2631

туры подачи в напорную магистраль процесс пойдет по линии насыщения, соответствующей этому давлению (процесс 2-3). Разность влагосодержаний точек 1 и 3 соответствует количеству сконденсировавшейся влаги.

Рис. 16. - Диаграмма Рамзина для влажного воздуха

Очень часто температура нагнетания ниже температуры точки росы для данного давления (точка 2’). В этом случае конденсация начинается уже в процессе сжатия и на выходе из компрессора уже механическая смесь капельной жидкости, насыщенного водяного пара и воздуха. Для определения этого количества влаги необходимо из точки 2’ провести изоэнталь-

80

пу до пересечения с линией насыщения Б – точка 4. Разность влагосодержаний точек 1 и 4 соответствует количеству влаги, выделившейся в самом компрессоре.

По определенному таким образом количеству выделяющейся капельной жидкости производится предварительное определение типа и размера масловодоотделителей, а также периодичность продувки ресиверов, воздухоохладителей, буферных емкостей.

4.3.2. Масло

Источниками масляных загрязнений являются компрессор, масляные фильтры на линии всасывания, пары и распыленное масло в окружающем воздухе.

В атмосферном воздухе масляные загрязнения находятся в парообразном состоянии, и их концентрация не превышает 0,5 мг/м3, в районах нефтеразработок и промышленных зонах до 3 мг/м3. В производственных помещениях содержание масляных паров и тумана не превышает обычно 5 мг/м3,одна-

ко в местах выхлопа пневмоинструментов может достигать

300 мг/м3.

Зачастую пневмоприемники в процессе работы смазываются путем ввода в поток воздуха диспергированного масла. Концентрация вводимой в воздух жидкой смазки, подаваемой к пневмосистемам, обычно составляет 60-150 мг/м3,а дисперсность зависит от типа маслораспылителя: при двукратном распылении наименьший размер частиц может достигать 2-5 мкм, а при однократном -15-40 мкм. Выхлоп смазки в окружающую среду может явиться причиной загрязнения маслом всасываемого воздуха струйных и других систем, а также создать антисанитарные условия в производственных помещениях.

Концентрация и дисперсность загрязнений, вносимых масляными фильтрами, зависит от температуры и скорости всасываемого воздуха, сорта масла, используемого в фильтрах,

81

правильности монтажа и качества обслуживания фильтра.

Обычно концентрация масляных паров не превышает 0,5-1 мг/м3.

Основной причиной загрязнения обычно является вынос масла в линию нагнетания самими компрессорами. Его количество можно определить исходя из норм расхода смазки в компрессорах различного типа. В ротационных и винтовых маслонаполненных компрессорах вынос масла в линию нагнетания в 1,5-2 раза выше, чем в поршневых. В центробежных и мембранных компрессорах вынос масла в линию нагнетания практически отсутствует.

4.3.3. Твердые загрязнения

Источниками загрязнения СВ твердыми частицами могут быть атмосфера, сам компрессор, устройства очистки и осушки воздуха и воздухораспределительная сеть.

Концентрация, дисперсный состав и природа твердых загрязнений, вносимых в пневмосистемы при всасывании воздуха, зависит от характера окружающей среды. До 80-90 % всех атмосферных загрязнений городских и промышленных районов составляют продукты неполного сгорания и пыль. Атмосферная пыль содержит примерно 70 % кварцевого песка, 15-17 % окиси алюминия, 3-4 % окиси железа, 2-4 % окиси кальция, и 0,5-1,5 % окиси магния. По шкале Мооса твердость этих веществ находится в пределах 4-7.

При работе компрессоров происходит износ поршневых колец, гильз, лопаток клапанов, частицы которых вместе с атмосферными загрязнениями и продуктами разложения компрессорного масла (нагар, зола и другие компоненты) попадают с воздухом в пневмосистему. Усредненная величина концентрации твердых загрязнений, вносимых компрессором, зависит от типа и качества обслуживания. Для ротационных и

82

поршневых компрессоров эта величина составляет 0,004-0,02 мг/м3.

Источником загрязнения сжатого воздуха твердыми частицами могут быть устройства осушки (разрушение зерен адсорбента). В соответствии с требованиями ГОСТ 13631-81 концентрация твердых частиц на выходе из устройства осушки не должна быть более 5 мг/м3, а размер не более 50 мкм.

