膜干燥器设计和维护手册
CMD 空气干燥膜设计和参考手册
盛达丰工业技术（大连）有限公司
1.0 安全须知
2.0 压缩气干燥的基础概念
2.1 湿度 2.2 水的形成 2.3 脱水 3.0 工作的基本原理
3.1 CMD空气干燥膜怎样工作 4.0 系统设计需要考虑的因素 4.1 多组干燥膜来提高处理量 4.2 反吹气
4.2.1 单根干燥膜的反吹气控制 4.2.2 多组并联干燥膜的反吹气的控制 4.3 过滤 4.4 安装
4.5 工艺设计 – 连续性工作 4.6 工艺设计 – 间歇式或循环操作 4.7 开车和操作 5.0 维护和故障指南 5.1 过滤器芯 5.2 过滤器自动排水器 5.3 露点过高
1.0 安全须知
压缩空气是危险的. 使用压缩空气时, 尤其当开停管道、安装或修理设备时必须熟知并遵循所有的安全制度.
警告: 高于CMD 空气干燥膜设计压力的操作是危险的. 高于最高额定压力, 并且没有安装合适的压力控制和安全调节装置, 切记不要将干燥器与此压缩空气连接.
2.0 压缩气干燥的基本概念 2.1湿度
所有气体都含有一定的水汽. 它可能是很小量的, 或较多，近乎饱和状态的, 后者在温度稍降或压力略升的情况下可能会有液态水的形成和冷凝. 气体中的水汽含量(湿度) 通常用三个方法中的一个来表示: 1) 绝对湿度---一定量气体中水的含量; 2) 露点---在一定压力下, 一定量气体和水到饱和时的温度, 即当温度降至露点温度以下, 水汽就会冷凝; 3) 相对湿度---气体中水汽含量与在相同温度和压力下达到饱和状态时气体中所能容纳的水汽的比率. 在这些表示方法中只有绝对湿度不受温度和压力的制约. 2.2 水的形成
当气体被压缩或冷却时, 在带有冷干机和/或储罐的空压机中, 它会形成冷凝液态水和饱和气体的混合物. 液态水很容易使用像气体储罐, 离心式分离器, 或除水过滤器等装置脱除. 但是, 压缩气体仍是饱和的, 这就意味着温度的进一步降低就会引起更多液态水. 使用压缩气体干燥膜来将气体中的湿度降至饱和状态以下, 这样一来, 当气体被进一步冷却或根据实际使用所需要将绝对湿度降到某一低的水准, 就可以防止冷凝出液态水. 2.3 脱水
干燥压缩空气通常用来驱动设备, 如发动机, 压力机等等, 目的是避免液态水凝结, 而且达到某个露点或绝对湿度. 如果能将湿度降至气体有可能达到的最低温度时的饱和水平之下, 水汽就不会冷凝, 设备得到保护. 因此为了安全和利用空气膨胀来冷却设备，则气体湿度需干燥到常温下饱和水含量的50%. 对一些用途来说, 比如化学品的充气保护或覆盖保护, 需要不仅仅是阻止水的冷凝, 而且是绝对湿度或相对湿度达到某一个水准.
3.0 工作原理
3.1 CMD空气干燥器如何工作
CMD 空气干燥器是膜式干燥器. 膜干燥器被动生产各个不同露点的干燥空气, 没有运动部件、没有电器元件、无能耗、不携带灰尘、无噪音, 连续不断地运行. 同吸附干燥和冷冻干燥相比, 还有维护的时间和费用少. 膜式干燥器特别适合于在偏远的现场运行和point-of-use 用途．
膜干燥器根据水分子通过聚合物时选择性渗透来除去气流中的水汽. 尽管水分子与氢和氦相比有较重的分子重量, 但它们在聚合物中有高的溶解性能, 使得它比其它气体能更快渗透. 因此膜干燥器也可以称为“分子过滤器” ,在这里, 水渗透过膜的速度比其它气体分子快.
气体渗透的推动力就是气体各组分的分压在由分离层和多孔海绵状支撑层组成的中空纤维高压侧（原料侧）与低压侧(渗透侧) 所形成的分压差，其透过分离层的方向和速率与推动力和渗透系数相对应. 当湿气流沿干燥膜高压侧（原料侧）流动时，水气在其分压差的推动下渗透到低压侧（渗透侧）. 当原料气沿着干燥膜内壁流动，水蒸气迅速渗透，其所含水气逐渐减少，那么渗透的推动力也减弱.
