浅谈压缩空气的净化

浅谈压缩空气的净化

王冬臣

摘要：着重阐述了压缩空气中水分、油分以及尘粒等杂质的危害、来源以及现阶段除掉这些杂质所使用设备的工作原理。同时，根据在生产过程中的经验，提出了压缩空气净化过程中的一些注意事项。

关键词：危害；除水；除油；尘粒过滤；原理；注意事项引言

随着经济的发展，在现代工业中，压缩空气作为常用的动力源使用越来越广泛。但是从空压机输出的压缩空气中含有大量有害杂质，不通过适当的方法清除这些杂质，会对气源系统造成很大的危害：

（1）水分和粉尘会造成金属器件、管道生锈腐蚀，造成运动部件卡死或磨损，使气动元件动作失灵和漏气；在寒冷地区，水分结冰会造成管道冻结或冻裂。

（2）变质的润滑油(油分)会使橡胶、塑料、密封材料变质，堵塞小孔，造成阀类动作失灵，污染产品。

（3）由于空气质量不良，使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低，由此造成的损失往往大大超过气源处理装置的成本和维修费用，故对压缩空气系统的净化处理是绝对必要的。

1压缩空气的除水

1.1压缩空气中水分的来源

地球周围的大气，我们习惯上称它作空气。空气是由多种气体（氮气、氧气、二氧化碳等）混合而成的，水蒸气是其中的一种。含有一定量水蒸气的空气叫湿空气，我们周围的空气都是湿空气。压缩空气中的水分主要来自于空气中的水蒸气。

1.2冷冻干燥机的除水原理

空气中水蒸气的含量（水蒸气密度）是有极限的。在气动压力（2MPa）范围内，可认为饱和空气中水蒸气的密度只取决于温度的高低而和空气压力大小无关，温度越高，饱和水蒸气的密度越大。譬如，在40℃时1m3空气，不论其压力是0．1MPa还是1．0MPa，它的饱和水蒸气密度都是51g。在含水量不变的情况下，通过降低未饱和空气的温度可使之成为饱和空气。未饱和空气在成为饱和空气的瞬间，湿空气中会有液态水珠凝结出来，这一现象称之为“结露”。冷冻式干燥机即是利用这一除湿原理。首先对压缩空气作冷却处理，使其中的气态水分析出为液态，再通过分离器使气液分离，最后由排水阀将水分排出，从而获得干燥的压缩空气。设备的工作具体分为空气系统及制冷系统两部分：（1）空气系统：压缩空气进入空气预冷器预冷并除去部分水分，再进入空气冷却器（蒸发器）使温度降至2℃(露点温度)，空气中的水分在此温度下析出，再经气水分离器分离并由自动排水阀将水分排出，而干燥的低温空气则进入空气预冷器，再与未处理的压缩空气进行热交换升温后输出，即为处理后的干燥空气。（2）制冷系统：低温液态致冷剂在空气冷却器中吸收了热量后成为汽态，经凝聚器及吸入过滤干燥器，确保进入压缩机的致冷剂确为汽态，从而保证压缩机工作正常。并由熟力膨胀阀及热气旁通阀，组成的双重自动平衡功能可确保露点的稳定。

2压缩空气的除油

2.1油污的主要来源

由于大部分压缩空气系统都使用润滑油式压缩机，该机在工作中将油汽化变成油滴。它以二种方式形成的：一种是由于活塞压缩或叶片旋转的剪切作用产生的所谓“分散型液滴”。其直径从1~50μm；另一种是在润滑油冷却高温的机体时，汽化形成的“冷凝型液滴”，其直径一般小于1μm。这种冷凝油滴通常占全部油污重量超过50％。

2.2除油过滤器的工作原理

以我厂使用的由玻璃纤维材质为滤芯核心的凝聚式过滤器为例：空气从滤芯中部流入，通过重力作用、惯性碰撞、直接拦截和渗透四种机理将油滴收集起来。

重力作用：当过滤器内气流速度较低时，直径20~50μm的油滴在到达滤层前，经重力自由落体大部分被收集起来，而且气流在流经滤网时也继续落下而收集。气流速度越大，其效率越低。

