压缩机在粉末涂装中的应用

压缩空气是粉末涂装系统的主要动力源,它几乎应用于粉末涂装系统的各个环节,如粉末流化、输送和调理;粉末喷雾图形的控制;过滤袋的清洗;火焰检测头的清洗;气封;保持旋转筛的清洁和自由转动。压缩空气所提供的能源是采用一定的方式让压缩空气膨胀至常压状态而产生的。在粉末涂装过程中,压缩空气膨胀所释放的能量可以提升和流化粉末、将粉末从料斗中抽吸出来并通过软管输送至喷枪。通过控制压力的释放可以得到适当的粉末流速,调整喷涂工件所需要的喷雾图形。

随着涂装设备、传感器、特种粉末涂料复杂性的提高,连续提供清洁、干燥、无油的压缩空气就显得尤为重要,如果工厂的压缩空气系统设计合理、设备日常维护良好,就能大大减少因压缩空气污染产生的废品,以及因压缩空气供应问题导致的涂装线停车。本文将讨论高效压缩空气系统的目的、组件、选择和维护。
压缩空气系统的目的

压缩空气系统的目的在于为粉末涂装系统提供稳定、无污染的高压空气。由于粉末涂装系统在涂装工艺中采用压缩空气来调理和输送粉末、操作控制、以及其它机械操作,因此需要清洁、干燥、无油的持续稳定压缩空气供应。一旦压缩空气系统发生故障,将造成生产线停车,涂装质量恶化。因此,压缩空气系统的可靠性以及去污染的能力是粉末涂装系统十分重要的因素。
压缩过程

压缩空气所提供的能量来自于受控的压力释放过程,通过将低压空气体积压缩,使空气压力增加,从而蓄积能量。压缩空气系统的气源为大气,将空气吸入空压机中,经过体积压缩后泵入压缩空气系统。空气的体积压缩比越大,压力越高,例如100标准立方英尺的空气(标准条件大气条件下的空气:14.7psig,680F,相对湿度36%)被压缩至50psig,则空气体积为25.64立方英尺,也就是说为原来体积的1/4。如果进一步压缩至100psig,则空气体积为12.82立方英尺,约为原始体积的1/8。要产生1立方英尺的100psig空气需要7.8立方英尺的大气条件的空气。

acfm是指控气流过压缩空气管线的实际体积(实际立方英尺/分钟)。空气流过通过压缩空气系统的实际量因空气压力不同而变化,因没套装置的压力要求不同而变化。因此对于确定空气压缩系统消耗的空气总量而言,每套装置acfm的测定数据没有实际意义。为了实现行业的标准化,所有压缩空气的产量或用量均用标准立方英尺/分钟(scfm)表示。系统的scfm是指压缩机为供给系统所需的压缩空气所吸入的空气量,我们可以将各套装置所消耗的空气量简单地相加,以确定系统需要的压缩空气总量,而不必因为装置空气压力的变化而作调整。例如,有两套装置使用压缩空气,其中一套装置的空气压力为50psig,另一套装置为100psig,50psig的装置需要25.64acfm的空气量,而100psig的装置需要12.82acfm空气量,如果将空气消耗量宜标准大气压条件下的空气量表示,则两套装置共消耗100scfm的空气。以标准大气压条件下的空气消耗量表示避免了因各套装置压力的不同而需要调整,可以将各装置的空气消耗量简单相加确定压缩机的总容量。
压缩空气中的污染物

为了实现压缩空气系统的用途必须除去空气中的污染物,这些污染物将使粉末涂装系统的性能恶化。压缩空气中的污染物是随压缩机吸入空气而带入的,并在压缩过程中被浓缩;或是压缩空气在管路中被污染的。压缩空气中的污染物包括蒸气、液体或固体。压缩空气的温度也被认为是一种污染,原因在于空气温度过高过低均不能使用。上述污染物在压缩空气使用前都必须除去,而不同的污染物其去除的方法是不同的。
水蒸气

大气中总是存在水蒸气的,压缩机制取压缩空气的起源为大气,所以压缩空气系统中总是存在水蒸气。人们常采用两项指标来确定空气中的水气含量,“大气露点”是指在1个大气压下空气中的水蒸气凝结成液体水的温度;“压力露点”是指在特定压力下空气中的水蒸气凝结成液体水的温度。对于一定体积的空气而言,压力露点总是比大气露点高。

