淺談壓縮空氣凈化系統(tǒng)的除濕及節(jié)能改造

張笑瑜

(唐山三友化工股份有限公司,河北 唐山 063305)

壓縮空氣不僅是主要的工業(yè)動(dòng)力源,又是具有多種用途的工藝氣源,其應(yīng)用范圍遍及各行各業(yè),自然空氣經(jīng)空壓機(jī)吸入,經(jīng)加壓及在冷卻器、貯氣罐中被冷卻后,部分水分將凝結(jié)并通過(guò)氣水分離器排出,當(dāng)壓縮空氣(完全飽和的)在管道中進(jìn)一步被冷卻時(shí),將會(huì)再次出現(xiàn)大量的冷凝水,如不及時(shí)將水去除,將會(huì)產(chǎn)生的負(fù)面影響:管道腐蝕、結(jié)冰,致使各氣動(dòng)設(shè)備失靈及產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此,安裝合理的吸干機(jī),將壓縮空氣露點(diǎn)保持在-40 ℃以下,對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝流程的穩(wěn)定至關(guān)重要。目前老式吸干機(jī)普遍存在智能化程度低,能耗浪費(fèi)大,壓縮空氣品質(zhì)差,后期運(yùn)維能力低等問(wèn)題,當(dāng)前形勢(shì)下已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的要求,所以,保障壓縮空氣系統(tǒng)露點(diǎn)的合格率,減少能源浪費(fèi),是當(dāng)前需要改善的首要問(wèn)題。

1 我公司壓縮空氣系統(tǒng)主要凈化方式

1.1 工藝流程

自然狀態(tài)的空氣經(jīng)空壓機(jī)吸入,經(jīng)過(guò)加壓后由管道排出,后進(jìn)入吸干機(jī)進(jìn)行吸附水分,干燥后的壓縮空氣送入空氣球罐,經(jīng)管道輸送至各生產(chǎn)工序作為儀表氣使用。目前我公司空壓站共有5臺(tái)無(wú)熱吸干機(jī),為建廠初期投用的設(shè)備。

1.2 設(shè)備組成及工作方式

老式的無(wú)熱再生吸干機(jī)是根據(jù)變壓吸附原理,利用自熱再生的方法對(duì)壓縮空氣進(jìn)行吸附干燥的一種除濕裝置,它采用雙塔結(jié)構(gòu),一塔在一定壓力下吸附壓縮空氣中的水分,另一塔用稍高于大氣壓的自身干燥空氣使吸附塔中的干燥劑再生,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間,兩塔切換,完成整個(gè)干燥過(guò)程。一個(gè)塔的實(shí)際工作過(guò)程分為:吸附—再生—充壓。

2 目前設(shè)備存在問(wèn)題

1)再生氣量損耗高:從設(shè)備運(yùn)行原理我們可以得知,老式無(wú)熱吸干機(jī)在再生過(guò)程中需使用干燥壓縮空氣進(jìn)行反吹,反吹后的空氣經(jīng)排空管道排出,為了解具體反吹所用的壓縮空氣量,我們對(duì)吸干機(jī)進(jìn)行氣損測(cè)量,在干燥機(jī)進(jìn)口和出口處,選取直管段,打孔進(jìn)行測(cè)量無(wú)熱吸干機(jī)的進(jìn)口流量以及出口流量,經(jīng)測(cè)算得出平均氣損率為 21.45%。

2)露點(diǎn)溫度高:儀表氣總管露點(diǎn)溫度時(shí)常在-40 ℃以上(生產(chǎn)上要求露點(diǎn)溫度控制在-40 ℃以下),處于不合格狀態(tài)。

3)吸附劑使用壽命短:老式無(wú)熱吸干機(jī)所使用的吸附劑為粒徑6～9 mm的活性氧化鋁,每年至少更換一次吸附劑,并且更換下來(lái)的吸附劑有“中毒現(xiàn)象”。

