船舶企業(yè)壓縮空氣管路液態(tài)水處理的改善

陸 祥，宋 軼，黃燕兵

（1.啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，江蘇啟東 226200；2.蘇州凱恩晟空壓系統(tǒng)有限公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

某船舶企業(yè)建廠時(shí)在中心站房配套建設(shè)4 大1 小離心機(jī)及相應(yīng)的冷凍式干燥機(jī)等，總計(jì)最大800 m3/min 集中供氣能力對(duì)全廠供氣。但投產(chǎn)以來(lái)，預(yù)處理生產(chǎn)線壓縮空氣一直存在大量液態(tài)水（俗稱“氣帶水”），每次壓縮空氣管線使用前，都先要對(duì)預(yù)處理線氣苞及聯(lián)合車間的壓縮空氣進(jìn)戶總管的氣水分離器進(jìn)行人工排水，每次排水耗時(shí)少則0.5 h，多則超過(guò)2 h。即使在持續(xù)干燥的晴天，每隔1 天也要人工排水1 次，每次手動(dòng)排水的同時(shí)，也造成壓縮空氣的損失。“氣帶水”問(wèn)題，不僅導(dǎo)致產(chǎn)品次品率高、人工浪費(fèi)和管路銹蝕，而且造成壓縮空氣的巨大浪費(fèi)。也曾采取在局部管路加裝氣水分離器和排水器等辦法，但效果不佳。隨著船東對(duì)板材處理的要求越來(lái)越高，找到可靠高效的氣帶水除水解決方案勢(shì)在必行。

1 項(xiàng)目情況

預(yù)處理線的壓空管線引自聯(lián)合車間進(jìn)戶總管DN250 上的分支DN65 管路，在聯(lián)合車間和預(yù)處理車間聯(lián)接段成U 形彎后進(jìn)入預(yù)處理線。進(jìn)戶總管由空壓站廠區(qū)分管經(jīng)埋地鋪設(shè)到聯(lián)合車間旁出地面后穿墻進(jìn)入，距離空壓站直線距離約1 km，進(jìn)戶總管進(jìn)入車間接氣水分離器后管線沿墻布置。該氣水分離器底部原配0.5 英寸手動(dòng)排水閥手動(dòng)排水，開(kāi)啟手動(dòng)閥時(shí)會(huì)排出大量冷凝液，有時(shí)持續(xù)30 min 以上。

車間內(nèi)沿立柱布分支管線，其中預(yù)處理線與型材處理中間的分支管線，從車間總管底部直接向下接出，并在其下端配有分氣苞，分氣苞底部安裝手動(dòng)球閥。打開(kāi)該球閥會(huì)排出較多的冷凝液/液態(tài)水。打開(kāi)后續(xù)1～4#氣苞原配手動(dòng)閥后，與其連接的排水總管末端處會(huì)有較多的水汽沖出。預(yù)處理線也反應(yīng)壓縮空氣“潮“?？傮w而言，壓縮空氣管線氣帶水且水多。

2 原因分析

（1）空壓站機(jī)臺(tái)運(yùn)行根據(jù)生產(chǎn)需求而定，具體是根據(jù)供氣主管的壓力而確定?？諌簷C(jī)與冷干機(jī)一一對(duì)應(yīng)并同時(shí)或先后開(kāi)啟。運(yùn)行冷干機(jī)的蒸發(fā)溫度（11～23）℃，即使冷干機(jī)中的氣水分離良好、排水及時(shí)且充分，冷干機(jī)出口壓力露點(diǎn)也會(huì)比蒸發(fā)溫度高。因此目前壓縮空氣供氣主管的壓力零點(diǎn)高于PDP+20 ℃也極為常見(jiàn)，也即源頭液態(tài)水沒(méi)解決好，徹底解決代價(jià)較高。

（2）壓縮空氣通過(guò)埋地鋪設(shè)的空壓管線長(zhǎng)距離輸送，經(jīng)長(zhǎng)距離地埋管道輸送后，壓縮空氣接近地溫。工廠當(dāng)?shù)氐某Ｄ甑乇頊囟茸兓?jiàn)圖1。土壤溫度變化見(jiàn)圖2、圖3。

從管線地埋深度為-1.5 m 的情況分析，埋地管線所處溫度日均變化較穩(wěn)定（圖2），從土溫年變化（圖3）情況分析，管溫接近（5～15）℃。因此長(zhǎng)距離鋪設(shè)的管線，如大地作為冷干機(jī)而地埋管線是其中的蒸發(fā)器一樣，類似地源熱泵的作用，只要主管壓縮空氣壓力露點(diǎn)值高于地埋管線溫度，就會(huì)有冷凝液析出。因此對(duì)空壓站干燥機(jī)的干燥能力提出了更高的要求，或者說(shuō)盡量用足大地冷源（相對(duì)于主管壓縮空氣而言）而棄用空壓站冷干機(jī)，結(jié)合氣水分離器和高效排水器，對(duì)埋地管線長(zhǎng)、身處南方地區(qū)的造船企業(yè)是個(gè)值得考慮的選擇。

