壓縮空氣品質影響最深遠的四個汙染物包括 : 含水 (氣) 量, 含油 (氣) 量, 固態顆粒大小與數量, 以及微生物含量. 尤其在壓縮空氣中的含水 (氣) 量的影響是即時且明顯的. 不論是冷凍式乾燥機或吸附式乾燥機, 除了設計製造的品質以及設備故障有影響之外, 從技術層面來看, 影響乾燥機乾燥能效並後續影響選型與耗能的直接要素主要有下列四項 :
- 必須處理的風量以及乾燥機能夠處理的風量.
- 乾燥機的入口溫度.
- 乾燥機所處的環境溫度.
- 空壓機系統的操作壓力範圍.
這四項直接要素卻又深刻地被空壓機系統的配置與環境因素所影響, 我們先不討論其他影響四個主要要素的間接要素, 聚焦在空壓機系統設備的配置來加以探討; 在這邊我們也單純化, 以空壓機, 乾燥機與空氣桶三個設備各一組的配置方式來探討. 首先, 我們先來看看第一種可能配置 : 空壓機 + 乾燥機 + 空氣桶 –>連結到需求端的二次側管路系統 (請參考下圖的配置方式). 我們也假設空壓機的實際供氣量為425L/min, 而需求端的用氣量為300L/min, 空氣桶總容量115L (內置桶35L+外置桶80L); 空壓機啟動壓力為 7.0 bar, 空壓機的停機壓力為 8.0 bar.
空壓機+乾燥機+空氣桶的系統配置
空壓機的排氣溫度通常為環境溫度加上15度C~30度C (依據各種型式空壓機以及各家空壓機品牌設計不同), 採用上述配置設計則空壓機的出口溫度等於乾燥機的入口溫度; 也就是說, 如果環境溫度是攝氏35度C, 乾燥機入口溫度會是50~65度C (如果環境溫度是40度C, 則乾燥機入口溫度變成70度C). 乾燥機的處理風量主要是來自空壓機的實際排氣量, 因為空氣桶壓力降至7.0 bar時, 空壓機會滿載運轉輸出至乾燥機, 然後注入空氣桶; 所以乾燥機必須處理425L/min的壓縮空氣量.
上述 “空壓機+乾燥機+空氣桶" 的空壓機系統配置, 如果選用TRX5HD (耗電0.4kW) 最好的狀況是乾燥程度為壓力露點10度C; 如果要達到壓力露點5度C的空氣乾燥程度, 則必須選擇TRX10HD (耗電0.5kW) 的乾燥機, 乾燥機的能耗必須增加25%.
結論 : 空壓機+乾燥機+空氣桶 的系統配置, 將有幾個影響壓縮空氣乾燥程度的變數放大
- 乾燥機必須處理的壓縮空氣處理量較大 (因為直接處理來自空壓機的滿載實際排氣量)–>可能必須選型較大處理風量的乾燥機.
- 乾燥機的入口溫度較高 (因為直接承受來自空壓機運轉出口的溫度).–>乾燥機的處理效果下降.
空壓機+空氣桶+乾燥機的系統配置
空氣桶具備幾種重要功能, 包括 : 壓縮空氣儲存, 壓縮空氣進入空氣桶撞擊圓形內部會形成旋風除水集水效果, 壓縮空氣會降溫. 因此, 採用"空壓機+空氣桶+乾燥機"的配置模式, 在同樣的空壓機實際排氣量, 相同環境溫度, 以及相同操作壓力範圍條件, 下面是計算的選型結果 :
我們先來看看整個系統的運作方式 : 空壓機在空氣桶壓力降到7.0 bar時, 開始滿載啟動注入壓縮空氣到空氣桶, 然後空氣桶壓力達到8.0bar時, 空壓機停止運轉; 這個時候, 有將近80%的冷凝水透過空氣桶旋風效果以及空氣桶讓壓縮空氣降溫至30~35度C被蒐集在空氣桶底部, 透過手動或自動排水排除.
乾燥機的負荷部分分析起來, 會是如下工況 :
- 入口溫度降至35度C以下.
- 80%冷凝水已經被空氣桶處理, 因此只要處理其中20%即可.
- 需要處理的壓縮空氣來自需求端的用氣量; 因為現場需要時, 壓縮空氣才會從空氣桶流動至乾燥機, 再流動至現場使用端, 也就是說, 處理風量為上面提到的使用狀況300L/min, 而不是空壓機滿載運轉的425L/min.
我們可以降低選型標準入氣型的TRX5D (耗電0.3kW), 然後達到極佳的壓縮空氣乾燥程度壓力露點 < 攝氏5度C. 相對於 “空壓機+乾燥機+空氣桶" 的系統配置要達到相同壓力露點, 必須選用TRX10HD (耗電0.5kW) 的乾燥機節能66.7%.
有時候空壓機排氣量小於乾燥機很多的時候, 我們也是會選擇TRX5D的標準入氣型乾燥機來直接處理來自空壓機的壓縮空氣, 因為空壓機滿載壓縮空氣排氣量小於乾燥機可以處裡的風量不少, 壓力露點仍舊可以達到不錯的狀態. 主要原因是因為TRX5D已經是一般冷凍式乾燥機最小的設計了, 再則許多分接給使用現場的配氣分岐塊在空氣桶上比較好固定的緣故. 例如 : 岩田無油渦卷式空壓機一馬力 (74L/min)可以直接將空壓機與乾燥機連結使用; 三馬力 (255L/min) 與 五馬力 (425L/min) 則必須看環境條件 (例如 : 夏天容易環境溫度高, 或者是可選擇的乾燥機高溫型, 或哪些影響乾燥機出口乾燥程度的原因) 來決定兩者選擇那一種配置.
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