ОСУШИТЕЛЬ СЖАТОГО ВОЗДУХА

Полезная модель относится к устройствам для адсорбционной осушки сжатого воздуха.
Сухой сжатый воздух широко используется в технике в качестве рабочего тела и является самым удобным и самым безопасным энергоносителем, особенно для взрывоопасных и пожароопасных производств. Одновременно он же является самым дорогим энергоносителем, так как для его производства используются все виды энергии: механическая, тепловая и электрическая.
Снижение стоимости сухого воздуха являлось и является первостепенной задачей. Проведенные многочисленные эксперименты на промышленных образцах осушителей показали, что одними из путей снижения стоимости сухого воздуха являются его подогрев до допустимой температуры, снижение расхода воздуха на регенерацию, правильное распределение потока воздуха по сечению адсорбера, использование теплоты нагретого адсорбента как регенеративного теплообменника для дальнейшего нагрева, изменение задания на получение точки росы осушенного воздуха в течении года в зависимости от температуры окружающего воздуха.
По патенту RU 2236892 известна установка для осушки сжатого воздуха содержащая два установленных рядом адсорбера, в которых расположены электронагреватели, связанные с датчиками температуры, снаружи адсорберы имеют соединительные трубопроводы с запорной арматурой, а внутри заполнены адсорбентом, где адсорберы установлены в металлическом контейнере и в корпусе каждого адсорбера расположены распределители воздуха - верхний и нижний, пространство между которыми заполнено адсорбентом, а электронагреватели проходят через нижний распределитель и установлены в адсорбентах перпендикулярно распределителям, которые соединены вертикальным стержнем, верхняя часть которого проходит через верхний распределитель и входит в люк загрузки, расположенный на корпусе адсорберов, при этом на другом конце стержня закреплен диск с крестообразной направляющей, которая установлена в люке выгрузки, расположенном в днище корпуса адсорберов и соединенном с нижним распределителем.
Недостатками известного устройства являются высокая энергоемкость и металлоемкость, известная конструкция установки осушки сжатого воздуха трудноосуществима согласно требованиям к сосудам, работающим под давлением.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известное по патенту RU 2326719 устройство для осушки сжатого газа, включающее два адсорбера с сорбентом, соединенных магистральными трубопроводами подвода газа к сорбенту и его отводу, систему клапанов, обеспечивающих переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель, отличающееся тем, что на поверхности каждого из адсорберов выполнены газоводы, снабженные нагревательными элементами, при этом на выходе газовода в зоне взаимодействия с сорбентом расположен фильтр, а магистральный трубопровод подвода газа для режима регенерации соединен через обратный клапан с выходом газовода и через дроссель - со входом в газовод.
Недостатками известного устройства являются:
- Высокая энергоемкость.
- Большие потери осушенного воздуха на регенерацию.
Техническим результатом заявленной полезной модели является:
- Уменьшение энергоемкости.
- Уменьшение потерь осушенного воздуха на регенерацию.
Технический результат достигается тем, что осушитель сжатого воздуха, состоящий из двух адсорберов, воздухонагревателя, трубопроводов, соединяющих аппараты, распределительной, запорной и регулирующей арматуры, дросселирующего устройства, клапанов, системы управления и контроля, согласно полезной модели, содержит четыре трехходовых клапана, расположенных на штуцерах входа-выхода воздуха в адсорберы, трехходовой клапан, расположенный на линии сброса воздуха после регенерации и систему управления трехходовыми клапанами включающую два датчика давления, расположенных на адсорберах, датчик температуры, расположенный линии на выхода воздуха из нагревателя, датчик температуры расположенный на линии сброса воздуха после регенерации.
Наличие трехходовых клапанов, расположенные на штуцерах входа-выхода воздуха позволяет раздваивать поток и направлять его по двум адсорберам, чем достигается эффективное управление процессами осушки, регенерации и охлаждения адсорбента, а следовательно уменьшается расход воздуха на регенерацию.
