Осушка воздуха и газов

Наличие влаги в сжатом воздухе и других газах затрудняет их транспортирование и использование в технологических целях. Для отделения влаги преду­сматривают водомаслоотделители, устанавливаемые за концевыми холодильниками компрессоров. При идеаль­ной работе этих аппаратов точка росы совпадает с тем­пературой газа, т. е. вся влага, содержащаяся в вы­ходящем из аппарата потоке, находится в парообраз­ном состоянии. Однако в реальных аппаратах часто от­деляют лишь 60—80% имеющейся в газе капельной влаги. И только в перспективных, разрабатываемых в настоящее время, аппаратах удается удалять до 95 % конденсата,! т. е. выходящий из водомаслоотделителя поток содержит пары влаги и капли конденсата. Ко­личество отведенной влаги зависит от температуры га­за, так как водомаслоотделители отделяют только жид­кую фазу. Если температура на выходе высокая, кон­денсат в газе не образуется и, следовательно, не проис­ходит отделения влаги в водомаслоотделителе.

Температура газа на выходе из концевого холодиль­ника должна отличаться на 5—8 К от температуры ох­лаждающей воды. При воздушном охлаждении темпе­ратура газа должна отличаться от температуры окру­жающего воздуха на 15—20 К, т. е. температура на вхо­де в маслоотделитель зависит от температуры охлаж­дающей среды. Уменьшение расхода последней, а так­же загрязнение теплопередающих поверхностей вызыва­ют дополнительное повышение температуры газа на входе в водомаслоотделитель; реальные значения этой температуры обычно 300—320 К, нередко 350 К. В свя­зи с этим количество влаги, содержащейся в газе на выходе из водомаслоотделителя, весьма значительно. А температура газа в трубопроводе обьгчноі выше темпе­ратуры окружающего воздуха, т. е. транспортирование газа сопровождается его охлаждением, а следователь­но, и конденсацией содержащихся в нем водяных па­ров.

Выделяющийся конденсат накапливается на отдель­ных участках трубопровода, увеличивая его гидравли­ческое сопротивление. Возможен периодический выброс конденсата,! что нарушает нормальное протекание тех­нологического процесса, а в ряде случаев создает ава­рийную ситуацию. В связи с этим на промежуточных участках трубопровода и перед выходным вентилем сжатого газа приходится устанавливать дополнитель­ные сборники конденсата. При продувке последних те­ряется значительная часть сжатого газа. Большой вред народному хозяйству наносит «промерзание» трубопро­водов, т. е. забивка льдом| разветвленных пневматиче­ских систем с участками большой протяженности. Ве­роятность промерзания возрастает в весенний и осен­ний периоды эксплуатации, когда суточные колебания температуры включают область положительных и отри­цательных температур. В эти периоды относительно ве­лики количество влаги во всасываемом компрессором воздухе и количество выделяющегося в трубопроводах конденсата, из которого в дальнейшем может образо­ваться ледяная пробка. В сильные морозы мало содер­жание влаги во всасываемом воздухе; это снижает ве­роятность забивки трубопровода. При прочих равных условиях увеличение амплитуды колебаний} температу­ры окружающей среды и температуры сжатого воздуха в трубопроводе повышает вероятность забивки.

Наиболее часто с рассматриваемым явлением и его негативными последствиями приходится сталкиваться в Сибири и других районах с резко континентальным кли­матом. Трудно дать достаточно объективную оценку урона,1 наносимого народному хозяйству из-за фазовых переходов влаги в сжатых газах.

Рассмотрим несколько подробнее механизм забивки льдом трубопроводов. На участке, где температура сте­нок положительна, большая часть конденсата течет в виде пленки по стенке трубы, остальная часть движется в виде капель в потоке воздуха. Для простоты будем рассматривать в начале горизонтальный участок. В том месте, где температура стенки становится отрицатель­ной, вода образует на стенках слой льда. Толщина слоя увеличивается из-за смещения жидкости из пленки с предшествующего участка и выделения капельной вла­ги из потока воздуха. Участок активного льдообразова­ния ограничен с одной стороны сечением, где темпера­тура стенки уже стала отрицательной, и с другой сто­роны сечением, где температура в потоке становится отрицательной. Дальнейшее движение воздуха практи­чески не вызывает накопления льда в трубопроводе Образующиеся в потоке кристаллы имеют малые раз­меры и не выделяются из потока. Кристаллы льда, рас­тущие на стенке, образуют рыхлую структуру. При при­нятой скорости движения воздуха в трубопроводе по­ток срывает их со стенки. В результате на участках с отрицательной температурой стенок и потока практи­чески не наблюдается накопления осадка.

