CN102580482A - 无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置 - Google Patents

Abstract

一种无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，所述无热吸附式压缩空气干燥机包括两个吸附塔，所述两个吸附塔并排布置，所述两个吸附塔的下端进气口之间设置进气气路切换装置，所述两个吸附塔的上端出气口分别通过单向阀与干燥空气出口连通，所述述两个吸附塔的上端出气口之间安装平衡管路，所述智能化零压差切换装置包括智能化控制器、用以检测两个吸附塔之间压差的压差传感器组件和用以依照控制指令进行大流量和小流量调节的受控微调阀，所述受控微调阀安装在平衡管路上，所述压差传感器组件和受控微调阀均与所述智能化控制器连接。本发明零压差切换、提升安全性能、提高工作效率。

Description

无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置

技术领域

本发明涉及无热吸附式压缩空气干燥机，尤其是一种无热吸附式压缩空气干燥机的切换控制装置。

背景技术

无热再生干燥机(以下简称无热吸干机)的基本工作原理为“变压吸附”，即含水分的压缩空气在高压时通过吸附剂吸附水分，在低压环境下吸附剂中的水分被“解吸”并重返气相，吸附剂因此而得以脱水“再生”。无热吸干机所用的低分压解吸空气取自于本机输出的一部分干燥成品气，这种再生气与成品气的同源使得无热吸干机具有极大的优点：能耗极低、结构简单、操作方便、稳定可靠。由于变压吸附是实际是等温过程，所以无热吸干机不需要另设冷却过程，吸附剂的解吸与再生可同步完成。

目前，最普遍的无热吸干机的结构是双塔结构，如附图1所示。图中A和B是密闭的塔桶，内装有吸附剂(例如活性氧化剂、分子筛、硅胶等)，且A、B塔的外形、尺寸、结构和吸附剂装载量相同。F₁、F₂、F₃、F₄为气路的截止/开通电磁阀，其中F₂、F₄为常闭阀；F₁、F₃为常开阀，此配置可以防止设备不工作状态下空气一样可以流通以保护空压机，a和b为单向阀，c和c’分别为节流阀和微调节流阀，E为消声器。

无热吸干机的工作过程可分为吸附→再生和再生→吸附这样两个相反的半周期过程来叙述。开机后，在吸附→再生阶段，在预先设定的时序控制下，进气阀F₃关闭，延时几秒后放气阀F₂开启；高压热湿空气从吸干机的进气口通过F₁由下往上进入A塔，此时A塔作吸附运行、B塔作再生运行。A塔中的水蒸汽在高压下被吸附剂所吸附，空气失去水分。在压力的作用下，A塔顶部的单向阀a被气流推开，干燥空气即成品气通过出气管口送出。

进气阀由时间程序控制器控制。在进气阀F₃关闭几秒钟之后，B塔底部的阀F₂开启，为B塔中含有大量水分的再生气尾气打开排出通道，B塔的压力降低。来自于A塔的干燥空气通过节流阀c和微调阀c’分支通道，由上往下进入B塔，此时B塔内为低压状态。在低压状态下，B塔中原先已被吸附剂所吸附的水分被解吸，解吸出来的水汽以再生气为载体，通过已开启的截止阀F₂和消声器E排出，B塔内的吸附剂由于脱水而获得活性再生。经过一定的时间之后，F₂关闭(F₃仍关闭)，气流从A塔通过节流阀c和微调节流阀c’进入B塔，使B塔增压。节流阀c和微调节流阀c’的作用是调节A→B气体流量，使得A、B塔经过一定的时间后达到压力平衡。在双塔压力达到平衡之后，F₃开启，间隔几秒钟后F₁关闭、F₄启动，吸干机进入下一个半周期，即B塔吸附、A塔再生。此时，上述所有的过程都反向运行。

传统技术对上述工作时间及时序分配，是由CPU的时序控制器预先设定，使用时根据现场实际情况对时间进行设置。尽管CPU时序控制方式比前的时间继电器控制方式有了很大的改进，但仍有两个缺陷：

1.一旦时序设置好了之后，例如吸附时间设置为5分钟，再生解吸时间设置为4分钟，就不能在工作过程中对时间再作改动了，即无法根据用气负载的轻重或露点温度的高低情况来“智能”切换吸干机的工作状态。其后果或是使成品气被大量浪费，或是成品气没有被干燥充分，成品气质量不达标。

2.在A、B塔切换过程中，由于是时序控制，上述的“经过一定的时间之后，F₂关闭”、以及“A、B塔经过一定的时间后达到压力平衡，...F₁开启”，其电磁阀动作的依据是时间，时间不到不动作，时间一到即动作。然而，电磁阀动作时一般A、B塔内的气压有时并未达到平衡(否则就不是所谓的“高压吸附”或“低压解吸附”了)，如果此时进行切换，会引起两方面的问题：

