空气与压缩空气

1.1 空气与压缩空气 在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随 离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在 3000公里高空仍发现有稀薄大气， 有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面 6400公里左右。地表大气平均压力为 1个 大气压，相当于每平方厘米地球表面包围 1034g空气。地球总表面积为 510100934平方 公里，所以大气总质量约为 5.2?1015吨，差不多占地球总质量的百万分之一，大气随 高度的增加而逐渐稀薄，50%的质量集中在 30km以下的范围内。高度 100km以上的空 气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。 地面的大气是多种气体的混合物，其中：氮 78%、氧 21%、氩 0.93%、二氧化碳 0.03%、氖 0.0018%，此外还有其它惰性气体、臭氧、水气和尘埃等。 由于环境污染，目前空气还含有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有毒气体。 干空气的分子量为 28.96，在 0?、760mmHg柱时的密度为 1.293g/m3。 空气经过机械压缩以后就成了压缩空气，用作生产压缩空气的设备通常称为空气压缩 机。人类很早就懂得使用压缩空气，现在压缩空气已是人类生产、生活中一种不可缺 少的动力。随着现代工业的不断发展，对压缩空气质量的要求也越来越高，而且呈多 样化。 现代产业对压缩空气的要求可分为以下几个方面： 1）压力、流量的要求：任何需要压缩空气的场合对压缩空气的压力和流量都是有要求 的。目前最普遍的压力值在 0.7MPa（g）左右。在一些特殊场合如玻璃行业，对压缩空 气的压力要求可能为 0.2-0.4 MPa（g）左右；在某些军工企业，对压缩空气压力要求可 能在几十 MPa。市场上有各种各样的空气压缩机可以来满足这些要求。 2）干燥度（即含水量或露点温度）的要求：不同的工艺对压缩空气露点温度要求也不 同，如用作仪表方面的压缩空气压力露点一般要求在-40?以下，而在半导体芯片厂对 压缩空气的压力露点可能要求在-70?，但在多数场合，对压缩空气的露点温度要求在 0?以上就已足够。压缩空气的露点要求通常由干燥机来实现。 3）清洁度的要求（相对比较复杂，包括：固体物、油雾、微生物、有害气体等）：由 压缩空气过滤器来解决。 1.2 压力、流量与温度 压力、流量与温度是压缩空气的三个基本指标。 由于地球引力的作用，地球表面的大气层对地球表面或表面物体所造成的压力称为 ?大气压?。由于地球表面的海拔高度不同，所处不同高度的空气密度不同，所以， 处在不同高度上的物体受到的大气压力的大小也不同。所谓 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气压力是指在摄氏 零度（0?）条件下，在纬度 45度的海平面上，所受到的大气压力（干燥空气），经 测量标准大气压力等于 760mmHg（汞）/cm2，即每平方厘米承受 760mmHg的压力，我 们可以换算为kgf（千克力）： 76cm?13.6gf/cm3=1033.6gf/cm2＝1.0336kgf/cm2。 一个标准大气压力相当于每平方厘米承受 1.0336kg，约 1公斤压力。 压力的法定单位是帕斯卡（Pa）：1Pa=1N/m2（牛顿/平方米）。 工程上常用的是兆帕（MPa）：1MPa=106Pa。也有人习惯用kgf/cm2（千克力/平方厘 米）作压力单位，而且f经常省略：1kgf/cm2＝0.098Mpa。 1个标准大气压力=1.00336?0.098MPa=0.10108MPa≈0.1Mpa。 国外也有用巴(bar)和psi作为压缩空气压力单位的，这些单位与 MPa的关系如下： 1bar=0.1MPa 1psi=0.006895Mpa 气体在容器内的压力，在实际应用中有两种不同的表示方法，一种是直接表示气体施 于器壁上的压力大小的实际数值，叫做绝对压力，用符号?P(a)?表示；另一种是用压 力表测量压力值时的显示值，叫做表压力，用符号?P(g)?表示。当绝对压力高于当地 大气压时，压力表所指示的数值为正值，这时： P(a) = B + P(g) （B??当地大气压力） 压缩空气的流量用 Nm3/min或用 Nm3/h来表示，通常表示空气在?空气压缩机吸气状 态?下的容积流量。国家标准 GB3853对一般容积式空气压缩机的吸气状态规定为：空 气温度t=20?，绝对压力 P=0.1MPa，相对湿度?=0％（标准状态）。空压机厂家对其 产品宣传数据中空压机的排气量是基于什么吸气状态下一般都没有表明。 为了与空压机配套，压缩空气干燥机和过滤器等后处理设备的处理能力都是以空气标 准状态下的流量来标注的，单位中的 N就是表示标准状态，不过 N常常被省略。 在国外，一些国家习惯用cfm（每分钟立方英尺）表示压缩空气的流量，cfm与m3/min 的换算关系是： 1m3/min=35.315cfm 按照某空压机制造商提供的经验数据，一台排气压力为 0.7MPa的空压机，每马力（空 压机之电动机的功率，1马力=0.75千瓦）可生产 0.1416m3的压缩空气，也就是生产 1m3、0.7MPa的压缩空气需要 5.3kw的电能。 在压缩空气系统中存在压力降，每 0.007MPa的压力降，需要损耗 0.7%的功率。 温度反映了物质分子热运动状况，温度单位有?绝对温度?、?摄氏温度?和?华氏 温度?三种。 绝对温度：以气体分子停止运动时的最低极限温度为起点的温度，以 T 表示，单位为 ?