壓縮空氣管路防積水優化設計

李永濤

（茂名臻能熱電有限公司，廣東茂名525000）

0 引言

茂名臻能熱電有限公司#5機組自2003年投產到現在，每年正常維護，但每到3月—8月就經常會因為壓縮空氣積水的原因，損壞精密的氣動定位器、電磁閥、汽缸等。壓縮空氣管路積水帶來了比較大的經濟損失，并且因此引出了大量的工作，不利于現場設備的控制，影響了機組的安全運行。

1 壓縮空氣管路積水分析

1.1 茂名市的氣候條件

由于地理位置原因，地處亞熱帶并臨海的茂名市，雨水較多，雨季較長，空氣相對濕度大，茂名南部絕對濕度歷年平均值為2 400 Pa，年際相差不大。月均變化大，7月最大，為3 250 Pa，1月份最小，為1 410 Pa。相對濕度年平均值82%，年間變化不大。月平均值最大的是4月，為87%；最小的是12月，為73%。空氣中攜帶的水分較多，造成壓縮空氣經常在低點積水，每次設備使用壓縮空氣，通過進氣排氣的動作，水會滲入設備電子元件，進而損壞用氣設備的電路。

1.2 系統中存在能積水的管道低點

機組用氣管路根據用氣設備的高度分為多個平臺，每個平臺設計有簡易的濾水裝置，管道設計由于現場存在設備的原因，在同一平臺的管路不可能在同一水平面，基于水往低處流的原理會在管路的低點積水，沒有設備用氣的時候，水在低處積聚，當處在管路低點的設備用氣時，由于設備進氣排氣，管路形成壓差，水會受到壓差推動，隨著壓縮空氣進入設備。

1.3 壓縮機及空氣干燥機效率降低

#5機組配有三臺同樣型號的美國壽力公司固定式螺桿壓縮機，型號為LS25S-300L，公稱容積流量1 475 CFM（折合41.8 m3/min），內置旋轉式濾油過濾器，每臺壓縮機匹配深圳壽力亞洲實業有限公司的SPR系列無熱再生式壓縮空氣干燥機，干燥機工作循環10 min（干燥5 min，再生4′20″，升壓30 s，降壓10 s）。干燥機自#5機組2002年投產以來，工作時間超過了10年，至2017年已經有15個年頭，盡管每次大小修都有維護，干燥機零部件也有不同程度的磨損，各零件吻合度已經不能和新的相比，效果差也是可以理解的。干燥機的干燥劑已經使用很長時間，再生的效率也下降得比較嚴重，干燥之后的效果相對投產時已經明顯下降。

1.4 壓縮空氣管路設計分析及分系統排水裝置

壓縮空氣經干燥機干燥后，經過一個30 m3的儲氣罐，然后再進入儀用壓縮空氣母管，壓縮空氣管路根據用氣功能的片區設置7大分支管路：磨煤機出口快關門氣源管路、磨煤機進口關斷門氣源管路、鍋爐二次風及點火系統氣源管路（2012年增加了微油點火系統）、火焰工業電視冷卻風氣源管路、真空泵入口蝶閥氣源管路、脫硫氣源管路（2007年增加脫硫系統并投入使用）、脫硝氣源管路（2014年增加并投入使用）。每個分支管路配有冗余的空氣過濾器，設置有手動排水功能。分析并不難發現，這些分支管路都是獨立的，并且功能特點分明，雖然這樣方便檢修和管理，但也有不合理的地方，例如鍋爐二次風及點火系統垂直跨度超過20 m，設備動作頻繁，用氣量很大，很容易造成低點積水，在鍋爐C角最底端的微油點火槍、吹掃閥及霧化閥經常積水，電磁閥出現故障概率高于其他位置。每個氣源管路在進口處設置了冗余的直徑為200 mm的具有手動排水功能的濾水裝置（查圖紙得知，應該是電磁閥定期排水，實際施工和圖紙有區別），因為部分的濾水塑料杯已經破裂，所以基本上是單路濾水器工作。

1.5 部分終端設備空氣濾水器效果差

每臺用氣設備根據用氣量的不同，都有直徑在25～80 mm的空氣濾水裝置，現場檢查，部分濾水器積水嚴重，濾水杯處于滿水狀態，需要手動排水，現場用氣設備眾多，每天或者定期排水工作量巨大，不是很明智的做法，也不利于現場設備的控制，還會影響控制精度。空氣濾水器在現場和汽缸及用氣量的配型也不是很理想，部分濾水器的選型明顯小于應有的值，也是造成用氣設備進水的原因之一。

