotacyjnym i.HOC temperatura wylotowa za drugim stopniem może być regulowana. Odbywa się to poprzez obejście chłodnicy pierwszego stopnia sprężania. Temperatura powietrza regeneracyjnego jest wysoka w celu zapewnienia i utrzymania docelowego ciśnieniowego punktu rosy. Dzięki temu wzrasta potencjał regeneracji. Z energetycznego punktu widzenia ekonomiczne jest wykorzystanie bypassu do zwiększenia temperatury powietrza regeneracyjnego. Zwłaszcza że dostępna na rynku konwencjonalna technologia elektrycznego podgrzewania powietrza regeneracyjnego zużywa znacznie więcej energii. Zarządzanie ciśnieniowym punktem rosy może być również korzystne w przypadku sprężarek o niskim ciśnieniu tłoczenia (< 5 bar). W takim przypadku temperatura tłoczenia oraz potencjał regeneracji jest ograniczony ze względu na charakter procesu sprężania. Rozwiązaniem jest inteligentne zarządzanie punktem rosy. Można je łatwo wprowadzić, gdy sprężarka i osuszacz mają wspólny sterownik. Jest on w stanie doskonale zharmonizować pracę obu komponentów.

Odzysk ciepła przy użyciu osuszaczy rotacyjnych

Na tym zalety zintegrowanych osuszaczy obrotowych się nie kończą. Oprócz osuszania sprężonego powietrza mogą one również służyć do odzyskiwania ciepła. W przypadku sprężarek chłodzonych wodą ciepło może być wykorzystane do podgrzewania wody technologicznej CWU. Inne dobre zastosowanie to ogrzewanie sąsiednich pomieszczeń. Pozwala to na znaczne oszczędności energii. Ciepło odbierane jest z chłodnicy I i II stopnia, a także dodatkowych elementów sprężarki. Takie rozwiązanie umożliwia odzysk do 96% energii dostarczonej do sprężarki. Bezolejowe sprężarki śrubowe z wbudowanym osuszaczem rotacyjnym cechuje stosunkowo zwarta konstrukcja. Zajmują dzięki niej znacznie mniej miejsca niż dwa oddzielne urządzenia. Koszty instalacji i konserwacji są również odpowiednio niższe.

Wnioski

Sprężarki śrubowe bezolejowe z wbudowanym osuszaczem rotacyjnym są w stanie sprostać nawet najbardziej rygorystycznym normom jakości. Cechują je wysokie parametry czystości sprężonego powietrza i stałości ciśnieniowego punktu rosy. Ponadto tego typu urządzenia zajmują stosunkowo niewielką przestrzeń montażową. Dodatkowo zapewniają możliwość odzysku ciepła. Gwarantuje to efektywne dostarczanie sprężonego powietrza, a także obniżenie kosztów energii elektrycznej.

Powrót do KAESER Blog