开（开尔文）?，单位符号为K。 摄氏温度：以冰的融点为起点的温度，单位为?摄氏度?，单位符号为?。 华氏温度：一些欧美的习惯用法，单位符号为 F。 这三种温度单位之间的换算关系： T（K）＝t（?）＋273.16 t（F）= 1.8t(?) ＋32 1.3 固体杂质 现在我们周围的空气中含有大量的悬浮物，我国的《环境质量空气标准》把悬浮物作 为衡量空气质量的一项重要指针。该标准把当量直径≤100μm的所有悬浮物称为?总 悬浮物?，把当量直径≤10μm的悬浮物称为?可吸入颗粒物?。 空气中的悬浮物种类多样，但可按照粒子的大小来细分。在流动的空气中悬浮物不容 易沉降，在静止的空气中能缓慢沉降。悬浮物的来源很多，如： 烟煤燃烧时排出的烟尘、汽车排出的尾气、建筑工地、工厂等等都可产生悬浮物。 人的肉眼能看见的最小的物体为 30-40?m，人的头发直径为 100?m左右，而空气中 的绝大部分悬浮物人是看不到的。对空气中的悬浮物我们在《过滤器》中还有描述。 1.4 水 1.4.1 与水有关的概念 自然界几乎没有绝对干燥的空气。在雾天，空气中的气体水凝结成了水雾，并形成了气溶胶。 由于空气中水的存在，因此压缩空气中必然也有水。 衡量空气含水量的单位有：水蒸气分压力、绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点温度等，下面我 们作一一说明： 湿空气是水蒸气与干空气的混合物，在一定体积的湿空气里水蒸气所占的份量（以重量计）通常 比干空气要少得多，但按?气体定律?它占有与干空气相同的体积，也具有相同的温度。湿空气 所具有的压力是各组成气体（即干空气与湿空气）分压力的和。湿空气中水蒸气所具有的压力， 称为水蒸气分压，记作 Pw（注），其值可反映湿空气中水蒸气含量，饱和空气中水蒸气分压力叫 饱和水蒸气分压，记作 Pws。其它表示水在压缩空气中含量的参数都是由水蒸气分压计算而得 的。 注：符号 Pw中的w指水（water），Pws中的 S 指饱和状态（saturation），下同。 表示空气干湿程度的物理量叫?湿度?。常用的湿度表示方法有?绝对湿度?、?相对湿度?和 ?含湿量?三种。 绝对湿度是指空气中的水蒸气质量与体积的比率，通常用 X表示，单位为kg/m3或g/m3。我们可 用气体状态方程计算： F1.4.1 式中：mw??水蒸气质量kg V??湿空气体积m3 Pw??水蒸气压力 Pa Rw??水蒸气气体常数 （426.05J/kg K） T??绝对温度K 绝对湿度只表明单位体积湿空气中含有多少水蒸气，不能表示湿空气的饱和程度。从式 1.4.1中可 以看出，绝对湿度就是湿空气中水蒸气的密度。 饱和空气的绝对湿度（水蒸气密度）是有极限的。在气动压力（2MPa）范围内，可认为饱和空气 中水蒸气的密度只取决于温度的高低而和空气压力大小无关，温度越高，饱和水蒸气的密度越大 （这是因为压缩空气中水蒸气分压的大小取决于温度，而绝对湿度是通过水蒸气分压计算而 得）。 相对湿度是空气的绝对湿度与相同压力、温度下的饱和绝对湿度之比值。通常用?表示，单位为 %。 F1.4.2 相对湿度?值在 0－100％之间。在一定压力和温度下：?值越小，空气越干燥，吸水能力越 强。?值越大，空气越潮湿；吸水能力越弱。我们容易得到相对湿度为 100%的空气，不可能得 到相对湿度为 0%的空气。 ?含湿量?可分为?质量含湿量?和?容积含湿量?两种。1kg干空气含有水蒸气的重量叫做 ?质量含湿量?，常用dm来表示，单位为g/kg （干空气）或kg/kg（干空气），我们可通过水蒸气 分压计算而得： kg/kg(干空气) F1.4.3 1m3干空气中所含有的水蒸气重量叫做?容积含湿量?，可用dv表示，单位为g/m3或kg/m3(干 空气)。 kg/m3（干空气） F1.4.4 从式 F1.4.3可以看出，质量含湿量dm几乎同水蒸气分压力 Pw成正比，而同空气总压力 P成反 比。dm确切反映了空气中含有的水蒸气量的多少。由于在某一地区，大气压力基本上是定值，所 以空气含湿量仅同水蒸气分压力 Pw有关。 质量含湿量常用在压缩空气干燥机的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 计算中，而容积含湿量常用在销售工作中。两者的关系 如式 1.4.4所示。按 ISO8573.1-2001的规定，压缩空气的标准状态为： 表 1-1 标准工况 空气温度 20? 空气压力 1bar绝对压力 水蒸气分压 0 *1bar=0.1MPa 因此按 F4.3计算所得的质量含湿量，再按 F4.4乘上标准状态下的空气密度：1.205kg/m3即得压缩 空气的容积含湿量，单位为：kg/m3（标准工况）。 第 3章中列出了 0.101325MPa（a）压力下不同温度空气中饱和含水量。 一定压力下，未饱和空气在保持水蒸气分压不变（即保持绝对含水量不变）情况下降低温度，使 之达到饱和状态时的温度叫?露点温度?。温度降至露点温度时，湿空气中便有凝结水滴析出 （称为?结露?），此时空气的相对湿度为 100%。空气压力为 1个大气压时称为?大气露点? （也称?常压露点?，按照 ISO8573.1 2.10.1规定大气露点不应用在压缩空气的干燥方面），压缩 空气的露点温度称为此压力下的?压力露点?。湿空气的露点温度与湿空气中水分含量的多少有 关。因此压力露点温度是所有压缩空气干燥机的一个关键性能指针。 我们周围空气中的水分含量与环境温度和相对湿度有关，环境温度决定了饱和水蒸气分压的大 小，相对湿度表明了空气的饱和程度。每个地区一年四季空气中的含水量不同地区也不一样。具 体参见表 1-2。 