5、壓縮空氣水蒸汽變化

　　【壓縮機網】在壓縮空氣領域，我們經常要使用“露點”這個術語，比相對濕度更有用，通常用來表示壓縮空氣中水蒸氣的含量。露點是在一定壓力下的水蒸氣開始凝結成水時的溫度。當空氣溫度和露點相等時，此時空氣的相對濕度為100%。

　　露點通常有“常壓露點”和“壓力露點”。

　　1.常壓露點是指在一定的大氣環境下，當溫度降低時空氣中水蒸汽凝結溫度；

　　2.壓力露點是指在一定壓力下由于壓力升高或溫度降低時水蒸汽凝結溫度；

　　3.壓縮空氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法來除去其中的水蒸汽。同時可通過加熱—過濾—機械分離等方法除去液態水分。

　　4.同樣是露點，對于同一壓縮空氣來說，用壓力露點表示的數字一定小于常壓露點。他們的換算見圖16。

　　由于大氣環境中的空氣中含有一定量的水蒸汽，當壓力升高或溫度降低時壓縮空氣中會有液態水析出，對于壓縮空氣系統來說，無論是氣態還是液態水，都是污染物，要盡量避免其對壓縮空氣系統及設備的影響。這就是為什么空壓機需要溫控閥來防止壓縮空氣中的液態水對潤滑油的乳化，以及為什么壓縮空氣系統需要水分離器把液態水從壓縮空氣中分離排出，和壓縮空氣系統中必須要配備干燥器除水及冷干機為何能除水的原因等等。

　　例4，舉例計算某典型壓縮空氣系統空氣中水蒸氣的變化情況，見圖17。

　　我們分別在壓縮空氣系統的4個位置來觀察水蒸汽變化

　　①在1標準大氣壓下，進氣環境為相對濕度60%、溫度20℃，常壓露點溫度為12℃，空氣含水量約8.8g/m3，由于環境溫度高于露點溫度，所以水以水蒸汽形態存在于空氣中（見圖18）。

　　②噴油螺桿空壓機壓縮空氣到7barg，出口溫度35℃的露點變化情況。

　　1) 前：為空壓機的入口位置，沒有能量和溫度變化，因此與①相同。注意：如果螺桿空壓機設計和裝配時，空氣的入口壓力和溫度與大氣環境不一致時，空氣的含水量不變，其露點可能不一樣。

　　2) 中：在螺桿空壓機油氣筒位置，壓力7barg，溫度80℃，相對濕度為23.4%、壓力露點溫度為48℃，空氣含水量約8.8g/m3，由于壓縮空氣溫度高于露點溫度，所以水以水蒸汽形態存在于空氣中（見圖19）。

　　我們可以看到，當進氣環境為相對濕度60%、溫度20℃，螺桿空壓機油氣筒的壓力露點溫度為48℃，因此當壓縮空氣溫度大于48℃時，就不會有液態水析出，潤滑油就不會被乳化。因此，溫控閥選擇閥芯的開啟溫度必須要大于壓力露點溫度。我們通常看到歐洲的螺桿空壓機選擇溫控閥芯開啟溫度低于我國生產的螺桿空壓機。

　　3) 后：在螺桿空壓機出氣口位置，壓力7barg，溫度35℃，相對濕度>100%、壓力露點溫度為48℃，空氣含水量約5.1g/m3，所以部分水（5.1g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，同時有3.7g/m3以液態水析出。出水率為42.05%（見圖20）。

　　③如果進入冷干機的壓縮空氣為7barg，進氣口溫度為35℃，相對濕度100%，按照國家標準JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》得到三種壓力露點情況進行分析：

　　1) 壓力露點為10℃：處理后壓縮空氣含水量約1.1g/m3，所以部分水（1.1g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，同時有7.7g/m3以液態水析出。除水率為87.5%（見圖21）。

　　2) 壓力露點為7℃：處理后壓縮空氣含水量約0.9g/m3，所以部分水（0.9g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，同時有7.9 g/m3以液態水析出。除水率為89.77%（見圖22）。

　　3) 壓力露點為3℃：處理后壓縮空氣含水量約0.68g/m3，所以部分水（0.68g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，同時有8.12 g/m3以液態水析出。除水率為92.27%（見圖23）。

　　④進入吸干機的壓縮空氣為7barg，進氣口溫度為35℃，相對濕度100%，按照國家標準JB_T 10532 2017《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》得到三種壓力露點情況進行分析：

　　1) 壓力露點為-20℃：處理后壓縮空氣含水量約0.092g/m3，所以部分水（0.092g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，除水率為98.95%（見圖24）。

　　2) 壓力露點為-40℃：處理后壓縮空氣含水量約0.012g/m3，所以部分水（0.012g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，除水率為99.86%（見圖25）。

　　3)壓力露點為-70℃：處理后壓縮空氣含水量約0.0023g/m3，所以部分水（0.0023g/m3）以水蒸汽形態存在于空氣中，除水率幾乎為100%（見圖26）。

　　6、海拔高度的變化

　　在壓縮空氣領域，我們有時會遇到高原用壓縮空氣，高于海平面時，大氣壓力和溫度的變化會影響到空壓機的選型（見圖27）。

　　因此在選擇空壓機時，應該考慮以下因素：

　　1.海拔高度或大氣壓力；

　　2.大氣溫度；

　　3.相對濕度；

　　4.冷卻劑溫度；

　　5.空壓機的形式；

　　6.動力源。

　　這些因數主要影響了空壓機選型參數：工作壓力，流量，功率（電機負載），冷卻量等等（見圖28）。

　　空壓機選型在筆者的《壓縮空氣系統設備銷售人員培訓》課程中有講過:（見圖29）

　　如何確定壓力，在沿海或內地低海拔地區可以直接參照空壓機樣本按客戶要求選擇。在高海拔地區還是按樣本選擇就會出現壓力不夠的現象，如果硬要打上去，會發生電機負荷超標甚至燒電機。

　　這里就不得不提到壓縮比的問題了：壓縮比-壓縮機的出口排氣壓力（絕壓）與進口吸氣壓力（絕壓）的比值。

　　例5，假設一個客戶在海拔3000m處使用一臺空壓機要求0.7MPa-5.44m3/min時。如果你按樣本選擇0.7MPa-5.44m3/min-37kW（假如按37kW風冷一級能效6.8）。最有可能客戶一調試機器就會找你麻煩：只能打到0.46MPa，遠遠達不到客戶0.7MPa的要求。為什么呢？

　　按樣本選擇這臺空壓機，在海平面是它的壓縮比是8.0；如果在海拔3000m處時，就要選取壓縮比為11.4，也就是需要1.04MPa或以上的機器，再看需要流量5.44m3/min，那么只能選擇1.0MPa-5.56m3/min-45kW（一級能效8.1）；注意壓力調節和安全閥還是要按0.7MPa設定）機型了。

　　還有一個關鍵：電機負荷也要考慮，當環境溫度低于30℃時，3000m海拔高度時電機額定功率的許可負載為92%，就是說電機的服務系數必須f>1.09（見圖30）。

　　當然，凈化設備也需要同步計算和調整。

　　（注：本文連載完！）

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