王新花

(中國(guó)石油蘭州石化公司)

空壓裝置中需要在壓縮機(jī)的出口設(shè)置壓縮空氣干燥器來降低其含水量，如果含水量過高可能會(huì)直接影響下游用氣裝置的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致異常停工。因此壓縮空氣的含水量是空壓裝置的一個(gè)重要參數(shù)，工業(yè)上一般采用露點(diǎn)來表示，露點(diǎn)也稱露點(diǎn)溫度，是指將不飽和空氣等濕度冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，露點(diǎn)高則壓縮空氣的水含量也高。

工業(yè)上常用的空氣干燥方法有化學(xué)法、吸附法、冷凍法及壓力除濕法等，其中應(yīng)用最為廣泛的是吸附法[1]。一空裝置目前在用的干燥器有兩種，均為吸附式干燥器，分別是普通型和壓縮熱再生型吸附式干燥器。

1 壓縮空氣干燥器的工作原理

1.1普通型吸附式干燥器

普通型吸附式干燥器一般有兩個(gè)干燥筒。正常工作時(shí)，一個(gè)筒吸附，另一個(gè)筒解吸，兩個(gè)筒交替工作實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。干燥筒內(nèi)放置吸附劑來吸取壓縮空氣中的水分，使壓縮空氣的露點(diǎn)達(dá)標(biāo)。吸附劑的種類較多，通常都利用其易吸水的物理特性來達(dá)到干燥壓縮空氣的目的。一般情況下，還可以對(duì)吸附劑進(jìn)行脫水再生，工業(yè)上通常稱之為解吸。

普通型吸附式干燥器一般采用干燥熱空氣對(duì)吸附劑進(jìn)行解吸，為了得到干燥熱空氣一般需要設(shè)置專門的電加熱器，因此能耗較大。

1.2壓縮熱再生型吸附式干燥器

壓縮熱再生型吸附式干燥器的結(jié)構(gòu)與普通型類似，主要區(qū)別在于其使用壓縮機(jī)的壓縮余熱對(duì)吸附劑進(jìn)行解吸，因此能耗較低，是一種新型、節(jié)能、環(huán)保型干燥器。其解吸過程如下：

a. 加熱階段。加熱階段的主要作用是將達(dá)到飽和的干燥筒升溫到解吸溫度，使吸附劑中的水分解吸。如圖1a所示，自壓縮機(jī)排出的高溫濕空氣首先進(jìn)入干燥筒A中對(duì)其加熱，然后再分別進(jìn)入后冷卻器和氣水分離器冷卻脫水，最后在干燥筒B中干燥后進(jìn)入管網(wǎng)送往下游設(shè)備。

b. 冷吹階段。當(dāng)干燥筒A被加熱到解吸溫度，吸附劑中的水分充分解吸后，便可進(jìn)入冷吹階段。如圖1b所示，自壓縮機(jī)排出的高溫濕空氣首先進(jìn)入后冷卻器和氣水分離器冷卻脫水，然后進(jìn)入干燥筒B中干燥。干燥后的壓縮空氣一部分進(jìn)入管網(wǎng)送往下游設(shè)備，一部分進(jìn)入干燥筒A中，對(duì)其進(jìn)行冷卻，并帶走干燥筒A中的水分。

a. 加熱階段

b. 冷吹階段

2 吸附劑的選擇與維護(hù)

吸附劑是空氣干燥器的核心部件，直接影響干燥器的工作效果，需要重點(diǎn)關(guān)注。

2.1吸附劑類型

工業(yè)上常用的吸附劑很多，如硅膠、活性氧化鋁、活性炭及分子篩等。通過對(duì)比使用，在壓縮空氣干燥器中，活性氧化鋁是較好的一種吸附劑。

活性氧化鋁又名活性礬土，主要成分為Al2O3，球狀多孔型物質(zhì)，是一種分散度高的固體材料，表面積很大。其微孔表面具備吸附作用所要求的所有特性，如吸附能力強(qiáng)、表面活性好及熱穩(wěn)定性優(yōu)良等。表1是活性氧化鋁的主要技術(shù)指標(biāo)[2]。

表1 活性氧化鋁主要技術(shù)指標(biāo)

圖2是活性氧化鋁和4A分子篩的吸附性能曲線圖。從該曲線中可以看出，活性氧化鋁對(duì)水的吸附能力較4A分子篩差；同時(shí)隨著溫度的升高，其吸附能力迅速下降，當(dāng)溫度達(dá)到100～150℃時(shí)，其吸附能力僅為1%～2%。但這并不意味著4A分子篩比活性氧化鋁更適用于壓縮空氣的干燥，事實(shí)上，在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，活性氧化鋁比4A分子篩的應(yīng)用更好，原因有以下幾點(diǎn)：

a. 吸附時(shí)，只需將活性氧化鋁的溫度控制在20～30℃時(shí)，其吸附能力可達(dá)10 %以上，可以實(shí)現(xiàn)最佳吸附；

b. 解吸時(shí)，只需將活性氧化鋁加熱到130～150℃，其吸附能力降低為1%左右，可以達(dá)到完全解吸的要求，而4A分子篩的解吸過程相對(duì)較復(fù)雜；

c. 活性氧化鋁的價(jià)格較4A分子篩便宜得多。

圖2 活性氧化鋁和4A分子篩吸附性能曲線

因此，活性氧化鋁的投資成本和解吸成本較低，運(yùn)行維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，是一種非常適用于工業(yè)應(yīng)用的水吸附劑。

