零氣耗余熱再生式干燥器節能改造和優化

徐 超

(中國石化儀征化纖有限公司水務部，江蘇儀征 211900)

1 現狀介紹

空氣干燥器是利用多孔的物質—干燥劑也就是活性氧化鋁來吸附壓空中的水份，保證壓縮空氣的露點符合工藝需求，吸滿水后的干燥劑可以再生重復使用[1]。傳統的余熱再生式壓空干燥器是雙塔運行，其中一塔干燥，一塔再生，定時切換，循環使用。其中再生塔是利用壓縮機的末級排氣及其熱量來再生干燥劑的，在加熱再生階段不消耗壓縮空氣，但在冷吹階段需消耗部分成品壓縮空氣進行降溫，當再生干燥劑恢復為常溫時，便可再次利用[2]。

目前裝置有八臺離心式壓縮機和六臺螺桿式壓縮機并配套傳統的余熱再生式干燥器，保證送出壓縮空氣露點達到控制要求。但干燥器的冷吹排放環節，需利用成品壓空進行吹掃，氣量約為壓縮機產量的10%～15%，排放時間為每4小時一個周期中，需要排放2小時。壓空系統總用量為4.5×104～6×104Nm3/h，按5.25×104Nm3/h，12.5%的損耗計算，每天的損耗78 750 Nm3，綜合能耗按120 kWh/Nm3，電費按0.4元/kWh計算，每天損耗0.378萬元，每年損耗137.97萬元。

為了解決冷吹階段成品壓空排放的問題，采用零氣耗余熱再生式干燥器，本文就該干燥器的節能改造和故障進行分析。

2 傳統余熱再生式干燥器的節能改造

2.1 改造思路

傳統的余熱再生式干燥器再生塔的加熱流程無壓空損耗，所以，該流程無需改造。主要問題是冷吹階段使用成品壓空進行吹掃，如何將吹掃氣量回收利用，且不影響成品壓空的露點是本流程的關鍵問題。

傳統流程冷吹階段是在干燥器出口接一路旁通，利用成品壓空對再生塔進行冷卻吹掃，然后經過13閥和消音器排至塔外，如圖1所示。

圖1 傳統余熱再生式干燥器冷吹階段工藝圖

目前排出的廢氣回收利用，需處理三個問題，一是廢氣的溫度，需要將廢氣的溫度降至常溫；二是廢氣的露點，必須去除水份，使之降至要求露點；三是廢氣的壓力，需將廢氣加壓后，才能送入系統。

針對上述問題，只能徹底改變工藝流路，將原先的先干燥再冷卻的流程，改變為先冷卻再干燥的流程。

在系統流路上再增加一組冷卻器，降低廢氣溫度。改變冷吹工藝路線，改為高溫壓空經1#冷卻器冷卻后的空氣作為再生氣，進入再生塔，帶出塔中的熱量后，再進入2#冷卻器，使其溫度降低并在分離器中排出水分，經9#、6#閥進入干燥塔進行吸附干燥，得到成品壓空，送入管網。在整個循環周期中，加熱和冷吹時對外均不排出任何壓縮空氣，排水采用零氣損電子液位排污閥，真正做到零氣耗，高效節能如圖2所示。

圖2 零氣耗余熱再生式干燥器冷吹階段工藝圖

2.2 改造方案

在干燥器的加熱流路上增加一個三通，接一路冷卻器并配合氣液分離器，然后連至下塔冷吹流路，同時修改干燥器的控制程序，將原程序的冷吹流路進行重新設計，如表1所示。

表1 零氣耗余熱再生式干燥器時序表

裝置將空壓站9#機干燥器流程進行了改造，干燥器按上表進行了修改，實現了傳統余熱再生式干燥器真正的零排放，產品壓空輸出露點在-40～-45 ℃之間，完全滿足現場生產需要，且不存在冷吹排放，節約了氣量，也避免了干燥器再生冷吹時的氣量波動，減少了壓縮空氣系統的波峰波谷的頻次，降低了補壓螺桿壓縮機的開停次數，降低了單位能耗。

3 零氣耗余熱再生式干燥器的故障分析

3.1 故障現象

9#機干燥器改造完成后，從8月4日開車運行至10日18：58發生了壓縮機三級振動聯鎖停機的故障。查找壓縮機停機原因，在排查壓縮機的出口壓力趨勢時，發現壓縮機三級出口壓力有突升的情況，同步核對干燥器的時序時，發現干燥器換塔前后系統壓力有波動，聯系到本次壓縮機聯鎖停機時的出口壓力為790 kPa，運行壓力為739 kPa，突升了51 kPa，同時壓縮機三級振動達到聯鎖值，觸發壓縮機聯鎖停機。

3.2 故障分析

對比壓縮機出口壓力在739 kPa運行時，突然跳至790 kPa的時間為3秒鐘，整個機組振動達到聯鎖停機的時間很短，且在干燥器換塔前后，懷疑跟干燥器的換塔切換有關。立即調取干燥器整個周期的壓力曲線，發現在干燥器換塔前后均有20～50 kPa 的壓差波動。由于壓力曲線的時間段較長，而壓力波動點很短，峰值也不明顯，故日常巡檢時均未發現問題。

