淺析壓縮空氣在企業(yè)的合理使用

田燕

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司天津301500）

全廠集中空壓站是現(xiàn)在企業(yè)生產(chǎn)必須的能源設(shè)備，但在使用中發(fā)現(xiàn)，管道帶水比較嚴(yán)重，特別是北方冬天造成管道冰堵，影響設(shè)備正常運(yùn)行。天津天鋼聯(lián)合特鋼公司2011年實(shí)施升級改造，新建一座1000m3/min的空壓站設(shè)備，該設(shè)備在運(yùn)行過程中同樣受到這個問題的困擾，既給生產(chǎn)使用帶來問題，又造成了能源的浪費(fèi)。

壓縮空氣作為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)必不可少的、重要的能源動力介質(zhì)，使用的是否合理，直接關(guān)系到設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，空壓站地址應(yīng)選在廠區(qū)哪位置合理？建在用戶附近，還是建在哪里都行？壓縮空氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)什么形式是合理的？相信每個設(shè)計(jì)單位和使用單位的得出的結(jié)論都不一致。本文就聯(lián)合特鋼公司壓縮空氣的合理使用進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)。

1 問題的提出

聯(lián)合特鋼公司新建空壓站設(shè)備投產(chǎn)后不久，在煉鋼廠首先發(fā)現(xiàn)用作儀表氣源的壓縮空氣中有水，當(dāng)時(shí)由于是夏天，加強(qiáng)了排水，沒有影響生產(chǎn)；到了冬天出現(xiàn)了冰堵現(xiàn)象，在氣尾處的用于氣力輸送白灰裝置處的儲氣罐有排不完的水，并時(shí)常發(fā)生冰堵，多次造成停產(chǎn)。對生產(chǎn)影響極大。

新建空壓站位于公司最北端的制氧車間內(nèi)，空壓機(jī)流量250m3/min*4，每臺空壓機(jī)都配有一臺壓縮熱再生式干燥機(jī)，也就是說空壓機(jī)與干燥機(jī)一對一配置，設(shè)計(jì)要求干燥后露點(diǎn)-20℃以下，實(shí)際采購設(shè)備要求干燥后露點(diǎn)-40℃以下。氣體用戶從北到南，輸送管道是普通的無縫鋼管，中間沒有任何裝置設(shè)備，在各用氣點(diǎn)根據(jù)用氣量設(shè)有容積不同的儲氣罐。空壓站距離煉鋼最近，管道長度約500米，各用氣點(diǎn)的儲氣罐都自行定期排水，否則無法正常生產(chǎn)。

2 空氣壓縮干燥流程

聯(lián)合特鋼公司的空壓站設(shè)有四臺250m3/min離心式壓縮機(jī)，與四臺余熱再生式干燥機(jī)一對一使用。為設(shè)備儀表提供氣源的空氣壓縮干燥流程：空氣經(jīng)吸入過濾器過濾顆粒雜質(zhì)后進(jìn)入空壓機(jī)經(jīng)過三級壓縮，溫度約為110℃，進(jìn)入壓縮熱再生式空氣干燥機(jī)。經(jīng)過干燥機(jī)的壓縮空氣，經(jīng)50*2m3/h儲氣罐后送入外管網(wǎng)，至各用戶。

2.1 干燥機(jī)工藝流程說明

見圖一：干燥機(jī)工藝流程圖

壓縮熱再生式空氣干燥機(jī)是利用空壓機(jī)高溫排氣的熱量，對吸附干燥劑直接加熱，使干燥劑得到徹底再生，由于其加熱再生時(shí)無耗氣，不用電，最大程度地節(jié)約了能量。

我公司使用的MH系列壓縮熱再生式空氣干燥機(jī)，有兩臺吸附罐（干燥塔），A塔工作，B塔再生；B塔工作，A塔再生，控制方式為PLC全自動控制，標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)周期是8小時(shí)。

2.2 干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)

