圧縮空気の圧力露点とは何ですか?

「乾燥機出口: 圧力露点 -40 度」と書かれた見積書があなたの机に届きます。あるいは、工場内の計器が +12 度を示しているが、それが良いのか悪いのかわかりません。いずれにせよ、数値はシート上のほとんどの仕様よりも重要であり、顧客が最も読み間違えやすい数値の 1 つです。

詳細の前に簡単に答えます。圧縮空気の圧力露点は、空気が動作圧力にあるときに空気中の水蒸気が凝縮し始める温度です。数値が小さいほど空気が乾燥していることを意味します。圧力露点が -40 度ということは、空気中に含まれる水分が非常に少ないため、温度が -40 度に低下するまでは何も結露しないことを意味します。

なぜ複数の文が必要だったのでしょうか?同じフレーズであっても、測定される場所によって意味が異なり、測定された圧力がなければ数値は意味を持たないからです。これら 2 つの事実は、エンド ユーザーと機器サプライヤーの間での議論のほとんどを引き起こします。

この記事では、測定基準について端から端まで扱います。測定基準とは何か、天気予報の露点と異なる理由、両者を結び付ける算術、数値を仕様に変換する ISO 8573-1 クラス表、どの乾燥技術がどのレベルに達するか、独自のシステムの目標を選択する方法、および与えられた測定値が信頼できるかどうかを判断する方法について説明します。

圧力露点の実際の意味

すべての気体には水蒸気が含まれています。どのくらい保持できるかは温度によって異なります。暖かい空気はより多く保持されますが、冷たい空気はより少なく保持されます。露点は、単に空気が飽和度 - を保持できる温度 - であり、さらに冷却すると余剰分が液体の水として強制的に排出される温度です。

圧力露点は、大気圧以上に保たれた空気にその定義を適用します。によるとアトラスコプコの圧力露点についての説明、圧力露点は、圧縮空気内の水分が凝結することなく圧縮空気を冷却できる温度であり、圧力露点が低いということは常に含水量が低いことを示します。対照的に、大気露点は、天気予報で報告される数値をおよそ 1 バール - まで拡大した後の同じ空気を表します。

その区別は学術的なものではありません。露点は圧力に依存するため、拡張後に取得した大気測定値をライン圧力での圧力露点と比較することはできません。また、この 2 つを混合することは、議論のあるドライヤーの見積の大部分の背後にあります。

業界が相対湿度ではなく露点を指定する理由

相対湿度は、空気が飽和にどれだけ近いかをパーセンテージで示します。空気を加熱すると、水分子を 1 つも取り除くことなく相対湿度が下がることに気づくまでは、これは便利に思えます。相対湿度は温度とともに変化します。水分含有量はありません。露点は水分含有量そのものを温度として表すため、空気が冷却、膨張、再圧縮するシステムを通過する際にも意味を持ち続けます。 ISO 8573-1 が圧縮空気の水分を湿度の数値ではなく圧力露点として指定しているのはこのためです。

注記：圧力露点の数値は、適用される圧力と乾燥機の定格入口温度という 2 つの関連要素 - がなければ不完全です。 38 度の入口での -40 度の定格は、50 度の入口での同じラベルとは異なる機械のパフォーマンスです。

圧力露点と大気露点: 2 つの数値が異なる理由

圧縮によって空気に水分が加わることはありません。スペースを削除します。

コンプレッサーが周囲の空気を 1 バールから 7 バールに絞ると、同じパイプ容積におよそ 7 倍の蒸気が詰め込まれます。水の質量は変化しませんが、その分圧 - 水蒸気が占める全圧力の割合 - は比例して増加します。蒸気分圧が高いということは、より高い温度で飽和が起こることを意味するため、露点が上昇します。

これを逆に実行すると、動作自体が説明されます。同じ空気を大気に戻すと、蒸気の分圧が下がります。測定される露点は急激に低下します。同じバッチの空気では、圧力露点は常に大気露点よりも高く-濡れているように-見えます-。アトラスコプコの空気乾燥に関するガイダンスには、広く引用されている例が示されています。-7 bar での +2 度の圧力露点は、大気圧での約 -23 度に相当します。

