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煉油化工企業如何選擇壓縮空氣干燥器
核心提示:空氣經過壓縮機壓縮后,含有飽和水分,如果未經干燥,直接用于設備、儀表,將會對其產生腐蝕、冰凍等損害,使用壽命也將大大縮短
 空氣經過壓縮機壓縮后,含有飽和水分,如果未經干燥,直接用于設備、儀表,將會對其產生腐蝕、冰凍等損害,使用壽命也將大大縮短。壓縮空氣被廣泛應用于煉油化工、煤炭、電力、紡織、冶金、建材、制藥及機械制造等領域。隨著現代化大型煉油化工企業自動化水平的不斷提高,氣動閥門、儀表用氣量劇增,高質量的凈化壓縮空氣成為煉油化工企業安全生產的重要保障。因此,選擇種既能使干燥后的儀表氣露點滿足要求,又較為節能的空氣干燥器很有實際意義。下面對目前幾種常用的吸附式干燥器的性能進行比較,并對選型中應注意的問題進行討論。
1常用的干燥方法及其特點壓縮空氣中的水蒸氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法去除,無論選用何種空氣壓縮機,經冷卻或長距離管道輸送,一般都會有凝結水析出。在煉油化工企業中,常用來去除壓縮空氣中水分的方法有冷凍法和吸附法。
1.1冷凍法冷凍法是通過制冷設備將壓縮空氣的溫度降低,使其中的水分凝結出來,析出過飽和的水分,從而得到干燥的壓縮空氣。
冷凍干燥器工作可靠,維護簡單,能連續工作,不需要再生,對配置的空氣壓縮機無特殊要求,而且本身還具有一定的除油效果,可以相對降低對除油過濾器的配置要求,從而降低投資費用和運行費用。與吸附法相比雖有能耗小、運行費用低的優點,但由于冷凍干燥器運行時對環境溫度要求較高,般超過040 C的范圍就無法正常運轉,而且大容量的冷凍設備需要耗用大量的冷卻水,干燥深度也有限,所以對于我國北方或寒冷地區的室外用氣和長距離管道輸送及要求壓縮空氣品質等級高的應用場合,特別是煉油化工企業中的精密控制儀器,不宜選用冷凍干燥器。
1.2吸附法吸附法是通過吸附劑與壓縮空氣持續接觸,利用吸附劑(如氯化鈉、苛性鈉、活性氧化鋁、分子篩和硅膠)特殊的化學性質或分子結構吸附水分,達到干燥空氣的目的。
吸附干燥器可以使壓縮空氣的露點達到-70 -20C,采取某些措施后甚至可達到-80 C以下,但當吸附劑吸附了足夠多的水分時,就必須對吸附劑進行更換或脫附再生才能再次進行吸附,所以再生式吸附干燥器最大的局限性是必須消耗再生氣。另外,吸附劑對空氣中的油分和液態水分也較為敏感,要求與無油潤滑壓縮機配套使用,否則必須在空氣吸入前配置除油過濾器,以免油污污染吸附劑。旦吸附劑污染中毒,將無法進行吸附和再生。由于吸附式干燥器工作時雙塔交替運行,無熱、微熱再生式吸附干燥器雙塔頻繁切換(大約5分鐘切換1次),控制閥組件很容易損壞;又由于變壓吸附原理使得吸附劑承受壓力變化,表面易產生粉末。因此對用氣質量要求高的用戶,在干燥器出口需要配置除塵過濾器,這些在選型時也需要認真考慮。10用哪種方法對壓縮空氣進行干燥,應根據各企業具體生產的特點和要求,通過技術經濟比較后方能確定。不同吸附劑(方法)干燥壓縮空氣的特性見表10.表1壓縮空氣干燥方法特性表吸附劑(方法)分子式干燥后含濕量/(g/m3)壓力露點/C吸附法粒狀氯化鈣柱狀苛性鈉柱狀苛性鉀硅膠活性氧化鋁分子篩冷凍法氟利昂冷凍氨液冷凍2吸附干燥器壓縮空氣常采用物理吸附方法,任何一種吸附劑吸附某種物質時,其吸附量有一個限度,超過這個限度時吸附劑就應再生。吸附干燥器一般有兩個塔組成,一個塔處在工作壓力狀態下,對壓縮空氣進行干燥,另一個塔在常壓狀態下進行再生,兩個塔在儀表控制下進行干燥再生,交替工作,提供連續的干燥壓縮空氣。因此,吸附干燥的基本過程是吸附、再生、再吸附,吸附時吸附質逐漸在吸附劑上積累,再生時吸附質逐漸從吸附劑上脫出,吸附劑的動態吸附量取決于吸附劑本身的性質、吸附溫度、吸附深度、空氣流速以及吸附干燥空氣的方式。
2.1無熱再生式吸附干燥器無熱再生式吸附干燥器是通過改變運行工況,在工作壓力下吸附,在常壓下再生,實際工作過程由吸附、再生、均壓三個階段組成,工作周期只有510分鐘。干燥后的大部分壓縮空氣被送往用戶,然后用一定量的干燥空氣作為再生氣將水分吹出從而使干燥劑再生。這種再生方式由于完全用壓縮空氣作為再生的能源,所以無需消耗過多的電能或蒸汽。無熱再生式吸附干燥器體積小、制造簡單,安裝使用方便,但再生氣消耗量較大。考慮到再生時需消耗約12%20%的壓縮空氣,所以在處理氣量較大的企業,不宜選用這種干燥器。
2.2微熱再生式吸附干燥器微熱再生式吸附干燥器就是在無熱再生式吸附干燥器的基礎上,在干燥設備上安裝個電加熱器,對再生氣進行適當的加熱,提高再生氣的溫度,以減少再生氣的消耗量。當壓縮空氣流經一個塔體干燥時,約4%8%的干燥壓縮空氣通過加熱器加熱后進入另個塔對吸附劑進行加熱,將其吸附的水分解吸并吹出。微熱再生式吸附干燥器具有再生氣耗量小、經濟性好的特點。
2.3加熱再生式吸附干燥器加熱再生式吸附干燥器可分為電加熱再生式吸附干燥器和蒸汽加熱再生式吸附干燥器。干燥器吸附容量大、工作周期長、故障率低,而且般的故障可以不停機維修,所以特別適用于氣源不能中斷的企業;同時,干燥后壓縮空氣的露點可達-40°C以下,干燥深度較好。再生空氣經過電加熱器或蒸汽被加熱到120200C,由于長期在高溫下工作,選用的閥門均需耐高溫,所以造價比較高、能耗高、干燥器的體積也較大。
2.4余熱再生式吸附干燥器余熱再生式吸附干燥器是種新型吸附干燥器,是利用壓縮機出來的高溫空氣來加熱需要再生的吸附劑,完成水氣的脫附過程。干燥后壓縮空氣的露點可達到與加熱再生式吸附干燥器相同的效果,吸附和解吸過程時間比無熱再生式吸附干燥器稍長,但是脫附過程所需的熱量無需外加熱源。與其他的再生式吸附干燥器相比,僅在吹冷階段需消耗5%8%的干燥氣體,節能效果明顯,在我國西北、東北、西南部分煉油化工企業中已得到了廣泛的應用,是值得推廣的一種壓縮空氣干燥器。

