發(fā)電廠儀用空氣帶水問(wèn)題分析與處理

高龍剛

(山東萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271113)

0 引言

隨著氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)電廠應(yīng)用越來(lái)越廣泛，儀用空氣帶水問(wèn)題已經(jīng)成為困擾電廠安全生產(chǎn)的一個(gè)技術(shù)難題，儀用空氣帶水輕則造成設(shè)備調(diào)節(jié)性能下降，設(shè)備精密部件如定位器、電氣轉(zhuǎn)換器、氣缸密封墊損壞，重則因冬季壓縮空氣內(nèi)水結(jié)冰造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)失控，造成機(jī)組參數(shù)無(wú)法控制甚至機(jī)組跳閘。通過(guò)對(duì)儀用空氣帶水現(xiàn)象及原因分析，以及對(duì)目前主流空壓機(jī)、干燥器造成儀用空氣帶水重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行治理的實(shí)踐，旨在尋找解決儀用空氣帶水的辦法，提高壓縮空氣質(zhì)量，使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到更好的應(yīng)用。

1 儀用空氣帶水原因分析

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所用的儀用空氣統(tǒng)稱(chēng)壓縮空氣，它是利用空氣的可壓縮性，經(jīng)空氣壓縮機(jī)做機(jī)械功使本身體積縮小，壓力提高后產(chǎn)生的。壓縮空氣的質(zhì)量容易受環(huán)境的影響和制約，空氣隨著氣壓及天氣的變化，空氣中的水蒸氣會(huì)有所變化，濕度會(huì)有所不同。

水蒸氣經(jīng)過(guò)壓縮，體積縮小，但其水分不會(huì)消失，儀用空氣中水分以?xún)煞N形式存在，一部分空氣離開(kāi)空壓機(jī)后溫度降低，空氣內(nèi)的水蒸汽會(huì)凝結(jié)成液體并保留在系統(tǒng)內(nèi)；另一部分隨著空氣壓力升高、體積減少，以較少水蒸汽存在于壓縮空氣中。 當(dāng)壓縮空氣經(jīng)分散到各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于壓力源距離增加，壓力降低，溫度降低，壓縮空氣中未飽和空氣在保持水蒸氣分壓不變情況下降低溫度，使之達(dá)到飽和狀態(tài)，溫度降至壓力露點(diǎn)時(shí)，濕空氣中便有凝結(jié)水滴析出。 壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，全廠管線的地域溫度不同，尤其是從汽機(jī)房通往室外時(shí)，環(huán)境溫度變化幅度大。若空氣中含水分較大也會(huì)有水分析出。當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，氣源管線內(nèi)的集水會(huì)結(jié)冰，堵塞管路，影響儀表正常工作。

2 氣源系統(tǒng)去除水分措施

為保證儀用空氣質(zhì)量，各生產(chǎn)廠家都配備了完整的氣源系統(tǒng)來(lái)去除水分。典型的氣源系統(tǒng)由下列部分組成：空氣壓縮機(jī)、后部冷卻器、過(guò)濾器(包括前置過(guò)濾器、油水分離器、管道過(guò)濾器、除油過(guò)濾器、除臭過(guò)濾器、滅菌過(guò)濾器等等)、穩(wěn)壓儲(chǔ)氣罐、干燥機(jī)(冷凍式或吸附式)、自動(dòng)排水排污器，輸氣管道、管路閥件、儀表等。上述設(shè)備根據(jù)工藝流程的不同需要，組合成完整的氣源系統(tǒng)，來(lái)產(chǎn)生合格的、用戶(hù)需要的儀用空氣。 如圖1所示，圖中：1為壓縮機(jī)，2為后冷卻器，3為油氣分離器，4為儲(chǔ)氣罐，5為過(guò)濾器，6為微熱再生干燥器，7為復(fù)合式干燥器，8、9為微凝聚過(guò)濾器。

同時(shí)國(guó)際上也制定了嚴(yán)格的儀用空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)執(zhí)行的是GB4830-84《工業(yè)自動(dòng)化儀表氣源壓力范圍和質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)，其主要內(nèi)容與美國(guó)的ISA-S73《儀表氣源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》基本相同，只是在技術(shù)指標(biāo)和具體規(guī)定上有差別。 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定油或烴含量不能大于 l0 μg/m3，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不大于1 ppm。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于壓力露點(diǎn)的規(guī)定有2條；空氣管線壓力露點(diǎn)應(yīng)低于環(huán)境溫度10℃，一年四季中壓力露點(diǎn)均應(yīng)高于2℃。并要求重視室外執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路的防寒和伴熱裝置。為避免銹蝕管路及閥門(mén)，材料應(yīng)采用不銹鋼或紫銅管、尼龍管等。

圖1 壓縮空氣凈化流程圖

3 典型儀用空氣帶水的防范和處理措施

山東萊城發(fā)電廠配備8臺(tái)英格索蘭空壓機(jī)，分兩期布置，分別為微熱再生干燥系統(tǒng)和復(fù)合式干燥系統(tǒng)，機(jī)組投產(chǎn)10年來(lái)，儀用空氣質(zhì)量逐年下降，多次發(fā)生因儀用空氣帶水結(jié)冰造成減溫水調(diào)閥、一次風(fēng)機(jī)入口擋板、二次風(fēng)擋板、磨煤機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板等重要設(shè)備動(dòng)作異常、甚至油層氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都無(wú)法投入，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 系統(tǒng)存在主要問(wèn)題

壓力露點(diǎn)不能滿(mǎn)足要求，北方壓力露點(diǎn)應(yīng)控制在-20℃以下。復(fù)合式再生系統(tǒng)(冷干機(jī)+無(wú)熱再生干燥)則較難達(dá)到如此低的壓力露點(diǎn)。

