空气干燥的经济学转译.docx

1、空气干燥的经济学转译空气干燥的经济性分析湿压缩空气压缩空气必须被干燥，实际上这是一个不可否认的观点。湿的、肮脏的压缩空气所带来的问题是现今现代工业不再忍受的事情，湿空气会引起生锈、腐蚀、堵塞和冰冻，从而造成部件的故障和产品的缺陷。湿空气作为主因引起的停工，造成生产中数佰万美圆的损失。湿空气的代价随不同用途而变动。但多数时间湿空气的代价总是极大的超过了一台干燥机的费用。在多数时期结束时，随着生产的提高、停工时间的减少压缩空气干燥机所需的费用加到了你的帐本底线上。现在你最难以回答的是怎样形式的干燥机对于你的用途为最佳选择。压缩空气干燥机的三种基本形式为：潮解式、冷冻式和再生式。你要选择干燥机决定于

2、回答“我的空气需要怎样干燥”。美国仪表协会制定的仪表气源标准同样适合用于多数没有仪表的用途。该标准规定“空气应被干燥到比其遭遇到的最低环境温度低10(18)，但决不能将该露点超过2(35)”。多数公司已经采用了这个标准和甚至随季节不同而改变露点要求的观点。当压缩空气管道中残余的水分以蒸汽状态存在时，过于明确说明一台干燥机好处是不真实的，因为此时它对你使用压缩空气的设备不会造成危害。只有当水达到它的露点，水由蒸汽冷凝为了液态，才会给你带来问题。通俗一点讲，过于明确说明所需要的露点不能带来切实的好处。另外一面，已知了湿空气带来的高费用，证实你购买一台干燥机来解决湿空气带来的所有问题是一个恰当的好注

3、意。我们详细说明露点温度应低于最低环境温度10(18)的原因是为了说明绝热膨胀，当空气被迅速地膨胀到大气压力时冷却就会发生。该现象一个很好的例子就是喷漆枪，如果未被充分干燥的空气从喷漆枪喷射出时，该空气冷却并会到达其露点，这时小水滴就会混入油漆而破坏油漆工作。如果你的空气使用在室内工场和没有遇到任何特殊条件时，潮解式干燥机或冷冻式干燥机提供的露点就足够了。而户外管道、仪器仪表和特殊用途时，就需要再生式干燥机提供的露点了。见表1。干燥机形式压力露点潮解式波动的，低于进口空气温度20-40(11-22)冷冻式最好+35(+2)，通常高一些再生式-40/-100(-40/-73)表1为了正确地选型一

4、台干燥机，你需要知道三个事情：（1）需要干燥的最大空气量SCFM/m3/min，（2）最低进口空气压力PSIG/MPa(g)，（3）最高进口空气温度/。 你需要知道这些数值的理由非常简单。首先你需要清楚地知道有多少空气需要干燥。如果你想干燥的空气是单台压缩机产生的，则选型干燥机按该压缩机的最大排气量。如果是多台压缩机，则按它们全部排气量相加所得。所有的干燥机都被设计为能在0-100%设计流量下运行，因此我们需要知道的只与最大空气流量有关了。 压力影响的几个事情是：空气容纳水分的容量压力的改变而变化，就像它的速度一样。多数干燥机制造商设计他们的干燥机以100PSIG(0.7 MPa(g)为额定标

5、准。如果你最小进口空气压力超过100PSIG(0.7 MPa(g)，那你可以减小干燥机的选型。如果你最小进口空气压力低于100PSIG(0.7 MPa(g)，那你必须加大干燥机的选型。你针对压力选型时自己可使用下面的公式：P1=114.7/(P+14.7)这里：P1=修正压力 P=最小进口空气压力 在选型干燥机时，进口温度可能是最重要的参数。空气容纳水分的容量直接随温度的改变而变化。在室温范围内，温度每20(11)的增加空气容纳水分的容量接近增加一倍。意思就是，如果你按80(27)选型了一台干燥机，而实际运行的温度达到了100(38)那有两倍的水量进入了干燥机。 当你选型冷冻式干燥机或再生式干

