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压缩空气系统中的相对湿度与露点

2022年03月29日 09:38:51   分类: 空压机

您知道如何计算压缩空气系统的露点和相对湿度吗?了解这些措施以及它们之间的关系将帮助您将压缩空气系统保持在最佳性能。为了最大限度地减少系统中的冷凝问题,了解空气中的水分含量与空气能够容纳的水分含量非常重要。测量或计算露点和相对湿度 (RH) 可以帮助您避免压缩空气系统和生产应用出现问题。以下是如何知道您的压力露点是否过高以及您可以采取哪些措施来解决它。

相对湿度和露点有什么关系?

露点和相对湿度是相关的,但它们不是一回事。它有助于理解每个术语的含义以及它们如何相互关联。

什么是露点?

露点是空气中的水蒸气开始凝结成液体的温度。露点是衡量空气中水分含量的指标。较高的露点意味着空气中有更多的水分。

一定体积的空气中可以容纳的水量与其温度直接相关。较热的空气比较冷的空气可以容纳更多的水蒸气。随着空气在恒定压力下冷却,它变得越来越饱和。随着温度继续下降,多余的水会凝结成液体。发生这种情况的温度是露点。

我们在大气压下在自然界中看到了这一点。白天温暖的空气含有更多的水分(或湿度)。随着温度在一夜之间变冷,草和其他表面上会形成露水。空气中的湿度越高,冷凝开始形成的温度就越高。在非常低的湿度下,在温度低于水的冰点之前可能不会形成冷凝。我们称之为霜点。

什么是相对湿度?

相对湿度 (RH) 是衡量空气饱和程度的指标——换句话说,空气中的水分含量相对于空气保持水分的总容量。请记住,这是一个相对的衡量标准。仅 RH 并不能告诉您空气中的总水分含量。它只是告诉你在给定的温度和压力下你离饱和有多近。在 100% RH 时,空气完全饱和。此时进入空气中的任何额外水分都会导致冷凝开始形成。在 50% RH 时,空气可以继续吸收额外的水分而不会导致冷凝。

与露点一样,相对湿度与温度直接相关。相对湿度为 50% 的 85°F 的一天,湿度为 100% 的 40°F 天的空气中的绝对湿度要少得多。这就是为什么凉爽的日子感觉更干燥,即使报告的相对湿度相同。随着空气冷却,相对湿度上升,即使没有额外的水分进入空气。当我们达到 RH 为 100% 的温度时,我们已经达到了露点。

计算压缩空气的压力露点和相对湿度

压缩空气系统空气中的水分含量在很大程度上取决于外部空气的湿度。进气中的水分越多,压缩空气系统中的水蒸气(和潜在的冷凝水)就越多。

压缩空气系统中的露点称为压力露点 (PDP),例如系统运行时 PSI 的露点。(这与大气露点或大气压力下的空气露点形成对比。)RH 和露点特定于空气所处的压力。当空气被加压时,多余的水分会像海绵中的水一样从空气中挤出。

为了形象化这一点,请记住空气的持水能力取决于其温度。这意味着在相同温度下 1 立方米的进气和 1 立方米的压缩空气可以容纳相同数量的水。但是,在压缩过程中,我们将更多的空气(就实际的空气和水蒸气分子而言)压缩到我们的 1 立方米中。如果我们将压力从 1 bar(大气压)提高到 8 bar(大约 116 PSI),我们会将 1 m3 的进气压缩到 1/8 m3 的空间中,因此我们的 1 m3 压缩空气现在包含 8 倍水蒸气在大气压下为 1 m3。如果进入的空气已经饱和(100% RH),那么所有多余的水都会以冷凝的形式流失。

对于制造商而言,了解其系统运行时的压力和工作温度的露点和相对湿度非常重要。换句话说,系统中的空气中有多少水分(绝对湿度)以及它们与系统露点的接近程度(相对湿度)。

如何测量压缩空气系统的压力露点

确定压缩空气系统压力露点的最简单方法是直接测量。您可以使用露点传感器测量压缩空气系统的 PDP。传感器测量温度和微量水分以确定冷凝开始发生的点。

Aire 提示:大多数空气干燥器都集成了露点传感器,以持续监控系统的露点。

如何计算压缩空气的露点和相对湿度

还可以计算压缩空气系统的露点和相对湿度。为此,您必须知道进入压缩机的空气中有多少水分。我们首先需要计算进气的绝对湿度——即在给定体积的空气中存在的水蒸气总量。如果我们知道进气的相对湿度和温度,我们就可以计算出以克每立方米为单位的绝对湿度。要计算以 g/m3 为单位的绝对湿度,您需要以摄氏度和 RH 为单位的进气温度(以 % 表示)。您还将使用自然对数 (e)。公式为:

