變壓吸附式空氣干燥器強(qiáng)制再生流程改造及應(yīng)用

, (中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田分公司 第一采氣廠， 陜西 靖邊　718500)

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠第二凈化廠空氮站共有4臺(tái)LU型螺桿式空壓機(jī)及配套變壓吸附式干燥器。天然氣脫水露點(diǎn)降指標(biāo)為-40 ℃以下，天然氣脫水用干燥劑為?3～?5 mm的活性氧化鋁瓷球[1]，單塔的干燥劑充裝量為150 kg，體積約135 L。

脫水干燥劑在空氣濕度增大、壓縮空氣冷凝水排放不暢、空壓機(jī)排氣溫度高等情況下時(shí)常達(dá)到飽和狀態(tài)。在壓縮空氣露點(diǎn)接近0 ℃條件下，長(zhǎng)期飽和的脫水干燥劑顆粒間隙積聚，大量的粉塵被水分浸泡粘接，最終導(dǎo)致干燥劑結(jié)塊失效和干燥器無(wú)法正常徹底脫水[2]。脫水干燥器工況的進(jìn)一步不斷惡化，使儀表風(fēng)等壓縮空氣露點(diǎn)降隨之超標(biāo)，最后不得不重新更換干燥器填料。

1　干燥器再生流程改造

1.1　壓縮氣工藝流程

采氣廠各凈化廠的壓縮氣供應(yīng)通常主要包括3種類型，即儀表風(fēng)、氮?dú)夂凸S風(fēng)，其壓縮和干燥工藝流程基本相同。合格儀表風(fēng)的流程為：螺桿壓縮機(jī)—干燥器—壓縮空氣儲(chǔ)罐。合格氮?dú)獾纳a(chǎn)流程為：螺桿壓縮機(jī)—干燥器—制氮裝置—壓縮空氣儲(chǔ)罐。合格工廠風(fēng)的生產(chǎn)流程為：螺桿壓縮機(jī)—壓縮空氣儲(chǔ)罐(工廠風(fēng))。各壓縮氣的干燥均采用變壓吸附再生技術(shù)，其所用干燥器填料的再生方式有兩種，分別是微熱再生和無(wú)熱再生[3]。長(zhǎng)期的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐證明，這兩種再生方式均能滿足生產(chǎn)需求。

1.2　干燥填料再生方式

壓縮空氣干燥器填料的再生方式通常包括無(wú)熱再生和微熱再生。無(wú)熱再生干燥器工作時(shí)外界沒有對(duì)其輸送熱量，而是采用了PSA(Pressure Swing Adsorption)原理[4]。這類干燥器所需的再生干燥空氣占其處理量的12%～16%。再生干燥空氣壓力要降至大氣壓，以獲得更低的相對(duì)濕度[5]。微熱再生干燥器按變溫吸附(TSA)原理進(jìn)行吸附劑再生，再生條件比無(wú)熱再生干燥器優(yōu)越，再生干燥空氣占其處理量的7%左右[6]。加熱能脫附吸附劑內(nèi)表面的水蒸氣，使吸附劑實(shí)現(xiàn)深層吸附，因此微熱再生干燥器中吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量遠(yuǎn)比無(wú)熱再生干燥器中的吸附劑動(dòng)態(tài)吸附量大[7]。

無(wú)論是微熱再生還是無(wú)熱再生，在實(shí)際運(yùn)行過程中因操作不當(dāng)、排水堵塞等原因可能導(dǎo)致干燥器填料過快失效，嚴(yán)重時(shí)含水率達(dá)到飽和狀態(tài)并有大量游離水被空氣流帶入下游流程，造成設(shè)備管線銹蝕、堵塞和凍結(jié)。只有通過強(qiáng)制再生才能在較短時(shí)間內(nèi)將游離水徹底去除。

1.3　強(qiáng)制再生流程改造

1.3.1改造難點(diǎn)