Если выпавший на стенки конденсат не удалить на участке с положительной температурой, он постепен­но сместится в зону интенсивного льдообразования. Если конденсат удалить перед самым началом зоны, то существенно уменьшится скорость накопления льда. Од­нако такой способ повышения работоспособности не всегда удается реализовать на практике, так как поло­жение зоны активного льдообразования не постоянно; кроме того, место, где начинает выпадать конденсат из сжатого воздуха, в ряде случаев не известно и также не является постоянным.

Периодические перемещения зоны активного льдооб’ разования являются одним из главных факторов, оп. ределяющих процесс забивки трубопровода. При по­стоянной температуре окружающей среды перемещения зоны активного льдообразования вызваны( изменением расхода сжатого воздуха. Колебания расхода зависят от графика работы потребителей. При увеличении рас­хода зона интенсивного льдообразования удаляется от компрессора, при уменьшении расхода приближается к нему. Суточные колебания температуры окружающей среды также вызывают изменения расположения ука­занной зоны; при повышении температуры зона удаля­ется от компрессора, а при понижении — приближается к нему.

На участке трубопровода между двумя крайними положениями зоны происходит периодическая смена положительной температуры стенки на отрицательную. Во время перемещения зоны интенсивного льдообразо­вания в направлении к компрессору затвердевает и фиксируется на стенке накопленный ранее конденсат. При передвижении зоны в обратную сторону расплав­ленный конденсат вместе с вновь выпадающим движет­ся в направлении от компрессора к потребителю. Та­кое движение продолжается до тех пор, пока зона ин­тенсивного льдообразования не достигнет своего край­него положения. Далее цикл повторяется. Отбойники жидкости могут функционировать только на части тру­бопровода, расположенной перед рассматриваемым участком, где температура стенки положительна в те­чение всего периода.) Влага выпадает за последним функционирующим отбойником при охлаждении возду­ха до температуры 273 К и остается в трубопроводе. Периодические перемещения зоны интенсивного льдо­образования приводят к| тому, что вся выпадающая влага сосредоточивается на небольшом отрезке трубо­провода. Этот отрезок находится в месте расположения зоны интенсивного льдообразования при наибольшем расстоянии от нее до компрессора. Отложение льда уменьшает площадь поперечного сечения трубопровода. Появление местного сопротивления способствует фикса­ции положения указанного отрезка и ускоряет процесс забивки трубопровода.

Если на участке перемещения зоны интенсивного льдообразования трубопровод не горизонтален, то соз­даются условия для накопления жидкости в низких местах. При отрицательных температурах эта жидкость замерзает частично или полностью, создавая местные гидравлические сопротивления. При положительных температурах лед снова превращается в жидкость. Временное скопление жидкости в зоне таяния усилива­ет пульсации, характерные для течения двухфазных сред в наклонных каналах. Жидкость отдельными пор­циями забрасывается на участок с отрицательной тем­пературой. Там в зависимости от конкретных условий жидкость замерзает частично или полностью. Незамерз — шая часть жидкости возвращается на участок; с поло­жительной температурой стенок. Пульсационный ха­рактер движения жидкости несколько видоизменяет процесс образования ледяной пробки, а главное затруд­няет- определение места ее расположения.

Для того, чтобы избежать негативного влияния вла­ги на транспортирование сжатого газа и различные технологические процессы, необходимо исключить воз­можность образования жидкой и| твердой фаз воды. Этого достигают различными способами. Можно подо­гревать газ до такой температуры, при которой после­дующие изменения его параметров не приводят к обра­зованию конденсата. Однако в большинстве случаев условия построения пневматической системы и прове­дения технологического процесса исключают возмож­ность применения этого способа.

