圧縮空気中の水分: 原因、問題、および解決策

プラント エアを長時間稼働させる場合は、ブローガンのノズルからの水の飛び散り、ミストに注油されたツールからの錆びた滴り、湿気の多い朝のカプラーからの湿気の縞模様などを目にしたことがあるでしょう。{0}{1}その湿気は、たった一度の悪い日の癖ではありません。これは空気を圧縮することによる完全に予測可能な結果であり、放っておくと静かに機器に損傷を与え、製品を台無しにし、ダウンタイムによってお金を浪費します。

良いニュースは、この問題は十分に理解されており、完全に解決可能であるということです。湿気を除去するには、3 つのことを順番に理解する必要があります。1 つはなぜ水が空気ラインに現れるのか、水がそこにある間に何をするのか、アフタークーラーから乾燥機、一連の排水管までの機器 - のどの組み合わせが各段階で水分を除去するのか - であるかということです。

圧縮空気中に水が現れるのはなぜですか?

コンプレッサーが吸い込む空気は決して真に乾燥しているわけではありません。大気中には常に水蒸気が含まれており、水蒸気が保持できる量は温度に大きく依存します。暖かい空気は冷たい空気よりもはるかに多くの水分を含みます。

ここが重要なメカニズムです。コンプレッサーは、その湿った空気を大量に取り込み、はるかに小さなスペースに押し込みます。水蒸気は空気のように圧縮できないため、吸気容積全体に広がっていたのと同じ質量の水分が容積のごく一部に詰め込まれます。スポンジを絞ることを考えてください。圧縮により、空気は水分をすべて保持し続けることができる点を超えます。

コンプレッサーは空気を圧縮するときに空気も加熱します。熱い空気にはより多くの蒸気が含まれる可能性があるため、コンプレッサー内の空気が「乾燥した」状態のままになることがあります。問題は下流から始まります。圧縮空気がレシーバーと配管内で冷えると、水蒸気を保持する能力が低下し、余剰分が凝縮して液体の水となり、システムの最下位に集まります。

この物理学から 2 つの実際的な事実が導き出されます。まず、吸入空気が湿っていて暖かいほど、より多くの水が生成されます。第二に、圧縮では水は生成されません-。空気中にすでに存在していた水分が濃縮され、液体として落下します。エアコンプレッサーは、驚くべき量の液体を生成します。アトラスコプコの凝縮水説明員 相対湿度 75%、24 度の部屋で動作する 55 kW (75 HP) ロータリー- スクリュー ユニットは約結露する可能性があることに注意してください。1 日あたり 280 リットル (75 ガロン) の水、20度、湿度60%で100kWのコンプレッサーは約8時間のシフトで85リットル。その一滴は必ずどこかに行かなければなりません。

これが重要な理由: 湿気は圧縮空気中で最も一般的な汚染物質であり、管理は任意ではありません。配管や設備に目に見えない形で蓄積するため、ほとんどのプラントでは損傷が発生して初めて問題に気づきます。

圧縮空気中の湿気が引き起こす問題

凝縮水が配送ネットワークを通過するとき、それは 1 か所にきちんと留まるわけではありません。工具、バルブ、シリンダー、フィルター、および製品自体に付着します。圧縮空気中の湿気がすべて加わると、十分に文書化されたいくつかの故障モードが発生します。-

腐食と詰まり

液体の水はパイプ、レシーバー、鋼部品の錆を促進し、その腐食が剥がれ落ちると下流に移動します。遊離粒子は、バルブ、継手、フィルター、および機器の動作を維持する細い制御ラインやパイロットラインを詰まらせます。表面の錆から始まるものは、空気の流れを遮断し、コンポーネントの故障へと連鎖します。ここでの被害は、- 個の腐食したパイプ小屋の破片によってさらに悪化し、線路沿いのさらに先の何かに損傷を与えています。

