压缩热设备设计及选型问题
【买空压机网】一、压缩热设备流量具体应该选多大的？
之所以把这个问题放在最前面，是因为干燥机厂家的设计及销售人员很少有从压缩机、能源工程等相关专业毕业的。干燥机厂家的从业人员对空压机在不同地理条件、环境条件下的吸气量及排气量的关系并不了解。在空压机代理商不愿意透露过多用户信息给干燥机厂家的情况下，往往会因为具体地理条件等影响因素，导致压缩热干燥机选型出现重大失误。
压缩热干燥机选型前，我们需要先了解两个关于压缩机吸气状态的概念：
1.0度标方：即在1barA压力状态下，0℃，Rh0%状态进气。
2.工况立方：离心机一般设计工况为，1barA压力状态下，35℃，Rh65%状态进气。
然后我们需要了解压缩热干燥机的设计条件：
1.吸附入口含湿量：对应温度、压力条件下g/kg或对应温度、压力条件下g/m3。
g/kg可用于将设计状态流量转化为质量流量来计算周期内进入干燥机的水分；
g/m3可用于空压机带压状态下的流量来计算周期内进入干燥机的水分。
2.吸附入口的流量：此流量与空压机的吸入流量无关，只等于空压机在当前压力下的实际排气量。为了规范，此时可以将空压机的实际排气量转换为0℃，1barA，Rh 0%状态下的流量，或者直接使用质量流量来规范干燥机的设计。可保证无论空压机的吸气条件怎么变化，干燥机的设计只认空压机排出的质量流量对应的各项数据。
为了更加深刻的理解吸气条件的改变带来的干燥机入口流量变化，我们以1600kW轴功率的离心机为例，1barA压力状态下，35℃, Rh65%状态进气，大约流量为280～300m3/min 之间。我们以最常见的288m3/min为准，通过改变海拔高度可以得到如下数据:
即在沿海地区，夏季条件下，此压缩机的排气质量流量为：5.12kg/s；而当海拔上升至2000m时，在同样35℃，Rh 65%（实际高海拔地区平均温度会低，相对湿度也会低，排气质量流量会比表格里大，实际设计需要根据气象条件修正）的条件下排气质量流量只有：3.98kg/s了。那么此时我们再选用沿海地区的压缩热干燥机，就会出现设备选型过大。若装机加热器没有备用冗余，很可能会存在再生阶段无法再生完全的情况。或者采用分流加热的流程，因为入口流量的减少，必然引起分流管道与主管道出现一个压力降，为了平衡这个压力差，只能是增大主管道压力降来保证分流管路的气流汇入，此时就带来了设备整体的压力降的增大。
所以压缩热干燥机在设计或销售选型时，一定要根据使用条件下空压机排气状态选型，而不是根据空压机在低海拔的标准吸气量来选型。有些空压机代理商或者销售，会按照标准空压机数据来询价，此时是不合理的，需要进行流量转换。如果不对气量进行修正，那么就会造成设备报价特别贵的后果。
二、压缩热设备是否需要加热器？
这个问题是老生常谈了。只要是涉及工艺用气，压力露点需求在0℃以下，必须配置加热器。因为不带加热器的情况下，吸附剂在每一次再生时都会增加水分残余，直到到达残余水分极大的平衡。根据吸附平衡曲线可知，在循环达到一定的次数后（初始露点可能达到-20℃甚至-40℃以下），120～130℃，三级压缩，8barG排气压力的条件下，压缩热零气耗干燥机的排气露点会趋于0℃左右，逐渐达到平衡。
此种计算再生温度的算法最早见于资料《分子筛》-1965年，中国工业出版社。后续见于，唐纳森、德国超滤、zander、delair、UOP、林德分子筛、PPC分子筛等资料。
但是若只是长江以南的非山区的工业区，压缩空气只作为仪表气使用，压缩机排气温度在冬天也能达到110℃以上，不增加加热器是够用的。
若出现某些排气温度较低的机型，必须需增加加热器或者推荐使用鼓风热干燥机。
其余环境温度经常达到0℃以下的地区或者压缩空气作为工艺气时，压缩热零气耗干燥机必须增加辅助加热，加热器根据需求露点推算再生温度来配置。
参考值如下：
以上数据均为等比压缩，末级排气压力露点～55℃，且以上数据未考虑吸附过程的床层温升的理论数据。
三、压缩热零气耗的床层吸附温升的控制及利用
我们在设计吸干机的时候，经常遇到低压用气条件，那么我们就会遇上在35～40℃进气条件下，吸附床层温升过高导致吸附剂性能急剧下降的问题。我们以3.5barG进气条件下，以达到最大（以8%计算，保守值）动态吸附容量时，吸附床层温升状态模拟计算如下：
我们可以看到，当入口温度高于35℃时，吸附剂若采用硅胶或氧化铝，吸附性能则几乎没有了。在无热/微热/鼓风热干燥机设计时，最理想的做法是吸干机前端加预冷机，可完全解决这个问题。但是我们遇到压缩热机型时，就不是那么好加上预冷机。或者冷冻水消耗量巨大，客户往往不接受此方案。此项目就会遇上两种情况：
1.懂设计的厂家会提出价格昂贵的方案，流程复杂，需辅以冷冻机组或消耗冷冻水。
