發電廠儀用空氣帶水問題分析與處理

高龍剛

(山東萊城發電廠，山東 萊蕪 271113)

0 引言

隨著氣動執行機構在發電廠應用越來越廣泛，儀用空氣帶水問題已經成為困擾電廠安全生產的一個技術難題，儀用空氣帶水輕則造成設備調節性能下降，設備精密部件如定位器、電氣轉換器、氣缸密封墊損壞，重則因冬季壓縮空氣內水結冰造成執行機構失控，造成機組參數無法控制甚至機組跳閘。通過對儀用空氣帶水現象及原因分析，以及對目前主流空壓機、干燥器造成儀用空氣帶水重點環節進行治理的實踐，旨在尋找解決儀用空氣帶水的辦法，提高壓縮空氣質量，使氣動執行機構得到更好的應用。

1 儀用空氣帶水原因分析

氣動執行機構所用的儀用空氣統稱壓縮空氣，它是利用空氣的可壓縮性，經空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小，壓力提高后產生的。壓縮空氣的質量容易受環境的影響和制約，空氣隨著氣壓及天氣的變化，空氣中的水蒸氣會有所變化，濕度會有所不同。

水蒸氣經過壓縮，體積縮小，但其水分不會消失，儀用空氣中水分以兩種形式存在，一部分空氣離開空壓機后溫度降低，空氣內的水蒸汽會凝結成液體并保留在系統內；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。 當壓縮空氣經分散到各個執行機構，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，使之達到飽和狀態，溫度降至壓力露點時，濕空氣中便有凝結水滴析出。 壓縮空氣系統運行時，全廠管線的地域溫度不同，尤其是從汽機房通往室外時，環境溫度變化幅度大。若空氣中含水分較大也會有水分析出。當環境溫度低于0℃時，氣源管線內的集水會結冰，堵塞管路，影響儀表正常工作。

2 氣源系統去除水分措施

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

同時國際上也制定了嚴格的儀用空氣質量標準，我國執行的是GB4830-84《工業自動化儀表氣源壓力范圍和質量》標準，其主要內容與美國的ISA-S73《儀表氣源質量標準》基本相同，只是在技術指標和具體規定上有差別。 我國標準中規定油或烴含量不能大于 l0 μg/m3，美國標準規定不大于1 ppm。美國標準對于壓力露點的規定有2條；空氣管線壓力露點應低于環境溫度10℃，一年四季中壓力露點均應高于2℃。并要求重視室外執行機構及管路的防寒和伴熱裝置。為避免銹蝕管路及閥門，材料應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

山東萊城發電廠配備8臺英格索蘭空壓機，分兩期布置，分別為微熱再生干燥系統和復合式干燥系統，機組投產10年來，儀用空氣質量逐年下降，多次發生因儀用空氣帶水結冰造成減溫水調閥、一次風機入口擋板、二次風擋板、磨煤機風量調節擋板等重要設備動作異常、甚至油層氣動執行機構都無法投入，影響機組安全穩定運行。

3.1 系統存在主要問題

壓力露點不能滿足要求，北方壓力露點應控制在-20℃以下。復合式再生系統(冷干機+無熱再生干燥)則較難達到如此低的壓力露點。

空壓機設備老化，特別是后部冷卻器達不到冷卻效果，致使空壓機產生壓縮空氣進入干燥器前溫度過高，空氣中所含水分得不到冷卻凝結；同時過濾器(包括前置過濾器、油水分離器、管道過濾器、自動排水排污器工作不正常，凝結水分不能順利析出，進入干燥器內導致干燥劑乳化。

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

增加室外執行機構及管路的防寒和伴熱裝置，管路及閥門材質符合要求。

缺乏壓力露點在線監視手段，無法對壓縮空氣品質作出判斷。

3.2 改進措施

空壓機干燥器內干燥劑以前采用氧化鋁，又稱“鋁膠”，它具有很大的表面硬度和抗壓強度，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。 干燥效果只能達到3級水平，且不能有效除掉殘余水分及雜質。針對壓縮空氣存在的問題，經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吸附劑。比表面積達800～1 000 m2/g，在含水量低及較高的溫度下，能進行深度干燥。但分子篩破碎強度不高，在長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，應先用1倍氧化鋁進行預干燥，再用4倍分子篩來消除殘余水分。

要確保后冷卻器系統可靠投入，空壓機壓縮后新生氣體溫度能夠達到80℃以上，而干燥器則要求始終保持進入干燥器的氣體溫度低于45℃，以確保進入干燥器壓縮空氣內水達到一個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式水冷卻，要加強冷卻水流量監視，確保冷卻效果并及時對冷卻器內管道進行檢漏，防止壓縮空氣進入開式水系統。

后冷卻器及油氣分離器、過濾器的定期排污很重要，否則析出的水分不能及時排走乳化干燥劑反而會導致壓縮空氣質量進一步惡化，由于排出水分中含有雜質，導致采用閘閥的自動排污裝置經常堵塞，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自動排水一次，排污能力大大增強。

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

采購便攜式露點儀檢測成品氣的露點，及時對壓縮空氣品質做出判斷。 提前采取措施防止儀用空氣冰堵。

室外執行機構及管路的防寒和伴熱裝置，管路采取不銹鋼管，在要求特別嚴格的設備如一次風機入口擋板、過熱器減溫水調閥等重要設備加裝壓縮空氣自動排水器，利用壓縮空氣流動產生離心力使水分析出，確保無水分進入執行機構。

冷凍式干燥器由于其工作原理限制，其壓力露點難以達到要求，且在夏季由于溫度低造成設備表面凝結水滴，對設備腐蝕嚴重，設備維護費用較高，將無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 結語

儀用空氣帶水問題通過采取以上措施，通過近一年的觀察實踐，儀用空氣中存在的油水等物質明顯減少，氣動執行機構未發生因帶水發生冰堵現象導致失控，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電廠的難題通過采取更換吸附劑、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，氣動執行機構在北方也可以得到良好的應用。