其實這是一篇分享, 也是一篇自我檢討的反省; 因為大氣中水氣無所不在, 而壓縮空氣如果沒有經過深思熟慮規劃與系統連結, 有時候往往會造成客戶的困擾。而不管是已經經歷這些令人煩心關於 “水" 的困擾, 或者還沒有處理好 “水" 的困擾的使用者, 或許可以參考看看, 也許能夠有所幫助, 自己也能夠透過處理空壓機系統管路網絡的冷凝水, 處理空壓機系統"水患問題"而成為現代大禹來治水!
空壓機系統冷凝水產生的原因
空氣中或多或少都會含有水氣，我們稱之為相對濕度; 我們從下圖全球的不同經緯度，大陸型或海島型地區所呈現出來的相對濕度與每立方米有多少水氣含量，就可以知道說台灣為在於濕度相對高 (顏色較深) 的環境之中。
環境相對濕度與每立方米水氣量
水氣達到飽和狀態會變成冷凝水顯形，而這個受到溫度 (環境溫度與空壓機壓縮腔溫度) 的影響，同時也受到空氣被壓縮至多大壓力而有所影響 (請參考下圖)。因此，我們從曲線可以解讀到 : 當空氣被壓縮到 1 atm (一大氣壓; 錶壓力 0 )且溫度達到攝氏60度C時, 每立方米空氣可以容納132g的水氣而不會過飽和產生冷凝水顯形; 但是同樣 1 atm 在溫度攝氏20度C時，每立方米可以僅可以容納17.3g的水氣，於是每立方米會有 597g-17.3g = 519.3g 冷凝水產生。
溫度與空氣壓力對於冷凝水的關係
同樣的溫度攝氏60度C，但是錶壓力 10kg/cm2G 時，每立方米可以容納12g左右的水氣; 因此每立方米會有 132g – 12g = 100g 的冷凝水產生; 下圖是以溫度攝氏30度C，相對濕度50%的狀況來演示經過空壓機壓縮之後的大氣冷凝水產生的原理與狀況。
除了上述溫度, 相對濕度以及壓縮空氣壓力等因素會影響冷凝水多寡之外, 空壓機的流量 (馬力數大小造成的實際排氣量多寡), 空壓機本身打氣速度以及空壓機系統是否有設計蒐集冷凝水 (內置空氣桶或旋風分離器) 及排水的設計 也都會影響空壓機出口冷凝水產生的多寡。
壓縮空氣中的水氣對使用上的影響
壓縮空氣中含水造成的危害主要表現在：
- 影響設備妥善率 : 在氣動設備上冷凝水會將潤滑油帶走，造成設備效率降低，甚至會成損壞。
- 影響裝置效能 : 管路過濾器或精密過濾器效果變差，吸附式乾燥機降低能效…等。
- 造成元件部品故障 : 冷凝水還會加速管路中閥門的磨損，造成氣動控制設備失靈或誤操作; 電磁閥…等控制元件故障。
- 造成設備鏽蝕 : 使管路和設備發生鏽蝕。
- 造成工安疑慮 : 若在管路的低點發生積水凍結 (北方國家)，管路還有爆裂危險。
- 影響製程品質 : 例如在噴塗用的壓縮空氣中含有水霧，會影響塗料在工件上的附著，導致塗裝失敗; 又例如造成噴砂機噴出水氣影響工件質量
造成空壓機系統管路經常有水的狀況