惯性碰撞：通常直径大于1μm的悬浮颗粒具有很大的冲量。与气流路径不常一致，因而会惯性地撞上纤维层。气流速度越大，碰撞率越大。

直接拦截：直径从0．3~1μm的颗粒是随气流运动的，它们大部分将被滤芯1/2处的纤维层拦截而分离出来。粒子越小，拦截率越低。

渗透：直径小于0．3μm的颗粒。因其质量太小已不具有液体的通常特性了。它们以一种无规则的布朗运动方式运动着，与气流路径是不一致的。正因这种运动方式使其能被更细密的滤层俘获。粒子越小，布朗运动越剧烈，捕捉机率越大。

压缩空气进入滤芯的中部后，经重力、碰撞、拦截和渗透作用被滤层搜集起来。当油滴被滤层清除后，首先要收集它们。小油滴先聚合成大油滴，聚合的大油滴质量足够大时，会沉降至滤层底部。然后流入过滤糟内，经人工或自动排油装置从系统中排除。

3尘粒过滤

3.1尘粒的主要来源

在阳光的照射下，尘埃经光线折射、反射等作用，用肉眼可以明显地看到飘浮于空气中大大小小、密密麻麻的尘粒。经科学统计，在室内环境下，每立方米的空气中，大于0.5μ以上的尘埃粒子数大约为4000万～5000万个。在空压机的作用下，假如不考虑与外界的热交换，依据相关公式的计算，原本常压状态下的4.8m3的空气，经压缩至0.8MPa时，其体积最终被压缩成1m3。仅此过程即可得知，经压缩后的0.8MPa压力的气体，每立方米将会有19200万～24000万个大于0.5μ以上的尘埃粒子。

3.2尘粒过滤器的工作原理

其实，在实际的过滤过程中，过滤器是对尘粒，油滴和水滴同时进行过滤的。以凝聚式过滤器为例，介绍其工作原理。凝聚式过滤器是一种利用重力沉降的工作原理，搜集微小的雾状粒子使其实现气液、尘粒分离，最大程度的隔断空气中的粉尘；保证空气后处理设备的进气量的空气过滤器。其工作原理是：从有油润滑的压缩机排出的气体经后部冷却器冷却后，切向进入该装置简体，并在筒与内简体环行室内强制形成高速旋转气流，悬浮于空气中粗大粒子和粗大油、水滴经离心分离，被抛向筒壁，在自重的作用下沿简内壁经锥形盖与简体间的间隙下沉，并沉积于容器底部，经自动排污阀排出。气流旋至简体下部与锥形盖相遇，改变了流动方向，折流进入不锈钢扁丝网。该丝网是一种象袜筒般的很细的扁状不锈钢金属丝编织而成的网带结构，网呈连环状，可作气液、气固分离，且可拦截部分微粒。随着这些微粒及液滴的生成长大，在光滑的丝网表面下沉而排出。气体向上经精滤芯后，继续实现气溶胶体凝聚长大和重力降落，沉积滤芯内凹部的油水经排油管排出。

4注意事项

压缩空气中所含油和水的温度，影响着过滤器效率。如：当温度为30℃时，流经过滤器的油含量为20℃时的5倍；当温度上升为40℃时，流经过滤器的油含量为20℃时的10倍。所以过滤器一般要安装在压缩空气系统的温度最低点。

一般人的误区是，认为根据所需要的空气质量选择对应处理精度的单支过滤器就能达到要求，并且节约开支。其实不然，所需要的空气质量虽然由所选的单支过滤器的处理精度决定，但没有前置低一级过滤器的预处理保护，高精密滤芯很快就会因负载过大而堵塞，加快了滤芯的更换频率，从而会变相地增加生产成本。

过滤器一般只能除去固体的、液体的微粒（滴），而水蒸气和油蒸气却可以毫无阻挡地通过过滤材料弯弯曲曲的通径。所以，机械式过滤器无法将其滤除(活性碳过滤器除外)。要从根本上去除水蒸气和油蒸气，只有用干燥机降低空气的露点温度。

结束语

随着压缩空气应用的日趋广泛，对其洁净度的要求也必将变得精细化，尤其在对洁净度要求比较严格的医药行业和电子行业，净化设备的发展前途是不可限量的，新理念，新材料的压缩空气净化设备也将应运而生！