2.2吸附劑的厚度

吸附過程是分層進(jìn)行的，吸附效果與吸附劑的厚度有關(guān)。吸附劑層過薄，可能造成接觸時(shí)間短，來不及吸附。雖然從理論上講，吸附劑層越厚吸附效果越好，但吸附層厚度增加后，阻力也隨之增大，壓縮空氣的壓力損失較大，同時(shí)干燥器結(jié)構(gòu)也隨之增大，需要的吸附劑的數(shù)量也隨之增加，投資和運(yùn)行成本增加。因此，必須選擇合理的吸附層厚度。

對(duì)吸附式干燥器可以計(jì)算吸附劑的厚度[2]：

C=C0E-1.22T

式中C——干燥器出口空氣濕含量，g/m3；

C0——干燥器入口空氣濕含量，g/m3；

E——吸附效率，%；

T——吸附劑厚度，m。

2.3吸附劑的壽命

吸附劑都有一定的壽命，活性氧化鋁也不例外，其在使用過程中吸附性能將逐漸降低。原因主要有：吸附劑不斷擠壓、磨損和粉化，破壞了吸附劑表面的微孔結(jié)構(gòu)；解吸過程中，吸附表面會(huì)出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，特別當(dāng)再生溫度過高時(shí)積碳更加嚴(yán)重，積碳會(huì)堵塞吸附劑表面的微孔，因此，必須定期更換吸附劑。一般情況下，可以根據(jù)出口露點(diǎn)來判斷是否需要更換吸附劑。

3 進(jìn)氣溫度對(duì)干燥器解吸過程的影響

3.1加熱階段

對(duì)于吸附式干燥器，在加熱階段，高溫濕空氣進(jìn)入再生筒，對(duì)筒內(nèi)的吸附劑進(jìn)行加熱，當(dāng)再生筒的出氣溫度達(dá)到90℃時(shí)方可切換進(jìn)行下一步流程。因此如果進(jìn)氣溫度高則加熱時(shí)間相應(yīng)縮短。

表2是不同干燥器入口溫度對(duì)應(yīng)的加熱時(shí)間數(shù)據(jù)。

3.2冷吹階段

在冷吹階段，如果干燥器的進(jìn)氣溫度偏高，則干燥器的出氣溫度和露點(diǎn)必然也高。這使得再生筒中的冷卻效果變差，冷吹時(shí)間延長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能始終無(wú)法達(dá)到規(guī)定的冷卻溫度，只能人工進(jìn)行強(qiáng)制切換。長(zhǎng)此以往，對(duì)吸附劑的壽命有很大的影響。表3是不同進(jìn)氣溫度與冷吹時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表2 干燥器進(jìn)氣溫度與解吸加熱時(shí)間的關(guān)系

表3 干燥器進(jìn)氣溫度與冷吹時(shí)間的關(guān)系

4 進(jìn)氣溫度對(duì)干燥器工作過程的影響

表4是壓縮空氣的飽和含濕量表[3]，從表中可以看出，在壓力一定的情況下，進(jìn)氣溫度每提高10 ℃，飽和含濕量提高近一倍，也就是說壓縮空氣中的水含量增加近一倍。

表4 壓縮空氣的飽和含濕量

注：a～g表示壓力為0.4～1.0MPa。

表5是當(dāng)其他條件不變，僅干燥器的進(jìn)氣溫度變化時(shí)，出口露點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)。從表中可以看出，隨著進(jìn)氣溫度的升高，出口露點(diǎn)迅速升高。

表5 干燥器進(jìn)氣溫度與出口露點(diǎn)的關(guān)系 ℃

5 結(jié)論

5.1實(shí)踐表明，活性氧化鋁的投資成本和解吸成本較低，運(yùn)行維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，是一種非常適用于工業(yè)應(yīng)用的水吸附劑。

5.2吸附劑的厚度是空氣干燥器的重要參數(shù)之一，厚度過小，吸附效果較差，厚度過大，投資和運(yùn)行成本較大。

5.3進(jìn)氣溫度是影響空氣干燥器工作的重要參數(shù)之一，隨著進(jìn)氣溫度的升高，干燥效果明顯變差，最終表現(xiàn)為干燥器出口露點(diǎn)升高。其原因是綜合的，主要有：隨著進(jìn)氣溫度的升高，吸附劑的吸附能力顯著下降；進(jìn)氣溫度的升高使得壓縮空氣中的含水量顯著提高，增加了干燥器的負(fù)荷，還會(huì)導(dǎo)致干燥器解吸時(shí)間長(zhǎng)或解吸不完全，影響吸附劑的壽命。

5.4提升壓縮空氣干燥器性能的方法很多，如降低進(jìn)氣溫度、加大吸附罐容積、更換高性能吸附劑、加大再生氣量及縮短工作周期等，這些方法中降低進(jìn)氣溫度是最經(jīng)濟(jì)、最安全、最合理的。

5.5根據(jù)一空裝置的運(yùn)行情況，嚴(yán)格將干燥器的進(jìn)氣溫度控制在30～40℃是壓縮空氣露點(diǎn)合格的關(guān)鍵，也是干燥器節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

[1] 雷霽霞，楊亞芝，毛向禹.空壓站吸附式干燥器的選型和能耗分析[J].化工設(shè)計(jì)，2013，23(6)：37～39.

[2] 李克永.化工機(jī)械手冊(cè)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1991：13～17，20.

[3] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.動(dòng)力工程設(shè)計(jì)常用數(shù)據(jù)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.