为了增减和保持水气在干燥膜末段渗透的推动力，需要用干燥空气的一部分以低压力来吹扫渗透侧. 从反吹气入口进入渗透侧的干燥气流, 这里可以作为外部吹扫或进气吹扫; 而透过膜的气流称为内部吹扫, 内外部吹扫气流一块形成所有吹扫, 从吹扫气出口流出. 干燥气的一部分用来作为外部吹扫气.
吹扫气以与进气相反的方向在渗透侧流动, 带走脱除的水气. 这种逆流方式的操作可以在整个干燥膜上形成最大可能的驱动力.. 减小膜渗透侧的压力，增加水气的推动力, 也增加了水气的渗透量. 通过渗透侧在尽可能低的压力下操作来提高性能(处理气量的增加或吹扫气的减少).
圆桶形的膜组件装有膜丝和提供连接进气入口, 干燥气出口, 外部吹扫气进气, 和所有吹扫气出口的接头. 膜丝束是两端用环氧树脂或其它树脂浇铸的中空纤维束组成. 湿气进入并流过中空纤维丝的内径, 干燥气从丝的内径的另一端流出. 4.0 系统设计需要考虑的事项
警告: 高于设计压力工作是危险的. 在超过设计压力的压缩空气管路上没有安装合适的压力控制器和安全元件, 不要将干燥器与此气源连接.
4.1 多根并用提高干燥器的处理量
多根并联使用来满足单根干燥器处理量不足的用途. 这时所有干燥器的型号必须相同. 安装和配管必须保持压降平衡, 使进气在并联的各个干燥器中间平均分配. 单个的过滤器顺序(为了压降平衡和成本) 是首选的, 大小根据进气流量选配. 4.2 外部吹扫
将干燥气源连接在吹扫气入口, 提供所需要的外部吹扫. CMD空气干燥气选型电子数据表用来确定所需要的外部吹扫气量以达到设计的干燥性能. 通常, 膜干燥器生产的干燥气的一部分被用来作为外部吹扫气. 4.2.1 单根CMD 干燥器外部吹扫气的控制
如果仅仅一根膜干燥器就够用, 从产品气管路上接个分管, 将分管接到干燥器的外部吹扫气接口上, 用干燥产品气流来提供外部吹扫气, 有如下控制外部吹扫气流的方法.
4.2.1.1 单根干燥器 不需要调整外部吹扫气量
如果外部吹扫气量不需要调整, 则须安装精度孔板来控制外部吹扫气至需要的流量, 从而使干燥器的性能达到设计水平。
通常, CMD空气干燥器安装有特制的吹扫气入口接头, 用来将进入膜丝束的吹扫气流流速太高的风险降到最小. 在接头的里面有螺纹口, 精密孔板就安装在这里.
精密孔板作为标准产品来供应。 4.2.1.2单根干燥器 需要调整外部吹扫气量
根据产品气流量, 产品气露点, 或进气情况的变化, 需要灵活调整膜干燥器的性能, 一个可调整的控制元件如流量计必须安装在外部吹扫气管路上.
在这种情况下, 孔板安装在特制吹扫气入口接头, 用来限制外部吹扫气量小于其所允许的最大量, 使膜丝不能被损坏. 如果可调整的控制装置可以用来限制外部吹扫气量小于其所允许的最大量, 精密孔板则不需要.
精密孔板作为标准产品来供应. 4.2 过滤
CMD 空气干燥膜是专为脱除水气而设计的. 如果液态水和液态压缩机油进入膜干燥器, 干燥器的性能和寿命有可能下降. 因此, 过滤和排污系统是整个系统
设计很重要的一环.
在膜干燥器的上游必须安装联合过滤器, 用来除去各种型态的液态水及液态压缩机油. 过滤精度要求如下:
过滤规格
效率
过滤必须除去0.01ppm 及以上大小的固态和液态杂质 . 过滤必须除去99.99%的油雾; 油含量0.01ppm w/w
结构
. 过滤器必须配有自动排污器和压差显示计. 过滤器生产厂家会提供推荐的压差值, 在此点过滤器滤芯必须更换, 而不管滤芯已安装的时间长度.
通常, 一套由气水分离器和两级凝结过滤器用来除去污染物, 达到所要求的水平. 它们一般为逐级过滤过程, 即每级过滤器特别设计为在另一级过滤器之前或之后, 共同完成对污染物的过滤。. 一个可以满足要求的凝结过滤器排列顺序的例子, 如AFE 系列U 级后面是AFE 系列H 级或S 级.
