压缩空气净化系统的研究

材料制成，并且在曲轴连杆箱与气缸之间设有刮油环，只有极少油份进入气缸，通常压缩空气中含油量为5～15mg/m³。目前广泛使用的喷油螺杆空压机，阴阳转子间的啮合是靠油膜产生的，所以空气在压缩过程中混入大量的油份，虽然经过油过滤器过滤，一般喷油螺杆空压机排出的压缩空气中含油量较高，通常为20mg/m³左右。

2.3粉尘，主要由空压机运动部件产生的金属粉尘、密封材料脱落的材料等。外部管道安装后未清理干净的焊屑、尘土和金属锈蚀物均能增加压缩空气中的含尘量。

三、压缩空气的净化

1、压缩空气中的不纯物

1.1水分。压缩空气中的水份是相当多的，特别是相对湿度较高的沿海或南方的湿热环境。空气中水的含量同时与空气压力成正比。空气经过压缩后，其水分压增大，受冷却后极易生成凝结水。（1）压缩空气中的水份可使压缩空气管路、阀门等产生锈蚀，影响系统和设备的可靠性，降低使用寿命；（2）在气力输送领域，压缩空气中的水份可使被输送物料，特别是粉体或易潮解物料产生粘结，造成颗粒变大，阻力增加，流速降低，输送效率变差，甚至完全不能输送；（3）对于气动操作元件和控制系统，压缩空气中的水份会由于高速气流时发生冰堵而使气流中断；（4）在喷涂领域，压缩空气中的水份可使喷涂表面不光洁，产生气泡或凹凸不平，大大降低喷涂表面的质量。

压缩空气中的水份最不容易通过过滤器、分离器等传统方法清除。任何精密的过滤器都不能把气态的水份滤出，而这些水蒸气在通过过滤器后，随着管路温度的降低，凝结水不断生成。

因此，除去压缩空气中的水份是压缩空气净化的首要任务。

1.2油份。空气中本没有油份，当空气经过有油空压机的压缩，压缩空气就会沾染上油份。有油空压机在压缩终点温度极高，润滑油会发生劣化现象，有一部分甚至变成固体碳粒。劣化油在管线上遇到凝结水尘埃或锈蚀物等，就形成乳黄色的粘性污秽物。油雾除了各种杂志结合外，其本身也会在管线上互相结合逐渐成长。在压缩机的气缸内，油雾大小在0.03～1μm之间，通过后冷却器后，油污粒子会长大到40μm。压缩空气含有劣化的油雾，会影响系统的工作效率，污染物料，影响产品质量。一般有油空压机排出的压缩空气含油污量为45ppm，而气动元件要求在8ppm一下，高级喷涂要求小于2ppm。

1.3尘粒。空气中含有的尘粒极多，从门缝或树叶空隙透进的太阳光中，可清楚地看到漂浮在空气里为数可观的尘埃。对城市大气抽样，一般可达7×106颗/m³。虽然在空压机的进气侧装有进气过滤器，但仍有相当多的尘粒通过空压机进入压缩空气系统。当尘粒的粒径超过6μm时，气动元件将会受到较大的伤害；同时管路内的锈蚀物和气缸中高温劣化油产生的碳粒，也会对启动设备造成伤害。

1.4异味。一般异味从气源混入，或在压缩空气通过空压机、管道、阀门等处混入。

对于食品工业用压缩空气，医用呼吸气源等场合，必须除去压缩空气中的异味。

2、压缩空气的净化方法

2.1冷冻法。用类似空调机的原理，将压缩空气通过制冷系统使压缩空气中的水蒸气冷凝成液态水，通过自动排水器排出，达到除水的目的。利用冷冻法净化压缩空气的设备称冷冻压缩空气干燥机（简称冷干机）。

冷干机设计的最低压力露点为1.7℃（0.7MPa时），此温度值考虑了避免温降的惰性可能使压力露点达到冰点而引起的冰堵，又使冷干机具有最大的干燥能力（压力露点尽可能低）。此压力露点相当于大气露点-23℃，即每立方米饱和空气仅含水0.836g，已能满足大部分压缩空气用户的要求。冷干机在除水的同时，还可使一部分油雾凝结，并可使一部分尘粒与水和油粘结混合而一同排出。其除油效率约70%，除尘效率约75%。此外还可以出去部分异味。