干燥器換塔前后的壓力波動，如表2所示。

從表2中可看出都是在58分這個時間點出現的壓力波動，而且每4小時一次，完全符合干燥器4小時一換塔的時序周期，所以可以斷定是干燥器的問題，導致了壓縮機聯鎖停車的故障。對比傳統的余熱再生式干燥器在換塔前后的壓力波動，僅僅只有10～15 kPa，所以在壓空流路上還需要進行優化。

造成零氣耗余熱再生式干燥器壓空流路壓力波動的有以下兩種情況：一是干燥器切換閥門動作異常，關閉過快，導致流路不暢；二是干燥器程序不合理，存在換塔時壓空流路受阻的情況。

表2 干燥器換塔前后壓力數據表

3.3 故障判斷

干燥器采用的是氣動蝶閥，主要由氣動執行機構與閥門組成，通過壓縮空氣來驅動閥門，從而控制管道內壓空的流通與切斷，且執行的速度較快。觀察干燥器程序中，在進入干燥器時，11#的開關決定了流路是分一路還分兩路，對壓空的流量影響較大，但在實際運行中，11#閥切換時間僅1秒鐘，從兩路變一路，直接影響了壓空流路的通暢性。需延緩 11# 閥的切換時間，保證閥門開關時，氣流穩定。

干燥器程序中，在冷吹結束切至雙塔運行的流路8中，需要8#閥門打開，6#、9#閥關閉，這個步驟需要在同一步驟5分鐘之內完成，如6#、9#閥關閉較快，而8#關閉較慢，壓空流路直接切斷，壓力會驟然上升，導致壓力波動。

此步驟需拆分成2步，在保證8#閥打開，流路通暢的情況下，再關閉6#、9#閥，避免閥門開關速率不一致，導致的壓力波動。

4 零氣耗余熱再生式干燥器的優化

4.1 改造試驗

在干燥器的氣動蝶閥氣源管上增加針型閥，控制氣源壓力，減緩切換閥的開關速率，現場改造11#閥氣源管，逐步關小針型閥，可實現11#開關速率從1秒升至4秒，并在PLC程序中增加延時報警，如11# 閥門超過8秒仍未打開或關閉到位，則發出報警信號，程序暫?！，F場試驗，11#閥運行正常，未觸發報警。

修改干燥器時序，在加熱轉冷吹階段和冷吹轉雙塔運行階段，各增加一步驟，保證閥門先開后關原則，確保流路暢通(表3)。增加了第5步，單獨11#的開關，拆分了第8步先準備開8#閥，第9步確認了8#打開后，再準備關6#、9#閥?，F場時序修改后，單獨運行程序無故障。

表3 優化后零氣耗余熱再生式干燥器時序

4.2 改造運行

8月18日組織9#機開車試運行，壓縮機和干燥器各工藝參數運行穩定，直至8月30日檢查壓縮機出口壓力曲線。整個壓力曲線無明顯壓力突變，僅在雙塔雙流路運行時，會出現壓力的小幅下降，然后切換至單塔運行時的壓力小幅上升，但壓差僅為5 kPa，完全滿足現場的生產需求，且好于傳統的余熱再生式干燥器換塔時的10～15 kPa壓差。

4.3 改造效果

零氣耗余熱再生式干燥器存在不合理性，一是干燥塔換塔時關鍵閥門開關過速，導致壓力波動明顯；二是流路上的閥門出現同時開關的問題，無法保證流路通暢。

經過現場對壓縮機干燥器的改造優化，從各方面都已經完全優于傳統余熱再生式干燥器，滿足現場的生產需要，保證了機組的安穩長滿優運行。

干燥器在運行期間露點仍在-40～-45℃之間，閥門調整和時序修改未影響干燥器壓空露點。

統計2020年7月1日至2021年6月1日，9#機累積運行7 910小時，按原干燥器反吹氣量12.5%來計算：

15 000 Nm3/h×12.5%×7 910/2 h×120 kWh/kNm3=88.99×104kWh，電費按0.4元/kWh計算，共計節約電費88.99×104kWh×0.4元/kWh=35.6萬元。

5 結 論

在傳統余熱再生式干燥器的運行中，由于存在冷吹排放環節，損失了一部分壓縮空氣，在多臺干燥器同時冷吹時，又影響了壓空系統總管的壓力，導致系統壓力降低，需要啟動備臺補壓，又增加了單位電耗。

通過對傳統余熱再生式干燥器的改造和試驗，再經過壓縮機和干燥器的實際運行情況，優化改造后得出上述合理的改造方案。最后總結出零氣耗余熱再生式干燥器能將原本放空的壓力回收再用，既避免了冷吹時壓空系統總管的壓力波動，降低了補壓備臺的啟動頻次和時間，又保證輸出壓空露點滿足生產工藝需求，每年還能節約費用三十多萬元。