船用空氣干燥器的選型

黃翼

摘? 要：文章以某項(xiàng)目船用空氣干燥器為例，介紹了空氣質(zhì)量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合用戶需求給出了設(shè)備的選型依據(jù)，討論了船用空氣干燥器的選型過(guò)程，希望對(duì)后續(xù)船或其他類似船只的空氣干燥器的設(shè)計(jì)選型起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：船用空氣干燥器;空氣;選型

中圖分類號(hào)：U66? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0123-03

Abstract： Taking a marine air dryer as an example， this paper introduces the relevant standards of air quality， gives the basis for the selection of equipment according to the needs of users， and discusses the selection process of marine air dryer. It is hoped that it can be used as a reference for the design and selection of air dryers for subsequent ships or other similar ships.

Keywords： marine air dryer; air; type selection

引言

壓縮空氣系統(tǒng)是船舶重要的動(dòng)力系統(tǒng)之一，通常用于大型設(shè)備如主機(jī)、發(fā)電機(jī)等的啟動(dòng)，各種輔機(jī)和氣動(dòng)儀表的自動(dòng)控制，換向，離合器操縱，沖洗吹除，氣笛操作等。壓縮空氣來(lái)源于空壓機(jī)，將環(huán)境空氣轉(zhuǎn)化為壓縮空氣。根據(jù)用途的不同，空氣質(zhì)量的要求也不相同。

1 相關(guān)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

由于船用空氣壓縮機(jī)較多使用活塞式或螺桿式空壓機(jī)，基于其本身的原理特性，即通過(guò)活塞或螺桿等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生容積變化，這些機(jī)械運(yùn)動(dòng)件不可避免的會(huì)使用各種滑油潤(rùn)滑，加上船只的工作環(huán)境特性（源空氣來(lái)源于水面空氣，濕度更大），后續(xù)處理的過(guò)濾精度等原因，其生產(chǎn)的壓縮空氣是不純凈的，通常含有水性雜質(zhì)、油性雜質(zhì)和懸浮固體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很多危害，如降低生產(chǎn)效率并且增加設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在1986年發(fā)布了關(guān)于壓縮空氣質(zhì)量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO8573.1。我國(guó)參照該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了GB/T13277-91。差別如表1所示。[1][2]

2 空氣質(zhì)量不佳的危害

對(duì)于用戶設(shè)備而言，部分設(shè)備尤其是檢測(cè)監(jiān)控等系統(tǒng)或元器件除了需要滿足壓力穩(wěn)定、流量充足的要求以外，氣源質(zhì)量要求一定的潔凈度和干燥度。空壓機(jī)直接排出的帶有各種雜質(zhì)的壓縮空氣會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生各種危害。例如其中的懸浮固體雜質(zhì)會(huì)磨損運(yùn)動(dòng)件如拉傷氣缸;油性雜質(zhì)會(huì)粘結(jié)固體雜質(zhì)，堵塞氣路通道，降低管路尤其是精密管路有效流通面積;水性雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生腐蝕。綜合而言，壓縮空氣里的各種雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)設(shè)備、電磁閥、氣馬達(dá)等受損，易使氣路孔道間隙變小，降低元件的工作特性，并且會(huì)腐蝕管路、附件，并導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)件磨損加劇和老化、系統(tǒng)壓降增加，嚴(yán)重的會(huì)使管路堵塞。[3]

3 空氣濕度相關(guān)概念

濕度是表示空氣的干濕程度的物理量。空氣的濕度有多種表示方式，如絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)等。絕對(duì)濕度是空氣里所含水汽的壓強(qiáng)。相對(duì)濕度是空氣中實(shí)際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值。露點(diǎn)是使空氣里原來(lái)所含的未飽和水蒸汽變成飽和時(shí)的溫度。壓縮空氣在溫度下降時(shí)相對(duì)濕度不斷增加至100%時(shí)析出水滴，此時(shí)的濕度即壓力露點(diǎn)。習(xí)慣上，常用攝氏溫度表示。常用的濕度測(cè)量方法有分光鏡法、冷凝法、化學(xué)法、電解法、濕度計(jì)等。本文重點(diǎn)討論空氣干燥器，壓力露點(diǎn)是其重要指標(biāo)。根據(jù)設(shè)備原理的不同，設(shè)備可以達(dá)到的壓力露點(diǎn)也不同。通常冷凍式干燥器為+3℃左右，吸附式干燥器可以達(dá)到-60℃。

