船用空氣干燥器的選型

黃翼

摘? 要：文章以某項目船用空氣干燥器為例，介紹了空氣質量相關的標準，結合用戶需求給出了設備的選型依據，討論了船用空氣干燥器的選型過程，希望對后續(xù)船或其他類似船只的空氣干燥器的設計選型起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：船用空氣干燥器;空氣;選型

中圖分類號：U66? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0123-03

Abstract： Taking a marine air dryer as an example， this paper introduces the relevant standards of air quality， gives the basis for the selection of equipment according to the needs of users， and discusses the selection process of marine air dryer. It is hoped that it can be used as a reference for the design and selection of air dryers for subsequent ships or other similar ships.

Keywords： marine air dryer; air; type selection

引言

壓縮空氣系統(tǒng)是船舶重要的動力系統(tǒng)之一，通常用于大型設備如主機、發(fā)電機等的啟動，各種輔機和氣動儀表的自動控制，換向，離合器操縱，沖洗吹除，氣笛操作等。壓縮空氣來源于空壓機，將環(huán)境空氣轉化為壓縮空氣。根據用途的不同，空氣質量的要求也不相同。

1 相關空氣質量標準

由于船用空氣壓縮機較多使用活塞式或螺桿式空壓機，基于其本身的原理特性，即通過活塞或螺桿等機械運動部件產生容積變化，這些機械運動件不可避免的會使用各種滑油潤滑，加上船只的工作環(huán)境特性（源空氣來源于水面空氣，濕度更大），后續(xù)處理的過濾精度等原因，其生產的壓縮空氣是不純凈的，通常含有水性雜質、油性雜質和懸浮固體雜質。這些雜質會產生很多危害，如降低生產效率并且增加設備運行維護成本等。國際標準化組織在1986年發(fā)布了關于壓縮空氣質量的國際標準ISO8573.1。我國參照該標準發(fā)布了GB/T13277-91。差別如表1所示。[1][2]

2 空氣質量不佳的危害

對于用戶設備而言，部分設備尤其是檢測監(jiān)控等系統(tǒng)或元器件除了需要滿足壓力穩(wěn)定、流量充足的要求以外，氣源質量要求一定的潔凈度和干燥度。空壓機直接排出的帶有各種雜質的壓縮空氣會對設備產生各種危害。例如其中的懸浮固體雜質會磨損運動件如拉傷氣缸;油性雜質會粘結固體雜質，堵塞氣路通道，降低管路尤其是精密管路有效流通面積;水性雜質會產生腐蝕。綜合而言，壓縮空氣里的各種雜質會導致氣動設備、電磁閥、氣馬達等受損，易使氣路孔道間隙變小，降低元件的工作特性，并且會腐蝕管路、附件，并導致運動件磨損加劇和老化、系統(tǒng)壓降增加，嚴重的會使管路堵塞。[3]

3 空氣濕度相關概念

濕度是表示空氣的干濕程度的物理量。空氣的濕度有多種表示方式，如絕對濕度、相對濕度、露點等。絕對濕度是空氣里所含水汽的壓強。相對濕度是空氣中實際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值。露點是使空氣里原來所含的未飽和水蒸汽變成飽和時的溫度。壓縮空氣在溫度下降時相對濕度不斷增加至100%時析出水滴，此時的濕度即壓力露點。習慣上，常用攝氏溫度表示。常用的濕度測量方法有分光鏡法、冷凝法、化學法、電解法、濕度計等。本文重點討論空氣干燥器，壓力露點是其重要指標。根據設備原理的不同，設備可以達到的壓力露點也不同。通常冷凍式干燥器為+3℃左右，吸附式干燥器可以達到-60℃。

4 關于設備選型

目前，常用的船用空氣干燥器包括冷凍式干燥器和再生吸附式干燥器兩種。

冷凍式干燥器是采用冷凍原理制成的壓縮氣體脫水設備。通常有熱交換器、蒸發(fā)器、水分離器、制冷壓縮機、冷凝器等部件組成。主要由二路主要系統(tǒng)組成，一路是空氣回路，空壓機產生的高溫高濕的壓縮空氣首先進入熱交換器，與蒸發(fā)器排出的低溫空氣進行熱交換，此時會凝結一部分水氣。再進入制冷劑蒸發(fā)器進一步冷卻，溫度進一步降低并接近制冷劑的蒸發(fā)溫度，此時水氣進一步凝結。帶有大量凝結水的低溫空氣通過高速水分離器，在離心力的作用下將氣水分離。此時的空氣為低溫低濕的干燥空氣，再通過熱交換器與剛進入系統(tǒng)的空氣進行熱交換并加溫。另一路是制冷回路，制冷壓縮機將高壓高溫制冷劑氣體輸送至冷凝器，大部分制冷劑在這里冷凝。液體通過液體制冷劑干燥器/過濾器流向毛細管，制冷劑在蒸發(fā)壓力下離開毛細管。制冷劑進入蒸發(fā)器，在恒壓下進一步蒸發(fā)，從壓縮空氣中抽走熱量。受熱的制冷劑離開蒸發(fā)器，被壓縮機吸入，完成一個循環(huán)。冷凝器的壓力必須盡可能保持恒定，以保證穩(wěn)定運行。在制冷回路，還裝有風扇控制開關用于停止和啟動冷凝器冷卻風扇。如果在低負載或空載情況下，蒸發(fā)器壓力，則熱氣體旁通閥打開，熱高壓氣體被送入蒸發(fā)器回路，以防止蒸發(fā)器壓力進一步下降。在冷凍干燥過程中，壓縮空氣即作為被處理源，也是熱交換源。[4]