6、燥机时，你必须用温度修正因数来计算空气温度。多数干燥机制造商将100(38)作为标准。如果你的进口空气温度超过100(38)，那你必须加大干燥机的选型去补偿增加的水负荷。相反，如果你最高进口空气温度低于100(38)，干燥机选型可以适当地减小。见表2。最高温度修正因数120(49)1.78115(46)1.55110(42.5)1.34105(41)1.16100(38)1.0095(35)0.8690(32)0.7385(29)0.6380(27)0.5375(24)0.4570(21)0.5265(18)0.4460(15.5)0.37表2温度对潮解式干燥机的选型没有影响，但在性能上有值得

7、考虑的影响。在我们可以干燥空气前，我们必须在后部冷却器中冷却它。既然你想尽可能地降低空气的温度，那冷却器的选择同干燥机的选择几乎同等重要。还有，如果压缩机为有油润滑型，我们还需要过滤掉管线中的油份和粉尘。记住，干燥机的设计是为了除水而不是油份。如果油份没有被过滤掉，则会影响干燥机的效率。一些过滤器销售商在销售过滤器时宣称其过滤器能够干燥空气，这是完全的谎言。过滤器能够除去已经冷凝地液态水，而不能除去任何水蒸气。一台干燥机按定义是一种能降低空气露点的设备。而过滤器只是一个设计合理的压缩空气系统的实质部分。因此，而不是你湿空气的解决方案。 假定我们要干燥1000SCFM(28.3m3/min)的空

8、气（在100PSIG，100下），既然温度对潮解式干燥机的选型没有因数，那我们只需用SCFM（流量）乘压力修正因数，既然这样，那修正因数是1。潮解式 潮解式干燥机是最简单最容易操作和运行地，也是大多数压缩空气用途的最佳选择。潮解式干燥机是一个充满吸湿的干燥剂的压力容器，这种干燥剂会潮解，这样它从空气中吸收水蒸气，结果其本身也慢慢溶解。溶解后的干燥剂和液态水则聚集在塔的底部，那里它们可以很容易地被排除。看插图1。 潮解式干燥机的性能直接随进口空气温度的改变而变化。对于室外空气管道，通过安装潮解式干燥机和室外型空冷后部冷却器我们可以获得该干燥机变化性能的最好使用。由于利用了环境温度的变化，潮解式干

9、燥机能够提供低于0(-18)的露点，这样可以多年防止室外空气管道遭受冰冻。对于室内普通工场的空气，我们可以在潮解式干燥机的上游使用一个水冷后部冷却器来提供全年优良的保护。 潮解式干燥机的运行费用仅仅是更换干燥剂的成本。由于干燥空气时干燥剂会慢慢溶解，因此每隔几个月就需添加一些干燥剂。干燥剂的成本是便宜的，并因为只有你使用空气时才需要添加，因此在所有的干燥机形式中，潮解式干燥机的全部运行费用是最低的。 潮解式干燥机无需耗电，也没有运动部件。 尽管如此，潮解式干燥机也有一些缺点。无论是由于冷却器的故障造成进入干燥机的温度上升还是超负荷时，都不能达到性能。 潮解式干燥机使用的干燥剂通常是基于氯化钠组

10、成的惰性混合物，尽管也有一些制造商使用碳酸钾。干燥剂本身通常是没有腐蚀性的，但是由于它对水分的亲合性和空气流中存在氧气，这样就非常容易生锈或发生氧化。干燥机内部的充分保护是非常重要的，那样容器就不会生锈，更为重要的是该干燥机必须配置一台后部过滤器。潮解干燥机的干燥剂残留在空气管道内能引起一些需注意的损害是十分普遍的。唯一的预防办法是在干燥机的内部安装后部过滤器（如插图1所示），或安装在干燥机的下游管道上。我们从不推荐在使用潮解式干燥机时不使用后部过滤器。冷冻式 冷冻式干燥机通过降低空气的温度来降低空气的露点，同时分离出冷凝水。冷冻式干燥机选型同时使用压力和温度修正因数，利用我们1000SCFM