空气中的水气含量用格令/立方英尺表示。空气进入压缩机后经压缩过程体积大大降低,而压力大大提高,但所含的水气重量保持不变。将1个大气压(14.7psig)下的7.8立方英尺空气压缩至100psig,则气体体积只有1立方英尺,但1立方英尺压缩空气所含的水气重量(格令数)与7.8立方英尺1个大气压的空气相同。例如,1个大气压下的大气露点为730F,每立方英尺大气的水气含量为8.848格令。如果将7.8立方英尺的大气压缩成为100psig的1立方英尺压缩空气,则每立方英尺压缩空气含有69.014格令的水气(7.8×8.848=69.014)。这时压缩空气的压力露点为1470F。因此压缩过程并不能增加压缩空气的水气量,它仅仅是简单地使水气增浓。
  压力增加使空气容纳水蒸气的能力降低,但温度升高将使空气容纳水蒸气的能力提高。经验告诉我们,温度每升高200F,空气中水蒸气的含量将提高1倍左右。

压缩空气中的水气如果一直保持蒸气状态,就不会造成系统问题,若要驱除压缩空气中的所有水蒸气不仅十分昂贵,而且是不切实际的。决大多数粉末涂装系统都允许压缩空气中有水蒸气存在,关键在于限制水气含量在允许的范围内,以免凝结成为液体水,因为压缩空气中的液体水将造成很多涂装问题。所以必须采用空气干燥器随时驱除水蒸气。去除水蒸气一般不采用分离器、过滤器或萃取器。
液体水

液体水是压缩空气系统中的主要污染物,随着压缩空气温度降低,空气中所能容纳的水气含量降低,一旦压缩空气达到压力露点,过剩的水蒸气就会凝结成液体水。压缩空气的温度越低,凝结形成的液体水就越多。由于压缩过程影响空气的露点,压缩空气在管线中运行时温度会逐渐降低,所以压缩空气系统中总是有液体水存在。液体水可以水雾或液滴的形式存在于压缩空气中,实际上水雾就是细小的液滴,它们在压缩空气流中就象是雾,会进一步凝结成液滴。压缩空气中的液体水将引起管道腐蚀(产生固体污染物)、润滑剂冲刷流失、设备破坏。在寒冷的季节中,室外压缩空气管线中的液体水会冻结,引起管道堵塞或爆裂。液体水也会快速污染粉末涂装系统,导致系统平凡停车以去除被污染的粉末,清洁被污染的设备,更换被污染的流化板和过滤器。因此在压缩空气进入任何设备之前必须排除液体水。

根据前面的讨论我们知道液体水是如何在压缩空气中产生的,而且将大气露点730F的空气吸入压缩机中压缩成100psig的压缩空气时,每立方英尺该压缩空气含有69.014格令的水蒸气,此时的压力露点为1470F。压缩机出来的空气温度通常为150~3250F(因压缩热和摩擦热而升温),远远高于压缩空气的压力露点,这就是压缩机出来的压缩空气在管线中传输时不会马上看到凝结水的原因。但压缩空气在管线中传输时会逐渐降温至与厂房内的室温相同的温度。一旦压缩空气的温度降至1470F以下,水蒸气变开始凝结成液体水,液体水的凝结量取决于压缩空气的温度和通过管线的压缩空气量。如果本例中的压缩空气温度降至1000F,则每立方英尺压缩空气将有49.046格令的液体水凝结出来,如果说粉末涂装系统需要采用200scfm的压缩空气,意味着每分钟将有0.022加仑的液体水产生,即每一个班次(8h)将有10.34加仑的液体水产生。

当压缩空气释放压力进行粉末涂装操作时,压缩空气因体积膨胀而温度降低,此时温度的降低是非常明显的,有300F之多。如果压力露点过高则压缩空气不可避免将发生水气凝结,当这种压缩空气进入粉末涂装系统时必然导致粉末结块,工件的粉末涂覆率下降。空气的快速膨胀还将使喷枪的喷嘴温度降低,此时若粉房中的大气露点较高的话,大气中的水气也会凝结出来,在喷嘴表面形成液态水滴,使粉末结块,粉末的喷雾图形变差,工件上粉率降低。因此粉末涂装系统应当设置在空调室内,以保持恒定的温度和大气露点,从而避免喷嘴和其它压缩空气设备表面凝结水滴。