Трехходовой клапан и дросселирующее устройство Д, расположенные на линии сброса воздуха после регенерации исключают возможность повышения давления в адсорбере, подлежащему нагреву (регенерации), что позволяет уменьшить расход воздуха на регенерацию, а также данный клапан позволяют производить медленный набор давления в адсорбере при переключении адсорбера в режим осушки, что важно для избежания разрушения адсорбента.
Система из пяти трехходовых клапанов в комплексе позволяет эффективно перенаправлять потоки в осушителе в зависимости от его состояния и обеспечивает оптимальный в конкретный момент времени цикл осушки, регенерации и охлаждения адсорбента, а следовательно, что уменьшает расход воздуха на регенерацию, а следовательно, снижает энергоемкость устройства.
Система управления трехходовыми клапанами обеспечивает своевременное переключение трехходовых клапанов в зависимости от основных параметров потока, в частности температуры и давления.
Два датчика давления, расположенных на адсорберах, два датчика температуры, из которых один расположен на выходе воздуха из нагревателя, а другой - на линии сброса воздуха после регенерации позволяют осуществить эффективную работу системы управления, что значительно снижает потребление электроэнергии на нагрев при регенерации (50% времени идет при подаче электроэнергии и 50% нагрев идет за счет накопленного тепла нагретого адсорбента), переключение системы осуществляется по показаниям датчиков.
Вся совокупность существенных признаков, а именно трехходовых клапанов и соединенных в единую сеть с датчиками температуры и давления позволяет системе своевременно автоматически выбирать и осуществлять оптимальный режим работы осушителя, в зависимости от заданных параметров, что позволяет снизить расход воздуха на регенерацию и энергоемкость устройства
Сущность заявленной полезной модели поясняется рисунком:
На фиг.1 показана общая схема осушителя сжатого воздуха
Осушитель сжатого воздуха, состоящий из двух адсорберов 1, 2, воздухонагревателя 3, трубопроводов, соединяющих аппараты, распределительной, запорной и регулирующей арматуры, дросселирующего устройства 4, клапанов системы управления и контроля, в котором системы управления и контроля содержит четыре трехходовых клапана 5, 6, 7, 8, расположенных на штуцерах 9 входа-выхода воздуха в адсорберы 1, 2, трехходовой клапан 10, расположенный на линии сброса воздуха после регенерации, два датчика давления 11, 12, расположенных на адсорберах, датчик температуры 13, расположенный линии на выхода воздуха из воздухонагревателя 3, датчик температуры 14 расположенный на линии сброса воздуха после регенерации, датчик контроля воздушных потоков 15, расположенный на входе в воздухонагреватель 3.
Для обеспечения заданного цикла осушки осушитель имеет пять специальных трехходовых клапана с автономным управлением, два датчика давления, контролирующие давления в адсорберах, гигрометр, для контроля влажности сухого воздуха на выходе и управления работой адсорберов, датчик температуры для контроля температуры нагретого воздуха в воздухонагревателе и датчик температуры для контроля температуры воздуха на выходе из адсорберов после регенерации. Расход воздуха на регенерацию задается клапаном, расположенным на линии отбора воздуха на регенерацию. Подачу воздуха на регенерацию осуществляют четыре клапана трехходовых, расположенных на штуцерах входа-выхода воздуха и контролируется датчиком расхода. Трехходовой клапан, расположенный на линии сброса воздуха после регенерации служит для плавного наполнения адсорбера сжатым воздухом и плавным сбросом давления сжатого воздуха при регенерации. Этим исключается вскипание адсорбента в адсорбере при переключениях и его разрушение. Сжатый воздух из сети через переключающие трехходовые клапаны подается на осушку в один из адсорберов осушителя. Проходя через слой адсорбента, поток воздуха осушается за счет адсорбции молекул воды твердым сорбентом, далее воздух выходит из осушителя через штуцер выхода воздуха и подается потребителю.
