Источники и состав загрязнений сжатого воздуха

Прежде чем попасть к потребителю для выполнения поставленной задачи, воздух проходит следующий путь:

Загрязнение воздуха происходит на каждом из указанных этапов. Рассмотрим этот процесс более детально.

Загрязнение атмосферного воздуха

Один кубический метр естественного атмосферного воздуха содержит около 140 миллионов твердых частиц, более половины которых имеют размер свыше 1 мкм.
Атмосферная пыль в основном состоит из кварцевого песка и окиси алюминия (см. рисунок).

Концентрация пыли в атмосфере существенно зависит от окружающих условий .В сельской местности, где воздух наименее загрязнен, она составляет от 0,05 до 0,15 мг/м , а в городском промышленном районе от 1 до 10 мг/м .Дисперсный состав пыли также зависит от условий. В «сельском» воздухе 90% частиц имеют размер менее 5 мкм. В воздухе промышленного района преобладают крупные частицы: до 80% частиц имеют размер более 60 мкм.Таким образом, воздух, попадающий в компрессор, уже содержит загрязнения в виде твердых частиц. Кроме этого, в составе воздуха содержится некоторое количество водяного пара, который при сжатии конденсируется, образуя загрязнения в жидкой фазе. Возможно также присутствие в воздухе газообразных загрязнений — продуктов сгорания топлива (например, диоксида серы), паров кислот, щелочей и т.п.

Загрязнения воздуха при сжатии

Сжатие воздуха сопровождается двумя видами загрязнений — водой (в жидком состоянии) и маслом. Выпадение водяного конденсата — физическое явление, характерное для процесса сжатия воздуха. Загрязнение воздуха маслом существенно зависит конструкции, качества и состояния компрессора. Оценим уровень водяных и масляных загрязнений, обусловленных процессом сжатия воздуха.

Влажность воздуха

Наряду с азотом, кислородом, аргоном и другими компонентами, в составе воздуха может содержаться водяной пар. Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество влаги. Количественно оно выражается в виде абсолютной влажности воздуха, которая равна массе водяного пара в единице объема воздуха и имеет размерность «мг/м » или «г/м ». Количество влаги в воздухе не может превышать определенного значения, зависящего от температуры. Воздух, содержащий максимальное количество влаги, называется насыщенным. Степень насыщенности воздуха влагой характеризуется относительной влажностью воздуха:

где  — абсолютная влажность воздуха,  — абсолютная влажность насыщенного воздуха при той же температуре. Таким образом, для сухого воздуха , а для насыщенного .

Содержание масла в воздухе

Промышленные компрессоры, как правило, относятся к масляному типу.Некоторая часть масла смешивается с воздухом, проходящим через компрессор. На выходе современного винтового компрессора концентрация масла в воздухе составляет 3~5 мг/м , а в поршневых компрессорах она может достигать 50 мг/м .При этом масло присутствует в воздухе не только в жидком, но и в парообразном состоянии. Напомним, что при сжатии воздух нагревается до температуры выше 100 °С, что и вызывает интенсивное испарение масла. Предельное содержание паров компрессорного масла в сжатом воздухе зависит от температуры. Например, при 80 °С оно составляет 60~100 мг/кг. Таким образом, в неохлажденном воздухе содержание испаренного масла может быть соизмеримо с содержанием масла в жидкой фазе. Аналогично воде, масло переходит из паровой фазы в жидкую по мере охлаждения воздуха. Как показано в рассмотренном выше примере, при сжатии воздуха выпадает значительное количество конденсата, которое зависит от содержания влаги в атмосферном воздухе, давления и температуры сжатого воздуха. При смешении водяного конденсата с маслом образуется водо-масляная эмульсия, которая по мере укрупнения капель частично оседает на стенках трубопровода, а частично (в виде мелких капель) продолжает двигаться вместе со сжатым воздухом.

Загрязнения воздуха в пневмомагистрали

Конденсат, присутствующий в сжатом воздухе, вызывает коррозию трубопроводов. Образующиеся при этом частицы ржавчины, а также частицы окалины, имеющейся на стенках труб, увлекаются воздушным потоком. Таким образом, в магистрали к уже имеющимся загрязнениям воздуха добавляются твердые частицы, большая часть которых (77%) имеет размер свыше 60 мкм. Содержание ржавчины и окалины в сжатом воздухе существенно зависит от качества трубопроводов. Так, при хорошем состоянии магистрали концентрация частиц не превышает 4 мг/м . В старых, сильно загрязненных магистралях концентрация частиц ржавчины и окалины может достигать 25 мг/м . С учетом вышеизложенного, можно представить примерный состав загрязнений сжатого воздуха, отводимого от магистрали к потребителю:

• Максимальный размер твердых частиц: 60 мкм и более
• Содержание твердых частиц: 5~25 мг/м
• Содержание воды: до 10000 мг/м
• Содержание масла: 3~50 мг/м
• Химические загрязнения H SO и др.

Смесь этих загрязнений оказывает следующие виды вредных воздействий на пневмооборудование:

• Физическое (закупорка каналов, сопел и дроссельных элементов, смывание смазки, заклинивание подвижных элементов, абразивный износ, разрушение покрытий)
• Химическое (коррозия металлических деталей, разрушение резиновых уплотнений и красок)
• Электролитическое (разрушение контактирующих деталей, выполненных из разных материалов).

Во многих технологических процессах загрязнения воздуха могут привести к снижению качества выпускаемой продукции. Выхлоп загрязненного воздуха создает антисанитарные условия в производственных помещениях. Напомним, что до 80 процентов отказов пневматических систем происходят по причинам, связанным с загрязненностью воздуха.