變壓吸附式空氣干燥器強制再生流程改造及應用

, (中國石油 長慶油田分公司 第一采氣廠， 陜西 靖邊　718500)

中國石油長慶油田分公司第一采氣廠第二凈化廠空氮站共有4臺LU型螺桿式空壓機及配套變壓吸附式干燥器。天然氣脫水露點降指標為-40 ℃以下，天然氣脫水用干燥劑為?3～?5 mm的活性氧化鋁瓷球[1]，單塔的干燥劑充裝量為150 kg，體積約135 L。

脫水干燥劑在空氣濕度增大、壓縮空氣冷凝水排放不暢、空壓機排氣溫度高等情況下時常達到飽和狀態。在壓縮空氣露點接近0 ℃條件下，長期飽和的脫水干燥劑顆粒間隙積聚，大量的粉塵被水分浸泡粘接，最終導致干燥劑結塊失效和干燥器無法正常徹底脫水[2]。脫水干燥器工況的進一步不斷惡化，使儀表風等壓縮空氣露點降隨之超標，最后不得不重新更換干燥器填料。

1　干燥器再生流程改造

1.1　壓縮氣工藝流程

采氣廠各凈化廠的壓縮氣供應通常主要包括3種類型，即儀表風、氮氣和工廠風，其壓縮和干燥工藝流程基本相同。合格儀表風的流程為：螺桿壓縮機—干燥器—壓縮空氣儲罐。合格氮氣的生產流程為：螺桿壓縮機—干燥器—制氮裝置—壓縮空氣儲罐。合格工廠風的生產流程為：螺桿壓縮機—壓縮空氣儲罐(工廠風)。各壓縮氣的干燥均采用變壓吸附再生技術，其所用干燥器填料的再生方式有兩種，分別是微熱再生和無熱再生[3]。長期的生產運行實踐證明，這兩種再生方式均能滿足生產需求。

1.2　干燥填料再生方式

壓縮空氣干燥器填料的再生方式通常包括無熱再生和微熱再生。無熱再生干燥器工作時外界沒有對其輸送熱量，而是采用了PSA(Pressure Swing Adsorption)原理[4]。這類干燥器所需的再生干燥空氣占其處理量的12%～16%。再生干燥空氣壓力要降至大氣壓，以獲得更低的相對濕度[5]。微熱再生干燥器按變溫吸附(TSA)原理進行吸附劑再生，再生條件比無熱再生干燥器優越，再生干燥空氣占其處理量的7%左右[6]。加熱能脫附吸附劑內表面的水蒸氣，使吸附劑實現深層吸附，因此微熱再生干燥器中吸附劑的動態吸附量遠比無熱再生干燥器中的吸附劑動態吸附量大[7]。

無論是微熱再生還是無熱再生，在實際運行過程中因操作不當、排水堵塞等原因可能導致干燥器填料過快失效，嚴重時含水率達到飽和狀態并有大量游離水被空氣流帶入下游流程，造成設備管線銹蝕、堵塞和凍結。只有通過強制再生才能在較短時間內將游離水徹底去除。

1.3　強制再生流程改造

1.3.1改造難點

壓縮氣再生流程改造需要克服3個難點。首先，干燥器填料的再生是一個在空壓機及干燥器聯動過程中依賴干燥器雙塔按控制程序切換的過程。干燥器再生過程中，空壓機處于運行狀態為填料的再生提供再生氣流。若空壓機減荷或停機，則持續的再生氣流會同時中斷，將導致加熱器干燒損壞[8]，因此必須在較短時間內關閉干燥器電源，以保護加熱器。其次，現有工藝流程中干燥器或空壓機至壓縮空氣儲罐流程中的單向閥組設計，使壓縮空氣不具備倒流返回干燥器的條件。第三，工廠壓縮空氣的儀表風供應系統常年處于運行狀態，不具備申請停運進行流程改造作業條件。

1.3.2改造過程

壓縮氣再生流程改造于2011-05實施。在現有流程基礎上增加儲氣罐至干燥器入口回氣管，以便提供持續的再生用氣流。回氣管與儲氣罐的接入點設定在儲氣罐單向閥前的儲氣罐壓力表導壓管短接上。回氣管采用DN15 mm無縫碳鋼管[9]，管路上串接2個手動控制閥和1個單流閥[10]。第一道控制閥用于控制再生氣，第二道控制閥用于控制再生氣流量，使之略大于干燥器再生放空的流量并減少壓縮空氣消耗，使用時只要控制干燥器的壓力高于0.4 MPa就可滿足干燥器再生及切換雙塔運行的需要。干燥器改造接入點和壓縮空氣儲氣罐改造接入點分別見圖1和圖2。

