零氣耗余熱再生式干燥器節(jié)能改造和優(yōu)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(xiàn)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(huán)節(jié)，需利用成品壓空進行吹掃，氣量約為壓縮機產(chǎn)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(tǒng)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(jié)能改造和故障進行分析。

2 傳統(tǒng)余熱再生式干燥器的節(jié)能改造

2.1 改造思路

傳統(tǒng)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(tǒng)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(jīng)過13閥和消音器排至塔外，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)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(tǒng)。

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?yōu)橄壤鋮s再干燥的流程。

在系統(tǒng)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(jīng)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(jīng)9#、6#閥進入干燥塔進行吸附干燥，得到成品壓空，送入管網(wǎng)。在整個循環(huán)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(jié)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(xiàn)了傳統(tǒng)余熱再生式干燥器真正的零排放，產(chǎn)品壓空輸出露點在-40～-45 ℃之間，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，且不存在冷吹排放，節(jié)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(tǒng)的波峰波谷的頻次，降低了補壓螺桿壓縮機的開停次數(shù)，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(xiàn)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(fā)生了壓縮機三級振動聯(lián)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)干燥器換塔前后系統(tǒng)壓力有波動，聯(lián)系到本次壓縮機聯(lián)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(lián)鎖值，觸發(fā)壓縮機聯(lián)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(lián)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(lián)鎖停車的故障。對比傳統(tǒng)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(yōu)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(shù)據(jù)表

3.3 故障判斷

干燥器采用的是氣動蝶閥，主要由氣動執(zhí)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(zhí)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(wěn)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(yōu)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(xiàn)場改造11#閥氣源管，逐步關小針型閥，可實現(xiàn)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(fā)出報警信號，程序暫停。現(xiàn)場試驗，11#閥運行正常，未觸發(fā)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。現(xiàn)場時序修改后，單獨運行程序無故障。

表3 優(yōu)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(shù)運行穩(wěn)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(xiàn)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(xiàn)場的生產(chǎn)需求，且好于傳統(tǒng)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(xiàn)同時開關的問題，無法保證流路通暢。

經(jīng)過現(xiàn)場對壓縮機干燥器的改造優(yōu)化，從各方面都已經(jīng)完全優(yōu)于傳統(tǒng)余熱再生式干燥器，滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)需要，保證了機組的安穩(wěn)長滿優(yōu)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(tǒng)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(jié)約電費88.99×104kWh×0.4元/kWh=35.6萬元。

5 結 論

在傳統(tǒng)余熱再生式干燥器的運行中，由于存在冷吹排放環(huán)節(jié)，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(tǒng)總管的壓力，導致系統(tǒng)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(tǒng)余熱再生式干燥器的改造和試驗，再經(jīng)過壓縮機和干燥器的實際運行情況，優(yōu)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(tǒng)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(chǎn)工藝需求，每年還能節(jié)約費用三十多萬元。