氣源系統(tǒng)壓縮空氣質(zhì)量提升方案分析與實踐

易 亮

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

0 引言

近年來在海工建造項目實際作業(yè)過程中，對噴砂、吹掃、試壓等作業(yè)用壓縮空氣的質(zhì)量指標要求越來越高，而氣源系統(tǒng)空壓站（即空氣壓縮站）壓縮空氣終端含水量高對生產(chǎn)作業(yè)和設(shè)備管理實效帶來影響。針對海工鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)氣源系統(tǒng)改進優(yōu)化，本著改善壓縮空氣質(zhì)量目的，結(jié)合對生產(chǎn)現(xiàn)場實地考查及方案研究，為裝備管理技術(shù)人員在氣源系統(tǒng)空壓站壓縮空氣質(zhì)量提升實施上提供參考。

1 在用空壓站概況

氣源系統(tǒng)空壓站配有3 臺160 Nm3/min 離心式空壓機和2 臺70 Nm3/min 離心式空壓機，單臺離心式空壓機附1 臺冷凍式干燥器。配套自循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水量139 m3/h 逆流通風機械冷卻塔4 臺，溫差為10 ℃，每臺冷卻塔配1 臺風機；循環(huán)水泵房共有5 臺循環(huán)水泵，2 臺240 m3/h、1 臺300 m3/h、2 臺110 m3/h。

離心式空壓機三級出口的壓縮空氣溫度約120 ℃、壓力約0.85 MPa，經(jīng)三級水冷器用循環(huán)水后空氣溫度降到44～45 ℃，然后再經(jīng)過冷干機干燥除水進入儲氣罐，最后經(jīng)空氣匯集管輸?shù)礁饔脷廛囬g。

由空壓站出來的氣體分為3 路：一路去噴砂車間，為連續(xù)用氣，用量225～275 Nm3/min；一路去設(shè)備試壓區(qū)，為間歇用氣，間斷時間為0.5 h/d；另外一路去結(jié)構(gòu)下料預(yù)制車間，為連續(xù)用氣，用量約10 Nm3/min。

2 問題分析

2.1 冷干機干燥設(shè)備方面

在用氣源系統(tǒng)采用冷干機干燥設(shè)備，壓縮空氣壓力露點3 ℃。

為了保障設(shè)備安全運行，外供循環(huán)冷卻水溫度高報警值為30 ℃，聯(lián)鎖關(guān)停冷媒系統(tǒng)運行設(shè)備。近年來，因為大氣環(huán)境溫度升高，在夏季高溫季節(jié)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)外供循環(huán)水溫度一般控制在33～34 ℃，造成冷干機循環(huán)水溫度常達高報警值并聯(lián)鎖關(guān)停冷媒系統(tǒng)，導(dǎo)致壓縮空氣中水含量高，無法滿足噴砂、設(shè)備試壓對壓縮空氣質(zhì)量要求。另外，在冬季冷干機開啟的情況下，因冷干機本身的特性，無法將壓縮空氣露點溫度降到0 ℃以下，同樣會造成空氣含水量高、結(jié)露等問題，影響噴砂效果和試壓作業(yè)質(zhì)量。

2.2 管道敷設(shè)方面

供氣管路去車間設(shè)有壓力自調(diào)閥組，管道由高處引至離地面約1.5 m 處后再架高引出。壓縮空氣管道出現(xiàn)較大U 形彎，管路最低點未設(shè)排污口，管道低點易產(chǎn)生凝水帶入壓縮空氣。

噴砂車間空氣緩沖罐出口支路從總管側(cè)面連接，如果總管有凝水積存，也不會沿支路靠重力自流入緩沖罐內(nèi)分離，導(dǎo)致進入車間壓縮空氣含水量較高?？諝饩彌_罐底部設(shè)有排水口，均為承插式球閥，操作員巡檢定時排水，過程或外泄大量壓縮空氣，造成能源浪費；如果沒及時對底部高水位排水，罐內(nèi)上行空氣夾帶凝水，造成出氣水含量較高，且冬季儲罐底部會結(jié)冰。

2.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

系統(tǒng)夏季冷卻效果不好，供水溫度高至34～36 ℃，不能滿足站用設(shè)備對冷卻用水（30 ℃）的要求，影響因素主要有3 個。

（1）所處地區(qū)夏季濕度較大，濕球溫度較高（26～27 ℃），接近循環(huán)水冷卻塔設(shè)計出水溫度（30 ℃），循環(huán)水出口溫度較濕球溫度僅相差3～4 ℃，達到冷卻塔冷卻極限溫度，夏季出水溫度較高。

（2）循環(huán)水冷卻塔已運行10 年，填料破損使換熱效果下降，導(dǎo)致循環(huán)水出口溫度升高。

（3）冷卻塔布置距泵房約3 m，距離近影響通風換熱效果。

3 改進技術(shù)方案

3.1 調(diào)整氣源系統(tǒng)設(shè)備工藝

采用壓縮熱再生零排放吸附式干燥器（以下簡稱“干燥器”）替換在用冷干機，相應(yīng)地在干燥器出口管道新增除塵過濾器，并改造空氣匯集管道。

整體采用壓縮熱再生零排放吸附式干燥器，吸附劑為活性氧化鋁，在干燥器出口管道新增除塵過濾器，內(nèi)置濾芯，可以除去壓縮空氣中吸附劑顆粒物雜質(zhì)，通過除塵過濾器最大灰塵粒子直徑為0.5 μm，外供空氣含塵粒徑≤0.5 μm，壓縮空氣經(jīng)除塵過濾器壓降≤0.010 34 MPa。改進后壓縮空氣質(zhì)量可滿足噴砂、設(shè)備試壓和切割用氣質(zhì)量的要求。