4)氣動(dòng)薄膜閥易損壞:氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥是吸干機(jī)重要控制元件,在整個(gè)干燥的過(guò)程中,氣動(dòng)薄膜閥的正常運(yùn)作是起著重要的作用,統(tǒng)計(jì)全年設(shè)備檢修記錄,氣動(dòng)薄膜閥的檢修次數(shù)高達(dá)12次,每次維修閥門都需要吸干機(jī)停止工作,這樣就會(huì)對(duì)壓縮空氣的露點(diǎn)及生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來(lái)影響。

3 制定解決方案

針對(duì)上述問(wèn)題,根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際情況,我們決定對(duì)設(shè)備進(jìn)行改型,主要從氣量的損耗、露點(diǎn)溫度的控制及設(shè)備的檢修頻次方面進(jìn)行研究改造。

3.1 安裝新型的前置過(guò)濾器及氣水分離器

在壓縮空氣進(jìn)入下游凈化設(shè)備前,安裝前置過(guò)濾器,過(guò)濾器內(nèi)部濾芯本身采用多層次的濾床構(gòu)造,其容塵量極大,有效性高,能有效地去除壓縮空氣中的部分液態(tài)水、油霧、塵埃,可減輕后部吸干機(jī)的負(fù)荷。同時(shí)安裝新型的氣水分離器,通過(guò)攔截、慣性、擴(kuò)散、重力等作用,去除部分壓縮空氣中含有的水分等雜質(zhì),從而使壓縮空氣潔凈干燥,使氣動(dòng)設(shè)備可靠性提高,產(chǎn)品質(zhì)量提升。

3.2 安裝新型的吸干機(jī)

隨著近幾年壓縮空氣干燥技術(shù)的發(fā)展。從完全依賴壓縮空氣再生的方式逐漸朝不消耗任何壓縮空氣的方向發(fā)展,其發(fā)展趨勢(shì)必然是更低的能耗,更低的運(yùn)行成本,更高的可靠性,更易維護(hù)。

零氣耗鼓風(fēng)加熱再生吸附式吸干機(jī)是在有氣耗鼓風(fēng)加熱吸干機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)的一款新型干燥機(jī)(簡(jiǎn)稱零氣耗鼓風(fēng)式吸干機(jī))。它具有零氣耗、壓損小、切換周期長(zhǎng)、并且可達(dá)-60 ℃以下露點(diǎn)溫度、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),而它最大的特點(diǎn)就是不再需要消耗壓縮空氣進(jìn)行反吹,零氣耗鼓風(fēng)式吸干機(jī)是充分采用PSA(變壓吸附)及TSA(變溫吸附)的原理,整機(jī)為雙塔結(jié)構(gòu),一塔在工作壓力、常溫下吸附壓縮空氣中的水分,另一塔在常壓下、用來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)并經(jīng)電加熱的空氣使吸附塔中的吸附劑再生,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間,通過(guò)閥門的切換,由吸附塔、水冷卻器、鼓風(fēng)機(jī)等部件形成了一個(gè)閉合的循環(huán)冷吹系統(tǒng),并由鼓風(fēng)機(jī)做為循環(huán)驅(qū)動(dòng)力,使吸附塔內(nèi)的熱空氣不斷與水冷卻器進(jìn)行熱交換,從而帶著吸附劑的熱量,達(dá)到無(wú)耗氣冷吹的效果。這樣就保證了干燥壓縮空氣的連續(xù)供應(yīng)。每個(gè)塔的實(shí)際工作過(guò)程分為:吸附—再生(包括加熱再生和余熱再生)—循環(huán)冷吹—充壓。

圖1 新型吸干機(jī)工作原理

3.2.1 吸附過(guò)程

壓縮空氣經(jīng)前置過(guò)濾器除油后進(jìn)入吸附塔,被吸附劑吸附水分的干燥空氣再經(jīng)后置過(guò)濾器除粉塵進(jìn)入管網(wǎng)。

3.2.2 再生過(guò)程

1)環(huán)境大氣經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)提壓后,經(jīng)加熱器升溫進(jìn)入吸附塔,利用變溫、變壓原理脫附。

