Охрана труда и БЖД

     Каждому человеку, который интересуется подробностями, (необходимыми) для закупки, или работой любой системы, подающей пригодный для дыхания воздух в шланговые респираторы (с непрерывной подачей воздуха под давлением), применяемые при обезвреживании асбеста, нужно знать основы сжатия воздуха.

Теория сжатия воздуха

     На минуту, для удобства, давайте рассмотрим процесс сжатия воздуха отдельно от самого механического компрессора. Рассмотрим один фрагмент воздуха - А (Фиг.1).Фрагмент А - это сфера диаметром примерно 101.6 мм (4 дюйма), давление воздуха - 1 атмосфера (0.1 МПа), температура 210С.

     В этом воздухе, как и во всяком другом воздухе, имеются пары воды и загрязнения. В атмосферном воздухе (в нормальных условиях) пары воды не считаются загрязнением. А при сжатии воздуха (для его последующего использования для дыхания) пары воды становятся главным загрязнением. При получении пригодного для дыхания воздуха необходимо удалить из него пары воды. В сжимаемом воздухе вода - загрязнение, и она улавливает и переносит другие загрязнения.

     Если этот фрагмент воздуха будет внезапно сжат на 7 атмосфер, то его абсолютное давление составит 8 атмосфер (0.79 МПа).  Объём фрагмента уменьшится примерно до 1/8 - от первоначального.

     Даже если не подводить тепло к воздуху извне, он только за счёт сжатия нагреется до 177 0С. И пары воды, и различные загрязнения также будут сжаты. За счёт сжатия воздух уже не сможет переносить много водяных паров. А увеличение температуры повысит способность воздуха переносить водяные пары. Из-за этих противоположных эффектов конденсация паров воды не будет происходить сразу после сжатия, но это произойдёт позже, при его остывании. Сам процесс сжатия воздуха в компрессоре увеличивает его загрязнённость, и нужно следить за тем, чтобы уровень загрязнённости воздуха не представлял угрозы для людей.

     Если сжат воздух до 1/300 от его первоначального объёма, то его температура повысится до 816 - 1370 0С, а водяные пары и загрязнения также будут сжаты. Если в течение какого-то времени воздух из рассмотренного выше примера будет храниться при достигнутом высоком давлении, то он остынет до температуры окружающей среды (210С). Как только он остынет, большое количество водяных паров сконденсируется. Эту сконденсировавшуюся воду можно легко уловить и удалить из сжатого воздуха. Даже после удаления всех сконденсировавшихся паров, влажность сжатого воздуха будет 100%. Это означает, что при любом дальнейшем понижении температуры снова начнётся конденсация водяных паров.

     Если после сжатия воздуха и его остывания дать ему возможность расшириться до первоначального объёма, то его температура резко снизится. Этот воздух будет очень сухим, и после расширения снова сможет переносить много водяных паров.

     О сжатии воздуха важно знать следующее:

- При сжатии всегда происходит повышение температуры. Чем сильнее сжимается воздух, тем выше поднимается температура, и даже при сжатии воздуха до невысокого давления происходит значительное возрастание температуры.

- Это повышение происходит не из-за механического трения частей компрессора и т.п., а из-за самого сжатия.

- Сжатие всегда нагревает воздух, но можно сделать такое оборудование для сжатия воздуха, которое будет его охлаждать. Чтобы обеспечить такое охлаждение необходим теплообменник достаточного размера и нужно, чтобы воздух находимся в этом теплообменнике достаточно долго, прежде чем он поступит к потребителю.

- Водяные пары также сжимаются, и при последующем понижении температуры -конденсируются.

- При сжатии воздуха пары воды становятся основным загрязнением. В сжатом воздухе сконденсировавшаяся вода является загрязнением, которое улавливает и переносит другие загрязнения.

- Концентрация вредных веществ возрастает, и может стать опасной, если их не удалить.

Сжатие воздуха не практике

     Для сжатия воздуха требуется механический компрессор. При сжатии  воздуха будет происходить дополнительное нагревание из-за трения и т.п. При сжатии воздух будет дополнительно загрязняться частицами металла, графита и т.д. В воздух также может попасть смазка - пары или частицы масла. Если компрессор работает при высокой температуре, то в нём может образоваться опасное для жизни количество угарного раза СО, хотя это случается редко.