洗い流された-潤滑油と早期摩耗

空圧ツール、シリンダー、アクチュエーターは、潤滑剤の薄い膜に依存して自由に動きます。水が膜を剥ぎ取り、水がないと可動部品が金属と金属を接触させます。--その結果、動作が不安定になり、摩耗が速くなり、機器の寿命が大幅に短くなります。何年も稼働するはずのツールが数か月で故障し始め、再構築や交換には計画外のコストがかかります。

露出した線のフリーズ

寒い天候や、配管が屋外や暖房のない空間を通っている場所では、捕らえられた水が凍結します。氷が膨張してラインやバルブをブロックし、生産途中でブロックが発生すると、解けるまで機械 - やライン全体 - が停止する可能性があります。のCAGI 圧縮空気処理ハンドブック-これを古典的な故障モードとしてリストします。線状の水が凍結して腐食と同じ詰まりが発生し、多くの場合、運転中に機械がフリーズします。-

機器の故障

湿気は制御システムに特に悪影響を及ぼします。計器空気中の水はセンサーに干渉し、制御バルブの動作を異常にし、オペレーターが不信感を抱く誤った測定値を生成します。厳密なプロセス制御で稼働しているプラ​​ントでは、信頼性の低い空気圧信号が製品の一貫性と安全性を静かに損なう可能性があります。

汚染された製品

最も高価な損傷は、水分が製品 - に到達したときに発生します。ここで、圧縮空気中の水分の問題が機器の問題ではなくなり、品質の問題になります。水膨れや魚の目のあるコーティング、接着不良のある塗装、ショートまたは早期故障した電子機器、微生物を繁殖させる食品の塊 - は、プロセスに接触する湿った圧縮空気に遡ります。これを最終顧客に説明する販売業者にとって、「不良バッチ」シナリオは、多くの場合、湿った空気が着地する実際のコストが発生する瞬間です。カイシャンUSAの圧縮空気ガイド内の-水--では、同じ問題が塗装、食品、製薬、電子機器の各工場でどのように異なって現れるのか、また、規制された産業における汚染によって、供給される空気がどのようにプロセス証明書が要求する品質クラスの外に押し出される可能性があるのか​​について詳しく説明しています。

これらの故障モードはどれも、最終的には同じ結果をもたらします。つまり、機器の寿命の短縮、メンテナンスの増加、予期せぬダウンタイム、品質リスク-により、水分を除去する処理機器よりも水分をはるかに高価にする隠れた運用コストが発生します。

中心的な指標: 圧力露点

解決策について話す前に、1 つの用語が不可欠です。圧力露点 (PDP) は、特定の圧力で圧縮空気中の水蒸気が凝縮して液体になり始める温度です。圧力露点が低いほど、空気は乾燥します。専門家が乾燥機が「-40 度」または「+3 度」に達することについて話すとき、彼らはその圧力露点を引用しています。施設に必要な圧力露点は、乾燥に関するあらゆる決定を左右する単一の数値です。

露点のニーズは用途によって大幅に異なるため、業界では ISO 8573-1 水分クラスを使用して、空気の乾燥度がどの程度でなければならないかを標準化しています。アトラスコプコの凝縮水説明書に示されているクラス表は、各クラスを最大許容圧力露点にマッピングしています。

必要なクラスは、都合のよいものではなく、最も湿気に敏感なアプリケーションによって設定されます。{0}}塗装ブース、製薬ライン、または電子プロセスでは、クラス 2 (-40 度) 以上が要求される場合があります。一般的な店舗の空気は通常、クラス 4 で良好であり、冷凍式乾燥機によって快適に到達します。必要なクラスを事前に定義すると、漠然とした「空気を乾燥させるべきだ」という考えが、具体的で検証可能な目標に変わります。

圧縮空気から水分を除去する方法: トリートメント トレイン

単一の装置ですべての湿気を除去することはできません。圧縮空気システム内の水分は 2 つの異なる形態 - として存在し、凝縮した液体の水と、依然として空気流に含まれる水蒸気 - であり、それぞれ異なる方法で処理する必要があります。完全な答えは処理トレインです。各段階で水負荷の一部を除去し、意図的な順序で配置された一連の段階です。ここでは、その列車がどのように動作するかを段階ごとに説明します。

