ЛЕКЦИЯ №14

ТЕМА: Загрязнения   сжатого  воздуха

Основным рабочим газом в промышленном оборудовании является сжатый воздух. Основные источники и компоненты загрязнений сжатого воздуха, используемого в производственных процессах можно разделить на три группы: вода и компрессорное масло в жидкой и паровой фазе; твердые загрязнения; газообразные загрязнения.

Наибольшую часть загрязнений составляет вода, которая попадает в пневматическую систему вместе с атмосферным воздухом, засасываемым компрессором. Атмосферный воздух содержит пары воды, количество которых (влагосодержание или абсолютная влажность воздуха) зависит от климатических условий района.

Максимально возможное влагосодержание, т. е. когда воздух насыщен водяными парами, можно определить по формуле:

где  р - абсолютное давление сжатого воздуха, кгс/см²; р_н.п — парциальное давление насыщенного водяного пара, кгс/см². Значения давлений насыщенного   водяного   пара   приведены в табл. 6.

Относительная влажность (отношение действительного влагосодержания d воздуха к максимально возможному влагосодержанию d_н при данных значениях температуры и давления) выражается десятичной дробью или процентами и достигает наибольшего зна­чения, равного 1 (100%), когда d= d_H.

Способность  сжатого воздуха   удерживать   пары   воды   уменьшается с понижением температуры и с повышением давления. При этом его относительная влажность возрастает, а после достижения состояния насыщения ( = 1) происходит конденсация избыточное количества паров и появление воды в жидком состоянии (конденсата). Температура, при которой это происходит, называется точкой росы Т_р. При более высокой температуре (и той же величине давления) конденсации водяных ларов не происходит. Поэтому точка росы сжатого воздуха часто указывается как мера содержания нем воды в парообразном состоянии. Зависимость влагосодержания  насыщен­но воздуха ( = 1) от давления и температуры приведена на рис. 44.

Пример: Температура всасываемого атмосферного воздуха 20⁰ С при влажности = 0,8; после сжатия и охлаждения воздух имеет температуру +30⁰ С и абсолютное давление 7 кгс/см². Требуется определить количество воды d, сконденсированной в пневмосети после концевого холодильника.

Влагосодержание d_H насыщенного атмосферного воздуха при температуре +20⁰ С  составляет 15 г/кг воздуха  при  атмосферном давлении (1 кгс\см²). При  = 0,8 влагосодержание:

Влагосодержание d_H насыщенного сжатого воздуха при давлении 7,3 кгс/см² и температуре +30⁰С составляет всего 3,3 г/кг. Избыток влаги d сконденсируется:

Для определения содержания водяных паров в 1 м³ насыщенного воздуха, приведенного к нормальному состоянию по ГОСТ 2939—63, величину влагосодержания в   граммах  на   килограмм необходимо умножить на плотность воздуха 1,205 кг/м³.

Источниками загрязнения сжатого воздуха маслами могут являться  смазка   компрессоров  и  пневматических   устройств, масляные фильтры на линии всасывания компрессоров, пары и распыленное масло в окружающем воздухе.

В сжатом воздухе масло обычно находится в парообразном и жидком состоянии. Предельная  концентрация паров  масла  в воздухе  (маслосодержание), как и влагосодержание, уменьшается с| понижением температуры и повышением давления.

Маслосодержание воздуха можно определить по формуле:

где y - коэффициент, зависящий от молекулярной формулы масел:

где Rи RM - газовая постоянная соответственно воздуха и паров масла

где М — молекулярный вес соединений, из которых состоят масляные пары. Для компрессорных масел М = 210 - 400; р_н.п - парциальное    давление    насыщенного    масляного   пара, кгс/см². Давление насыщенных паров масел и маслосодержание воздуха для различных условий эксплуатации следует принимать на ос­новании данных изготовителей масел или результатов эксперимен­тальных исследований.

Вынос в линию нагнетания смазки компрессоров обычно является основной причиной загрязнения воздуха маслами. Количество масла, поступающего в линию нагнетания, можно определить исходя из норм расхода смазки в компрессорах различных типов.

Высокие температуры в поршневом пространстве компрессора, и в начальном участке линии нагнетания (от 160 до 220⁰С) приводят к парообразованию и частично к термическому разложению масла. В результате этих процессов до 5—6% масла окисляется в виде нагара и лакообразной пленки осаждается на внутренних полостях компрессоров и трубопроводов, а легкие фракции в виде паров и мелкодисперсной фазы уносятся воздухом в систему.

