Основные источники и компоненты загрязнений
Лекция 2.
Физические характеристики воздуха.
К основным характеристикам воздуха, использующимся при расчетах систем вентиляции и кондиционировани относят:
· Температура воздуха. Измеряется в градусах Цельсия и Кельвина (оC или К).
· Влажность воздуха – содержание в воздухе водяного пара. Рассматривают абсолютную влажность – количество водяного пара, содержащегося в 1 куб. метре воздуха и относительную - отношение (в процентах) абсолютной влажности воздуха к максимальной(насыщающей) при данных давлении и температуре
qmax.φ=100qп/qmax .
· Влагосодержание воздуха d — отношение массы, содержащейся во влажном воздухе влаги к массе сухого воздуха:
d=D/G.
Влагосодержание может быть выражено через соответствующее парциальное давление:
d = 623 Рп/Рв;
d = Pп/(Pбар-Pп),
где Рп и Рв — парциальное давление соответственно влажного пара и сухого воздуха;
Рбар— барометрическое давление влажноговоздуха: Pбар=Рп + Рв.
Относительная влажность воздуха определяется по формуле:
φ= [РН.М — α(tC — tM) Рбар]/Pн.с.,
где PН.С, PН.М— парциальное давление водяных паров, насыщающих воздух соответственно при температуре сухого воздуха и мокрого термометра, мм рт. ст.;
tC и tМ— температура соответственно по сухому и мокрому термометру;
Рбар — полное барометрическое давление, равное(по закону Дальтона) сумме парциальных давлений воздуха и водяных паров, мм рт.ст.;
|
|
|
α — коэффициент зависящий от скоростидвижения воздуха:
α = 0,00001(65 + 6,75/ v),
где v — скорость воздуха, м/с.
· Температура росы tP — это температура, при которой начинается конденсация влаги из воздуха, т. е. когда РП—Рп,где РП парциальное давление насыщенного водяного пара.
· Теплоемкость воздуха — энергия, необходимая для нагрева 1 кг или 1 м3 воздуха на1°С;
Массовая теплоемкость воздуха соответственно
с = 0,24 ккал/(кг °С)
с= 0,31 ккал/(м3°С).
Теплоемкость влажного воздуха
свл=(с+сn/100)/(1+d/100),
где сп — средняя теплоемкость пара [~0,46 ккал/(кг-°С)].
· Теплосодержание влажного воздуха (энтальпия)
iв.в =0,24 / + (594 + 0,46t)d/1000,
где t—температура воздуха, °С;
d —влагосодержание воздуха.
· Теплопроводность воздуха
λ=0.00167(1+0.00019T)T1/2/(1+117T).
· Температурный коэффициент объемного расширения воздуха α=0,00367° С-1, или 1/273°С-1.
Пересчет объема воздуха для заданной температуры производится по формуле
V2= V1[(273 + t2/(273 + t1)],
где t1и t2 — температуры воздуха, соответствующие объемам V1 и V2.
· Удельный объем воздуха в зависимости от температуры и давления (м3,/кг)
vС.В. = 29,27 T/РС.В.
· Плотность воздуха представляет собой величину, обратную удельному объему (кг/м3):
γ=1/v.
|
|
|
При нормальной температуре влияние водяных паров на плотность воздуха ничтожно, поэтому в вентиляционной технике она может определяться по упрощенной формуле(кг/м3)
γ=0,465 Рбар/T.
При Рбар = 760 мм рт. ст. γ=353/Т;
при Рбар= 745 мм рт. ст. γ=346/T,
где Т—абсолютная температура (T = 273 + t), К.
Требования, предъявляемые потребителями
К качеству сжатого воздуха.
Чистота промышленного сжатого воздуха регламентируется ГОСТ 17433-80. Согласно ГОСТ, весь ряд подаваемых потребителям видов сжатого воздуха, по содержанию твердых и жидких загрязнений делится на 15 классов (квалитетов).
Регламентируются: размер твердых частиц (D, мкм), содержание твердых частиц (с, мг/м ), капельных фракций масла (Oil, мг/м ) и воды (W, мг/м ), а так же содержание водяных паров, характеризуемое температурой точки росы водяного пара (табл. 1).
Для классов 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 точка росы водяного пара - ниже минимальной рабочей температуры не менее чем на 10 К. Для классов 2,4,6,8,10,12,14 точка росы водяного пара не регламентируется.
Пример записи: "воздух Кл. 7 ГОСТ 17433-80".
