压缩空气系统知识大全
气源设备（空气压缩机）吸入大气，将自然状态下的空气压缩为高压空气，再经净化设备去除水分、油分及其他杂质。
自然界空气为多种气体混合物，含有一定量水蒸气的称为“湿空气”，不含水蒸气的称为“干空气”。空压机的工作介质均为湿空气。虽然水蒸气含量占比不大，但其物理性质对系统影响显著，因此干燥是压缩空气净化系统的核心环节。
在特定温压条件下，湿空气中水蒸气含量存在极限。达到最大含量时称为“饱和空气”，未达极限时称为“未饱和空气”。
露点不仅与温度相关，更取决于湿空气中的水分含量：含水量越大，露点越高；反之则越低。
露点温度在压缩机工程中至关重要。若空压机出口温度过低，油气桶内油气混合物可能结露，导致润滑油含水，影响润滑效果。因此，设计时必须确保出口温度不低于相应分压力下的露点温度。
常压露点指大气压下的露点温度，压力露点则指压力空气的露点温度。两者对应关系与压缩比有关：在压力露点相同的情况下，压缩比越大，对应的常压露点越低。
空压机出口的压缩空气含有多种污染物，主要包括：
1. 水：液态水滴、水雾及气态水蒸气；
2. 油：残留润滑油雾（雾状油滴、油蒸气）；
3. 固体杂质：锈泥、金属粉末、橡胶细末、焦油粒及密封材料碎屑等；
4. 其他有害化学杂质。
空气质量不良会大幅降低气动系统的可靠性与使用寿命，由此产生的损失往往远超气源处理装置的成本。因此，正确选用气源处理系统至关重要。
压缩空气污染物来源解析
1. 水分的主要来源
压缩空气中的水分主要来源于随空气吸入的水蒸气。湿空气进入空压机后，在压缩过程中大量水蒸气被挤压成液态水，使出口压缩空气的相对湿度显著降低。例如，在系统压力0.7MPa、吸入空气相对湿度80%的情况下，空压机输出的压缩空气虽在压力下呈饱和状态，但折合至压缩前的大气压状态，其相对湿度仅约为6~10%。这表明压缩过程已去除了大部分水分。然而，在输气管道和用气设备中，随着温度逐渐下降，仍会有大量液态水从压缩空气中凝结出来。
2. 油污染的成因
压缩空气中的油污染主要来源于空压机润滑油、环境空气中的油蒸气/悬浮油滴，以及系统中气动元件的润滑用油。
除离心式和膜片式空压机外，几乎所有类型的空压机（包括无油润滑机型）都会或多或少地将污油（油滴、油雾、油蒸气及碳化裂变物）带入用气管道。
空压机压缩腔的高温会导致约5%~6%的润滑油汽化、裂化和氧化，形成碳和漆状膜积沉于管道内壁。轻质馏分则以蒸汽和微小悬浮物的形式随压缩空气进入系统。
综上，对于无需润滑的系统，混入的任何油类均视为污染物；对于需润滑的系统，多余的防锈漆、压缩机油等均视为杂质。
3. 固体杂质的进入途径
压缩空气中的固体杂质主要来源有二：① 大气中的杂质：即使吸气口装有过滤器，粒径小于5μm的“气溶胶”类杂质仍可能进入空压机内部，在压缩过程中与油、水混合进入排气管道。
② 内部磨损产物：空压机零件间的摩擦撞击、密封件老化脱落、润滑油高温碳化裂变，会产生金属微粒、橡胶粉尘及碳质裂变物等固体微粒，随气流进入用气管道。
气源设备与净化系统
气源设备即压缩空气产生装置——空气压缩机。常见类型包括活塞式、离心式、螺杆式、滑片式、涡旋式等。
● 储气罐
● 干燥机
冷冻式干燥机（冷干机）是最常用的除水设备，适用于一般气源品质要求的场合。其利用压缩空气中水蒸气分压随温度变化的特性，通过降温脱水来降低压缩空气的“露点温度”，是工业压缩空气后处理的必备设备。