一，空壓機本身有沒有設計內置桶或旋風分離器及排水設計 : 以同樣是日本岩田無油渦卷式空氣壓縮機來看，其設計就不一樣，當然也會直接影響空壓機出口的壓縮空氣含水氣量; 旋風分離器故障堵塞, 其結果與沒有裝結果會是類似的。1馬力無油渦卷有設計5L內置空氣桶但是沒有設計獨立的排水裝置，而是直接與壓縮空氣一起排出水氣，因此必須靠外置桶來二次集水排水，因為空氣量較小又或者直接接到乾燥機降溫冷凝再透過排水器排出冷凝水; 如果沒有採取上面措施則會有相對較多的水氣跑到管路內 (筆者反思自己沒有深思熟慮曾經幹過的蠢事來分享)。2~5馬力無油渦卷有內置空氣桶並有排水裝置，因此空壓機出口的水氣相對會少很多 (因為80%左右的水氣會被蒐集排掉)。 7.5馬力以上則沒有內置空氣桶也沒有排水裝置，因此我們通常會透過外置旋風分離器或空氣桶來蒐集冷凝水並進行排水。
二，壓縮空氣系統管路排水裝置堵塞故障或處理水氣能效不足 : 此類狀況如果之後又沒有安裝乾燥機，會讓累積的冷凝水跑到管路及現場；也可能發生的原因是因為旋風分離器出入口裝相反，或者是旋風分離器或排水器內部的耗材沒有更換造成效果變差。
三，壓縮空氣系統中的乾燥機故障或處理風量的能力不足 : 處理風量的能力不足經常發生在選型不合適 (請參考 冷凍式乾燥機選型) 或者是乾燥機廠商設計原始就有投機以使用者70%~80%負載來做為設計基礎 ；也可能發生的原因是因為乾燥機配管的時候出入口裝反。
四，壓縮空氣系統管路或設備洩漏 : 此類狀況即容易發生在一早上班時開始使用的瞬間有冷凝水自噴槍或設備噴嘴噴出。
五，壓縮空氣系統沒有仔細地規劃乾燥過濾裝置或根本沒有設計安裝 : 此類狀況管路中會有水，但是有些廢水處理時的汙泥壓縮製程就不在乎冷凝水的多寡另當別論。
如何確保壓縮空氣的乾燥?
一，系統建置規劃考慮製程壓縮空氣品質需求 : 所有製程對於壓縮空氣品質的要求到甚麼程度? 再進一步考慮供應端到需求端各種乾燥過濾及排水裝置的選型與安排。
二，依據空壓機系統總風量與各製程需求壓縮空氣品質設計系統並選型合適設備 : 系統的配置與設備的選型必須依據整體製程壓縮空氣品質需求與總風量來規劃。那些裝置規劃在機房端? 哪些裝置規劃在需求末端? 通常是要求空氣品質佔比較小但是要求較高者會採用再需求末端再安裝乾燥過濾裝置以節省整體預算與達成較佳的效果。
三，思考評估空壓機系統各種設備在相互前後之關係與影響 : 例如. 避免像筆者幹過為了便宜行事而愚蠢的將備用空壓機出口直接接入空氣桶或乾燥機後面的管路; 也曾經因為粗心大意將乾燥機的出入口安裝錯誤…等低級錯誤。通常, 乾燥機的處理風量如果遠大於空壓機的實際排氣量, 是可以將空壓機出口直接與乾燥機對接後再進入空氣桶; 但是如果乾燥機處理風量與空壓機實際排氣量相差不到一倍以上, 建議空壓機出口還是先進空氣桶再接乾燥機才能有效乾燥壓縮空氣。
四，空壓機供應需求的總風量有變動時必須重新考量乾燥過濾及排水裝置處理量 : 例如. 因為診療或製程需求總風量由425L/min增加一台空壓機至680L/min時, 原先使用的高溫型處理風量600L/min的乾燥機已經不夠, 建議另外增加一台600L/min的乾燥機在空氣桶後並聯, 或個別處理空壓機再併入空氣桶, 抑或是改成一台1,200L/min的乾燥機來處理總風量。
五，定期檢查乾燥過濾裝置的有效性及管路洩漏狀況並改善 : 這部分可以由專人或委託專業協力廠商進行定期巡檢, 以確保空壓機系統壓縮空氣品質乾燥程度達到需求的規範。
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