2 系統優化設計

2.1 對壓縮機及干燥機增效

要在源頭減少空氣水分，壓縮機和干燥機是最重要的，所以制定方案，利用#5機組大修檢查了干燥機中干燥劑的性能衰減情況，根據廠家建議更換了全新的干燥劑；同時，也對旋轉式濾油過濾器的濾頭進行了清洗，更換了新的濾芯；另外，聯系廠家對壓縮機的控制程序進行相應的優化，試運行了一段時間，壓縮空氣的母管出口含水和含油量明顯減少，效果全面提升，基本達到了投產時的效率。

2.2 空氣管路分段增加自動排水裝置

在不影響儲氣罐和母管壓力的前提下，在壓縮空氣儲氣罐底部設置了一個長期排氣的小閥門，目的是減少儲氣罐底部積水，減少進入母管的水，成為系統管路中第一道屏障。

每個用氣支管的進氣處設計有冗余的雙路手動排水濾水閥，但是手動有明顯的缺陷，需要比較頻繁地巡檢，根據部門的大修優化設想，將7個儀用氣的系統分別更換為利用微型PLC控制的電磁閥定期排水電路，并實施改造，每小時排一次積水，并設定雨季及濕度大的月份為30 min排水一次。這大幅減少了進入磨煤機出口快關門氣源管路等7個儀用壓縮空氣支管的水分，也成為控制積水的第二道屏障。

2.3 找出系統低點，增加手動排水，定期檢查

對7個用氣的分系統進行現場管路分析，統計曾經因為空氣積水原因造成故障超過兩次的設備，定義為管路的積水點，利用系統的積水點，確定一個相對低點的地方，加裝一個160 mm的金屬材質的自動排水濾水器，利用濾水器水杯的浮球原理排水，設置浮球為最小積水排水，加速水從壓縮空氣管路中排出，減少水在管道內的積聚。

2.4 使用末端更換具有自動排水功能的濾水器

對于一些用氣比較多、容易積水的終端設備，更換為濾水杯直徑匹配、并帶有自動排水功能的空氣濾水器；另外，容易進水的氣動定位器加裝獨立的濾水裝置，并設置為長期小氣量的排氣。這作為進入設備前最后一道濾水防線，也起到了很好的作用。

3 系統實施及效果

通過在壓縮空氣源頭及各環節增加排水裝置和優化排水設計，力求達到水分排出的設計初衷，經過半年的運行試驗，也的確起到了有效的防水效果。自完成管路優化以來，原來受積水困擾的設備，現在明顯減少了因為進水而產生的故障，相關氣動執行器自動投入率可以達到98%以上，原來因為閥門執行器進水拒動的現象也未再出現，有效提高了設備運行的經濟性，很好地保證了用氣設備的穩定安全運行，也因此提高了機組運行的安全性。

整個工程施工下來，投入資金不用很多，在基本不大改的基礎上，只更換了部分濾水裝置和部分相關設備，更多的是人力成本的投入，工期也是利用大修的時間，所以沒有因此產生更多的成本，是個典型的小投入、大作用的項目。

4 結語

現場機組用氣設備繁多、規格不一，天氣也是因地而異，原設計只是基于一個理想的使用狀況，在現場會有很多意想不到的故障和問題，甚至于設備會出現系統的故障，除了常規的方法，還需要用到現場工作經驗，在源頭想辦法來解決，另外還要針對重點設備進行特別處理。類似臻能熱電#5機組壓縮空氣帶水的問題，相信有很多工程師也會遇到，需要利用各種技術辦法合理克服環境因素對現場設備的影響，利用技術手段和現場工作經驗消除各類設備故障，保證設備穩定安全運行。同時，生產經營都需要節約成本，生產的技改不能動輒全部推倒改造，考慮如何以最小的成本解決生產中的問題，也是工程師需要考慮的問題。

[1]宋寶亮.壓縮空氣凈化系統的設計探討[J].煤炭工程，2006（3）：25-27.

[2]付垚.提高JKG1型空氣干燥器檢修質量的探索與實踐[J].內江科技，2014，35（3）：59-60.