1. 基本原理
去除水蒸气可采用加压、冷却、吸附等方法。冷冻式干燥机应用的是冷却法。湿空气的含湿量与压力成反比，压力越高，含湿量越少。压缩过程中，部分水蒸气凝析成水。但空压机排气仍处于压缩状态，水蒸气含量处于临界饱和值。若继续加压或降温，水蒸气将迅速凝析。
虽然加压可除水，但每提高1公斤压力需消耗约7%能耗，经济性较差。相比之下，“冷却”除水更为经济。冷冻式干燥机原理类似空调除湿：饱和空气中水蒸气密度仅取决于温度。温度越低，水蒸气密度越小，水分越少。
通过将压缩空气冷却至低温，使水蒸气凝结成水滴并排出，即可达到干燥目的。为防止结冰堵塞，温度通常控制在冰点以上，一般冷冻式干燥机的标称“压力露点温度”为2~10℃。例如，0.7MPa下10℃的压力露点换算为常压露点约为-16℃，意味着在不低于-16℃的环境中使用，排气不会出现液态水。
需注意，所有除方式均为相对干燥，追求绝对干燥既不可能也不经济。
2. 工作原理
冷冻式干燥机通过对压缩空气冷却降温，使水蒸气凝结成液滴，并经自动排水系统排出。只要下游管路环境温度不低于蒸发器出口露点温度，即可避免二次结露。
3. 工作流程
压缩空气进入空气热交换器（预热器）【1】初步降温，随后进入氟利昂/空气热交换器（蒸发器）【2】极速冷却至露点温度（2~10℃）。析出的液态水在汽水分离器【3】中与空气分离，并通过自动排水装置排出。
干燥后的低温压缩空气通常返回预热器【1】，与刚进入的高温压缩空气进行热交换。此举目的有二：
① 利用“废冷”预冷进气，降低制冷负荷；
② 提升出口空气温度，防止后端管道外壁结露、滴水或生锈。
制冷流程：
制冷剂氟利昂经压缩机【4】压缩后，成为高温高压蒸气排入冷凝器【6】。在冷凝器中，制冷剂与空气或冷却水热交换，冷凝为液态。液态制冷剂经毛细管/膨胀阀【8】降压降温后进入蒸发器【2】，吸收压缩空气热量而气化。气化的制冷剂蒸气再次被压缩机吸入，完成循环。
制冷剂通过压缩、冷凝、膨胀（节流）、蒸发四个过程实现连续制冷循环，从而达到冷冻干燥压缩空气的目的。
4. 各部件功能详解
空气热交换器：防止外接管路外壁冷凝水形成。干燥后的空气离开蒸发器后，在此与高温湿热进气进行热交换，既降低了进气温度，又提升了出气温度。
热交换：制冷剂在蒸发器内吸热气化，压缩空气换热降温，促使水蒸气由气态转为液态。
水分离器：分离析出的液态水。分离效率越高，水分重新挥发比例越小，压力露点越低。
压缩机：将气态制冷剂压缩为高温高压气体。
旁通阀：控制制冷温度，防止液态水温度降至冰点以下造成冰堵，将压力露点稳定控制在1~6℃之间。
冷凝器：降低制冷剂温度，使其由高温气态变为低温液态。
过滤器：有效过滤制冷剂中的杂质。
毛细管/膨胀阀：制冷剂在此体积膨胀、温度降低，变为低温低压液体。
气液分离器：确保只有气态制冷剂进入压缩机，防止液态制冷剂引起液击损坏压缩机。
自动排水器：定时排出积聚在分离器底部的液态水。
冷冻式干燥器结构紧凑、维护方便且费用较低，适用于压力露点温度要求在0℃以上的场合。
吸附式干燥机：利用干燥剂对强制流过的压缩空气进行脱湿干燥，日常多采用再生型吸附式干燥机。
● 过滤器
过滤器类型包括主管路过滤器、气水分离器、活性炭除味过滤器、蒸汽除菌过滤器等。其主要作用是清除空气中的油污、粉尘、水分及其他杂质，以获得洁净的压缩空气。