27. Осушка воздуха.

Осушка воздуха требуется практически всегда после того как отделены мелкие капли и основные механические примеси. Осушка воздуха наиболее дорогостоящая часть подготовки воздуха. Стоимость осушки воздуха при достижении точки росы -20-40° С составляет более 20% от общей стоимости выработки сжатого воздуха, а осушка воздуха до +3° С - менее 10%.

Осушка воздуха основана на конденсации влаги при соприкосновении воздуха с холодной поверхностью. При процессе осушки воздух c помощью вентилятора подается из помещения на испаритель (радиатор, который находится при пониженной температуре). При этом воздух охлаждается, влага из воздуха конденсируется и стекает в поддон. После отделения влаги воздух нагревается входным воздухом через дополнительный теплообменник. Энергия затрачивается только на преодоление неидеальности теплообменников и на конденсацию воды. От качества теплообменников зависит эффективность осушителя и эксплуатационная стоимость.

Одним из основных параметров системы осушки воздуха является наличие системы регулирования производительности холодильного контура и стабильность работы осушителя (при отклонении от стандартных условий). Многие дешевые системы осушки воздуха не оборудованы таким контуром.

Когда компрессорная станция (централизованное снабжение сжатым воздухом) находится в другом здании, для избежания замерзания воды в трубопроводах в зимнее время необходимы системы адсорбционной осушки.

Основной сложностью при выборе и эксплуатации систем осушки воздуха является высокая стоимость измерения параметров воздуха на выходе из блока осушки воздуха. Зачастую такой измеритель дороже самой осушки воздуха и не устанавливается на системы малой производительности.

Главной характеристикой системы осушки воздуха является производительность. Она определяет сколько воды в единицу времени сможет удалить осушитель воздуха (при определенной температуре и влажности воздуха).

3.1. Принцип действия и устройство регенераторов

В связи с тем, что условия работы ВРУ и ГХМ различны, сущест­венно отличается также и устройство регенераторов этих установок.

В ВРУ применение регенераторов обеспечивает не только охлажде­ние прямого потока воздуха до необходимой температуры, но и делает возможным эффективную очистку его от влаги и двуокиси углерода пу­тем вымораживания последних на насадке.

Для того, чтобы процессы тепло- и массообмена^в регенераторах протекали непрерывно, для каждой пары взаимодействующих потоков газа («воздух — азот» или «воздух — кислород») необходимо иметь не менее двух аппаратов.

Схема включения регенераторов ВРУ показана на рис. 3.1. В тече­ние первого периода сжатый компрессором до давления около 0,6 МПа прямой поток воздуха проходит через насадку регенератора / и нагре-' шает ее, охлаждаясь при этом до температуры, близкой к температуре насыщения. Обратный поток холодного газа (в рассматриваемом слу­чае—азот), давление которого составляет, как правило, 0,12— 0,13 МПа, омывает в это время насадку регенератора 2, охлаждая ее до определенной температуры. Температура обратного потока после ре­генератора достигает значения "Твоего лишь на несколько градусов ниже начальной температуры воздуха.

По истечении 3—9 мин, соответствующих продолжительности перио­да (полуцикла), с помощью системы клапанов осуществляется переклю­чение потоков: охлаждаемый воздух поступает в «холодный» регенера­тор 2, а азот — в «теплый» регенератор /.

Пары воды и двуокись углерода, содержащиеся в прямом потоке воздуха в массовых количествах, примерно равных 5-10"1 и 5-10~2%

соответственно, при охлаждении конденсируются и кристаллизируются? на поверхности холодной насадки, а затем, во втором полуцйкле, испа­ряются и возгоняются вследствие малых парциальных давлений рн^ и рсо в обратном потоке газа и выносятся из регенераторов.

Недостатком регенераторов является наличие системы клапанов,, усложняющих их конструкцию и эксплуатацию, а также потери сжато­го воздуха при переключении потоков.

Главным элементом регенераторов, определяющим в основном эф­фективность их работы, является насадка.

В регенераторах современных ВРУ применяются насадки двух ти­пов: диски из алюминиевой гофрированной ленты (рис. 3.2) и насыпная насадка из базальта или-кварцита с размерами гранул 4—14 мм.

В табл. 3.1 приведены характеристики насадок из гофрированной алюминиевой ленты [100].

Для уменьшения осевой теплопроводности насадки на алюминиевой ленте в ряде случаев делают продольные прерывистые прорези, число • которых может быть различным в зависимости от высоты дисков. Длина каждой прорези обычно составляет 50 мм, а интервал между ними / 10 мм. Расстояние между рядами прорезей по высоте диска выбирают равным 8—12 мм.

Корпус регенератора, внутри которого укладываются диски из алю­миниевой ленты, выполняется сварным из листовой хромоникелевой детали толщиной 10—12 мм. Для того, чтобы исключить смещение на­садки, диски размещаются между решетками и стягиваются болтами.

В азотных регенераторах в средней части насадки устраивается зазор, в зоне которого в корпус вварен штуцер для вывода петлевого воздуха (рис. 3.3) с целью предотвращения забиваемости регенератора кристал­лами СО2 (см. § 3.6).