11、、100PSIG和100的举例和下面的公式，我们可以确定干燥机的正确选型：S1=SP1T1S1=修正的额定流量S=最大进口空气流量SCFMP1=压力修正因数T1=温度修正因数（见表2）这样，冷冻式干燥机应选型为1000SCFM。 要考虑地是冷冻式干燥机比潮解式干燥机复杂的多，因此更容易产生机械故障。湿空气进入冷冻式干燥机通过一个空气对空气的换热器，哪儿进口空气的温度被降低。这时冷的空气进入一个氟利昂对空气的换热器，在哪儿空气温度被进一步降低。在这一点上，空气的温度能够达到+50(+10)或+35(+2)，这取决于干燥机的露点能力。空气中的水分被冷凝成液态并在一个分离器中被除去，干燥后的空气又通

12、过空气对空气的换热器离开干燥机，哪儿空气温度会升高，典型的可达到70(21)。看插图2。插图2中图例1、空气对空气换热器，2、分离器，3、氟利昂对空气换热器，4、热气旁通阀，5、高压储液器，6、手动切断阀，7、风冷凝器，8、制冷压缩机，9、膨胀阀，10、吸气换热器，11、过滤器 在大容量冷冻式干燥机中，风冷凝器可以用水冷凝器来替代。冷冻式干燥机消耗的电力用于运行制冷压缩机和风冷凝器的风扇，而使用水冷凝器时则需消耗水。 我们举例的额定为1000SCFM的一台干燥机典型的有1台5HP的制冷压缩机马达和2只1/4HP的风扇马达。如果我们假定电力成本为0.5/KWH，那么这台干燥机全时段使用下地年运行

13、费用为2409.00（5.5KW8760H0.5/KWH）。 冷冻式干燥机也有少数缺点，氟利昂系统发生泄漏是普遍的，而氟利昂一旦从干燥机中漏出，干燥机就不再运行。另外，我们还发现其实际的性能没有多数制造商声称的那么好。分离器的效率不是100%，其实际的效率可能只有70-75%，特别是随额定流量变化时。这样意味着冷凝水没有被除去，而被再次带入了空气流中。我们发现冷冻式干燥机出口的露点实际大约在+40(+4.5)或+60(+16)。 如果这些干燥机能提供额定的露点，那我们是接受的。而如果其执行不能达到规定的要求时，问题就发生了，那么你就可能为这个错误付出一定的代价。 另外一个问题是氟利昂的选择。现

14、在几种制冷剂已经被禁止使用。其替代产品不能达到同样的性能，而且更加昂贵。 冷冻式干燥机最大的一种故障就是再简单不过的排水器，其往往不能很好的工作。制造商坚持不懈地努力降低成本来提高竞争力，哪儿他们为什么就不节省呢？就像一根链条中最坚固的也是其最薄弱的环节，那劣质的排水器就是冷冻式干燥机最大的问题。如果排水器没有工作，则整个干燥机就不算工作。排水器是水离开干燥机的唯一途径，如果你没有看到有水从排水器中出来，那你可以关掉干燥机了。 另外冷冻式干燥机的局限性是在任何条件下其露点都不能低于32(0)。这样其没有办法防止室外管道的冰冻。我们推荐冷冻式干燥机使用在室内防止水进入工场空气系统。 虽然我们用了

15、上述的几页篇幅来论述潮解式和冷冻式干燥机地运行和优缺点，实际情况是他们真的已经过时了。如果所有的空气管道都在室内或者没有特殊的低露点用途要求，那潮解式和冷冻式干燥机的性能是可以接受的。但是，如果露点上升的情况发生呢？哪怕是那么一点点？ 表3举例了压缩空气中水量随露点变化的关系，同时用水的加仑重量和残留百分比来表述。压力露点残余水分%加仑/年(/年)100(38)100.0024,786(112,664)80(27)53.3913,234(60,155)60(16)26.986,687(30,396)40(4.5)12.813,175(14,318)35(2)10.522,608(11,855)

