Блок осушки сжатого воздуха

Полезная модель относится к области промышленного компрессорного оборудования, и, в частности, к устройствам для осушки сжатого воздуха и других газов.
Настоящая полезная модель может быть использована для осушки сжатого воздуха в различных отраслях промышленности в пневматических системах, например, в системе осушки воздуха при подготовке воздуха низкого, среднего и высокого давления для обеспечения создания требуемой влажности.
Известна короткоцикловая безнагревная установка для осушки газов, содержащая два параллельно установленных адсорбера с неподвижным слоем адсорбента, два обратных клапана и два трехходовых электро- или пневмоуправляемых крана на входе в адсорберы, два обратных клапана на выходе из адсорберов, регулировочный вентиль на выходе установки, редуцирующий вентиль и два обратных клапана в системе регенерации, в которой осушка воздуха обеспечивается попеременно двумя адсорберами, переключение адсорберов осуществляется через короткий промежуток времени, не превышающий, как правило, несколько минут, трехходовыми клапанами, регенерация осуществляется частью осушенного воздуха, отбор которого производится с помощью регулировочного и редуцирующего вентилей, а дросселирование до давления, более низкого, чем давление при адсорбции (обычно до атмосферного), осуществляется обратным клапаном системы регенерации и трехходовым клапаном (Лукин В.Д., Анцыпович И.С.Регенерация адсорбентов. Л.: Химия, 1983, с. 106).
Недостатками известной установки являются низкая надежность, вследствие большого количества арматуры, отсутствие индикации о некорректной работе, а именно о некачественной регенерации адсорбента, что может привести к чрезмерному насыщению влагой адсорбента и ухудшению процесса осушки. Из-за отсутствия индикации о некачественной регенерации адсорбента также невозможно корректировать параметры процесса регенерации во время работы установки, отсутствие подогрева воздуха (после редуцирования), идущего на регенерацию адсорбента, что приводит к снижению качества регенерации.
Известна установка для осушки газа HDK-CNG (компания Parker, США), включающая в себя два попеременно работающих адсорбера, содержащих адсорбент, регенерация которого осуществляется продувкой адсорбера частью осушенного газа нагретого до температуры от 150 до 200°С, линию регенерации, подключенную к выходам адсорберов, нагреватель, систему продувки, включающую продувочные трубопроводы, подключенные ко входам адсорберов, и прибор управления, при этом на линии регенерации установлен регулятор давления (сайт компании Parker http://ph.parker.com/us/en/heatless-desiccant-dryers).
Недостатками известной установки являются большие потери газа для проведения регенерации и высокое энергопотребление, а также низкая надежность, вследствие большого количества управляемой арматуры.
Известна установка для осушки сжатого воздуха, включающая в себя два попеременно работающих адсорбера, содержащих адсорбент, регенерация которого осуществляется продувкой адсорбера частью осушенного воздуха, трубопровод воздуха управления, подключенный к выходу осушенного воздуха, линию регенерации, подключенную к выходам адсорберов, систему продувки, включающую продувочные трубопроводы, подключенные к входам адсорберов и содержащие два пневмоуправляемых клапана для обеспечения сброса воздуха регенерации из адсорберов, и прибор управления, при этом на линии регенерации установлен дроссель двухстороннего действия, выполненный с возможностью регулировки, а на продувочных трубопроводах установлены индикаторы влажности для контроля процесса регенерации в адсорберах (патент РФ №83712, МПК B01D 53/02, F16K 31/12, публикация 2009 г.).
В известной установке регулировка работы осуществляется посредством дроссельного клапана, что не позволяет эффективно корректировать процесс осушки в широком диапазоне рабочих параметров, необходимо изменение времени между открытием и закрытием клапанов (сокращение или увеличение циклов адсорбции и регенерации), что требует корректировки прибора системы управления. Недостатком известной установки является отсутствие подогрева воздуха (после редуцирования), идущего на регенерацию адсорбента, что приводит к снижению качества регенерации.
3
При расширении воздух производит внешнюю работу за счет уменьшения имеющейся в нем внутренней тепловой энергии, вследствие этого, при отсутствии подвода тепла извне происходит значительное понижение температуры воздуха. Чем большую работу производит газ при расширении, т.е. чем больше разность между начальным и конечным давлениями, тем больше он охлаждается, это явление называется процесс Джоуля-Томсона «…воздух расширяясь при комнатной температуре от давления 200 атм. до давления 1 атм., охлаждается примерно на 40°С» (Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Наука 1969 г., стр. 201). Чем ниже температура воздуха, подаваемого на регенерацию адсорбента, тем ниже равновесное содержание влаги воздуха, т.е. меньше количество влаги, которое он может поглотить из адсорбента. «Если 1 м кубический воздуха при 10°С способен поглотить 9,4 г влаги, то при нагревании от минус 10 до 40°С воздух сможет поглотить 50,8-9,4=41,4 г влаги» (Производство мыла. Издание второе, переработанное и дополненное. И.М. Товбин, М.Н. Залиопо, A.M. Журавлев. М.: Пищевая промышленность, 1976 г., стр. 57).