表 1-2 我国主要城市空气湿度参数 大气压力 （kPa） 室外温度(℃) 地名 冬季 夏季 冬季 夏季 夏季含量 (g/kg干) 冬季含水量 (g/kg干) 拉萨 65.00 65.23 -8.00 22.80 5.90 0.5250 乌鲁木齐 91.99 90.67 -27.00 34.10 6.90 0.2576 西宁 77.51 77.35 -15.00 25.90 7.80 0.4939 兰州 85.14 84.31 -13.00 30.50 10.60 0.7175 呼和浩特 90.09 88.94 -22.00 29.90 11.60 0.2962 昆明 81.15 80.80 1.00 25.80 12.10 2.7982 银川 89.57 88.35 -18.00 30.60 13.20 0.4507 太原 93.29 91.92 -15.00 31.20 14.70 0.5248 贵阳 89.75 88.79 -3.00 30.00 14.70 2.3189 哈尔滨 100.15 98.51 -29.00 30.30 15.30 0.1746 西安 97.87 95.92 -8.00 35.20 15.30 1.2569 长春 99.40 97.79 -26.00 30.50 16.50 0.2421 石家庄 101.69 99.56 -11.00 35.10 18.10 0.7701 沈阳 102.08 100.07 -22.00 31.40 18.10 0.3386 济南 102.02 99.85 -10.00 34.80 18.70 0.8748 北京 102.04 99.86 -12.00 33.20 19.00 0.6093 重庆 99.12 97.32 2.00 36.50 19.20 3.5957 郑州 101.28 99.17 -7.00 35.60 20.20 1.2654 长沙 101.99 99.94 -3.00 35.80 20.20 2.4081 成都 96.32 94.77 1.00 31.60 20.20 3.2920 南宁 101.14 99.60 5.00 34.20 20.40 4.1063 天津 102.66 100.48 -11.00 33.40 20.50 0.7849 福州 101.26 99.64 -4.00 35.20 21.10 2.0209 南昌 101.88 99.91 -3.00 35.60 21.10 2.2000 广州 101.95 100.45 5.00 33.50 21.10 3.8325 合肥 102.23 100.09 -7.00 35.00 21.20 1.5818 南京 102.52 100.40 -6.00 35.00 21.30 1.6520 武汉 102.33 100.17 -5.00 35.20 21.30 1.9053 海口 101.60 100.24 10.00 34.50 21.30 6.5731 杭州 102.09 100.05 -4.00 35.70 21.60 2.1029 上海 102.51 100.53 -4.00 34.00 21.70 2.0483 1.4.2 大气露点与压力露点的换算 在实际工作中，常常会碰到压力露点与常压露点的换算，压力露点与常压露点之间的对应关系与 ?压缩比?(注)有关，一般用图或表来表示。在?压力露点?相同情况下，?压缩比?越大，所 对应的常压露点越低。例如：0.7Mpa（g）的压缩空气压力露点为 2?时，相当于常压露点为- 21.5?。当压力提高到 1.0Mpa（g）时，同样压力露点为 2?时，对应的常压露点降到-25?。 1.4.3 露点温度的测量 压缩空气露点温度用露点仪测量，测量压缩空气露点的仪器常用的有以下两种： 1）镜面露点仪，其原理是采用制冷方式冷却被测气体至一定温度，其中的水蒸气就可结露在镜面 上，采用光学等原理测量出结露时的温度。该方法从原理上讲只要有足够的制冷措施，就能测量 任意露点温度。但是这种方法的问题在于：a) 对被测气体要求很高，任何杂质和污染都会导致测 量误差，b) 由于采用制冷方式，工作原理相对复杂，而且每测量一次需要一定的时间。因此通常 此类露点仪不用在在线 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 和现场测试，而常在实验室内等使用。 2）电容/电阻露点仪。这类露点仪具有体积小、携带方便、测量范围大的优点，其传感器通常是 氧化铝传感器，最低可测到-100?的露点温度（如本公司的 MD-10PP 型露点仪的测量范围是 0~- 80?），这类露点仪的缺点是一般只能测常压露点温度，露点传感器会产生负偏移，因此需要每 年送计量部门鉴定。 露点仪制造商比较有名气的有：英国的 MISHELL 公司、SHAW 公司、芬兰 Vaisala公司等。 1.5 压缩空气的质量标准 现代产业使用压缩空气时都有一整套设备、设施，我们把由生产、处理和储存压缩空气的设备所 组成的系统称为气源系统。典型的气源系统由下列几部分组成：空气压缩机、后部冷却器、缓冲 罐、过滤器（包括油水分离器、预过滤器、除油过滤器、除臭过滤器、灭菌过滤器等等）、干燥 机（冷冻式或吸附式）、稳压储气罐、自动排水排污器及输气管道、管路阀件、仪表等。上述设 备根据工艺流程的不同需要，组成完整的气源系统。 空压机排出的压缩空气是不干净的，除了含有水（包括水蒸气、凝结水）和悬浮物外，还有油 （包括油雾、油蒸气）。这些污染物对提高生产效率、降低运行成本、提高产品质量是不利的， 因此就需要进行干燥净化处理。为了统一标准，国际标准组织（ISO）所属压缩机、气动机械及工 具委员会（TC118）在 1986年提出了关于压缩空气干燥净化设备和压缩空气质量的国际标准，其 中压缩空气质量等级标准 ISO8573.1把压缩空气中的污染物分为固体杂质、水和油三种（我国等 同采用了 ISO8573即国家标准 GB/T13277－91《一般用压缩空气质量等级》），具体如表 1-3。 