УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУШКИ СЖАТОГО ВОЗДУХА

Полезная модель относится к устройствам для тонкой очистки и осушки сжатого воздуха используемого в промышленности в качестве рабочего тела в пневматических инструментах, в пневматических приводах арматуры и другого оборудования, в пневматических системах на транспорте, предприятиях нефтехимической, газовой и пищевой, промышленности.
Настоящая полезная модель помимо сжатого воздуха может использоваться также для осушки других газов: азота, оксида углерода аргона, метана, этана, пропана.
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, отличающаяся тем, что, 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, публикация 2009 г).
Недостатком известной установки является наличие управляемых клапанов и прибора управления, что снижает надежность и ограничивает возможность применения установки, например во взрывоопасных производствах.
Также недостатком является использование для осушки гранул адсорбента, которые могут подвергаться значительному износу при перепадах давления и вибрациях, например при работе на транспорте, что вызывает необходимость устанавливать на выходе установки фильтр для очистки осушенного воздуха от частиц адсорбента, а также требуется периодическая замена адсорбента вследствие его старения и засорения и, что увеличивает эксплуатационные затраты.
Установка для подготовки сжатого воздуха по своим эксплуатационным показателям должна: обеспечивать бесперебойный режим работы, быть экономичной, простой в обслуживании, надежной, не требующей сложной системы автоматизированного управления.
Преимуществами полупроницаемых мембранных устройств при использовании их для осушки воздуха по сравнению с устройствами, использующими для осушки метод адсорбции или вымораживания влаги, являются: простота и надежность конструкции, вследствие отсутствия механизмов движения и электроуправляемых устройств, снижение эксплуатационных затрат (потребляемая электроэнергия отсутствует), низкие требования к системе автоматизированного управления, сокращение количества устройств для осушки (адсорберов или теплообменников) ввиду непрерывности процесса, отсутствие необходимости переключения аппаратов и их регенерации для удаления накопленной влаги, исключение использования сорбентов или промежуточных холодоносителей и холодильных машин, обеспечение экологической чистоты процесса осушки.
Известен мембранный рулонный элемент для разделения газов и паров, содержащий перфорированный коллектор с навитыми на него несущим дренажом в виде наружных прокладок и расположенных между ними промежуточных прокладок и сложенными вдвое листами плоских мембран, между которыми размещен турбулизатор, при этом несущий дренаж и листы плоских мембран герметизированы по периметру, образуя мембранный пакет, а коллектор выполнен с перегородками, одна из которых установлена внутри него, образуя ввод дополнительного потока, направленного противотоком к питающему потоку, а другая расположена на нем внутри мембранного пакета и направлена к периферии мембранного пакета, не доходя до параллельного коллектору герметизирующего шва (патент РФ №2121393, МПК B01D 63/10, B01D 53/00, публикация 1998 г.).
Недостатком известного рулонного элемента является низкая пропускная способность, вызванная малой удельной площадью на единицу объема мембранного рулонного элемента по отношению к мембранным элементам, выполненным, например, из полых волокон, что снижает общую эффективность установки для разделения газов и паров.
Известно устройство для разделения газовых смесей с использованием полупроницаемых полых волоконных мембран, в котором осуществляется внутренняя продувка обратной стороны мембран при помощи отверстий в трубной решетке мембранного модуля со стороны выхода, обеспечивая, таким образом, продувку обратной стороны мембран осушенным газом (патент США №5525143, МПК B01D 53/22, B01D 53/26, B01D 63/02, публикация 1996 г).
В известном устройстве отсутствуют средства для предварительной очистки газа, что может привести к засорению и/или разрушению мембранных волокон вследствие попадания разрушающих мембрану веществ (капельной влаги, растворителей, и т.п.), и отсутствуют средства для обеспечения плавного изменения давления на входе в мембранный модуль, что также может приводить к выходу мембранного модуля из строя в результате пневмоудара.