     Сам компрессор подходит только для той работы, для которой он спроектирован и изготовлен. Например, если компрессор спроектирован только для снабжения сжатым воздухом ручного пневмоинструмента и др. промышленного оборудования, то нет необходимости охлаждать сжатый воздух и очищать его от воды и масла. У некоторых компрессоров есть устройства, которые подают масло в сжатый воздух. Если у компрессора неподходящая конструкция, то он может легко "перегрузить", засорить установленную после него систему очистки. Применение такого компрессора потребует очень частой смены фильтров. Это приведёт к тому, что эксплуатационные затраты станут недопустимо большими. Затраты на переделку такого компрессора могут оказаться больше, чем стоимость специального компрессора, предназначенного для получения пригодного для дыхания воздуха.

     Для того, чтобы объяснить вредное влияние воды (как загрязнения) на сжимаемый воздух, рассмотрим пример. Пусть для сжатия воздуха до низкого давления используется система из механического компрессора и устройства для очистки (Фиг. F-1). При температуре окружающего воздуха 21 0С и относительной влажности 75% эта установка сжимает за минуту 2.83 м3 (100 куб. футов). Эта установка будет давать 62 литра воды в сутки (за счёт конденсации). Если установка предназначена для получения пригодного для дыхания воздуха и правильно спроектирована, то в ней будет охладитель для охлаждения воздуха и для конденсации водяных паров. Кроме того, в таком компрессоре должно быть устройство для улавливания и удаления из установки сконденсировавшейся воды. При охлаждении сжатого воздуха до температуры окружающей среды произойдёт удаление 43 литров сконденсировавшейся воды. Эта вода содержит в себе много других загрязнений, и её можно механически удалить из охладителя. После этого в сжатом воздухе останется ещё 19 литров воды, которые вместе с воздухом попадут в устройство для очистки. Там большая часть этих паров и других загрязнений будет уловлена.

     При работе правильно спроектированного компрессора с системой охлаждения воздуха, в нём происходит удаление от 65 до 90% от всей воды и загрязнений. Поскольку для удаления (воды и загрязнений) постоянно используются механические способы, то правильная конструкция компрессора имеет большое значение для качества получаемого воздуха. Дальнейшая очистка воздуха до категории D происходит в другом устройстве, поэтапно.

Фиг. F-1. Теория сжатия газа

Таблица 1. Свойства воздуха, пригодного для дыхания - категории D и выше

	категория
	D	E	F	G	H	I
Содержание кислорода (по объёму)*, %	19.5-23.5	19.5-23.5	19.5-23.5	19.5-23.5	19.5-23.5	19.5-23.5
Вода	прим. 1	прим. 1	прим. 1	прим. 1	прим. 1	прим. 1
Сконденсировавшиеся углеводороды, мг/м3 (прим. 2)	5	5
СО	20	10	5	5	5	1
Запахи	**	**	**	**	**	**
СО2	1000	500	500	500	0.5
Газообразные углеводороды (метан и др.)			25	15	10	0.5
Оксид азота NO2				2.5	0.5	0.1
Закись азота N2O						0.1
Диоксид серы SO2				2.5	1	0.1
Галогенированные растворители				10	1	0.1
Ацетилен						0.05

* - приведённые сведения относятся к содержанию кислорода в воздухе при нормальном давлении и температуре

** - в соответствии со спецификацией G-7.1 Ассоциации Сжатых Газов.

Примечание 1 - Относительная влажность сжатого воздуха может быть различной - от 0 до 100%, в зависимости от назначения. Если требуется определённое содержание воздуха, то нужно это указать, ограничив точку росы (температура, град. С - при давлении 1 атмосфера), или указав концентрацию (по объёму, частей на миллион - ppm).

Примечание 2 - После категории Е для сконденсировавшихся углеводородов границы не указаны, поскольку при их наличии нельзя обеспечить выполнение ограничений по газообразным углеводородам.

---

Полезная информация: