压缩空气中水分的来源、危害与对策

进入压缩空气系统的水量与空压机排量、进气环境温度、湿空气的相对湿度有关。压缩空气管路中冷凝水的

多少，与压缩空气压力和管道中压缩空气的温度有关。随着压力升高、温度降低、饱和湿空气中含水量减少, 析出的冷凝水增加。通过计算给出了不同温度、不同压力下压缩空气中含水量的计算方法和典型数据以及

具体系统中冷凝水量的计算方法。结合某大型露天矿设备压缩空气系统应用实例，分析了压缩空气中水分

危害的具体形式，不同除水方法的应用及效果，提出了不同工况下选取空气后处理设备的原则，可以为类似 应用环境的气路设计和维护提供参考o关键词：压缩空气；冻结：含湿量；冷凝水中图分类号:TH138 文献标志码：B 文章编号：1000L858(2019 )06-0079-06Sources, Hazards and Countermeasures of Moisture in Compressed AirGUOSho-yong， LUAn-qong， LVXoao-oong， ZHANG Yu-shu(Taiyuan Heave Industry Co. LtU., Technical Center, Taiyuan, Shanxi 030024)Abstract: Moisture in compressed Ur is m—nly deOved from the moisture contained in atmosphere sucked from Ur

cnoiwh;n an acacompa;soacsop;aaicng.Th;amounioowaia;niacngacompa;s;d acasysim p;aunciicm;cs

dated to displacement of air compressor, ambient temperatuo of intake air, and olativv humidity of humid air.

TheamounioJcondensaiecn ihecompaesed acapcpeocnecsaeoaied iocompaesed acapaesuaeand iempeaaiuaeoJ ihecompaesed acacn ihepcpe.Asihepaesuaeacses, iheiempeaaiuaedecaeases, and ihemocsiuaecn ihesaiuaaied

humcd acadecaeases, aesuoicngcn ihecncaeaseoJpaeccpciaied condensed waiea.Caocuoaicon meihodsand iypccao

daiaoJmocsiuaeconienicn compaesed acaundeadceaeniiempeaaiuaesand paesuaesand ihecaocuoaicon meihod oJ condensed waieacn spe ccccsys iems a ae g ceen. Spe cccc o ams oJmo cs iu ae haza ad cn compaesed aca, appoccaicon and

Sect of dideont water removel metUods oe analyzed in combination witU application example of compressed air sysimooagcaniop;n-pcimcn;;qucpm;ni, and ih;pacnccpooos;ocicngacaapaoc;scng;qucpm;niund;adcoa;ni working conditions is proposed, which can provide ofeonca for yas patU design and mainynanco in similar

application environments.Key woddt: compaesed aoa, oaeeze, moosiuaeconieni, condensaie引言危害及应对措施的研究越来越重视，也取得了一定的在压缩空气系统设计和应用中，冷凝水必须引起