壓縮氣再生流程改造需要克服3個(gè)難點(diǎn)。首先，干燥器填料的再生是一個(gè)在空壓機(jī)及干燥器聯(lián)動(dòng)過程中依賴干燥器雙塔按控制程序切換的過程。干燥器再生過程中，空壓機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)為填料的再生提供再生氣流。若空壓機(jī)減荷或停機(jī)，則持續(xù)的再生氣流會(huì)同時(shí)中斷，將導(dǎo)致加熱器干燒損壞[8]，因此必須在較短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉干燥器電源，以保護(hù)加熱器。其次，現(xiàn)有工藝流程中干燥器或空壓機(jī)至壓縮空氣儲(chǔ)罐流程中的單向閥組設(shè)計(jì)，使壓縮空氣不具備倒流返回干燥器的條件。第三，工廠壓縮空氣的儀表風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)常年處于運(yùn)行狀態(tài)，不具備申請(qǐng)停運(yùn)進(jìn)行流程改造作業(yè)條件。

1.3.2改造過程

壓縮氣再生流程改造于2011-05實(shí)施。在現(xiàn)有流程基礎(chǔ)上增加儲(chǔ)氣罐至干燥器入口回氣管，以便提供持續(xù)的再生用氣流。回氣管與儲(chǔ)氣罐的接入點(diǎn)設(shè)定在儲(chǔ)氣罐單向閥前的儲(chǔ)氣罐壓力表導(dǎo)壓管短接上。回氣管采用DN15 mm無(wú)縫碳鋼管[9]，管路上串接2個(gè)手動(dòng)控制閥和1個(gè)單流閥[10]。第一道控制閥用于控制再生氣，第二道控制閥用于控制再生氣流量，使之略大于干燥器再生放空的流量并減少壓縮空氣消耗，使用時(shí)只要控制干燥器的壓力高于0.4 MPa就可滿足干燥器再生及切換雙塔運(yùn)行的需要。干燥器改造接入點(diǎn)和壓縮空氣儲(chǔ)氣罐改造接入點(diǎn)分別見圖1和圖2。

圖1　干燥器改造接入點(diǎn)

圖2　壓縮空氣儲(chǔ)氣罐改造接入點(diǎn)

1.3.3改造效果

改造后的強(qiáng)制再生流程經(jīng)過2 a的運(yùn)行實(shí)踐，取得了操作簡(jiǎn)便、效果明顯的良好效果。經(jīng)過1～3個(gè)循環(huán)(約8～24 h)就可以將含水超標(biāo)的干燥器填料徹底再生。通過不啟動(dòng)配套空壓機(jī)的無(wú)負(fù)荷再生，可充分?jǐn)y帶填料中的水分，并將導(dǎo)致填料輕度污染的油分子從瓷球上熱吹掃脫離，使填料恢復(fù)活性。

1.3.4改造后管理

為規(guī)范改造后干燥器再生操作，防止干燥器填料含水率過大破壞填料活性，特制訂干燥器填料再生運(yùn)行定期管理制度，①當(dāng)環(huán)境濕度增大及檢修期間壓縮空氣消耗量比平常增大的情況出現(xiàn)時(shí)，在干燥器填料出現(xiàn)露點(diǎn)降變差之前及時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制再生。②定期進(jìn)行再生(如每月5號(hào))，提前預(yù)防露點(diǎn)不合格引起的故障。

2　改造效果評(píng)估及優(yōu)化

2.1　改造效果評(píng)估

2.1.1實(shí)現(xiàn)了干燥器填料的強(qiáng)制再生手段

改造后干燥器填料再生得到有效控制，在含水率過高及油污染的情況，仍可以通過無(wú)負(fù)荷再生最大限度恢復(fù)活性氧化鋁瓷球的脫水效果[11]。有效延長(zhǎng)了干燥器填料的使用年限，提高了凈化廠供應(yīng)儀表風(fēng)的穩(wěn)定性。

