ما هي معدات مصدر الهواء؟ وما هي المعدات الموجودة؟

ما هي معدات مصدر الهواء؟ وما هي المعدات الموجودة؟

معدات مصدر الهواء هي أجهزة توليد الهواء المضغوط، وتُعرف باسم ضاغط الهواء. توجد أنواع عديدة من ضواغط الهواء، منها الشائعة ضواغط المكبس، والضواغط الطاردة المركزية، والضواغط اللولبية، والضواغط ذات الريش المنزلق، والضواغط الحلزونية، وغيرها.
يحتوي الهواء المضغوط الخارج من ضاغط الهواء على كمية كبيرة من الملوثات مثل الرطوبة والزيوت والغبار. لذا، يجب استخدام معدات تنقية لإزالة هذه الملوثات بشكل صحيح لتجنب إلحاقها الضرر بالتشغيل الطبيعي للنظام الهوائي.

معدات تنقية الهواء هي مصطلح عام يشمل مجموعة متنوعة من المعدات والأجهزة. ويُشار إليها أيضاً في الصناعة باسم معدات المعالجة اللاحقة، والتي تشمل عادةً خزانات تخزين الغاز، والمجففات، والمرشحات، وما إلى ذلك.
● خزان الهواء
تتمثل وظيفة خزان تخزين الغاز في التخلص من تذبذب الضغط، والاعتماد على التمدد الأديباتي والتبريد الطبيعي لخفض درجة الحرارة، وفصل الرطوبة والزيت في الهواء المضغوط، وتخزين كمية محددة من الغاز. من جهة، يُخفف هذا الخزان من مشكلة تجاوز استهلاك الهواء لحجم الهواء الخارج من ضاغط الهواء في فترة زمنية قصيرة. ومن جهة أخرى، يُوفر إمدادًا مؤقتًا بالهواء عند تعطل ضاغط الهواء أو انقطاع التيار الكهربائي، مما يضمن سلامة المعدات الهوائية.

●مجفف هواء

مجفف الهواء المضغوط، كما يوحي اسمه، هو نوع من معدات إزالة الماء من الهواء المضغوط. يوجد نوعان شائعان الاستخدام: مجففات التجميد ومجففات الامتزاز، بالإضافة إلى مجففات التمييع ومجففات الأغشية البوليمرية. يُعد المجفف المبرد أكثر معدات تجفيف الهواء المضغوط شيوعًا، ويُستخدم عادةً في التطبيقات التي تتطلب معايير جودة هواء عامة. يعتمد المجفف المبرد على خاصية تحديد الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء المضغوط بناءً على درجة حرارته، وذلك لتبريده وتجفيفه. يُشار إلى مجففات الهواء المضغوط المبردة عمومًا باسم "المجففات المبردة" في الصناعة. تتمثل وظيفتها الرئيسية في تقليل محتوى الماء في الهواء المضغوط، أي خفض درجة حرارة نقطة الندى. في أنظمة الهواء المضغوط الصناعية العامة، يُعد المجفف المبرد أحد المعدات الضرورية لتجفيف الهواء المضغوط وتنقيته (المعروف أيضًا بالمعالجة اللاحقة).

مبدأ أساسي واحد

يمكن للهواء المضغوط إزالة بخار الماء من خلال الضغط والتبريد والامتصاص وغيرها من الطرق. يُعدّ مجفف التجميد إحدى طرق التبريد. من المعروف أن الهواء المضغوط بواسطة ضاغط الهواء يحتوي على غازات مختلفة وبخار ماء، لذا فهو هواء رطب. يتناسب محتوى الرطوبة في الهواء الرطب عكسيًا مع الضغط، أي كلما زاد الضغط قلّ محتوى الرطوبة. بعد زيادة ضغط الهواء، يتكثف بخار الماء الموجود فيه، والذي يتجاوز الحدّ الأقصى المسموح به، إلى ماء (أي أن حجم الهواء المضغوط يتقلص ولا يستطيع الاحتفاظ ببخار الماء الأصلي).

