Подготовка сжатого воздуха

      Промышленные компрессоры, как правило, относятся к масляному типу. Некоторая часть масла смешивается с воздухом, проходящим через компрессор. На выходе современного винтового компрессора концентрация масла в воздухе составляет 3 ~ 5 мг/м , а в поршневых компрессорах она может достигать 50 мг/м . При этом масло присутствует в воздухе не только в жидком, но и в парообразном состоянии. Напомним, что при сжатии воздух нагревается до температуры выше 100 °С, что и вызывает интенсивное испарение масла. Предельное содержание паров компрессорного масла в сжатом воздухе зависит от температуры. Например, при 80 °С оно составляет 60 ~ 100 мг/кг. Таким образом, в неохлажденном воздухе содержание испаренного масла может быть соизмеримо с содержанием масла в жидкой фазе. Аналогично воде, масло переходит из паровой фазы в жидкую по мере охлаждения воздуха. Как показано в рассмотренном выше примере, при сжатии воздуха выпадает значительное количество конденсата, которое зависит от содержания влаги в атмосферном воздухе, давления и температуры сжатого воздуха.  При смешении водяного конденсата с маслом образуется водомасляная эмульсия, которая по мере укрупнения капель частично оседает на стенках трубопровода, а частично (в виде мелких капель) продолжает двигаться вместе со сжатым воздухом.

Загрязнения воздуха в пневмомагистрали  

     Конденсат, присутствующий в сжатом воздухе, вызывает коррозию трубопроводов. Образующиеся при этом частицы ржавчины, а также частицы окалины, имеющейся на стенках труб, увлекаются воздушным потоком.
Таким образом, в магистрали к уже имеющимся загрязнениям воздуха добавляются твердые частицы, большая часть которых (77%) имеет размер свыше 60 мкм. Содержание ржавчины и окалины в сжатом воздухе существенно зависит от качества трубопроводов. Так, при хорошем состоянии магистрали концентрация частиц не превышает 4 мг/м . В старых, сильно загрязненных магистралях концентрация частиц ржавчины и окалины может достигать 25 мг/м.

Состояние воздуха, приходящего к потребителю

     С учетом вышеизложенного, можно представить примерный состав загрязнений сжатого воздуха, отводимого от магистрали к потребителю:

• максимальный размер твердых частиц: 60 мкм и более
• содержание твердых частиц: 5 ~ 25 мг/м
• содержание воды: до 10000 мг/м
• содержание масла: 3 ~ 50 мг/м
• химические загрязнения H SO и др.
  

     Смесь этих загрязнений оказывает следующие виды вредных воздействий на пневмооборудование:

•   физическое  - (закупорка каналов, сопел и дроссельных элементов, смывание смазки, заклинивание подвижных элементов, абразивный износ, разрушение покрытий)
•   химическое  - (коррозия металлических деталей, разрушение резиновых уплотнений и красок)
•   электролитическое  - (разрушение контактирующих деталей, выполненных из разных материалов)

      Во многих технологических процессах загрязнения воздуха могут привести к снижению качества выпускаемой продукции. Выхлоп загрязненного воздуха создает антисанитарные условия в производственных помещениях. Напомним, что до 80 процентов отказов пневматических систем происходят по причинам, связанным с загрязненностью воздуха.

2. Требования к качеству сжатого воздуха

     Качество сжатого воздуха должно соответствовать решаемой задаче. Например, воздух, применяемый для пневмоинструмента в машиностроении, не требует столь тщательной очистки, как воздух, используемый в производстве медикаментов. Поэтому принято классифицировать сжатый воздух по степени его загрязненности. Для количественной оценки степени загрязненности воздуха используются следующие показатели:

• максимальный размер твердых частиц,
• массовое содержание твердых частиц в единице объема воздуха,
• массовое содержание воды (в жидком состоянии) в единице объема воздуха,
• массовое содержание масла в единице объема воздуха,
• точка росы, т.е. содержание воды в парообразном состоянии.

      Классификация воздуха по степени загрязненности регламентируется ГОСТ 17433-80 «Сжатый воздух. Классы загрязненности» и стандартом ISO 8573- 1:2001(E) «Compressed air Part 1: Contaminants and purity classes». Рассмотрим каждый из этих стандартов отдельно.
      Примечание: данный раздел следует рассматривать как комментарий к действующим стандартам, имеющий целью ознакомление с ними. Представленная здесь информация не претендует на исчерпывающую полноту и не заменяет оригинал.

