壓縮熱再生干燥器露點偏高原因分析與研究

趙利平

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

概述

某鋼鐵廠配套建有5 座空壓機站，要求壓縮空氣露點＜-20 ℃，自2008年投產以來，隨著設備的老化，干燥器電加熱器運行穩定性差，由于干燥器狀態切換后露點大范圍飄逸、工作吸附塔進氣溫度高、再生時間設定不合理等原因，部分時段干燥器壓力露點達不到-20 ℃及以下，對生產系統造成了一定的影響，因此亟需解決干燥器壓力露點偏高問題。

1 空壓機工藝流程及干燥器工作原理

1.1 壓風系統工藝流程

某鋼鐵廠空壓機站大部分使用的是FSELLIOT 三級離心空壓機，設計流量為250 m3/min，排氣壓力0.85 MPa，圖1 為空壓機站儀表風流程圖。

圖1 空壓機站儀表風流程圖

1.2 干燥器工作原理

目前所使用的余熱再生干燥器是根據變壓吸附的原理通過利用壓縮機排氣熱能對壓縮空氣進行再生干燥的一種設備，干燥器主要工藝流程如下。

1.2.1 吸附塔（B 塔）工作，再生塔（A 塔）加熱再生階段，見圖2

圖2 加熱再生狀態下工藝流程圖

取壓縮機排出的高溫氣體約30%流量經加熱器進行溫度補償加熱至110～120 ℃，自上而下進入再生塔進行加熱再生，再生氣流出后與另一支流（約70%）的氣體匯合進入后冷卻器冷卻降溫，冷卻后的氣體（此時由于氣體溫度降低已有部分液態水析出）經氣水分離器分離出液態水，脫水后的壓縮空氣進入吸附塔進行進一步脫水干燥，最后經除塵器濾去塵埃后送出干燥無塵的成品氣體。

1.2.2 吸附塔（B 塔）工作，再生塔（A 塔）冷卻再生階段，見圖3

圖3 冷卻再生狀態下工藝流程圖

加熱再生完畢后，對再生塔進行排氣泄壓，為后續冷卻再生做準備。壓縮機產出的氣體全流量直接經后冷卻器、氣液分離器、吸附塔進行干燥送出。同時由吸附塔出口（頂部）取約2%～3%的成品氣經限流孔板降壓膨脹后，從再生塔頂部進入由底部消音器排出，對再生塔進行冷卻再生。

1.2.3 均壓過程

再生塔冷卻再生結束后，將再生塔內吸附劑溫度降至工作溫度，關閉泄壓閥門，將再生塔充壓至工作壓力，在充壓結束后，兩塔進行倒換，原再生塔進入到工作階段開始工作吸附，原吸附塔進入再生階段。至此，上半個周期結束，進入下半個工作周期，如此往復循環。

2 壓縮空氣露點偏高問題分析

2.1 電加熱器工作穩定性差

再生塔進行加熱再生時，塔內吸附劑溫度要求達到105～110 ℃以上，由于加熱過程是由上而下進行，以壓縮空氣離塔溫度為主要參考，要求加熱完畢壓縮空氣離塔達到120 ℃，才能滿足加熱時塔內吸附劑的再生要求，干燥器電加熱器電氣回路由斷路器+固態繼電器組成，通過自動化PLC 采集溫度反饋的方式控制固態繼電器通斷，完成電加熱器的自動投退功能。雖然固態繼電器有其電磁兼容性好、切斷速度快、無觸點拉弧等優點，但是由于自身發熱量大對環境溫度要求比較高，而且耐受過電流過電壓能力較弱。因此不適用于目前的空壓機廠房的環境條件，尤其夏季非常容易擊穿燒毀，導致干燥余熱再生裝置電加熱器無法正常工作，直接影響加熱再生效果。

2.2 狀態切換后露點漂移范圍大

再生塔進行冷卻再生時，要求冷卻再生完畢后塔內吸附劑溫度要降至50 ℃以下（同樣以下塔溫度為主要參考），才能保證吸附劑工作時溫度穩定，實際運行過程中冷卻再生完畢下塔溫度為75 ℃，冷卻再生完畢再生塔進入工作吸附狀態，而吸附劑在溫度大于50 ℃時基本上沒有吸附能力，因此狀態切換后壓縮空氣露點出現大范圍飄逸，而且露點不合格時間持續較長。