アフタークーラー

コンプレッサーから出た空気は高温で飽和状態になります。コンプレッサーの直後に取り付けられたアフタークーラーは排出空気を冷却し、水分の大部分が分離して排出できる液体に凝縮します。セパレーターとアフタークーラーは一緒にバルク液体として蒸気の大部分を除去するため、- 通常 40 ～ 60% - アフタークーラーは最初の最も安価な防御線であり、下流のすべてに重い湿気負荷を与えません。

水分分離器および受液タンク

アフタークーラーの下流では、湿分分離器が凝縮した液体を空気流から機械的に取り出すため、凝縮した液体は前方に持ち出されません。レシーバー（湿式）タンクも役割を果たします。タンク内で空気が冷えて速度が低下すると、より多くの凝縮水が落下して底に集まり、そこから排水できます。これらのステージは大量の液体水を処理します。後で凝縮する蒸気は除去されません。

凝縮水排水管

水はセパレーター、レシーバー、フィルター、およびローポイントに集まり続けるため、自動凝縮水排出装置が不可欠です。ドレンが故障したり忘れられたりすると、溜まった水がラインに逆流して-、適切なコンポーネントを備えたシステム内で汚れた湿った空気が発生する主な原因となります。信頼性が高く低損失の電子ドレンは、圧縮空気をほとんど無駄にせずに凝縮水をパージし、空気の質とエネルギー使用量の両方を保護します。

冷凍式乾燥機

冷凍式ドライヤーは、一般産業用エアの主力製品です。圧縮空気を約 +3 度まで冷却し、水蒸気が凝縮して液体になり、その後分離器とドレンで除去され、空気は再加熱されてから排出されます。冷凍式乾燥機は、パージ空気の損失なしに ISO 水クラス 4 ～ 6 に確実に到達します。-これは、工場の空気、ショップ ツール、ラインが氷点下を超える組み立て作業にとって経済的なデフォルトとなっています。

乾燥剤（吸着）乾燥機

プロセスで非常に乾燥した空気 - 負圧露点 - が必要な場合、冷凍式乾燥機では蒸発器が氷点下にならずに氷点下に到達できないため、そこに到達することはできません。乾燥剤乾燥機は、空気を活性アルミナなどの吸着媒体上に通過させ、分子レベルで水蒸気を除去し、圧力露点が -20 度から -70 度に達します (ISO クラス 1 ～ 3)。 -そのトレードオフは、乾燥剤を再生する必要があり、再生にはパージ エアまたはエネルギーが消費されるため、運用コストが上昇することです。乾燥剤付き乾燥機は、-露出したライン、製薬、電子機器、機器-の質の高い空気を凍結させるために必要です。

合体フィルターと精密フィルター

フィルターは列車内でさまざまな役割を果たします。凝集 (精密) フィルターは、空気からオイル エアロゾルと微粒子を除去し、下流の機器、特にオイルのキャリーオーバーによって破壊される可能性のある乾燥剤媒体を保護します。-。しかし、フィルターは水蒸気を除去しません。飛沫をキャッチします。後で再凝縮する目に見えない蒸気を止めるには、上流に乾燥機が必要です。-フィルターとドライヤーは補完的なものであり、互換性はありません。

結果の検証: 露点測定-

トリートメント トレインの良さは、実際に提供する乾燥の程度によって決まります。乾燥機の排出口 -、理想的には最も遠い使用点 - にある露点センサー-は、機器の銘板を信頼するのではなく、空気が必要な ISO クラスを満たしていることを確認します。圧力露点を測定する工場は、塗装ラインに本当にクラス 4 を供給しているのか、機器にクラス 2 を供給しているのかを知ることができ、湿度管理を推測から検証可能な仕様に変えることができます。