В европейском стандарте чистоты сжатого воздуха ISO 8573.1 сделана раздельная характеристика на классы по максимальному размеру d (мкм) и концентрации твердых частиц (с, мг/м ), а также по содержанию водяных паров (температура точки росы) и концентрации масла (Oil, мг/м ) (табл.2)
|
|
|
Пример записи: "ISO 8573.1 класс 1.4.1" для воздуха класса 1 по частицам, класса 4 по точке росы и класса 1 по маслу.
Таблица 1. Классы загрязненности сжатого воздуха по ГОСТ 17433-80г
Таблица 2. Классы загрязненности сжатого воздуха по ISO 8573.1
Основные источники и компоненты загрязнений
Сжатого воздуха
Компоненты загрязнений можно разделить на три группы:
вода и компрессорное масло; твердые загрязнения; газообразные загрязнения.
1. Вода.
Способность сжатого воздуха поглощать пары воды уменьшается с понижением температуры и повышением давления. При этом его относительная влажность возрастает, а после достижения состояния насыщения происходит конденсация. Для прогнозирования количества конденсирующейся из сжимаемого воздуха воды используется H-d-диаграмма влажного воздуха (диаграмма Рамзина) (рис.1).
На диаграмме показано размещение линий насыщения в зависимости от давления. Линия А соответствует атмосферному давлению, линия Б - давлению на выходе из компрессора. Для определения количества конденсата определяется положение точки 1, соответствующей воздуху во всасывающем патрубке. Для этого достаточно знать его температуру и относительную влажность. Сжатие воздуха происходит до температуры
|
|
|
нагнетания на выходе их компрессора - точка 2. При охлаждении сжатого воздуха в воздухоохладителе до температуры подачи в напорную магистраль процесс пойдет по линии насыщения, соответствующей этому давлению (процесс 2-3).
Разность влагосодержаний точек 1 и 3 соответствует количеству
сконденсировавшейся влаги.
Рис.1. Диаграмма Рамзина для влажного воздуха различных давлений
Очень часто температура нагнетания ниже температуры точки росы для данного давления (точка 2'). В этом случае конденсация начинается уже в процессе сжатия и на выходе из компрессора уже механическая смесь капельной жидкости, насыщенного водяного пара и воздуха. Для определения этого количества влаги необходимо из точки 2' провести изоэнтальпу до пересечения с линией насыщения Б - точка 4. Разность
влагосодержаний точек 1 и 4 соответствует количеству влаги, выделившейся в самом компрессоре.
По определенному таким образом количеству выделяющейся
капельной жидкости производится предварительное
определение типа и размера масловодоотделителеи, а также
периодичность продувки ресиверов, воздухоохладителей, буферных
емкостей.
2. Масло
Источниками масляных загрязнений являются компрессор, масляные фильтры на линии всасывания, пары и распыленное масло в окружающем воздухе. В атмосферном воздухе масляные загрязнения находятся
в парообразном состоянии, и их концентрация не превышает 0,5 мг/м , в районах нефтеразработок и промышленных зонах до 3 мг/м . В производственных помещениях содержание масляных паров и тумана не превышает обычно 5 мг/м , однако в местах выхлопа пневмоинструментов может достигать 300 мг/м .
Зачастую пневмоприемники в процессе работы смазываются путем ввода в поток воздуха диспергированного масла. Концентрация вводимой в воздух жидкой смазки, подаваемой к пневмосистемам, обычно составляет 60-150 мг/м , а дисперсность зависит от типа маслораспылителя: при двукратном распылении наименьший размер частиц может достигать 2-5 мкм, а при однократном -15-40 мкм. Выхлоп смазки в окружающую среду может явиться причиной загрязнения маслом всасываемого воздуха струйных и других систем, а также создать антисанитарные условия в производственных помещениях.
Концентрация и дисперсность загрязнений, вносимых масляными фильтрами, зависит от температуры и скорости всасываемого воздуха, сорта масла, используемого в фильтрах, правильности монтажа и качества обслуживания фильтра. Обычно концентрация масляных паров не превышает 0,5-1 мг/м .
Основной причиной загрязнения обычно является вынос масла в линию нагнетания самими компрессорами. Его количество можно определить исходя из норм расхода смазки в компрессорах различного типа. В ротационных и винтовых маслонаполненных компрессорах вынос масла в линию нагнетания в 1,5-2 раза выше, чем в поршневых. В центробежных и
мембранных компрессорах вынос масла в линию нагнетания практически отсутствует. Для компрессоров существуют специальные нормы расхода смазочных материалов.