干燥機(jī)主要由二個填充有防水凝膠的吸附罐（干燥塔）構(gòu)成。此外有一個水冷冷卻器，冷卻器串接一個氣液分離器，連接管是鋼管。

為控制各個周期壓縮空氣的流動方向，總共裝有十個閥組，每個閥組由一連桿與傳動裝置相連。傳動裝置裝有限位開關(guān)（閥門到位信號反饋裝置），這樣只有上一個操作結(jié)束以后，才能開始下一個切換。采用氣動傳動裝置，由二位五通電磁閥來控制。

經(jīng)干燥機(jī)干燥后露點(diǎn)達(dá)-40℃以下的壓縮空氣，經(jīng)管道送入2*50m3/h儲氣罐，由儲氣罐出口管道送到公共管網(wǎng)至各用戶端。

3 關(guān)于露點(diǎn)

未飽和空氣在保持水蒸氣分壓力不變（即保持絕對含水量不變）情況下降低溫度，使之達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度叫“露點(diǎn)”。溫度降至露點(diǎn)時(shí)，濕空氣中便有凝結(jié)水滴析出。

濕空氣的露點(diǎn)不僅與溫度有關(guān)，而且與濕空氣中水分含量的多少有關(guān)，含水量大的露點(diǎn)高，含水量少的露點(diǎn)低。大氣露點(diǎn)與水份含量關(guān)系圖表如下：

4 壓縮空氣帶水原因分析

壓縮空氣經(jīng)干燥機(jī)后送到管網(wǎng)，由于沿途與管外空氣換熱，使管道內(nèi)的空氣溫度降低，空氣中一部分水蒸氣析出,壓縮空氣帶水原因有：

4.1 干燥機(jī)冬天運(yùn)行干燥效果差

干燥機(jī)在夏季運(yùn)行時(shí)已有帶水問題，只是用戶自行定時(shí)排水，沒有引起重視。當(dāng)環(huán)境溫度降到10℃左右時(shí)，壓縮空氣中含水量會大大增加。干燥機(jī)后露點(diǎn)多數(shù)要高于-40℃，造成輸送管道中的壓縮空氣含水量增加，氣力輸送管道發(fā)生冰堵，氣動閥門不動作等等問題。2011年12月份，由于壓縮空氣中含水量太大，造成了氣力輸送停產(chǎn)三次。

4.2 干燥機(jī)自動排水器排水效果差

干燥機(jī)設(shè)有兩個自動排水器，一個是氣動球閥，設(shè)定為定時(shí)排水；還有一個是倒桶排水器，采用液位控制。雖然設(shè)有兩個排水器，但排水效果不理想，排水器易發(fā)現(xiàn)故障，要求定期維護(hù)，但實(shí)際中沒有按照規(guī)程要求去做，造成排水效果差。

4.3 儲氣罐手動排污閥冬天易凍結(jié)

冬季環(huán)境溫度降低，儲氣罐下部手動排污閥需要常開，將水排出。特別是位于壓縮空氣管網(wǎng)末端的氣力輸送儲氣罐下部的手動排污閥易凍結(jié)，無法及時(shí)清除掉壓縮空氣中的全部水分，導(dǎo)致管道結(jié)冰，造成氣力輸送停止，影響生產(chǎn)。

4.4 設(shè)計(jì)存在的缺陷

沒有嚴(yán)格執(zhí)行GB50029-2003《空壓站設(shè)計(jì)規(guī)范》，《空壓站設(shè)計(jì)規(guī)范》對空壓站位置的要求，是“靠近用氣負(fù)荷中心”，而我公司空壓站沒有設(shè)計(jì)在靠近各用戶的中心位置，而是設(shè)在最北端，離最近的用戶約500米。工廠設(shè)計(jì)沒有考慮北方長距離輸送壓縮空氣的凝結(jié)水析出問題，管路沒有設(shè)置分水排水設(shè)備，空氣中析出的水只能在管道中隨空氣運(yùn)動，對管網(wǎng)末端設(shè)備的運(yùn)行造成較大的影響。