液态水是压缩空气在粉末涂装系统产生的主要问题,最好的办法是在液态水凝结出来之前将压缩空气中过剩的水气排除掉。如果压缩空气系统中液态水问题突出,则需要采用凝结水过滤器或排水装置加以脱出。
油蒸气及液体油

压缩机的所有润滑部件都会以雾或蒸气的形式泄漏油,一个运转良好的往复式压缩机所泄漏的油使压缩空气中的油含量达到45ppm。绝大多数旋转螺杆压缩机的压缩室都会有油或合成润滑剂渗入,当压缩空气从压缩机中出来时,绝大部分(但不是全部)的油都与空气分离。工况良好的典型螺杆压缩机其压缩空气中的油含量达到80ppm,并以油雾或蒸气形式存在。

本文所说的“油”包括由石油蒸馏得到的天然油以及合成的润滑油。这两种油均含有烃类,只是合成油还含有增进压缩机润滑作用的添加剂,以延长设备使用寿命,减少设备维修的停车次数。另外合成油可能对某些过滤器密封材料有腐蚀作用,对于压缩机采用合成润滑油得空压系统来说,不受合成油影响的过滤器密封材料是特制的。

压缩机内部的高温将导致压缩机油部分蒸发,产生油蒸气。油蒸气是空压机系统产生讨厌的气味和味道的主要原因。

对于粉末涂装系统而言油只要以蒸气形式存在本身并没有什么问题,而且要去除空压机系统中所有的油蒸气是非常昂贵的,况且绝大多数粉末涂装系统并不需要压缩空气完全无油。关键在于降低空气中油蒸气的浓度至凝聚成液体油的所需的最小浓度以下。与水蒸气的情况非常类似,压缩空气的温度决定了油蒸气凝结的浓度。随着压缩空气温度降低,多余的油蒸气将凝结成液体油,从而使粉末涂装系统出现问题。油蒸气不能采用常规方法除去,一般是通过使压缩空气温度降低,使其中的油蒸气凝结成液体油,在过滤除去。如果油蒸气影响涂装系统,可以采用特种(非常昂贵)的油蒸气过滤器直接从压缩空气中吸附油蒸气加以去除。
   液体油或油的气溶胶在经过压缩机时被注入压缩空气中,或油蒸气经过凝露而累积增多。油不能像液态水那样简单地蒸发,所以液态油会给粉末涂装系统带来一系列污染问题,而污染后的装置需要更多的时间进行清洁和设备更换。采用絮凝过滤器和自动排放器很容易从压缩空气系统中除去液态油。
固体物质

压缩空气中的固体或颗粒污染物包括铁锈、管壁结垢物、尘埃、污垢、花粉和干燥剂材料等,铁锈和管壁结垢物大多来自于压缩空气管路,因液态水侵蚀管道而产生。随着时间的推移,管壁的锈蚀物和结垢变得疏松,并被压缩空气带走。污垢、尘埃和花粉则是随环境大气被压缩机抽入的。在压缩机的进风口前端需要设置过滤器以防止这些固体污染物进入系统内部。但有时过滤器规格可能与系统不匹配,或被拆除。可再生的空气干燥器中干燥剂颗粒相互摩擦变成微细的粉尘是干燥剂粉尘的来源。所有这些固体污染物都可能堵塞细小的孔、空气管路、设备和阀门,也造成粉末涂装工件的污染。在未固化的粉末涂装工件表面固体污染物是看不见的,涂膜一旦固化则变得十分明显。由于涂装要求的不同,压缩空气中的固体污染物甚至造成大量的次品和返工。必须采用固体物过滤器除去系统中的颗粒污染物。


压缩空气系统的热主要来自于压缩机,空气在压缩时相当一部分能量转变成为热能,被称之为“压缩热”。除此之外,压缩空气在压缩机中的摩擦也会产生热。往复式压缩机的空气温度一般为3250F左右,而旋转式压缩机的空气温度在1500F左右。通常以压缩空气进口温度为1000F来确定空气干燥器的大小。倘若空气干燥器进口温度过高则干燥器功能就不足,或者需要购置更大的空气干燥器,因此压缩空气在进入干燥器和粉末涂装系统之前需要降温至1000F以下,采用后冷却器使压缩空气降温至合适的范围是最好的方法。

