露點控制系統在儀表風節能降耗工作中的應用

劉勝國 潘賁（上海石油天然氣有限公司）

儀表風作為天然氣處理廠儀表系統控制用氣，其露點溫度需控制在-40 ℃以下。采用無熱再生吸附式干燥器對壓縮空氣進行干燥處理后的空氣作為儀表風，設備原設計是以10 min為1個標準工作循環周期，通過電磁閥的頻繁切換來實現兩塔的吸附和再生。

1 無熱再生吸附干燥器

1.1 工作原理

無熱再生吸附式壓縮空氣干燥器是利用多孔性固體物質表面的分子力來吸收氣體中的水分，從而獲得較低露點溫度的干燥潔凈氣體的凈化設備。無熱再生吸附式干燥器由兩個充滿干燥劑的吸附塔組成，兩塔交替進行干燥和再生。經處理后合格的空氣大部分作為儀表風進入儀表控制系統，一小部分（約15%）干燥后的空氣進入再生塔，對塔中的干燥劑進行再生。壓力、溫度的變化使膨脹閥后的低壓空氣變得非常干燥，這部分凈化了的干燥空氣使吸濕后達到飽和狀態的干燥劑脫濕再生。

1.2 常規工作模式

壓縮空氣進入A塔（圖1），此時塔內空氣中的水蒸氣分壓高于吸附劑表面水蒸氣分壓力，水蒸氣向吸附劑表面轉移，常壓露點溫度可達到-40℃以下。干燥后的壓縮空氣經A 塔分成2 路，一路約85%的空氣供應儀表風，另一路約15%的空氣經節流閥降為常壓后進入B塔，對B塔飽和的吸附劑進行脫附再生，后經消聲器排向大氣。每塔運行時間為5 min，A塔吸附干燥時B塔再生，干燥再生時間為4 min，之后均壓為1 min，均壓時兩個排氣電磁閥均關閉，切換為A 塔再生，B 塔吸附干燥，如此往復循環。

圖1 無熱再生吸附干燥塔

無熱再生干燥器在原設計控制模式下的全周期是10 min，半周期再生時間為4 min，對于再生氣耗氣率15%的干燥塔，在一個周期內再生時間8 min意味著空氣消耗量為16.8 m3（單塔每分鐘壓縮空氣量為14 m3）。

在保證輸出空氣露點與品質的基礎上，在再生干燥時間不變的情況下如果能有效延長吸附時間，減少再生排氣次數，就能達到節能降耗的目的。

2 露點控制系統

2.1 硬件組成

無熱再生干燥器露點監測節能控制系統由露點變送器、進口過濾器、引入管道、控制系統和操作顯示系統組成。

1）露點變送器使用Michelle 露點變送器，露點精度±2 ℃露點，使用溫度是-40～60 ℃，可以在-20～50 ℃工作環境下可靠、穩定地進行露點監測。

2）控制系統采用西門子S7-200 可編控制器，顯示系統采用HM3701A。

3）露點變送器進口過濾器采用高效精密過濾器，能夠最大限度降低壓縮氣含油率，以保護露點變送器。

4）調壓閥用來調整露點變送器的測試壓力，保證所測露點為常壓露點。

2.2 控制及監測界面

HM3701A的小型人機界面（HMI）產品，它能以文字、指示燈及圖形等基本元素監視和設定設備輸出繼電器或寄存器的數值及狀態，從而使操作人員能夠實時監控機器設備的運行情況。

控制模式有常規控制模式和露點控制模式兩種選擇，在通常使用過程中選擇露點控制模式，露點模式下時序控制按照變送器所采集的露點溫度再進行干燥時間的延長與控制。

在露點控制模式下，塔的再生時間與原常規模式一致，而吸附時間則比常規模式長，最長的時間單個塔的吸附時間為70 min。在控制界面上可以對干燥器的工作狀態、露點溫度等進行實時監控。

3 循環周期的確定

對于儀表風而言，壓縮空氣露點控制在-40℃就能滿足供氣要求，通過安裝露點變送器將所測得的出口干燥器露點與設定露點進行比對，如果露點變送器測定的露點溫度低于設定溫度，則延長均壓時間。在這種露點控制模式下既保證空氣品質滿足工藝要求的同時，又能達到節能的效果。

由于循環切換周期的改變會影響到吸附效果、節能量和使用壽命之間的相互關系，所以合理循環周期的選擇顯得尤為關鍵。過長時間的吸附會使底部的吸附劑含濕量一直過高，從而影響到周期內露點的穩定性。過高的“吸附劑殘存水量”容易導致吸附劑浸泡和吸附劑的粉化，最終導致吸附效果和使用的壽命大打折扣。

根據塔的干燥時間和再生時間可知：若以每5 min 作為一個延長循環周期，越到后期節能效果越不明顯。為達到氣源品質、使用壽命和節能效果之間的最佳綜合效果，以及經過現場實際運行檢驗，我們選取70 min 作為一個經濟合理循環切換周期。

正常操作模式下每10 min一個周期消耗的空氣量為16.8 m3，那么在24 h 時間內共有144 個周期，因此全天排放消耗的壓縮空氣量為2 419.2 m3。在露點控制模式下（70 min一個周期）運行24 h共有20.57個周期，排放消耗的壓縮空氣量為345.576 m3。空氣壓縮機的額定產氣量為9.5549 m3/h，再生氣耗氣率為15%，正常控制模式以10 min周期計算能耗為253.18 kWh/d，露點控制模式以70 min 周期計算能耗為37.65 kWh/d。

4 方案實施效果

自2013年5月安裝露點控制系統后，系統運行平穩，儀表風質量穩定，基本達到了預期的節能降耗目的。

1）減少了干燥器的再生排氣頻率，從而減小了壓縮機的無效運行功耗，電流比改造前降了22 A左右，平均每天可節約電量200 kWh，與理論計算結果接近，按每度電0.85 元，每年可節約6.2 萬元左右，半年即收回改造費用。

2）由于循環運行周期變長，單個閥門動作頻次由原來每年的10萬多次減少到1萬次左右，極大地延長了閥門等易損件的使用壽命。

3）改造后可以更直觀地觀測干燥氣出口成品氣的露點數值，從而準確地把握干燥劑的使用情況，在保證氣源品質的同時可充分延長干燥劑的使用年限。