空壓風系統(tǒng)改造實踐

程 銘 曹昌盛 胡喆祺 劉 磊

(大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石 435005)

0 前言

某冶煉廠電解30萬t系統(tǒng)于2012年投產(chǎn)，整個生產(chǎn)線自動化程度高，采用國際一流的永久不銹鋼陰極電解工藝生產(chǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的始極片生產(chǎn)工藝，具有高效率、低能耗、環(huán)保等優(yōu)點，主要產(chǎn)品有陰極銅、電積銅、黑銅等。

電解30萬t生產(chǎn)系統(tǒng)中共有3臺阿特拉斯空氣壓縮機，型號分別為GA250W- 10、GA250W- 7.5以及ZR55- 8.6。多年運行以來，空壓風系統(tǒng)存在較多問題。本文詳細分析了空壓風系統(tǒng)存在的問題，并進行了相應的改造。

1 空壓風系統(tǒng)存在的主要問題

其中，1#與2#空壓機為噴油螺桿式，公稱容積流量分別為43.8 Nm3/min 、37.86 Nm3/min；3#空壓機為無油螺桿式，公稱容積流量7.86 Nm3/min。1#及2#空壓機用于對生產(chǎn)現(xiàn)場兩臺陰極剝片機組、一臺陽極機組及一臺殘極機組供風，空壓機供風方式為一用一備；3#空壓機主要用于對生產(chǎn)現(xiàn)場東區(qū)儀表、西區(qū)儀表及凈化系統(tǒng)儀表供風。30萬t空壓風系統(tǒng)走向示意圖如圖1所示。

圖1 30萬t空壓風系統(tǒng)走向示意圖

30萬t生產(chǎn)系統(tǒng)空壓風的使用存在以下問題：

1)機組設備用風點長期帶水。生產(chǎn)現(xiàn)場東區(qū)儀表、西區(qū)儀表及硫酸銅儀表供風情況良好，未出現(xiàn)帶水情況?？諌猴L用風點帶水區(qū)域主要為主廠房機組設備用風，即1#、2#空壓機所在的管線。機組用風帶水較多直接導致機組及進口打包機元件腐蝕，備件更換頻繁，每年因空壓風含水導致的進口備件消耗約20萬元。雖定期對空壓風用風點排水，但由于空壓風含水量偏大，空壓風帶水問題始終未得到根治。

2)空壓風用風組織方式不經(jīng)濟。由于儀表對空壓風的潔凈度要求相對較高，1#或2#空壓機開啟供風的同時，3#空壓機須24小時連續(xù)開啟供應儀表用風，因而導致空壓機總電耗較高。

3)空壓機臨時維修較多。空壓機的維修狀況長期以來主要為臨時維修，尤其在高溫季節(jié)，當空壓機出現(xiàn)相應報警，即對空壓機進行停機檢查及維修?？諌簷C停機會影響供風時間，導致生產(chǎn)作業(yè)時間延長。

2 問題分析

經(jīng)過現(xiàn)場分析，空壓風管網(wǎng)存在問題如下：

1)后處理設備不匹配。兩臺空壓機的風量分別為37.86 Nm3/min、43.8 Nm3/min(一用一備)，因2#陰極剝片機組安裝于東區(qū)，1#陰極剝片機組、陽極機組及殘極機組安裝于西區(qū)，在早期系統(tǒng)設計時，選定在東區(qū)機組就近安裝一臺6.5 Nm3/min干燥器，在西區(qū)機組就近安裝一臺22 Nm3/min干燥器，兩臺干燥器總處理量合計僅為28.5 Nm3/min，遠低于1#及2#空壓機的公稱容積流量43.8 Nm3/min、37.86 Nm3/min，干燥器處理量偏低，選型不合理，導致機組用風干燥器處理量不足。

2)兩臺干燥器安裝位置不合理。由于陽極堆場區(qū)域限制，空壓風管道須繞過陽極堆場外圍，目前空壓機站房距離后處理干燥設備約400 m，且管道大部分為露天高架安裝，含水汽的壓縮空氣會因長距離的管道自然降溫或升溫過程產(chǎn)生大量的水。外圍管道安裝于橋架高位，空壓風到干燥器時，由于水汽在低位管線集聚，液態(tài)水會導致干燥劑加速粉化堵塞，對干燥器產(chǎn)生較大影響。

3)1#及2#空壓機出風口處未另外安裝過濾器。按照《儀表供氣設計規(guī)范》(HG/T 20510—2014 )要求，儀表空氣含塵粒徑不應大于3 μm，含塵量應小于1 mg/m3,儀表空氣中油含量應小于0.000 1%，由于1#及2#空壓機為噴油式螺桿空壓機，產(chǎn)生壓縮空氣的含油量通常大于0.000 2%，并且由于設備長期運行，除塵、除水效果無法達到相應要求，因而1#及2#空壓機產(chǎn)生的空壓風不能替代3#無油螺桿式空壓機產(chǎn)生的儀表用風。