压缩空气系统的组成

为了使压缩空气系统提供清洁、干燥、无油的压缩空气,其结构设计和尺寸必须适当,系统中的各种结构部件也必须排布适当。绝大多数涂装厂都采用单套压缩空气系统,这是非常经济的方法,它向所有需要压缩空气的设备提供压缩空气。某些结构部件(如空气干燥器)只是在工厂的特殊设备和特殊区域需要,因此对于需要清洁、干燥空气的设备(如粉末涂装系统)最好配备小型空气干燥器,而为整个工厂和涂装车间最好配备大型空气干燥器。由于在压缩空气管道内部可能产生污染,所以在空气进入粉末涂装系统之前最好经过过滤处理。
压缩机

空压机是压缩空气系统中最主要的设备。空压机吸入一定体积和压力的空气,并将其压缩为体积更小压力更高的空气后输出。空压机的规格用scfm表示,或以为压缩空器系统提供所需压力的空气而每分钟吸入空气的体积来表示。两种主要的空压机类型为往复式(活塞式)和旋转式(螺杆式)。

往复式压缩机采用活塞将一定体积的常压大气压缩成为体积小压力高的空气,当压缩空气系统的压力达到设定的上限值时空压机停止工作。随着压缩空气的不断消耗,压缩空气系统的压力下降,一旦系统压力降至设定的下限值空压机重新开始工作,直至系统压力升高至上限值为止再次停止工作。往复式压缩机工作时会产生大量的热,因此在工作循环之间需要设定冷却过程。压缩机的设计能力应足够大,以保证供应足量的压缩空气并有机会停机冷却。往复式空压机非常适合压缩空气系统,因为在绝大多数情况下它都不会满负荷工作。

旋转式压缩机采用了一组螺杆,将一定体积的空气压缩成为体积更小压力更高的空气,直至系统达到所需要的压力。旋转式空压机为连续式工作,空压机频繁的停机和开机将使轴承受损。在对空压机要求不高的情况下,一般采用调制式控制,即通过控制压缩机吸入空气的量来保证系统所需要的空气压力。调制式控制模式中压缩机的动力消耗因压缩量的不同而变化。旋转式压缩机最适用于接近压缩机满负荷工况下运行的压缩空气系统。
后冷却器

压缩空气系统中最重要的设备也许就是后冷却器。后冷却器通常都安装在压缩机的出口处,而不是缓冲器或干燥器的入口处,将压缩机排出的热压缩空气冷却至适宜的温度(一般≤1000F)。空气冷却过程将有大量的水(油)蒸气凝结出来,经过分离器使之分离出来。后冷却器出来的压缩空气在其出口温度下应该是水蒸气饱和的,且气流温度应该是压缩空气的压力凝露点。

后冷却器的工作原理在于利用了冷却介质(如水或空气)与后冷却器出口处压缩空气的温度差异。例如,水冷式后冷却器的进口水温200F,出口温度600F,压缩空气经过后冷却器后温度下降至80~200F。
  继续用前面的例子来说明后冷却器是如何工作的。压缩机出来的压缩空气温度为150~3250F,压力凝露点为14700F,每立方英尺压缩空气含有69.014格令水。倘若采用上述后冷却器,后冷却器出来的压缩空气温度降至800F,并为水蒸气饱和,压力凝露点为800F左右,则压缩空气离开后冷却器后将有57.954格令/立方英尺的水冷凝出来。就粉末涂装系统而言,如果采用200scfm的压缩空气,意味着每分钟将有0.025加仑的水冷凝出来,即一班8h将有12.22加仑的水需要排放。

尽管后冷却器将水蒸气冷凝成液体使温度降低,但因以下两个原因从后冷却器出来的气流仍然可以看见液态水。原因之一是将液态水从压缩空气中分离出来所用的机械式分离器并不能100%的分离出液态水,后冷却器用的典型分离器的效率在90%左右,也就说10%的冷凝水经过分离器后会进入空气干燥器。分离器的效率与设计压力和流量有关。原因之二是经过后冷却器处理后的压缩空气还可能继续降温,由于离开后冷却器的压缩空气是水蒸气饱和的,因此温度降低必然会使更多的水蒸气冷凝成液态水。同样后冷却器出来的压缩空气温度也可能略有升高,残留在气流中的冷凝水会再次蒸发,使压缩空气的压力凝露点升高,这就是后冷却器不可能替代压缩空气干燥器的原因。

为了及时将压缩空气中分离出来的液态水排放掉,后冷却分离器良好的]维护保养和可靠的排水是十分重要的。如果排水不畅,分离器中将累积大量液态水,并流进空气管线,使可再生的空气干燥器中干燥剂被污染。