3.1干燥方法如果認為在冬季最低溫度在0C以上的南方,應選用冷凍干燥器;在冬季寒冷的北方,應選用吸附干燥器,這種觀點不正確。根據儀表供氣設計規定(HG/T20510―2000)標準中對氣源質量的要求,在煉油化工企業中,氣動儀表的空氣質量通常要求壓力露點比環境溫度低10C,也就是說,干燥后的空氣露點比環境溫度下限值低10C.而采用冷凍干燥法干燥后的壓縮空氣露點般只能達到210 C,顯然不能滿足要求,而吸附干燥法可達到-70-20C的露點,所以在選型中應選用再生式吸附干燥器。
3.2控制露點對壓縮空氣露點要求小于-20C的工藝處理系統,可以采用再生式吸附干燥器,并應遵循確保再生效果、方便維護管理、節約能源的原則。再生式吸附干燥器大多數是按照最不利的運行條件來選型,雖然保證了干燥效果,但是當進氣負荷減小時,所需的再生氣消耗量不能相應減少。如果采用露點溫度控制,即根據實際工況參數(進氣壓力、進氣溫度、露點要求等),由PLC或DCS系統控制干燥器的切換周期,在保證干燥器輸出壓縮空氣露點滿足要求的前提下,可適當延長每周期的吸附時間,不僅可以降低再生氣消耗量,也減少了干燥器控制閥門的切換次數,延長了設備的使用壽命。
3.3經濟效益對處理壓縮空氣量5000m3/h以上、含濕量高的工藝處理系統,選用干燥器時應慎重。一般國內生產的干燥器,無論是冷凍法還是吸附法,各種單向閥、蝶閥、電磁閥的質量仍存在較多的問題,泄漏比較嚴重,性能不太穩定。無熱再生式吸附干燥器的再生氣消耗量達20%,壓力降相對較大,若選擇無熱再生式吸附干燥器,則應考慮系統用氣的供需平衡、用氣壓力等情況;當系統壓力較低時,再生氣消耗量更大,運行費用更高,非常不經濟。一般的大型煉油化工企業用氣量大,設計的空壓裝置容量大,需要整體考慮裝置中設備的匹配和操作的靈活性,在選型時也可考慮采用冷凍法與吸附法相結合的串聯干燥方法,這樣可減輕吸附干燥器的負荷,并確保所需的干燥深度,具有較好的經濟效益。

4結束語綜上所述,從本質上理解壓縮空氣干燥器的工作原理與選型思路,深入分析并掌握對其吸附性能、工作狀態產生影響的各類因素,在滿足使用功能要求的基礎上合理選擇配置,可使干燥器在良好的工況條件下運行,從而獲得高品質的壓縮空氣,延長設備、儀表的使用壽命。當然,企業情況不同,使用的設備也不同,對干燥后壓縮空氣的指標要求也不盡相同,如何有效降低煉油化工企業的連續性生產風險,將是在選擇壓縮空氣干燥器類型時首先要考慮的問題;同時,選取經濟、合理的干燥器運行方式,對于企業降低產品成本、提高企業競爭力有著相當重要的意義。

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