Usuwanie wilgoci z układów sprężonego powietrza to podstawowy warunek prawidłowo zaprojektowanego systemu wytwarzania i dystrybucji tego medium. Nadmierna ilość skroplonej pary wodnej może bowiem pogorszyć jakość produktu, zwiększyć koszty konserwacji oraz skrócić okres trwałości urządzenia korzystającego ze sprężonego powietrza.
Szacuje się, że typowa sprężarka o wydajności 50 dm3/s (100 scfm) w ciągu roku wprowadza do sprężonego powietrza ok. 500 l wody. Konieczne jest więc usuwanie wilgoci do wartości odpowiedniego ciśnieniowego punktu rosy. Przyjmuje się, że w suchym powietrzu poziom wilgotności wynosi 21% przy temperaturze 27°C i ciśnieniu 0,7 MPa.
Do osuszania sprężonego powietrza stosuje się osuszacze chłodnicze, adsorpcyjne i membranowe. Rozwiązania te różnią się budową i zasadą działania, a odpowiednie dobiera się w zależności od preferencji użytkownika i warunków pracy instalacji, z uwzględnieniem ciśnienia roboczego, temperatury sprężonego powietrza oraz zakładanej klasy powietrza (zgodnie z normą ISO 8573-1).
Osuszacze chłodnicze
Osuszacze chłodnicze (ziębnicze, kondensacyjne) wytrącają wilgoć poprzez schładzanie powietrza. Rozwiązania tego typu najczęściej stosuje się w aplikacjach pracujących w pomieszczeniach o temperaturze powyżej 12°C. Osuszacze chłodnicze bazują na dwóch stopniach chłodzenia, z których pierwszy jest wstępnym chłodzeniem powietrza realizowanym przez wymiennik powietrze-powietrze z temperatury wynoszącej ok. 40°C do temperatury 20°C. Kolejnym etapem jest dalsze schłodzenie do temperatury punktu rosy, co realizuje parownik obiegu chłodniczego. Oprócz tego następuje oddzielenie kondensatu wodno-olejowego za pomocą filtra siatkowego. Powietrze w postaci czynnika chłodzącego przepływa do wymiennika powietrze-powietrze.
Należy podkreślić, że osuszacz chłodniczy, osiągając przepływ na poziomie 0,17 m3/s przy ciśnieniu 0,7 MPa, jest w stanie odseparować ok. 2,5 kg kondensatu olejowo-wodnego. Punkt rosy może być regulowany w zakresie od 3 do 10°C.
Z oferty rynkowej można wymienić osuszacz chłodniczy typu OP 180 firmy Airpol. Osiąga on przepływ powietrza na poziomie 4200 m3/h przy mocy 10 i 20 kW. Urządzenie podłącza się do instalacji za pomocą przyłącza DN125.
Innym przykładem są osuszacze ziębnicze sprężonego powietrza Drypoint RA, oferowane przez firmę Beko Technologies. Jako istotną cechę tego urządzenia producent wymienia minimalny spadek ciśnienia również przy dużym obciążeniu. Wydajność osuszaczy wynosi 208,800 m3/h. Firma ma w ofercie także osuszacze do zastosowań specjalnych. Chodzi tutaj o urządzenia z temperaturą wlotową do 100°C, osuszacze o ciśnieniu do 50 barów, osuszacze chłodzone wodą z płytowo-rurowym wymiennikiem ciepła, ziębnicze osuszacze sprężonego powietrza chłodzone wodą oraz urządzenia z zabezpieczeniem antykorozyjnym.
Osuszacze ziębnicze Buran CQ 0020 AB – CQ 0850 AB, oferowane przez firmę Pneumat System, bazują na aluminiowym wymienniku ciepła i mogą przenosić duże obciążenia do punktu rosy wynoszącego ok. 20°C. Urządzenie ma zawór elektromagnetyczny sterowany czasowo, a także kompaktową obudowę, co szczególnie sprawdzi się w miejscach o ograniczonej przestrzeni. Opcjonalnie można uwzględnić wyjście przekaźnika np. do sygnalizowania alarmu oraz dren kondensatu sterowany elektronicznie.
Analizując dostępną ofertę rynkową, warto również zwrócić uwagę na osuszacze chłodnicze Ingersoll Rand D2250 (Next Generation Refrigerated Dryer). Urządzenia te mają wbudowaną technologię Smart Drain (inteligentnego odprowadzenia kondensatu) firmy Ingersoll Rand. Odpływ kondensatu monitorowany jest przez algorytmy, które są programowane w zaawansowanym sterowniku osuszacza, w celu zapewnienia prawidłowego i ciągłego działania. Urządzenia mają trzy tryby osuszania o wysokiej sprawności przy cyklicznej pracy sprężarki oraz trzy standardowe tryby osuszania przy ciągłej pracy sprężarki. Dostępne są w wersjach o wydajności: 1500 m3/h, 1800 m3/h i 2250 m3/h. Ponadto nowa generacja osuszaczy ma unowocześnioną konstrukcję z nowym rozmieszczeniem podzespołów, co ułatwia serwisowanie. Wszystkie części podlegające konserwacji zapobiegawczej zlokalizowane są po jednej stronie osuszacza z łatwymi do wyjęcia panelami na zawiasach, dzięki czemu technicy mają do nich łatwy dostęp. Gniazda wejściowe i wyjściowe są umieszczone z tyłu każdego osuszacza, w celu szybkiego i łatwego instalowania urządzenia w systemach sprężonego powietrza.