绝大多数空气干燥器供应商都将设备的进口温度设定在1000F,因此后冷却器需要将压缩空气温度降至1000F以下,当然配备有大型缓冲器的系统除外,它可以使热压缩空气在进入空气干燥器之前温度降低。后冷却器降低压缩空气的温度降使空气干燥器的效率提高,仅采用小型干燥器就能满足要求。无论涂装厂采用什么类型的压缩机和空气干燥器,后冷却器都是必要的投资,它可明显提高空气干燥器的效率。
缓冲器

缓冲器是一种大型的压力容器,用于贮存一定量的压缩空气。缓冲器的主要目的在于防止压缩空气系统的压力发生波动、防止压缩空气进一步降温,避免压缩机工作过度。倘若系统采用缓冲器,压缩机的工作则以缓冲器充满为止。如果压缩空气系统的载荷较低,压缩机工作可以充满整个缓冲器,而系统载荷较高时,单独使用压缩机就难以满足系统压力要求,此时缓冲器是必须的。另外缓冲器可以减缓压缩机与空气系统的压力波动,为空气干燥器和其他设备提供更为稳定的压力和空气流量。缓冲器延长了压缩空气冷却以及蒸气冷凝的时间,缓冲器的自动排水功能避免了液态水沉积在容器底部的可能。
空气干燥器
压缩空气干燥器的工作原理

压缩空气干燥器的目的在于降低压缩空气中水蒸气含量,以避免压缩空气管线中发生液态水冷凝。干燥器中压缩空气的水蒸气含量用压力凝露点表示,即在特定压力的空气管线系统内压缩空气不发生凝结的最低温度。因此设计的空气干燥器应当保证压缩空气系统不发生冷凝所需要的压力凝露点,如果空气干燥器的出口凝露点以大气凝露点衡量时,则干燥器不会降低压缩空气中的水蒸气含量,以防止空气管线中的水蒸气冷凝。因此当确定干燥器的凝露点时,应当将其转换成压力凝露点。

压缩空气干燥器的工作原理是,将压缩空气的温度降低至刚好在水的凝露点上,让水(油)蒸气凝露,并将其从压缩空气中分离出来;或是采用干燥剂直接吸附压缩空气中的水(油)蒸气。降低压缩空气中水蒸气含量的这两种方法也有助于降低压缩空气中的油含量。然而,由于压缩空气干燥器的主要目的仅仅是降低气流中的水蒸气含量,因此干燥器的除油能力很难确定。很少有干燥器供应商能够明确自己产品的除油能力,这有赖于油蒸气过滤器执行该任务。

两种类型的干燥器(冷冻式和再生式)均适用于粉末涂装系统,尽管还有其他类型的干燥器,但由于使用效率和能力均不如上述两种干燥器,所以一般不采用。
冷冻式空气干燥器

冷冻式空气干燥器通过降低压缩空气的温度至接近水的凝固点,使多余的水蒸气凝结成液体水,从而与气流分离。典型的冷冻式空气干燥器配备有预冷却器/再加热器,这种预冷却器/再加热器是一种空气-空气热交换器,利用已经通过空气干燥器的冷压缩空气使进入空气干燥器的热压缩空气降温,然后再让压缩空气通过空气-制冷剂热交换器,经过与制冷剂的热交换使压缩空气的温度降至350F左右。多余的水蒸气凝结成液态水,并随压缩空气流进入水-空气分离器或冷凝过滤器,将液态水从压缩空气中分离出来。冷空气随后再进入预冷却器/再加热器的冷却端,并被加热至700F。未被水-空气分离器或冷凝过滤器分离的液态水随着压缩空气在离开干燥器之前被加热而重新蒸发成为气体。

绝大多数冷冻式空气干燥器都需要配备颗粒预过滤器,以去除空气中的微粒和干燥器中大量的液态水。去除微粒和液态污染物是非常重要的,原因在于这些物质将会堵塞空气-空气热交换器(用于冷却流进的压缩空气和加热流出的压缩空气)。另外,干燥器配备的冷凝过滤器有助于从压缩空气中去除残留的油或水气溶胶。

