压缩空气干燥器压力露点检测系统的研制

2012年第40卷第7期

文章编号：

1005－0329（2012）07－0033－05

流体机械33

压缩空气干燥器压力露点检测系统的研制

林子良，孙晓明，鲍洋洋，喻志强，王明珠，刘福来

（合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室，安徽合肥230031）

摘

要：

压缩空气干燥器压力露点的检测，在此之前国内还没有一套较完善的符合标准要求的系统；本文介绍了一压

缩空气干燥器压力露点检测系统，该系统解决了流量测量方法的合理选用、环境温度的调节、压缩空气的加湿、露点仪的合理使用等问题，实现了压力露点准确测量。关键词：

压缩空气干燥器；检测系统；研制

TH45

文献标识码：

A

doi：10．3969/j．issn．1005－0329．2012．07．008

中图分类号：

DevelopmentofMeasuringSystemforPressureDew－pointofCompressedAirDryerLINZi-liang，SUNXiao-ming，BAOYang-yang，YUZi-qiang，WANGMing-zhu，LIUFu-lai

（StateKeyLaboratoryforCompressorTechnology，HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei230031，China）Abstract：Measuringsystemfordew-pointofcompressedairdryer，itwasnotperfectresolvedbefore；Ameasuringsystemforpres-suredew-pointofcompressedairdryerwasintroduced．Thesystemcanresolvetheprobleminreasonableuseoffluxmeasueingmethod、adjustingofconditiontemperature、addingdampforcompressedairandreasonableuseofdew-pointinstruments，carryoutaccuratemeasueingofpressuredew-point．

Keywords：compressedairdryer；measuringsystem；development

1前言2系统设计

压缩空气干燥器露点测量的标准是GB/

T10893—1989《压缩空气干燥器规范与试

［1］验》，其内容大多是原理性规定，少有实现手段的说明。要实现精确测量必须在规定的进气温

标准GB/T10893—1989只规定了干燥器露点测量的原则要求和系统示意图，对如何实现和达到标准要求少有具体的说明，要建立干燥器压力露点检测系统，就必须在理解标准要求的前提下，开发出合适的工程方法来实现标准要求的条件，并且实现可靠稳定方便的操作。2．1

流量测量方法选用

对于一般用干燥器的露点测量来说，要求测量压力露点，为此，其流量测量最好也带压测量，这样可以节约空间且不影响干燥器的工

特别是可以测量干燥器的进口流量，作状态，

符合干燥器产品标准的性能检测要求。通过

对GB/T15487《容积式压缩机流量测量方法》中的几种方法的比较图1所示。

，其中ISA1932喷嘴的

测量装置最适合带压的流量测量，装置结构如

［2］

度、湿度和环境温度下进行，压缩空气流量应大于

等于额定流量的95%，才能用测量的结果对产品性能进行评价和判定。为此，该检测系统要解决流量测量方法的合理选用、环境温度的调节、压缩空气进气的加湿、露点仪的合理选用与使用、气量的调节等问题。根据产品的检测要求，检测系统

3

压力不低于0．8MPa、气源流量至少为10m/min、

可测压力露点－70℃以下。在本检测系统建立之

前，国内还没有较完善的符合标准要求的检测系统。

本文将详细介绍压缩空气干燥器压力露点检测系统的设计、安装调试以及试验分析。

收稿日期：

2012－01－17

34FLUIDMACHINERYVol.40，No.7，2012

——气体流经喷嘴时的膨胀系数ε—

d———喷嘴直径，m——喷嘴压差，PaΔp———喷嘴上游气体密度，kg/m3ρ1—

2．2系统流程

按照标准GB/T10893—××××（ISO7183：

2007，MOD）对测量系统的要求并参考其系统示意

图1

ISA1932喷嘴加整流器测量装置示意

图，设计的压缩空气干燥器压力露点检测系统流

［3］

程如图2所示，流量测量使用ISA1932喷嘴加

（1）

整流器测量装置，压缩空气气源用风冷式螺杆空气压缩机供气，其后装稳压罐和水冷冷却器，干燥器之前装气水分离器和油气分离器，为稳定测量干燥器的出口气体流量，干燥器之后装稳压罐