Другой способ обработки сжатого газа — его ад­сорбционная осушка. Если адсорбер устанавливают пе­ред компрессором, то одновременно с решением главной задачи улучшают условия работы компрессора. В сма­зываемых и особенно в маслозаполненных компрессо­рах исключают отрицательное влияние конденсата на характеристики масла. В несмазываемых компрессорах полностью исключают возможность заброса капельной влаги во вторую и третью ступени компрессора из про­межуточных холодильников. Основной недостаток рас­сматриваемого способа обработки газов — громоздкость аппаратов системы осушки. Естественно, что к недо­статкам относятся; также большие капитальные затра­ты и дополнительные затраты на эксплуатацию; поэто­му, несмотря на высокое качество подготовки газа, та­кую систему применяют относительно редко.

Следующий способ обработки сжатого газа — его ох­лаждение и последующее удаление образовавшегося конденсата в водомаслоотделителях. В более сложных системах предусматривают вымораживание влаги из. газа в периодически переключающихся теплообменни — ках-вымораживателях. В последнем і случае удается приблизить точку росы к температуре, достигнутой в системах с адсорберами. При осушке охлаждением раз­меры аппаратов меньше, но эксплуатационные расхо­ды обычно больше, чем в системах с адсорберами. Из­вестны комбинированные системы [25], в которых уда­ется реализовать преимущества обоих рассмотренных способов осушки.

Вихревые аппараты можно использовать как источ­ники холода в системах осушки сжатых газов или воз­духа охлаждением. Использование их может быть про­диктовано следующими соображениями: простотой эк­сплуатации и малой стоимостью изготовления систе­мы; отсутствием холодильного оборудования, соответст­вующего по параметрам и условиям эксплуатации пнев­матической системе; стремлением к полезному исполь­зованию энергии, теряемой в дросселях, которые преду­смотрены технологической схемой процесса обработки: газа.

Возможны две схемы осушителя с использованием вихревых аппаратов. В одной схеме (рис. 84, а) сжаты» воздух поступает в маслоотделитель 1 для предвари­тельного отделения конденсата, охлаждается в трех-

Осушка воздуха и газов

Иым (а) и двухпоточным (б) рекуператорами

Поточном теплообменнике) (рекуператоре) 2 и поступа­ет во второй водомаслоотделитель 3. Основная часть сжатого воздуха возвращается в рекуператор 2, где на­гревается и направляется к потребителю. Оставшаяся часть сжатого воздуха направляется в вихревой охлади­тель 4. Охлажденный поток из охладителя поступает в рекуператор, где нагревается и выбрасывается в атмос­феру. Нагретый поток охладителя также выбрасывает­ся в атмосферу. При осушке газов потоки после расши­рения в охладителе отводятся в трубопровод низкого давления для дальнейшего использования в технологи­ческом процессе. Другая схема (рис. 84, б) отличается от первой тем, что в ней для рекуперации холода ис­пользуется двухпоточный теплообменник 2. В нем теп­лота поступающего воздуха отводится только к обрат­ному потоку сжатого газа. Теплообменник 5 предназна­чен для дальнейшего охлаждения сжатого газа холод­ным потоком из вихревого охладителя.

В рассмотренных схемах охладителей минимальная температура поступающего в водомаслоотделитель газа выше 273 К — Для надежной работы таких осушителей необходимо исключить возможность образования слоя льда на теплопередающей поверхности. В связи с этим прямоточная схема движения теплоносителей в тепло­обменнике 5 позволяет получать минимальную тепло- передающую поверхность. Если требуется достичь точки росы ниже 273 К, то рассмотренные схемы осушителей Изменяют. Водомаслоотделитель 3 устанавливают не­посредственно за теплообменником 2, где охлаждают сжатый газ до температуры выше| 273 К. После отде­ления конденсата сжатый газ охлаждают в одном из двух теплообменников (вымораживателей) до темпе­ратуры ниже.273 К. Пр^ выборе размеров и формы теплопередающей поверхности вымораживателя необхо­димо стремиться к исключению возможности образова­ния кристаллов льда в потоке, т. е. вся выделившаяся влага должна оставаться на стенке в виде слоя льда. Во время работы одного вымораживателя другой ото­гревают, удаляют жидкость, образовавшуюся при плав­лении льда, и вновь охлаждают до температурь цесса вымораживания. При противоточной схеме дви­жения теплоносителей получают более равномерный слой льда на теплопередающей поверхности выморажи­вателя. Прямоточная схема позволяет получить наи­большую разность между температурой на выходе из вымораживателя и точкой росы осушенного газа.

