Powietrze atmosferyczne zawsze zawiera pewną ilość pary wodnej. Jej zawartość zależy m.in. od temperatury i wilgotności względnej. Gdy sprężarka zasysa powietrze, do instalacji trafia również zawarta w nim wilgoć. Po sprężeniu i późniejszym ochłodzeniu część pary wodnej może się skroplić.
W instalacjach przemysłowych kondensat nie jest jedynie problemem eksploatacyjnym. Woda może sprzyjać korozji przewodów, wpływać na urządzenia pneumatyczne, pogarszać jakość procesu oraz zamarzać w instalacjach pracujących w niskiej temperaturze. Dlatego osuszanie sprężonego powietrza stanowi jeden z podstawowych etapów jego uzdatniania.
Osuszacz ziębniczy BOGE typ DS120 poprawia jakość sprężonego powietrza.
Skąd bierze się woda w sprężonym powietrzu?
Ciepłe powietrze może zawierać więcej pary wodnej niż chłodne. Kiedy jego temperatura spada poniżej punktu rosy, część wilgoci przechodzi ze stanu gazowego w ciekły i powstaje kondensat.
W układzie sprężonego powietrza proces ten ma szczególne znaczenie. Sprężarka zasysa duże ilości powietrza atmosferycznego, a wraz z nim parę wodną. Podczas sprężania temperatura powietrza rośnie. Następnie powietrze trafia do chłodnicy końcowej, zbiornika i instalacji, gdzie stopniowo się ochładza.
Wraz ze spadkiem temperatury pojawia się możliwość wykraplania wody. Separator kondensatu usuwa jej część, ale sam nie zapewnia odpowiednio suchego powietrza dla całej instalacji. Do tego służy osuszacz.
Co może powodować wilgoć w instalacji sprężonego powietrza?
Skutki zależą od budowy instalacji, temperatury otoczenia i sposobu wykorzystania powietrza.
Nadmierna zawartość wilgoci może prowadzić do:
- korozji przewodów, zbiorników i metalowych części instalacji,
- pogorszenia pracy zaworów, siłowników i innych urządzeń pneumatycznych,
- tworzenia się kondensatu w najniższych punktach rurociągu,
- zamarzania wilgoci w instalacjach narażonych na ujemne temperatury,
- problemów z procesami lakierowania i obróbki powierzchni,
- pogorszenia jakości produktów w procesach wymagających suchego powietrza,
- większej liczby awarii i prac konserwacyjnych.
Nie każda instalacja potrzebuje jednak takiego samego stopnia osuszenia. Powietrze zasilające proste narzędzia pneumatyczne może mieć inne wymagania niż powietrze procesowe stosowane w farmacji, elektronice czy produkcji żywności.
Co oznacza ciśnieniowy punkt rosy?
Przy doborze osuszacza jednym z najważniejszych parametrów jest ciśnieniowy punkt rosy, czyli PDP – Pressure Dew Point.
Określa on temperaturę, do której można schłodzić sprężone powietrze przy określonym ciśnieniu bez rozpoczęcia kondensacji zawartej w nim pary wodnej.
Im niższy ciśnieniowy punkt rosy, tym mniej wilgoci zawiera sprężone powietrze.
Dla przykładu:
- PDP +3°C odpowiada typowemu poziomowi uzyskiwanemu przez osuszacze chłodnicze,
- PDP -40°C stosuje się tam, gdzie wymagane jest znacznie bardziej suche powietrze,
- PDP -70°C znajduje zastosowanie w procesach o bardzo wysokich wymaganiach dotyczących zawartości wilgoci.
Sam wybór możliwie najniższego punktu rosy nie jest jednak celem. Osuszacz powinien zapewniać poziom odpowiadający wymaganiom konkretnego procesu. Zbyt rozbudowane uzdatnianie zwiększa koszty inwestycyjne i eksploatacyjne bez uzasadnienia technologicznego.
Klasy wilgotności sprężonego powietrza według ISO 8573-1
Norma ISO 8573-1 służy do określania klas czystości sprężonego powietrza pod względem cząstek stałych, wody i oleju.
Dla zawartości wody poszczególne klasy wiążą się m.in. z określonym ciśnieniowym punktem rosy. Przykładowo klasa 4 odpowiada PDP nie wyższemu niż +3°C, klasa 2 – nie wyższemu niż -40°C, a klasa 1 – nie wyższemu niż -70°C.