2.2吸附法。吸附法系利用硅胶、活性氧化铝或分子筛等干燥剂能吸附水份的特点来达到除去压缩空气水份的目的。利用吸附法原理制成的压缩空气干燥装置有：（1）有热再生式压缩空气干燥剂。通常采用两个吸附剂储罐，工作时一个储罐对压缩空气进行干燥，另一个对罐内的吸附剂进行加热脱水再生。加热通常用电加热或蒸汽加热，加热温度一般在200～300℃。当吸附剂升温后，导入占总量不到10%的再生空气带走吸附剂中的水分，使干燥剂中的而平均含水率下降。当干燥罐内吸附剂脱水再生完毕时，二罐通过气路阀门切换，使原干燥罐转入再生状态，原吸附罐进入干燥状态。由于对再生罐进行加热后还需冷却，故通常4h切换一次，这就使有热再生式干燥机罐体较大，需装较多的干燥剂，目前已很少采用。经有热再生干燥机处理后的压缩空气大气露点温度约-40℃。（2）无热再生式压缩空气干燥机。结构原理类似有热再生式，不同的是吸附剂的再生不再加热，而是直接用占总量10%～30%的压缩空气作再生吸附剂中的水份带走排出。因而其罐体较小，但二罐切换频繁，通常30～600s切换一次。经无热再生干燥机处理后的压缩空气大气露点温度约-40℃。（3）潮解式压缩空气干燥机，系单罐结构，管内充填一种特殊圆柱状干燥剂。当压缩空气通过干燥剂时，水汽就会被干燥剂表面吸收慢慢向下沉淀形成液滴排入下部储液槽。再由自动排水器排出。此干燥剂不易起化学变化的无机物，吸湿能力大，无毒、不燃、不易破碎、吸湿溶解损耗较小。一年只需从上部加1～2次，无需更换下部残留干燥剂，不耗电、不耗气、不耗水、无需加热、免维护。设备成本及运行成本均低于其它形式的饿干燥装置。潮解式压缩空气干燥机可用于21MPa的高压场合，但不宜用于38℃以上的高温场合。经潮解式压缩空气干燥机处理后的压缩空气大气露点温度约为-40℃。（4）组合式干燥机，该机是在无热再生式干燥机的基础上再前置一台冷干机，因而同时具有冷冻时和吸附式的有点。

2.3过滤法。过滤法系让压缩空气通过多孔滤料从而去除压缩空气中的不纯物的一种净化方法。采用此法的净化装置成为过滤器。它无需动力，仅依靠压缩空气本身的压力能，因而有一定的压力损失。

四、压缩空气净化系统的设计

1、净化方法的选择

压缩空气净化可通过图1进行选择。图中A-J为不同的用气场合。

图1压缩空气各种净化方法示意图.

现说明如下：

A：一般用途压缩空气。过滤器精度3～40μm，含有部分液态油水。可用于建筑、路面工程、土木机械、金属制品、压力成型、粉体喷燃、不具油水污染的非吸潮颗粒料的短距离气力输送等。

B：低油低尘的压缩空气，一般用于无油空压机后。过滤精度1μm排气含油率≤0.5ppm，含有部分液态水。可用于环境温度≥5～10℃，不易锈蚀的气动工具，不具水的非吸潮颗粒料的短距离气力输送等。

C：无油无尘压缩空气，一般用于无油空压机后。过滤精度0.01μm，含有少量液态水。可用于环境温度≥5～10℃，不易锈蚀的精密气动工具、机器人、气动马达或仪表等。

D：无油无尘无味的压缩空气。过滤精度0.01μm，排气一般含油率≤0.003ppm，无臭味或挥发性碳氢化合物，含少量的液态水。可用于医用呼吸空气等。

E：干燥的压缩空气。过滤精度3～40μm，大气露点-23℃，含少量油雾。可用于一般粉粒体的气力输送等。

F：干燥低尘的压缩空气。过滤精度1μm，大气露点-23℃，含少量油雾。可用于一般工厂的厂用起源，环境温度<5～10℃气动工具、阀门、一般的自动控制等。

G：无油无尘的干燥压缩空气。过滤精度0.01μm，大气露点-23～40℃，排气一般含油量≤0.01ppm。可用于环境温度<5-10℃的精密气动工具、自动控制、贵重仪器、布袋除尘器的反吹起源、粉体的长距离气力输送、电子工业及高级喷涂等。

H：无尘无油无味的干燥压缩空气。过滤精度0.01μm，大气露点-23～-40℃，排气一般含油率≤0.003ppm。可用于食品、化妆品、药品、烟草、乳品的制造、包装和气力输送、医用呼吸气源等。

I：超干燥压缩空气。过滤精度1μm，大气露点-40～70℃，排气一般含油率≤0.5ppm。可用于物品的超干燥，低温环境的气动控制和气动操作等。

J：超净压缩空气。过滤精度0.01μm，大气露点-40～-70℃，排气含油率≤0.003ppm。可用于集成电路制造、超净工作室、化学分析仪器等。

2、净化系统设备选择

2.1冷冻式干燥机

2.1.1压缩空气流量。其计算公式为：

目前，国内生产厂家的冷干机结构形式、性能各不相同、修正系数不同。因此，额定流量应根据厂家给出的修正系数进行计算。

2.1.2压力。压力选择时，冷干机的承压能力应不小于空压机的最高工作压力。

2.2过滤器。过滤器的处理空气量可取空压机额定排气量的1.2～1.5倍。粗过滤器可取小值，精滤器可取大值。过滤器的承压能力应不小于空压机的最高工作压力。

2.3无热再生式或潮解式压缩空气干燥器。处理空气量和压力等于或略大于空压机的额定排气量和最高压力。

参考文献：

[1]江保荣 压缩空气净化与压缩空气净化器的研究[J] 中国房地产业 2012（7）

[2]王荣生 压缩空气净化系统设计[J] 中国新技术新产品 2013（12）

[3]张永见 压缩空气站压缩空气净化系统的优选[J] 军民两用技术与产品 2014（9）

[4]孙兴敏 简述压缩空气的净化系统与应用[J] 中国高新技术企业 2008（1）

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