2 つの実際的な結果が続きます。

まず、サプライヤーが圧力を明示せずに美しく低い露点を引用する場合は、それがどこで測定されたかを尋ねてください。膨張後の数値は大気露点であり、乾燥機出口における実際のライン圧力露点は大幅に高くなります。-次に、プラントが圧力露点 -20 度の空気を受け入れ、誰かがサンプルの大気露点 -40 度を測定した場合、これら 2 つの測定値はまったく同じ空気を表す可能性があります。何も問題はありません。 2 つの図は単に異なる圧力で表されています。

圧力によって露点がどのように変化するか: 計算された変換

コンバージョンをチェックするのに空気計は必要ありませんが、絶対的な圧力を考慮する必要があります。ゲージ圧は大気を基準にして測定されるため、7 + 1.013=8.013. であるため、海抜 7 バールのゲージ ラインは実際には約 8.013 バールの絶対圧力を保持します。

この図では、変換は 3 ステップの操作であることがわかります。-水蒸気分圧を一定に保ち、絶対圧の比でスケールし、飽和蒸気圧の関係の逆数を使用して、得られた蒸気圧を温度に変換します。圧力と大気露点の値を変換するための ICS Schneider のガイドにその方法を示します。これは、以下の表に簡略化して再現されています。

経験則として、7 bar(g) では、圧力露点とその大気相当温度の差はおよそ 17 ～ 25 度であり、空気が湿るにつれてその差は広がります。空気が乾燥すると、より大きな広がりが生じます。湿った空気は小さいものです。

2 つの実際の例

例: 乾燥機出口から通気サンプルまでの 1 -。乾燥機の圧力露点は 7 bar(g) で +3 度です。ライン圧力は絶対値で 8.013 bar です。サンプルが 1.013 bar で大気まで膨張すると、蒸気分圧は 1.013 ÷ 8.013、つまり約 8 分の 1 に低下します。この低い蒸気圧を温度に換算すると、およそ -21 度になります。したがって、通気されたサンプルで技術者が見る -21 度は、+3 度の圧力露点を持つ空気の正しい大気露点です。

例 2 - はベントされたサンプルからラインに戻ります。ポータブル湿度計が大気中に排出された空気で -40 度を示し、誰かがその数値から乾燥機を特定することを提案したとします。同じ関係を逆方向に当てはめると、7 bar(g) での等価圧力露点はおよそ -20 度になります。これは、数値が約束していると思われる -40 度よりも低いクラスです。これはまさに、プロセスでクラス 2 が必要な場合に、プラントがクラス 3 乾燥度に指定される原因となるエラーです。

警告：大気露点測定値から乾燥機を指定しないでください。常にシステムの実際の動作圧力における圧力露点に換算してください。この数値に基づいて性能が判断されるからです。

ISO 8573-1 の水分クラスとそれぞれのコスト

ISO 8573-1:2010 は、粒子、水、油という 3 つの汚​​染物質ファミリーにわたる圧縮空気の純度を定義しています。水分含有量は、システムの動作圧力における最大圧力露点として表され、これにより標準が乾燥機の仕様と直接比較できるようになります。クラス 0 はクラス 1 よりも厳格であると定義されており、テーブルによって固定されるのではなく、ユーザーとサプライヤーの間で合意されます。

以下のクラスしきい値は、次の水分クラス表に従います。CAGI の圧縮空気およびガスハンドブック、典型的なアプリケーションは次のとおりです。ISO 8573-1 大気品質クラスに関するアトラスコプコのガイド.

必要なクラスは、平均ではなく、システムに接続されている最も機密性の高いアプリケーションによって設定されます。この 1 つのルールは、「乾燥した空気」に対する漠然とした要望を、サプライヤーが保持できるしきい値に変換するため、仕様に関する議論の大部分を解決します。

不要なクラスを購入するコスト

ドライ化は無料ではなく、そのペナルティは主に、購入価格ではなく、再生エネルギーと失われた圧縮空気に課せられます。

クラス 2 およびクラス 3 アプリケーションの主力であるヒートレス乾燥剤ドライヤは、自身の定格出力のかなりの部分をパージ エアとして消費します。の乾燥剤ドライヤに関する圧縮空気チャレンジのガイダンスこの数字は乾燥機の定格の 15 ～ 20% に相当しますが、冷凍式乾燥機は、圧力降下を克服するために必要なコンプレッサーの出力を含めると、定格 100 cfm あたり約 0.8 kW を消費します。年間換算すると、Chemical Processing によるヒートレス乾燥機のエネルギー使用量の分析は、固定サイクル制御で継続的に動作する 1,000- cfm のヒートレス乾燥機が年間 300,000 kWh のオーダーで電力を消費すると指摘しています。