Также недостатком известного способа является то, что объем отбираемого на продувку осушенного газа определяется расходом газа и давлением на входе в мембранный модуль и не может быть изменено в процессе работе.
Известна установка для разделения и/или осушки газовых смесей с использованием мембранных устройств, в котором поток сжатого газа подают на мембранное газоразделительное устройство, где он разделяется на два потока, при этом осуществляют регулирование давления и/или расхода осушенного газа на выходе установки путем изменения рабочего давления в мембранном устройстве с помощью редуктора-регулятора давления, установленного перед устройством, совместно с дросселем, установленным на выходе устройства, который служит для первоначальной настройки степени отбора осушенного газа (патент на изобретение РФ №2233698, МПК B01D 53/22, B01D 61/00, B01D 63/00, публикация 2004 г.).
Поскольку влагосодержание осушенного воздуха зависит от давления и расхода газа, то для достижения требуемой степени осушки газа необходимо изменять давление или расход газа, что не приемлемо в пневматических системах и технологических процессах, где используется сжатый воздух.
Также недостатком известного устройства, снижающим срок службы и ухудшающим работу мембранного газоразделительного устройства, является отсутствие фильтров грубой и тонкой очистки на входе в устройство, что приводит к засорению поверхности полых волокон, абразивному износу, снижению характеристик, а также выходу устройств из строя.
Известна установка для очистки и осушки газа, включающая последовательно установленные фильтры грубой и тонкой очистки, соединительные трубопроводы и, по меньшей мере, одно мембранное газоразделительное устройство, содержащее корпус с патрубками входа и выхода газа, полые мембранные волокна, закрепленные в установленных в корпусе решетках, и патрубок для удаления газа, прошедшего через стенки волокон (патент РФ №106134, МПК B01D 53/22, B01D 53/26, B01D 63/00, публикация 2011 г.).
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности работы осушителей сжатого воздуха с применением половолоконных мембранных волокон и снижение эксплуатационных расходов на подготовку сжатого воздуха, повышение качества подготовки сжатого воздуха в различных отраслях промышленности.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Устройство для осушки сжатого воздуха включает оборудование для предварительной очистки воздуха, соединительные трубопроводы и, по меньшей мере, одно газоразделительное мембранное устройство. Оборудование для предварительной очистки воздуха содержит последовательно установленные фильтр грубой очистки (водомаслоотделитель), микрофильтр, субмикрофильтр и фильтр сверхтонкой очистки от масляного тумана, а между оборудованием для предварительной очистки воздуха и газоразделительным мембранным устройством размещена буферная емкость для обеспечения плавного изменения давления в мембранном устройстве.
Газоразделительное мембранное устройство содержит корпус с патрубками входа и выхода воздуха, полые мембранные волокна, закрепленные в установленных в корпусе решетках, и патрубок для удаления воздуха, прошедшего через стенки волокон.
Фильтр грубой очистки (водомаслоотделитель), микрофильтр, субмикрофильтр, фильтр сверхтонкой очистки от масляного тумана содержат средства для автоматического отвода конденсата (например, поплавкового типа) и средства контроля состояния фильтрующих элементов (например, датчики перепада давления).
Газоразделительное мембранное устройство имеет внутренние каналы для подачи части осушенного воздуха на продувку обратной стороны мембранных волокон.
Газоразделительное мембранное устройство имеет, по меньшей мере, один дополнительный патрубок для подачи части осушенного воздуха на продувку обратной стороны мембранных волокон.
Газоразделительное мембранное устройство и буферная емкость для исключения конденсации влаги выполнены с теплоизоляцией.
На входном трубопроводе может быть дополнительно установлен клапан плавного повышения давления.
На выходе мембранного газоразделительного устройства установлены дроссель для регулирования влажности осушенного воздуха и датчик влажности (температуры точки росы) осушенного газа.
Газоразделительное мембранное устройство, оборудование для предварительной очистки воздуха, соединительные трубопроводы и буферная емкость размещены в едином корпусе.