空壓機(jī)設(shè)備老化，特別是后部冷卻器達(dá)不到冷卻效果，致使空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣進(jìn)入干燥器前溫度過(guò)高，空氣中所含水分得不到冷卻凝結(jié)；同時(shí)過(guò)濾器(包括前置過(guò)濾器、油水分離器、管道過(guò)濾器、自動(dòng)排水排污器工作不正常，凝結(jié)水分不能順利析出，進(jìn)入干燥器內(nèi)導(dǎo)致干燥劑乳化。

微熱再生干燥器干燥劑選型達(dá)不到要求，不能將水分完全吸附，同時(shí)干燥器控制程序存在問(wèn)題，不能使干燥劑可靠吸附、再生，干燥效果差。

增加室外執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路的防寒和伴熱裝置，管路及閥門(mén)材質(zhì)符合要求。

缺乏壓力露點(diǎn)在線監(jiān)視手段，無(wú)法對(duì)壓縮空氣品質(zhì)作出判斷。

3.2 改進(jìn)措施

空壓機(jī)干燥器內(nèi)干燥劑以前采用氧化鋁，又稱(chēng)“鋁膠”，它具有很大的表面硬度和抗壓強(qiáng)度，在靜壓力作用下不易破碎，在交變壓力作用下不易磨損，比表面積250～300 m2/g，適用于高濕度氣體的干燥。 干燥效果只能達(dá)到3級(jí)水平，且不能有效除掉殘余水分及雜質(zhì)。針對(duì)壓縮空氣存在的問(wèn)題，經(jīng)論證分析采取上部分子篩，下部氧化鋁布置，分子篩與氧化鋁比例為4：1。 分子篩是由于具有均一微孔且能有選擇性地吸附直徑小于其孔徑分子的一大類(lèi)吸附劑。比表面積達(dá)800～1 000 m2/g，在含水量低及較高的溫度下，能進(jìn)行深度干燥。但分子篩破碎強(qiáng)度不高，在長(zhǎng)期使用下堆積比重要增大20%，且容易粉化。 因此在處理含水量較高的氣體時(shí)，應(yīng)先用1倍氧化鋁進(jìn)行預(yù)干燥，再用4倍分子篩來(lái)消除殘余水分。

要確保后冷卻器系統(tǒng)可靠投入，空壓機(jī)壓縮后新生氣體溫度能夠達(dá)到80℃以上，而干燥器則要求始終保持進(jìn)入干燥器的氣體溫度低于45℃，以確保進(jìn)入干燥器壓縮空氣內(nèi)水達(dá)到一個(gè)干燥器可以吸附的范圍，防止造成干燥劑的乳化。 一般電廠冷卻器采取開(kāi)式水冷卻，要加強(qiáng)冷卻水流量監(jiān)視，確保冷卻效果并及時(shí)對(duì)冷卻器內(nèi)管道進(jìn)行檢漏，防止壓縮空氣進(jìn)入開(kāi)式水系統(tǒng)。

后冷卻器及油氣分離器、過(guò)濾器的定期排污很重要，否則析出的水分不能及時(shí)排走乳化干燥劑反而會(huì)導(dǎo)致壓縮空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化，由于排出水分中含有雜質(zhì)，導(dǎo)致采用閘閥的自動(dòng)排污裝置經(jīng)常堵塞，腐蝕排污管道，改為采用通流直徑在15 mm以上球型排水閥，排污管路更換為PVC管，每隔1 h自動(dòng)排水一次，排污能力大大增強(qiáng)。

改進(jìn)控制程序，干燥劑不能充分吸附的原因之一是由于干燥劑再生后沒(méi)有充足冷卻時(shí)間，溫度較高，吸附效果差；將干燥器周期由2 h改為4 h，加熱時(shí)間控制在1 h，留下充足的冷卻時(shí)間，使再生后干燥劑充分冷卻下來(lái)，增加吸附能力。

采購(gòu)便攜式露點(diǎn)儀檢測(cè)成品氣的露點(diǎn)，及時(shí)對(duì)壓縮空氣品質(zhì)做出判斷。 提前采取措施防止儀用空氣冰堵。

室外執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路的防寒和伴熱裝置，管路采取不銹鋼管，在要求特別嚴(yán)格的設(shè)備如一次風(fēng)機(jī)入口擋板、過(guò)熱器減溫水調(diào)閥等重要設(shè)備加裝壓縮空氣自動(dòng)排水器，利用壓縮空氣流動(dòng)產(chǎn)生離心力使水分析出，確保無(wú)水分進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

冷凍式干燥器由于其工作原理限制，其壓力露點(diǎn)難以達(dá)到要求，且在夏季由于溫度低造成設(shè)備表面凝結(jié)水滴，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高，將無(wú)熱再生干燥器加裝電加熱器改造成微熱再生裝置，能有效去除儀用空氣中水分。

4 結(jié)語(yǔ)

儀用空氣帶水問(wèn)題通過(guò)采取以上措施，通過(guò)近一年的觀察實(shí)踐，儀用空氣中存在的油水等物質(zhì)明顯減少，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)未發(fā)生因帶水發(fā)生冰堵現(xiàn)象導(dǎo)致失控，定位器等精密元器件損壞基本消除，儀用空氣帶水這一困擾發(fā)電廠的難題通過(guò)采取更換吸附劑、降低干燥器入口溫度、確保良好排污、保證干燥器正常工作、增加保溫伴熱除水裝置是可以消除的，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在北方也可以得到良好的應(yīng)用。