船舶企業壓縮空氣管路液態水處理的改善

陸 祥，宋 軼，黃燕兵

（1.啟東中遠海運海洋工程有限公司，江蘇啟東 226200；2.蘇州凱恩晟空壓系統有限公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

某船舶企業建廠時在中心站房配套建設4 大1 小離心機及相應的冷凍式干燥機等，總計最大800 m3/min 集中供氣能力對全廠供氣。但投產以來，預處理生產線壓縮空氣一直存在大量液態水（俗稱“氣帶水”），每次壓縮空氣管線使用前，都先要對預處理線氣苞及聯合車間的壓縮空氣進戶總管的氣水分離器進行人工排水，每次排水耗時少則0.5 h，多則超過2 h。即使在持續干燥的晴天，每隔1 天也要人工排水1 次，每次手動排水的同時，也造成壓縮空氣的損失。“氣帶水”問題，不僅導致產品次品率高、人工浪費和管路銹蝕，而且造成壓縮空氣的巨大浪費。也曾采取在局部管路加裝氣水分離器和排水器等辦法，但效果不佳。隨著船東對板材處理的要求越來越高，找到可靠高效的氣帶水除水解決方案勢在必行。

1 項目情況

預處理線的壓空管線引自聯合車間進戶總管DN250 上的分支DN65 管路，在聯合車間和預處理車間聯接段成U 形彎后進入預處理線。進戶總管由空壓站廠區分管經埋地鋪設到聯合車間旁出地面后穿墻進入，距離空壓站直線距離約1 km，進戶總管進入車間接氣水分離器后管線沿墻布置。該氣水分離器底部原配0.5 英寸手動排水閥手動排水，開啟手動閥時會排出大量冷凝液，有時持續30 min 以上。

車間內沿立柱布分支管線，其中預處理線與型材處理中間的分支管線，從車間總管底部直接向下接出，并在其下端配有分氣苞，分氣苞底部安裝手動球閥。打開該球閥會排出較多的冷凝液/液態水。打開后續1～4#氣苞原配手動閥后，與其連接的排水總管末端處會有較多的水汽沖出。預處理線也反應壓縮空氣“潮“。總體而言，壓縮空氣管線氣帶水且水多。

2 原因分析

（1）空壓站機臺運行根據生產需求而定，具體是根據供氣主管的壓力而確定。空壓機與冷干機一一對應并同時或先后開啟。運行冷干機的蒸發溫度（11～23）℃，即使冷干機中的氣水分離良好、排水及時且充分，冷干機出口壓力露點也會比蒸發溫度高。因此目前壓縮空氣供氣主管的壓力零點高于PDP+20 ℃也極為常見，也即源頭液態水沒解決好，徹底解決代價較高。

（2）壓縮空氣通過埋地鋪設的空壓管線長距離輸送，經長距離地埋管道輸送后，壓縮空氣接近地溫。工廠當地的常年地表溫度變化見圖1。土壤溫度變化見圖2、圖3。

從管線地埋深度為-1.5 m 的情況分析，埋地管線所處溫度日均變化較穩定（圖2），從土溫年變化（圖3）情況分析，管溫接近（5～15）℃。因此長距離鋪設的管線，如大地作為冷干機而地埋管線是其中的蒸發器一樣，類似地源熱泵的作用，只要主管壓縮空氣壓力露點值高于地埋管線溫度，就會有冷凝液析出。因此對空壓站干燥機的干燥能力提出了更高的要求，或者說盡量用足大地冷源（相對于主管壓縮空氣而言）而棄用空壓站冷干機，結合氣水分離器和高效排水器，對埋地管線長、身處南方地區的造船企業是個值得考慮的選擇。

（3）有冷凝液出現的地方，如氣水分離器、儲氣罐等處，是否能高效、及時地排出也很重要，否則冷凝液被攜帶到后續管線而加重后續的處理負擔。空壓站只運行1 臺180 m3/min 離心機，每級除排放冷凝液以及干燥機處理部分外，每小時還有約25 kg 水進入后續管網（按環境溫度28 ℃、出口壓縮空氣溫度38 ℃、出口壓力0.78 MPa 計），前端冷凝液排的不徹底也會進入后續管網。

（4）身處廠區供氣主管干支的末端，水往管網最遠處流時呈波浪性特點，需要有處理氣帶水中水的浪涌的能力。

圖1 工廠當地常年地表溫度

3 改造措施

圖2 不同深度的土溫日變化曲線

圖3 不同深度的土溫年變化曲線

針對壓縮空氣液態水含水量高、壓縮空氣浪費嚴重的情況，結合生產工藝要求及用氣特征，項目實施不僅要考慮解決目前的排水問題，也要考慮設備長期運行的穩定性和運行能耗，更要考慮解決壓縮空氣能源浪費的問題。經過綜合評估，多方考察、試驗，最終確定采用無氣損自動排水器方案，原理是根據分離冷凝液進入排水器儲水槽液位的高低，通過液位傳感器指令電動閥自動開啟排水，到低液位關閉球閥，整個過程中只排水不排氣，而且長壽命電機及不銹鋼球閥，保證其運行穩定，同時設備能耗僅有閥動作時的5 W，運行成本低，幾乎可以忽略不計。見圖4。

圖4 無氣損自動排水器工作原理

3.1 實施方案

根據現場情況，方案最終流程見圖5。方案的特點是依托原有進戶總管上的氣水分離器，對分離出來的冷凝液通過拆除原0.5 英寸排水閥，改裝大容量Super Trap 電子液位式電動閥和計數型自動排水器ST-3500AC，水平管線從底部接出支管加裝Super Trap 零氣耗排水器ST-500A，對原U 形彎處加裝具有高效氣水分離效果的不銹鋼過濾器，并在排污口改裝計數型零氣耗排水器ST-500AC。后端的儲氣罐底部排水閥改裝Super Trap 零氣耗排水器ST-500A，以備特殊狀況出現時的緊急排水，平時視作排水的保險裝置。

3.2 實施過程

項目于2019 年5 月27 日在預處理壓縮空氣管線的合適位置進行安裝試用。針對預處理線壓縮空氣液態水多的情況，首先對總管的排水進行系統處理，冷凝液通過安裝在總管處零氣耗排水器（稱1 號位排水器，簡稱排水器1）排放。2019 年6 月1 日起開始應用后初顯成效。但由于總管存在浪涌現象，通過現場分析進行改善優化，將總管的1 號位排水器容量由500 ml/次加大到3.5 L/次。排水系統自2019 年7 月1 日使用以來，一直處于良好的運行狀態，末端管路已無液態水。為進一步量化具體排水量，2019 年8 月6 日將1 號排水器升級為帶排水計數功能的ST-3500AC。排水器投入使用前后現場排水狀況見圖6。

圖5 方案實施流程

圖6 排水器投用前后現場排水狀況

4 改造效果

自2019 年5 月27 號投入使用無氣損自動排水系統后，壓縮空氣液態水的問題得以逐步解決。自2019 年8 月6 日起徹底解決了預處理線壓縮空氣帶水問題，除水效率99%以上，高于初定的95%的除水效率，2019 年8 月6 日至9 月6 日1 個月排水4.25 t。