Для работы осушителя используется лишь часть хо­лода, произведенного в вихревом охладителе. Примени­тельно к схеме на рис. 84, а используемая часть холодо­производительности

Qo = Q, — Qn ~ QmCPGc [рАТх — рДТн — (1 — Р) АТр), (89)

Где Qx=pcpGcArx — холодопроизводительность вихревого охладителя; С? н = рСрОсДГн — потери холодопроизводи­тельности из-за недогрева охлажденного потока в реку­ператоре; QHr= (1 — p)CpGcArp — потери холодопроиз­водительности из-за охлаждения! в рекуператоре газа, который в дальнейшем образует нагретый поток вих­ревого аппарата; АТК — температурный напор на теп­лом конце рекуператора; A.TV = T\~T2 І и Т2 — тем­пература поступающего на осушку газа на входе и вы­ходе из рекуператора).

Вторая причина снижения эффективности примене­ния вихревых охладителей в осушителях — работа ох­ладителя на режиме, не совпадающем с режимом мак­симально^ КПД. Как следует из анализа выражения (89), максимальной используемой холодопроизводитель­ности соответствует p>p, opt (здесь Popt — доля охлаж­денного потока, соответствующая режиму максимально­го КПД охладителя).

Расход сжатого газа через вихревой охладитель

Сг [срЬТ’н + (dx — d2) (г + српАТр) Ю-3] + Qoc — Ср [ц (ДГХ-ДГН) _ _ ц) дТр] — (D1 Dt) (г+ српДГр)10-3 *

(90)

Где Gг — расход осушенного газа; АТ’к— разность тем­ператур прямого и обратного потоков на теплом конце рекуператора; dx и d2 — влагосодержание газа соот­ветственно на входе в рекуператор и выходе из водо — маслоотделителя осушителя; г — скрытая теплота паро­образования; с рп — удельная теплоемкость паров воды при постоянном давлении; Qoc — теплопритоки из ок­ружающей среды к аппаратам осушителя.

Экономичность системы обычно оценивают долей сжатого газа, потерянного в осушителе, т. е. n=Gc/(Gr-t — + GC). Применительно ко второй схеме осушителя (см рис. 84, б)

С10=срОсЫАТх-АТ"н)-АТр], (91)

Gr I ср ДТ’н + (dt — d,) (г + српАТр) 10~31 + Qoc

G.

Ср [ц (ДГх — АТН") — ДГр] — (d, — dt) (г + српАТр) К)-»

(92)

Где ДГ"н — температурный напор на конце теплообмен­ника 5, на котором организован выход из аппарата ох­лаждающего потока.

Во второй схеме потери холодопроизводительности больше, чем в первой, так как теряется холод, необхо­димый для охлаждения в рекуператоре всего потока, направляемого в вихревой охладитель. Вторую схему используют, когда исключена возможность применения трехпоточного рекуператора. В рассматриваемой схеме охладитель также работает на режиме, отличном от ре­жима максимального КПД. Однако здесь рациональное значение [x<[x0pt.

При проектировании теплообменников 5 необходима проверка условия незабиваемости

Rp ________________ VIF^TJu — f- rJ-yFy. Тш 2J3

Сг ATFTFAxFx

Где Гст — температура теплопередающей поверхности; ТТ! І и ТхП — температура теплого и холодного потоков газа в рассматриваемом сечении; а4 и ах— коэффици­енты теплоотдачи со стороны теплого и холодного потоков; Ft и Fx — теплопередающие поверхности, омы­ваемые потоками.