表 1-3 ISO8573.1-1 质量等级 固体颗粒 最大直径（μm） 水压力露点?C 0.7MPa g 油(包括蒸 气)mg/m3 1 0.1 -70 0.01 2 1 -40 0.1 3 5 -20 1.0 4 15 +3 5 5 40 +7 25 6 - +10 - 除了上述标准外其它标准名称如下： ??ISO7183 压缩空气干燥器 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 与试验 ??ISO8573-1 一般用压缩空气 第一部分：污染物和质量等级 ??ISO8573-2 一般用压缩空气 第二部分：悬浮油粒的测试方法 ??ISO8573-3 一般用压缩空气 第三部分：湿度测量 ??ISO8573-4 一般用压缩空气 第四部分：固体粒子的测量 ??ISO8573-5 一般用压缩空气 第五部分：油蒸汽的测量 ??ISO8573-6 一般用压缩空气 第六部分：气体污染物的测量 ??ISO8573-7 一般用压缩空气 第七部分：微生物的测量 ISO 标准组织已着手对 ISO8573.1进行修改，其主要变化表现在对固体颗粒的要求上。新标准对固 体颗粒的数量进行了规定，这一变化是结合了纤维过滤器的实际性能，而且比较容易检测。具体 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 见 ISO8573.1-2001。 表 1-4 ISO8573.1 : 2001 SOLID PARTICLES maximum number of particles per m3 QUALITY CLASS 0.1-0.5 micron 0.5-1.0 micron 1.0-5.0 micron WATER Pressure Dewpoint ?C (ppm. vol.) at 7 bar g OIL (Including vapour) mg/m3 1 100 1 0 -70 (0.3) 0.01 2 100,000 1,000 10 -40 (16) 0.1 3 - 10,000 500 -20 (128) 1.0 4 - - 1,000 +3 (940) 5 5 - - 20,000 +7 (1240) - 6 - - - +10 (1500) - 2.1.1 前言 在压缩空气的用途越来越广泛的情况下，对压缩空气的质量要求也越来越高。为此 ISO（国际标准组织）也制定了关于压缩空气质量的标准??ISO8573，并在 2001年进 行了修订（具体内容见 ISO8573-2001简介）。 压缩空气中的污染物比较广泛，有固体颗粒、水分、油，也有微生物和有害气体。为 了使压缩空气的质量达到不同的要求，人们开发了多种专用设备，通常被分为干燥设 备和净化设备两大类。我们用干燥设备去除压缩空气中的水分，用过滤净化设备去除 压缩空气中的其它污染物。 2.1.2 压缩空气的干燥、净化原理简述 在本行业，压缩空气的干燥通常指去除空气中水分的过程，而压缩空气的净化常指去 除压缩空气中除水以外的其它污染物。 压缩空气干燥的工作原理虽不尽相同，但是均以分离出压缩空气中的气体水为目的。 常用的干燥原理分为吸附和冷冻两种。吸附干燥采用气相或液相分子吸附在固体（即 吸附剂）表面的方法来分离出压缩空气中的水分，而冷冻干燥通过制冷循环冷却压缩 空气以分离出气体水。相应地压缩空气干燥设备也分为吸附式干燥器和冷冻式干燥机 两种基本类型。 压缩空气净化的工作原理虽然随其净化机理的不同而不同，但基本以过滤的形式去除 压缩空气中存在的游离状态的灰尘、微粒、以及气溶胶状态的烟和雾。对于气态状的 污染物，如有害气体，常用化学过滤的方式净化。 压缩空气过滤器按过滤机理的不同可分为： ??表面（surface）过滤器：如滤芯为过滤纸或过滤布的过滤器；因为滤材的空隙直径 较大，此类过滤器过滤效率不稳定，可以再生。典型的有布袋除尘器。 ??深层（depth）过滤器：如纤维过滤器，过滤器效率高，不可再生。如domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 的压缩空气过滤器。 压缩空气中常用的过滤器按过滤材质的不同可分为： ??纤维（fibre）过滤器 ??微孔（pore）过滤器：如膜过滤器，此类过滤器通常为绝对过滤器，常用在过滤器 微生物上。 ??粒子过滤器：如活性炭过滤器，其滤芯由活性炭颗粒组成。 2.1.3 干燥净化设备的分类 由于压缩空气中不可避免地含有固体、液体、气体等杂质，而且各有其特性，无法用 单纯的某一种设备就能达到目的，因此压缩空气干燥净化就成为一个系统，一个完整 的压缩空气干燥净化系统包括：1）气液分离器；2）过滤器；3）干燥设备等设施。 (1) 气水分离器 气液分离器的作用是对压缩空气进行预处理，把压缩空气中的凝结液尽可能 100%地分 离。气液分离器常安装在压缩空气系统的前部。 根据气液分离的机理，常有旋风分离器、百叶窗式分离器、涡旋式分离器等几种。 (2) 过滤器 过滤器在压缩空气干燥净化系统中具有关键作用。采用不同的过滤器可去除压缩空气 中的油（包括液体、气体）、固体杂质、微生物、有害气体等污染物。 在压缩空气干燥净化系统中，过滤器到处存在。 在工业生产中，压缩空气系统使用的过滤器常按其用途分为：除油过滤器、除尘过滤 器、除菌过滤器及专用过滤器等几类。 除油过滤器是应用最广泛的过滤器，其主要作用是去除压缩空气中的油雾（胶体）。 如英国domnick hunter公司的 OIL-X系列过滤器。