氣力輸送系統(tǒng)中壓縮空氣的露點(diǎn)控制Dew point control of conveying air system

趙敏衡（拜耳材料科技(中國(guó))有限公司上海一體化基地）

在大型聚合物生產(chǎn)裝置中，壓縮空氣是氣力輸送的核心，它是粒子輸送、摻混及包裝的關(guān)鍵。壓縮空氣中的水含量是其主要的質(zhì)量指標(biāo)之一。在ISO 8573-1中，界定了濕度等級(jí)即露點(diǎn)控制做為控制壓縮空氣水含量的手段。但雖然ISO 8573-1界定了壓縮空氣的濕度等級(jí)，但如何界定適合自身工藝及產(chǎn)品特性的等級(jí)卻往往被忽略。從而在投資及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面很難收到良好回報(bào)。

一、壓縮空氣的露點(diǎn)控制研究

1.濕度等級(jí)

下表為ISO 8573-1界定的濕度等級(jí)

表一 濕度等級(jí)

從上表可以看到，根據(jù)壓縮空氣的等級(jí)不同壓力露點(diǎn)的控制相差很大。雖然標(biāo)準(zhǔn)明確了不同壓力等級(jí)下的壓力露點(diǎn)，但并沒有說(shuō)明每個(gè)等級(jí)所試用的條件，因此在具體的應(yīng)用中產(chǎn)生不同的理解。以筆者公司聚碳酸酯生產(chǎn)為例，雖然壓縮空氣的壓力都控制為3公斤，但不同工廠的露點(diǎn)控制卻不同。有的工廠控制為-20度，有的工廠不設(shè)干燥器，只是用7度的冷卻水冷卻，其壓力露點(diǎn)為10度。但卻找不到明確的工藝描述來(lái)說(shuō)明這兩種工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)。當(dāng)露點(diǎn)控制為-20度時(shí)，壓縮機(jī)出口就需要安裝干燥器。以一臺(tái)8500標(biāo)方/小時(shí)的干燥器為例來(lái)比較這兩種工藝，設(shè)備一次性投資在80萬(wàn)左右。如果干燥器采用電加熱器加熱再生，其一年的電耗也在百萬(wàn)左右（干燥器干燥再生周期為6小時(shí)/次），此外還需每2年停工檢修更換干燥劑。投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。

2.露點(diǎn)控制的優(yōu)化

（1）影響露點(diǎn)控制的因素

在氣力輸送系統(tǒng)中影響露點(diǎn)控制的因素有很多，比如產(chǎn)品的特性，壓縮空氣的流量及壓力，環(huán)境溫度等因素。如果輸送粒子對(duì)水含量有明確要求，那就需要參照露點(diǎn)溫度與濕度換算表，根據(jù)水含量要求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的露點(diǎn)，從而確認(rèn)系統(tǒng)的露點(diǎn)控制。如果輸送粒子對(duì)水含量沒有明確要求，只是原則上要避免粒子輸送過程中凝液的產(chǎn)生，這樣壓縮空氣的流量及壓力，環(huán)境溫度等因素都將影響露點(diǎn)的控制。一般來(lái)說(shuō)當(dāng)環(huán)境溫度低于壓力露點(diǎn)時(shí)，壓縮空氣中的水汽就有可能出現(xiàn)凝液。因此根據(jù)環(huán)境溫度來(lái)選擇所要控制的露點(diǎn)就成為露點(diǎn)控制的關(guān)鍵。此外在輸送過程中如果壓力發(fā)生變化，壓力露點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)變化。這里存在著壓力露點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。壓力露點(diǎn)的轉(zhuǎn)換可從圖2中查出：

圖2 壓力露點(diǎn)換算表

（2）露點(diǎn)控制的優(yōu)化

由于產(chǎn)品特性無(wú)法改變，因此下文主要討論粒子對(duì)水含量沒有明確要求（比如聚乙烯、聚丙烯及聚碳酸酯等產(chǎn)品），但原則上在輸送過程中要求不能產(chǎn)生凝液的氣力輸送系統(tǒng)。本文將通過應(yīng)用傳熱基本方程來(lái)討論露點(diǎn)的控制。其主要步驟將在以下示例中討論。

以筆者公司一根長(zhǎng)100米，管徑為200毫米,壁厚為5毫米，輸送量為8000公斤/小時(shí)（流速14米/秒）,氣體壓力表壓為3公斤的不銹鋼輸送管線為例來(lái)研究露點(diǎn)控制在10℃是否有凝液產(chǎn)生（上海冬季的最低溫度為-10度）。

Q＝KA△tm（圓壁管或?yàn)椋篞=k*2π*L*(T1-T2)/ln(d2/d1)

Q：傳熱速率 ,W

△tm：兩流體的平均溫度差,K

K：比例系數(shù)，總傳熱系數(shù) ，因次W/(m2·K)。

已知：氣-氣的傳導(dǎo)K：12～35W/(m2·K)，本文取平均值25.空氣的比熱容為1.005kJ/(kg.k)，壓縮空氣的溫度為50度（由于壓縮空氣溫度隨管線換熱逐步下降，所以取平均值為25℃）。

根據(jù)壓縮空氣的溫度及最低環(huán)境溫度計(jì)算管線的換熱量。

根據(jù)壓縮空氣的比熱容來(lái)計(jì)算達(dá)到壓力露點(diǎn)前壓縮空氣的熱容量。

比較壓縮空氣的換熱量與熱容量。

從以上計(jì)算可以看出，Q容

從以上計(jì)算可以看出，Q容>Q換，壓縮空氣溫度大于露點(diǎn)溫度，凝液不會(huì)產(chǎn)生。

從上面的計(jì)算可以看到，增加了保溫層后Q換大大降低，即使壓力露點(diǎn)控制在10℃，仍不會(huì)有凝液產(chǎn)生。而如果壓力露點(diǎn)可以控制在10℃或更高，則意味著壓縮機(jī)出口就不需要安裝干燥器，冷凍水就可以滿足露點(diǎn)要求。

結(jié)論

目前氣力輸送管線一般不考慮保溫，只是簡(jiǎn)單考慮環(huán)境溫度對(duì)露點(diǎn)的影響，將露點(diǎn)控制低于環(huán)境的最低溫度。從本文的計(jì)算可以看出，通過增加保溫來(lái)降低傳熱系數(shù)，壓力露點(diǎn)完全是可以高于環(huán)境溫度的，從而為是否安裝干燥器提供了有益的參考。