Компрессорные станции и установки. Часть 2. Методы очистки газа на компрессорных станциях

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 
 

 

 

 

И.В. Автономова 
 
 
Компрессорные станции и установки 
 
Часть 2. Методы очистки газа  
на компрессорных станциях 
 

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 
по курсу «Компрессорные станции и установки» 

Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2011 

УДК 621.5(075.8) 
ББК 31.7 
        А18 

Рецензенты: В.Н. Соллогуб, А.В. Чернышев 

Автономова И. В.  
А18 
Компрессорные станции и установки: учеб. пособие. – Ч. 2 : 
Методы очистки газа на компрессорных станциях. М. – : Изд-
во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 61, [3] с. : ил. 

 

Рассмотрены вопросы подготовки сжатого газа перед подачей 
потребителю и подбора ресиверов на компрессорных станциях общего 
назначения.  
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Вакуумная 
и компрессорная техника физических установок». 

                                                                                                 УДК 621.5(075.8) 
                                                                                    ББК 31.7 

 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Широкое распространение компрессорных станций общего назначения 
вызвано тем, что сжатый газ повсеместно используется 
как источник энергии практически во всех областях народного хо-
зяйства. Соответственно требования к качеству сжатого воздуха 
чрезвычайно разнообразны. В пособии рассмотрены вопросы, свя-
занные с очисткой и осушкой воздуха на всасывании, после ступе-
ней сжатия, на нагнетании и при подаче потребителю, приведены 
конструкции и методы подбора влагомаслоотделителей, фильтров, 
рассмотрены вопросы осушки воздуха охлаждением и адсорбцией. 
Даны рекомендации по подбору фильтров и осушителей для полу-
чения воздуха требуемого качества.  
Отдельная глава посвящена проектированию и подбору возду-
хосборников (ресиверов). 

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 

КС – компрессорная станция 
КУ – компрессорная установка 
МЗ – машинный (компрессорный) зал 
ВЗУ – воздухозаборное устройство 

ВВЕДЕНИЕ 

Газ, производимый на КС, проходит три стадии очистки: 
1) всасываемый в компрессоры – от пыли в воздушных фильтрах; 
2) после каждой ступени сжатия и на нагнетании – от механи-
ческих примесей, воды и масла в водомаслоотделителях, фильтрах 
и охладителях; 
3) сжатый перед подачей потребителю – во всевозможных 
фильтрах, холодильных машинах, адсорберах и абсорберах. 
Промышленные газы и воздух, содержащие взвешенные твер-
дые и (или) жидкие частицы, представляют собой системы, со-
стоящие из непрерывной (дисперсионной) и дисперсной фаз. Дис-
персионной фазой в данном случае являются газы, дисперсной – 
твердые частицы и (или) капельки жидкости. Подобные двухфаз-
ные системы получили название аэрозолей, их принято подразде-
лять на пыли, дымы, туманы и капельную аэрозоль. 
Пыли состоят из твердых частиц, диспергированных в газооб-
разной среде в результате механического измельчения твердых тел 
в порошки. Пыли – полидисперсные, малоустойчивые системы с 
размером частиц от 5 до 50 мкм. 
Дымы представляют собой аэрозоли, состоящие из частиц с 
малым давлением пара и с малой скоростью седиментации (осаж-
дения). К дымам относят аэрозоли, образующиеся при возгонке и 
конденсации паров, а также в результате химических и фотохими-
ческих реакций. Размер частиц в дымах – от 5 до 0,1 мкм. 
Туманы – аэрозоли, в которых дисперсной фазой являются 
жидкие частицы диаметром менее 5 мкм. В туманах могут содер-
жаться растворенные вещества или твердые частицы. Туманы 
обычно образуются в результате конденсации паров или при рас-
пылении жидкости в газовой среде. 
При диаметре частиц дисперсной фазы более 5 мкм имеем ка-
пельную аэрозоль. 

1. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ 

Для осаждения частиц используют следующие механизмы [1]. 
– Гравитационное осаждение (седиментация) происходит под 
действием силы тяжести, при этом частица падает вертикально. 