这一类过滤器也称凝聚式过滤器 (Coalescing filter），按其过滤精度（能有效拦截的最大颗粒直径）可分为： 1）初/粗过滤器：过滤精度小于等于 25?m； 2）精过滤器：过滤精度小于等于 1?m；残余油含量为 1.0PPm； 3）高精过滤器：过滤精度小于等于 0.1?m，残余油含量为 0.1ppm； 4）超级过滤器：过滤精度小于等于 0.01?m，与活性炭过滤器串联使用残油含量 ≤0.03ppm。 需要指出的是此类过滤器的性能指针中，残余油份指液体油，并不包括气体油。 除尘过滤器，严格的说，除尘过滤器与除油过滤器是同一类型，其区别在于除尘过滤 器常用在吸附干燥器的出口处（具体参见有关资料）。 除菌过滤器，是一种卫生级过滤器，主要去除压缩空气中的微生物，需要指出的是除 菌过滤器前必须先经过除油过滤器处理。 专用过滤器，最典型的专用过滤器是活性炭过滤器，可把压缩空气中的某些有害气体 和异味过滤掉，属于化学过滤器。 (3) 干燥设备 干燥设备是去除水分的设备，常用的有以下几种： 1）吸附干燥设备 2）冷冻干燥设备 3）冷冻和吸附组合的干燥设备 4）其它干燥设备，如膜干燥、化学吸收干燥等。 前三种我们将在以后的章节中讨论。膜干燥设备的特点是消耗电能，由于膜原料的限 制，目前无法制造出较大处理量的干燥器（最大的也就是 1m3/min左右），另膜干燥 器的气损较大，一般会在 15%以上。 2.1.4 压缩空气干燥净化工艺选择原则 压缩空气干燥净化工艺因供气气源、用户使用特点、干燥装置的形式、净化方法及其 设备配置方式的不同而有较大的差异，其中干燥装置、净化单体的选用和设置、输送 管道的设计，将直接影响到干燥净化效果和压缩空气的供气质量。 因此，压缩空气干燥净化工艺应根据所使用的气源参数??压力、温度、湿度及杂质 的组成、含量等，需处理的空气量以及用户对压缩空气的要求??允许的阻力损失、 露点、过滤精度、残余油分等，经技术经济综合比较后进行确定，选用适宜的干燥净 化工艺及其设备，以达到技术可靠，经济合理的目的。 2.1.4.1 压缩空气干燥工艺 如 2.1.3节所述，压缩空气干燥工艺分为两大类：吸附干燥和冷冻干燥。 空气的吸附干燥属固气两相传质过程，其过程由吸附和再生两个阶段组成，而其中吸 附剂的再生是实现空气干燥的一个很重要的方面，干燥设备所选用的吸附剂及其再生 工艺方法及效果，直接影响所处理空气的露点、装置运行的单位能耗和供气持续性， 所以结合所采 用的压缩空气供给系统，选用合理的干燥工艺，再生方法及其运行参 数，是确定干燥装置的首要条件。 压缩空气吸附干燥设备分为变温吸附和变压吸附两类。它们的特点如下： 变温吸附装置对空气的处理量及压力等参数适应范围宽，运行周期长，操作简单。因 变温吸附装置再 生是利用加热方式实现，所以设备材质、干燥塔密封及阀门应具有相 应耐温能力和温度变化 的要求，再生后空气一般放空。 变压吸附装置采用短周期运行方式，与变温吸附装置相比，具有干燥剂用量少，吸附 单体尺寸小，设备紧凑、简单、占地面积小的特点。由于压力周期性变化，设备材 质、吸附剂性能应满足强度的要求。 关于吸附干燥装置的详细内容见?吸附式压缩空气干燥器?。 空气的冷冻干燥是利用被压缩的湿空气受冷媒（低温水或制冷剂）间接冷却，其中水 汽冷凝并 经气液分离器除去析出的冷凝水以达到空气干燥的目的。为实现空气过程的 连续性及经济性， 一般制冷剂蒸发温度限制在 0?以上，防止系统因冷凝水结冰引起 堵塞而引起中止运行，因此采用冷冻干燥工艺的压缩空气之干燥深度不宜太深，其压 力下的露点下限通常控制在+2?以上。 冷冻干燥工艺对待处理空气的含湿量无限制，对处理高含湿量、大流量的压缩空气其 优越性较为显著。 在待处理空气含湿量高，且对处理后空气的含湿量要求严格的场合，常采用冷冻干燥 与吸附干燥组合的干燥系统，前者为后者的前级处理，这样相应减轻吸附干燥的负荷 及容量，并确保所需要的干燥深度，具有较好的效果。在这一类设备中，本公司制造 的 RSC 型组合式低露点压缩空气干燥机唯一通过省级鉴定的设备。 2.1.4.2 压缩空气干燥工艺的选择原则 选择压缩空气的干燥工艺，往往需要和顾客的实际情况结合，以下只是建议，供参 考： （1）对空气压力露点要求大于等于 2?的系统，通常采用冷冻干燥工艺，反之，则采 用吸附干燥工艺； （2）对空气处理量大，且含湿量高的系统，结合用户要求，进行能耗、设备一次费用 等技术经济比较后确定是采用冷冻干燥工艺，还是采用吸附干燥工艺或冷冻、吸附干 燥组合工艺。 （3）对无热再生及有热再生吸附干燥，选择时应考虑空气系统供需平衡情况、气源压 力、干燥前后的含湿量等参数及用户的要求。 （4）无热再生吸附干燥工艺运行压力不宜低于 0.5MPa，当压力过低时会导致再生气量 增大，从而增加电耗和运行费用，不经济。当干燥空气露点低于-60?时，宜采用冷冻 干燥与吸附干燥有机组合的工艺，以减少能量消耗且运行管理方便。 （5）当采用无热再生吸附干燥工艺时，待处理压缩空气进入吸附塔前应是无油和液体 水的，因此，须在进入吸附干燥装置前采取有效的除油措施。 2.1.4.3 压缩空气净化工艺及选择 压缩空气含有多种杂质，而主要杂质是固体尘粒及油雾，呈气溶胶状态，杂质的含量 和 形式随选用的压缩机润滑方式及干燥工艺的不同而不尽相同，压缩空气净化就是根 据用户要 求去除这些杂质。 对过滤精度要求高的净化系统，应根据具体要求设置多级过滤器，过滤精度逐级提 高，以便在满足用户所需要的过滤效率和精度的同时保持并延长精过滤器使用周期和 寿命。为避免过滤组件本身产生的尘埃、内外渗漏而引起系统的二次污染，应选择合 适材质和结构的过 滤器，并按供气系统及用户的要求合理选用参数，如过滤精度、阻 损、工作压力、工作温度、过滤效率等，不恰当地选用过滤精度过高的过滤器，不仅 增加投入费用，而且运行时 增加系统气流阻力，影响过滤器运行周期和使用寿命。 