При неравенстве расходов потоков (Gc<Gr) темпе­ратура стенки является монотонной функцией длины аппарата, поэтому достаточно проверить соблюдение условия в двух конечных сечениях, аппарата. В схеме осушителя, представленной на рис. 84, а, проверяют соблюдение условий незабиваемости в холодном сече­нии рекуператора. Расчетное уравнение зависит от типа конструкции трехпоточного теплообменника. Уравне­ние выводят из теплового баланса элемента стенки на холодном конце рекуператора.

В осушителях, с вымораживателями отделяют кон­денсат от сжатого газа на выходе из рекуператора. От эффективности отделения жидкой фазы зависят часто­та переключения с одного вымораживателя; на другой и, следовательно, потери холода и теплоты вследствие непроизводительного охлаждения и отогрева конструк­ции аппарата. В идеальном случае в вымораживатель должна поступать только паровая фаза воды. В осу­шителях с трехпоточными рекуператорами расход сжа­того газа через вихревой охладитель

G = °г TCpAT" + {Dl ~ D2) {г +СрпАТр) 1 °~3 + СР [И (АТХ — ДГН) + (1 — и) ДГр] —

+ (<*» — <*») (г + д) Ю-3] + Qoc + Qn

-(DxD2) (R + СрпДГр) Ю-»

Где D3 — влагосодержание газа на выходе из вымора­живателя, Q — удельная теплота затвердевания воды; Qn = cKMK(T» — TK)/r — холодопроизводительность, не­обходимая для охлаждения конструкции аппарата пос­ле его отогрева (ск и Мк — удельная теплоемкость ма­териала и масса конструкции аппарата, Тя и Тк — на­чальная и конечная температура аппарата, т—дли­тельность работы одного аппарата).

При выводе уравнения (93) пренебрегали количест­вом теплоты, отведенной в вымораживателе от паров воды при охлаждении их, перед началом кристаллиза­ции.

Осушка воздуха и газов

Рис. 85. Схема установки для осушкн воздуха вымораживанием

Влаги

Для осушителей с вымораживателями и двухпоточ — иым рекуператором расход газа через вихревой охла­дитель

G = Gr РАГ; + (d, — d2) + СрпДГр) Ю-3 + ^ С~~ cpl^(\Tx-ATM)-ATp]-(d1-d2) X + (DI D3) (г + Q) Ю-3] + Qoc + Qn

————————————————————————- , /y4k

X (г + СрдЛТр) 10—3

Где АГМ — температурный напор на выходе охлаждаю­щего потока из вымораживателя.

На рис. 85 приведена схема осушителя с выморажи- вателем и двухпоточным рекуператором, разработанно­го В. И. Ушаковым. Осушитель предназначен для обра­ботки сжатого воздуха, подаваемого в рудник, который расположен в районе вечной мерзлоты. Температура вентиляционного воздуха не снижается ниже 267 К. Осушитель разработан для снижения точки росы сжа­того воздуха до 267 К. Сжатый воздух после концевого холодильника поступает в рекуператор 4, охлаждается обратным потоком, очищается от конденсата в водо — маслоотделителе 5 и направляется в вымораживатель 1. Далее основная часть осушенного воздуха подогре­вается в рекуператоре и направляется в пневмосеть рудника. Остальная часть сжатого воздуха расширяет­ся в вихревом охладителе 2 с цилиндрической камерой разделения. Охлажденный поток поступает в вымора­живатель 1, а нагретый поток — в вымораживатель 3.

В данном случае полезно используются оба потока: ох­лажденный для охлаждения воздуха, а также конден­сации и вымораживания влаги, нагретый для плавле­ния льда и осушки вымораживателя. Длительность ра­боты одного вымораживателя 200 мин, время оттаива­ния 50 мин, период предварительного охлаждения до рабочей температуры 25 мин. Общий расход сжатого воздуха через осушитель 100—120 м3/мин при темпера­туре на входе 288—298 К. Расход воздуха через вихре­вой охладитель достигал 20% общего расхода. Следует подчеркнуть, что при столь большой потере сжатого воздуха получен положительный эффект от применения осушителя. Этот пример полезен для оценки масштаба урона, к которому может привести забивка льдом тру­бопроводов на рудниках и шахтах, расположенных в районах вечной мерзлоты. При создании осушителя не было возможности использования! холодильного обору­дования других типов. Вместе с тем нужно отметить, что такой осушитель отличается исключительной про­стотой эксплуатации.