圖1　干燥器改造接入點

圖2　壓縮空氣儲氣罐改造接入點

1.3.3改造效果

改造后的強制再生流程經過2 a的運行實踐，取得了操作簡便、效果明顯的良好效果。經過1～3個循環(約8～24 h)就可以將含水超標的干燥器填料徹底再生。通過不啟動配套空壓機的無負荷再生，可充分攜帶填料中的水分，并將導致填料輕度污染的油分子從瓷球上熱吹掃脫離，使填料恢復活性。

1.3.4改造后管理

為規范改造后干燥器再生操作，防止干燥器填料含水率過大破壞填料活性，特制訂干燥器填料再生運行定期管理制度，①當環境濕度增大及檢修期間壓縮空氣消耗量比平常增大的情況出現時，在干燥器填料出現露點降變差之前及時進行強制再生。②定期進行再生(如每月5號)，提前預防露點不合格引起的故障。

2　改造效果評估及優化

2.1　改造效果評估

2.1.1實現了干燥器填料的強制再生手段

改造后干燥器填料再生得到有效控制，在含水率過高及油污染的情況，仍可以通過無負荷再生最大限度恢復活性氧化鋁瓷球的脫水效果[11]。有效延長了干燥器填料的使用年限，提高了凈化廠供應儀表風的穩定性。

2.1.2提高了空壓機運行穩定性[12-13]

改造前空壓機減荷運行期間不再產生壓縮空氣，空壓機出口至干燥器之間管路中的有限壓縮空氣量持續被干燥器再生消耗，空壓機排氣壓力迅速降低到設定的下限，空壓機自動加載運行。與此同時，空壓機出口的壓力與壓縮空氣儲罐的壓力值關聯性變小。空壓機加載運行電流為110 A，減荷運行電流為35 A，電流波動高達75%，導致電機發熱，多次出現接線柱過熱燒壞及控制柜電氣元件老化損壞故障，減荷閥頻繁開啟關閉故障較多。將加載與空載運行比例由改造前的5∶5降低到5∶2，電能消耗降低30%，具有一定的節能效果。在該機型的實際使用中，通常會出現頻繁加載/減荷情況，空壓機廠家對減荷閥不斷進行改進，耐用性逐步提高。但頻繁加載/減荷會使運行電流波動，對電動機的沖擊較大，相應地加快電源控制部件，如繼電器、空氣開關等的老化，同時伴有電機過熱、接線柱老化損壞等故障。改造之后，空壓機的加載/減荷切換時間間隔由30 s增加到11～15 min，并不受壓縮空氣消耗量波動影響。空壓機的加載/減荷動作切換順暢平穩。當壓縮空氣量消耗降低時節能效果更加明顯。

2.1.3有效降低了干燥器填料消耗[14]

改造前，干燥器填料因濕度大而過快失效，每年需更換1～2次才能保證正常運行。改造后，填料使用周期超過3 a，使干燥器的材料消耗從源頭上得到了有效控制。

2.2　改造流程優化

強制再生流程改造完成后近2 a的運行觀察發現，第一次改造作業時，將DN15 mm管路連接在空壓機至干燥器的DN50 mm管線上，通過除油、除塵多級過濾后再進入干燥器再生立管，會造成引入的產品壓縮空氣有一定的損耗，總的再生氣消耗量達0.80 m3/min。

2013-08將強制再生用產品壓縮空氣直接引入到再生控制閥前，減少所通過的管閥及自動排污閥，進一步降低再生氣消耗。再生流程優化后，減少控制閥5處、過濾器4處、自動排污閥1處，再生氣消耗量明顯降低。改造優化后的流程已運行平穩至今，再生氣消耗量約0.450 m3/min[15]。優化后干燥器接入點見圖3。

圖3　優化后干燥器接入點

3　結語

LU型螺桿壓縮機及配套干燥器在我廠已使用多年，設備總體運行穩定，主機故障較少。近年來，隨著各分廠空氮站的擴建及設備更新換代，該系列空壓機及干燥器在天然氣凈化廠的使用數量日益增多。針對現場運行存在的問題，開展了有針對性的技術改造，使設備運行更加平穩，運行中出現的干燥器填料失效、儀表風露點不合格等常見故障得到了有效控制，進一步提高了空氮站設備的運行穩定性。

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