。

［3］

流经喷嘴的气体质量流量为：

qm=（π/4）d2αε（2Δpρ1）

式中qm———流经喷嘴的气体质量流量，kg/s——喷嘴的流量系数α—

图2压缩空气干燥器压力露点检测系统流程

2．3气源压缩机

气源压缩机的选取要考虑到气量便于调节，

满足不同工况的气量要求，同时冬季要利用压缩

3

对于10m/机的冷却余热来加热干燥器检测间，

3

min的气源要求，选用2台6m/min风冷却的螺杆压缩机，其中一台为定速压缩机，另一台为变频3压缩机，当试验小气量（≤6m/min）的干燥器时，

季大气量的冷却，水冷冷却器的传热面积至少应

是常规配置的2倍以上。2．5

油、水的分离

按标准的要求，进入干燥器的压缩空气应是无水滴的饱和（≥95%）湿空气，而喷油螺无油、

杆机的供气中含有油，对吸附式干燥器的吸附剂有影响，为此应在被测干燥器之前加装气水分离器和油气分离过滤器

3

密级（0．01mg/m）。

［4］

开一台变频压缩机。为了冬季便于加湿和调节干

燥器压缩空气进气温度，压缩机排气管和前稳压同时应可设定压缩机的排气温度。罐应保温，2．4冷却器

冷却器应选用水冷冷却器，同时冷却水的进出水口应反常规安装，即上进水下出水，这样便于考虑到夏小气量干燥器的进气温度调节和稳定，

，过滤器精度应至少是精

2．6压缩空气加湿

冬季时大气较干燥，从大气吸气的压缩机其

排气达不到饱和，即使冷却到干燥器额定进气温度也达不到饱和，为此应对压缩空气进行加湿。大气相对湿度25%、温度0℃时，含湿量约1g/

m3，40℃、而0．75MPa、相对湿度100%的压缩空

3气，对应其大气状态下含湿量约7g/m，为此6m3/min的压缩机应加湿36g/min，该加湿水量从

吸附式干燥器测量露点仪精度最低2℃，要同时

满足这两要求，查找相关仪器参数后只有选用名经过调研分析及性义精度0．2℃左右的露点仪，

确定选用S4000RS露点仪，其名义精度价比较，

0．15℃、露点测量范围20℃～－80℃。由于露点仪的取样器只能承压1．0MPa，所以取样管路需加

1．0MPa安全阀，为保护取样器不被污染管路中需加过滤器，取样器前后加调节针阀，以便实现常压露点、压力露点都可测量，为保证压力露点的测量取样器前加绝对压力传感器，可以进行压力准确，

露点的修正。露点测量取样系统如图3所示

。

饱和水变成水蒸气需1．56kW的热量，会使压缩气体温度下降13℃，所以冬季压缩机排气管和前稳压罐应保温，以便保持有足够的干燥器进气温度，压缩机排气温度应设定高些、加湿箱的水温也适当设定高些，这样对加湿有利。加湿设备选用高压水泵通过雾化喷嘴来实现。2．7

测试间温度调节依据标准的要求，测试间温度应在规定工况

下，有38℃和25℃两种，国内常用38℃工况考核。在冬季，测试吸附式干燥器时测试间需要的

3加热量最大，当试验小气量（≤6m/min）的干燥器时，压缩机的可利用冷却余热按一台的50%计2约为15kW，要维持测试间（16m）温度为38℃，该热量不够，且由于压缩机排气温度的控制而不

稳定，需要辅助的电加热器，电加热器选用有分档、温度可调的9kW加热器2台，通过两者的人

2工协调，可以稳定测试间（16m）温度为38℃。在夏季，测试冷冻式干燥器时测试间需要的制冷量3最大，当试验大气量（10m/min）的干燥器时，其冷冻式干燥器的冷凝器散热量约4．5kW，相当约

图3露点测量取样系统示意

2．10数据采集

本系统需要采集的数据主要有压力、压差、温

度、露点，全部转化为4～20mA输出进入采集器，为保证数据采集不受压缩机变频器的干扰，变频压缩机输入端加了电抗器进行隔离，露点测量及数据采集部分的用电采用隔离变压器进行隔离。初始选用的温度变换器为无源变换器。3

安装调试

安装调试中要解决的问题主要是理论上可但在以前工程实践中未碰到的问题，该系统的行，

调试中对以下几个方面进行了调试和验证试验。3．1

ISA1932喷嘴测量流量

ISA1932喷嘴测量流量在压缩机的检测中使

需6kW空调冷量，仅维持测试间（漏冷较大、16m2）温度为25℃约需15kW空调冷量，为此要配两台12kW空调冷量的空调；在干燥器出口温度较低时，一个节能的措施是将干燥后的压缩空气排放到测试间。2．8不同气量的调节