В рассматриваемой схеме воздух поступает в вихре­вой охладитель из вымораживателя. Следовательно, его расход

Gr[Cp At; + (D, — D2) (г + српАТп) 10-3+ С ~ ср [Ц (ДГХ — ДТм) — ДГр — ДТв]

+ № — d3) (/• + ?)] + Qoc + Qn

-9————————————————————————— . (95)

— № — D2) (г + СрпДГр) Ю-3 — (d2 — rf3) (г + Ю-3

Тде А7в=Тв1 — Тв2(Тв1 и Тв2— температура воздуха на входе и выходе из вымораживателя).

Пример. Выполнить проверочный расчет осушителя прн темпе­ратуре поступающего воздуха Гі = 298 К, давлении р=0,8 МПа и расходе сжатого воздуха через вихревой охладитель, составляю­щем 20% общего расхода, т. е. при G2=4GC.

Так как нет сведений, характеризующих работу отдельных агре­гатов, примем ряд упрощений. Будем считать рекуператор идеаль­ным (Д71/н=0), принимаем QOc = Qn=0. Влагосодержание посту­пающего воздуха di= (0,1/0,8)d’,= (0,1/0,8)20=2,5 г/кг (здесь DІ — влагосодержание атмосферного воздуха при ТІ = 298 К и <р= ==100%, найденное по і—d-днафрагме), температура воздуха в водомаслоотделителе 273 К. Работу аппарата считаем идеальной, т. е. полагаем, что в выходящем воздухе влага содержится только в паоовой фазе; тогда rf2=0,54 г/кг.

Далее принимаем, что точка росы совпадает с температурой ■сжатого воздуха на выходе из вымораживателя и составляет 266 К;

Тогда d3=0,38 г/кг. Считаем, что охлаждающий поток выходит на вымораживателя с температурой 266 К, т. е. ДГм=0. Воздух счи­таем идеальным газом с ер= 1,005 кДж/кг. Для воды ерп — = 1,92 кДж/(кг-К), г=2490 кДж/кг, q=335 кДж/кг. Подставим принятые значения в уравнение (95)

J______________ 4 [(2,5— 0,54) (2490+ 1,92-25) 10~3 +

~~ 1,005 (цДГх — 25— 7) — [(2,5— 0,54) (2490 + 1,92х

(0,54_ 0,38) (2490 + 335) 10~3] Х 25) + (0,54—0,38) (2490 + 335)] Ю"3

Отсюда цД7"х = 59,2 К.

Перепад температур при изоэнтропийном расширении сжатого воздуха

Осушка воздуха и газов

КПД охладителя г) = 59,2/119 = 0,498.

Полученное значение выходит за пределы достижи­мых значений для вихревого охладителя, т. е. при при­нятых условиях даже идеализированный осушитель не­работоспособен. Рассмотрим причины расхождения рас­четных данных с действительными.

Первая причина — согласно принятой модели льдо­образования забивка трубопровода исключена, если в сечении с температурой газа 273 К точка росы равна (или ниже) температуре стенки трубопровода в этом сечении. Коэффициент теплоотдачи со стороны сжатого воздуха на порядок больше коэффициента теплоотдачи со стороны наружного воздуха, поэтому указанное ус­ловие соблюдается при точке росы 272 К.

Второй причиной может быть уменьшение давления по длине трубопровода. Допустим, что в рассмотренном сечении давление упало до 0,7 МПа. Тогда для соблю­дения условия незабиваемости необходимо обеспечить точку росы 275 К (при давлении на выходе из вымора­живателя 0,8 МПа).

Третья причина может состоять в следующем. Ин­тенсивное вымораживание влаги происходит в верхних сечениях аппарата, где температура стенок существен­но ниже 273 К. Точка росы снижалась только в верх­ней части аппарата, причем она могла быть намного ниже температуры сжатого воздуха. В нижней части аппарата продолжалось охлаждение воздуха, которое не сопровождалось выделением из него влаги. Не ис­ключено, что температура воздуха на выходе из вымо­раживателя была выше 273 К. Примем ее равной 278 К.

