通過設備改造和系統優化 降低壓縮空氣含水率的工程實踐

摘要：氮氣、壓縮空氣是冶金機械設備常用的控制氣源，它的品質優劣，直接關系著機械設備的運行狀況。針對壓縮空氣含水量高、品質差等問題，通過對煉鋼廠壓縮機設備的改造和系統優化，該廠壓縮空氣的品質得到了明顯的提升，其含水量等級由改造前的6級降至改造后的2級，壓力露點由+10℃下降至-40℃以下，成功實施了壓縮空氣替代氮氣（以空代氮）工作，改變了該廠的氣體能源結構，氮氣消耗量由28.3Nm3/t鋼降至26.3Nm3/t鋼，節約了氮氣的用氣成本，確保設備運行穩定，環保效益方面均較為顯著。

關鍵詞：壓縮空氣；含水率；干燥器并聯改造；機械設備

前言

在冶金企業，壓縮空氣常用作機械設備的控制氣源，可取代氮氣，與氮氣相比，壓縮空氣具有易制備、成本低等特點，但未經干燥的壓縮空氣中所含的水分不但增加了設備的故障，而且降低設備的使用壽命。隨著冶金行業“以空代氮”課題的提出，使得高質量的凈化干燥壓縮空氣成為冶金設備生產順行的重要保障。

1.壓縮空氣概況及課題的提出

山東鋼鐵集團萊鋼分公司煉鋼廠空壓站擁有LU450-8螺桿空壓機3臺，微熱再生壓縮空氣干燥器3臺，分別為2臺GMHD-80N干燥器和1臺GMHD-60N干燥器，空壓機與干燥器的連接方式如圖1所示，每臺空壓機分別與1臺干燥器相連，壓縮空氣自螺桿空壓機產出后，經過1臺干燥器脫水，進入儲氣罐貯存穩壓，然后進入用氣管網。

該廠的壓縮空氣主要用氣點為全廠的氣動閥門、儀表用氣，以及煉鋼系統中二次除塵脈沖袋式除塵器反吹氣源，因為干燥器處理能力所限，該廠的壓縮空氣含水量一直較高，使得氣動閥件凍裂，布袋除塵器結塊、布袋使用壽命大幅降低等等，限制了其使用范圍，增加了低壓氮氣的使用量，造成煉鋼成本在氮氣方面應用的偏高狀況，而且由于壓縮空氣使用受限，造成空壓機組的部分閑置，從而造成該廠氣體能源結構的經濟性降低，所以對于降低壓縮空氣含水量的改造應予進行。

2.壓縮空氣干燥器并聯改造

為了能夠實現分公司煉鋼廠壓縮空氣含水量的進一步降低，將對現有壓縮空氣機組系統做出改造，改造的目的及原則如下：

2.1充分利用現有設備及管路，實現改造費用最低化。當前廠內已有3臺空壓機及4臺干燥器，其中3臺干燥器分別串聯在3臺螺桿空壓機機后，另一臺GMHD-60N型干燥器則因原4#舊型號空壓機拆除處于閑置狀態。為了實現改造費用最低化，改造應在以上設備及管路的基礎上進行。

2.2可以實現不同環境、不同工況下的壓縮空氣含水量的調節變化。因為煉鋼廠壓縮空氣用氣點較多，用氣點要求各不相同，加之夏季冬季氣溫波動對壓縮空氣壓力影響很大，改造后的干燥器組須能調節工況以應對這種變化。

2.3系統須有一定的可拓展性，以應對今后增上空壓機的變化情況。4#空壓機當前已處于閑置狀態，干燥器改造完成后，隨著“以空代氮”的進一步推廣，極有可能會增上新的螺桿空壓機組，所以新的干燥器系統必須具有可拓展性，以避免今后在干燥器方面不必要的二次投資。

2.4使用同型號的設備進行改造，使得后期維護簡單化。因為現有設備多為GMHD-80N型微熱再生壓縮空氣干燥器，所以在方案選型時，考慮增設的型號優先選定該型號的干燥器以方便后期維護。

2.5便于操作和維護。所有的閥門全部采取電動閥門，可以實現遠程和現場兩種形式的操作，對儀表顯示的壓縮空氣的運行參數可以從現場和操作室進行時時監控，備件全部統一便于互換。

根據以上原則及目的，本次改造制定的制定的方案如下，如圖1所示：

圖1 冶金石灰塊末在線分離裝置工藝圖

將原有的3臺LU 450-8型螺桿式空壓機出口管道全部并聯在一條壓縮空氣總管1上，；增上2臺GMHD-80N壓縮空氣干燥器，將6臺GMHD-80N/GMHD-60N型干燥器進口全部連接到總管上，所有干燥器出口再并聯在另一條壓縮空氣總管2上，然后再行分配到各儲氣罐，從而實現了壓縮空氣干燥器的并聯改造。