16、0(-18)1.95483(2,196)-40(-40)0.2049(223)-100(73)0.0021(4.56)表3：压缩空气中的水量；1000SCFM，全时段运行。 正如你能看到的，潮解式和冷冻式干燥机即使达到其露点性能仍有大量的水存留在压缩空气中。冷冻式干燥机达到其绝对最低的露点也意味着有超过10%的水分存留在空气中。举例来说，一个全时段运行的1000SCFM(28.3m3/min)系统就有2608加仑水(11,855) 存在于空气中。如果环境温度从不下降低于55(13)，那这种情况是可以接受的。但万一有什么问题发生呢，比如氟利昂泄漏了、排水器堵塞了、干燥机突然停止了或遇到一个令人厌

17、烦的坏日子，只要露点升高25度达到60(16)，那就有超过6000加仑(27,273)的水涌入你的空气管道。打开一个阀门你鞋都会被打湿，你的仪器会冰冻，你的工具会生锈，生产被迫停工。 看待这样的情况有着不同的角度。虽然我们没想去超过规定，但也不想因工厂停工而在半夜接到电话。即使运行在最高效率下，冷冻式干燥机也比再生式干燥机多50倍的水带入到你的空气管道中，那样犯错误的机会真地就离不开你了。要不每一件事情都做到完美否则你就得到真正的问题。大概最好的解决办法就是使用一台可为你提供更多的干燥机，更多的空间和有处理问题的机会。 理想的解决办法就是准备一台可提供足够低露点的干燥机，即使其突然停机了你还能

18、继续生产。这个解决办法就是再生式干燥机。再生式 仪器仪表、电子、低温、制药、快速冷冻和室外空气管道的冻结等都是为什么工业生产中需要再生式干燥机的全部例证。一台再生式干燥机可以提供-40(-40)的压力露点和更低的-100(-73)。 再生式干燥机有几种不同的形式，但其都遵从相同的基本原理。一台再生式干燥机由两只充满了可再生的干燥剂的压力容器或塔体组成。这种干燥剂像海绵一样可以吸收水分，然后被挤出或再生后，再次可以吸收水分。一只塔体中的干燥剂在顺流干燥空气时，另一只塔体中的干燥剂则在逆流再生。两只塔体由开关阀门连接，那样当在干燥的塔体中的干燥剂到达饱和时，阀门将气流切换到刚再生完毕的塔体。这些过

19、程都是自动完成，确保你所有时间内都有高品质的空气。看插图3。无热式 在不同类型的再生式干燥机之间根本的区别是再生的方法不同。 最普通的一种再生式干燥机类型是无热式或叫变压式。这种干燥机通常在空气流量小于1000SCFM时使用，这种干燥机的初始成本在所有再生式干燥机中是最低的。我们选型一台无热式干燥机同选型潮解式干燥机一样，用压力修正因数乘以额定进口流量来计算出修正的干燥机选型。只要进口空气温度低于120，选型无热式干燥机时温度可不作为一个因数。但如果该温度超过120(49)，干燥剂会失去效率而导致露点升高。 无热式干燥机利用变压原理去再生干燥剂床层。 湿空气进入干燥机就被转移到干燥塔体，在那里

20、所有的空气被干燥到一个-40的露点。在干燥机的出口，15%的干燥空气被转移到再生塔体，并膨胀到大气压力。这股非常干燥的空气进入干燥剂的平衡，从干燥剂除去水分，再生使其恢复完整的干燥能力。这股湿的解析空气然后被排到大气中。看插图4。阀门每隔几分钟切换自动地将空气从一个塔体转移到另一个塔体。 无热式干燥机在处理量不超过1000SCFM或没有充足电力的用途下被推荐使用。因为有15%的压缩空气被持续地损失，则其是运行费用最昂贵的干燥机。 SAHARA-T系列无热式干燥机是最简单的，可利用的十分经济的无热式干燥机。尽管如此其仍需要15%的解析空气损失。有多种选择可利用来降低通常的解析空气损失。但是，当干

21、燥机的进口条件处于最恶劣的情况下时或其处于满负荷运行时是没有解析空气可节省的。你只能眼看15%的空气分分钟损失掉。 工业领域计算压缩空气的成本为0.25/1000立方英尺，这个成本说明的压缩机的初始价格、维护费用和使用压缩机的动力费用等等。 一台选型为1000SCFM的无热式干燥机需连续损失150SCFM的解析空气（15%的进口流量）。我们可以使用下面的公式来计算其一年的运行费用：C=（PR525600/1000）S其中：C=年运行费用PR=额定解析空气SCFM525600=常数，一年的分钟数1000=常数，每1000立方英尺成本S=压缩空气成本，通常0.25该无热式干燥机一年的解析空气成本为