现在许多冷冻式干燥器都配备有热气流旁通阀或所需要的控制电路。热气流旁通阀通过将热冷冻剂与冷的冷冻剂混合,使空气-冷冻剂热交换器中的冷冻剂温度保持恒定。配备有热气流旁通阀的冷冻式干燥器其冷冻剂压缩机不会频繁地开启和停机。控制电路通过加载或卸载冷冻剂压缩机而使空气-冷冻剂热交换器中的压缩空气温度保持恒定。上述两种装置都可以将干燥器中一定流量的压缩空气冷却至恒定的温度,避免过冷而导致过多的冷凝液体产生。

压缩空气离开冷冻式空气干燥器时的压力凝露点与换热器的效率、分离器或凝结过滤器的效率、以及适度的排水操作有关。冷冻式空气干燥器的设计应当符合特殊的压缩空气流量、压力、温度条件的需要。水-空气分离器或凝结过滤器的设计必须满足压缩空气流量和压力条件的要求。倘若进入干燥器的压缩空气流量和压力超出设计范围,分离效果将下降,液态水就会通过分离器使干燥器出来的压缩空气压力凝露点升高。通常情况下,气流量高于设计值时分离器效果的降低将远远大于低气流状况时的效率降低。倘若进入干燥器的压缩空气温度高于1000F,此时空气中所含的水蒸气可能比干燥器所能分离的水量大很多,结果从干燥器出来的压缩空气达不到所要求的压力凝露点。在最佳的设计流量、入口压力和温度下冷冻式干燥器出来的压缩空气的压力凝露点在380F左右。

目前正在进行的含氯氟碳化合物争论将影响冷冻式干燥器今后的应用,多年来氟利昂一直是最主要的工业用冷冻剂。氟利昂数十年的应用说明了它的可靠性和效用,技术人员和冷冻专家使用它相对较安全。为了减少氟利昂对大气臭氧层的破坏,未来所有冷冻设备都将禁止使用氟里昂,目前仍在使用氟里昂的设备需要特殊处理,以免氟利昂的泄漏。R-22是氟利昂R-12的临时替代品,1995年以后使用量也逐步减少,不含氟里昂的R-134a最近几年使用较多,但2005年后也禁止使用了。另外R-134a的冷冻效用也比氟利昂R-12低30%,在冷冻效果相同的情况下,与氟利昂冷冻剂相比,采用R-134a作冷冻剂时所用冷冻设备更大,设备成本更高。目前评价R-134a冷冻设备性能的试验方法还不多,R-134a对密封剂和润滑剂有不利影响,因此这种冷冻设备的使用寿命由多长尚不得而知。R-134a的毒性也没有定论,所以必须采用有许可证的专用冷冻机械设备来处理。所有这些问题都说明今后冷冻设备的价格会提高,操作和维修成本将加大。2005年后R-134a被禁用,但尚没有新的冷冻剂替代品开发成功,因此现有的冷冻设备必定会被淘汰,为适应新的冷冻剂,需要购买新的冷冻设备。最好的建议是不要采用冷冻式空气干燥器,直到有长效的冷冻剂开发成功再说。

再生式空气干燥器

再生式空气干燥器可以降低压缩空气的压力凝露点,它让水蒸气饱和的压缩空气流通过用干燥剂珠粒填充的容器,干燥剂可直接吸附压缩空气中的水蒸气,即水蒸气附着在干燥剂或其他亲水材料的表面。由于水蒸气仅附着在干燥剂表面,所以吸附的水蒸气很容易解吸,使干燥剂再生。吸附或浸泡有水汽的材料就像海绵,随着水分的吸附常常伴有溶解发生,此时的干燥剂就很难再生。再生式空气干燥器常用的干燥剂为活性氧化铝,这是一种耐磨、柔性、多孔的亲水材料。有时也可选用硅胶和分子筛材料作干燥剂(如在温度和湿度变化较大的情况下)。干燥剂的外形为球状珠粒,因为球形的表面积最大,有利于水蒸气的吸附。
  干燥剂通常填充在两个相同的容器或“塔”内,再生式干燥器因此得名“双塔”。水蒸气饱和的压缩空气流进入“在线”干燥塔。当一个塔在线干燥压缩空气时,另一个塔离线,用在线塔提供的干燥洁净空气再生。当第一个塔吸附水蒸气达极限后,第二个塔上线承担空气干燥任务,而第一个塔离线进行干燥剂再生。采用计时器电路按照规定的时间间隔控制在线和离线塔的开关,从而使空气干燥和干燥剂再生可连续进行。
  通常两个干燥塔垂直排布,压缩空气入口在干燥塔底部,顶部为出口,这可以借助重力的作用使液态水和油滴落到干燥塔的底部,而不与干燥剂接触。洁净的空气从干燥塔顶部流向底部,与在线压缩空气的流向正相反,从而保证干燥塔出口处的干燥剂总是最干的。