Przed wyborem urządzeń do uzdatniania powietrza warto więc ustalić wymaganą klasę jakości dla procesu, a dopiero później dobierać osuszacz, filtry i pozostałe podzespoły.
Osuszacz chłodniczy – rozwiązanie dla wielu instalacji przemysłowych
Osuszacz chłodniczy, nazywany również ziębniczym, schładza sprężone powietrze, dzięki czemu zawarta w nim para wodna kondensuje. Powstały kondensat zostaje następnie oddzielony i odprowadzony.
Współczesne osuszacze chłodnicze BOGE mogą osiągać ciśnieniowy punkt rosy około +3°C.
Taki poziom wystarcza w wielu zastosowaniach przemysłowych, jeżeli instalacja i punkty odbioru nie są narażone na temperaturę niższą niż punkt rosy sprężonego powietrza.
Osuszacze chłodnicze stosuje się m.in. przy:
- ogólnych instalacjach pneumatycznych,
- narzędziach zasilanych sprężonym powietrzem,
- automatyce przemysłowej,
- liniach produkcyjnych,
- standardowych procesach technologicznych niewymagających bardzo niskiego punktu rosy.
- BOGE oferuje m.in. osuszacze chłodnicze i ziębnicze przeznaczone do instalacji o różnych wydajnościach i ciśnieniach.
Kiedy potrzebny jest osuszacz adsorpcyjny?
Jeżeli instalacja wymaga znacznie niższego punktu rosy, stosuje się osuszacze adsorpcyjne.
W urządzeniu znajdują się zbiorniki wypełnione materiałem adsorpcyjnym. Wilgoć z przepływającego powietrza zostaje związana na jego powierzchni. W układach dwukolumnowych jedna kolumna może osuszać powietrze, podczas gdy w drugiej trwa regeneracja złoża.
Osuszacze adsorpcyjne BOGE serii DAZ osiągają standardowo punkt rosy -40°C, a wybrane konfiguracje umożliwiają uzyskanie wartości do -70°C.
Tak suche powietrze może być potrzebne m.in.:
- w instalacjach przebiegających na zewnątrz i narażonych na mróz,
- przy powietrzu sterującym w wymagających procesach,
- w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym,
- przy produkcji żywności i napojów,
- w procesach wymagających bardzo małej zawartości pary wodnej.
Osuszacz adsorpcyjny nie powinien jednak zastępować chłodniczego tylko dlatego, że zapewnia niższy punkt rosy. Jego zastosowanie trzeba uzasadnić wymaganiami instalacji.
Sprężarka BOGE SD101-3 w wersji ze zintegrowanym osuszaczem ziębniczym
Osuszacz chłodniczy czy adsorpcyjny?
Wybór można zacząć od prostego pytania: jaki punkt rosy jest rzeczywiście potrzebny w procesie?
Osuszacz chłodniczy sprawdzi się zwykle wtedy, gdy wymagany PDP wynosi około +3°C i instalacja nie przebiega przez miejsca, w których temperatura może spaść poniżej tej wartości.
Osuszacz adsorpcyjny stosuje się przy wymaganiach rzędu -20°C, -40°C czy -70°C, zależnie od technologii urządzenia i specyfikacji procesu.
Przy wyborze trzeba sprawdzić również zużycie energii, sposób regeneracji, spadek ciśnienia, koszty serwisu i rzeczywisty profil zapotrzebowania na powietrze.
Jak prawidłowo dobrać osuszacz sprężonego powietrza?
Wydajność sprężarki nie jest jedyną informacją potrzebną do doboru.
Trzeba uwzględnić przede wszystkim:
- maksymalny przepływ sprężonego powietrza,
- wymagany ciśnieniowy punkt rosy,
- ciśnienie robocze,
- temperaturę powietrza na wlocie do osuszacza,
- temperaturę otoczenia,
- miejsce instalacji,
- wymaganą klasę czystości według ISO 8573-1,
- zmienność zapotrzebowania na powietrze,
- przewidywane warunki pracy latem i zimą.
Temperatura ma szczególne znaczenie. Wydajność nominalną osuszaczy producenci podają dla określonych warunków odniesienia. Wzrost temperatury otoczenia lub temperatury powietrza na wejściu może zmniejszyć rzeczywistą wydajność urządzenia.
