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谈谈模块化吸附式干燥器在医用压缩空气系统的应用

  医用压缩空气是现代医疗体系的重要组成部分,是生命的支持系统,其重要性,已经得到高度重视。GB50751-2012医用气体工程技术规范对压缩空气的品质有了详尽的规定:
压缩空气品质表

  对于医用压缩空气系统的设计和应用的论述文章已经很多,但是对系统中的具体设备的选型,应用和维护等具体细节的论述却很少。本文针对医用压缩空气系统的特点和GB50751的规范的要求,对吸附式干燥器稍作详细介绍,以供医疗工程建设人员参考。

  1、为什么选用吸附干燥器

  对大流量空压系统来说,干燥机一般有两个选择:冷冻干燥机和吸附式干燥机。冷冻干燥机由于其自身的设计特点,并不十分适用于医疗压缩空气系统:1)压力露点只能达到2-7℃;2)风冷冷干机的运行对环境温度有要求,在夏季环境温度高时,输出空气露点可靠性不高;3)当系统负载低于30%时,冷冻干燥机的气水分离器效率很低,造成凝聚液滴随空气到达下游系统,引起下游露点报警。特别是晚间用气量大大降低时。

  GB50751对空气的含水量有明确的规定,参见上表。从下面的图表,可以很清晰的看到压力露点,露点,相对湿度,PPMv以及绝对湿度的关系。
各参数关系

  低露点是非常必要的:1)抑制微生物,要达到50mg/Nm3的医疗器械空气含水量要求,空气的压力露点需要达到-27℃,欧洲药典也明确规定,在-27℃压力露点以下,微生物的生长会得到明显抑制。2)保护活性炭过滤器,压缩空气系统中的活性炭除油除异味过滤器,对压缩空气的干燥度要求达到-40℃压力露点,否则潮湿的压缩空气会使活性炭寿命大大降低。3)保护CO催化过滤器,目前设计的一氧化碳催化过滤器能将65ppm的CO浓度降到5ppm。但是,实验表明,如果CO催化过滤器在露点不够的情况下(高于-40℃),只能将15ppm的CO浓度降低到5ppm。参见下图的医疗压缩空气净化系统:
压缩空气净化系统

  从上面三点看,医疗系统应该选择压力露点-40℃的吸附式干燥器。

  2、吸附式干燥器的选型

      选用吸附式干燥器,达到可靠的露点和功能,需要考虑如下几个重要因素:

  2、1流量

  吸附式干燥器的流量一般按照实际的平均最高消耗气量来选择,也可以按照空气压缩机的供气量选择。这里需要明确的是吸附式干燥器在7bar压力系统下,一般要消耗15%的流量用于干燥剂的再生。设计系统时应该充分考虑这些损失。

  2、2最低工作压力(流量控制)

  当实际消耗的气量大于看空压机的供气能力时,压缩空气系统的压力会降低,这会造成吸附式干燥机超出负载,输出露点不可靠。

  原因有二:

  1),压力低,体积流量变大,压缩空气会带来更多的“湿气”-水蒸气

  2),体积流量变大,造成压缩空气在干燥机内的流速过快,水蒸气得不到充分干燥,从而影响干燥效果。

  为防止干燥机出现过载,可以设置流量控制。

  2、3进气温度

  1),压缩空气含湿量与温度关系
压缩空气含湿量与温度关系

  从上图的含湿量曲线图我们可以看出,一般吸附式干燥器的进气标准温度是35℃,如果进气温度变成50℃,那么进入干燥机的压缩空气携带的水蒸气含量会超出一倍,远远高出干燥器的处理能力。

  2),吸附剂的能力随温度变化
吸附剂能力变化

  从上面的曲线我们可以看到,吸附剂的吸附能力随着温度的升高而下降。其中对氧化铝来说,当温度达到50℃时,其吸附能力大大下降。所以一般来说,吸附式干燥机的标准进气温度是35℃。

  2、4节能

  1)、压损小

  模块化设计,气流分布均匀,干燥均匀;

  暴风雪填充方式,避免气流冲击造成的干燥剂磨损,粉末会进一步增加阻力,并造成后续设备出现粉尘“污染”;

  内置的进出口过滤器,尽量减少外部过滤器和管路造成的阻力损失。

  2)、采用露点控制,而不是标准时序控制
控制示意图

  效率=(T1-T2)/T1

  其中:T1=总传统再生的时间(小时)

  T2=实际用于再生的时间(小时)
干燥机节能效果

  事实上,从设备整个寿命周期的运行成本来说,前期的投资只是其中的非常小的一部分,更多的投入是设备的运行成本。以10Nm3/min的系统来计算,如果系统平均用气量只有50%(在晚间和大多数时间系统的利用率实际低于30%),那么采用控制进气温度和露点切换的模式节约的能量至少可以达到60%。

  计算过程如下:

  节能模式总的耗气量最多为

  10Nm3/min*50%*15%*60*24*365=394200Nm3/年

  采用固定时序模式,按最高进气温度50℃(温度修正系数0.73),计算

  消耗总气量为

  10Nm3/min*15%*60*24*365/0.73=1080000Nm3/年

  那么节约的费用约为(压缩空气按照每立方0.2元计算):

  (1080000-394200)Nm3*0.2元=137160元

  这些电费在悄无声息中,白白浪费了。

  2、5体积

  模块化吸附式干燥机的设计简约,相对于传统的双塔吸干机具有更小的体积50%,更轻的重量40%,更便于安装和搬运,几乎不需要特殊的搬运工具。
吸附式干燥机

  2、6维护功能

  对于任何设备在生产厂搞维修都是异常简单的事,但对于安装现场,由于人员的技术熟练水平、空间和工具等的局限性,有时确是另一回事。特别是,如果现场装填干燥剂不利,会造成干燥剂快速粉末化,堵塞消音器,造成能量浪费,甚至造成下游空气污染和设备堵塞。
吸附式干燥器

  2、7控制和报警系统

  干燥机应该具有露点控制和报警模式。

  当干燥机的压力露点优于-42°C压力露点,干燥机会自动进入经济模式,同时并不影响系统流量和压力。当压力露点高于-40℃时,机器会再次转入正常模式,以确保露点达到-40℃。

  在正常情况下,如果干燥机的露点达不到-30℃,将会有报警信号在面板闪烁,同时激发远程报警系统。

  节能模式和露点报警可以通过PLC控制器的按钮调整。
PLC控制按钮

  3、结束语

  综上所述,面对医疗系统越来越高的空气品质要求,需要确保压缩空气始终获得可靠露点和系统运行稳定。同时,高效节能和低碳环保的运行也是非常越来越考量管理者的智慧。