وهذا يعني أنه بالنسبة للهواء الذي تم استنشاقه في الأصل، يصبح محتوى الرطوبة أقل (يشير هنا إلى عودة هذا الجزء من الهواء المضغوط إلى حالته غير المضغوطة).

مع ذلك، يظل هواء العادم الخارج من ضاغط الهواء هواءً مضغوطًا، ويبلغ محتواه من بخار الماء أقصى قيمة ممكنة، أي أنه في حالة حرجة بين الغاز والسائل. يُطلق على الهواء المضغوط في هذه الحالة اسم حالة التشبع، لذا بمجرد زيادة ضغطه قليلًا، يتحول بخار الماء فورًا من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، أي يتكثف الماء.

بافتراض أن الهواء إسفنجة رطبة امتصت الماء، فإن محتواها من الرطوبة هو كمية الماء الممتصة. إذا تم عصر بعض الماء من الإسفنجة بالقوة، فإن محتواها من الرطوبة سينخفض ​​نسبيًا. وإذا تُركت الإسفنجة لتستعيد حالتها، فستكون بطبيعة الحال أكثر جفافًا من حالتها الأصلية. وهذا يحقق أيضًا الغرض من إزالة الماء والتجفيف عن طريق الضغط.
إذا لم تُبذل قوة إضافية بعد بلوغ قوة معينة أثناء عصر الإسفنجة، سيتوقف خروج الماء، وهذا يعني تشبعها. استمر في زيادة قوة العصر، وسيستمر تدفق الماء.

لذلك، فإن جسم ضاغط الهواء نفسه له وظيفة إزالة الماء، والطريقة المستخدمة هي الضغط، ولكن هذا ليس الغرض من ضاغط الهواء، بل هو عبء "سيئ".

لماذا لا يُستخدم "الضغط" كوسيلة لإزالة الماء من الهواء المضغوط؟ يعود ذلك أساسًا إلى اعتبارات اقتصادية، فزيادة الضغط بمقدار كيلوغرام واحد تستهلك حوالي 7% من الطاقة، وهو أمر غير اقتصادي على الإطلاق.

تُعدّ عملية التجفيف بالتبريد اقتصادية نسبيًا، ويستخدم المجفف المبرد نفس مبدأ إزالة الرطوبة في مكيف الهواء لتحقيق هذا الهدف. ولأن كثافة بخار الماء المشبع محدودة، ففي نطاق الضغط الديناميكي الهوائي (2 ميجا باسكال)، يمكن اعتبار أن كثافة بخار الماء في الهواء المشبع تعتمد فقط على درجة الحرارة ولا علاقة لها بضغط الهواء.

كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كثافة بخار الماء في الهواء المشبع، وبالتالي زادت كمية الماء. وعلى العكس، كلما انخفضت درجة الحرارة، قلت كمية الماء (وهذا أمر بديهي، فالشتاء جاف وبارد، والصيف حار ورطب).

قم بتبريد الهواء المضغوط إلى درجة حرارة منخفضة قدر الإمكان لتقليل كثافة بخار الماء الموجود فيه وتكوين "التكثيف"، واجمع قطرات الماء الصغيرة المتكونة من التكثيف وقم بتفريغها، وذلك لتحقيق الغرض من إزالة الرطوبة من الهواء المضغوط.

لأنها تتضمن عملية التكثيف وتحويل الماء إلى بخار، لا يمكن أن تقل درجة الحرارة عن "نقطة التجمد"، وإلا فلن يتم تصريف الماء بكفاءة. عادةً ما تتراوح درجة حرارة "نقطة الندى" الاسمية لمجفف التجميد بين 2 و10 درجات مئوية.

على سبيل المثال، يتم تحويل "نقطة ندى الضغط" عند 10 درجات مئوية والتي تبلغ 0.7 ميجا باسكال إلى "نقطة ندى الضغط الجوي" التي تبلغ -16 درجة مئوية. وبالتالي، عند استخدام الجهاز في بيئة لا تقل درجة حرارتها عن -16 درجة مئوية، لن يكون هناك ماء سائل عند تصريف الهواء المضغوط إلى الغلاف الجوي.