只要再生式干燥器的设计得当,可以使压缩空气的压力凝露点达到+50~-1000F,绝大多数再生式干燥器都可以达到-400F的压力凝露点,这对绝大多数粉末涂装系统而言是过于干燥了。
  再生式干燥器相对比较简单,基本无故障。对大多数再生式干燥器而言,最复杂的部件就是阀和计时电路。干燥器中需要特别小心的是干燥剂,再生式干燥器用的干燥剂使用寿命一般有几年,主要取决于压缩空气中所含油蒸气的多寡。再生式干燥器中的干燥剂在吸附水蒸气的同时也吸附油蒸气,随着时间的推移,干燥剂表面被油蒸气和油的溶胶所堵塞,而与水蒸气相比,油蒸气很难清除,因此干燥剂表面吸附的油蒸气不可能经过再生循环而完全清除,使干燥剂被污染和破坏。因此,常常在再生式干燥器的上游端配置凝结式过滤器,以去除压缩空气中的油蒸气或油溶胶。油蒸气过滤器可以安置在再生式干燥器的前端,但后冷却器也能减少油蒸气的量,从而延长干燥剂的使用寿命。若干燥剂过脏而失效,则应根据生产商的操作程序进行更换。

再生式干燥器的主要缺点是干燥剂再生所消耗的洁净空气量为干燥器流过空气量的10%~20%,通常为15%,这无形中增加了压缩机的符合,需要采用功率更大的压缩机才能满足供气需要。另外,洁净空气的消耗将使系统的运行大大增加。为了减少洁净空气的消耗,已经开发成功几种新的装置,它们均是通过感应干燥器出口压缩空气的压力凝露点来开关干燥塔,尽管这些装置可以明显节省洁净空气的消耗成本,但设备本身的投资很大。为了进一步降低洁净空气的消耗,人们又开发了几种新的“无热”再生式干燥器,其中两种是加热再生塔中的干燥剂(加热式再生塔)或用外设风机鼓风再生干燥剂(鼓风式再生塔)。这两种再生塔可大大减少对洁净空气的消耗,但设备本身投资较大,干燥器结构也较复杂。

与冷冻式干燥器一样,再生式干燥器也有特定的工艺参数,如进口空气温度、进口空气压力、入口空气湿度、压力凝露点、所需干燥的空气量。如果干燥器的实际空气流量小于设计流量,压缩空气离开干燥器时的压力凝露点通常比设计的凝露点低,原因在于压缩空气与干燥剂有更多的接触时间,可以从空气中吸附更多的水分。反之倘若通过干燥器的实际空气流量大于设计流量,则干燥器出来的压缩空气凝露点将升高。再生式空气干燥器中的干燥剂通常是以疏松的状态填充于塔内,需要根据压缩空气的某些参数(如通过塔体的气流速度、与干燥剂的接触时间)来确定塔体尺寸和干燥剂的用量。再生式干燥器的容积大小应当不会使设计流量下干燥剂发生流化,导致干燥剂珠粒相互摩擦破碎成为干燥剂粉尘。干燥剂粉尘微粒会随气流污染粉末涂料或喷枪。另外,干燥剂磨碎将导致使用寿命缩短,因此需要在干燥器的下游端设置颗粒过滤器,以收集从干燥剂创层逸散的破碎粉尘。借助柱塞式压缩空气向干燥剂床层加压,使床层压实,从而避免干燥剂流化和产生粉尘,并且工艺操作所需要的压缩空气量能够顺利通过干燥剂床层。干燥器的工况决定了压力凝露点,而非用其调节流量。

每个粉末涂装系统都有自身需要的干燥工艺要求,它决定了干燥器的选型,鉴于冷冻式干燥器的CFC争议,未来再生式干燥器会应用更多。

过滤

为了去除压缩空气中的微粒、液体或水、油溶胶等,对压缩空气进行过滤处理是非常必要的。另增设一道过滤处理以除去油蒸气是需要的,这取决于压缩空气的处理量以及空气中的油蒸气含量。过滤器分为机械式分离器、微粒分离器、油蒸气分离器等类型。