凝结过滤器仅能处理有限的液态(油加水) 和悬浮颗粒. 也许有必要安装前置除凝液过滤器, 以保护凝结过滤器溢流, 从而确保凝结过滤器滤芯的寿命超过6个月. 除凝液过滤器必须满足凝结过滤器规格和结构的要求, 选择的过滤精度应确保脱湿水平小于后续过滤器所能承受的液体极限
食品和制药或特殊电子行业, 要求脱除油气. 活性碳吸附过滤器可安装在凝结过滤器的后面, 以减少烃类气的含量.
注意过滤器的选型. 通过过滤器滤芯, 在滤芯内和周围(过滤器外壳) 的流速, 和出口流速是很重要的. 这些流速不能超过厂家推荐的流速. 过滤器生产厂家可以帮助选择合适大小的过滤器.
必须根据膜干燥器入口流速来选择过滤器的规格, 额定机械性能应根据可能发生的最高空气压力和温度. 仔细考虑一般操作状况外的所有操作状况(如开车, 停车等).
必须设计冷凝物排污器来排放在过滤器外壳中积聚的所有液体. 通常, 自动排污器安装在每个过滤器外壳上. 一般回使用浮球式或定时式排污器. 对于定时排污器, 谨慎设定间隔时间.
频繁打开和间隔时间太长可能降低操作压力, 进而影响膜干燥器的性能. 高液位监测可用来显示排污器的失效, 在此情况下, 系统应该马上停车.
如果自动排水器上有球阀或电磁阀时, 须特别注意有可能遇到的流速. 合适的孔板安装在排水器管路上以限制这些流速. 否则, 收集的水和/或油有可能被搅起泡沫, 这些泡沫会通过过滤器进入膜干燥器中.
注意: 每个过滤器的排水器管路不能接在一起, 每个过滤器必须有自己的自动排水器.
在有些情况下, 滤芯可能会因空压机中的合成油而受到损害. 多数过滤器厂家提供的过滤器滤芯可以很好地降低或排除这种潜在的问题. 我们也可以在选择合适的过滤器方面提供咨询.
过滤器滤芯每六个月必须更换. 更换滤芯时, 过滤器外壳和自动排污器需要用温肥皂水清洗, 以清除积聚的油. 清洗时给外壳注满水, 观察自动排污器是否正常工作, 也就是察看水从排污器排出. 过滤器厂家提供的滤芯更换或更换滤芯的详细说明须遵循. 如果滤芯的寿命小于六个月, 预示着空压机需要维护或管路腐蚀和/或污染严重. 4.4 安装
连接干燥器接头时, 推荐使用PTFE 密封带. 不能使用浆糊式或液态螺纹密封胶. 这些密封剂一般与塑料不兼容, 如使用会造成膜的损害. 在连接膜两端接口时, 密封胶如进入干燥器中, 可能会使中空塑料纤维丝很快弱化和断裂. 在连接干燥膜塑料外壳时, 密封胶的使用会迅速削弱塑料的机械强度, 连接时, 造成塑料断裂.
虽然不会影响接口密封的完整, 却不能有效拧紧.
在安装接头时, 须用板钳保护干燥器的接口. 如没有此保护, 借口有可能旋转,
为了干燥器性能如所期待的那样, 高压气流(进出干燥器两端的气流) 须与低压气流(干燥气外壳的进出气流) 的流动方向相反. 基于此原因, 进气和产品气须正确地连接在膜的进出口上. 许多型号的干燥器的外壳上浇铸有方向的箭头以显示高压气流的流动方向. 对于没有方向箭头的干燥气, 进气须连接在离放空口最近的那一端.
干燥器的放空口永远不能堵塞. 干燥器的外壳设计的不能承受高的压力, 只能保持低的压力. 更适宜于放空到大气中, 因为膜的低压侧压力的提高对膜的性能有负面影响. 也因为如果在外壳内有压力存在, 这种压力的突然释放会在放空口造成高的气流, 引起纤维丝的破损.
干燥器水平或垂直安装均可. 如果水平安装, 推荐一个放空口朝下, 以备液体的排放. 如垂直安装, 推荐进气口在底部, 因此放空口也在干燥器的低端, 同样也有利于液体的排放.
干燥器安装室内或室外均可. 如果在严寒的环境下安装, 对任何含有冷凝物的管路和设备需要加热, 来防止冷凝物结冰.
干燥器不应该装在大型空气压缩系统的低位处, 因为低位处大量积聚的水可能会超过过滤系统的水处理能力.