①高压气体会冲入低压塔中，损坏阀门，冲击低压塔内的吸附物颗粒(氧化铝等)，严重时吸附物颗粒甚至会冲出气流通道或堵塞气流通道，损坏机器，损坏后端用气设备，造成严重后果。

②吸附式干燥机的基本原理是变压吸附，即在高压下吸附，在低压下解吸附(再生)。在有压差情况下切换双塔工作状态，将使得高压塔中的水汽尚未被完全吸附就从吸附状态直接进入解吸附状态；低压塔中的吸附剂尚未被完全解吸附就从解吸附状态直接进入吸附状态，从而降低了吸附剂的吸附-解吸附效率，影响了整机的效率。为了有一个更清晰的概念，下面我们半定量估算由于有压差切换导致的吸附-解吸附效率的降低。

附图2为标准状态下的吸附量(单位质量吸附剂所吸附的气体体积或摩尔数)随压强的变化。由图可见，在OA段，吸附量随压强线性增大。在BC段，吸附量呈饱和，饱和吸附量为μ_c，即吸附量不再随着压强的增大而增大。假设A(高压吸附)在P₂压强、B塔(低压解吸附)在P₁压强处切换工作状态，那么，在P₁-P₂段，由于切换，压强变为相等，使得μ₁-μ₂段的吸附-解吸附没有发生。由图可知，吸附-解吸附效率的降低为

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\Δ\μ}}{{\mathrm{\μ}}_c}=\frac{{\mathrm{\μ}}_2-{\mathrm{\μ}}_1}{{\mathrm{\μ}}_c}\×100\%$

以图2中的数据为例：μ₁＝0.5μ_c，μ₂＝0.625μ_c，Δμ＝μ₂-μ₁＝0.125μ_c，即吸附-解吸附效率下降了12.5％。

由此可见，有压差切换不但会影响设备的安全运行，而且使吸附-解吸附效率降低。

现有的双塔式吸附干燥机，采用可编程逻辑控制(PLC)技术，通过出气端的露点温度来控制(提前或延迟)吸干机的吸附-再生时间的切换，这是依据出气端的负载来进行控制的技术，解决了上面所述的第一个缺陷。然而，现有的公开技术并未涉及在切换过程中双塔的气压是否平衡的问题，即并未解决上述的第二个缺陷。特别是，当负载不断变化的情况下(露点不断变化)，需要提前或延迟切换的时间变化比较大，因此，势必造成切换时双塔的压力差的变化比较大，从而使得上述的第二个缺陷更加明显。

发明内容

为了克服已有无热吸附式压缩空气干燥机的双塔切换时存在压差、安全性较差、工作效率较低的不足，本发明提供一种零压差切换、提升安全性能、提高工作效率的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，所述无热吸附式压缩空气干燥机包括两个吸附塔，所述两个吸附塔并排布置，所述两个吸附塔的下端进气口之间设置进气气路切换装置，所述两个吸附塔的上端出气口分别通过单向阀与干燥空气出口连通，所述述两个吸附塔的上端出气口之间安装平衡管路，所述智能化零压差切换装置包括智能化控制器、用以检测两个吸附塔之间压差的压差传感器组件和用以依照控制指令进行大流量和小流量调节的受控微调阀，所述受控微调阀安装在平衡管路上，所述压差传感器组件和受控微调阀均与所述智能化控制器连接；

所述智能化控制器包括用以当接收到执行切换动作指令时，控制受控微调阀处于大流量状态，当检测到压差为零时，控制受控微调阀处于小流量状态，向进气气路切换装置发出切换指令的零压差切换控制模块。

进一步，所述压差传感器组件包括压差传感器，一个吸附塔的上端出气口与另一个吸附塔的下端出气口之间或者一个吸附塔的下端出气口与另一个吸附塔的上端出气口之间安装传感支路，所述传感支路上安装压差传感器。

更进一步，在所述干燥空气出口处安装用以检测输出干燥空气的露点温度的温度露点仪，所述温度露点仪与所述智能化控制器连接，所述智能化控制器还包括：用以当露点温度比标准温度高时延长处于吸附状态的吸附塔的工作时间或缩短处于解吸附状态的吸附塔的工作时间，以及当露点温度比标准温度低时缩短处于吸附状态的吸附塔的工作时间或延长处于解吸附状态的吸附塔的工作时间的工作状态智能控制模块；用以当两个吸附塔的工作时间结束后发出执行切换动作指令的切换启动控制模块。