对于压缩空气要求洁净无菌，防止微粒及易产生气味的微生物进入工艺系统，必须设 置 可靠的干燥净化设备，为严格清除可能发生的气味及毒性，须增加活性炭吸附净化 过滤器， 以满足工艺要求，且过滤器滤芯所选用的材质本身应具有抑制细菌繁殖的特 性，避免过滤元 件在使用过程中成为系统的污染源。 2.1.5 干燥净化设备的布置 2.1.5.1 布置原则 压缩空气干燥净化设备的布置原则应遵循《压缩空气站设计规范》、《工业企业设计 卫生标准》的相关规定，同时应符合设备制造厂的《使用说明书》的相关要求，设备 布置的通用要求一般如下，供参考： a) 干燥净化设备之间净距一般不小于 1.5m，设备与内墙净距不小于 0.8m，如尚不能满 足设备零部件抽出、检修所需操作距离时，则净距一般不小于被抽出零部件长度附加 0.5m； b) 设备布置应便于操作管理，当双排布置，两排设备间的净距一般为 2m； c)对集中的或处理量大的净化设备原则上按上述要求布置，但对分散或小型净化单体则 按现场条件，以满足操作维修的要求进行设置为宜。 2.1.5.2 布置形式 在压缩空气系统中干燥净化设备布置的合理与否，是保证压缩空气质量的关键因素之 一。 根据工业生产干燥、净化压缩空气供给系统特点和实际情况，干燥、净化设备的布置 形式分述如下： a) 干燥设备 ??对于向数个车间供应干燥空气，且用户耗气量大，为运行管理方便，直采用空压 站内集中设置。 ??对于使用压缩空气质量既有一般的又有干燥净化的要求，而其中干燥净化的压缩 空气仅为部分或个别设备使用，宜采用车间管道入口处集中布置，这样可以减少室外 输配管的投资。 ??对干燥空气使用点不多或工艺设备用气干燥度有特殊要求的场合，为确保工艺设 备的运行和产品质量，宜采用分散设置，将干燥设备布置于工艺设备体附近。 ??干燥净化设备的二级设置。其方式属集中及分散设置的综合形式，主要用于对压 缩空气干燥度参数有两种或两种以上的用户。 b) 净化设备 净化过滤的设置和布置要求如下： ??当仪表、测量、控制系统使用有净化要求的压缩空气时，应设置过滤器，过滤精 度一般小于等于 1?m。 ??在吸附型干燥器之后设过滤器。 ??对系统有分级过滤要求的场合，应设置多级过滤器。 ??用于工艺设备保护及产品对空气杂质有严格要求的场合，应在工艺设备使用点处 设置相应过滤精度的终端过滤器。 ??净化过滤设备布置也分为集中、使用车间、分散、及多级串联等四种形式。 2.2.1 压缩空气中油的来源 在第 1章中我们已经知道压缩空气的污染物有三类，即水、油和尘，这三种污染物的 来源是不同的： ??水分：是自然界空气所固有的； ??油份：绝大部分是来自空压机（在空气污染严重的地区的空气中也会含有微量油 污）； ??固体颗粒：部分来自空气，部分来自压缩空气系统内部。 压缩空气干燥设备（如冷干机、吸干机等）可去除压缩空气中的水份，而其中的油份 和固体颗粒可由压缩空气过滤器去除。 在压缩空气中的油污呈弱酸性，因此它非但不能起到对用气设备的润滑作用，反而会 起腐蚀作用，一定时期内会导致用气设备的故障。 在一些要求严格的地方，比如气动控制系统中，一滴油能改变气孔的状况，使原本正 常自动运行的生产线瘫痪。有时，油还会将气动阀门的密封圈和拄体胀大，造成操作 迟缓，严重的甚至堵塞。在由空气完成的工序中，如吹形件，油还会造成产品外形缺 陷或外表污染。 图 2-1 喷油螺杆压缩机工作流程 压缩空气是由压缩机生产的，大部分空压机是采用润滑油来润滑和冷却其运动部件 （如螺杆、活塞等）的。在空压机内润滑油与高温的压缩空气直接接触。 压缩空气中的油污以?油滴?、?油雾(气溶胶)?和?油蒸气?三种形式存在。 图 2-1所示为有油螺杆压缩机的工作流程： 空气被吸进空压机时，首先经过吸气过滤器（1），接着进入压缩腔（2）被压缩，达 到一定压力的压缩空气进入油气分离器（5），（此时，压缩空气的温度为 100?左 右）压缩空气中的润滑油被回收利用，分离后的压缩空气进入后部冷却器（3）被冷却 水或风冷却至 40?左右，凝结液通过自动排水器（6）排出。 在压缩空气的同时，润滑油被喷注入压缩腔以润滑和冷却螺杆，这些润滑油与压缩空 气一起进入油气分离器，被分离的润滑油排入油冷却器（7），被冷却后再次被注入压 缩腔内，循环使用。 虽然所有有油空压机内都有?油气分离器?，但进入?油气分离器?的压缩空气温度 较高，即油蒸气分压力也较高，而油蒸气是无法在?油气分离器?内被分离的；压缩 空气经后部冷却器冷却后，压缩空气中油蒸气分压降低，部分油蒸气凝结为油雾。因 此，有油螺杆压缩机所排出压缩空气中的含有一定的油份。我们可以从空压机在一定 的时间内需要补充润滑油侧面证实这一点。 压缩空气中的油污含量并不高，所以一般采用mg/m3来表示（即每立方米压缩空气中 含有的油污量），也有用ppmw（重量比）和ppmv（体积比）表示。 压缩空气中的油份除了来自于空压机外，有很少的部分来自于周围环境的空气中，由 于空气污染的原因，空气中约含有 0.05ppm到 0.25ppm的油份，严格地讲无油空压机排 出的压缩空气中是含油的。 2.2.2 压缩空气中的固体颗粒来源 压缩空气中固体颗粒的来源也有两个方面： ??周围空气 我们周围的空气中含有大量的悬浮颗粒物。根据 GB3095-1996《环境空气质量标准》规 定工业区内环境空气中总悬浮颗粒物（≤100μm）的年平均浓度不超过 0.5mg/m3（标 准状态）。按照业内通行的说法，这些悬浮颗粒物中有80%左右其当量直径小于 2?m。一般来说，空压机的进气滤清器的过滤器精度也在 2?m（2?m的过滤精度对 保护其运动部件已经足够，而且过滤精度太高可能会产生压降而导致负压），因此估 计有 0.4mg/m3的悬浮颗粒物进入了压缩空气系统。 ??