2.3 工作吸附塔進氣溫度高

吸附塔進氣溫度偏高（夏季進氣溫度38～45 ℃），以30 ℃為基準，溫度上升至35 ℃、38 ℃、43 ℃，含水量增加30%、50%、100%，吸附劑負荷增大，進氣溫度每升高5 ℃，壓力露點將上升8～10 ℃，實際運行過程中，工作吸附塔進氣溫度42 ℃，濕度基本為100%，干燥器負荷較大，尤其在盛暑季節，壓縮空氣露點出現嚴重不達標現象。

2.4 再生時間設定不合理

加熱、冷卻再生都是至上而下進行，上塔與下塔溫差越小，吸附劑再生效果越好，露點較低，通過對現場檢查，每臺機組加熱/冷卻再生完畢后上下塔溫差不一，因此決定優先選擇一座站所的4 臺干燥器分析研究，通過數據比對發現干燥器存在欠加熱、欠冷吹和過加熱、過冷吹現象，具體數據見表1。

表1 加熱再生階段上下塔溫度比較表

表2 冷卻再生階段上下塔溫度比較表

3 處理措施

（1）“斷路器+固態繼電器”與“斷路器+接觸器”兩種控制方式都是通過PLC 發出24 V 指令控制加熱器投退的，兩種控制方式各有利弊（見表3），原設計為斷路器+固態繼電器的方式控制電加熱器退投，受夏季空壓機房高溫工作環境及固態繼電器自身發熱量大影響，固態繼電器受高溫擊穿故障頻發。因此自主設計將原有電加熱器回路改為斷路器+接觸器形式，通過自動化PLC 發送24 V 指令控制繼電器線圈吸合，主觸點閉合達到控制主回路加熱器投退的功能，接觸器承受浪涌電流和開斷電流能力強。改造后有效的提高了電加熱器運行穩定性，加熱再生溫度得到了保證，徹底解決了固態繼電器在高溫環境下運行不穩定的問題。

表3 接觸器與固態繼電器對比表

（2）原冷卻再生氣取約2%～3%的成品氣經限流孔板降壓后對再生塔吸附劑冷卻再生，冷卻再生結束后下塔溫度偏高導致露點出現大范圍飄逸，限流板上有6 個?10 的孔，通過額外增加2 個?10 的孔，將再生氣流量增加至5%的成品氣，額外增加2%的再生氣量，有效提高了冷卻再生效果。

（3）末級冷卻器作為干燥器工作吸附塔進氣唯一換熱單元，換熱器形式為列管式換熱器，循環水走殼程，壓縮空氣走管內，管束材質為銅管，外殼材質為碳鋼。因循環水鈣硬度偏高且末級換熱器長期處于高溫區環境（進氣溫度可達110 ℃），銅管表層極易結垢，現場檢查發現垢層厚度約為0.5～1 mm。通過對垢樣成分分析，垢層含量主要為碳酸鈣、氧化鐵、氧化銅、少量二氧化硅成分，因此考慮化學清洗，為確保清洗效果，同時防止銅管表面腐蝕及碳鋼管道腐蝕，先做72 h 掛片實驗，根據實驗結果調節配方比例，經過多次試驗最終確定了化學藥劑配方（具體化學藥劑配方見表4）。離線清洗后，工作吸附塔進氣溫度由原來42 ℃下降至35 ℃，進氣含水量同比下降，有效降低了吸附劑工作負荷。

表4 化學藥劑配方

（4）干燥器投運初期，廠家給定的加熱時間、冷卻再生時間設定值都為120 min，目前干燥器在運行末期（吸附3 h 后）露點出現正數，考慮以再生塔加熱/冷吹氣體離塔溫度為基準科學設定再生時間。加熱再生階段，從加熱再生開始計時到熱空氣離塔溫度達到110 ℃這個階段用時設定為加熱再生時間；同理冷卻再生時間以再生塔冷吹氣體離塔溫度達到40 ℃所用時間設定冷卻再生時間。并根據季節性變化修訂冷卻再生、加熱再生時間，通過摸索，夏季將加熱時間設定為90 min，冷卻再生時間設定為120 min；冬季將加熱時間設定為120 min，冷卻再生時間設定為90 min。

4 結束語

整改后，對不同季節露點溫度進行跟蹤調研，7～8月份（環境溫度30～40 ℃，干燥器進氣濕度100%狀態下）露點最高為-21 ℃，達到生產用戶的要求；9～11 月份（環境溫度20～30 ℃）露點最高為-32 ℃，超過生產用戶要求的48%，提高了用戶用氣的滿意度。

通過對現有壓縮熱再生干燥器現狀進行分析找出影響露點偏高的因素，提出改善措施并付諸實踐，扭轉了壓縮空氣露點偏高對生產影響的被動局面，杜絕了因為壓縮空氣品質對生產系統造成的影響。