空壓站節能改造

夏錦輝

(1.唐山三友氯堿有限責任公司,河北 唐山 063305；2.河北省聚氯乙烯技術創新中心,河北 唐山 063305)

唐山三友氯堿有限責任公司空壓站主要為全廠生產裝置提供工藝氣、儀表氣、氮氣，主要設備包括空壓機、干燥機、制氮機。

工藝流程：空氣進入壓縮機被壓縮至0.8 MPa,經冷卻分離后一路作為工藝氣送入工藝氣儲罐，進入工藝氣管網；另一路進入干燥機。經干燥后的壓縮空氣露點低于-40 ℃，一部分作為儀表氣進入儀表氣儲罐，送入儀表氣管網；另一部分經活性炭過濾器進一步除去水、油、粉塵,經空氣緩沖罐進入制氮機，生產出純度高于99%的氮氣，經氮氣緩沖罐，進入氮氣儲罐,再送入氮氣管網。制氮裝置解吸后的富氧空氣進行回收，輸送至其他公司使用。

1 運行中存在的問題

1.1 微熱再生干燥機氣量損失大

在儀表氣生產中選用微熱再生干燥機對壓縮空氣進行干燥。干燥機由兩個吸附塔、一個加熱器、一個排氣消音器、氣動閥門、控制器等組成。吸附塔內充裝活性氧化鋁作為吸附劑，利用變壓吸附微熱再生的原理生產露點低于-40 ℃的干燥壓縮空氣。工作塔在每個吸附階段結束后進入一個再生階段，吸附劑的再生是利用少量干燥后的成品氣通過電加熱器加熱至100～130 ℃通入塔內對吸附劑內的水分進行加熱解吸帶出設備，加熱結束后成品氣對吸附劑進行冷吹，進一步干燥，實現吸附劑的再生。

在理想狀態下，干燥后的壓縮空氣損耗在4%～6%，實際運行過程中氣量損失將達到8%～10%。

1.2 冬季運行期間工藝氣含水結冰

在冬季,戶外溫度最低可達-20 ℃，空壓系統運行期間，由于工藝氣經過簡單的除水處理仍然含有較多水分，送入外管網后，溫度降低，水分凝結出來。為防止管道內結冰而影響工藝氣輸送，須對工藝氣管道全程進行伴熱保溫處理。工藝氣伴熱管道總長2 500 m，疏水點42處，伴熱管徑DN20。冬季為防止疏水器凍堵，采取水、汽常排的方式，調整疏水器出口蒸汽流速為1 m/s。蒸汽價格為140元/t，蒸汽密度為4.618 kg/m3，則每天蒸汽消耗費用：

3.14×0.012×1×3 600×24×4.618×42÷1 000×140≈736.67(元)。

2 改進措施及效益

2.1 設備改造升級

制造儀表氣常用的壓縮空氣干燥設備主要為吸附式干燥機。根據現有設備情況，選用壓縮熱再生干燥機替代微熱再生干燥機。利用離心空壓機排出的100～130 ℃高溫壓縮空氣直接進入干燥機對吸附水分后的吸附劑加熱升溫，使其徹底脫水再生，大量含水的高溫壓縮空氣通過冷卻器降溫冷凝其中的水分排出機外。整個運行過程中除控制電外不需電量消耗，在加熱、冷吹過程中無氣體排放，最大程度節約能量。

匹配壓縮熱再生干燥機運行的離心式空壓機相對螺桿式空壓機更適合大氣量生產，同時備件消耗減少，避免了空壓機運行過程中含油廢水排放及壓縮空氣含油的問題。同時在系統中配置一臺空壓機后置冷卻器，通過管道的連接滿足空壓機供應高溫壓縮空氣與常溫壓縮空氣的要求，使離心式空壓機既可以向零氣耗壓縮熱再生干燥機供氣，也可向微熱再生干燥機供氣，還可直接輸送工藝氣，切換步驟簡便，調節靈活性增強。

微熱再生干燥機需消耗約10%的再生氣量，100 m3/min的干燥機消耗再生氣量10 m3/min，按照儀表氣成本0.12元/m3計算，則消耗費用為10 m3/min×60 min×0.12元/m3=72元/h；壓縮熱再生干燥機無需消耗儀表氣。

微熱再生干燥機電加熱器功率約50 kW，運行周期為每4 h加熱2.5 h，按照電費0.47元/(kW·h)計算，電費為50 kW×2.5 h÷4 h×0.47元/(kW·h)=14.69元/h；壓縮熱再生干燥機無需消耗。

則微熱再生干燥機消耗費用(控制電除外)：72元/h+14.69元/h=86.69元/h。

壓縮熱再生干燥機需消耗循環水約40 m3/h，按照循環水制造成本0.23元/m3計算，費用為：40 m3/h×0.23元/m3=9.2元/h；微熱再生干燥機無循環水消耗。

可見，每臺100 m3/min壓縮熱再生干燥機比微熱再生干燥機節約費用86.69元/h-9.2元/h=77.49元/h，年運行時間按8 000 h計，每年節約費用：77.49元/h×8 000 h=61.99萬元。

2.2 工藝優化

冬季氣候干燥,耗氣量變小,以及生產負荷降低時，空壓站設備開啟臺數相對減少，運行2臺160 m3/min離心空壓機匹配2臺160 m3/min壓縮熱再生干燥機生產的儀表氣還有富余，但高溫壓縮空氣不能直接輸送工藝氣管網供用戶使用，還需要增開42 m3/min螺桿空壓機供應給工藝氣管網，造成能源的浪費。根據測算，工藝氣消耗15～25 m3/min。可改變固有思維模式，在空壓站儀表氣主管上配置DN80管道與工藝氣主管連通，將儀表氣送至工藝氣管網。減少使用1臺小空壓機，停止工藝氣伴熱(儀表氣水分含量低，不會結冰)。每臺螺桿空壓機消耗電費250 kW×24 h×0.47元/(kW·h)=2 820 元/d，這樣每天可節約蒸汽和動力電的費用：

736.67元+2 820元=3 556.67元。

3 工藝改造后操作注意事項

3.1 后置氣體冷卻器操作

使用后置氣體冷卻器時注意送入管網的氣體溫度，須防止未經完全冷卻的熱空氣送入常溫壓縮空氣管道，造成后續管道與設備的損壞。隨時監測冷卻器出口溫度與冷卻水循環情況。

3.2 工藝氣、儀表氣連通管道閥門操作

在冬季將儀表氣送入工藝氣管網時，提前關閉工藝氣儲罐進氣閥門，保證工藝氣儲罐壓力低于儀表氣供氣壓力0.05～0.1 MPa后再打開儀表氣去工藝氣儲罐的供氣閥門，防止未經干燥處理的工藝氣進入儀表氣管網，造成氣動閥門故障，引發生產事故。 如果不需要將儀表氣輸送至工藝氣管網，則先關閉連通管路上雙截止閥，再打開雙截止閥之間設置的導淋閥，防止串氣，并經常檢查。

4 結語

生產運行表明，空壓站改造實現了節能降耗的預期目標。