جميع طرق إزالة الماء من الهواء المضغوط لا تحقق سوى درجة معينة من الجفاف. من المستحيل إزالة الرطوبة تمامًا، كما أن السعي وراء جفاف يتجاوز متطلبات الاستخدام غير مجدٍ اقتصاديًا.
2- مبدأ العمل

يقوم مجفف التبريد بالهواء المضغوط بتبريد الهواء المضغوط لتكثيف بخار الماء الموجود في الهواء المضغوط إلى قطرات سائلة، وذلك لتحقيق الغرض من تقليل محتوى الرطوبة في الهواء المضغوط.
تُصرّف القطرات المتكثفة من الجهاز عبر نظام التصريف التلقائي. وطالما أن درجة حرارة المحيط في خط الأنابيب عند مخرج المجفف لا تقل عن درجة حرارة نقطة الندى عند مخرج المبخر، فلن يحدث تكثف ثانوي.

3. سير العمل

عملية الهواء المضغوط:
يدخل الهواء المضغوط إلى مبادل حراري هوائي (مسخن مسبق) [1]، والذي يخفض في البداية درجة حرارة الهواء المضغوط ذي درجة الحرارة العالية، ثم يدخل إلى مبادل حراري فريون/هواء (مبخر) [2]، حيث يتم تبريد الهواء المضغوط بسرعة فائقة، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارته بشكل كبير إلى درجة حرارة نقطة الندى، ويتم فصل الماء السائل والهواء المضغوط في فاصل الماء [3]، ويتم تصريف الماء المفصول خارج الجهاز بواسطة جهاز التصريف التلقائي.

يتبادل الهواء المضغوط والمبرد ذو درجة الحرارة المنخفضة الحرارة في المبخر [2]. في هذه المرحلة، تكون درجة حرارة الهواء المضغوط منخفضة جدًا، تقارب درجة حرارة نقطة الندى التي تتراوح بين 2 و10 درجات مئوية. في حال عدم وجود متطلبات خاصة (أي عدم اشتراط انخفاض درجة حرارة الهواء المضغوط)، يعود الهواء المضغوط عادةً إلى مبادل حرارة الهواء (المسخن المسبق) [1] لتبادل الحرارة مع الهواء المضغوط ذي درجة الحرارة العالية الذي دخل للتو إلى المجفف البارد. والهدف من ذلك هو:

① استخدام "التبريد المهدر" للهواء المضغوط المجفف بشكل فعال لتبريد الهواء المضغوط ذي درجة الحرارة العالية الذي دخل للتو إلى المجفف البارد، وذلك لتقليل حمل التبريد للمجفف البارد؛

② منع المشاكل الثانوية مثل التكثيف والتقطير والصدأ على الجزء الخارجي من خط الأنابيب الخلفي بسبب الهواء المضغوط الجاف ذي درجة الحرارة المنخفضة.

عملية التبريد:

يدخل غاز التبريد الفريون إلى الضاغط [4]، وبعد الضغط، يرتفع الضغط (وترتفع درجة الحرارة أيضًا)، وعندما يصبح أعلى بقليل من الضغط في المكثف، يُصرَّف بخار غاز التبريد عالي الضغط إلى المكثف [6]. في المكثف، يتبادل بخار غاز التبريد، ذو درجة الحرارة والضغط المرتفعين، الحرارة مع الهواء ذي درجة الحرارة المنخفضة (تبريد الهواء) أو مع ماء التبريد (تبريد الماء)، مما يؤدي إلى تكثيف غاز التبريد الفريون وتحويله إلى الحالة السائلة.

في هذه المرحلة، يدخل سائل التبريد إلى مبادل حراري (مبخر) الفريون/الهواء [2] عبر الأنبوب الشعري/صمام التمدد [8] لتخفيض ضغطه (تبريده) وامتصاص حرارة الهواء المضغوط في المبخر المراد تبخيره. يتم تبريد الهواء المضغوط، ويُسحب بخار سائل التبريد المتبخر بواسطة الضاغط لبدء الدورة التالية.

