Системы осушения воздухом на воздуходувках, преимущества и недостатки

На многих предприятиях в различных отраслях, начиная от производства пива и минеральной воды и заканчивая сталелитейными комбинатами и трубными заводами, регулярно возникают задачи осушения продукции или тары.

Например, при производстве напитков, после того, как налили продукт в бутылку и помыли бутылку, ее нужно осушить, чтобы на бутылку можно было нанести печать или наклеить этикетку. В противном случае печать смазывается, а этикетка деформируется или вообще отваливается.

На трубных заводах металлические листы, хранившиеся или перевозившиеся в открытом виде, могут иметь слой выпавших на нее осадков (дождь или снег). Также при производстве труб процесс контроля качества сварного шва при помощи ультразвука требует, чтобы поверхность трубы была мокрая. Последующий же процесс контроля геометрии трубы при помощи лазера требует, чтобы труба наоборот была сухая.

Очевидно, что если дожидаться, пока процесс сушки произойдет естественным образом, может пройти очень много времени и это приведет к замедлению технологического процесса, снижению производительности завода и, как следствие, снижению прибыли.

На ум приходит очевидный вывод – нужно как-то ускорить процесс сушки. Какие же есть варианты ускорения процесса?

   

Исходя из базовых знаний физики, можно предположить три способа:

- нагрев;

- обдув воздухом;
- осушение потом сжатого воздуха.

Рассмотрим далее все три варианта:

Вариант №1. Нагрев. По понятным причинам, нагрев далеко не всегда допустим при производстве напитков и пищевых продуктов. Нагрев требует высоких затрат электроэнергии для создания тепла и последующей доставки до поверхности. Данный метод мы еще изучаем, но к примеру для осушения металлического листа 4500 мм, при скорости 5 м/мин с двух сторон на предварительных расчетах потребовалось около 400 кВт электроэнергии. Решение на сжатом воздухе требовало 300 кВт, а на воздуходувке 110-150 кВт.

Вариант №2. Сушка сжатым воздухом. Использование сжатого воздуха для осушения – это очевидное решение, которое может прийти на ум инженерам и технологам на предприятии. Сжатый воздух зачастую уже есть на производстве (требуется для других задач) и его можно подвести практически к любому месту установки оборудования. Использование сжатого воздуха в задачах осушения является не столько энергозатратным, как использование ТЭНов. Также использование сжатого воздуха позволяет использовать датчики наличия продукции на конвейере и, для снижения затрат сжатого воздуха, отключать его подачу на время промежутков между отдельными изделиями (если технологический процесс допускает наличие таких промежутков). Однако, как это не очевидно вначале, когда мощный компрессор, уже стоящий на производстве, не используется на полную производительность, подключение дополнительных потребителей сжатого воздуха (форсунки, ножи и т.д.), приведет к затратам электроэнергии на производство этого сжатого воздуха.

Пример установки воздушного ножа на сжатом воздухе для сушки деталей на транспортере

Предположим, что вы планируете осуществлять сушку продукции двумя ножами, длиной по 24” (610 мм). При давлении 5.6 бар (рекомендуемое давление для задач осушения - от 5,6 до 8.4 бар) каждый нож будет потреблять 2265 л/мин. Итого: 2х2265 = 4530 л/мин. Это потребует компрессора, производительностью 4530 + 20% (запас производительности для винтовых компрессоров) = 5436 л/мин, потребляющего не менее 30 кВт электроэнергии (в зависимости от производителя). За год эксплуатации системы в режиме 24/7 365 дней в году и стоимости 1 кВтч = 5 руб, затраты на электроэнергию составят 30 х 24 х 365 х 5 = 1314000 руб. Это примерно будет соответствовать дополнительным затратам на электроэнергию, если вы подключите к существующей системе подачи сжатого воздуха на производстве систему осушения из двух ножей по 24”. Обратите внимание на то, что сжатый воздух должен быть очищен, осушен и очищен от масла. Т.е. при относительно небольших начальных вложениях на систему осушения на сжатом воздухе, стоимость эксплуатации такой системы может «влететь в копеечку» и может не только нивелировать прибыль от повышения производительности и качества продукции, но и наоборот, принести убытки. В каждом конкретном случае необходимо производить более точные расчеты, но общий смысл будет примерно одинаковый.

Вариант №3. Интенсивный обдув воздухом (воздуходувка). Cамым эффективным по результату и энергозатратам является осушение при помощи воздуходувки. Суть заключается в том, что большой объем воздуха с достаточным давлением нагнетается турбиной и подается через воздушные ножи, аналогично решению на сжатом воздухе. Но есть ряд существенных отличий, которые приведены в таблице ниже.

 

Параметр	Сжатый воздух (2 ножа по 24”)	Воздуходувка (2 ножа по 24”)
Давление воздуха	5,6 бар	0,15-0,2 бар
Расход воздуха	4530 л/мин	13600 л/мин
Толщина щели ножа	0,05 мм	1 мм
Подключение ножа	1/4"	3”
Энергопотребление	30 кВт	10,5 кВт

 

Как видите, энергопотребление системы на базе воздуходувки примерно в 3 раза ниже энергопотребления системы на сжатом воздухе. При этом объем нагнетаемого воздуха в 3 раза больше. Т.е. за счет экономии электроэнергии система сушки на базе воздуходувки принесет прибыль (сэкономит средств) (30 - 10,5) х 24 х 365 х 5 = 854100 руб в течение 1 года. Также, как показывает практика и тестовые испытания в условиях реального производства, осушение при помощи большого потока воздуха с невысоким давлением (воздуходувка) более эффективно, чем осушение при помощи потока воздуха меньшего объема, но с бОльшим давлением (сжатый воздух).

Далее приведем основные достоинства и недостатки систем сушки на воздуходувке.

Достоинства:

1. Низкое энергопотребление.
2. Высокое качество осушения.
3. Небольшое давление в шлангах – ниже требования к трассам подачи воздуха.
4. Небольшое давление – ниже требования по безопасности работы с воздухом.
5. Использование шкафа управления позволяет полностью настраивать систему и контролировать ее работу.
6. Небольшой объем пространства, требуемый для установки всей системы (по сравнению с аналогичной системой на сжатом воздухе, учитывая габариты компрессора и ресивера).

Недостатки:

1. Подбор решения требуется знания технологии расчетов параметров системы осушения (длины и типа ножей, давления и расхода).
2. Необходимо согласование потребителей воздуха (воздушных ножей) и воздуходувки по давлению и объему воздуха.
3. Ограниченная масштабируемость готовой системы при увеличении длины и изменении типа ножей, увеличении размера щели – может потребоваться замена шпинделя, двигателя, либо воздуходувки целиком или установки дополнительной воздуходувки.
4. Высокие требования к маршруту и траектории трасс подачи воздуха – потери давления при увеличении длины трассы, на поворотах, на делителях потока.
5. Более высокая начальная стоимость по сравнению с системой на сжатом воздухе (при условии наличия на производстве компрессора). Окупается в течение одного-двух лет за счет экономии электроэнергии.
6. Система должна предполагать длительный режим работы, режим старт-стоп чаще, чем несколько раз в час, не приветствуется либо должен осуществляться путем частотного регулирования. 

Как видите, система на базе воздуходувки также имеет ряд недостатков. Но, как показывает практика, они с лихвой компенсируются эффективностью работы системы, качеством осушения и низким энергопотреблением.