– Инерционное осаждение происходит, когда масса частицы 
или скорость таковы, что она не может следовать по линии тока, с 
газом, огибающим препятствие, а продолжает двигаться по инер-
ции, ударяется о препятствие и оседает на нем. 
– Осаждение под действием центробежной силы происходит 
при криволинейном движении аэродисперсного потока, когда цен-
тробежные силы таковы, что в состоянии отбросить частицы на 
поверхность аппарата.  
– Зацепление (эффект касания) происходит, когда расстояние 
частицы, движущейся с газовым потоком, от обтекаемого тела 
равно или меньше ее радиуса. 
– Диффузионное осаждение происходит, когда мелкие части-
цы испытывают непрерывное воздействие молекул газа, находя-
щихся в броуновском движении, в результате которого возможно 
осаждение этих частиц на поверхности обтекаемых тел или сте-
нок аппарата. 
Помимо указанных механизмов осаждения можно перечислить 
и другие, например, электрическое, термофорез, диффузиофорез, 
воздействие магнитного поля, но они не рассматриваются, так как 
в компрессорной технике не применяются. 
На КС для очистки газов в основном используют механические 
устройства, в которых улавливание частиц осуществляется гравита-
ционным, инерционным осаждением, осажденим под действием 
центробежных сил и фильтрацией. Фильтрация – процесс разделе-
ния аэрозолей при их движении через пористые перегородки. Уст-
ройство фильтрации называется фильтром. Фильтрация происходит 
посредством зацепления и диффузионного осаждения. 
Пористые перегородки изготовляют из различных материалов 
и условно разделяют на следующие типы [1]: 
– гибкие пористые перегородки: 
а) тканые материалы из природных, синтетических и мине-
ральных волокон; 
б) нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иг-
лопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); 
в) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мем-
бранные фильтры). 
– полужесткие пористые перегородки –  слои волокон, струж-
ка, вязаные сетки, расположенные на опорных конструкциях или 
зажатые между ними. 

– жесткие пористые перегородки: 
а) зернистые материалы (пористая керамика и пластмасса, спе-
ченные или спрессованные порошки металлов, стекла, углеграфи-
товые материалы); 
б) волокнистые материалы (отформованные слои из стеклян-
ных и металлических волокон); 
в) металлические сетки и перфорированные листы. 
– зернистые слои: 
а) неподвижные, свободно насыпанные материалы; 
б) периодически или непрерывно перемещающиеся материалы; 
в) псевдоожиженные гранулы или порошки. 
При выборе пористой перегородки учитывается температура, 
давление и влажность газового потока, а также размеры, концен-
трация и физико-химические свойства улавливаемых частиц, тре-
буемое значение остаточной загрязненности, стоимость очистки и 
возможность регенерации продуктов. 

2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОЧИСТКИ ГАЗОВ 

Системы очистки должны отвечать заданным условиям: 
– обеспечивать эффективность очистки и расход; 
– иметь достаточно продолжительный срок службы без замены 
фильтрующих элементов; 
– быть надежными в эксплуатации; 
– не вносить загрязнений в поток газа; 
– иметь небольшое сопротивление; 
– содержать устройство для удаления твердых частиц, воды и 
масла; 
– быть механически прочными и герметичными; простыми в 
обслуживании (замене), компактными и дешевыми. 

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ОЧИСТКИ 

Основными характеристиками фильтров являются: эффек-
тивность , которую также иногда называют коэффициентом 
полезного действия (% или доля); начальное сопротивление Н 
(Па); пылеемкость Мф (кг/м2); гидравлическое сопротивление Δр 

(Па); расход электрической энергии (кВт); стоимость очистки 
(руб). 
Эффективность (степень) очистки газов (коэффициент полез-
ного действия, коэффициент очистки газов) – это отношение массо-
вого расхода частиц пыли, капель тумана, уловленных в устройстве, 
Gy (кг/с), к массовому расходу частиц, поступивших в устройство, 
Gвх (кг/с). Выражается в процентах, иногда в долях единицы. Это 
отношение можно также найти через разность концентрации частиц 
до фильтра S1 и после него S2 к концентрации частиц до фильтра: 

 = [Gy / Gвх ]·100 % = [(Gвх – Gвых)/Gвх]·100 % = 
= [(Vвх S1 – Vвых S2)/ Vвх S1]·100 %, 

где Gвых – массовый расход частиц на выходе, кг/с; Vвх и Vвых – 
объемный расход газа при нормальных физических условиях (температура 
0 °С, давление 101,3 кПа) соответственно на входе и выходе 
из фильтра, м3/с. 
Обычно для фильтров значение  находится в пределах  
60–90 %. 
При последовательной установке нескольких устройств (каскадная, 
или многоступенчатая очистка), применяемой для более 
полного удаления частиц, суммарная эффективность очистки определяется 
по формуле 

 = [1 – (1 – 1) (l – 2) … (1 – n)]·100 %, 

где 1, 2, n – эффективность очистки каждого аппарата, входящего 
в каскад, доля единицы. 
Для оценки эффективности фильтров помимо эффективности 
очистки (коэффициента очистки)  газов используют коэффициент 
проскока частиц K, который представляет собой отношение 
концентрации частиц за фильтром к концентрации частиц перед 
ним и рассчитывается по формуле 

K = 1 – . 