3.應用效果

3.1含水率的變化

通過本體干燥器并聯改造，壓縮空氣含水量大幅降低，其含水量等級由6級降至2級，壓力露點由+10℃下降至-40℃以下，其品質獲得大幅提升，可以在全廠范圍內代替低壓氮氣作為閥門儀表動力氣源以及布袋除塵的反吹氣源。煉鋼廠鑒于改造的成功性，將原來的壓縮空氣與低壓氮氣的能源地位進行了互換，壓縮空氣成為了常規低壓氣源，低壓氮氣成為了備用氣源，氮氣消耗量由28.3Nm3/t鋼降至26.3Nm3/t鋼，節省2Nm3/t鋼，在氮氣用氣成本、環保效益方面均較為顯著。

3.2多工況的調節

分公司煉鋼廠的壓縮空氣主要有三大用途：（A）全廠氣動閥門及儀表儀器的用氣；（B）4臺連鑄機油氣潤滑用氣；（C）全廠袋式除塵器反吹氣源用氣；對于外部大環境影響，主要分為三類：（1）春、秋季用氣；（2）夏季用氣；（3）冬季用氣；各工況的組合應用情況見表1。

表1 不同工況下空壓機與干燥器的組合運行情況

工況組合 機組運行 系統出口壓力（MPa） 壓力露點

春秋用氣+（A）+（B）+（C） 三臺空壓機+4臺GMHD-80N 0.54 -40℃以下

夏季用氣+（A）+（B）+（C） 三臺空壓機+5臺GMHD-80N 0.61 -40℃以下

冬季用氣+（A）+（B）+（C） 三臺空壓機+4臺GMHD-80N 0.27 -40℃以下

冬季用氣+（A）+（C） 三臺空壓機+4臺GMHD-80N 0.37 -40℃以下

從上表可以看出，“三臺空壓機+多臺GMHD干燥器并聯”運行模式可以應對當前四個季節總體用氣的需要，干燥環節，在夏季（雨季）空氣較為濕潤，壓縮空氣中含水較多，需比其他季節多開啟一臺干燥器才能將壓力露點控制在-40℃以下，冬季時，由于外部氣溫變化，壓縮空氣系統出口壓力與其他三個季節相比下降較大，這與空壓機的產能有直接關系，再者微熱再生壓縮空氣干燥器自身特點有再生耗氣量比其他類型干燥器稍高，導致總體上系統自身耗氣率較高，最終形成冬季系統出口壓力偏低的情況。針對這種工況，該廠暫時停止了4臺連鑄機的油氣潤滑用氣，使得全場壓縮空氣管網壓力有所回升以保障其余用氣點的壓力在正常范圍，以后將通過增上第四臺空壓機增加產能將此壓力不足的工況加以解決。

3.3系統的可擴容性

通過系統的應用可以看出，當前的干燥器數量及設置能夠滿足3臺LU 450-8在各種工況下運行的用氣點出口壓力露點要求，并且系統中還有1臺GMHD-80N和1臺GMHD-60N干燥器處于備用狀態，它們可以為今后增上的新的4#空壓機提供干燥能力，而且GMHD微熱再生壓縮空氣干燥器為新型干燥器，均有2個檔位可供選擇，目前均為“1”檔工作狀態，今后空壓機組一旦擴容，可以提至“2”檔，單個干燥器出口的壓力露點將進一步下降，其干燥效果進行進一步提升，以達到系統出口的壓力露點小于-40℃以下的要求。

3.4降低了設備故障率

在冶金企業中，壓縮空氣作為各種閥門、氣缸、電磁閥的控制氣源，若壓縮空氣含水率高，經常造成閥門、氣缸、電磁閥不動作，直接關系著設備的運行狀況。煉鋼廠系統改造前，壓縮空氣的含水率較高，設備的故障率較高。

下表為：1—4#轉爐和1—4#連鑄機改造前：2013年6—12月份與改造后：2014年2—8月份設備影響的時間。單位：分鐘

表2 1—4#轉爐和1—4#連鑄機改造前和改造后對比

序號 設備名稱 改造前影響的時間 改造后影響的時間 備注

1 轉爐氧槍球閥 280 130

2 轉爐下料系統 150 60

3 連鑄機二冷水設備 680 310 累計獲得

4 轉爐煤氣設備 230 110

5 除塵器 510 300 轉爐、精煉、混鐵爐除塵器

6 合計 1850 910

兩者比較：改造后較改造前影響時間減少940分鐘。

參考文獻：

[1]宋寶亮.壓縮空氣凈化系統的設計探討[M].煤炭工程，2006，3，25—27.

[2]尤祥勝.壓縮空氣干燥方案的對比[M].壓縮機技術，2006，（1），36—38.

作者簡介：

亓斌（1969.12 - ），男，山東萊蕪人，大學，工作單位：山鋼集團萊蕪鋼鐵集團設備檢修中心，2014年畢業于聊城大學機械設計制造及其自動化專業。畢業后從事于機械設備和環保設備的管理、研究與實踐工作。