Влажность воздуха на выходе непрерывно контролируется гигрометром. Адсорберы работают циклично; один на осушке воздуха (адсорбции), другой на регенерации адсорбента (десорбции). Расчетное время работы одного адсорбера в режиме осушки составляет 6 часов. Действительное время работы адсорбера в режиме осушки зависит от влажности и температуры воздуха.
Регенерация адсорбента (десорбция) в осушителе производится горячим воздухом, для чего часть сухого воздуха с выхода осушителя отбирается и подается в воздухонагреватель, где он нагревается до заданной температуры (200-250°С). Температура воздуха на выходе из воздухонагревателя контролируется датчиком температуры ДТ1. Нагретый воздух поступает в адсорбер, находящийся в режиме регенерации.
Так как влажность воздуха не зависит от его массы, а только от объема и его температуры, то с целью экономии регенерация адсорбента ведется при давлении воздуха близком к атмосферному (0,05-0,1 МПа). Регенерация адсорбента ведется противотоком осушке. Расход воздуха на регенерацию регулируется клапаном КР, расположенным на линии отбора воздуха на регенерацию и контролируется датчиком расхода. Горячий воздух из воздухонагревателя, проходя через увлажненный адсорбент, «отнимает» у него влагу и выбрасывается в атмосферу.
При достижении температуры воздуха на выходе из регенерируемого адсорбера 70-80°С, по сигналу от датчика температуры, расположенного на линии сброса воздуха после регенерации, происходит отключение электропитания воздухонагревателя, холодный воздух продолжает поступать через воздухонагреватель в нагреваемый адсорбер, при этом адсорбер работает как регенеративный теплообменник, где нагретой средой является часть нагретого адсорбента. Ввиду большой теплоотдающей поверхности адсорбента, проходящий через него воздух нагревается и перемещает накопленную в адсорбенте теплоту дальше по высоте слоя адсорбента. В данном случае время нагрева адсорбента составляет приблизительно 50% при подаче электроэнергии и 50% нагрев идет за счет накопленного тепла нагретого адсорбента. При достижении температуры воздуха на входе 100-115°С, клапан закрывается, и адсорбер становится в режим ожидания.
При увеличении влажности осушенного воздуха на выходе из работающего адсорбера осушителя (выше заданного) гигрометр подает команду на переключение трехходовых клапанов, расположенных на отрегенерированном адсорбере, в результате чего поток воздуха раздваивается и идет по двум адсорберам. За счет уменьшения потока воздуха в рабочем адсорбере степень осушки воздуха значительно возрастает. Вторая часть воздуха идет через нагретый адсорбер охлаждает адсорбент и осушается. При этом температура сухого воздуха на выходе осушителя в течение 20-30 мин возрастает до 50-60°С. Осушенный смешанный поток подается в сеть потребителя. Через 20-30 минут температура сухого сжатого воздуха на выходе из осушителя снижается до первоначальной (т.е. до температуры на 10-15°С выше температуры воздуха на входе). После чего подается команда на отключение ранее работавшего адсорбера от осушки и поставка его на регенерацию.
Во избежание разрушения адсорбента, при переключении адсорбера на регенерацию, сброс давления производится через трехходовой клапан, расположенный на линии сброса воздуха после регенерации, сначала замедлено через дросселирующее устройство, а при достижении минимального давления, значение которого настраивается в системе управления и контроля, происходит переключение, клапана на полный проход.
Управление трехходовыми клапанами, а также клапаном запорным осуществляется системой управления и контроля с помощью приводов.
Доля расхода воздуха (в %) на регенерацию адсорбента в предлагаемом осушителе в зависимости от температуры воздуха на входе в осушитель показана на диаграмме.
Датчик контроля воздушных потоков, расположенный на входе в воздухонагреватель, который непрерывно передает сигнал о наличии потока. Таким образом, при отсутствии потока, система управления немедленно отключает воздухонагреватель и сигнализирует о нарушении режима работы, что является защитой от перегрева и выхода из строя воздухонагревателя.