4.5 用氣量不均衡

壓縮機(jī)設(shè)計(jì)采用恒壓+卸載，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓力時(shí)，為防止超壓，設(shè)計(jì)為進(jìn)口導(dǎo)葉閥全關(guān)，放空閥全開，一臺設(shè)備全部卸載，造成干燥機(jī)自動工作程序中斷，空壓機(jī)從新升壓后，干燥機(jī)的程序也從頭開始，如此反復(fù)，造成了分子篩吸附劑的中毒，吸附性能下降，送出的壓縮空氣的露點(diǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)值，造成空氣中含水量增大。

4.6 干燥機(jī)有可能容積設(shè)計(jì)偏小

由于干燥后的露點(diǎn)不穩(wěn)定，經(jīng)常有-20℃、-30℃等的情況，我們懷疑干燥機(jī)不能將壓縮空氣中的水徹底吸附，吸附容量不夠。

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5 改進(jìn)措施

5.1 空壓機(jī)的設(shè)計(jì)是恒壓+卸載，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，空壓機(jī)放空閥打開，同時(shí)進(jìn)口閥關(guān)閉，壓力降低很快，后面系統(tǒng)受到很大的影響。將空壓機(jī)的安全保壓方式改為恒壓+放空，設(shè)備超壓時(shí)只開放空閥不關(guān)閉進(jìn)口導(dǎo)葉，對干燥機(jī)不造成影響，仍然繼續(xù)工作。我們采用此方法對一臺空壓機(jī)進(jìn)行改造后效果明顯，正在將另外三臺逐步進(jìn)行改進(jìn)。

5.2 定期檢查干燥機(jī)的自動疏水器，及時(shí)清理，保證排水，要求操作人員加強(qiáng)檢查，定期維護(hù)保養(yǎng)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行檢查。

5.3 增加了壓縮空氣管網(wǎng)的分水器，在管道外網(wǎng)及進(jìn)各用戶處都安裝了分水器。3月份利用檢修增加后，可定時(shí)排出水來，隨著氣溫的升高，排水量減少。

5.4 在壓縮空氣的最大用戶也是最終端用戶--氣力輸送處，增加了一臺干燥機(jī)。

5.5 在冬季到來前，對管道增加加熱保溫，采用蒸汽伴熱外部保溫，一冬保證了安全生產(chǎn)。

5.6 遠(yuǎn)期的整改方法：將4臺空壓機(jī)匯到一根總管，在總管后再分4個支路進(jìn)入4臺干燥機(jī)干燥，不論那臺空壓機(jī)停車或出現(xiàn)問題，都有足夠的氣量保證干燥機(jī)的正常工作，不會對干燥機(jī)造成傷害，保證空氣露點(diǎn)的相對穩(wěn)定。

5.7 我們一直在與干燥機(jī)廠家進(jìn)行聯(lián)系，力求在干燥機(jī)的改造中做些文章，徹底解決壓縮空氣帶水問題。

6 結(jié)束語

實(shí)踐證明空壓站設(shè)計(jì)要求對于需要干燥空氣的用戶，干燥機(jī)安裝在用戶處，這是很關(guān)鍵的。干燥機(jī)安裝在源頭，輸送管路長，既使送出的是常壓露點(diǎn)低于-40℃的干燥空氣，在用戶處同樣會有水析出，如果沒有排水裝置，長時(shí)間不排水，夏天水多，冬天造成管道冰堵。

經(jīng)過一冬天的使用、完善、改造，基本上將壓縮空氣帶水的問題整改完成，但因設(shè)計(jì)等原因帶來的問題已經(jīng)沒有辦法徹底改變，只能作為今后吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。今后將進(jìn)一步加強(qiáng)管理，不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，對壓縮空氣供給作進(jìn)一步的工作，以保證設(shè)備的良好運(yùn)行，保證能源介質(zhì)的正常供應(yīng)。

《工程熱力學(xué)》、GB50029-2003《空壓站設(shè)計(jì)規(guī)范》。