С учетом принятых поправок найдем: ДГ5=124 К; РАТх = 44,1 К; ті = 0,35б. Однако и в этом случае значе­ние КПД выходит за пределы интервала возможного для вихревых охладителей с цилиндрической камерой разделения. Возникает вопрос: за счет чего на реальном осушителе получен положительный экономический эф­фект? Вероятно, в период, когда температура сжатого воздуха за концевым холодильником компрессора была равна 298 К, повышалась и температура вентиляцион­ного воздуха в руднике, т. е. была не 268 К, а, напри­мер, 271 К — Тогда температура основной части стенок трубопроводов была выше 273 К и могла опускаться ниже 273 К только на отдельных участках при умень­шении расхода. В то же время в осушителе удалось из­влечь значительную часть влаги, содержащейся в воз­духе. В конечном итоге были созданы условия, когда на основных участках трубопровода влага не выпадает. Отделение влаги и даже временное образование слоя льда на некоторых второстепенных участках заметно не ухудшало работу пневмосистемы. В, период, когда расход на этих участках возрастал, лед таял, а жид­кость удалялась из трубопровода, т. е. осушитель вы­полнял основную задачу — уменьшал содержание вла­ги в сжатом воздухе. Но при этом не исключалась принципиальная возможность образования льда при неблагоприятных климатических условиях на отдель­ных участках трубопровода. Такой результат работы осушителя оказался достаточным для получения поло­жительного экономического эффекта от его применения.

Приведенный пример позволяет выявить наиболее рациональную область применения вихревого охлади­теля в осушителях газа. Наиболее выгодно его исполь­зовать в случаях, когда на входе в осушитель газ на­ходится в состоянии насыщения. Если в ресивере рас­положить трубки с охлажденным потоком после вихре­вого охладителя, то осушка будет происходить практи­чески без охлаждения сжатого газа. Реально снижение точки росы на 3—5 К — Следует подчеркнуть, что здесь роль осушителя выполняют трубки, расположенные в ресивере. Неоспоримые преимущества рассматриваемо­го осушителя — исключительная простота конструкции, низкая стоимость изготовления, простота эксплуатации.

Рис. 86. Схема осушителя воздуха с трехпоточиым « » теплообменником _

Рассмотрим еще один ;

Осушитель (рис. 86). Поступающий в осу­шитель сжатый воздух Y охлаждается в трехпо — ? точном теплообменни — ‘ ке 1 обратным потоком

Сжатого воздуха и атмосферным воздухом. Конденсат отделяется в водомаслоотделителе 2. Теплообменник выполнен по типу «труба в трубе». По кольцевому пространству течет прямой поток, по внутренним труб­кам — обратный. Снаружи трубки обдуваются атмос­ферным воздухом от вентилятора или естественной кон­векцией. Аппарат позволяет снизить температуру сжа­того воздуха до значения, отличающегося от температу­ры атмосферного воздуха на 4—5 К. Такой результат не удается получать в других конструкциях с приемле­мой теплопередающей поверхностью. В данном случае поверхность уменьшена за счет передачи теплоты к об­ратному потоку сжатого воздуха при высоких значени­ях коэффициента теплопередачи, а также) уменьшения количества теплоты, передаваемой атмосферному возду­ху.

Важное преимущество рассматриваемого аппарата — исключение его забивки льдом при отрицательной тем­пературе атмосферного воздуха. При этом возникает слой льда на внутренней поверхности наружных трубок в их первых рядах по направлению движения наружно­го воздуха. Растет гидравлическое сопротивление и уменьшается расход газа через кольцевое пространство этих трубок. Расход по кольцевому пространству ос­тальных трубок увеличивается. При этом нарушается равенство расходов по кольцевому пространству и по внутренней трубке. Температура воздуха на входе в водомаслоотделитель остается всегда положительной и исключается возможность забивки льдом кольцевого пространства значительного числа трубок. В зимнее время точка росы осушенного сжатого воздуха 278-^279 К.

Следует заметить, что образовавшийся в кольцевом пространстве конденсат практически весь оседает на

Стенках, поэтому коллектор на выходе прямого потока выполняет роль высокоэффективного водомаслоотдели — теля. Обычно такой осушитель ставят за концевым хо­лодильником. В ряде случаев он может заменять кон­цевой холодильник.

