壓縮熱再生干燥器露點(diǎn)偏高原因分析與研究

趙利平

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

概述

某鋼鐵廠配套建有5 座空壓機(jī)站，要求壓縮空氣露點(diǎn)＜-20 ℃，自2008年投產(chǎn)以來(lái)，隨著設(shè)備的老化，干燥器電加熱器運(yùn)行穩(wěn)定性差，由于干燥器狀態(tài)切換后露點(diǎn)大范圍飄逸、工作吸附塔進(jìn)氣溫度高、再生時(shí)間設(shè)定不合理等原因，部分時(shí)段干燥器壓力露點(diǎn)達(dá)不到-20 ℃及以下，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成了一定的影響，因此亟需解決干燥器壓力露點(diǎn)偏高問(wèn)題。

1 空壓機(jī)工藝流程及干燥器工作原理

1.1 壓風(fēng)系統(tǒng)工藝流程

某鋼鐵廠空壓機(jī)站大部分使用的是FSELLIOT 三級(jí)離心空壓機(jī)，設(shè)計(jì)流量為250 m3/min，排氣壓力0.85 MPa，圖1 為空壓機(jī)站儀表風(fēng)流程圖。

圖1 空壓機(jī)站儀表風(fēng)流程圖

1.2 干燥器工作原理

目前所使用的余熱再生干燥器是根據(jù)變壓吸附的原理通過(guò)利用壓縮機(jī)排氣熱能對(duì)壓縮空氣進(jìn)行再生干燥的一種設(shè)備，干燥器主要工藝流程如下。

1.2.1 吸附塔（B 塔）工作，再生塔（A 塔）加熱再生階段，見(jiàn)圖2

圖2 加熱再生狀態(tài)下工藝流程圖

取壓縮機(jī)排出的高溫氣體約30%流量經(jīng)加熱器進(jìn)行溫度補(bǔ)償加熱至110～120 ℃，自上而下進(jìn)入再生塔進(jìn)行加熱再生，再生氣流出后與另一支流（約70%）的氣體匯合進(jìn)入后冷卻器冷卻降溫，冷卻后的氣體（此時(shí)由于氣體溫度降低已有部分液態(tài)水析出）經(jīng)氣水分離器分離出液態(tài)水，脫水后的壓縮空氣進(jìn)入吸附塔進(jìn)行進(jìn)一步脫水干燥，最后經(jīng)除塵器濾去塵埃后送出干燥無(wú)塵的成品氣體。

1.2.2 吸附塔（B 塔）工作，再生塔（A 塔）冷卻再生階段，見(jiàn)圖3

圖3 冷卻再生狀態(tài)下工藝流程圖

加熱再生完畢后，對(duì)再生塔進(jìn)行排氣泄壓，為后續(xù)冷卻再生做準(zhǔn)備。壓縮機(jī)產(chǎn)出的氣體全流量直接經(jīng)后冷卻器、氣液分離器、吸附塔進(jìn)行干燥送出。同時(shí)由吸附塔出口（頂部）取約2%～3%的成品氣經(jīng)限流孔板降壓膨脹后，從再生塔頂部進(jìn)入由底部消音器排出，對(duì)再生塔進(jìn)行冷卻再生。

1.2.3 均壓過(guò)程

再生塔冷卻再生結(jié)束后，將再生塔內(nèi)吸附劑溫度降至工作溫度，關(guān)閉泄壓閥門(mén)，將再生塔充壓至工作壓力，在充壓結(jié)束后，兩塔進(jìn)行倒換，原再生塔進(jìn)入到工作階段開(kāi)始工作吸附，原吸附塔進(jìn)入再生階段。至此，上半個(gè)周期結(jié)束，進(jìn)入下半個(gè)工作周期，如此往復(fù)循環(huán)。