22、19,710。无热式干燥机也消耗少量的电力去运行定时器和电磁阀，这部分电量一般少于50W。加热再生式 因为无热式干燥机巨大的解析空气损失，许多用户就着眼于再生式干燥机中的加热再生式了。它们是排空再生式、鼓风再生式、封闭系统式和压缩热式。 加热再生式干燥机的再生是用热空气通过饱和的干燥剂床层。空气具有一个变动的容量来容纳水分，那更热的空气就可以容纳更多的水分。因此通过加热再生空气，我们能降低或完全消除所需要的解析空气损失。当处理大量的压缩空气时，这点非常重要。 加热再生式干燥机的选型同冷冻式干燥机一样，可以用压力和温度修正因数乘以额定流量得到一个修正的额定流量。 如果你快速地返回表2，看一下进口

23、温度在120、100和60之间的差距，巨大的差距。记住空气容纳水分的容量每增加20就会翻一倍。一台干燥机在100提高到120选型就需要两倍数量的干燥剂去容纳那些水。在设计一个压缩空气系统时，你必须尽一切可能地去降低进入干燥塔体的进口空气温度。利用冷却水对露点性能、组成部件的寿命和初始成本的极大影响，你可以节约比你花费更多的投资。相反，在你冷却系统上进行节省，使用基本接近后部冷却器的热水会导致你一路走向失败。在一个干燥系统中唯一最重要的因素就是空气的温度。 在任何再生式干燥机选型时，有几个因素也应被提起，比如流速、接触时间、干燥剂容量和压力降等。这些项目应该是制造商考虑的，但是一个谨慎的工程师应

24、该多次检查制造商的数据以确保正确的干燥机选型。如果压力或温度修正因数同标准相差很大时这一点就变的非常重要了。举例来说，如果进口温度是60，那我们可以减少近2/3来选型加热再生式干燥机，这应归于减少了水负荷。然而这时通过干燥剂床层的流速会过高并造成干燥剂的流动，接触时间缩短而获得一个好的露点，同时压力降增大。 你可以用下面的公式来计算流速：V=（14.7S）/（P+14.7）A其中：V=速度，每分钟英尺S=进口空气流量，SCFMP=进口空气压力A=塔体截面积，平方英尺 如果你知道塔体直径，可以用下面的公式来计算塔体截面积：A=（TD27.85）/144其中：A=塔体截面积，平方英尺 TD=塔体直

25、径 一台额定处理量为1000SCFM(28.3m3/min)的加热再生干燥机典型的塔体直径为24英寸(610)，那么用塔体截面积公式计算可得其为3.14平方英尺，现在我们计算速度来看是否会造成干燥剂流动。我们得到的流速为33.5英尺/分钟(0.17m/s)，这个速度是可以接受的。通常，该速度不要超过60英尺/分钟(0.305m/s)。 多数制造商使用3/16英寸(4.8)的球形活性氧化铝干燥剂，经验表明对于再生式干燥剂这是最佳的选择。其设计的动态吸附容量为24%，那就是其可以容纳本身重量24%的水分。 如果空气流速高是一个恰当的可信的观点，那样接触时间就会变的太短。为了保证干燥剂能够从空气中吸

26、附足够数量的水分而得到好的露点，这样空气同干燥剂的接触时间至少不能少于3秒。你可以用下面的公式来计算接触时间：CT=（P+14.760AA）/(14.7S45)其中：CT=秒，接触时间P=PSIG，进口压力AA=磅，每只塔体中活性氧化铝的重量S=SCFM，进口空气流量 一台额定处理量为1000SCFM的加热再生干燥机每只塔体填充的活性氧化铝大约为530磅，接触时间为5.9秒，这样是可以接受的。 多数干燥机的压力降设计为3-5磅。你可以用下面的公式来计算近似的压力降：PD=（S/M2344.1）/(P+14.7)其中：PD=PSIG，压力降S=SCFM，进口空气流量M=在3磅压力降下的最大空气流