Если в верхней части водомаслоотделителя располо­жить трубки, охлаждаемые потоком из вихревого охла­дителя, то в летнее время можно снизить точку росы на 3—5 К. Это позволит исключить возможность отделе­ния конденсата на всех участках трубопровода. Тре­буемый расход сжатого воздуха через охладитель —3— 4% общего расхода, т; е. практически равен потерям сжатого газа при продувке водомаслоотделителей на промежуточных и конечных участках трубопроводов.

В некоторых технологических схемах сжатый газ дросселируют. Перепад давлений можно полезно ис­пользовать в вихревом охладителе. Появляется возмож­ность создания осушителя газа без подвода дополни­тельной мощности. В зависимости от конкретных ус­ловий возможны различные схемы осушителей. Если осушке подлежит газ, который по условиям технологи­ческого процесса нужно дросселировать, то схемы осу­шителя несколько отличаются от приведенных на рис. 84 и 85. Отличия определяются прежде всего тем, что в охладитель направляется весь осушаемый газ. Ре­куператор всегда двухпоточный. Обратный поток фор­мируется из холодного потока вихревого охладителя. Иногда рекуператор выгодно разбивать на две секции, причем в одной из них принимать противоточную, а в другой прямоточную схему движения теплоносителей. Если после осушителя весь газ используется в техноло­гическом процессе, то нагретый поток вихревого охла­дителя направляют в смеситель, где он смешивается с подогретым в рекуператоре холодным потоком. В осу­шителях с вымораживателями для их отогрева рацио­нально включать контур с промежуточным теплоносите­лем, нагреваемым нагретым потоком. В некоторых тех­нологических процессах осушать нужно только часть дросселируемого газа; тогда рационально создавать вихревые охладители с долей холодного потока, про­порциональной этой части.

Конструкция,, предложенная А. А. Поляковым, по­зволит дополнительно снизить точку росы за счет пере­распределения влаги между нагретым и охлажденным потоками охладителя. Иногда осушке подлежит один поток газа, а дросселированию — другой, тогда прини­мают традиционную схему, используемую в осушителях с паровыми холодильными машинами.

Одним из примеров промышленной эксплуатации вихревых охладителей является осушитель, разработан­ный И. Л. Лейтесом с сотрудниками. Холод, получае­мый за счет расширения продувочного газа с давления 32 до 2 МПа, используют для выделения жидкой фазы воды и аммиака из потока газа с давлением 32 МПа. Этот поток охлаждает обмотки двигателей циркуля­ционных насосов. Охладитель имеет следующие разме­ры: D0 = 44 мм, Dx = 22 мм, L=1000 мм, Fc= 14,6 мм2. Расход газа около 3000 м3/ч при нормальных условиях; температура перед соплом 7,с=309…313 К. При ц = 0>6 получено А7’х = 40…45 К.

В работе [16] описаны конструкция и методика рас­чета пистолета-осушителя, разработанного в 60-е годы. Он предназначен для периодического получения осу­шенного газа, применяемого для обдува деталей в сбо­рочных цехах. Пистолет-осушитель состоит из вихре­вой трубы, фильтра для улавливания капельной вла­ги и кристаллов льда, пускового клапана и может включать теплообменник. Охлажденный поток после очистки в фильтре поступает в кожух теплоизолиро­ванного пистолета, омывая стенки камеры разделения. Температура осушенного воздуха повышается в тепло­обменнике, представляющем собой одно колено изогну­той трубки. Внутри трубки течет нагретый поток, отво­димый через дроссель из камеры разделения. Наруж­ную поверхность трубки і омывает поток осушенного воздуха. Благодаря подогреву последнего исключается запотевание деталей после окончания обдува. В на­стоящее время появилась возможность упростить конст­рукцию подобных осушителей. Их можно выполнять без фильтров, если применять вихревую трубу, в кото­рой точка росы ниже или равна температуре охлажден­ного потока на выходе из диафрагмы.

Ваш отзыв

Рубрика: Вихревые аппараты

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *