船用空气干燥器的选型

黄翼

摘  要：文章以某项目船用空气干燥器为例，介绍了空气质量相关的标准，结合用户需求给出了设备的选型依据，讨论了船用空气干燥器的选型过程，希望对后续船或其他类似船只的空气干燥器的设计选型起到一定的借鉴作用。

关键词：船用空气干燥器;空气;选型

中图分类号：U66          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）23-0123-03

Abstract： Taking a marine air dryer as an example， this paper introduces the relevant standards of air quality， gives the basis for the selection of equipment according to the needs of users， and discusses the selection process of marine air dryer. It is hoped that it can be used as a reference for the design and selection of air dryers for subsequent ships or other similar ships.

Keywords： marine air dryer; air; type selection

引言

压缩空气系统是船舶重要的动力系统之一，通常用于大型设备如主机、发电机等的启动，各种辅机和气动仪表的自动控制，换向，离合器操纵，冲洗吹除，气笛操作等。压缩空气来源于空压机，将环境空气转化为压缩空气。根据用途的不同，空气质量的要求也不相同。

1 相关空气质量标准

由于船用空气压缩机较多使用活塞式或螺杆式空压机，基于其本身的原理特性，即通过活塞或螺杆等机械运动部件产生容积变化，这些机械运动件不可避免的会使用各种滑油润滑，加上船只的工作环境特性（源空气来源于水面空气，湿度更大），后续处理的过滤精度等原因，其生产的压缩空气是不纯净的，通常含有水性杂质、油性杂质和悬浮固体杂质。这些杂质会产生很多危害，如降低生产效率并且增加设备运行维护成本等。国际标准化组织在1986年发布了关于压缩空气质量的国际标准ISO8573.1。我国参照该标准发布了GB/T13277-91。差别如表1所示。[1][2]

2 空气质量不佳的危害

对于用户设备而言，部分设备尤其是检测监控等系统或元器件除了需要满足压力稳定、流量充足的要求以外，气源质量要求一定的洁净度和干燥度。空压机直接排出的带有各种杂质的压缩空气会对设备产生各种危害。例如其中的悬浮固体杂质会磨损运动件如拉伤气缸;油性杂质会粘结固体杂质，堵塞气路通道，降低管路尤其是精密管路有效流通面积;水性杂质会产生腐蚀。综合而言，压缩空气里的各种杂质会导致气动设备、电磁阀、气马达等受损，易使气路孔道间隙变小，降低元件的工作特性，并且会腐蚀管路、附件，并导致运动件磨损加剧和老化、系统压降增加，严重的会使管路堵塞。[3]

3 空氣湿度相关概念

湿度是表示空气的干湿程度的物理量。空气的湿度有多种表示方式，如绝对湿度、相对湿度、露点等。绝对湿度是空气里所含水汽的压强。相对湿度是空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值。露点是使空气里原来所含的未饱和水蒸汽变成饱和时的温度。压缩空气在温度下降时相对湿度不断增加至100%时析出水滴，此时的湿度即压力露点。习惯上，常用摄氏温度表示。常用的湿度测量方法有分光镜法、冷凝法、化学法、电解法、湿度计等。本文重点讨论空气干燥器，压力露点是其重要指标。根据设备原理的不同，设备可以达到的压力露点也不同。通常冷冻式干燥器为+3℃左右，吸附式干燥器可以达到-60℃。

4 关于设备选型

目前，常用的船用空气干燥器包括冷冻式干燥器和再生吸附式干燥器两种。

冷冻式干燥器是采用冷冻原理制成的压缩气体脱水设备。通常有热交换器、蒸发器、水分离器、制冷压缩机、冷凝器等部件组成。主要由二路主要系统组成，一路是空气回路，空压机产生的高温高湿的压缩空气首先进入热交换器，与蒸发器排出的低温空气进行热交换，此时会凝结一部分水气。再进入制冷剂蒸发器进一步冷却，温度进一步降低并接近制冷剂的蒸发温度，此时水气进一步凝结。带有大量凝结水的低温空气通过高速水分离器，在离心力的作用下将气水分离。此时的空气为低温低湿的干燥空气，再通过热交换器与刚进入系统的空气进行热交换并加温。另一路是制冷回路，制冷压缩机将高压高温制冷剂气体输送至冷凝器，大部分制冷剂在这里冷凝。液体通过液体制冷剂干燥器/过滤器流向毛细管，制冷剂在蒸发压力下离开毛细管。制冷剂进入蒸发器，在恒压下进一步蒸发，从压缩空气中抽走热量。受热的制冷剂离开蒸发器，被压缩机吸入，完成一个循环。冷凝器的压力必须尽可能保持恒定，以保证稳定运行。在制冷回路，还装有风扇控制开关用于停止和启动冷凝器冷却风扇。如果在低负载或空载情况下，蒸发器压力，则热气体旁通阀打开，热高压气体被送入蒸发器回路，以防止蒸发器压力进一步下降。在冷冻干燥过程中，压缩空气即作为被处理源，也是热交换源。[4]

再生吸附式干燥器通常由二个罐体组成，分别作为干燥塔，再生塔。其原理是利用干燥剂（氧化铝或分子筛等）的自然特性将水气吸附。压缩空气进入干燥器前，首先经过前置除水过滤器及除油过滤器预处理排除掉一定量的水气、油气和固体杂质，再通过进气阀进入干燥塔，塔内的干燥剂将其干燥。压缩空气将通过流量分配器流向压缩空气出口，再通过除尘过滤器产生洁净干燥空气输送至用户设备。干燥空气的一部分通过气流分配器用于再生第二塔。干燥的空气从第二塔干燥剂中吸附水蒸气，并将其通过净化阀和消声器释放到大气中。经过固定的清洗循环程序。第二塔吹扫阀关闭，塔内压力增大。二塔压力达到系统水平后干燥器延迟塔的切换，直到达到出口空气露点水平，或达到最大顺序时间。切换时，第二塔进气阀打开，第一塔进气阀关闭。干燥过程通过第二塔继续进行，而第一塔的再生开始。两塔循环工作，连续向用户用气系统提供干燥压缩空气。由于一部分气体用于再生，会消耗掉设备的处理能力的大约10%的气体（不同厂家的参数稍有不同）。

两种形式相比，冷冻式干燥器初始投入成本低、操作维护成本低，对压缩气体的预处理要求不如吸附干燥器严格，在除水过程的同时还可以除去压缩气体中的一部分油雾。缺点是露点高。吸附式干燥器露点低，但是初始投入成本高、操作维护成本高、需损耗压缩空气用作再生气。

干燥器的选型要根据用户需求正确选择设备，处理量应同用户用量相匹配，表2是全船压缩空气用户统计。可以看出不同设备制造厂要求差别很大，也有很多设备没有给出空气质量要求。另外，环境温度是设备选型的重要因素。本船约定机舱环境温度55℃。

选型时首先根据设计规格书找到相关信息，在规格书里要求本船安装吸附式空气干燥器，可承受-20℃的压力露点温度（40m3/h @8bar 100%RH）。进气口54℃），干燥机全自动再生（推荐了Atlas Copco-CD空气干燥器或类似设备）。空气干燥器前安装过滤器（0.01微米，帶自动排水功能）和油分离器（0.01ppm，带自动排水功能）。[5]由于在规格书签订阶段，设备仅有初步推荐并未确定最终厂家，所以有必要在定标结束后的设计阶段，根据陆续确定的设备资料的工作压力、空气质量要求、处理量等参数进一步核对验证推荐是否满足设备需求。由于本船配有除氮装置，在后来的设计过程中，增加了一套压力露点为+3℃（300m3/h@8bar 100%RH）除氮装置空气干燥机（制冷剂型）。进气口54℃）。选用环保型制冷剂应使用时使用制冷剂空气干燥机。空气干燥机后的空气质量符合ISO 8573-1：2000 Class 3.4.2。

除了干燥器设备以外，还在干燥器前后配有自动排水功能滤器，空气瓶和管路也带有泄放功能，以达到降低干燥器负荷，提高工作性能的作用。

5 结束语

本文以某项目船用空气干燥器为例，结合相关标准规范和用户需求讨论了船用空气干燥器的选型，希望对后续船或其他类似船只的空气干燥器的设计选型起到一定的借鉴作用。对设备制造厂也有一定的参考作用。

参考文献：

[1]ISO8573.1：2001.压缩空气品质等级[S].

[2]GB/T13277-91.一般用压缩空气质量等级[S].

[3]李建光.船舶及海洋工程动力装置设计指南[M].2010.

[4]Atlas Copco Air Dryer Final Drawing.

[5]SPECIFICATION FOR A 18000M3TRAILING SUCTION HOPPER DREDGER.