Dlatego nie należy dobierać osuszacza wyłącznie na podstawie wartości przepływu z tabliczki znamionowej sprężarki.
Czy wysoka temperatura otoczenia wpływa na osuszacz?
Tak. Stwierdzenie, że osuszacz może pracować przy praktycznie dowolnej temperaturze otoczenia, byłoby nieprecyzyjne.
Każde urządzenie ma określony zakres temperatur pracy. Parametry techniczne osuszaczy chłodniczych BOGE uwzględniają współczynniki korekcyjne zależne m.in. od temperatury otoczenia, temperatury powietrza na wlocie i ciśnienia.
Jeżeli temperatura rośnie, osuszacz może wymagać odpowiednio większej wydajności nominalnej.
Dlatego przy projektowaniu stacji sprężonego powietrza trzeba uwzględnić również wentylację pomieszczenia oraz warunki występujące podczas najcieplejszych dni roku.
Jeden osuszacz na każdą sprężarkę czy osuszacz centralny?
Nie istnieje zasada, według której liczba osuszaczy musi odpowiadać liczbie sprężarek.
W instalacji z kilkoma sprężarkami można zastosować:
- jeden centralny osuszacz o wydajności odpowiadającej maksymalnemu przepływowi instalacji,
- kilka osuszaczy pracujących równolegle,
- oddzielny osuszacz dla każdej sprężarki,
- układ z urządzeniem rezerwowym zapewniającym redundancję.
Wybór zależy od sposobu sterowania sprężarkami, ich jednoczesnej pracy, wymaganej ciągłości produkcji i konfiguracji rurociągu.
Jeśli zakład nie może dopuścić do pracy bez osuszania nawet podczas serwisu urządzenia, można przewidzieć układ redundantny. W innych instalacjach jeden odpowiednio dobrany osuszacz centralny może okazać się wystarczający.
Sprężarka ze zintegrowanym osuszaczem
Alternatywą dla oddzielnego urządzenia jest sprężarka wyposażona w zintegrowany osuszacz.
Takie rozwiązanie ogranicza liczbę osobnych urządzeń i połączeń rurowych oraz pozwala zmniejszyć ilość miejsca potrzebnego do zabudowy stacji sprężonego powietrza.
BOGE oferuje wybrane sprężarki w wersjach ze zintegrowanym osuszaniem. Rozwiązanie może być szczególnie przydatne tam, gdzie liczy się kompaktowa zabudowa instalacji.
Przy wyborze nadal trzeba sprawdzić punkt rosy, przepływ oraz warunki, w których urządzenie będzie pracować.
Sam osuszacz nie usuwa wszystkich zanieczyszczeń
Wilgoć stanowi tylko jedną grupę zanieczyszczeń występujących w sprężonym powietrzu.
W instalacji mogą znajdować się również:
- cząstki stałe,
- aerozole olejowe,
- pary oleju,
- produkty korozji,
- inne zanieczyszczenia pochodzące z otoczenia i instalacji.
Dlatego system uzdatniania może oprócz osuszacza obejmować separatory, filtry wstępne i dokładne, spusty kondensatu, adsorbery z węglem aktywnym czy separatory olej-woda.
Systemy uzdatniania sprężonego powietrza BOGE obejmują osuszacze chłodnicze i adsorpcyjne, filtry oraz urządzenia przeznaczone do gospodarowania kondensatem. Dobór zestawu powinien wynikać z wymaganej jakości powietrza na końcu instalacji.
Co zrobić z kondensatem?
Woda oddzielona od sprężonego powietrza tworzy kondensat, który w sprężarkach olejowych może zawierać również olej i inne zanieczyszczenia.
Nie należy więc traktować go jak zwykłej czystej wody.
System stacji może obejmować automatyczne spusty kondensatu oraz urządzenia przeznaczone do jego dalszego oczyszczania. Sposób postępowania zależy od rodzaju kondensatu oraz obowiązujących wymagań dotyczących gospodarki ściekowej.
Osuszanie trzeba dopasować do zastosowania sprężonego powietrza
Dobra instalacja nie powinna ani dostarczać zbyt wilgotnego powietrza, ani osuszać go znacznie bardziej, niż wymaga tego proces.
Pierwszym krokiem jest określenie wymaganej klasy czystości oraz punktu rosy. Następnie można dobrać technologię osuszania, wydajność urządzenia, filtrację i sposób odprowadzania kondensatu.