4 關(guān)于設(shè)備選型

目前，常用的船用空氣干燥器包括冷凍式干燥器和再生吸附式干燥器兩種。

冷凍式干燥器是采用冷凍原理制成的壓縮氣體脫水設(shè)備。通常有熱交換器、蒸發(fā)器、水分離器、制冷壓縮機(jī)、冷凝器等部件組成。主要由二路主要系統(tǒng)組成，一路是空氣回路，空壓機(jī)產(chǎn)生的高溫高濕的壓縮空氣首先進(jìn)入熱交換器，與蒸發(fā)器排出的低溫空氣進(jìn)行熱交換，此時(shí)會(huì)凝結(jié)一部分水氣。再進(jìn)入制冷劑蒸發(fā)器進(jìn)一步冷卻，溫度進(jìn)一步降低并接近制冷劑的蒸發(fā)溫度，此時(shí)水氣進(jìn)一步凝結(jié)。帶有大量凝結(jié)水的低溫空氣通過(guò)高速水分離器，在離心力的作用下將氣水分離。此時(shí)的空氣為低溫低濕的干燥空氣，再通過(guò)熱交換器與剛進(jìn)入系統(tǒng)的空氣進(jìn)行熱交換并加溫。另一路是制冷回路，制冷壓縮機(jī)將高壓高溫制冷劑氣體輸送至冷凝器，大部分制冷劑在這里冷凝。液體通過(guò)液體制冷劑干燥器/過(guò)濾器流向毛細(xì)管，制冷劑在蒸發(fā)壓力下離開(kāi)毛細(xì)管。制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，在恒壓下進(jìn)一步蒸發(fā)，從壓縮空氣中抽走熱量。受熱的制冷劑離開(kāi)蒸發(fā)器，被壓縮機(jī)吸入，完成一個(gè)循環(huán)。冷凝器的壓力必須盡可能保持恒定，以保證穩(wěn)定運(yùn)行。在制冷回路，還裝有風(fēng)扇控制開(kāi)關(guān)用于停止和啟動(dòng)冷凝器冷卻風(fēng)扇。如果在低負(fù)載或空載情況下，蒸發(fā)器壓力，則熱氣體旁通閥打開(kāi)，熱高壓氣體被送入蒸發(fā)器回路，以防止蒸發(fā)器壓力進(jìn)一步下降。在冷凍干燥過(guò)程中，壓縮空氣即作為被處理源，也是熱交換源。[4]

再生吸附式干燥器通常由二個(gè)罐體組成，分別作為干燥塔，再生塔。其原理是利用干燥劑（氧化鋁或分子篩等）的自然特性將水氣吸附。壓縮空氣進(jìn)入干燥器前，首先經(jīng)過(guò)前置除水過(guò)濾器及除油過(guò)濾器預(yù)處理排除掉一定量的水氣、油氣和固體雜質(zhì)，再通過(guò)進(jìn)氣閥進(jìn)入干燥塔，塔內(nèi)的干燥劑將其干燥。壓縮空氣將通過(guò)流量分配器流向壓縮空氣出口，再通過(guò)除塵過(guò)濾器產(chǎn)生潔凈干燥空氣輸送至用戶設(shè)備。干燥空氣的一部分通過(guò)氣流分配器用于再生第二塔。干燥的空氣從第二塔干燥劑中吸附水蒸氣，并將其通過(guò)凈化閥和消聲器釋放到大氣中。經(jīng)過(guò)固定的清洗循環(huán)程序。第二塔吹掃閥關(guān)閉，塔內(nèi)壓力增大。二塔壓力達(dá)到系統(tǒng)水平后干燥器延遲塔的切換，直到達(dá)到出口空氣露點(diǎn)水平，或達(dá)到最大順序時(shí)間。切換時(shí)，第二塔進(jìn)氣閥打開(kāi)，第一塔進(jìn)氣閥關(guān)閉。干燥過(guò)程通過(guò)第二塔繼續(xù)進(jìn)行，而第一塔的再生開(kāi)始。兩塔循環(huán)工作，連續(xù)向用戶用氣系統(tǒng)提供干燥壓縮空氣。由于一部分氣體用于再生，會(huì)消耗掉設(shè)備的處理能力的大約10%的氣體（不同廠家的參數(shù)稍有不同）。