3

被测的干燥器有不同的规格，从1～10m/min有近十个规格，在冬季，既要满足气量的调节

要求又要满足排气保温和加湿热量的要求，为此，除用变频调节气量外，还需在前稳压罐的出口加

3

一气体旁通阀。当测试1m/min的干燥器时，压

缩机的热量不足以维持前稳压罐的出口气体温度大于38℃，也不利于加湿；前稳压罐的出口旁通后，气体经除油过滤后进入压缩机的吸气环境进行部分循环以提高其进气湿度，同时加大压缩机的供气量后提高了排气管中气体温度有利于压缩空气加湿。气量调整是通过设定气源压缩机的变频器频率来调节，压力稳定用系统最后的大、小调节阀来调节。2．9

压力露点的测量

冷冻式干燥器测量露点仪精度要求为0．5℃，

成熟使用多年的方法是用ASME喷嘴测用较少，

量流量，但ASME喷嘴法不太适合在干燥器的检测系统中使用。在ISA1932喷嘴测量系统投入使用之前，将其与ASME喷嘴测量系统进行了比对试验，试验表明，当压缩空气是未饱和及饱和时，ISA1932喷嘴测量流量结果与ASME喷嘴测量流量结果具有一致性，适合在干燥器的检测系统中

对于0．8MPa接近饱和的压缩空气，其节流使用，

的焦尔－汤姆逊系数μJT约为干空气的3～4倍

ISA1932值，当压缩空气中含有未分离的液滴时，

喷嘴测量流量结果与ASME喷嘴测量流量结果会

偏离3%～5%，主要原因是液滴的存在对喷嘴压本检测系统中配有过滤器，压缩差的影响造成的，

空气中不会含有未分离的液滴。3．2

冬季加湿压缩空气

加湿压缩空气是本检测系统要解决的问题之一，有必要对压缩空气加湿进行相应的试验。在冬季相对湿度较低，从压缩机吸气口喷雾加湿，试过之后效果不明显，如果直接从进气管喷雾加入，大量的水会使压缩机润滑油乳化从而影响螺杆压缩机的运行；另外试验从压缩机排气管加湿，先试了几种雾化喷嘴的雾化效果，试验表明，高压柱塞水泵压力15MPa、雾化喷嘴口经0．25mm、水温60℃以上、排气温度70～80℃时达到了加湿压缩空气的目的，压缩空气冷却到45℃时，气水过滤器处有水分离出，用露点仪测量压缩空气的常压露点，换算到45℃时的相对湿度接近饱和（可以判断＞95%）。3．3

有变频器影响时温度的采集

对于有变频器影响时温度的采集也是要解决的问题之一，虽然事先采取了电抗器和隔离变压器消除了动力电源对采集器的影响，但没有考虑消除温度传感器感应电势对变换器的影响，因为温度变换器为无源变换器，温度传感器感应电势传导到无源变换器造成其输出信号的变化。试验表明，当温度传感器的屏蔽线未接地并接近变频器3m时，用同样的铂电阻使用无源变换器会造成3～4℃的误差，屏蔽线接地后也有近1℃的误差；改用有源变换器且屏蔽线接地，温度测量的系统误差为0．3℃，满足设计时的要求误差≤0．5℃（标准要求1℃）。3．4

取样对测量的影响

不同材质的取样管路对压力露点测量结果的影响不同。在压力露点约－20℃时，使用高压胶管、8铜管、8塑管、6不锈钢管分别作为取样管，试验表明使用高压胶管、8铜管的测量结果与使用6不锈钢管的测量结果有一致性，使用8塑管的测量结果在压力露点－6℃、－16℃时会有近6℃的偏差。当压力露点－20℃左右及更高时，可以使用仪器配用的取样专用塑管。3．5

露点仪的使用

使用陶瓷类传感器的露点仪，直接测量冷冻式干燥器压力露点时（绝对和相对含湿量大），与经标定的冷镜式露点仪比对会有2～3℃的偏差，

当改成测量常压露点后换算成对应的压力露点其

偏差＜0．5℃，若直接测量吸附式干燥器压力露其偏差较小；冷镜式露点仪适应性比较好，可点，

以直接测量冷冻式干燥器、吸附式干燥器的压力露点，但操作技术要求高。

S4000RS露点仪为冷镜式露点仪，其冷镜的冷却由制冷机和珀耳帖制冷来完成。测量前露点仪应进行调平衡，测量露点在0℃以上时不须开制冷，测量露点在0～－20℃时开制冷设置0℃，测量露点在－20～－30℃时开制冷设置0～－5℃，其余以此类推；测量冷冻式干燥器时，若露点有较大的波动，应先排除取样器冷镜处是否有液滴，再检查被试机气水分离；测量低露点时，最好是按压力露点测量，否则测量结果会受外界湿度的影响或者需要很长的稳定时间才能达到准确的结果。4