この取引の方向性も十分に確立されています。公表されている比較では、冷{0}}再生式ヒートレス ドライヤーは熱式-再生ブロワー-パージ設計よりもエネルギー消費量が約 35% 高く、ブロワー-ヒート ユニットは乾燥した製品空気ではなく周囲空気で再生するため、パージを定格の約 0 ～ 3% に抑えます。

それに比べ、1 クラスが乾燥しすぎた場合のコストは現実的であり、繰り返し発生します。パージ損失をカバーするために大型のコンプレッサーを購入し、再生する必要のなかった乾燥剤を再生するための電力料金を支払うことになります。配管が +15 度を下回らないプラントの場合、クラス 4 仕様が技術的に正しい答えであり、クラス 2 仕様は、システムに必要のない保護に費やされた費用です。

どの乾燥技術がどの圧力露点に達するか

各乾燥方法には経済的に達成できる特性帯域があるため、目標圧力露点を設定すると、技術の選択はほぼそれに従うことになります。

この技術がより広範な処理チェーン内でどのように機能するかを確認したい場合は、- 乾燥機の前にアフタークーラーと分離器が何を除去するか、乾燥機の後にフィルターが何を除去するか {{1​​}} の説明で説明されています。圧縮空気乾燥機は何をするのか.

ほとんどの工場では屋内の配管と工具を保護するだけで済むため、冷凍乾燥は産業需要の最大のシェアをカバーしています。これらのユニットは空気を氷点下数度まで冷却し、安定した出口圧力露点を維持します。冷凍式エアドライヤー最新世代の冷間ステージ設計を使用することは、依然として一般的なプラント空気の標準的な第一選択です。{0}このセグメントのメーカーから公表されている PDP バンド - には、安定した 2 ～ 10 度の圧力露点で評価される Sollant Treatment の冷蔵製品群と、-20 ～ -40 度のモジュラー式および真空補助乾燥剤シリーズ - が含まれており、上記のクラス表と厳密に一致しています。これは、さまざまなサプライヤーからの見積もりを比較する際の健全性チェックに役立ちます。 2 つの主要なファミリーのどちらを選択するかが非常に近い場合、パージ損失、資本コスト、達成可能な露点の間のトレードオフは、次の比較で明らかになります。{10}乾燥剤と冷凍式乾燥機の比較.

乾燥剤の性能数値を読み取る際には、他の注意点よりも重要な注意点が 1 つあります。PDP の定格は、定格入口温度 (通常は 38 度以下) で見積もられています。乾燥剤乾燥機に 45 度の空気を供給すると、乾燥剤床がより重い湿気負荷とより高温の再生サイクルにさらされるため、達成可能な露点が低下します。流量、圧力、温度には補正係数が存在し、それを適用するかどうかで、8 月に仕様が維持されるか失望するかの違いが生じます。

システムの目標圧力露点の選択

面倒な作業を行うルールが 1 つあり、これはベンダーからではなく標準から提供されます。少なくとも圧力露点を指定してください最低気温より 10 度 (18 度 F)空気は、一年中いつでも、流通ネットワークのどこにでも遭遇します。推論は直接的です。圧力露点が空気が触れる最も冷たい表面より下にある場合、飽和には決して達しないため、結露は形成されません。

計器用空気については、要件が正式化されています。定められたとおりANSI/ISA-7.0.01 計装空気要件に準拠、乾燥機の出口で測定される圧力露点は、システムが経験する最低周囲温度より少なくとも 10 度低くなければならず、計器空気の標準天井は +4 度の圧力露点です。

そこからアプリケーション要件が厳しくなります。

製品に直接接触する場合は、より厳密な数値がコンプレッサーの規格ではなく食品安全ガイダンスに基づいている場合です-Process Sensing Technologies の食品グレードの空気に関するガイダンス-食品または飲料製品に直接接触する圧縮空気は、ISO 8573-1 クラス 2、圧力露点 -40 度以上を満たすかそれを超える必要があり、液体の水や水エアロゾルは許可されないと述べています。