兩種形式相比，冷凍式干燥器初始投入成本低、操作維護(hù)成本低，對(duì)壓縮氣體的預(yù)處理要求不如吸附干燥器嚴(yán)格，在除水過(guò)程的同時(shí)還可以除去壓縮氣體中的一部分油霧。缺點(diǎn)是露點(diǎn)高。吸附式干燥器露點(diǎn)低，但是初始投入成本高、操作維護(hù)成本高、需損耗壓縮空氣用作再生氣。

干燥器的選型要根據(jù)用戶需求正確選擇設(shè)備，處理量應(yīng)同用戶用量相匹配，表2是全船壓縮空氣用戶統(tǒng)計(jì)。可以看出不同設(shè)備制造廠要求差別很大，也有很多設(shè)備沒(méi)有給出空氣質(zhì)量要求。另外，環(huán)境溫度是設(shè)備選型的重要因素。本船約定機(jī)艙環(huán)境溫度55℃。

選型時(shí)首先根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)找到相關(guān)信息，在規(guī)格書(shū)里要求本船安裝吸附式空氣干燥器，可承受-20℃的壓力露點(diǎn)溫度（40m3/h @8bar 100%RH）。進(jìn)氣口54℃），干燥機(jī)全自動(dòng)再生（推薦了Atlas Copco-CD空氣干燥器或類似設(shè)備）。空氣干燥器前安裝過(guò)濾器（0.01微米，帶自動(dòng)排水功能）和油分離器（0.01ppm，帶自動(dòng)排水功能）。[5]由于在規(guī)格書(shū)簽訂階段，設(shè)備僅有初步推薦并未確定最終廠家，所以有必要在定標(biāo)結(jié)束后的設(shè)計(jì)階段，根據(jù)陸續(xù)確定的設(shè)備資料的工作壓力、空氣質(zhì)量要求、處理量等參數(shù)進(jìn)一步核對(duì)驗(yàn)證推薦是否滿足設(shè)備需求。由于本船配有除氮裝置，在后來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加了一套壓力露點(diǎn)為+3℃（300m3/h@8bar 100%RH）除氮裝置空氣干燥機(jī)（制冷劑型）。進(jìn)氣口54℃）。選用環(huán)保型制冷劑應(yīng)使用時(shí)使用制冷劑空氣干燥機(jī)。空氣干燥機(jī)后的空氣質(zhì)量符合ISO 8573-1：2000 Class 3.4.2。

除了干燥器設(shè)備以外，還在干燥器前后配有自動(dòng)排水功能濾器，空氣瓶和管路也帶有泄放功能，以達(dá)到降低干燥器負(fù)荷，提高工作性能的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以某項(xiàng)目船用空氣干燥器為例，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和用戶需求討論了船用空氣干燥器的選型，希望對(duì)后續(xù)船或其他類似船只的空氣干燥器的設(shè)計(jì)選型起到一定的借鑒作用。對(duì)設(shè)備制造廠也有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]ISO8573.1：2001.壓縮空氣品質(zhì)等級(jí)[S].

[2]GB/T13277-91.一般用壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)[S].

[3]李建光.船舶及海洋工程動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)指南[M].2010.

[4]Atlas Copco Air Dryer Final Drawing.

[5]SPECIFICATION FOR A 18000M3TRAILING SUCTION HOPPER DREDGER.