Osuszacze adsorpcyjne
Instalacje z większym ciśnieniem i przepływem właściwym wyposaża się w osuszacze adsorpcyjne. Powietrze przepływa przez zbiornik z adsorbentem w postaci nanofiltra lub żelu aluminiowego, pozwalając w ten sposób na wytrącanie się wilgoci. Substancję absorbującą poddaje się regeneracji przez przepuszczenie przez zbiornik osuszonego powietrza, który odebraną wilgoć odprowadza na zewnątrz. W omawianym systemie ważny jest układ sterujący rozdzielający powietrze do dwóch zbiorników przy zapewnieniu wyjściowych parametrów na stałym poziomie. Regeneracja powoduje utratę ok. 15% powietrza.
Firma Atlas Copco oferuje osuszacze adsorpcyjne wyposażone w dmuchawę do regeneracji o wydajności 3601600 l/s. Wykorzystuje się przy tym mieszankę powietrza, która pochodzi z zewnętrznej dmuchawy z systemu ogrzewania przy niewielkiej ilości sprężonego powietrza. Odpowiedni model dobierany jest z uwzględnieniem wydajności instalacji.
Eksploatując osuszacz adsorpcyjny, trzeba zadbać o ochronę wnętrza urządzenia przed przedostaniem się oleju. Wynika to ze stopniowego zmniejszania się zdolności działania granulek adsorbentu pokrytych filmem olejowym. Konieczny jest więc odpowiedni filtr zamontowany na wlocie powietrza. Adsorbent musi być wymieniany co kilka lat.
Osuszacze adsorpcyjne WVM Parker Zander, regenerowane na gorąco metodą próżniową, wyróżniają się zerową stratą sprężonego powietrza. Ich cechy to: dwuskładnikowy adsorbent o wysokiej efektywności, aktywne grzanie w podciśnieniu oraz intensywne chłodzenie – zapewniają one bardzo stabilny punkt rosy przy najniższych kosztach energetycznych. Urządzenia te wyposażone są w system sterowania zwrotnego od punktu rosy, co pozwala zminimalizować koszty eksploatacji proporcjonalnie do zmniejszonego obciążenia urządzenia. Osuszacze o wydajności od 420 do 14 500 m3/godz. wykonywane są w dwóch wersjach: o maks. ciśnieniu roboczym 10 lub 16 barów. Możliwe jest wyposażenie ich w dodatkowe opcje: wykorzystanie pary, gorącej wody lub gorącego oleju zamiast grzałki elektrycznej.
Osuszacze adsorpcyjne znajdują się również w ofercie firmy Compair. Urządzenia wykorzystują adsorpcję pary wodnej w efekcie przepływu przez podłoże materiału osuszającego w dwóch komorach. Do wyboru są urządzenia z regeneracją bez ogrzewania i z ogrzewaniem. Wersja nieogrzewana przy regeneracji środka osuszającego wykorzystuje część osuszonego powietrza. W rozwiązaniu z ogrzewaniem zastosowanie znajduje tarcza ogrzewana elektrycznie, zmniejszająca zapotrzebowanie na powietrze do regeneracji.
Osuszacze membranowe
W konstrukcji osuszaczy membranowych wykorzystuje się membranę w postaci włókna polimerowego. Przez membranę przechodzą cząsteczki osuszanego powietrza. Za dokładne oczyszczanie powietrza odpowiadają filtry wlotowe. Osuszacze membranowe nie wymagają ruchomych elementów oraz zewnętrznego źródła zasilania, dlatego bardzo często stosuje się je jako urządzenia mobilne.
Przykładem rynkowym są osuszacze membranowe KSI ECOTROC oferowane przez firmę Comfilter. Stanowią one alternatywę dla osuszaczy chłodniczych i adsorpcyjnych w przypadku instalacji z małym zapotrzebowaniem na sprężone powietrze.
Z kolei firma Kaeser oferuje osuszacze membranowe, w których przewidziano rozmieszczenie typu „helix”. W efekcie dzięki specjalnej strukturze włókien powleczonych od środka zapewniona jest większa powierzchnia czynna przy równomiernym rozdziale powietrza. Gwarantuje to dużą wydajność przy stosunkowo niewielkich wymiarach osuszacza. Dysza powietrza płuczącego dozuje je w zależności od bieżącego zapotrzebowania. Regeneracja wymaga rzeczywiście niezbędnej ilości powietrza.
Podsumowanie
Na etapie projektowania procesów technologicznych i instalacji sprężonego powietrza należy pamiętać o optymalizacji kosztów. W tym celu należy uwzględnić parametry sprężonego powietrza, wydajność chłodnic końcowych, moc odbiorników i wydajność filtrów. Ilość suchego powietrza powinna być wytwarzana zgodnie z zapotrzebowaniem, przy uwzględnieniu jego możliwie najmniejszej ilości i odpowiedniego marginesu przewidzianego dla rozprężania.
Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Tekst pochodzi z nr 3/2017 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