ターゲットがどこに住むべきか、どこに住んではいけないのか

単一のプラント全体の圧力露点は、通常、間違ったアーキテクチャです。{0}サイト上の 1 つのプロセスが -40 度を必要とする一方で、他のすべてが +3 度で満足している場合、ネットワーク全体をクラス 2 まで乾燥させることは、1 台のマシンにサービスを提供するためにプラント全体で継続的にパージ空気とエネルギーのペナルティを支払うことを意味します。-

より経済的な方法は、冷却乾燥機を使用してプラントの大部分をクラス 4 まで乾燥させてから、敏感なプロセスのすぐ上流に小型の乾燥剤またはメンブレンポイント乾燥機を設置することです。--実際に必要な空気に対してのみ乾燥剤のペナルティを支払い、システムの大部分は利用可能な最も安価な乾燥方法で動作し続けます。このアプローチの実際的な制限-、フロー ターンダウン、--部分負荷時の使用時点ユニットの動作-については、チュートリアルで説明されています。ドライヤーをコンプレッサーの流量、圧力、露点に適合させる.

圧力露点の測定および確認方法

露点の指定と露点の達成は 2 つの異なる問題であり、それらの間のギャップは、ほとんどの場合、乾燥機の故障ではなく、測定または設置の問題です。

一般的に使用されているセンサー ファミリは 2 つあり、それらは精度スケールの異なる点にあります。ヴァイサラの露点検知技術の比較-はトレードオフを明確に示しています。容量性ポリマー センサーは、小型、高速、手頃な価格で、通常露点±2 度程度の精度を備えているため、プラント監視で主流となっています。一方、冷却ミラー湿度計は位相変化を直接測定し、約 ±0.1 ～ 0.15 度に達します。そのため、校正や要求の厳しいアプリケーションの基準機器として使用されます。

この精度の違いは、見た目よりも重要です。プロセス要件が乾燥機の定格出力の 2 度以内にある場合、±2 度センサーは仕様を満たしていることを証明できません -。それはおそらく仕様に近いことを示すだけです。

CS Instruments による次のチュートリアルでは、センサーを湿ったガスや代表的な流れの中に入れないようにするサンプリング配置など、測定チャンバーが実際にどのように機能するかについて説明しています。

読み取り値が本物かどうかを決定するインストール ルール

圧力露点の測定値は測定時の圧力でのみ有効であるため、サンプリングの配置が非常に重要になります。チューブ、フィルター、または測定セル内の圧力降下により値が歪みます。大気中に膨張させた後に測定した値は圧力露点ではありません。実際のインストール ガイダンスは、一貫した一連のルールに集約されています。

• センサーをシステムの乾燥側に垂直に取り付けます。逆さ、水平、湿ったガス中、空気が流れないデッドレッグ内には絶対に設置しないでください。
• 乾燥機の性能を検証する場合は乾燥機の下流および最終濾過の下流に、プロセスを保護する場合は重要な使用点のすぐ上流に設置します。
• 乾燥剤付き乾燥機の出口からは距離をあけてください。出口ですぐに測定すると、センサーが再生サイクルの変動にさらされ、故障のように見える鋸歯状の読み取り値が生成されますが、そうではありません。-
• サンプル ラインを短くし、漏れを防止し、{0}}吸湿性プラスチックではなくステンレス鋼または PTFE 製で-、サンプル流量を制御します。-少なすぎると応答が遅くなり、多すぎると圧力降下エラーが発生します。
• ラインの状態がセンサーにとって熱すぎる、汚れている、または濡れている場合は、メイン ラインに取り付けるのではなく、サンプリング セルまたはブリード ラインを使用してください。

実際の設置経験

スクリューコンプレッサーの設置に関する私たちの経験では、「コンプレッサーの故障」のように見えるいくつかの問題は、実際には設置条件に関連しています。

たとえば、試運転中に、当社のエンジニアは次の点に特に注意を払います。

• コンプレッサー室周囲の換気と放熱。
• メンテナンスやフィルター交換のための十分なスペース。
• 吸気の清浄度と経路。
• 電源の安定性と正しいモーター回転。
• 圧縮空気の配管サイズと圧力損失。
• 凝縮水の排水と乾燥機の設置。
• 周囲温度、特に暑い気候では。