高度重视’气路系统常见故障表现为冷凝水冻结引发

收稿日期：2018L7-13基金项目：矿山挖掘装置及智能制造国家重点实验室(2017

05D111008-8)的气动元件漏气,管道冻结堵塞，使气路系统立即失 效[1]'在高温高湿度环境下，表现为气路管道、控制

作者简介:郭世英(1969—),男，山西太原人，高级工程师，主

元件的锈蚀。国内近年对于压缩空气中水分的来源、

要从事流体传动及控制技术设计工作。

80液压与'动2019年第6期研究成果。基础研究方面有空气湿度对压缩机的影 响［2］、压缩空气露点控制［3］、湿空气参数在工业的应

用⑷、压缩空气含水量计算［5］等。工程应用方面，国

内在医用气源、化工管道和压缩机应用领域，对压缩空

气中水分的含量和危害进行了一定的研究，现场技术 工程师对上述工况做了很多探讨［6'8］'在低温下,很

多应用领域使用无热再生吸附式除水方法，这一方法 需要消耗干燥的压缩空气［9］，有可能对主气路系统会

产生一定冲击，应用效果还有待进一-步的提升。目前 的气动应用手册中没有针对极低温的详细的含水量应 用数据。作为一线工作的压缩空气应用工程师和设备

维护服务人员，有很强的意愿了解压缩状态下湿空气

中水分的定量分析计算方法，具体工况下的含水量应

用数据，空气后处理设备的设计选用原则和使用注意

事项。目前关于在严寒地区工作的压缩空气系统的应

用情况相关技术介绍比较少，我们长期从事极端工况

下大型露天矿设备压缩空气系统设计和应用方面的工 作,结合大型露天矿设备在极地矿区压缩空气应用工

况，对压缩空气中水分的来源、危害和应对措施做一些

初步探讨,希望能对类似应用场合的相关设计、应用提

供借鉴。1空压机进气状态的空气含湿量计算和典型数据湿空气是干空气和水蒸气的混合物。空压机工作

时，将完全吸入大气压力状态(0.1013 MPa)下湿空气

中的水蒸气。含湿量是指每千克干空气中所含水蒸汽 的质量。计算公式为：N= 621.99 x _# #fv

(1)Psv式中，N——含湿量,y - kg'1# —相对湿度P——湿空气的压力，PaPsv -----------

饱和水蒸气压力,Pa根据热力学理论，饱和水蒸气压力可以从水蒸气

图表查出，对图表未给出的数据，参考经验公式进行：f

!

1

2 x ［1O “让 s3991 .11 ］1kpy =15 x-p［ 185916 _. ( + 233.84(2)

根据式(1 )、式(2 )经过计算得到在压力为 0.1013 MPa

， 和湿空气的 压力和 湿量据，见表1'表1在压力为0.1013 MPa条件下饱和湿空气分压力和含湿量温度(S饱和水蒸气分压力/Pa饱和含湿量Ny/g + kg\"1-505.900.04-4018.080. 11-3049.640.31-20124.020.77-10285.511.780612.013.83101232.397.76202348.4614.96304261.7927.69407404.5349.745012373.6786.552单位时间进入空气系统的水的定量计算单位时间内进入压缩空气系统的水量与空压机排

量、进气环境温度、湿空气的相对湿度有关。空压机连

续工作1 h从大气中吸入空气系统的水分可按下列公 式：! = 60 x .veVmax# (3 )式中，！---- 每小时进入空气系统的水的质量,g/h.v ------ 空压机的排气量,m3/minXmo -----------

饱和湿空气的绝对湿度，y/m3#----空气的相对湿度饱和湿空气的绝对湿度根据表1中饱和含湿量Nf

和空气密度P按式(4)换算：Xmax =Ns xP

(4 )应用案例：某大型露天矿设备，使用一台空压

机,.v为2. 3 , m3/mino #为空气的相对湿度取0. 8 空压机连续工 1 h，

空气系统的水 汽的质量。根据式(3 )、式(4 )代入上述数值计算，结果如表

2所示。3不同温度、不同压力下压缩空气饱和含湿量计算取不同的湿空气压力，根据式(1 )、式(2 )计算

得到与温度、压力对应的压缩空气的含湿量，见 表3。2019年第6期液压与'动81表2 2.3 m3/min空压机极端工况条件下

吸入系统的水蒸气质量环境温度（S相对湿度#空气系统水蒸汽质量！/g・h_1/400.816.179/300.844.44/200.8111. 10/100.8256.1900.8550.95100.81116.30200.82151.23300.83980.84400.87147.91表3压缩空气的饱和含湿量 g-kg-1温度|

湿空气工作压力/MPa(S0.30.50.60.70.81.2-500.00910.00610.00520.00460.00410.0028-400.02800.01870.01600.01400.01250.0086-300.07700.05140.04400.03850.03430.0237-200.19230.12830.11000.09630.08560.0593-100.44280.29550.25330.22170.19710.136500.95000.63370.54330.47540.42260.2927101.91601.27741.09490.95810.85160.5896203.66142.43882.08991.82831.62491.1245306.67644.43993.80293.32582.95502. 04374011.69237.75486.63725.80125.15223.55945019.788613.068411.17149.75548.65805.97114压缩空气中冷凝水的定量分析和计算压缩空气管路中冷凝水的 与压缩空气压力和中压缩空气的温度有关。随着压力 、温度降低、饱和湿空气中含水量减少，因而