湿気の処理は段階的な問題であり、適切に設計されたトレインはこれらの段階を正しい順序で積み重ねて、最初に大量の液体を除去し、最後に残留蒸気を磨きます。{0}エンド カスタマーにとって、これはまさに知識豊富なサプライヤーが行うべき会話です。-最も機密性の高いアプリケーションの流れ、圧力、露点要件を確認し、それを満たすコンポーネントを効率的にマッピングする-。その全体像を把握するためのアプローチは、次のようなサプライヤーがどのように行うかです。-溶剤処理単一のボックスを販売するのではなく、完全な圧縮空気処理スキームを設計します。-

プロのヒント:処理が機能しているかどうか不明な場合は、必要な ISO 8573-1 クラスを確認し、乾燥機の出口だけでなく、使用時点での実際の圧力露点を測定してください。長い枝や屋外の枝で空気が目標露点を下回ると、はるか下流でも結露が発生する可能性があります。

実用的な湿気除去計画を立てる-

機器を個別に購入するのではなく、電車内で意図的に作業します。

1. 負荷を数値化します。コンプレッサーの自由空気供給量、作動圧力、入口温度、部屋の季節湿度を把握してください。これは、夏にどれだけの水分が生成されているか、そして治療がどれだけハードに行われなければならないかを示します。
2. 必要なクラスを定義します。配管内で最も冷たい箇所と、湿気に最も敏感な用途を特定します。{0}}これにより、目標の ISO 8573-1 クラスと圧力露点が設定されます。
3. 各段階をジョブに合わせてください。アフタークーラー、セパレーター、レシーバー、信頼性の高いドレンを使用して大量の液体を除去します。冷凍式乾燥機 (クラス 4 ～ 6) または乾燥剤乾燥機 (クラス 1 ～ 3) を使用して蒸気を目標露点まで除去します。合体フィルターと精密フィルターで下流の列車を保護します。
4. 結果を確認します。春だけでなく、夏の湿気のピーク時にも、吐出口と最も遠い点の圧力露点を監視して、仕様 - を満たしていることを確認してください。

工場が本当に 1 つの敏感なプロセスについては氷点下の露点を必要とするが、工場の他の部分についてはクラス 4 のみを必要とする場合、すべての空気を極端なレベルまで乾燥させる必要はありません。{0}効率的な設計により、要求の厳しいブランチのみを処理するか、大量の脱水に冷却ステージを使用し、続いて必要な箇所のみを深部乾燥するための小型の乾燥剤ステージを使用します。

「ラインに水が入り続けている」状態から具体的な解決策に移行する準備ができている人にとって、次のステップは、乾燥機のコンセプトを確認し、乾燥機を特定のコンプレッサーと露点の要件に適合させることです。{0}}始めるのに適した場所は、圧縮空気乾燥機がどのように水蒸気を除去するかを理解する、その後、構造化された作業に取り組みますコンプレッサーの流量、圧力、露点に応じた適切なドライヤーの選択.

結論

圧縮空気中の湿気は予測できない問題ではありません。-熱力学的に確実であり、その原因は十分に理解されており、解決策も十分に実証されています。-空気は圧縮され、その水分が濃縮され、冷却されると凝縮します。その液体は配管を腐食し、潤滑を奪い、冷たいラインで凍結し、機器に誤解を与え、製品を汚染します。この問題を解決するには、1 つの魔法のコンポーネントではなく、計画的な一連の処理が必要です。つまり、大量の水を除去するためのアフタークーラーと分離器、信頼性の高い排水管、圧力-露点-要件に合わせたサイズの冷凍式乾燥機または乾燥機式乾燥機、そして結果を保護し証明するためのフィルターと露点検証-です。

湿気による損傷を回避できる植物は、最も高価な単一乾燥機を備えた植物ではありません。彼らは、水負荷を定量化し、本当に必要な ISO クラスを定義し、列車の各段階をその目標に適合させます。-、機器が露点を処理すると仮定するのではなく、実際に露点が得られることを再確認します。航空管内に水が発生している場合は、それを行動に値する信号として扱い、別のコンポーネントを追加する前に完全な処理計画を作成してください。