机械式分离器是采用机械方式从空气中分离冷凝物、液态水的装置,主要用于压缩空气中含有大量水的场合,如后冷却器出来的空气或冷冻式空气干燥器的温度最低点。最常用的两种分离器为离心式分离器和截流式分离器。离心式分离器配备有一组扇叶,当压缩空气经过分离器时使其发生旋转,将空气中的液滴抛向容器壁,并聚集流向容器底部而排除。截流式分离器中设置有很多气流的急转弯,由于液滴比空气重,气流在急转弯处与容器壁撞击,使液滴聚集而流向容器底部排除。机械式分离器一般不需要维护,也不需要更换。由于分离出的大量液体和微粒都被排除,因此分离器一般不会被堵塞。

微粒分离器是捕获压缩空气中固体污染物的装置。空气中的固体污染物包括锈、垢、尘埃、花粉和其它碎片,它们可能是在压缩空气系统中产生的,也有可能是通过压缩机而从外界吸入系统内的。这些污染物可被纤维织物介质所捕获,最后堵塞过滤介质,使通过织物介质的压降增加。微粒过滤器应当包含差动压力表(或压力显示器),借以说明何时应该更换过滤介质,当过滤器使用寿命到了也应当更换。过滤器的更换应当严格按照程序操作。微粒过滤器还应当配备排水装置,以便定期排放液体。当微粒过滤器用作凝结物预过滤时,其过滤效果不必很高,但单独用作再生式干燥器下游的微粒过滤时,则需要较高的分离效果。

凝结物过滤器是利用织物网络捕获空气中的细小微粒和微溶胶。微溶胶粒子可以凝结成更大的液滴,并逐渐长大,直至流向织物过滤介质底部而被排除。凝结物过滤器应当配备过滤介质,捕获的固体粒子将堵塞过滤介质,使压降增大,此时便需要更换过滤介质。凝结物过滤器还需要配备压力计,借以指示何时需要更换过滤材料。另外,凝结物过滤器也应当严格按照设定程序,在使用寿命到了的时候加以更换。最好在凝结物过滤器的上游端设置微粒过滤器,以捕获较大的尘埃或碎片,延长凝结物过滤器的使用寿命。典型的凝结物过滤器应当具有较高的过滤效率,大于0.03μm的水滴或油滴均被去除,从而使处理过的压缩空气适用于粉末涂装系统。由于凝结物过滤器也会捕获固体微粒,对于0.3μm以上的微粒去除率可达99.9%。

如果油蒸气或其它烃类物质对系统造成问题,或工艺过程中无法处理油蒸气,则可在空气管线上安装油蒸气过滤器。在油蒸气容易凝结的喷嘴或急弯处,油蒸气问题十分突出。通常电子装置上都配备有油蒸气过滤器,以防止精密的电子器件被油蒸气污染。典型的油蒸气过滤器所采用的吸附介质为活性炭,它可以将压缩空气中的油蒸气分子截获在其表面。活性炭一般装填在透明的容器中,当其吸附油蒸气后颜色发生变化。油蒸气过滤器是压缩空气系统中的末级过滤装置,应当与微粒过滤器、凝结物过滤器配用,原因在于油蒸气过滤器的过滤介质不能处理液态油或水,也不设排放口。如果再生式空气干燥器会被油蒸气污染,则可在其上游设置油蒸气过滤器,以延长干燥剂的使用寿命。

排放

过滤器和分离器可以捕获空气中的液体或固体,因此应当配备排放阀门。排放阀可以将收集的液体和固体微粒排放掉,防止液体流向下游端,污染下游端的压缩空气系统。人工操作排放阀时,要求工人定期打开排放阀,使污物流出过滤器。这种排放方式的缺点在于忘了开启阀门,或打开阀门后而忘记关上,造成大量压缩空气的浪费。只有在系统中需要除去的液体量不大(如再生式干燥器下游端的微粒过滤器)的情况下才采用人工排放,通常情况下均采用自动排放方式,可以实现连续式操作,日常维护工作很少。需要处理的液体量较大的过滤器和分离器都采用自动排放方式,如压缩空气的一级过滤装置、凝结物过滤器和分离器。一种简单的自动装置是以浮动的方式开启和关闭疏水阀。带有电子计时器的自动疏水阀可以按照规定的时间间隔自动开启和关闭阀门,让维修人员了解何时开启阀门和开启的时间长短。带电子计时器的排水阀可能很贵,但值得投资。倘若排水阀按要求定期开启,空气的消耗可以最大限度地降低。

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