С целью сокращения занимаемой площади газоразделительное мембранное устройство и буферная емкость установлены вертикально.
На чертеже представлена принципиальная схема предложенного устройства для осушки сжатого воздуха.
Устройство для осушки сжатого воздуха содержит входной трубопровод 1, выходной трубопровод 2, трубопроводы сброса конденсата из фильтров 3. К трубопроводу 1 последовательно подключены: фильтр грубой очистки (водомаслоотделитель) 4, микрофильтр 5, субмикрофильтр 6, фильтр сверхтонкой очистки от масляного тумана 7, буферная емкость 8 и газоразделительное мембранное устройство 9. На фильтрах установлены устройства для автоматического отвода конденсата 10 и устройства для контроля состояния фильтрующих элементов 11.
Газоразделительное мембранное устройство 9 на выходе имеет внутренние каналы 12 в трубной решетке для подачи части осушенного воздуха для продувки обратной стороны мембранных волокон. Газоразделительное мембранные устройство 9 может иметь, по меньшей мере, один дополнительный патрубок 13 для подачи части осушенного воздуха на продувку обратной стороны мембранных волокон.
Газоразделительное мембранное устройство 9 и буферная емкость 8 для исключения конденсации влаги могут иметь теплоизоляцию 15.
На трубопроводе 2 на линии отбора воздуха на продувку в патрубок 13 может быть установлен дроссель 16 для регулирования влажности осушенного воздуха. На трубопроводе 2 может быть размещен датчик влажности осушенного воздуха 17. На трубопроводе 1 может быть установлен клапан плавного повышения давления 18.
Газоразделительное мембранное устройство 9, оборудование для предварительной очистки воздуха, соединительные трубопроводы и буферная емкость 8 размещены в едином корпусе 14 (показан условно).
Работает устройство следующим образом.
3
3
3
3
Сжатый воздух от источника давлением от 2,0 до 1,6 МПа, содержащий капельную влагу и механические частицы, поступает в устройство по трубопроводу 1 в фильтр грубой очистки (водомаслоотделитель) 4, где очищается от 99% капельной влаги, механических частиц размером более 3 мкм и до содержания масла 5 мг/м, далее воздух поступает в микрофильтр 5, где очищается от механических частиц более 0,3 мкм и до содержания масла 1 мг/м далее воздух поступает в субмикрофильтр 6, где очищается от механических частиц более 0,01 мкм и до содержания масла 0,1 мг/м, далее воздух поступает в фильтр сверхтонкой очистки 7, где очищается до содержания масла 0,004 мг/м.
Далее очищенный воздух попадает в буферную емкость 8 определенного объема, которая служит для обеспечения плавного изменения давления на входе в мембранное устройство 9. Постепенно наполняя емкость 8, воздух поступает в мембранное устройство 9, где проходя по полым мембранным волокнам (внутри волокон) сжатый воздух осушается, так как содержащиеся в нем пары вода, диффундируют сквозь материал мембраны и выходят с обратной стороны мембраны (на наружную сторону волокон). Пары воды удаляются с обратной стороны мембранных волокон через патрубок для выхода влажного воздуха частью осушенного продувочного воздуха, подаваемого либо через внутренние каналы 12, либо от трубопровода 2 через дроссель 16 и патрубок 13.
Осушенный воздух выходит из мембранного устройства 9 в выходной трубопровод 2, где может быть измерено его влагосодержание, при помощи датчика 17. Далее воздух направляется к потребителю.
Во время работы в фильтрах 4, 5, 6 и 7 периодически при наполнении емкости сбора конденсата производится сброс конденсата при помощи автоматических конденсатоотводчиков 10 в трубопроводы 3. Также в фильтрах 4, 5, 6 и 7 постоянно контролируется состояние фильтрующих элементов при помощи датчиков перепада давления 11.
Настоящая полезная модель повышает надежность работы осушителей сжатого воздуха с применением половолоконных мембранных волокон и снижает эксплуатационные расходы, при этом также повышается качество подготовки сжатого воздуха.