Стандартный компрессор сжимает воздух или газ до определенного давления. Но для лазерной резки нужно 40 бар, для заправки баллонов 150–400 бар, а для работ на месторождениях — еще выше. В таких случаях используют дожимной компрессор — это оборудование, которое принимает уже сжатый газ, повышает его давление до нужных значений.
Устройство и применение
ДКС или дожимная компрессорная станция — это установка для повторного сжатия газа. В отличие от обычного бустера, который работает с атмосферным воздухом, ДКС получает на входе давление 3–15 бар и поднимает его до 40–1 000 бар в зависимости от модели.
Конструкция включает несколько основных узлов:
- Компрессорный блок — сердце установки. Здесь происходит сжатие. Конструкция блока определяет тип компрессора: поршневой, мембранный или винтовой. От выбора блока зависят рабочие параметры, ресурс оборудования, качество выходного газа.
- Система охлаждения отводит тепло после каждой ступени сжатия. Бывает воздушной или водяной. Воздушные охладители проще в обслуживании, водяные — эффективнее при высоких нагрузках.
- Входные и выходные клапаны контролируют движение газа. Входной клапан пропускает его в камеру сжатия, выходной — выпускает после достижения нужного давления. Обратный клапан не дает ему вернуться назад. Качество клапанов напрямую влияет на КПД системы.
- Система управления следит за сжатием, температурой, расходом. Современные ДКС оснащены цифровыми контроллерами: оператор видит все параметры в реальном времени. При отклонении от нормы система автоматически останавливает работу, защищая оборудование от поломки.
- Фильтры очищают от примесей на входе и выходе. Особенно важны для медицинского кислорода и азота высокой чистоты, где даже минимальные загрязнения недопустимы.
Дожимающие компрессоры широко применяют в следующих сферах:
- Заправка баллонов.
- Лазерная резка и сварка.
- Нефтегазовая отрасль.
- Тестирование трубопроводов.
- Производство ПЭТ-бутылок.
- Металлургия и химическая промышленность.
ДКС экономит ресурсы предприятия. Вместо покупки мощного компрессора высокого давления можно использовать связку из генератора и компактного дожимного агрегата. Такое решение дешевле в закупке и проще в обслуживании.
Принцип работы ДКС
Работа дожимного компрессора основана на ступенчатом сжатии. Газ проходит через одну или несколько компрессионных камер, где его давление последовательно растет.
Как это происходит:
- Газ поступает на вход первой ступени через впускной клапан.
- В компрессионной камере давление повышается до промежуточного значения.
- После сжатия он проходит через межступенчатый охладитель — температура резко растет, перегрев опасен для оборудования.
- После охлаждения он поступает на следующую ступень, где сжимается еще сильнее.
- После финальной ступени он выходит через выпускной клапан с заданным давлением.
Количество ступеней зависит от требуемого выходного давления. Для 40 бар достаточно двухступенчатой конструкции. Для 150 бар понадобится три ступени. Сверхвысокие значения 400–1000 бар требует четырех и более ступеней.
Производительность напрямую зависит от входного давления. Чем выше давление на входе — тем больше газа агрегат пропустит за единицу времени. Поэтому при подборе оборудования всегда учитывают параметры газовой станции, которая стоит перед ДКС.
Виды и характеристики
Дожимной поршневой компрессор — самый распространенный тип на рынке. Сжатие происходит за счет возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре. Это простая, надежная, проверенная десятилетиями конструкция.
Характеристики:
- Выходное давление: 20–150 бар.
- Производительность: от 1 нм³/мин.
- Входное давление: от 5 бар.
Поршневые делятся на два вида:
- Маслозаполненные — поршень смазывается компрессорным маслом. Такая конструкция дешевле в производстве, служит дольше благодаря снижению трения. Минус: пары масла попадают в сжатый газ. Несмотря на многоступенчатую фильтрацию, полностью удалить масляные примеси невозможно. Для азота чистотой 99,9995% и выше это критично — качество продукта снижается.
- Безмасляные — работают без смазки в камере сжатия. Выдают чистый газ без примесей масла. Стоят дороже маслозаполненных аналогов, изнашиваются быстрее из-за повышенного трения поршня о стенки цилиндра. Но для ряда применений это единственный допустимый вариант.
Поршневые агрегаты хорошо подходят для воздуха, азота. Для кислорода маслозаполненные версии опасны: масло с кислородом образует взрывоопасную смесь.