的冷凝水增加。1〜3所提供的

，可以方便应用工程 体空气系统的含水量，为 •有

的除水措施提供

。分析表1,表3在-20 S时数据,0.1013 MPa压 力下,空气中饱和含湿量为0.77 g・kg-1,0.7 MPa压

力下,空气中饱和含湿量为0.0963 g・kg-1，两者差值

为空气被压缩后 冷凝水量。3 可，

压力下压缩空气在不同温度下的饱和含水量,随温度降低而下降。 ，从空气压缩机出口到用气点， 发 降温，会 部分冷

凝水。 水量为温差所对应的饱和含湿量差值。2

， 可 压 缩 空 气 系统 空 压机连续工作1 h，将 系统的水量的绝 值随进气温

度 而增加。对于 温高湿度的工况， 应度重视;相 于低温工况，

系统的水的绝值低，危害性容易

用 ，但是连续，其危害性更大,要特别注意。5压缩空气中冷凝水的危害大型露天矿 压缩空气系统需要24 h连续工作。面低温高湿度、高温高湿度

的考验。在北纬60。附近矿区，

最冷月份

气温低于-30 S,最低气温-50 S,

相 湿度大于50%,连续降雪时相对湿度超过90%0在

、

矿区，夏 、气温

30 S ,最高气温50 S , 相对湿度大于50%,雨相对湿度

90% o图1所示为工作在极地矿区的大型露天矿设备冬

季气路系统 冷凝水冻 况。图1极地矿区某大型露天矿设备在严寒地区,气路系统 障表现为冷凝水冻

发的气动

漏气,密 撕裂，

冻 堵

塞甚至是断裂，使气路系统立即失效。在

区,障表现为冷凝水使气动

、 发锈蚀而引发缓慢失效。如图2所示,为极地矿区油水分

气 冷凝水排放不及时 路冻结的 况 。82液压与'动2019年第6期图2冷凝水排放胶管冻结失效图3汽水分离器筒体发生锈蚀6某大型露天设备压缩空气防冻应对措施6.1 气源组成及工作原理露天矿 典型气源净化处理系统如图4所示。1•空压机2•后冷却器3•湿空气储气包4•油水分离器5•干燥机6•干空气储气包7•空气过滤器8•管道防冻器9•自动排水阀10.球阀11.空滤器

图4气源净化处理系统该气源净化处理系统工作原理简述如下:空压机

1通 空 11从大气中

湿空气，经压缩后的热空气 后冷却器2 冷却，随后 湿空气储气3 ,在这里,冷凝水通 动排水阀9

,压缩空气得到 理。从储气包3

的压缩空气经汽水4，干燥机5

理后

干空气储存气6之后，压缩空气经过空气过滤器7、 冻 8个气路 。6.2 不同除水措施的应用效果及不足(1) 在图4中湿空气储气包3具有冷却作用,可以 冷凝水的形成，降低压缩空气中的水分。冷凝水通