В основном твердые загрязнения вносятся при передаче сжатого воздуха по сетям и соединениям. Они на 95-98 % состоят из ржавчины и окалины; в трубопроводах может находиться промышленная пыль и частицы уплотняющего материала - резины, краски, попадающие в систему из-за нарушения изготовления и монтажа. Металлические примеси появляются в пневмосистемах также в результате износа подвижных устройств пневмомеханизмов, а стружка, притирочные составы и абразивы - при некачественной сборке и монтаже пневматических устройств. Примеси органического происхождения в основном являются продуктами износа уплотнений, истирания шлангов, деталей и покрытий из синтетических материалов. Окалина, образовавшаяся при изготовлении труб, обычно имеет толщину до 0,2 мм и состоит в основном из FeO. Местная окалина в сгибах и особенно около сварных швов - толщиной до 0,8-1 мм и содержит больше Fе2О3 . Ржавчина появляется в результате воздействия влаги, кислот и щелочей и представляет собой сложную структуру, которая при воздействии потока воздуха, ударов и сотрясений трубопроводов отслаивается, дробится и перемещается во взвешенном состоянии с потоком. При наиболее типичном случае – относительная влажность1 - скорость коррозии воздухопроводов из малоуглеродистых сталей без защитного покрытия составляет примерно до 100 миллиграммов с квадратного дециметра поверхности труб в сутки.

Усредненная величина концентрации загрязнений, вносимых в поток сжатого воздуха на одном метре стальных тру-

83

бопроводов, может составлять 0,03-0,04 мг/м3. Разовые концентрации загрязнений в моменты начала подачи воздуха при гидравлических ударах и сотрясениях трубопроводов многократно превышают указанные выше величины. Поскольку в межцеховых магистралях установка отстойников и масловодоотделителей производится обычно через 200-500 м, а в цехах через 100-200 м, то максимальная концентрация ржавчины и окалины в сжатом воздухе может составлять до 25 мг/м3, а цеховых магистралях до 12,5 мг/м3 .

4.4. Очистка всасываемого атмосферного воздуха от загрязнений

Для того чтобы воздух, поступающий в компрессор, был относительно сухим и холодным и, главное, не содержал механических примесей и газов, могущих вызвать при опреде-

ленных условиях взрыв, место забора атмосферного воздуха

должно выбираться исходя из следующих соображений:

- забор атмосферного воздуха нужно осуществлять снаружи помещения, из затененных и наименее загрязненных мест, на высоте не менее 4 м от поверхности земли; всасывание воздуха внутри помещения можно производить только с разрешения технической и пожарной инспекции, причем толь-

ко для одного компрессора производительностью не более 0,05 м3/с;

- устройство для забора воздуха должно отстоять от всасывающего патрубка компрессора на расстоянии не более

10-12 м.

Всасываемый воздух обязательно должен проходить через устройства, очищающие его от механических примесей и влаги, а также уменьшающие шум на всасывающей линии компрессора. Относительная влажность воздуха, поступающего в компрессор, не должна превышать 65 %. При большем

84

влагосодержании всасываемого воздуха необходимо предусматривать его осушку.

Условно пыль классифицируют: по величине пылинок:

-мелкая пыль — с размером пылинок до 100 мкм;

-средняя пыль — с размером пылинок до 200 мкм;

-крупная пыль — с размером пылинок более 200 мкм;

по характеру пылинок:

-малое начальное пылесодержание - до 50 мг/м3;

-среднее начальное пылесодержание - до 500 мг/м3;

-высокое начальное пылесодержание - более 500 мг/м3. Отношение весового количества пыли, осажденной в

пылеотделяющем устройстве, к количеству пыли, поступающей в пылеотделитель, выраженное в процентах, определяет степень очистки воздуха и называется конечным коэффициентом очистки.

Степень очистки воздуха бывает трех видов:

- грубая очистка - при которой улавливается крупная

пыль;

-средняя очистка - при которой улавливается мелкая пыль от 10 до 100 мкм;

-тонкая очистка - при которой улавливается очень мелкая пыль (до 10 мкм).

4.4.1.Основные принципы отделений частиц загрязнений от

потока воздуха

Отделение твердых и жидких частиц из среды, в которой они взвешены, происходит под действием сил тяжести,

85

инерции, электрических и радиометрических сил, а также в результате молекулярной и турбулентной диффузии. Коагуляция (укрупнение) пылевых частиц и определенные условия контакта с поверхностями, на которые они осаждаются, способствуют процессу сепарации.

Для гравитационного осаждения частицы необходимо чтобы сила тяжести была больше силы воздействия набегающего потока на частицу. Осаждение частицы под действием силы тяжести наиболее полно проявляется в покоящейся среде и в ламинарных потоках.

Скорость осаждения частицы в потоке принимается немного меньшей ее скорости витания, равной:

где , в - плотности частиц и воздуха соответственно,

кг/м3;

d - средний диаметр частиц, м;

в - коэффициент динамической вязкости воздуха,

Па·с.

Габариты камеры, необходимые для гравитационного осаждения частиц крупнее заданного размера dз , обычно под-

бираются из приближенного соотношения:

где L - длина камеры, м; H - ее высота, м;

cв - скорость движения воздуха в камере, обычно вы-

бираемая от 0,2 до 0,8 м/с.