3. Твердые загрязнения
Источниками загрязнения СВ твердыми частицами могут быть атмосфера, сам компрессор, устройства очистки и осушки воздуха и воздухораспределительная сеть. Концентрация, дисперсный состав и природа твердых загрязнений, вносимых в пневмосистемы при всасывании воздуха,
зависит от характера окружающей среды. До 80-90 % всех атмосферных загрязнений городских и промышленных районов составляют продукты неполного сгорания и пыль. Атмосферная пыль содержит примерно 70 % кварцевого песка, 15-17 % окиси алюминия, 3-4 % окиси железа, 2-4 % окиси
кальция, и 0,5-1,5 % окиси магния. По шкале Мооса твердость этих веществ находится в пределах 4-7. При работе компрессоров происходит износ поршневых колец, гильз, лопаток клапанов, частицы которых вместе с атмосферными загрязнениями и продуктами разложения компрессорного
масла (нагар, зола и другие компоненты) попадают с воздухом в пневмосистему. Усредненная величина концентрации твердых загрязнений, вносимых компрессором, зависит от типа и качества обслуживания. Для ротационных и поршневых компрессоров эта величина составляет 0,004-0,02
мг/м. Источником загрязнения сжатого воздуха твердыми частицами могут быть устройства осушки (разрушение зерен адсорбента). В соответствии с требованиями ГОСТ 13631-81 концентрация твердых частиц на выходе из устройства осушки не должна быть более 5 мг/м , а размер не более 50 мкм.
В основном твердые загрязнения вносятся при передаче сжатого воздуха по сетям и соединениям. Они на 95-98 % состоят из ржавчины и окалины; в трубопроводах может находиться промышленная пыль и частицы уплотняющего материала - резины, краски, попадающие в систему из-за нарушения изготовления и монтажа. Металлические примеси появляются
в пневмосистемах также в результате износа подвижных устройств пневмомеханизмов, а стружка, притирочные составы и абразивы - при некачественной сборке и монтаже пневматических устройств. Примеси органического происхождения в основном являются продуктами износа уплотнений, истирания шлангов, деталей и покрытий из синтетических материалов. Окалина, образовавшаяся при изготовлении труб, обычно имеет
толщину до 0,2 мм и состоит в основном из FeO. Местная окалина в сгибах и особенно около сварных швов – толщиной до 0,8-1 мм и содержит больше 
. Ржавчина появляется в результате воздействия влаги, кислот и щелочей и представляет собой сложную структуру, которая при воздействии потока воздуха, ударов и сотрясений трубопроводов отслаивается, дробится и перемещается во взвешенном состоянии с потоком. При наиболее типичном случае - относительная влажность 
- скорость коррозии воздухопроводов из малоуглеродистых сталей без защитного покрытия составляет примерно до 100 миллиграммов с квадратного дециметра поверхности труб в сутки. Усредненная величина концентрации загрязнений, вносимых в поток сжатого воздуха на одном метре стальных трубопроводов,
может составлять 0,03-0,04 мг/м3. Разовые концентрации загрязнений в моменты начала подачи воздуха при гидравлических ударах и сотрясениях трубопроводов многократно превышают указанные выше величины. Поскольку в межцеховых магистралях установка отстойников и масловодо-
отделителей производится обычно через 200-500 м, а в цехах через 100-200 м, то максимальная концентрация ржавчины и окалины в сжатом воздухе может составлять до 25 мг/м3, а цеховых магистралях до 12,5 мг/м3.
Пыль и механические примеси, попадая в цилиндры поршневых и ротационных компрессоров, нарушают их нормальную работу, способствуя:
- образованию нагара на поверхностях клапанов, пригоранию поршневых колец и пластин;
- быстрейшему износу стенок цилиндров, поршневых колец, штока и чрезмерному нагреву движущихся деталей компрессора;
- уменьшению герметичности всасывающих и нагнетательных
клапанов, вследствие чего снижается производительность компрессора, резко возрастает конечная температура сжатого воздуха и увеличивается расход
электроэнергии.
Газообразные загрязнения попадают в систему вместе с атмосферным воздухом. Основную часть составляют дымовые газы, пары кислот, газы, образующиеся при химических процессах, пары щелочей и кислот. Наиболее часто встречаются сернистый газ S 
, углекислый газ С , реже сероводород H2S. Данные газы при контакте с водой образуют слабые кислоты, что в свою очередь, приводит к образованию электролитов и коррозии.
Воздействие загрязнений на пневматические системы и устройства можно разделить на физическое, химическое и электролитическое:
- первое - закупорка отверстий и сопел влагой, льдом и твердыми частицами, смывание смазки, повреждение рабочих поверхностей клапанных пар, мембран, золотников, износ и заклинивание трущихся деталей;
- второе - коррозия металлических деталей, разрушение покрытий и резиновых деталей растворами кислот, щелочей и других химреактивов;
- третье - разрушение поверхностей деталей пневмоустройств в результате химической и электрохимической коррозии.
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 72; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!