动排水阀9 o法有一定效果,不足是受到设备空间限制,储 气

有限,除水效

。(2) 在重要用气点前安装油水分离器4。利用气 流的离心力除去空气中的水滴(9)。法能够快速除去从空压机出来的热空气中的

液体水分，油水

的分水率在0. 8以上。不足是并不能除去空气中的

和水蒸气。另外是

壳体内 程中排水 易冻结，如图2所示。冷凝水通

动排水阀9是必要的，并且要注意合理设置 时间，如图5所示。图5自动排水阀定时器动排水阀可以设定排水间隔时间和排水时间。

依据实际情况 定。在极寒地区，排水时间(设定范围0. 5 ~ 10 s)和间隔时间(设定范围0. 5 ~

50 min)要设置短点。(3) 在干式储气罐6前加装适应不

工况的空气干燥机5。在露天矿 上，把干燥机安装在空

压机出口与干空气储气罐中间,确保储气

口是干燥空气。球10用于在干燥机出现故障或维护时隔干燥机。常用干燥机特点和应用(10 一⑴ 4。(4) 在低温工况下，在露 装的气路 、气动外表面必须保温处理;在 体内安装适合的电加 ，用温 关控制;在管道上安装无水酒精冻器，酒精度达到99. 9%以上。6. 3 吸附式干燥机的应用及效果从表4可，冷冻式干燥机的压力露点在2 ~

10 S,所以不适用于

温度低于0S的 。工作在严寒地区的压缩空气系统，使用吸附

式干燥机是必要的。但是吸附式干燥机

工作时要2019年第6期液压与'动83消耗15% ~20%的干燥空气，会 气源压力形成冲

。这点在实际应用中必须 足够重视。表4各类干燥机特点和应用性能冷冻式干机吸附式干燥机膜式干燥机⑹压力露点S2 ~10—40/~70-40 〜+10除水原理冷冻原理吸附、加热物理分离干空气消耗比例015% ~20%15% ~30%环境温度适用性0 S以上-55 S-40 S室内 定，

装，

安装要求室内固定需要空间大。

空间需求小，

低温时需要保温低温时需 保温首次成本低高最高为避免储气罐内干燥空气通过干燥机消耗,通

控制程

干燥机 与空压机 连锁 策。 空压机处于加载状态工作时，干燥机 工作;空压机处于卸荷 态时,干燥机冻结干燥循环;到空压机 加载 时恢 冻结的干燥循环o

图6是某型 附式干燥机在极地矿区的应用。图6在极地矿区设备使用的无热再生吸附式干燥机在该露天矿

用的吸附式干燥机上，具有远程

连接器。

打远程

连接器的输入电路，则干燥机将“冻”干燥 ，净化气流将 。连接到连接器的触点

打开时,干燥机将切换塔并继续

。

能可以在压缩机未持续加载时 压缩空气(净化空气)流。如图6所示，气路系统的干燥程

于“冻”状态，此时两个干燥塔都处于升压状态。

画面显示干燥机左塔处于吸附状态，右塔于“冻”状态。干燥机

系统 ，对于有加载/卸载控制的压缩机，可将远程

连接器连接至压缩机的无源点(在压缩机卸载

时，触点将打开)。

有提供无源触点，则应在压缩机的加载/卸载接 上装附加的无源触点以使用

能。由于露天矿

用气点对压缩空气消耗量随工作态不同而不同，空压机工作时加载卸载 频繁，这工况下不允许电机频繁启停，空压机电机 于电 态，

“冻”

不能从启动空压机的接

辅助触点直接

。7结论(1) 通

，得到不同温度、不 压力下的湿空气含水量典型 ，可以用来定量 体系统中冷凝水的量，为

有

的除水措施提供 ；(2) 除水措施和 的

温度和相对湿度。在低温工况下，

必 的防冻措施;在温工况下，

关注冷凝水的及时 ，避免路锈蚀；(3) 附式除水方法在低温下应用广，除水效

很

，可以对干燥机 与空压机运连锁

减缓

气路的冲击。极矿区露天矿的应用也充分验 点，但仍然存在一定的压缩空气消耗，需更

；(4) 着重关注已经 空气系统的水分的应施。 能够对空压机进口处空气预

必要的除水,将是有意义的，但目前还未在实践中看到类似应

用，有必

。参考文献：:1)王福才，刘宝华,郭庆海•北方地区压缩空气管路冻结分

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、刘 水委 员：陈远玲、单杰、范明豪、高有进、蒋丹、蒋卓、黎申、李其朋、廉自生、聂松林、彭霜、王传礼、韦文术、 魏兴乔、吴德发、吴晓明、许智远、杨勇、杨广文、杨国来、杨友胜、张希建、张跃峰、张增猛