Классификация по ГОСТ 17433-80

     Стандартом предусмотрены 15 классов загрязненности воздуха от 0 до 14 (таблица 1).

     Таблица 4. Классификация по содержанию масла

• класс по твердым частицам, т.е. в 1 м содержится не более 100000 частиц с размером от 0,1 до 0,5 мкм, не более 1000 частиц с размером от 0,5 до 1,0 мкм и не более 10 частиц с размером от 1,0 до 5,0 мкм
• класс по влаге 6 , т.е. воздух, находящийся под давлением, имеет точку росы не выше +10 °С
• класс по маслу 3, т.е. в 1 м воздуха содержится не более 1 мг масла, причем это количество включает масло в виде аэрозоля, жидкости и пара.
  

     Рациональный подход к подготовке воздуха заключается в соответствии качества воздуха требованиям решаемой задачи. Кажущаяся экономия на подготовке воздуха приводит к негативным результатам, т.к. учащаются сбои, отказы, простои на ремонт оборудования. С другой стороны, чрезмерная очистка воздуха не дает такого эффекта, который оправдал бы затраты на дополнительное оборудование подготовки воздуха.

      В таблице перечислен ряд задач, решаемых с помощью пневматики, и указаны требуемые классы загрязненности воздуха.

     Если сравнить эти требования с уровнем загрязненности воздуха в пневмомагистрали (см. выше), то становится совершенно очевидной необходимость подготовки воздуха для всех задач пневматики.

     Рекомендации по формированию схем подготовки воздуха

1.     Воздух, выходящий из компрессора, должен охлаждаться. Это может происходить естественным путем или с помощью специальных охладителей. Только после этого имеет смысл пропускать воздух через магистральный фильтр. В противном случае значительная часть воды и масла, находящаяся в парообразном состоянии, беспрепятственно пройдет через фильтр, а при дальнейшем охлаждении воздуха конденсируется в магистрали, образуя загрязнения.
2.     Водоотделитель следует использовать совместно с магистральным фильтром, устанавливая водоотделитель после фильтра. Это обеспечивает максимальную эффективность очистки: твердые частицы, масло и основная часть воды задерживаются фильтром, а остатки воды задерживаются водоотделителем. Необходимо также иметь в виду, что даже после полной очистки воздуха от воды конденсат может появиться вновь, если температура воздуха продолжает падать. Поэтому водоотделитель следует устанавливать в той точке пневмомагистрали, где воздух имеет минимальную
температуру.
3.     Если все потребители воздуха, подключенные к пневмомагистрали, имеют одинаковые требования к его качеству, целесообразно производить централизованную подготовку воздуха. В этом случае необходимый уровень качества воздуха и маслораспыление обеспечиваются в магистрали, в то время как местная подготовка воздуха ограничивается стандартной фильтрацией и регулированием давления.
4.    Если потребители имеют различные требования к качеству воздуха, магистральная подготовка обеспечивает только общий базовый уровень качества. Основная подготовка воздуха выполняется после отвода от магистрали в соответствии с требованиями конкретного потребителя. В этом случае определяющей является местная подготовка воздуха.
5.    При выборе оборудования следует учитывать, для какой подготовки воздуха оно предназначено - магистральной (централизованной) или местной.
      К устройствам магистральной подготовки воздуха предъявляются специальные требования:

• высокие расходные характеристики,
• минимальные потери давления,
• работоспособность в условиях повышенной загрязненности воздуха.

      В свою очередь, устройства местной подготовки воздуха отвечают следующим требованиям:

• компактность размещения,
• возможность объединения в блоки в самых различных комбинациях и наличие  соответствующих монтажных принадлежностей,
• простой доступ к каждому элементу для технического обслуживания.

      Ввиду различий в требованиях оборудование для магистральной подготовки воздуха конструктивно отличается от аналогичного оборудования для местной подготовки. Так, магистральный фильтр, как правило, имеет площадь фильтрующего элемента, в 10 раз большую, чем фильтр, применяемый для местной подготовки воздуха при том же уровне расхода. Ёмкость резервуара для сбора конденсата у этих фильтров отличается в 5 - 6 раз. Кроме этого, в магистральных фильтрах не применяется инерционная очистка воздуха, используемая в фильтрах местной подготовки.
      Таким образом, несмотря на сходство функций, пневмоэлементы для магистральной и местной подготовки воздуха не всегда являются взаимозаменяемыми. Это, однако, не исключает возможности использования магистрального оборудования для местной подготовки воздуха, особенно при высоких расходах и сильной загрязненности воздуха, отводимого от магистрали.