氣力輸送系統中壓縮空氣的露點控制Dew point control of conveying air system

趙敏衡（拜耳材料科技(中國)有限公司上海一體化基地）

在大型聚合物生產裝置中，壓縮空氣是氣力輸送的核心，它是粒子輸送、摻混及包裝的關鍵。壓縮空氣中的水含量是其主要的質量指標之一。在ISO 8573-1中，界定了濕度等級即露點控制做為控制壓縮空氣水含量的手段。但雖然ISO 8573-1界定了壓縮空氣的濕度等級，但如何界定適合自身工藝及產品特性的等級卻往往被忽略。從而在投資及經濟運行方面很難收到良好回報。

一、壓縮空氣的露點控制研究

1.濕度等級

下表為ISO 8573-1界定的濕度等級

表一 濕度等級

從上表可以看到，根據壓縮空氣的等級不同壓力露點的控制相差很大。雖然標準明確了不同壓力等級下的壓力露點，但并沒有說明每個等級所試用的條件，因此在具體的應用中產生不同的理解。以筆者公司聚碳酸酯生產為例，雖然壓縮空氣的壓力都控制為3公斤，但不同工廠的露點控制卻不同。有的工廠控制為-20度，有的工廠不設干燥器，只是用7度的冷卻水冷卻，其壓力露點為10度。但卻找不到明確的工藝描述來說明這兩種工藝設計的依據。當露點控制為-20度時，壓縮機出口就需要安裝干燥器。以一臺8500標方/小時的干燥器為例來比較這兩種工藝，設備一次性投資在80萬左右。如果干燥器采用電加熱器加熱再生，其一年的電耗也在百萬左右（干燥器干燥再生周期為6小時/次），此外還需每2年停工檢修更換干燥劑。投資及運行費用較高。

2.露點控制的優化

（1）影響露點控制的因素

在氣力輸送系統中影響露點控制的因素有很多，比如產品的特性，壓縮空氣的流量及壓力，環境溫度等因素。如果輸送粒子對水含量有明確要求，那就需要參照露點溫度與濕度換算表，根據水含量要求轉化為相應的露點，從而確認系統的露點控制。如果輸送粒子對水含量沒有明確要求，只是原則上要避免粒子輸送過程中凝液的產生，這樣壓縮空氣的流量及壓力，環境溫度等因素都將影響露點的控制。一般來說當環境溫度低于壓力露點時，壓縮空氣中的水汽就有可能出現凝液。因此根據環境溫度來選擇所要控制的露點就成為露點控制的關鍵。此外在輸送過程中如果壓力發生變化，壓力露點也會相應變化。這里存在著壓力露點的轉換。壓力露點的轉換可從圖2中查出：

圖2 壓力露點換算表

（2）露點控制的優化

由于產品特性無法改變，因此下文主要討論粒子對水含量沒有明確要求（比如聚乙烯、聚丙烯及聚碳酸酯等產品），但原則上在輸送過程中要求不能產生凝液的氣力輸送系統。本文將通過應用傳熱基本方程來討論露點的控制。其主要步驟將在以下示例中討論。

以筆者公司一根長100米，管徑為200毫米,壁厚為5毫米，輸送量為8000公斤/小時（流速14米/秒）,氣體壓力表壓為3公斤的不銹鋼輸送管線為例來研究露點控制在10℃是否有凝液產生（上海冬季的最低溫度為-10度）。

Q＝KA△tm（圓壁管或為：Q=k*2π*L*(T1-T2)/ln(d2/d1)

Q：傳熱速率 ,W

△tm：兩流體的平均溫度差,K

K：比例系數，總傳熱系數 ，因次W/(m2·K)。

已知：氣-氣的傳導K：12～35W/(m2·K)，本文取平均值25.空氣的比熱容為1.005kJ/(kg.k)，壓縮空氣的溫度為50度（由于壓縮空氣溫度隨管線換熱逐步下降，所以取平均值為25℃）。

根據壓縮空氣的溫度及最低環境溫度計算管線的換熱量。

根據壓縮空氣的比熱容來計算達到壓力露點前壓縮空氣的熱容量。

比較壓縮空氣的換熱量與熱容量。

從以上計算可以看出，Q容

從以上計算可以看出，Q容>Q換，壓縮空氣溫度大于露點溫度，凝液不會產生。

從上面的計算可以看到，增加了保溫層后Q換大大降低，即使壓力露點控制在10℃，仍不會有凝液產生。而如果壓力露點可以控制在10℃或更高，則意味著壓縮機出口就不需要安裝干燥器，冷凍水就可以滿足露點要求。

結論

目前氣力輸送管線一般不考慮保溫，只是簡單考慮環境溫度對露點的影響，將露點控制低于環境的最低溫度。從本文的計算可以看出，通過增加保溫來降低傳熱系數，壓力露點完全是可以高于環境溫度的，從而為是否安裝干燥器提供了有益的參考。