系统内部 在多数场合，压缩空气系统内产生的固体颗粒才是致命的。我国多数空压站采用普通 碳钢管作为压缩空气的运输管。这些管道阀门可能产生：铁锈/锈泥、积碳、焊渣等比 空气中的悬浮颗粒物大得多的杂质。在一些要求高的场合如医药、电子等工厂空压站 的压缩空气系统采用了不锈钢材料或紫铜材料，此时压缩空气中的固体常来自大气和 干燥系统（如吸附式干燥机的吸附剂粉尘等）。 2.2.3 压缩空气过滤器的分类 压缩空气过滤器按过滤材质的不同可分为： ??纤维（fibre）过滤器 ??微孔（pore）过滤器：如膜过滤器，此类过滤器通常为绝对过滤器，常用在过滤器 微生物上。 ??粒子过滤器：如活性炭过滤器，其滤芯由活性炭颗粒组成。 压缩空气过滤器按过滤机理的不同可分为： ??表面（surface）过滤器：如滤芯为过滤纸或过滤布的过滤器，此类过滤器过滤效率 不稳定，因为滤材的空隙直径较大，典型的有布代除尘器。可以再生。 ??深层（depth）过滤器：如纤维过滤器，过滤器效率高，不可再生。如domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 的压缩空气过滤器。 2.2.3.4 压缩空气净化处理中常用的过滤器 目前，工业上常用的压缩空气过滤器有： 纤维过滤器：如domnick hunter公司的 OIL-XPLUS ； 活性炭过滤器； 膜过滤器：如domnick hunter公司的 BIO-X。 2.2.4纤维过滤器的工作原理 2.2.4.1 纤维过滤器滤芯的典型组成 我们以英国domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 压缩空气过滤器滤芯为样本，该过滤器 的滤芯由过滤层、上下端盖和?O?密封圈三部分组成，其中过滤层由六层组成，外形 如图 2-2所示。 图 2-2 纤维过滤器滤芯（1） a)第一层（红色）：具有 PVC 涂层的海绵，抗腐蚀能力强。过滤时能形成潮湿带，主 要作用是使过滤下来的凝结液顺利排至过滤器底部。 b)第二层和第六层：为不锈钢网，在保证足够流通面积的前提下，使滤芯能承受较大 的压力降。 c)第三层和第五层：无纺布，固定滤材不相对滑动，并具有拦截粗颗粒的作用。 d)第四层：滤材，domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 滤芯由硼硅酸纤维制成，具有?空 隙率?大、?疏水性?强、质量稳定等的特点。 滤芯的上端盖上有?O?型密封圈，当滤芯与壳体连接时可实现很好的密封。上下端盖 用环氧树脂与过滤层结合在一起，保证无侧漏。下端盖上有内螺孔，可与壳体的螺杆 紧密连接。 2.2.4.2 纤维过滤器的工作原理 纤维过滤器是应用最广泛的压缩空气过滤器之一，图 2-3为domnick hunter公司的 OIL- XPLUS 螺纹连接过滤器（它由壳体、滤芯、排水器、压差计等组成），图 2-4为 domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 过滤器滤芯解剖图。 图 2-3 OIL-XPLUS 过滤器 这类过滤器过滤时，压缩空气先进入滤芯中间向四周扩散，经过滤芯过滤后进入滤芯 与壳体的间隙，再通过过滤器出口排出下游。压缩空气中的固体悬浮物被滤芯（纤 维）捕捉后留在内部、液体（如凝结水、油雾等）被滤芯（纤维）捕捉后由于其重力 的作用流至滤芯低部，通过海绵的?潮湿带?（在?潮湿带?处由于压力降较大没有 空气流过，故称为?安静区?，流至过滤器壳体底部，由自动排水器排至外界。 图 2-4 OIL-XPLUS 滤芯内部结构 在这一类过滤器中，由于干净的压缩空气与过滤下来的凝结液在同一侧，因此过滤器 内下部安静区的存在可防止凝结液再次被压缩空气带走，这就是滤芯外层采用海绵的 主要原因。 纤维过滤器的过滤器机理比较复杂。随着压缩空气流速的不同、微粒子的大小的变 化，其过滤机理也会变化，一般认为空气过滤器中过滤的多种作用同时存在： ??扩散沉积 由于布朗运动，各细微粒子的运动轨迹与压缩空气的流向不一致。随着粒子尺寸的减 小，布朗运动的强度增大，细微颗粒与纤维碰撞的几率也越大，扩散沉积作用越强。 ??直接拦截 这个机理与微粒的尺寸有关。当纤维之间的间隙小于微粒的直径时，该微粒就被拦 截。 ??惯性沉积 当压缩空气通过纤维时流线会发生弯曲。由于惯性的作用，压缩空气中的微粒不跟随 弯曲的流线而被抛到纤维上并沉积在那里。显然这种惯性作用将随微粒尺寸的增大和 压缩空气流速的增加而加强。 ??重力沉积 各种微粒由于重力的作用都有一定的沉降速度。因此微粒的运动轨迹与压缩空气的流 线相偏离，这种偏离作用能使微粒碰到纤维。 ??静电沉积 微粒和纤维都有可能带电荷，所以，由于电荷之间的作用力或诱导力，微粒能沉积在 纤维上。 ??范德华沉积 当微粒与纤维之间的距离很小时，范德华分子间力可以引起微粒沉积。 由于上述几种过滤机理的同时作用，可以使得纤维过滤器的过滤效率达到 99%以上。 2.2.5 凝聚式过滤器的工作特点 凝聚式过滤器（即纤维过滤器）的工作特点可以体现为以下几个方面： （一）过滤器的压降会随着时间的延长而增加。过滤器的压降包括以下几个部分： a)过滤器壳体产生的压降； b)滤芯固有的压降：我们已经知道，过滤器滤芯由硼硅酸纤维、不锈钢衬套等组成， 这些部件会产生压力降。 我们通常把a)、b)两部分压降称为过滤器的干压降。 c)压缩空气中凝结液产生的压力降：过滤器投入运行后，滤芯过滤下来的油水会在外层 海绵形成一个潮湿带（即安静区）以便排油水之用（凝结水和油雾是不会堵塞滤芯 的）。潮湿带处没有压缩空气通过，相应减少了压缩空气的流通面积，故而会增加压 力降。