4)用風時間存在優(yōu)化空間。原有的空壓機作業(yè)模式為：1#與2#空壓機為一用一備，早上機組開機時開啟供風，夜間出銅作業(yè)完畢后停機；3#空壓機24小時開啟供儀表風。經(jīng)現(xiàn)場實際測試，1#及2#空壓機風量可以同時滿足機組生產(chǎn)用風及儀表用風需求，目前的生產(chǎn)供風模式不節(jié)能。

5)空壓機設備及附屬管道維護不到位。目前空壓機日常運行的主要模式主要為事后維修，每年定期對空壓機的冷凝器進行清洗，相關設備檢修及維護缺乏科學性，主要表現(xiàn)為部分設備故障均為臨時性維修，未定期進行全面系統(tǒng)檢查?？諌猴L管道雖修補，但部分空壓風管道破損未及時更換。

3 改善措施

3.1 更換干燥器和配置過濾器

將原有機組的空壓風干燥器停用并跨接，改用微熱再生式干燥器。微熱再生式干燥器是在無熱再生的基礎上，對再生氣進行適當加熱，提高再生氣溫度，減少再生氣消耗量。該裝置再生氣消耗量為額定處理量的5%～8%，經(jīng)濟性好。設備連接示意圖如圖2所示。在設定的露點溫度下，干燥器的入口氣體流量與實際工作狀態(tài)和溫度環(huán)境有關，計算公式如下：

FC-油水分離器； FA-微油霧過濾器； FT-主管路過濾器

入口氣體流量=(額定出氣量)×(壓力系數(shù))×(入口溫度系數(shù))×(環(huán)境溫度系數(shù))

(1)

額定出氣量選擇43.8 Nm3/min，壓力系數(shù)、入口溫度系數(shù)、環(huán)境溫度吸收選1，則入口氣體流量為43.8 Nm3/min。以“就高不就低”原則在空壓機出風口處更新配置一臺55 Nm3/min的微熱再生式干燥機[1-2]，隨后干燥的空壓風經(jīng)過廣場外圍管道再進入生產(chǎn)現(xiàn)場各用風點。

微熱再生式干燥器設備配置過濾器，包括油水分離器、微油霧過濾器及主管路過濾器，并對每個過濾器設置有自動排水器。油水分離器的作用是在壓縮空氣進入干燥器前去除其中的液態(tài)水分；微油霧過濾器的作用則是去除壓縮空氣中的油霧；加裝主管路過濾器是為了確保壓縮空氣顆粒度穩(wěn)定達標。過濾器主要參數(shù)見表1。經(jīng)過過濾后的空壓風達到儀表用風的基本要求。

表1 過濾器主要參數(shù)

3.2 改進干燥器安裝位置

1#及2#空壓機出風后進入新安裝的干燥器進行干燥，并進行進一步油氣分離。將干燥器安裝在空壓機站房附近，更改后的空壓風管網(wǎng)如圖3所示。改進后，通過閥門控制，1#及2#空壓機產(chǎn)生的空壓風可以進入3#空壓機所在的管網(wǎng)中供應儀表用風，而由于設置了單向閥，3#空壓機產(chǎn)生的空壓風無法進入1#、2#空壓機所在的管網(wǎng)。

1-新增連接管道； 2-新增截止閥； 3-新增單向閥

3.3 優(yōu)化空壓機開機時間

因新干燥器配有除油、除水及除塵過濾器，機組生產(chǎn)期間3臺空壓機每次只開啟一臺，由1#或2#空壓機直接供應30萬t生產(chǎn)現(xiàn)場用風(包含機組用風及儀表用風)；機組作業(yè)完畢后倒換空壓風閥門，停1#、2#空壓機，開啟3#空壓機，供應儀表用風。改進后，3#空壓機開啟時長由原有的24 h/d減少至約9 h/d。

3.4 加強空壓機及相關設備設施管理

每天對儲氣罐定時排水，每年對干燥劑定期更換，確保干燥器使用正常?？諌簷C每年由專業(yè)廠家定期全面系統(tǒng)檢查，對過濾器及換熱器進行清洗，循環(huán)水系統(tǒng)每年進行一次清理[3]。更換廣場外圍破損的管道，確?？諌猴L長距離輸送無空壓風泄漏或雨水倒灌，每月對空壓風輸送管路進行定期檢查，并對破損區(qū)域及時修補。

4 結束語

通過對空壓風系統(tǒng)進行設備、管路以及設備管理方式的優(yōu)化，消除空壓風帶水問題，降低設備機組設備尤其是進口設備故障頻率，提高了30萬t機組設備作業(yè)效率，機組備件成本降低約20萬元/a，電耗降低10萬元/a，且維修勞動強度大幅降低。