Эффективность очистки – важнейшая характеристика аппарата. 
На нее ориентируются при выборе фильтров, обеспечи-

вающих допустимое остаточное содержание частиц в очищае-
мом воздухе. 
Сравнивая два аппарата, сопоставляют доли пропущенной 
пыли. Если эффективность одного аппарата состовляет 69 %, а 
другого 68 %, то они пропускают соответственно 31 % и 32 % 
частиц. Следовательно, эффективность первого аппарата выше, 
чем второго. 
Фракционной эффективностью называется эффективность 
очистки газов от частиц определенного размера. Она определяется 
по формуле 

Ф = [Фвх – Фвых (1 – )]/ Фвх, 

где Фвх и Фвых – содержание данной фракции в газе, на входе и вы-
ходе из фильтра соответственно, %. 
Зная из эксперимента значения фракционной эффективно-
сти, можно определить общую эффективность очистки по вы-
ражению 

 = (Ф1Ф1/100) + (Ф2Ф2/100) +…+ (Ф nФn/100). 

Здесь Ф – фракционная эффективность. 
Пылеемкостью называется масса пыли Мф (кг/м2), которую 
улавливает участок фильтра сечением 1 м2 в течение периода экс-
плуатации, пока его сопротивление является допустимым. 
Производительность характеризуется объемом воздуха, очи-
щаемым за один час (м3/ч). Устройства, в которых воздух очища-
ется при прохождении через фильтрующий слой, оцениваются 
удельной воздушной нагрузкой или скоростью фильтрации, т. е. 
объемом воздуха, проходящего через квадратный метр фильтрую-
щей поверхности за один час, м3/(ч·м2). 
Пористость фильтра – это отношение объема воздушного 
пространства между твердыми непроницаемыми элементами по-
ристой среды (объема пор) к общему объему, занятому пористой 
средой. Выражается в долях единицы или процентах.  
Плотность упаковки, или относительная плотность фильтрую-
щей среды, равна объему волокон в единице объема фильтрующей 
среды. 

Гидравлическое сопротивление определяется разностью давле-
ний на входе в фильтр и на выходе из него. Обычно его рассчиты-
вают по формуле 

Δp = Av, 

где v – скорость движения воздуха через аппарат, м/с; А – коэффи-
циент, определяемый экспериментально в зависимости от конст-
рукции устройства. 
Расход электрической энергии растет с увеличением гидравли-
ческого сопротивления. Расход при одноступенчатой очистке на-
ходится в пределах 0,035…1,0 кВт·ч на 1000 м3 газа. 
Стоимость очистки характеризует экономичность очистки. Она 
зависит от капитальных затрат на оборудование, эксплуатацион-
ных расходов и т. д. Стоимость очистки воздуха разными устрой-
ствами неодинакова. Как правило, более эффективная очистка об-
ходится значительно дороже.  

4. ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВСАСЫВАЕМОГО ВОЗДУХА 

Воздушные фильтры служат для удаления пыли из воздуха и 
газов, поступающих на всасывание компрессоров. Пыль по хими-
ческому составу бывает разная, но почти всегда содержит сажу, 
смолистые вещества и короткие органические волокна (линт). Она 
может оседать на лопатках машины динамического двигателя 
(МДД), стенках цилиндров и клапанов поршневых компрессоров 
(ПК), на роторах и корпусах роторных компрессоров (РК), что вы-
зывает эрозию лопаток, задиры зеркала цилиндров, неплотности и 
износ клапанов, заклинивание роторов, ведущие к преждевремен-
ному выходу оборудования из строя. 
Различают сухие и смоченные пористые фильтры. Сухие фильт-
ры выполняют губчатыми, из нетканых волокнистых слоев и гоф-
рированных сеток. Поверхность фильтрующего слоя жидкостями не 
покрывается. Смоченные фильтры имеют фильтрующие слои из 
металлических пластинок, проволочных или полимерных сеток и 
нетканых волокнистых слоев. Поверхность фильтрующего материа-
ла покрыта тонкой пленкой вязких нелетучих замасливателей. 
По эффективности воздушные фильтры подразделяют на три 
класса (табл. 1).