所述受控微调阀包括节流阀和节流电磁阀，所述节流阀和节流电磁阀并联设置，所述节流电磁阀与所述零压差切换控制模块连接。当然，也可以采用一个流量可以调节的控制阀，该控制阀具有大流量工作状态和小流量工作状态。

所述压差传感器的电流为4～20mA，所述压差范围为0.1MPa～7MPa。

所述智能化控制器为PLC控制器。

本发明的技术构思为：采用可编程逻辑控制(PLC)技术，在A、B塔的出气端分别采样气压，通过压差传感器送入PLC中进行比较，来控制节流阀c’，使得A、B塔可在气压平衡时进行切换。这种切换称之为“零压差切换”。

本发明的有益效果主要表现在：1、零压差切换可确保设备运行正常，避免出现吸附物颗粒冲出管道和堵塞阀门等情况，提高设备运行的安全性；同时，可提高吸附剂的吸附-解吸附效率，从而提高运行效率；2、此外，为了使整机系统性能提高，本技术对上述的第一个缺陷也同时做了改进，采用PLC技术，通过出气端的露点温度来控制吸干机的吸附-再生状态的切换，使得整机的功耗自动与空气处理量相匹配，稳定输出高品质的成品气，减少成品气的浪费，节约了能耗和气耗。

附图说明

图1是现有的无热吸附式压缩空气干燥机的结构和工作原理图。

图2是标准状态下的吸附量随压强的变化曲线的示意图。

图3是本发明的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，所述无热吸附式压缩空气干燥机包括两个吸附塔，所述两个吸附塔并排布置，所述两个吸附塔的下端进气口之间设置进气气路切换装置，所述两个吸附塔的上端出气口分别通过单向阀与干燥空气出口连通，所述述两个吸附塔的上端出气口之间安装平衡管路，所述智能化零压差切换装置包括智能化控制器、用以检测两个吸附塔之间压差的压差传感器组件和用以依照控制指令进行大流量和小流量调节的受控微调阀，所述受控微调阀安装在平衡管路上，所述压差传感器组件和受控微调阀均与所述智能化控制器连接；

所述智能化控制器包括用以当接收到执行切换动作指令时，控制受控微调阀处于大流量状态，当检测到压差为零时，控制受控微调阀处于小流量状态，向进气气路切换装置发出切换指令的零压差切换控制模块。

所述压差传感器组件包括压差传感器，一个吸附塔的上端出气口与另一个吸附塔的下端出气口之间或者一个吸附塔的下端出气口与另一个吸附塔的上端出气口之间安装传感支路，所述传感支路上安装压差传感器。

在所述干燥空气出口处安装用以检测输出干燥空气的露点温度的温度露点仪，所述温度露点仪与所述智能化控制器连接，所述智能化控制器还包括：用以当露点温度比标准温度高时延长处于吸附状态的吸附塔的工作时间或缩短处于解吸附状态的吸附塔的工作时间，以及当露点温度比标准温度低时缩短处于吸附状态的吸附塔的工作时间或延长处于解吸附状态的吸附塔的工作时间的工作状态智能控制模块；用以当两个吸附塔的工作时间结束后发出执行切换动作指令的切换启动控制模块。

所述受控微调阀包括节流阀和节流电磁阀，所述节流阀和节流电磁阀并联设置，所述节流电磁阀与所述零压差切换控制模块连接。当然，也可以采用一个流量可以调节的控制阀，该控制阀具有大流量工作状态和小流量工作状态。

所述压差传感器的电流为4～20mA，所述压差范围为0.1MPa～7MPa。所述智能化控制器为PLC控制器。

本实施例中由露点仪采集空气出口管道中的露点温度，但是并不仅仅限于此，也可从其他地方采样露点温度。露点温度仪将采集的露点温度信号传送到PLC，在PLC中，经与设定的标准露点信号对比之后，通过控制吸干机上的四个阀件F₁、F₂、F₃、F₄的切换时间，来改变A、B塔的工作状态。如果露点温度比标准露点高(此时属于重载情况)，说明压缩空气中所含的水分过多，需要进一步吸附水分。有两种方式来实现进一步吸附水分：一种方式是延长吸附塔的工作时间，第二种方式是缩短再生塔的工作时间，这两种方式都可以达到进一步吸附水分的目的。相反，如果露点温度比标准露点低(此时属于轻载情况)，说明压缩空气中所含的水分很少，成品气的质量很高，无需再吸附，此时可缩短吸附塔的工作时间或延长再生塔的工作时间，也可不做任何动作，输出更高品质的成品气。吸附时间和再生时间的缩短或延长是通过PLC控制F₁、F₂、F₃、F₄四个阀的切换来实现的。

对于双塔的“零压差切换”，本技术方案是：在A、B塔的出气端分别取样，通过压差传感器，将两路气压差值电流信号送入PLC中，运算后，PLC输出控制节流阀c’。假设某时刻A塔为高压吸附、B塔为低压解吸附，c’关闭(或关小)，A塔向后端管网送出成品干燥气。此时，压差传感器将送出反映气压差值的电流信号，在PLC中进行运算后，输出控制指令给c’，使之保持关闭(或关小)状态不变。对来自露点温度与设定温度进行比较后需要执行切换时，此时F₂或F₄关闭(准备切换)，同时输出信号启动c’，控制它的开启(或开大)，A塔向后端管网送出部分干燥气通过c和c’传向B塔，使得B塔气压上升。当压差传感器检测的压差信号为零时，此时两塔气压相等，输出控制指令关闭(或关小)c’，通过切换F₁、F₃阀的工作状态完成两塔切换，从而完成了A塔吸附、B塔解吸附这样的上半个周期，转入A塔解吸附、B塔吸附的下半个周期。

与已公开的技术相比较，本实施例具有在零压差情况下自动进行切换的优点，保护了各个阀门的安全，保证了设备的安全运行，延长了设备的运行寿命。同时，零压差切换可使高压塔中的吸附剂进一步吸附、低压塔中的吸附剂进一步被解吸附，从而提高了吸附-解吸附的利用率，提高了整机的运行效率。与常规的固定时序的方式相比，除了上述的运行安全、效率提高的特点之外，由于本技术还可通过负载(露点温度)来智能化匹配吸附和解吸附的最佳工作时间和切换时间，因此，可使得无功能耗和无功气耗减到最小，使成品气的质量保持稳定和达标。

PLC控制技术具有可编程、功能强大、维护方便、可靠性高和成本较低等突出优点，是空气干燥设备运行的一个非常实用、有效的控制方法。

采用PLC智能控制技术的节能作用，取决于负载轻重的变化及其持续的时间。由于不同的用户端有不同的用气情况，因此，无法准确计算出节能量。假如按照24小时中有12小时处于半载状态(这是大部分用户通常的情况)，则节省气耗可达25％。按照常用的中等偏小空气处理流量10m³/min的吸干机估算，一年365*24的耗气为525.6万m³。采用PLC控制之后，节气25％，即可节省耗气131.4万m³，节能效果及其经济效益相当可观。

Claims (6)

1.一种无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，所述无热吸附式压缩空气干燥机包括两个吸附塔，所述两个吸附塔并排布置，所述两个吸附塔的下端进气口之间设置进气气路切换装置，所述两个吸附塔的上端出气口分别通过单向阀与干燥空气出口连通，其特征在于：所述述两个吸附塔的上端出气口之间安装平衡管路，所述智能化零压差切换装置包括智能化控制器、用以检测两个吸附塔出气端之间压差的压差传感器组件和用以依照控制指令进行大流量和小流量调节的受控微调阀，所述受控微调阀安装在平衡管路上，所述压差传感器组件和受控微调阀均与所述智能化控制器连接；

所述智能化控制器包括用以当接收到执行切换动作指令时，控制受控微调阀处于大流量状态，当检测到压差为零时，控制受控微调阀处于小流量状态，向进气气路切换装置发出切换指令的零压差切换控制模块。

2.如权利要求1所述的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，其特征在于：所述压差传感器组件包括压差传感器，一个吸附塔的上端出气口与另一个吸附塔的下端出气口之间或者一个吸附塔的下端出气口与另一个吸附塔的上端出气口之间安装传感支路，所述传感支路上安装压差传感器。

3.如权利要求1或2所述的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，其特征在于：在所述干燥空气出口处安装用以检测输出干燥空气的露点温度的温度露点仪，所述温度露点仪与所述智能化控制器连接，所述智能化控制器还包括：用以当露点温度比标准温度高时延长处于吸附状态的吸附塔的工作时间或缩短处于解吸附状态的吸附塔的工作时间，以及当露点温度比标准温度低时缩短处于吸附状态的吸附塔的工作时间或延长处于解吸附状态的吸附塔的工作时间的工作状态智能控制模块；用以当两个吸附塔的工作时间结束后发出执行切换动作指令的切换启动控制模块。

4.如权利要求1或2所述的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，其特征在于：所述受控微调阀包括节流阀和节流电磁阀，所述节流阀和节流电磁阀并联设置，所述节流电磁阀与所述零压差切换控制模块连接。

5.如权利要求2所述的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，其特征在于：所述压差传感器的电流为4～20mA，所述压差范围为0.1MPa～7MPa。

6.如权利要求1或2所述的无热吸附式压缩空气干燥机的智能化零压差切换装置，其特征在于：所述智能化控制器为PLC控制器。

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