BOGE Polska oferuje kompletne rozwiązania do wytwarzania i uzdatniania sprężonego powietrza, w tym osuszacze chłodnicze, adsorpcyjne i membranowe, filtry, separatory oraz urządzenia do gospodarki kondensatem. Pozwala to zaprojektować układ zgodnie z wymaganiami konkretnej instalacji, zamiast dobierać osuszacz wyłącznie na podstawie wydajności sprężarki.
FAQ
Dlaczego w sprężonym powietrzu pojawia się woda?
Sprężarka zasysa powietrze atmosferyczne wraz z zawartą w nim parą wodną. Gdy sprężone powietrze później się ochładza, część wilgoci może się skroplić i utworzyć kondensat.
Czy każda instalacja sprężonego powietrza potrzebuje osuszacza?
Zależy to od wymaganej jakości powietrza i warunków pracy instalacji. W zastosowaniach przemysłowych osuszanie często chroni instalację i urządzenia oraz zapewnia parametry wymagane przez proces produkcyjny.
Co to jest ciśnieniowy punkt rosy?
Ciśnieniowy punkt rosy, czyli PDP, określa temperaturę, przy której przy danym ciśnieniu rozpoczyna się kondensacja pary wodnej ze sprężonego powietrza. Im niższy PDP, tym bardziej suche powietrze.
Jaki punkt rosy zapewnia osuszacz chłodniczy?
Typowe przemysłowe osuszacze chłodnicze osiągają ciśnieniowy punkt rosy około +3°C. Aktualne serie BOGE DT również podają wartość +3°C.
Jaki punkt rosy zapewnia osuszacz adsorpcyjny?
Zależy od modelu i sposobu regeneracji. Osuszacze adsorpcyjne BOGE DAZ-2 osiągają standardowo -40°C, a opcjonalnie mogą pracować przy wartościach -25°C lub -70°C.
Kiedy wybrać osuszacz adsorpcyjny zamiast chłodniczego?
Przede wszystkim wtedy, gdy proces wymaga punktu rosy znacznie poniżej +3°C albo rurociąg będzie narażony na temperatury, przy których w powietrzu osuszonym chłodniczo mogłaby wykraplać się lub zamarzać woda.
Czy osuszacz usuwa olej i cząstki stałe?
Nie należy traktować osuszacza jako zamiennika filtracji. Do usuwania cząstek stałych i aerozoli olejowych stosuje się odpowiednio dobrane filtry oraz inne urządzenia uzdatniające.
Jak dobrać wydajność osuszacza sprężonego powietrza?
Trzeba uwzględnić maksymalny przepływ, ciśnienie robocze, temperaturę powietrza na wlocie, temperaturę otoczenia oraz wymagany punkt rosy. Parametry inne niż warunki nominalne mogą wymagać zastosowania współczynników korekcyjnych.
Czy jeden osuszacz może współpracować z kilkoma sprężarkami?
Tak. Osuszacz centralny może obsługiwać kilka sprężarek, jeśli jego wydajność i konfiguracja odpowiadają maksymalnemu przepływowi układu. W innych instalacjach lepsze mogą być osobne urządzenia albo układ redundantny.
Czy temperatura otoczenia wpływa na wydajność osuszacza?
Tak. Wysoka temperatura otoczenia lub powietrza na wlocie może obniżać rzeczywistą wydajność osuszacza. Przy doborze urządzenia trzeba stosować dane i współczynniki podane przez producenta.
Co oznacza ISO 8573-1?
ISO 8573-1 określa klasy czystości sprężonego powietrza pod względem cząstek stałych, wody i oleju. Pozwala zdefiniować jakość powietrza wymaganą przez konkretny proces.
Czy punkt rosy +3°C oznacza, że powietrze ma temperaturę +3°C?
Nie. Punkt rosy nie określa aktualnej temperatury sprężonego powietrza. Informuje, do jakiej temperatury można je schłodzić przy danym ciśnieniu, zanim rozpocznie się kondensacja pary wodnej.
Co się stanie, jeśli rurociąg będzie chłodniejszy niż punkt rosy?
Może rozpocząć się kondensacja wilgoci wewnątrz przewodów. Jeżeli temperatura spadnie poniżej 0°C, zgromadzona woda może również zamarzać.