（3）有冷凝液出現(xiàn)的地方，如氣水分離器、儲(chǔ)氣罐等處，是否能高效、及時(shí)地排出也很重要，否則冷凝液被攜帶到后續(xù)管線而加重后續(xù)的處理負(fù)擔(dān)。空壓站只運(yùn)行1 臺(tái)180 m3/min 離心機(jī)，每級(jí)除排放冷凝液以及干燥機(jī)處理部分外，每小時(shí)還有約25 kg 水進(jìn)入后續(xù)管網(wǎng)（按環(huán)境溫度28 ℃、出口壓縮空氣溫度38 ℃、出口壓力0.78 MPa 計(jì)），前端冷凝液排的不徹底也會(huì)進(jìn)入后續(xù)管網(wǎng)。

（4）身處廠區(qū)供氣主管干支的末端，水往管網(wǎng)最遠(yuǎn)處流時(shí)呈波浪性特點(diǎn)，需要有處理氣帶水中水的浪涌的能力。

圖1 工廠當(dāng)?shù)爻Ｄ甑乇頊囟?/p>

3 改造措施

圖2 不同深度的土溫日變化曲線

圖3 不同深度的土溫年變化曲線

針對(duì)壓縮空氣液態(tài)水含水量高、壓縮空氣浪費(fèi)嚴(yán)重的情況，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求及用氣特征，項(xiàng)目實(shí)施不僅要考慮解決目前的排水問(wèn)題，也要考慮設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行能耗，更要考慮解決壓縮空氣能源浪費(fèi)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，多方考察、試驗(yàn)，最終確定采用無(wú)氣損自動(dòng)排水器方案，原理是根據(jù)分離冷凝液進(jìn)入排水器儲(chǔ)水槽液位的高低，通過(guò)液位傳感器指令電動(dòng)閥自動(dòng)開(kāi)啟排水，到低液位關(guān)閉球閥，整個(gè)過(guò)程中只排水不排氣，而且長(zhǎng)壽命電機(jī)及不銹鋼球閥，保證其運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)設(shè)備能耗僅有閥動(dòng)作時(shí)的5 W，運(yùn)行成本低，幾乎可以忽略不計(jì)。見(jiàn)圖4。

圖4 無(wú)氣損自動(dòng)排水器工作原理

3.1 實(shí)施方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，方案最終流程見(jiàn)圖5。方案的特點(diǎn)是依托原有進(jìn)戶總管上的氣水分離器，對(duì)分離出來(lái)的冷凝液通過(guò)拆除原0.5 英寸排水閥，改裝大容量Super Trap 電子液位式電動(dòng)閥和計(jì)數(shù)型自動(dòng)排水器ST-3500AC，水平管線從底部接出支管加裝Super Trap 零氣耗排水器ST-500A，對(duì)原U 形彎處加裝具有高效氣水分離效果的不銹鋼過(guò)濾器，并在排污口改裝計(jì)數(shù)型零氣耗排水器ST-500AC。后端的儲(chǔ)氣罐底部排水閥改裝Super Trap 零氣耗排水器ST-500A，以備特殊狀況出現(xiàn)時(shí)的緊急排水，平時(shí)視作排水的保險(xiǎn)裝置。

3.2 實(shí)施過(guò)程

項(xiàng)目于2019 年5 月27 日在預(yù)處理壓縮空氣管線的合適位置進(jìn)行安裝試用。針對(duì)預(yù)處理線壓縮空氣液態(tài)水多的情況，首先對(duì)總管的排水進(jìn)行系統(tǒng)處理，冷凝液通過(guò)安裝在總管處零氣耗排水器（稱1 號(hào)位排水器，簡(jiǎn)稱排水器1）排放。2019 年6 月1 日起開(kāi)始應(yīng)用后初顯成效。但由于總管存在浪涌現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析進(jìn)行改善優(yōu)化，將總管的1 號(hào)位排水器容量由500 ml/次加大到3.5 L/次。排水系統(tǒng)自2019 年7 月1 日使用以來(lái)，一直處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，末端管路已無(wú)液態(tài)水。為進(jìn)一步量化具體排水量，2019 年8 月6 日將1 號(hào)排水器升級(jí)為帶排水計(jì)數(shù)功能的ST-3500AC。排水器投入使用前后現(xiàn)場(chǎng)排水狀況見(jiàn)圖6。

圖5 方案實(shí)施流程

圖6 排水器投用前后現(xiàn)場(chǎng)排水狀況

4 改造效果

自2019 年5 月27 號(hào)投入使用無(wú)氣損自動(dòng)排水系統(tǒng)后，壓縮空氣液態(tài)水的問(wèn)題得以逐步解決。自2019 年8 月6 日起徹底解決了預(yù)處理線壓縮空氣帶水問(wèn)題，除水效率99%以上，高于初定的95%的除水效率，2019 年8 月6 日至9 月6 日1 個(gè)月排水4.25 t。