これらのチェックは、周囲温度が高い、ほこりの多い環境、またはコンプレッサー室の換気が制限されている地域のプロジェクトでは特に重要です。{0}

当社のエンジニアリングチームからのフィールドノート

よくある間違いは、設置環境を確認せずにコンプレッサーの性能を評価することです。換気の悪い部屋でコンプレッサーを動作させると、吸気温度と吐出温度が高くなり、動作効率に影響を及ぼし、高温保護が作動する可能性があります。-

このため、コンプレッサー自体の性能が低下していると判断する前に、実際の設置状況を確認することをお勧めします。

露点測定値が誤解を招く 5 つの理由

測定値が仕様外の場合、その原因はセンサーよりも上流にあることが多くなります。

1. 乾燥機のサイズが小さすぎるか、負荷が過大です。測定された流量ではなくコンプレッサーの銘板で選択されたドライヤーは、システムが容量近くで動作すると定格圧力露点を下回ります。パージ率は実際の流量ではなくドライヤの定格に基づいて設定されるため、半分の負荷のドライヤでもパージ許容量をすべて消費します。-
2. プレフィルターが詰まっています。-凝集フィルター全体の圧力損失が上昇すると、ドライヤーを通る流量が減少し、ユニットの定格バランスが崩れます。
3. 吸気空気が熱すぎます。アフタークーラーが弱いか、コンプレッサー室の換気が不十分な場合、高温で湿気を含んだ空気が乾燥機内に押し込まれます。{0}}これが、夏の午後に乾燥剤付き乾燥機のパフォーマンスが低下する最も一般的な原因です。
4. 乾燥剤が枯渇したか、再生に失敗しました。パージバルブ、ヒーター、ブロワーアセンブリはすべて静かに故障します。再生障害は、誰かがライン内の水に気づく数週間前に、出口露点が着実に上昇することとして現れます。
5. 凝縮水が除去されていません。自動ドレンの故障、ストレーナーの詰まり、または排水されていない低い位置の配管により、液体の水が下流に運ばれ、乾燥機が正常に動作している場合でも、測定値が濡れたり工具が濡れたりすることがあります。{0}

センサーのドリフトは、原因ではなく複雑な要因としてこれらと並んでいます。校正されていない容量性センサーは、数か月間、真の圧力露点を過小評価または過大評価する可能性があります。継続的なログと文書化された校正間隔が、実際の傾向と機器のドリフトを区別する唯一の方法であり、ISO 8573-1 監査で確認されることが期待される証拠でもあります。

圧力露点に関するよくある誤解

"露点数値が低いということは、常に空気が乾燥していることを意味します。" 圧力が同じ場合のみ。-50 度の大気露点は、規定の -40 度の圧力露点よりもシステム的に湿った 7 bar - での約 -30 度の圧力露点に相当します。

"乾燥機出口露点は、プロセスで認識される露点です。" 必ずしもそうとは限りません。-40 度で乾燥機から出た空気は、飽和フィルター、濡れたレシーバー、または排水されていない低点から下流で水分を拾う可能性があります。プロセスが重要な場合は、乾燥機の出口だけでなく使用時点でも測定してください。

"-40度の乾燥機は、どんな条件でも-40度を実現します。「 乾燥剤の性能は、特定の入口温度、圧力、流量で評価されます。それらのいずれかを変更すると、それに応じて達成可能な露点が変わります。これが補正係数が存在する理由であり、冬に性能を発揮した乾燥機が夏には目標を達成できない理由です。」

"乾燥機は常に良いです。" 乾燥機は常に高価です。約 +3 度を下回るたびに、パージ エア、再生エネルギー、またはその両方がコスト - となり、プラントが稼働するたびに繰り返されるコストとなります。

次のステップ

見積書の数値は、圧力、入口条件、システム内の最も冷たい表面に関連付けられて初めて意味を持ちます。 - コンプレッサー流量、作動圧力、入口温度と周囲温度、露点クラスの計算を行う場合、最も敏感なプロセスには実際に - の治療専門家が必要になります。ソラントISO 8573-1 クラスに対してシステムをマッピングし、それに続く乾燥機のサイジングを確認できます。型番よりも動作条件を持ってくると仕様が決まりやすくなります。