2 壓縮空氣露點(diǎn)偏高問(wèn)題分析

2.1 電加熱器工作穩(wěn)定性差

再生塔進(jìn)行加熱再生時(shí)，塔內(nèi)吸附劑溫度要求達(dá)到105～110 ℃以上，由于加熱過(guò)程是由上而下進(jìn)行，以壓縮空氣離塔溫度為主要參考，要求加熱完畢壓縮空氣離塔達(dá)到120 ℃，才能滿足加熱時(shí)塔內(nèi)吸附劑的再生要求，干燥器電加熱器電氣回路由斷路器+固態(tài)繼電器組成，通過(guò)自動(dòng)化PLC 采集溫度反饋的方式控制固態(tài)繼電器通斷，完成電加熱器的自動(dòng)投退功能。雖然固態(tài)繼電器有其電磁兼容性好、切斷速度快、無(wú)觸點(diǎn)拉弧等優(yōu)點(diǎn)，但是由于自身發(fā)熱量大對(duì)環(huán)境溫度要求比較高，而且耐受過(guò)電流過(guò)電壓能力較弱。因此不適用于目前的空壓機(jī)廠房的環(huán)境條件，尤其夏季非常容易擊穿燒毀，導(dǎo)致干燥余熱再生裝置電加熱器無(wú)法正常工作，直接影響加熱再生效果。

2.2 狀態(tài)切換后露點(diǎn)漂移范圍大

再生塔進(jìn)行冷卻再生時(shí)，要求冷卻再生完畢后塔內(nèi)吸附劑溫度要降至50 ℃以下（同樣以下塔溫度為主要參考），才能保證吸附劑工作時(shí)溫度穩(wěn)定，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中冷卻再生完畢下塔溫度為75 ℃，冷卻再生完畢再生塔進(jìn)入工作吸附狀態(tài)，而吸附劑在溫度大于50 ℃時(shí)基本上沒(méi)有吸附能力，因此狀態(tài)切換后壓縮空氣露點(diǎn)出現(xiàn)大范圍飄逸，而且露點(diǎn)不合格時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)。

2.3 工作吸附塔進(jìn)氣溫度高

吸附塔進(jìn)氣溫度偏高（夏季進(jìn)氣溫度38～45 ℃），以30 ℃為基準(zhǔn)，溫度上升至35 ℃、38 ℃、43 ℃，含水量增加30%、50%、100%，吸附劑負(fù)荷增大，進(jìn)氣溫度每升高5 ℃，壓力露點(diǎn)將上升8～10 ℃，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，工作吸附塔進(jìn)氣溫度42 ℃，濕度基本為100%，干燥器負(fù)荷較大，尤其在盛暑季節(jié)，壓縮空氣露點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。

2.4 再生時(shí)間設(shè)定不合理

加熱、冷卻再生都是至上而下進(jìn)行，上塔與下塔溫差越小，吸附劑再生效果越好，露點(diǎn)較低，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查，每臺(tái)機(jī)組加熱/冷卻再生完畢后上下塔溫差不一，因此決定優(yōu)先選擇一座站所的4 臺(tái)干燥器分析研究，通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)干燥器存在欠加熱、欠冷吹和過(guò)加熱、過(guò)冷吹現(xiàn)象，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 加熱再生階段上下塔溫度比較表

表2 冷卻再生階段上下塔溫度比較表

3 處理措施

（1）“斷路器+固態(tài)繼電器”與“斷路器+接觸器”兩種控制方式都是通過(guò)PLC 發(fā)出24 V 指令控制加熱器投退的，兩種控制方式各有利弊（見(jiàn)表3），原設(shè)計(jì)為斷路器+固態(tài)繼電器的方式控制電加熱器退投，受夏季空壓機(jī)房高溫工作環(huán)境及固態(tài)繼電器自身發(fā)熱量大影響，固態(tài)繼電器受高溫?fù)舸┕收项l發(fā)。因此自主設(shè)計(jì)將原有電加熱器回路改為斷路器+接觸器形式，通過(guò)自動(dòng)化PLC 發(fā)送24 V 指令控制繼電器線圈吸合，主觸點(diǎn)閉合達(dá)到控制主回路加熱器投退的功能，接觸器承受浪涌電流和開(kāi)斷電流能力強(qiáng)。改造后有效的提高了電加熱器運(yùn)行穩(wěn)定性，加熱再生溫度得到了保證，徹底解決了固態(tài)繼電器在高溫環(huán)境下運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。