Дожимной мембранный компрессор использует гибкую мембрану вместо поршня. С одной стороны на мембрану давит гидравлическое масло, приводимое в движение поршнем, с другой — сжимается газ. Масло не контактирует с ним напрямую, что гарантирует чистоту продукта.
Характеристики:
- Выходное давление: 70–1000 бар.
- Производительность: от 3 нм³/час.
- Входное давление: 7–15 бар.
Главное преимущество — полная безмасляность выходного газа. Мембранные модели выбирают для: сжатия газов высокой степени очистки, заправки баллонов высокого давления, работы с горючими видами: кислородом, водородом, применений в медицине, пищевой промышленности. Также изготавливают передвижные азотные станции, имеющие стандартные размеры, крепления, что позволяет перевозить их автомобильным, железнодорожным и морским транспортом.
В винтовых дожимных компрессорах газ сжимается между двумя вращающимися винтами (роторами), расположенными параллельно друг другу. Грани винтов соприкасаются со стенками камеры, создавая замкнутые полости. При вращении эти полости уменьшаются, газ сжимается.
Характеристики:
- Выходное давление: до 40 бар.
- Подходят для непрерывной работы.
- Низкий уровень шума и вибрации.
Винтовые ДКС применяют на производственных линиях, где важна бесперебойная подача газа со стабильными параметрами. Они работают тише поршневых, дают равномерное давление без пульсаций. Однако для достижения высоких значений давления не подходят.
Оборудование для разных газов
Выбор напрямую зависит от типа газа: каждый имеет свои физические и химические свойства, которые определяют требования к конструкции агрегата.
Азотный компрессор высокого давления
Азот — негорючий, безопасный газ. Выбор оборудования на рынке широкий. Для азота подходят поршневые (маслозаполненные и безмасляные) и мембранные модели.
Максимальное давление азота на выходе из адсорбционной станции — 10 бар, из мембранной — до 13 бар. Этого достаточно для подачи на вход.
Для азота чистотой ниже 99,99% подойдет маслозаполненный поршневой агрегат — это оптимальный вариант по соотношению цены и ресурса. Для сверхчистого азота (99,9995% и выше) нужен безмасляный или мембранный вариант.
На азотные установки ставят усиленные прокладки в местах соединений. Утечка азота обходится дороже, чем утечка воздуха, — газ приходится вырабатывать заново, это затраты энергии и времени.
Дожимные кислородные компрессоры
Кислородный дожимающий компрессор требует особого подхода к выбору и эксплуатации. Кислород — сильный окислитель. В контакте с маслом образует взрывоопасную смесь. Поэтому маслозаполненные поршневые модели для кислорода категорически не подходят.
Допустимые варианты:
- Безмасляные поршневые.
- Мембранные — предпочтительнее по цене и безопасности.
В целях безопасности вместо масла используют силиконовые или глицериновые смазки. Конструкция герметична, исключает утечки. Системы автоматического отключения срабатывают при малейшем отклонении параметров.
Дожимные кислородные компрессоры применяют в медицине для заправки баллонов (200–300 бар), в металлургии, химической, пищевой и стекольной промышленности.
Для газовых дожимных компрессоров для воздуха подходит любой тип оборудования без ограничений. Обычно выбирают поршневые маслозаполненные модели как оптимальные по цене, ресурсу и простоте обслуживания.
Как выбрать дожимной компрессор
При подборе оборудования учитывайте следующие параметры:
- Газ: воздух, азот, кислород или смесь.
- Давление на входе, бар.
- Расход (нм3/ч или нм3/мин) в рабочем режиме.
- Требования к чистоте (особо чистый азот, медицинский кислород, технический режим).
- Режим работы: периодический или непрерывный.
- Требуемое давление на выходе, бар.
- Условия эксплуатации: помещение/улица, температура, запыленность, требования по шуму.
- Нужна ли контейнеризация или мобильное исполнение.
Совет экспертов: если заправляете баллоны до 150 бар в теплое время года, выбирайте модели с запасом — на 165 бар. При быстрой заправке газ нагревается. После остывания баллона давление внутри падает на 10–15%.
Дожимной компрессор — используют там, где нужно получить давление выше, чем дает базовый бустер или генератор. Для воздуха и азота чаще выбирают поршневые решения, для особо чистых газов и кислорода — мембранные или безмасляные схемы, где важны безопасность и чистота.