27、量，看表4P=进口空气压力 在一台额定处理量为1000SCFM的干燥机的管道尺寸应为3英寸。压力降为0.96PSIG。 通过这些计算，你可以确保你购买的干燥机适合于你目前的需要，甚至可把握将来的扩展。管道尺寸（英寸）额定流量1/411（0.31）1/245（1.27）3/480（2.264）1150（4.245）1 1/2400（11.32）2700（19.81）31600（45.28）43000（84.9）67000（198.1）812000（339.6）1018000（509.4）表4：在3PSIG压力降下通过干燥机的最大空气流量。 对于一台加热再生干燥机有两种最基本的再生干燥剂的方法，它

28、们是对流和传导。 对流系统是加热一股空气，然后让热空气去加热和再生干燥剂。 典型的传导系统有若干加热器，其贯穿嵌入在干燥剂床层中，直接传导热量给干燥剂。这里需要少量的空气去加速水分从干燥剂被再生出。 在严格地传导加热时有几个许认真对待的机械问题。干燥剂本身是一个热的不良导体，为了在整个干燥剂床层分配热量，加热器直接地产生很高的温度，这样急剧地降低了干燥剂的寿命。加热管膨胀和收缩会挤碎干燥剂，加热管可能破碎，加热器元件上产生热斑。这种典型地设计在塔体切换时有极高的温度改变并伴随露点的升高。更好的办法就是对流，利用加热器升高空气的温度，然后用热空气去再生干燥剂。 加热再生式干燥机比无热式干燥机运行

29、一个长的多的时间周期。典型的加热再生式干燥机工作周期采用8小时，与此相对的无热式干燥机则采用4-8分钟工作周期。这个时间是必需的，因为该时间包括了干燥剂再生过程中的加热和冷却时间。排空再生式 排空再生式干燥机同无热式干燥机类似，也需要一部分解析空气。但是，因为对解析空气和干燥剂进行了加热，该部分解析空气可以减少到干燥机额定流量的7%，这样极大地降低了干燥机的运行费用。看插图5。 湿空气进入干燥机转移到干燥塔体并在哪儿被干燥到-40的露点。在干燥机的出口7%的干燥空气被转移到再生塔体被加热并膨胀到大气压力。热的干燥空气进入干燥剂的平衡，再生使其恢复完整的干燥能力，然后该湿空气被排到大气中。我们首

30、先加热干燥剂3个小时使其充分再生，然后在余下的小时内关掉加热器并在塔体切换前冷却干燥剂床层。这是因为如果干燥剂的温度超过140就会失去效率，所以我们用冷的干燥的空气来冷却干燥剂床层。这样在塔体切换时可将温度和露点地波动减到最少。 排空再生式干燥机的运行费用是由解析空气损失和加热器的电力消耗决定的。解析空气损失可以用修正后的额定流量（1000）乘以0.07得到为70SCFM。 一台典型的额定处理量为1000SCFM的排空再生式干燥机有一个12KW的加热器。使用的加热器通常是铠装的，并降低额定值到14W每平方英寸。加热器有能力加热到1000，但是我们只需要将解析空气加热到375就可确保良好的再生。

31、通常加热器是有额外的能力的，我们可以用下面的公式来计算：KW=（PR1.08TD）/3412其中：KW=实际需要的功率PR=额定的解析空气量SCFMTD=进口空气温度同375之间的差值 我们看到我们只需要6KW就可将70SCFM从100加热到375。现在我们可以用下面的公式来计算排空再生式干燥机的运行费用：C=(PR525600/1000)CA+(KW6750E)其中：C=实际费用PR=额定解析空气量SCFMCA=每1000立方英尺压缩空气成本KW=实际需要的功率E=电力成本 这台排空再生式干燥机的一年全部费用成本为11,169，电力成本按0.05/KW。鼓风再生式 鼓风再生式是另一种加热再生式干燥机。当你不想损失任何压缩空气时就使用这种干燥机。再生的实现是先向加热器鼓入环境空气并被加热到375，然后将该热空气送进再生塔体。由于没有解析空气损失，因此鼓风再生式干燥机应用在大