水電站壓縮空氣系統的后處理方案分析

方曉紅

（中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 310014）

水電站壓縮空氣系統的后處理方案分析

方曉紅

（中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 310014）

壓縮空氣系統是水電站不可或缺的輔助系統之一，壓縮空氣的品質好壞直接影響著系統設備的維護成本甚至運行安全。對不同壓縮空氣的后處理方案進行比較分析，以得到經濟有效地處理方案來提高水電站壓縮空氣的品質。

后處理方法；壓縮空氣；水電站

1 引言

水電站壓縮空氣系統利用大氣作為氣源，空氣中含有大量的塵埃、水蒸氣、未燃燒充分的碳氫化合物和細菌等，此外，空壓機自身的潤滑系統，也會產生磨損粒子和油污。這些塵埃顆粒、油和水混合物形成了一種極其有害的腐蝕性油泥，會快速磨損氣動設備、堵塞閥門、腐蝕管路，因而造成空氣泄漏、工具和設備損壞、維護成本增加、安全受威脅等一系列不利影響。據國際權威統計：末端用氣設備的故障有超70%的原因是壓縮空氣中固體顆粒、油和水造成的。

因此，壓縮空氣系統的后處理是提高氣系統質量的重要課題之一，本文就水電站的壓縮空氣系統后處理方案進行初步分析，借拋磚引玉之勢供同行參考。

2 相關標準對壓縮空氣凈化等級及水電站用氣品質要求

根據GB/T13277.1-2008《壓縮空氣第1部分：污染物凈化等級》標準，按固體顆粒等級、濕度和液態水等級以及含油等級對壓縮空氣凈化程度進行分級。壓縮空氣凈化等級如表1。

水電站使用壓縮空氣的部門主要有：機組制動、機組調相壓水、維護檢修風動工具及吹掃、機組強迫補氣、油壓裝置及配電裝置等。根據標準和《水電站設計手冊》，各用氣對象對壓縮空氣品質等級要求可參照表2。

由于處理雜質和油的成本相對低廉，安裝幾級精密過濾器即可達到目的，但是處理水就相對復雜，且成本也相對較高。因此，下面主要分析壓縮空氣中水分的處理方案。

表1 壓縮空氣凈化等級

表2 水電站用氣對象對壓縮空氣的品質等級要求

3 壓縮空氣的干燥方式

壓縮空氣中水分的處理是一個干燥的過程，壓縮空氣的干燥主要有熱力法、降溫法和吸收法等。這三種干燥方法的對照比較詳見表3。

表3 不同干燥方法比較

在中壓壓縮空氣系統中，以往傳統的配置方案是采用減壓閥提高中壓氣系統的干燥度。但中壓減壓閥國內產品質量不夠穩定，投入使用后經常出現問題而不能正常使用，使設備運行存在安全隱患。采用進口高壓減壓閥又成本昂貴，且控制過程復雜。并且采用減壓閥干燥，其效果不夠理想，因此目前該干燥方案已有被其它方案替代的趨勢。

冷凍式干燥法由于其物理特性，其壓力露點下限不能低于2℃（蒸發器內可獲得的最低壓縮空氣溫度），但在此溫度下冷凝形成的水滴/霧在其后的汽水分離器中并不可能達到100%的分離效率 (一般在85%～95%之間)。未分離的液態水滴/霧返回預冷器被進氣側（約40℃）的氣體加熱蒸發，導致實際露點值上升5～10℃，即在冷干機的最佳工作狀態其出口的實際露點值上升至7～12℃。對于工作壓力較高，攜帶水分量較少的中高壓空氣影響更為顯著。表4列出了不同壓力下的壓縮空氣在進氣溫度（40℃）、蒸發器溫度（2℃）的飽和含水量和兩者之差的理論排水量及按分水效率90%下的實際排水量。

表4 不同壓力下的飽和含水量比較

從表4中可看出，低壓0.7MPa是中壓4.0MPa排水量的5倍，是高壓10.0MPa的10倍以上。中高壓壓縮空氣水含量微乎其微，所以冷干機的干燥作用不明顯。

吸附式干燥法其原理為將飽和的壓縮空氣利用水分子和空氣分子體積不同，采用氣體凈化專用分子篩過濾壓縮空氣中的飽和水蒸氣，將水分子吸附在分子篩顆粒內，再采用變壓吸附原理的無熱再生干燥器、可達到穩定的0℃以下壓力露點指標。再生時，一部分干燥的壓縮空氣從工作壓力膨脹到大氣壓力，經過含水已飽和的吸附劑，將吸附的水分帶走，吸附劑得以再生。其能耗-再生氣量隨工作壓力升高而顯著降低。

通過上述分析可見，低壓（0.7MPa）水量大，冷凍式除水效果明顯，吸附式運行費用昂貴；中高壓（4.0～40.0MPa）宜采用吸附式干燥器，露點低且穩定，有利于維護中高壓用氣設備。

4 壓縮空氣系統干燥機設置位置的比較分析

分析了不同壓縮空氣的干燥方案，另外還要考慮干燥設備的設置位置，這對壓縮空氣系統的設備及用氣品質有一定的影響。主要對干燥機與儲氣罐兩者的先后設置位置不同進行比較分析，詳見表5。

表5 干燥機設置不同位置的比較分析

空壓機出口壓縮空氣的溫度較高，若儲氣罐前面設壓縮空氣干燥機，在儲氣罐內無冷凝液凝結現象，但干燥機的運行負荷相對加大。干燥機設在儲氣罐后面，進入干燥機的壓縮空氣進氣溫度低，但儲氣罐內會有冷凝水，儲氣罐容易腐蝕。

從干燥冷卻的角度，應該將干燥機置于儲氣罐之后，因為壓縮氣體通過儲氣罐后，氣體能冷卻并沉降下固體顆粒和部分液態水，但針對水電廠空壓機的運行時間較短的情況，建議將干燥機置于儲氣罐之前，這樣能降低干燥機的啟動次數，使得空壓機啟動后，干燥機隨即啟動。

5 結語

本文對壓縮空氣系統的后處理方案進行了粗略的分析，在實際應用中，應根據具體情況進行比較確定合理、有效的干燥方法，使系統設置更加經濟合理，運行更加安全可靠，以期獲得更好的綜合效益。

[1]段宏江.冷凍干燥法在水電站中壓氣系統中的應用[J].西北水電，2004（1）.

[2]GB/T13277.1-2008.壓縮空氣第1部分：污染物凈化等級[S].

TK730.4

B

1672-5387（2013）05-0016-03

2013-07-26

方曉紅（1969-），女，高級工程師，從事水電站機電設工作。