或者,您可以使用众多方便的在线 RH 到 AH 计算器之一来为您执行此操作。

现在,我们需要确定压缩空气的水分承载能力(也称为饱和蒸汽密度)。同样,这取决于它的温度。

或者,您可以使用众多方便的在线 RH 到 AH 计算器之一来为您执行此操作。

现在,我们需要确定压缩空气的水分承载能力(也称为饱和蒸汽密度)。同样,这取决于它的温度。使用饱和曲线或表格最容易做到这一点,如下所示: 

系统的露点是压缩空气的相对湿度为 100% 的点,或者当进入的空气的绝对湿度等于压缩空气的水分承载能力时。RH 计算如下: 

RH =(实际蒸气密度/饱和蒸气密度)*100

如果 RH 大于 100,就会出现冷凝。低于 100 的数字为您提供系统的 RH,并告诉您与露点的距离。

让我们看一个例子:

  • 进气温度为 20°C (68°F),相对湿度为 60%,绝对湿度(实际蒸汽密度)为 10.3 g/m 3 (来自NOAA 计算器)。 

  • 压缩空气的温度为 40°C (104°F)。饱和蒸气密度 = 51 g/m 3 (来自图表)。 

  •  空气从 1 bar 压缩到 8 bar。空气的新绝对湿度为 10.3 g/m 3 x 8 = 82.4 g/m 3 。

  • 相对湿度 = (82.4/51) * 100 = 162%

由于 100% 是最大 RH,我们知道在这个例子中会出现冷凝。

现在,让我们将传入的 RH 降低到 20%:

  • 实际蒸气密度 = 3.4 g/m 3 (来自 NOAA 计算器)

  • 在相同压缩下,新的绝对湿度 = 3.4 g/m 3 x 8 = 27.2 g/m 3  

  • 相对湿度 = (27.2/51) * 100 = 53%

在这种情况下,RH 低于系统内的饱和蒸汽密度,因此不会发生冷凝。

压缩空气温度和露点

请记住,压缩空气系统内空气的饱和蒸汽密度取决于温度,并且空气的温度在通过系统时会发生变化。直接从压缩机出来的空气会很热,因此它比冷空气能容纳更多的水分。这就是为什么当压缩空气位于空气接收器或通过空气管道时,冷凝水往往会从压缩空气中脱落。就像空气冷却时会在一夜之间形成露水一样,当压缩空气系统中的空气冷却到露点时,就会开始形成冷凝水。

为什么露点对压缩空气很重要?

如果你的露点太高——也就是说,如果你的系统中的空气中有很多水分——你会有更多的冷凝水和更多的水蒸气从管道中流出。如果您可以降低空气的露点,则可以避免与压缩空气系统中液体过多相关的问题。

压缩空气管路中的水的常见问题

压缩空气系统中的水会导致许多问题。其中最严重的是压缩机本身、空气管路和系统其他组件的腐蚀。此外,空气管路中的过量液体会导致:

  • 压缩空气驱动的工具和设备的腐蚀

  • 产品质量问题(特别是对于喷漆房应用、制药、食品加工和其他对水分敏感的应用)

  • 控制管路结冰和设备损坏的风险

  • 空压机仪表读数错误 

  • 控制管线和空气管线中的微生物生长 

压缩空气系统的露点应该是多少?

连续露点监测器将告诉您系统当前运行的露点。压缩空气系统的典型露点在 50°F 到 94°F 之间。

一些应用——例如喷漆房、印刷、食品加工和制药——需要超干燥的空气。对于这些应用,您需要通过去除空气中的水分来降低系统的露点。

Aire 提示:对于大多数应用,保持相对于系统露点的 75% 或更低的 RH 足以保持空气管路无液体。

如何降低压缩空气系统的露点

您可以通过去除空气中多余的水分来降低压缩空气系统的露点。这可以通过安装水分离过滤器、空气干燥器或两者来完成。烘干机有两种:

  • 冷冻式空气干燥机的工作原理是将空气冷却至 33-40°F,让多余的水冷凝,然后将空气恢复到环境温度,然后再将其添加到系统中。这将露点降低到 33-40°F(空气冷却的温度)。对于大多数应用,冷冻式干燥机可充分降低露点。 

  • 干燥剂空气干燥器通过化学过程从空气中去除水分。它们可以将露点降低到 -40 到 -100°F,为敏感应用创造超干燥空气。


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