Насадка регенераторов обычно выполняется секционированной, со­стоящей из трех-четырех поясов. Верхний пояс заполняется дисками из алюминиевой ленты с крупными гофрами с целью увеличения живого сечения и уменьшения гидравлического сопротивления для прохода теп-лсцх) газа, имеющего наибольший удельный объем. В направлении •к холодному концу удельный объем проходящего через регенератор газа уменьшается, поэтому уменьшаются и размеры гофра каждого из расположенных ниже поясов Насадки. В нижнем поясе часто исполь­зуют насыпную' каменную насадку, которая обеспечивает более высо­кую очистку воздуха от примесей по сравнению с дисковой насадкой, что объясняется протеканием процесса адсорбции газообразных компо­нентов воздуха на поверхности гранул базальта или кварцита.

Экспериментально установлено, что наиболее эффективной является насадка из ленты толщиной 0,65 мм, высотой 50 мм, с шагом рифления 5—6 мм, углом наклона гофра 60°, количеством прорезей в ленте, рав­ным 6, и расстоянием между прорезями 8—9 мм.

В ряде крупных установок применяется лента шириной 115 мм с де­вятью рядами прорезей.

Регенераторы с насыпной каменной насадкой менее эффективны, чём! с дисковой. Однако их применение в схемах ВРУ дает возможность по­лучать .часть продуктов разделения (азота и кислорода), не загрязнен­ных примесями. Это достигается путем использования встроенного в насадку змеевика, через который отводится часть обратного потока, не участвующего в процессе удаления из объема регенератора возго­няемых СО2 и Н2О.

На рис. 3.4 показано устройство регенератора со встроенными змее­виками и каменной насадкой. Регенератор состоит из металлического корпуса 1, внутри которого смонтирован змеевик 2 из алюминиевых труб. Положение змеевика фиксируется кольцом, приваренным к внут­ренней поверхности ко'рпуса. Гранулы базальта или кварцита засыпа­ются в корпус регенератора-через штуцер 7. Объем насадки сверху и снизу ограничен дырчатыми о'бечайкой 4 и конусом 5, обтянутыми сеткой 6 из нержавеющей стали. Сетки выполняют роль фильтра и недопускают попадания в поток газов мелких камней и пыли. Удаление насыпной насадки 3 из регенератора осуществляется через штуцер <§. Взаимодействующие прямой и обратный потоки газов поступают в на­садку и отводятся из нее через штуцера 12 и 13. При этом часть обрат­ного потока подается в змеевик через штуцер 10 и в чистом виде выхо-

дит из регенератора через штуцер 11. Отбор петлевого воздуха осуще­ствляется через коллектор 9. Вследствие низкого коэффициента тепло­отдачи к наружной поверхности труб, отложения на них кристаллов воды и двуокиси углерода и малых значений температурного напора между внешним и внутренним потоками газов (в большей степени это относится к периоду холодного дутья) интенсивность теплопередачи че­рез стенку змеевика низка. Это приводит к увеличению размеров змеевика и, следовательно, регенератора в целом в 5—б раз по сравнению с регенератором с насадкой из алюминиевой ленты. По этой же причи­не недорекуперация чистых продуктов в 2—3 раза больше недорекупера-ции обратного потока, проходящего через каменную насадку.

Продолжительность дутья вследствие большой массы насьщной на­садки возрастает до 9—10 мин; что заметно снижает взаимные перето­ки газов при переключении потоков, облегчает работу системы клапа­нов и упрощает условия регулирования температурного режима регене­раторов.

Используемые в регенераторах в качестве материала насадки ба­зальт и кварцит обладают высокой прочностью, малой истираемостью, большой плотностью и теплоемкостью (табл. 3.3).

Средние свободный объем и плотность насыпных каменных насадок практически не зависят от размера гранул и примерно равны 0,42 м3/м3 и 1740 кг/м3.

Удельная площадь поверхности насадки. 5Т, являющаяся функцией среднего размера гранул с1, может быть найдена х: помощью эксперимен­тально установленной зависимости, представленной на рис. 3.5.

Живое сечение для прохода газа в каменных насадках в среднем в 1,5 раза меньше, чем в дисковых. Вслед­ствие этого для получения приемлемых гид­равлических сопротивлений скорость потока газа при нормальных условиях, отнесенная к полному сечению генератора, должна быть уменьшена в 2—2,5 раза (1—1,2 м/с). Соответственно и диаметр корпуса регене­ратора с насыпной насадкой должен быть увеличен по сравнению с регенератором, на­садка которого выполнена из алюминиевой ленты. Изменение температуры каменной насадки АГН за период т обычно лежит в пределах 35—45 К.

Рис. 3.5. Зависимость удельной поверхности 5Т насыпных наса­док от размера гранул и.

Как указывалось ранее (§ 2.9), регене­раторы с насыпной насадкъй по своим тех­нико-экономическим показателям уступают пластинчато-ребристым реверсивным тепло­обменникам, использование которых в ВРУ

в целях получения чистых продуктов разделения предпочтительнее. Необходимо однако, учитывать, что применение реверсивных тепло­ обменников требует более высокой надежности системы переключе­ ния газовых потоков и автоматической стабилизации температурного режима из-за повышенной опасности попадания больших- количеств