干燥器应紧接着最后一级凝结过滤器的下游安装, 近可能靠近的连接. 这可以使压缩空气在最后一级过滤器和干燥器之间因进气流的冷却而形成液体并进入干燥器的可能降到最低水平,
安装后开车前, 检查连接干燥器的管路, 确认没有任何积聚的颗粒、油和水。 固定干燥器应在塑料外壳直径较细的中间部位, 不要在铝头或直径较粗的部位
将接头装在干燥器端头时要小心，不要发生滑丝。铝头的材料比其它接头连接的材料要软。
一根CMD 空气干燥器通常与已安装好的一个特制的吹扫气入口接头一起提
供. 在接头的里面有一个螺纹接口, 精密孔板就安装在这里以控制吹扫气入口的流量. 这个内制的螺纹口有不完整的螺纹, 精密孔板插在口里面.
配有的特制吹扫入口接头可以通过松开接头的螺闩来调整, 旋转接头到需要的位置, 再拧紧(推荐扭矩=15ft-lbf).
如果特制的吹扫气入口接头没有安装, 不要在外壳的吹扫气入口直接安装精密孔板. 从孔板出来的喷射气流在膜丝束上的直接冲击可能会造起膜丝束的损坏. 最少, 90度的弯管应装在孔板和吹扫气.
在塑料外壳连接处安装接头是, 推荐使用限位螺母. 其可以防止从连接处泄漏外, 还可以帮助确保不会因接头拧得太深, 接触到膜丝束而对中空纤维丝束的损坏. 如果不用限位螺母, PTFE胶带刻使用, 但须注意接头不要拧得太深. 另一个办法是用手拧紧接头.
4.5 工艺设计 – 连续供气
4.5.1 典型空气干燥系统示意图如图4.1. 为了简单说明, 只显示一根膜干燥器.
4.5.2 如果需要隔断干燥器的功能, 在进气(过滤器的上游) 和产品气管路上装截留阀. 阀门的选型以操作时的压降最低为标准. 大小与进气和产品气管路配套的全开型阀门(如球阀或闸式阀), 推荐使用可以最大限度的减小压力损失, 安装方便. 4.5.3 高温监测装置须装在干燥器前的进气管路上, 这个装置须对系统的变化反应灵敏, 保护干燥器免受高温的损坏. 如果高温保护措施在上游管路中有, 可省去. 4.5.4 一个安全阀须安装在干燥器前的进气管路上, 保护干燥器免受高压的破坏. 如高压保护措施在上游中已有, 可省去.
4.5.5 凝结式过滤器的精度如4.3所示, 为了干燥器的正常操作必须安装, 保护干燥器免遭因进气中存在的颗粒和液态损坏. 最后一级过滤器须安装在离膜干燥器尽可能近(小于1英尺) 的地方, 以防止因进气温度的降低而在过滤器和膜干燥器之间冷凝.
4.5.6 外部吹扫气流必须连接在干燥器的吹扫气入口处. 通常, 干燥产品气的一部分用来作为吹扫气流. 吹扫气流由精度孔板控制, 它装在吹扫气入口处的特制吹扫气接头上. 如果需要调整外部吹扫气, 流量阀需要装在吹扫气入口. 如此针型阀已使用, 锁住阀杆, 这样吹扫气流量在设定后不会被不小心改变. 详见4.2 4.6 工艺设计 – 间断或循环运行
如用途是间断或循环使用干燥空气, 按图4.1所示配置. 干燥器在无需供气期间仍保持压力, 气体会因作为吹扫气而继续损失. 按如下配置, 可以减少或消除在
无需供气期间气体损失
当干燥器降压时, 大气中的水汽可能进入吹扫气口, 很快, 会在干燥器和中空纤维丝中达到饱和状态. 再开车时, 这些水汽会导致干燥气短时间内湿度超过设计值. 同时, 刚启动时, 干燥器内仍是常压, 在压力升到设计压力前, 其干燥效率低于设计的值. 其结果是在开车时湿度超过设计值.
如图4.3和4.4所示的配置会在无需供气期间减少或消除气体损失同时减少或消除启动时过高的湿度.
图4.3是间断, 但流量(由使用点控制) 不超过设计流量的供气的工艺设计. 在干燥器的压力达到设计值前, 背压阀(BPR)或最小压力阀(MPV)防止干燥器内气体的流出. 干燥气流开始供气的滞后会使干燥器内的低压湿气, 在纤维丝中的大部分水气在供气前被吹扫气带出. 如果BPR(或MPV) 在干燥器卸压时不能防止倒流, 须安装截止阀. 如果BPV(或MPV) 和使用点之间的管路上的压力在无需供气期间不卸压, 可以用截止阀或间接回流截止阀来代替. 回流截止阀比普通截止阀有更大的气体损失, 但能通过防止大气中的水气进入吹扫口进而在开车时进一步降低高于设计值的湿度峰值. 回流截止阀是非标产品, 须为此特别制造.