试验分析

利用该检测系统进行了一些试验研究，并对冷冻式干燥器、吸附式干燥器的压力露点测量不确定度进行了评估。

4．1压力露点测量不确定度

对该检测系统的压力露点测量不确定度的评估结果是，对于冷冻式干燥器的测量不确定度为0．7℃（k=2），对于吸附式干燥器（＞－45℃）的测量不确定度为1．7℃（k=2），对于吸附式干燥器（＞－75℃）的测量不确定度为3．3℃（k=2），吸附式干燥器由于气体露点越低时环境湿度渗透越大，同样的系统测量低露点时会产生大的不确定度。4．2冷冻式干燥器的变工况试验

在样机的检测过程中，对冷冻式干燥器做了一些变工况试验：

3

（1）变进气流量试验，一台3．6m/min冷冻式干燥器，进气温度45℃、湿度＞95%、环境温度340℃，进气流量为3．6m/min时，出口压力露点

3

为16．3℃；进气流量为2．5m/min时，出口压力

露点为8．3℃。

（2）变进气温度试验，该机进气湿度＞95%、

3

环境温度38℃、进气流量3．6m/min时，当进气

40．3、45．1、49．9℃时，温度为34．9、压力露点分

13．1、17．5、20．3℃。别为9．4、

（3）变气水分离试验，该机的气水分离由折流分离方式更换为过滤分离方式后，进气温度

45℃、湿度＞95%、环境温度40℃时，压力露点的测量结果是10．3℃；当环境温度38℃时，进气温

45℃时，10．5℃。压力露点分别为7．3、度为38、

（4）变环境温度试验，该机更换分离后，当进

40℃时，气温度38℃时，环境温度为26、压力露点7．3℃。分别为3．4、

（5）分离效果试验，3．6m3/min样机试验表明，当气水分离效率高时环境温度和进气温度变化对压力露点有较大的影响，为了看相反的情况，

3

对另一台3m/min样机进行变工况试验，进气温度35℃、湿度＞95%、环境温度25℃时，压力露点

38℃时，的测量结果是20．5℃，变化环境温度31、压力露点的测量结果约21℃，环境温度38℃下经

过变化进气温度39℃，压力露点的测量结果基本是21℃左右；该机变进气流量后，压力露点也没有大的变化。4．3

吸附式干燥器的变工况试验

吸附式干燥器的变工况试验表明，环境温度的变化对吸附式干燥器的出口露点影响很小，空筒流速合理的样机进口流量变化的影响也小，特别是对于填充层足够长的样机更是如此，对于进口温度的影响，试验表明，受再生条件和吸附剂特性的限制进口不能有高湿（＞45℃的饱和气），当进口饱和气38℃左右时，进气温度变化1℃会影响出口露点0．15℃。4．4

分析总结

通过调试和使用表明，流量测量方法的合理选用、环境温度的调节、压缩空气进气的加湿、露点仪的合理选用与使用、气量的调节等问题都得到很好的解决，进气温度偏差可以稳定在±0．5℃以内，进口湿度全天候保证达到95%以上，压力露点测量精度在全测量范围满足并优于设计要求，经评估，对于冷冻式干燥器压力露点的测量不确定度为0．7℃（k=2）。

对于吸附式干燥器的耗气量的计算，可以用压力稳定状态时的进出口容积流量差乘以再生时

B间来计算，若要考虑更精确的计算，应再加上A、塔切换时放空的气体体积，两者之和除以一个周

期时间，即为吸附式干燥器的耗气量。研究表明，对冷冻式干燥器而言，在其制冷能力配足的条件下，出口露点主要受其气水分离效38℃工况时冷冻式果的影响，分离良好的情况下，