表3 接觸器與固態(tài)繼電器對(duì)比表

（2）原冷卻再生氣取約2%～3%的成品氣經(jīng)限流孔板降壓后對(duì)再生塔吸附劑冷卻再生，冷卻再生結(jié)束后下塔溫度偏高導(dǎo)致露點(diǎn)出現(xiàn)大范圍飄逸，限流板上有6 個(gè)?10 的孔，通過(guò)額外增加2 個(gè)?10 的孔，將再生氣流量增加至5%的成品氣，額外增加2%的再生氣量，有效提高了冷卻再生效果。

（3）末級(jí)冷卻器作為干燥器工作吸附塔進(jìn)氣唯一換熱單元，換熱器形式為列管式換熱器，循環(huán)水走殼程，壓縮空氣走管內(nèi)，管束材質(zhì)為銅管，外殼材質(zhì)為碳鋼。因循環(huán)水鈣硬度偏高且末級(jí)換熱器長(zhǎng)期處于高溫區(qū)環(huán)境（進(jìn)氣溫度可達(dá)110 ℃），銅管表層極易結(jié)垢，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)垢層厚度約為0.5～1 mm。通過(guò)對(duì)垢樣成分分析，垢層含量主要為碳酸鈣、氧化鐵、氧化銅、少量二氧化硅成分，因此考慮化學(xué)清洗，為確保清洗效果，同時(shí)防止銅管表面腐蝕及碳鋼管道腐蝕，先做72 h 掛片實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)節(jié)配方比例，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)最終確定了化學(xué)藥劑配方（具體化學(xué)藥劑配方見(jiàn)表4）。離線清洗后，工作吸附塔進(jìn)氣溫度由原來(lái)42 ℃下降至35 ℃，進(jìn)氣含水量同比下降，有效降低了吸附劑工作負(fù)荷。

表4 化學(xué)藥劑配方

（4）干燥器投運(yùn)初期，廠家給定的加熱時(shí)間、冷卻再生時(shí)間設(shè)定值都為120 min，目前干燥器在運(yùn)行末期（吸附3 h 后）露點(diǎn)出現(xiàn)正數(shù)，考慮以再生塔加熱/冷吹氣體離塔溫度為基準(zhǔn)科學(xué)設(shè)定再生時(shí)間。加熱再生階段，從加熱再生開(kāi)始計(jì)時(shí)到熱空氣離塔溫度達(dá)到110 ℃這個(gè)階段用時(shí)設(shè)定為加熱再生時(shí)間；同理冷卻再生時(shí)間以再生塔冷吹氣體離塔溫度達(dá)到40 ℃所用時(shí)間設(shè)定冷卻再生時(shí)間。并根據(jù)季節(jié)性變化修訂冷卻再生、加熱再生時(shí)間，通過(guò)摸索，夏季將加熱時(shí)間設(shè)定為90 min，冷卻再生時(shí)間設(shè)定為120 min；冬季將加熱時(shí)間設(shè)定為120 min，冷卻再生時(shí)間設(shè)定為90 min。

4 結(jié)束語(yǔ)

整改后，對(duì)不同季節(jié)露點(diǎn)溫度進(jìn)行跟蹤調(diào)研，7～8月份（環(huán)境溫度30～40 ℃，干燥器進(jìn)氣濕度100%狀態(tài)下）露點(diǎn)最高為-21 ℃，達(dá)到生產(chǎn)用戶的要求；9～11 月份（環(huán)境溫度20～30 ℃）露點(diǎn)最高為-32 ℃，超過(guò)生產(chǎn)用戶要求的48%，提高了用戶用氣的滿意度。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有壓縮熱再生干燥器現(xiàn)狀進(jìn)行分析找出影響露點(diǎn)偏高的因素，提出改善措施并付諸實(shí)踐，扭轉(zhuǎn)了壓縮空氣露點(diǎn)偏高對(duì)生產(chǎn)影響的被動(dòng)局面，杜絕了因?yàn)閴嚎s空氣品質(zhì)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成的影響。