图4.3显示的是用途为间歇性, 且瞬间有高峰的, 但非时间段内流量平均, 高峰期超过设计流量的工艺设计. 干燥气罐应与高峰期流量配套. 其工作原理与上述相似. 安装针形阀调整干燥器的流量, 使其达到设计流量, 同时, 使其压降等同于(进气压力- 过滤压降- 储罐压力开关的低压设定), 但是注意: 通过此阀的压降(和流量) 会从设计值降至零, 同时罐的压力上升到操作压力. 如果罐的压力不会下降到进气压力80%以下, 截止阀或回流截止阀可以代替背压阀.
上面所述的配置, 背压阀、电磁阀和截止阀须根据流量和压力来选型。 通过背压阀、电磁阀和回流止回阀的压降必须是干燥器的设计所允许的。
4.7 开车和操作
4.7.1 打开干燥器的进气管路, 用含活性剂的水在有漏气时会产生气泡的方法检查有可能泄漏的地方. 自动排水器在压力到达10PSIG 左右前有可能漏气, 随后除了排水和油外是密封的.
4.7.2 应该定期, 最好是一周检查一次过滤器的压差计和排水器. 如果差压计显示凝结过滤器任何一级的压差高, 所有滤芯必须更换. 推荐将滤芯作为备件保存以备随时更换. 如过滤器的寿命少于6个月, 则表明压缩机需要维护, 或管路腐蚀和/或污
染严重. 如果发现排水量减少, 则应减压, 请卸下外壳检查. 如液位超过自动排水的浮飘, 则自动排水器不能正常工作, 应更换.
应该定期更换滤芯(最好每六个月), 在更换滤芯时用温肥皂水清洗过滤器外壳和自动排水器除掉积油. 清洗时将外壳注满水, 观察自动排水器是否正常工作, 也就是看水是否从排水器中排出.
4.7.4 书面记录滤芯的更换和外壳的清洗.
4.7.5 关掉摸干燥器前, 停止供气, 将压力降至大气压. 5.0 维护和故障检修
唯一需要日常维护的是每六个月或压差计显示需要更换则马上更换过滤器滤芯,. 干燥器没有需要维护的部件, 拆卸燥器会导致其损坏.
为了确保干燥器的性能并最大限度的延长压缩机的使用寿命, 应该遵循压缩机厂家所推荐的维护要求 5.1 滤芯
应该定期, 最好是一周检查一次过滤器的压差计和排水器. 如果差压计显示凝界过滤器的任何一级的压差高. 在压差计显示高数据(即高于过滤器厂家的推荐) 后的继续使用会导致液态水(和油, 如果出现) 在干燥器中积聚, 产品气露点升高, 也可能导致干燥器的污染和损坏.
推荐将滤芯作为备件保存以备随时使用. 如过滤器的寿命少于6个月, 则表明压缩机需要维护, 或管路腐蚀和/或污染严重.
如果发现排水量减少, 则应减压, 卸下外壳检查. 如液位超过自动排水的浮飘, 则自动排水器不能正常工作, 应更换.
应该定期更换滤芯(最好每六个月), 在更换滤芯时用温肥皂水清洗过滤器外壳和自动排水器除掉积油. 清洗时将外壳注满水, 观察自动排水器是否正常工作, 也就是看水是否从排水器中流排出. 应该遵循过滤器厂家提供的滤芯更换或更换滤芯的详细说明. 5.2 自动排水器
如发现过滤器高液位, 自动排水器未能正常工作, 干燥系统必须关掉. 在压差计显示高数据(即高于过滤器厂家的推荐) 后的继续使用会导致液态物进入干燥器中, 从而引起产品气露点升高, 和干燥器损坏.
5.3 露点高
在弄清干燥器的故障前, 确认进气流量是在设计水平或低于, 吹扫气流量在设定值. 进气流量大或吹扫气小会导致产品气的高露点.
另一个高露点的原因是进气压力低, 因为过滤器的压力低或者过滤器的压降大.
需要检查造成凝结过滤器压力低的如下原因:
(a) 因滤芯未拧紧气走旁路 (b) 滤芯上有破缝
(c) 过滤器外壳里的高流速引起底部水的积聚 (d) 滤芯处于饱和状态 (e) 过滤器外壳里水泡积聚 (f) 过滤器排水开口堵塞 (g) 过滤器上的自动排污器坏了