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение качества проведения регенерации адсорбента путем дополнительного подогрева воздуха (после редуцирования), идущего на регенерацию адсорбента.
Технический результат достигается тем, что блок осушки сжатого воздуха дополнительно содержит установленный после адсорберов подогреватель воздуха, направляемого для регенерации адсорберов.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Блок осушки сжатого воздуха содержит два попеременно работающих адсорбера, к входам и выходам каждого из которых подсоединены трубопроводы подвода и отвода воздуха с установленной на них пневмоуправляемой арматурой. Блок осушки сжатого воздуха дополнительно содержит установленный после адсорберов подогреватель воздуха, направляемого для регенерации адсорберов, при этом вход подогревателя воздуха подключен к выходу каждого из адсорберов, а выход - подключен к входу каждого адсорбера.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема блока осушки сжатого воздуха, на фиг. 2 представлен внешний вид блока осушки сжатого воздуха.
Блок осушки сжатого воздуха (см. фиг. 1 и 2) содержит трубопровод подвода воздуха 1, трубопровод воздуха управления 2, два вертикальных попеременно работающих адсорбера 3 и 4, каждый из которых имеет корпус с входом и выходом, и с размещенным в корпусе неподвижным слоем адсорбента, прибор управления 5. На трубопроводе подвода воздуха 1 установлены: пневмоуправляемые клапаны 6, 7, обеспечивающие подачу воздуха на вход в адсорберы 3 и 4 соответственно, пневмоуправляемые клапаны 8, 9, обеспечивающие сброс воздуха при регенерации адсорбента, пневмоуправляемый клапан 10 предназначенный для выравнивания давления при переключении адсорберов. Сброс воздуха из адсорберов 3 и 4 через пневмоуправляемые клапаны 8, 9, при регенерации адсорбента производится в атмосферу через глушитель 11.
На выходе из адсорберов 3 и 4 установлены обратные клапаны 12 и 13, которые подключены непосредственно к трубопроводу отвода воздуха. После обратных клапанов 12 и 13 часть осушенного воздуха отбирается на регулятор давления 14. После редуцирования воздух направляется: на контроль влажности индикатором 15, на питание клапанов пневмоавтоматики, на регенерацию адсорбента в адсорбер 3 или 4 после подогрева в подогревателе 16. Клапан невозвратный 17 предназначен для предотвращения заброса воздуха высокого давления в систему пневмоавтоматики. Клапана невозвратные 18, 19 предотвращают попадание воздуха высокого давления в адсорбер 3 либо 4 при регенерации. Подача воздуха управления на пневмоуправляемые клапаны 6, 7, 8, 9 и 10 производится с помощью пневмораспределителей 20.
Работа блока осушки сжатого воздуха осуществляется следующим образом.
Сжатый воздух поступает в трубопровод подвода воздуха 1, откуда попадает через один из управляемых клапанов 6 (7) в адсорбер 3 (4). Управление по заданному алгоритму осуществляется от прибора управления 5 путем подачи электрического питания на соответствующие пневмораспределители 20 пневмоуправляемых клапанов 6, 7, 8, 9 и 10.
В адсорбере 3 (4) с помощью адсорбента (активного оксида алюминия) осуществляется осушка сжатого воздуха. В процессе адсорбции адсорбент насыщается водой и для непрерывной работы блока осушки требуется проведение регенерации. Регенерация осуществляется продувкой насыщенного влагой адсорбента частью осушенного воздуха (от 5 до 15%). После адсорбера осушенный газ проходит через обратный клапан 12 (13) и выходит через трубопровод отвода воздуха к потребителю. Часть осушенного воздуха через регулятор давления 14, предварительно подогреваясь в подогревателе 16, направляется в регенерируемый адсорбер. При регенерации осушенный подогретый воздух низкого давления (близкого к атмосферному) проходит через адсорбент и насыщается парами воды до состояния полного насыщения при данной температуре, после чего через управляемый клапан 8 (9) и глушитель 11 выбрасывается в атмосферу.
Одновременно с осушкой в одном адсорбере проводится регенерация другого адсорбера, при регенерации адсорбента в адсорбере 4 открыт управляемый клапан 6, направляющий сжатый воздух на осушку в адсорбер 3, открывается управляемый клапан 8, обеспечивающий выход воздуха регенерации из адсорбера 4.
Перед переключением адсорберов происходит открытие управляемого клапана 10 и закрытие клапана 8 для обеспечения выравнивания давления, давление в адсорбере 4 после регенерации вырастает до рабочего, после чего происходит переключение адсорбера - открываются управляемые клапаны 7 и 9 закрывается клапан 10 и начинается регенерация адсорбера 3 и осушка воздуха в адсорбере 4.
Предлагаемая схема блока осушки сжатого воздуха позволяет повысить интервалы между сервисными обслуживаниями блока осушки связанными с заменой адсорбента, что приводит к снижению эксплуатационных расходов, также позволяет получить более низкую температуру точки росы. Этот эффект достигается благодаря повышения качества регенерации адсорбента, а также позволяет увеличить срок его службы.