2)加熱器停止工作,繼續(xù)對(duì)吸附劑進(jìn)行余熱再生和冷卻加熱器。

3)通過(guò)閥門切換,由吸附塔、鼓風(fēng)機(jī)、水冷卻器等組成一個(gè)密閉的循環(huán)系統(tǒng),風(fēng)機(jī)作為循環(huán)驅(qū)動(dòng)力,不斷的將吸附劑的熱量帶出與水冷卻器熱交換,從而達(dá)到無(wú)氣耗冷吹的目的。

3.2.3 切換閥特性

吸干機(jī)采用的耐高溫型切換閥門,耐腐蝕性。活塞和齒條以輕合金制成,并額外帶有乙縮醛大活塞向?qū)?鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)軸齒輪安裝在乙縮醛自潤(rùn)滑軸承上,以保持氣密性,并且具有高使用壽命,在額定扭矩下切換,可達(dá)10萬(wàn)次的旋轉(zhuǎn)。

3.2.4 吸附劑的填裝特點(diǎn)

塔體內(nèi)部為大型吸附劑層,確保了空氣與吸附劑充分的接觸時(shí)間,并且內(nèi)部包含額外的吸附劑,用于補(bǔ)償吸附劑的初期老化(吸附劑在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前,通常要損失30%的能力),吸附劑選用活性氧化鋁吸附劑和分子篩,具有高抗碎強(qiáng)度和抗磨蝕性,靜態(tài)吸濕能力,在100%相對(duì)濕度時(shí)為重量的21%。活性氧化鋁由于其機(jī)械性能、耐水性和耐熱性好并價(jià)格合理而得到廣泛的將用,但活性氧化鋁在空氣相對(duì)濕度較低時(shí),吸水量下降,而分子篩所受的影響很小。因此在空氣相對(duì)濕度較低的部分,即在床層上部裝一些分子篩可增大吸水能力。如此填裝,可提升整體吸附效果,使露點(diǎn)溫度更加穩(wěn)定。

4 使用效果查定

1)對(duì)吸干機(jī)進(jìn)行氣損測(cè)量,盡量在與原測(cè)試環(huán)境接近的時(shí)段,在新型干燥機(jī)進(jìn)口和出口處,選取直管段,打孔進(jìn)行測(cè)量進(jìn)口流量以及出口流量。新型干燥機(jī)的氣損率為0.01%(因進(jìn)出口壓力的波動(dòng),造成流速的不同,故影響到流量的細(xì)微變化)。

2)設(shè)備安裝運(yùn)行一年,統(tǒng)計(jì)全年露點(diǎn)溫度如2圖所示。全年每月平均露點(diǎn)溫度均維持在-60 ℃左右,氣體的品質(zhì)有了較大的提升。

圖2 改造前后露點(diǎn)溫度

3)運(yùn)行一年后檢查內(nèi)部吸附劑,發(fā)現(xiàn)吸附劑外觀良好,無(wú)粉化、表面無(wú)油膜等雜質(zhì)附著,未出現(xiàn)“中毒現(xiàn)象”,可繼續(xù)使用。

4)氣動(dòng)薄膜閥使用情況全年檢修頻次為零,使用過(guò)程中未出現(xiàn)閥門故障等情況。

5)通過(guò)重量法測(cè)量了液態(tài)水含量:氣水分離器安裝前液態(tài)水質(zhì)量為120 g/m3,安裝后液態(tài)水質(zhì)量為16 g/m3。兩次測(cè)量結(jié)果可以看出,安裝氣水分離器后壓縮空氣液態(tài)水含量明顯降低,除水效果明顯。

5 小 結(jié)

通過(guò)上述一系列改造措施,壓縮空氣凈化系統(tǒng)更加完善,能耗降低,露點(diǎn)溫度更加穩(wěn)定,氣體品質(zhì)也得到了提升,節(jié)約了檢修費(fèi)用,大大提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性,同時(shí),新設(shè)備的順利投用,使用效果良好,為后續(xù)整體系統(tǒng)改造提供了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)支撐。