يُكمل المُبرّد دورةً كاملةً عبر أربع عملياتٍ هي الضغط والتكثيف والتمدد (الخنق) والتبخر في النظام. ومن خلال دورات التبريد المستمرة، يتحقق هدف تجميد الهواء المضغوط.
4 وظائف كل مكون
مبادل حراري هوائي
لمنع تكثف الماء على الجدار الخارجي للأنبوب الخارجي، يخرج الهواء المجفف بالتجميد من المبخر ويتبادل الحرارة مرة أخرى مع هواء مضغوط ساخن ورطب ذي درجة حرارة عالية في مبادل حراري هوائي. وفي الوقت نفسه، تنخفض درجة حرارة الهواء الداخل إلى المبخر بشكل كبير.

مبادل حراري
يمتص المبرد الحرارة ويتمدد في المبخر، ويتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، ويتم تبريد الهواء المضغوط عن طريق التبادل الحراري، بحيث يتحول بخار الماء في الهواء المضغوط من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة.

فاصل الماء
يتم فصل الماء السائل المتساقط عن الهواء المضغوط في فاصل الماء. وكلما زادت كفاءة فصل الماء، قلت نسبة الماء السائل المتبخر مرة أخرى في الهواء المضغوط، وانخفضت نقطة تكثف الهواء المضغوط.

ضاغط
يدخل غاز التبريد إلى ضاغط التبريد ويتم ضغطه ليصبح غاز تبريد عالي الحرارة والضغط.

صمام تحويل
إذا انخفضت درجة حرارة الماء السائل المتساقط إلى ما دون نقطة التجمد، فسيتسبب الجليد المتكثف في انسداد المجرى. يمكن لصمام التحويل التحكم في درجة حرارة التبريد ونقطة الندى عند درجة حرارة ثابتة (بين 1 و 6 درجات مئوية).

مكثف

يقوم المكثف بخفض درجة حرارة المبرد، ويتحول المبرد من حالة غازية ذات درجة حرارة عالية إلى حالة سائلة ذات درجة حرارة منخفضة.

فلتر
يقوم المرشح بتصفية شوائب مادة التبريد بشكل فعال.

صمام شعيري/تمدد
بعد مرور مادة التبريد عبر الأنبوب الشعري/صمام التمدد، يتمدد حجمها، وتنخفض درجة حرارتها، وتصبح سائلاً منخفض الحرارة والضغط.

فاصل الغاز والسائل
بما أن دخول سائل التبريد إلى الضاغط سيؤدي إلى صدمة سائلة، مما قد يتسبب في تلف ضاغط التبريد، فإن فاصل غاز سائل التبريد يضمن أن غاز التبريد فقط هو الذي يمكن أن يدخل إلى ضاغط التبريد.

تصريف تلقائي
يقوم المصرف التلقائي بتصريف المياه السائلة المتراكمة في أسفل الفاصل خارج الجهاز على فترات منتظمة.

مجفف

تتميز مجففة الهواء المبردة بصغر حجمها وسهولة استخدامها وصيانتها، بالإضافة إلى انخفاض تكاليف صيانتها. وهي مناسبة للاستخدام في الأماكن التي لا تكون فيها درجة حرارة نقطة الندى للهواء المضغوط منخفضة جدًا (أعلى من 0 درجة مئوية).
يستخدم مجفف الامتزاز مادة مجففة لإزالة الرطوبة وتجفيف الهواء المضغوط الذي يُدفع عبره. وغالبًا ما تُستخدم مجففات الامتزاز التجديدية بشكل يومي.
● فلتر
تُقسم المرشحات إلى مرشحات الأنابيب الرئيسية، وفواصل الغاز والماء، ومرشحات إزالة الروائح بالكربون النشط، ومرشحات التعقيم بالبخار، وغيرها، وتتمثل وظائفها في إزالة الزيت والغبار والرطوبة والشوائب الأخرى من الهواء للحصول على هواء مضغوط نظيف.