空壓機系統冷凝水產生的原因有哪些?冷凝水排放措施有哪些?

大氣被吸入空壓機系統因為空氣被壓縮，但是水氣中的水分子無法被壓縮，因此在壓縮空氣在經過壓縮過程就會讓水氣過飽和由氣態變成液態變成顯形的冷凝水 (請參考下圖)。

空壓機系統管路中如果存在冷凝水可能會產生下列危害：

1. 如果是再有油式空壓機系統中有冷凝水，可能會造成需要潤滑油的電磁閥、氣動閥、氣壓缸或者CNC主軸氣封產生劣質化的油乳化現象，造成機器設備故障(如上方油乳化的油水排放)。
2. 空氣中含有水氣在一定溫度下則讓細菌病毒更容易孳生，造成食品或藥物汙染，藥錠部分水解崩塊…等製程品質或運輸保存品質的不利影響；甚或在醫療或手術過程中，增加病患感染的機率而產生不利風險。
3. 許多國際化企業的產品行銷至全球各地，產品必須經過封裝過程，如果水氣過高則可能再一些地方造成產品瑕疵或嚴重品質問題；例如：半導體晶片造成短路、監控鏡頭產生水氣影響影像顯示、瓦斯表顯示數據產生水霧看不清楚…。
4. 其他：影響實驗過程的結果、造成三維列印品質不良、或其他如影響儀錶控制精準度…。

空壓機系統冷凝水的產生原因

空壓機系統中的冷凝水主要來自於壓縮空氣中的水分凝結，其產生的主要原因包括：

1. 空氣中的水蒸氣含量
   • 環境空氣中含有水蒸氣，當空氣被壓縮時，相對濕度上升，超過飽和點時，多餘的水蒸氣會凝結成液態水。
   • 濕度高的環境（如台灣夏季）會導致冷凝水產生量增加。
2. 壓縮過程中的溫度變化
   • 空壓機壓縮空氣時會產生高溫，壓縮後的空氣冷卻時，水蒸氣因溫度下降而凝結成水。
3. 冷卻系統的影響
   • 若使用**後冷卻器（Aftercooler）**降低空氣溫度，會促使更多水氣凝結成冷凝水。
4. 儲氣桶的冷卻作用
   • 儲氣桶（儲氣罐）在壓縮空氣儲存時，因與環境溫差產生冷卻效應，也會使水氣凝結成液態水。

空壓機系統冷凝水排放措施

冷凝水若未有效排放，會影響空氣品質，造成管路腐蝕、設備損壞，因此需採取以下措施：

1. 使用自動排水器（Auto Drain）
   • 浮球式自動排水器：利用浮球機制排出冷凝水，適合儲氣桶與過濾器使用。
   • 電子定時排水器：可設定定時開啟排放冷凝水，適合用於空壓機、儲氣桶、冷凍式乾燥機。
   • 無損失排水器（Zero Loss Drain）：偵測冷凝水水位並自動排放，避免壓縮空氣損失，適合高效率空壓系統。
2. 設置冷凝水收集與分離裝置
   • 冷凝水分離器：透過旋風分離、過濾等方式去除冷凝水，防止水分進入空壓管路。
   • 油水分離器（Oil-Water Separator）：過濾冷凝水中的油污，確保排放達到環保標準。
3. 使用乾燥機降低冷凝水產生量
   • 冷凍式乾燥機（Refrigerated Dryer）：將壓縮空氣冷卻至 3°C～5°C，使水氣凝結成水滴排出。
   • 吸附式乾燥機（Desiccant Dryer）：利用吸附劑（如活性氧化鋁或矽膠）吸收空氣中的水分，適合需要低露點（-40°C 以下）應用。
4. 定期檢查與手動排水
   • 定期檢查儲氣桶、管路、過濾器、乾燥機等排水裝置，確保排水功能正常。
   • 若系統中未安裝自動排水器，需安排人員手動排水，避免水分積累。

電子式自動排水器實際照片範例

源頭減少冷凝水量的根本

減少空氣中水氣含量

空壓機吸入周邊環境的大氣，然後經過壓縮之後會產生冷凝水，因此如果能夠從環境著手則可以從源頭減少冷凝水量：

1. 避免空壓機放置的位置在高度潮濕的環境中，例如：許多從事布料染整的工廠將空壓機房放置在布料進入然染料水槽附近，除了增加吸入大氣高潮濕水氣的空氣之外，也讓機器設備受到化學染劑腐蝕的不利情況。
2. 規劃有利通風的新鮮空氣入口與熱空氣排放出口，必要時設計排風扇或導風罩，通風的環境能夠降低環境空氣中的水氣。
3. 避免將空壓機系統設備放置在環境溫度高的地方，因為環境溫度越高則相對濕度越高，並且容易增加壓縮熱的產生造成溫度過高機器跳脫或壽命縮短。

選擇並善用高品質乾燥/除水裝置

選擇適當的空壓機與乾燥機設備

• 使用冷凍式乾燥機（Refrigerated Dryer）
  • 冷卻壓縮空氣至 3～5°C，使水氣凝結後排出，可有效降低管路內的冷凝水。
  • 推薦品牌：日本 ORION 冷凍式乾燥機，具備高效能除水能力、節能設計與靜音運行。
• 使用吸附式乾燥機（Desiccant Dryer）（適用於超低露點應用）
  • 若應用需要極低露點（如 -40°C 以下），可使用 吸附式乾燥機 吸收壓縮空氣中的水分，進一步減少冷凝水。

設置合適的冷凝水分離與排放裝置

• 加裝高效水氣分離器
  • 在儲氣桶出口或主要管路安裝旋風分離器（Cyclone Separator），透過離心力去除水滴，減少水氣進入後端設備。
• 使用高效自動排水器（Auto Drain）
  • 安裝 浮球式排水器、電子定時排水器或無損失排水器（Zero Loss Drain），確保冷凝水能及時排出，而不浪費壓縮空氣。
• 定期檢查與維護排水裝置
  • 確保儲氣桶、管路低點及過濾器的排水閥保持通暢，防止冷凝水積聚。

優化儲氣桶與管路設計

• 使用適當容量的儲氣桶（Air Receiver Tank）
  • 足夠大的儲氣桶能降低壓縮空氣溫度，使水氣更容易凝結排出，減少後端管路內的冷凝水。
  • 建議儲氣桶設有排水閥，並定期手動或自動排水。
• 優化管路設計，避免冷凝水滯留
  • 避免長距離水平管路，因為水氣容易在管壁內部累積，造成水擊或管路腐蝕。
  • 管路應設置適當的坡度（約 1-2%），並在低點處安裝排水閥，以便冷凝水流向排水點。

維護與定期檢查

• 定期檢查與清潔過濾器、冷卻器與排水系統
  • 確保空壓機進氣過濾器、冷卻器、乾燥機、排水閥等運行正常，避免冷凝水堆積導致設備損壞。
• 監測壓縮空氣露點（Dew Point Monitoring）
  • 透過露點監測儀（Dew Point Sensor）監測空氣中的水氣含量，確保乾燥機與排水系統運行正常，及早發現異常。
  • 如果對於水氣要求雖然較高但式僅需要控制在500 ~ 5,000ppm以內或者說是10 ~ 80mg/m³，則可以選用簡易的水蒸氣檢知器 (歡迎洽詢 日本Fukuhara台灣代理 未來服務工業 02-29002797)。

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