Концентрация, дисперсный состав и природа твердых загрязнений вносимых в пневмосистемы при всасывании воздуха, зависят от характеристики окружающей среды. 80—95% всех атмосферных загрязнений в городских и промышленных районах составляют продукты неполного сгорания топлива, пыль. При работе компрессоров происходит износ поршневых колец, лопаток, клапанов, частицы которых вместе с атмосферными загрязнениями и продуктами   разложения   компрессорного    масла попадают с воздухом в истему. Усредненная величина концентрации твердых загрязнений, вносимых компрессором, зависит от типа компрессора. Для ротационных и поршневых компрессоров эта величина составляет 0,004—0,02 мг/м³. Основное количество твердых загрязнений вносится при передаче сжатого воздуха по воздухопроводам и соединениям. Эти загрязнения на 95—98% состоят из ржавчины и окалины.

Усредненная  величина  концентрации загрязнений, вносимых в поток воздуха одним погонным метром стальных трубопроводов, может составить от 0,03 до 0,14 мг/м³.

Источником загрязнения сжатого воздуха твердыми частицами могут быть устройства осушки из-за разрушения зерен адсорбентов в процессе работы. В соответствии с требованиями ГОСТ 13631—68 концентрация твердых частиц на выходе из устройств осушки не должна быть более 5 мг/м³,а размер не более 50 мкм.

Газообразные загрязнения попадают в систему вместе с атмосферным воздухом. Основную часть газообразных загрязнений составляют: дымовые газы от сжигания топлива; газы, образующиеся при химических процессах; пары кислот и щелочей; растворители и т. д. Наиболее часто в сжатом воздухе содержатся сернистый газ S0₂ и окись углерода СО. Сернистый газ при соединении со сконденсировавшейся в пневматической системе водой образует разбавленную кислоту H₂S0₄ и сернистый ангидрид H₂S. Содержание S0₂ в атмосферном воздухе обычно повышается с наступлением отопительного сезона, достигая средней концентрации 0,02 мг/м³ в сельских районах и 0,06—0,3 мг/м³ в промышленных зонах и городах. Концентрация окиси углерода достигает 30 мг/м³, а озона - 0,1 мг/м³.

ГОСТ 17433—80 «Промышленная чистота. Классы загрязненности сжатого воздуха» устанавливает 15 классов загрязненности сжатого воздуха (табл. 7), учитывающих возможные количества загрязнений в пневмосистемах, допустимые нормы их содержания и эффективность существующих промышленных способов очистки сжатого воздуха.

По ГОСТ 17433-80 регламентируются: размер твердых частиц (D),мкм; содержание посторонних частиц (C), капельных фракций масла (Oil) и воды (W), измеряемое в мг/м³, точка росы водяного пара.

Таблица 7. Классы загрязнённости сжатого воздуха по ГОСТ 17433-80

* - значение не регламентируется;
Для классов 0,1,3,5,7,9,11,13 точка росы водяного пара – ниже минимальной рабочей температуры не менее чем на 10 ⁰С;

Для классов 2,4,6,8,10,12,14 точка росы водяного пара не регламентируется.

В стандарте загрязнённости сжатого воздуха ISO 8573.1 (табл.8) различают классы по максимальному размеру d (мкм) и концентрации C (мг/м³) частиц, точке росы водяного пара T (⁰C) и максимальному содержанию масла Oil (мг/м³).

Таблица 8. Классы загрязнённости сжатого воздуха по ISO 8573.1

* - значение не регламентируется

Пример записи: “ISO 8573.1 класс 1.4.1” для воздуха класса 1 по частицам, класса 4 по точке росы и класса 1 по маслу.

Содержание загрязнений указано в миллиграммах на кубический метp воздуха, приведенного к нормальным условиям.

Загрязнениями считаются все виды масел и смазок при использовании сжатого воздуха в системах, не требующих смазки при работе. В сжатом воздухе для питания систем, требующих смазки при работе, загрязнениями считаются все сорта консервирующих и компрессорных масел и смазок.

Независимо от класса загрязненности стандарт допускает наличие в сжатом воздухе только следов кислот и щелочей, т. е. концентраций, не оказывающих вредного воздействия на пневматические системы и устройства.

Классы загрязненности сжатого воздуха следует указывать в технических требованиях к эксплуатации пневматических систем и устройств.