Кислородный компрессор относится к компрессору, используемому для сжатия и транспортировки кислорода. Как основное техническое оборудование в этой области, эта статья фокусируется на анализе принципов, конструкции и применения кислородного компрессора.

Обзор кислородного компрессаor Технология

В секторе промышленных газов для повышения давления и подачи кислорода в основном используются два технических подхода: повышение давления путем испарения жидкого кислорода и прямое сжатие с использованием кислородных компрессоров.

Первый генерирует газ высокого давления посредством фазового расширения жидкого кислорода в теплообменниках, тогда как последний использует специализированные компрессоры для прямого сжатия кислорода в газовой фазе. В этой статье основное внимание уделяется анализу кислородных компрессоров как основного технического оборудования.

Кислородные компрессоры — это специализированные устройства, предназначенные для сжатия чистого кислорода, принципиально отличающиеся от стандартных воздушных компрессоров. В связи с сильной окисляемостью кислорода и его способностью поддерживать горение (контакт с маслами под высоким давлением может привести к взрыву), их конструкция и производство должны соответствовать строгим стандартам безопасности.

Согласно стандарту ISO 15001, кислородные компрессоры представляют собой риск взрыва на три порядка выше, чем обычные компрессоры, что требует уникальных конструктивных решений и выбора материалов.

Принцип работы и процесс кислородного компрессора

Основная технология кислородного компрессора заключается в его интегрированной системе разделения и сжатия газа. Интеллектуальный рабочий процесс системы включает пять точно скоординированных ключевых этапов, образующих полную техническую цепочку от обработки воздуха до выхода кислорода высокой чистоты.

Предварительная обработка воздуха

Этап предварительной обработки воздуха является краеугольным камнем всего процесса. В нем используется многоступенчатая система воздушных фильтров для постепенного удаления взвешенных частиц размером ≥ 0.01 мкм из воздуха, включая пыль, микроорганизмы и другие примеси.

Система фильтрации обычно включает в себя первичный металлический фильтр, высокоэффективный фильтрующий элемент HEPA и адсорбционный слой из активированного угля для тройной защиты; при этом окружающий воздух точно регулируется до оптимального диапазона сжатия 15–25 ℃ с помощью интеллектуального устройства контроля температуры.

Этот процесс контроля температуры может не только повысить эффективность последующего сжатия, но и эффективно предотвратить образование ледяных пробок, вызванных конденсацией водяного пара в условиях низких температур.

Многоступенчатое сжатие

Многоступенчатый компрессор использует концепцию изотермического сжатия, аналогичную центробежному компрессору . Разложив общую степень сжатия на многоступенчатые компрессорные блоки (обычно 3-5 ступеней), степень сжатия каждой ступени строго контролируется в пределах 3:1. Такая стратегия ступенчатого сжатия позволяет значительно снизить повышение температуры на отдельной ступени.

В кожухотрубчатом охладителе, установленном между ступенями, используется технология противоточного теплообмена и система циркуляции охлаждающей воды для постоянного снижения температуры газа до уровня ниже 40 °C, что гарантирует поддержание термической нагрузки материала на безопасном уровне.

После многоступенчатой ​​синергии различные кислородные компрессоры, представленные на рынке, в конечном итоге могут выдавать медицинский кислород давлением 30 МПа или кислород сверхвысокого давления давлением 300 МПа для использования в аэрокосмической отрасли с точностью регулирования давления ±0.5%.

Очистка конденсата

Система очистки конденсата играет роль, аналогичную сепаратор воздуха и воды В обычном воздушном компрессоре он вводит газ высокого давления в пластинчато-ребристый конденсатор. Устройство использует технологию микроканального теплообмена.

Под действием жидкого азотного хладагента температура газа резко падает до -50°C в течение 3 секунд. Этот быстрый процесс охлаждения может заставить более 99% паровой фазы воды перейти в жидкую и отделиться путем гравитационного осаждения.

Температура точки росы системы стабильно поддерживается на крайне сухом уровне -70°C; последующий циклонный сепаратор формирует поле центробежных сил с тангенциальной скоростью 150 м/с, которое позволяет эффективно удалять частицы масляного тумана и твердые примеси диаметром более 5 мкм, гарантируя чистоту газа, соответствующую стандарту NAS 1638 Class 5.

Адсорбция на молекулярном сите

В блоке адсорбции молекулярного сита используется цеолитовый материал молекулярного сита 13X, микропористая структура которого размером 0.3–0.8 нм обеспечивает селективный адсорбционный эффект на молекулах азота (динамический диаметр 0.364 нм), в то время как молекулы кислорода (0.346 нм) могут свободно проходить.

Двухбашенный адсорбционный слой обеспечивает быстрое переключение за 0.3 секунды с помощью группы электромагнитных клапанов, а во время стадии адсорбции башни А башня В одновременно регенерируется путем продувки горячим азотом при температуре 150 °C.

Подобно принципу работы осушителя с адсорбентом , этот попеременный режим работы стабильно повышает чистоту кислорода до медицинского уровня 93%±3%, обеспечивая при этом непрерывную работу системы в течение более 8,000 часов.

Терминальное сжатие

В заключительной ступени сжатия используется безмасляная система смазки, состоящая из поршня с керамическим покрытием и направляющего кольца из политетрафторэтилена (ПТФЭ), что полностью исключает риск загрязнения маслом, сохраняя при этом коэффициент трения ниже 0.1.

Воздушный резервуар оснащен разрывной мембраной из титанового сплава толщиной 0.1 мм, которая может обеспечить безопасный сброс со скоростью реагирования менее 5 мс, когда давление превышает предел; интегрированная интеллектуальная система управления использует алгоритм ПИД для динамической регулировки степени сжатия и выходного потока посредством обратной связи в реальном времени с массового расходомера и датчика давления, достигая точности регулирования расхода ±1% в диапазоне 0.5–50 м³/мин.

Разнообразные сценарии применения

Приложения для здравоохранения

Домашние концентраторы кислорода: Интегрированная технология PSA с регулируемым потоком 0.5–5 л/мин.

Централизованное снабжение больницы кислородом: сетевые компрессорные кластеры поддерживают колебания давления <0.5%.

Аварийные системы: Компрессоры для барокамер, устанавливаемые на транспортных средствах (холодный запуск -30°C).

Промышленное производство

Сталеплавильное производство: подача кислорода под давлением 3–5 МПа для систем обогащенного дутья.

Производство стекла: компрессоры 15 МПа для кислородно-топливной технологии.

Очистка сточных вод: системы аэрации высокого давления сокращают потребление энергии на 40%.

Передовые технологические области

Аэрокосмическая техника: двухрежимные компрессоры жидкого/газообразного кислорода для переходов вакуум-атмосфера.

Хранение энергии: Системы совместной компрессии кислорода и водорода достигают эффективности цикла 75%.

Глубоководные исследования: компрессоры с титановым корпусом, работающие на глубине 6,000 м.

Подробнее Kotech Компрессор

От выбора компрессора до установки и обслуживания, независимо от типа компрессора, Kotech Компания Compressor может предоставить полное руководство с оптимальными советами и решениями для вашего проекта.

Теперь на нашем сайте открылась новая функция под названием «книжный шкаф». В дальнейшем обновления KotechПродукция будет своевременно представлена ​​на этом книжном шкафу.

Нажмите ниже, чтобы узнать больше о производимых нами воздушных компрессорах.