86

Инерционные силы возникают при взаимодействии частиц с увлекающим их потоком. Поток, несущий частицы, может иметь прямолинейное поступательное или криволинейное движение. В прямолинейных потоках инерционные эффекты проявляются при обтекании препятствий, каковыми могут быть отдельные сферические тела (капли), цилиндры (стержни, волокна), плоские перфорированные листы, рейки и др. При обтекании потоком препятствий линии тока искривляются, а частицы вследствие своей инерции продолжают двигаться поперек изогнутых линий тока и наталкиваются на препятствие, где и осаждаются.

Инерционные осаждения частиц в криволинейном потоке одни из наиболее распространенных в технике. На подобном принципе, например, основана работа циклонных пылеуловителей; центробежное осаждение частиц применяется также в качестве вспомогательного фактора иных по принципу фильтрации аппаратов.

Минимальный диаметр удерживаемых в циклоне частиц, а, соответственно, и глубина очистки воздуха, зависит от размера и плотности частиц и размеров конструкции аппарата (в первую очередь – соотношение диаметров наружной и внутренней трубы).

Диффузией называется самопроизвольный процесс установления внутри фаз (в нашем случае частицы - воздух) равновесного распределения концентраций. При диффузии частицы не остаются на одной линии тока. Совершая беспорядочные движения во всех направлениях, они приближаются к границам потоков и сталкиваются с поверхностями обтекаемых препятствий. Различают молекулярную и турбулентную диффузию.

Молекулярная диффузия в газах осуществляется путем беспорядочного теплового движения молекул. Мелкие частицы, подвергаясь ударам молекул газовой среды, приобретают скорость, что служит причиной отклонения их с линии

87

тока. Молекулярная диффузия является определяющей для осаждения частиц размером d < 0,15 мкм. Значительно больший диапазон по размерам частиц охватывает турбулентная диффузия. Полнота захвата частиц турбулентными пульсациями зависит от их массы или инерции; частицы размером d < 30 мкм полностью увлекаются турбулентными пульсациями.

Фильтрация - процесс осаждения частиц в массе тонких волокон либо пористых слоев, в которых проходит извилистый и относительно длинный путь в глубину этой массы. Промежутки между волокнами (стенками пор) значительно больше, чем размеры улавливаемых частиц.

Фильтрация осуществляется в результате одновременного действия рассмотренных выше механизмов отделения частиц: инерционного действия, в том числе «эффекта зацепления», и диффузии.

Столкновение частицы с препятствием подчиняется закономерности удара. Коэффициент восстановления скорости после удара зависит от контактирующих материалов и его можно принять равным 0,8. Отскоку частицы после удара препятствует сила адгезии. Если кинетическая энергия отскока частицы меньше энергии адгезии, то частица прилипает, в противном случае она отскакивает. Энергия адгезии убывает очень быстро - пропорционально квадрату или даже кубу размера зазора в наиболее узком его месте, становясь малой величиной уже при зазорах около 1 мкм.

Частицы размером около 1 мкм могут прилипать к поверхности при скоростях столкновений около 0,3 см/с. Сухие поверхности не могут удерживать крупные частицы; максимум эффективности сухих фильтров соответствует крупности частиц 4-6 мкм. Заполнение сухих фильтров полимерными материалами, имеющими низкий коэффициент восстановления скорости частиц после удара, улучшает условия контакта и повышает эффективность осаждения.

88

Смачивание поверхности резко повышает величину адгезии. При отрыве частицы от смоченной поверхности адгезия действует до тех пор, пока частица сохраняет контакт с пленкой жидкости. При толщине пленки замасливания 20-40 мкм частицы размером 10 мкм задерживаются смоченной поверхностью даже при скоростях более 7,0 м/с. Частицы размером 100 мкм отскакивают при скоростях около 1,0 м/с. При скоростях фильтрации около 3,0 м/с, характерных для масляных фильтров, могут надежно удерживаться хорошо смачиваемые частицы размером до 50 мкм. Плохо смачиваемые (гидрофобные) частицы, например кварца, удерживаются при тех же скоростях фильтрации гораздо хуже, только размером до 10 мкм.

4.4.2. Классификация и конструкции устройств очистки воздуха

Согласно СНиП 1-Г.5-82 оборудование, применяемое для обеспыливания воздуха, подразделяется на фильтры и пылеуловители. На компрессорных станциях для очистки атмосферного и сжатого воздуха устройства, относящиеся к обеим группам, часто дополняют друг друга. Характеристика воздушных фильтров дана в табл. .

Перед всасывающим патрубком компрессорных установок производительностью до 100 м3/мин обычно устанавли-

ваются ячейковые масляные и сухие фильтры. Собственно ячейкой является металлическая коробка 500x500 мм и высотой 50 мм (рис. 17).

Коробка заполняется стальными гофрированными сетками, волокнистыми или губчатыми материалами. В зависимости от заполнителя ячейковые фильтры имеют следующую модификацию: ФяР - фильтр ячейковый с заполнением из 12 стальных гофрированных сеток по ГОСТ 3826-86; ФяВ - с заполнением из 12 винипластовых «сеток» по СТУ 30-124-23-62;

89