通常a)、b)、c)这三部分压降被称为过滤器的湿压降. d)固体颗粒沉积在纤维上产生的压力降：压缩空气中被过滤下来的固体颗粒沉积在纤 维的空隙处（如图 2-5），压缩空气的流通面积会越来越小，压降越来越大。 图 2-5 压降为 0.035MPa时电子显微镜照片 a)第一层（红色）：具有 PVC 涂层的海绵，抗腐蚀能力强。过滤时能形成潮湿带，主 要作用是使过滤下来的凝结液顺利排至过滤器底部。 b)第二层和第六层：为不锈钢网，在保证足够流通面积的前提下，使滤芯能承受较大 的压力降。 c)第三层和第五层：无纺布，固定滤材不相对滑动，并具有拦截粗颗粒的作用。 d)第四层：滤材，domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 滤芯由硼硅酸纤维制成，具有?空 隙率?大、?疏水性?强、质量稳定等的特点。 滤芯的上端盖上有?O?型密封圈，当滤芯与壳体连接时可实现很好的密封。上下端盖 用环氧树脂与过滤层结合在一起，保证无侧漏。下端盖上有内螺孔，可与壳体的螺杆 紧密连接。 2.2.4.2 纤维过滤器的工作原理 纤维过滤器是应用最广泛的压缩空气过滤器之一，图 2-3为domnick hunter公司的 OIL- XPLUS 螺纹连接过滤器（它由壳体、滤芯、排水器、压差计等组成），图 2-4为 domnick hunter公司的 OIL-XPLUS 过滤器滤芯解剖图。 图 2-3 OIL-XPLUS 过滤器 由于造成压降的固体颗粒沉积在纤维的空隙之中，也就是在滤芯的内部，因此无法采 用脉冲反吹等方法再生。当压力降达到一定值就应该更换。 （二）压缩空气过滤器的过滤效率与空气温度的关系 对纤维过滤器而言，其过滤效率与空气温度关系不大，因为纤维过滤器过滤压缩空气 中的微粒。由于纤维过滤器内有不耐高温的部件，如海绵、排水器内胆等，因此压缩 空气的温度不能超过 66?。 对活性炭过滤器而言，由于其主要作用是吸附压缩空气中的异味（包括油蒸气和其它 化学气体），而压缩空气中油蒸气的含量与温度有较大关系（与水蒸气相似），因此 压缩空气的温度影响着过滤器效率。如：当温度为 30?时经过滤器的油蒸气含量为 20?时的 5倍；当温度上升为 40?时，流经过滤器的油蒸气含量为 20?时 10倍。所以 活性炭过滤器一般要安装在压缩空气系统的温度最低点。 （三）纤维过滤器不能降低压缩空气的露点温度 纤维过滤器只能除去固体和液体的微粒（滴），而水蒸气和油蒸气可以毫无阻挡地通 过过滤材料的空隙。所以，纤维过滤器（包括膜过滤器等）无法滤除压缩空气中的水 蒸气，这样降低露点也就无从谈起。要从根本上去除水蒸气，降低压缩空气露点温度 还需要选用合适的干燥机。 2.2.6 英国dh公司 OIL-XPLUS 过滤器的特点及规格 2.2.6.1 OIL-XPLUS过滤器滤芯的特点 滤芯是压缩空气过滤器中的关键部件，滤芯的质量好坏、科技含量的高低直接影响其 过滤效率。滤芯应具备以下性能： a)整体设计：防止过滤器内部的泄漏是过滤器制造的一个技术难点。OIL-XPLUS 滤芯 用环氧树脂把耐腐蚀的上下端盖与过滤层粘在一起。防止空气泄漏，同时，上下端盖 采用防腐材料制成。下端盖内有固定螺孔，可以简单、可靠地与过滤器壳体连接在一 起。 b)滤材疏水性好：OIL-XPLUS 滤芯的滤材采用了经过特殊处理的硼硅酸玻璃微纤维制 成，其防油、水性能高于一般的玻璃纤维（见图 2-7），同样尺寸滤芯的容尘空间大和 压力降都小。 c)空隙率大：滤芯的空隙率是衡量滤芯寿命长短、压力降大小的指标之一。OIL-XPLUS 滤芯的空隙率在 96%以上。 d)纤维直径要小、表面光滑：如果纤维直径较粗，就不可能产生很小的间隙，那样对 微细颗粒就起不到有效的拦截作用；纤维表面如果不光滑，过滤下来的凝结液就无法 快速地下流，而导致压力降上升。OIL-XPLUS 滤芯纤维的当量直径在 0.5?m左右。 图 2-6 滤芯（2） 图 2-7疏水性试验 图 2-8 过滤层电子显微 镜照片 e)耐高压差冲击：滤芯在使用过程中，其产生的压力降是逐渐上升 的。当压缩空气进入过滤器的瞬间会在滤芯两侧产生较大的压差， 因此要求滤芯的强度足够。OIL-XPLUS 滤芯采用高性能不锈钢内外 衬套，把纤维紧紧地固定在一起，并可承受压缩空气的冲击。内层 不锈钢衬套还可以起到过滤大颗粒的作用。 f) 防腐能力强的外层海绵：滤材过滤下来的油和水需要靠外层海绵 排出。由于空压机润滑油的种类有多种（如合成润滑油、矿物油 等），要求外层海绵的防腐能力也加强，采用一般的海绵在润滑油 等腐蚀下会老化、变硬，从而影响排污能力，压力降也会上升。 OIL-XPLUS 滤芯采用了具有 PVC 涂层的聚亚胺酯泡面，可以保证长 时间在油水浸泡中不硬化、老化。 2.2.6.2 OIL-XPLUS壳体的人性化设计 OIL-XPLUS 过滤器的壳体有两种形式，即：螺纹式和法兰式。 domnick hunter公司在过滤器壳体的设计上充分体现了?以人为本? 的理念： 设有安全啸孔和泄压阀； 清晰、准确的压差显示；包括 DPI（differential pressure indicator）和 DPG （differential pressure gauge）。（DPI 和 DPG 的使用与过滤器的 连接口径有关，具体请参照样本） 过滤器装有自动排水器和窗口（以供检查自动排水器的运行情况） 图 2-9 法兰式过滤 器 图 2-10 压差计 简单的维护和轻松的滤芯更换。螺纹连接过滤器外壳设有?肋? （参见实物），它的存在既可加强壳体的强度，又便于拆装方便； 法兰式过滤器（图 2-9）的结构与其它厂家不同，更换滤芯时只需 要一个人即可。 2.2.6.3 OIL-XPLUS过滤器壳体的防腐性能 压缩空气过滤器的工作环境是比较恶劣的，其内部受到高压下的 油、水腐蚀，因此过滤器外壳需要