2.不懂设计原理的厂家，以常规机型猛冲，价格极其低廉。业主和设计院就会陷于两难。
那么如何处理这种情况呢？首先我们将用户条件分为两类：
1.只需冷干机或者压力露点0度以上的初级用气条件；
2.用户需求PDP-40℃及以下条件的工艺气。
这里我们先讲第二种情况，因用气要求高，压缩热再生时露点大约为PDP57.3℃@3.5barG, 含水量极高，我们只能采用预冷/冷冻水方案降低吸附入口温度，以保证需求露点条件下再生平衡，除此再无他法。
按照压缩热吸附入口温度与再生加热温度相关数据，把入口温度降低至合适的温度，再选取合适的加热温度即可。
下面我们重点讲下第一种情况。我们以200Nm3, 3.5barG为例计算，假定我们不管吸附温升，可以由压缩热设计计算书得出以下数据，设计流程以分流加热计算：
我们可以看到吸附末期床层超温，吸附周期无余量，分流流量过多，设备整体阻力会超标。
此时我们忽略了离心机排气的大量热量，分流方案虽然减小了，整机装机功率及降低了设备制造成本，但浪费了大量的热量。我们将设计流程改为前置全流量加热，并加大主换热器换热面积降低冷却水温升至5℃，再看此时的数据。
我们可以看到，整个再生过程只需1.6小时就可以完成，我们再调整此时的吸附周期时间为2小时。
此时设备整体数据均合理可用，接触时间、吸附温升、动态吸附容量、再生周期等均满足各项使用条件。甚至在离心机排气温度超过130℃，需求露点仅为冷干机条件下，可暂停加热器的使用。此方案可极大限度的利用压缩热，同时可避免设备因吸附剂超温引起的问题。
四、无油变频螺杆配置压缩热零气耗干燥机的问题
类似这种实际设计操作的问题，我们还是以实例数据为主，数据为0海拔地区来看。
1.空压机型号：400 VSD - 8.6 bar(e)
2.冷却水条件：32℃
3.工作压力：7bar(e)
4.流量范围：22.3 - 67.3m3/min
5.空压机吸气条件：
- Relative humidity 0%.
- Absolute inlet pressure: 1 bar (14.5 psi).
- Intake air temperature: 20℃/68°F.
该机型为二级压缩，在未配置末级后冷时，满负荷排气数据为：
排气温度约160℃
排气露点约63.68℃@7barG
此时若需要压力露点-40℃的压缩空气，我们根据吸附平衡曲线及《再生温度与排气露点的计算》计算书（设备后冷温升7℃设计）可以得出如下数据：
即：再生温度约230℃，可以得到压力露点-40℃以下的品质。
两种数据基本吻合，此时其实达到压力露点-40℃，设备已经非常不经济了，设备耐温等级需要250℃，但是考虑到用户本来经济能力的问题，成本暂且不表。我们来分析下设备运行条件下，会出现什么问题。
我们根据上述设备条件，进行设计计算，我们需要得出如下两组数据对比。
满负荷条件下：
排气量50%条件下：
其实无油螺杆的排气温度不会随着排气量的下降呈线性下降，而是在一定范围之后不再继续下降多少。上述两种工况对比，若出现螺杆机变频卸载幅度较大时，加热器功率需求会急剧下降；若加热器分组后不采用SCR调节加热器排气温度，只采用交流接触器，在工况加卸载频繁的时候，交流接触器需要频发吸合、跳脱，最终只会是短期内就烧毁。
若上述情况采用SCR调节加热器功率，在变频卸载速度比较快的时候，短时间内加热器在较大功率条件下积累的剩余热量也会使加热器排气温度超出设计/报警范围，未采用SCR的加热器分组交流接触器依旧存在跳脱的可能性。
同时，在排气量降低幅度较大时，不管采用何种电加热控制方式，都无法避免余热积累导致加热器筒体、阀门、管道、吸附塔局部瞬时远超设计温度，影响设备整体使用安全。此时哪怕提前接受空压卸载信号，直接完全停止加热以避免超温，也存在因加卸载频繁导致交流接触器频繁吸合可能烧毁的问题（此种情况与电气元件质量无关）。在加卸载频繁的情况下用户体验感极差，设备厂家维护也恼火，还存在设备使用的安全风险。
故基于上述两个原因：
1.在需求压力露点-40℃的条件下，再生温度过高；
2.实际控制过程，会出现影响设备安全或出现电气元件频繁烧毁。
变频无油螺杆不推荐配置压缩热设备，优先推荐鼓风零气耗吸干机。
理由如下：
1.鼓风零气耗干燥机的再生气完全来源于外界，只需要保证干燥机吸附入口流量上限不超设计值即可，吸附入口流量的下限不会影响再生过程；
2.因相对于无油螺杆的高含湿量排气，鼓风热的再生气水蒸气分压更低，在需求PDP-40℃时，加热温度约190℃即可，再生过程也不存在再生气流量急剧变化的情况，设备整体运行稳定、安全，同时也可以因为露点节能模式的存在，设备处于高效节能的状态。
以上为正文!
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