2.1.2提高了空壓機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性[12-13]

改造前空壓機(jī)減荷運(yùn)行期間不再產(chǎn)生壓縮空氣，空壓機(jī)出口至干燥器之間管路中的有限壓縮空氣量持續(xù)被干燥器再生消耗，空壓機(jī)排氣壓力迅速降低到設(shè)定的下限，空壓機(jī)自動(dòng)加載運(yùn)行。與此同時(shí)，空壓機(jī)出口的壓力與壓縮空氣儲(chǔ)罐的壓力值關(guān)聯(lián)性變小。空壓機(jī)加載運(yùn)行電流為110 A，減荷運(yùn)行電流為35 A，電流波動(dòng)高達(dá)75%，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，多次出現(xiàn)接線柱過熱燒壞及控制柜電氣元件老化損壞故障，減荷閥頻繁開啟關(guān)閉故障較多。將加載與空載運(yùn)行比例由改造前的5∶5降低到5∶2，電能消耗降低30%，具有一定的節(jié)能效果。在該機(jī)型的實(shí)際使用中，通常會(huì)出現(xiàn)頻繁加載/減荷情況，空壓機(jī)廠家對(duì)減荷閥不斷進(jìn)行改進(jìn)，耐用性逐步提高。但頻繁加載/減荷會(huì)使運(yùn)行電流波動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊較大，相應(yīng)地加快電源控制部件，如繼電器、空氣開關(guān)等的老化，同時(shí)伴有電機(jī)過熱、接線柱老化損壞等故障。改造之后，空壓機(jī)的加載/減荷切換時(shí)間間隔由30 s增加到11～15 min，并不受壓縮空氣消耗量波動(dòng)影響。空壓機(jī)的加載/減荷動(dòng)作切換順暢平穩(wěn)。當(dāng)壓縮空氣量消耗降低時(shí)節(jié)能效果更加明顯。

2.1.3有效降低了干燥器填料消耗[14]

改造前，干燥器填料因濕度大而過快失效，每年需更換1～2次才能保證正常運(yùn)行。改造后，填料使用周期超過3 a，使干燥器的材料消耗從源頭上得到了有效控制。

2.2　改造流程優(yōu)化

強(qiáng)制再生流程改造完成后近2 a的運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)，第一次改造作業(yè)時(shí)，將DN15 mm管路連接在空壓機(jī)至干燥器的DN50 mm管線上，通過除油、除塵多級(jí)過濾后再進(jìn)入干燥器再生立管，會(huì)造成引入的產(chǎn)品壓縮空氣有一定的損耗，總的再生氣消耗量達(dá)0.80 m3/min。

2013-08將強(qiáng)制再生用產(chǎn)品壓縮空氣直接引入到再生控制閥前，減少所通過的管閥及自動(dòng)排污閥，進(jìn)一步降低再生氣消耗。再生流程優(yōu)化后，減少控制閥5處、過濾器4處、自動(dòng)排污閥1處，再生氣消耗量明顯降低。改造優(yōu)化后的流程已運(yùn)行平穩(wěn)至今，再生氣消耗量約0.450 m3/min[15]。優(yōu)化后干燥器接入點(diǎn)見圖3。

圖3　優(yōu)化后干燥器接入點(diǎn)

3　結(jié)語(yǔ)

LU型螺桿壓縮機(jī)及配套干燥器在我廠已使用多年，設(shè)備總體運(yùn)行穩(wěn)定，主機(jī)故障較少。近年來，隨著各分廠空氮站的擴(kuò)建及設(shè)備更新?lián)Q代，該系列空壓機(jī)及干燥器在天然氣凈化廠的使用數(shù)量日益增多。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行存在的問題，開展了有針對(duì)性的技術(shù)改造，使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)，運(yùn)行中出現(xiàn)的干燥器填料失效、儀表風(fēng)露點(diǎn)不合格等常見故障得到了有效控制，進(jìn)一步提高了空氮站設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

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