3.2 改造附屬空氣管道

3 臺160 Nm3/min 空壓機三級壓縮出口高溫氣（120 ℃）管道增設(shè)DN80 支管匯集至連通管，連通管引出兩路支管連接至兩臺干燥器熱空氣進口，每條支路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥組控制高溫氣流量（占排氣總量20%～30%）；另外3 臺160 Nm3/min 空壓機三級水冷卻器出口空氣（44～45 ℃，氣量占排氣總量70%～80%）管道匯集至連通管，連通管上引兩路支管連接至兩臺干燥器冷空氣進口。去噴砂車間壓力自調(diào)閥組管路低點、緩沖罐底部設(shè)自動排水閥。

3.3 對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行處理

（1）根據(jù)氣象條件和系統(tǒng)干燥要求，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的4臺冷卻塔進行維修、清洗，去除水系統(tǒng)污垢雜質(zhì)。

（2）更換冷卻塔填料并適量減小填料層間距，增加與空氣接觸面，提高冷卻效率。

（3）更換循環(huán)冷卻水進出管為無縫鋼管。

4 采用壓縮熱再生零排放吸附式干燥工藝

采用離心式空壓機將一定的熱量排出，排出的熱量能對再生干燥劑進行重新加熱，干燥器的整個再生過程不耗氣，可最大限度節(jié)省運行費用。為了滿足空氣干燥的要求，需要利用電加熱器系統(tǒng)進行輔助加熱，根據(jù)再生干燥器空氣溫度的實際情況合理控制電加熱器系統(tǒng)的啟閉，這樣就能減少壓縮空氣出口露點現(xiàn)象發(fā)生的概率，有效提升空氣的干燥程度。

壓縮熱再生冷排放吸附式干燥技術(shù)的工作原理表現(xiàn)為：在再生塔中輸入從離心式空壓器內(nèi)出來的高溫氣體，熱壓縮空氣不會出現(xiàn)排放現(xiàn)象，直接進入到再生干燥器中，在分離器和再生冷卻器的作用下，將120 ℃左右的高溫氣體冷卻至45 ℃，之后再通入吸附塔，在吸附塔內(nèi)將溫度降低到露點溫度。該干燥工藝被廣泛推廣和應(yīng)用在無油潤滑離心式壓縮機領(lǐng)域。

壓縮熱再生冷排放吸附式干燥技術(shù)的工藝流程主要有3 個。

（1）余熱再生，B 塔余熱再生/A 塔吸附階段。離心空壓機三級壓縮后高溫氣體（約120 ℃）分兩路：一路占空氣總流量30%左右，在調(diào)節(jié)閥控制作用下通過輔助電加熱系統(tǒng)進入到干燥器B 塔中，經(jīng)過自上而下的加熱再生，形成壓縮空氣，通過分離器與再生冷卻器，將氣體中的水分排出，最后把空氣送到A 塔，在A 塔中進行充分吸附；另外一路占空氣總流量70%左右，在三級冷卻器中進行降溫處理，降溫之后的氣體傳輸?shù)礁稍锲鰽 內(nèi)進行自下而上的吸附，吸附過程完成后在后置除塵過濾器中對壓縮空氣進行除塵處理，除塵結(jié)束后將壓縮空氣排出空氣儲罐。

（2）電加熱再生。如果要求控制出口氣空氣露點較低，或者排氣溫度沒有超過90 ℃，則需要采用電加熱系統(tǒng)對氣體進行再加熱處理。離心空壓機排出過熱壓縮空氣經(jīng)電加熱器進行加熱后進入干燥器B 塔加熱再生，電加熱器根據(jù)加熱器出口溫度變送器來控制啟停，實現(xiàn)節(jié)能目標。

（3）冷吹階段。熱再生后再生塔在被切換成吸附塔前需被冷卻，采用部分經(jīng)離心式空壓機三級冷卻后壓縮空氣對再生塔進行冷卻，冷吹流向和熱再生流向采用對流工藝，保證短時間內(nèi)將塔內(nèi)溫度降下來。這部分冷吹氣體通過再生冷卻器和分離器回收利用，整個過程無耗氣、零排放。

5 改進干燥工藝優(yōu)點

（1）改進后離心式空壓機三級出口溫度≥90 ℃工況下，出干燥器壓縮空氣常壓露點達-60 ℃以下，含水量低，提高空氣質(zhì)量。

（2）采用大氣量、低溫氣冷吹，露點漂移≤5～10 ℃（0.5 h 內(nèi)）。

（3）再生過程（加熱/冷吹）抽取壓縮空氣全部在干燥器內(nèi)回收，100%零氣耗，實現(xiàn)余熱利用、節(jié)能降耗。

（4）吸附劑壽命可以達到5 年。

6 總結(jié)及建議

由于改進提升方案在現(xiàn)有氣源系統(tǒng)廠房內(nèi)進行，現(xiàn)場空間受限，為滿足條件，采用壓縮熱再生零排放吸附式干燥器，應(yīng)成套配置并控制實際總外形尺寸、壓力露點不大于-40 ℃、循環(huán)水冷卻塔夏季運行可適當加大循環(huán)水泵出口閥門開度，增加循環(huán)水流量、流速，減少換熱停留時間，降低循環(huán)回水溫度，以保證循環(huán)水冷卻塔供水溫度要求。該方案不僅能提高壓縮空氣質(zhì)量指標，滿足生產(chǎn)用氣要求，還可以利用高溫壓縮空氣余熱，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。