干燥器可以达到7～10℃的压力露点，分离很好38℃工况时冷冻式干燥器可以达到2的情况下，

～7℃的压力露点。对于非试验室条件的冷冻式干燥器压力露点的测量，在分离良好的情况下，当

环境温度和进气温度变化2℃以内时使用工程法修正是有效的，而其它情况下修正是无效的；一个

当环境温度和进气温度都不符合可行的办法是，

工况时，应采取措施来变化进气温度，进气温度偏

离工况不远时，压力露点是可以利用两点的结果来进行插值计算的，利用环境温度与进气温度的工程法修正比值等参数可用来修正环境温度对压力露点的影响。5

大、中型干燥器检测探讨

中型干燥器来说，要实现规定工况下的对大、

33

检测是有难度的，下面就10～50m/min及50m/min以上干燥器的检测系统进行探讨。5．1

10～50m3/min干燥器检测系统

3

如果对于10～50m/min干燥器检测系统，

50m3/min（0．8MPa）的空压机需耗气源采用开系，

电300kW以上，使用闭式气源系统只需80kW左

右，节能的效果很明显。闭式气源系统与开式气源系统相似，不同之处是把干燥器出口的压力气

加湿后，经冷却、气水体用变频无油空压机增压、

分离后再进入干燥器，其流程如图4所示

。

图4闭式气源系统流程示意

5．2

50m3/min以上干燥器的检测系统

50m3/min以上干燥器的检测在测试室中试

验是不现实的，只有在用户的现场进行验收试验，

现场条件完全符合规定条件的场合是没有的，要按规定条件进行考核验收，只有用工程修正法。工程修正法的产生和完善需要有多个相似结构的

3

干燥器的试验结果，需要10～50m/min干燥器检测系统的建立并进行工程修正法的验证试验。

（下转第47页）

弯或异径接头的地方，所以，激振力的存在是不可避免的，但是可以通过适当措施尽量降低激振力。具体措施有：

（1）调整气柱固有频率避开气柱共振，将进气总管直径由原来的600增加到700，使管道的走向趋直，在需要转弯时，力求使转角小一些，将原180°～360°扭转弯曲管段改为直线，由集气管的下方连接；

（2）用缓冲器消减气流脉动，通过实践证明用缓冲器消减气流脉动是最有效的方法之一，在每台

3

压缩机入口处增加一个5m的缓冲罐，位置尽量靠近进气口，缓冲器降低压力脉动主要原理是凭借缓

如果泄漏到大气中，既污染环境，又会造成安全隐

患，严重时会发生着火爆炸。火炬气螺杆压缩机大量的过剩瓦斯得以回收利平稳长周期运行后，用，避免了火炬排放，减少了噪声和污染，产生较好的社会环保效益。

参考文献

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1991．机械工业出版社，

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M］．西安：西安交通大学出版社，1984．动［

冲器容积的能量储存作用，进气缓冲器可限制从气

缸上游来的放射压力波进入进气管道；

（3）管道的支架应采用防振管卡或固定支架，防振支架宜设独立基础，尽量避免固定在压缩机基础和厂房的梁柱上，加大支承构件的刚度使支承位置尽可能等间距，因为在各支架的跨距中，只要有一个较大，管系的机械固有频率就会显著降低。

以上措施实施后，机组运行时振动烈度的最大值降为1．9mm/s，现场的噪声得到最大程度的抑制，同时最大限度的稳定系统管网压力，避免螺杆压缩机组开停机次数。螺杆压缩机组振动大的问题被成功解决，目前3台螺杆压缩机组一直平稳运行。5

结语

易爆和有毒气体，火炬气多数成分属于易燃、（上接第37页）

作者简介：侯振宇（1980－），男，工学硕士，主要从事化工机械转动设备的故障诊断与状态监测工作，通讯地址：300171天津市中石化股份有限公司天津分公司装备研究院。

［1］GB/T10893—1989．压缩空气干燥器规范与试验

6结语

［2］

［S］．北京：中国标准出版社，1989．

GB/T15487—1995．容积式压缩机流量测量方法［S］．北京：中国标准出版社，2004．

［3］GB/T10893—××××（ISO7183：2007）．压缩空气干

燥器

．合肥：合肥通用规范与试验（讨论稿）［S］

2010．机械研究院，

［4］李奇．船用高压压缩机模块化设计技术研究［J］．流

2011，39（9）：52-56．体机械，

通过一年多的使用，该压缩空气干燥器压力露点检测系统运行稳定，测量精度高，可供行业上作为比对检测室。一个标准规定方法的具体实施，需要相关使用方做大量的工作，我们仅是在前人工作的基础上向前进了一步。另外，对于新标准GB/T1089—××××（ISO7183：2007）本意的理

［3］

解和转化还需做一定的研究工作。

作者简介：林子良（1963－），男，高级工程师，主要从事压缩

参考文献

机及其检测研究工作，通讯地址：230031安徽合肥市长江西路888号合肥通用机械研究院。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bga1.html