再生吸附式干燥器通常由二個罐體組成，分別作為干燥塔，再生塔。其原理是利用干燥劑（氧化鋁或分子篩等）的自然特性將水氣吸附。壓縮空氣進入干燥器前，首先經過前置除水過濾器及除油過濾器預處理排除掉一定量的水氣、油氣和固體雜質，再通過進氣閥進入干燥塔，塔內的干燥劑將其干燥。壓縮空氣將通過流量分配器流向壓縮空氣出口，再通過除塵過濾器產生潔凈干燥空氣輸送至用戶設備。干燥空氣的一部分通過氣流分配器用于再生第二塔。干燥的空氣從第二塔干燥劑中吸附水蒸氣，并將其通過凈化閥和消聲器釋放到大氣中。經過固定的清洗循環(huán)程序。第二塔吹掃閥關閉，塔內壓力增大。二塔壓力達到系統(tǒng)水平后干燥器延遲塔的切換，直到達到出口空氣露點水平，或達到最大順序時間。切換時，第二塔進氣閥打開，第一塔進氣閥關閉。干燥過程通過第二塔繼續(xù)進行，而第一塔的再生開始。兩塔循環(huán)工作，連續(xù)向用戶用氣系統(tǒng)提供干燥壓縮空氣。由于一部分氣體用于再生，會消耗掉設備的處理能力的大約10%的氣體（不同廠家的參數稍有不同）。

兩種形式相比，冷凍式干燥器初始投入成本低、操作維護成本低，對壓縮氣體的預處理要求不如吸附干燥器嚴格，在除水過程的同時還可以除去壓縮氣體中的一部分油霧。缺點是露點高。吸附式干燥器露點低，但是初始投入成本高、操作維護成本高、需損耗壓縮空氣用作再生氣。

干燥器的選型要根據用戶需求正確選擇設備，處理量應同用戶用量相匹配，表2是全船壓縮空氣用戶統(tǒng)計?？梢钥闯霾煌O備制造廠要求差別很大，也有很多設備沒有給出空氣質量要求。另外，環(huán)境溫度是設備選型的重要因素。本船約定機艙環(huán)境溫度55℃。

選型時首先根據設計規(guī)格書找到相關信息，在規(guī)格書里要求本船安裝吸附式空氣干燥器，可承受-20℃的壓力露點溫度（40m3/h @8bar 100%RH）。進氣口54℃），干燥機全自動再生（推薦了Atlas Copco-CD空氣干燥器或類似設備）?？諝飧稍锲髑鞍惭b過濾器（0.01微米，帶自動排水功能）和油分離器（0.01ppm，帶自動排水功能）。[5]由于在規(guī)格書簽訂階段，設備僅有初步推薦并未確定最終廠家，所以有必要在定標結束后的設計階段，根據陸續(xù)確定的設備資料的工作壓力、空氣質量要求、處理量等參數進一步核對驗證推薦是否滿足設備需求。由于本船配有除氮裝置，在后來的設計過程中，增加了一套壓力露點為+3℃（300m3/h@8bar 100%RH）除氮裝置空氣干燥機（制冷劑型）。進氣口54℃）。選用環(huán)保型制冷劑應使用時使用制冷劑空氣干燥機。空氣干燥機后的空氣質量符合ISO 8573-1：2000 Class 3.4.2。

除了干燥器設備以外，還在干燥器前后配有自動排水功能濾器，空氣瓶和管路也帶有泄放功能，以達到降低干燥器負荷，提高工作性能的作用。

5 結束語

本文以某項目船用空氣干燥器為例，結合相關標準規(guī)范和用戶需求討論了船用空氣干燥器的選型，希望對后續(xù)船或其他類似船只的空氣干燥器的設計選型起到一定的借鑒作用。對設備制造廠也有一定的參考作用。

參考文獻：

[1]ISO8573.1：2001.壓縮空氣品質等級[S].

[2]GB/T13277-91.一般用壓縮空氣質量等級[S].

[3]李建光.船舶及海洋工程動力裝置設計指南[M].2010.

[4]Atlas Copco Air Dryer Final Drawing.

[5]SPECIFICATION FOR A 18000M3TRAILING SUCTION HOPPER DREDGER.