馬志清 趙鋒(蘭州石化公司動(dòng)力廠，甘肅 蘭州 730060)

1 概述

壓縮空氣憑借其安全、方便的特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)里得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用，同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)于壓縮空氣的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，干燥器是用于壓縮空氣凈化設(shè)備?，F(xiàn)有的干燥器有吸附式干燥器和冷凍式干燥器兩大類(lèi)，其中冷凍式干燥器由于受制冷的工作原理的制約，冷凍式干燥器的供氣露點(diǎn)最低只能達(dá)到3℃(壓力露點(diǎn))左右，因此在對(duì)壓縮空氣露點(diǎn)要求越來(lái)越高的今天，冷凍式干燥器的使用越來(lái)越少。

目前常見(jiàn)的吸附式干燥器主要有：無(wú)熱再生干燥器、加熱再生干燥器、余熱再生干燥器、零氣耗余熱再生空氣干燥器。

2 零氣耗余熱再生干燥器工作流程

2.1 加熱階段

第一只換熱器和分離器被旁通，來(lái)自空壓機(jī)的高溫濕空氣直接進(jìn)入再生塔內(nèi)，塔內(nèi)的吸附劑被加熱并釋放出水分。水分被壓縮空氣帶出再生塔進(jìn)入第二只換熱器，被冷卻后在第二只分離器中排掉冷凝水，之后進(jìn)入干燥塔。在干燥塔中水分被吸附劑吸附。

2.2 冷卻階段

高溫濕空氣首先通過(guò)第一只換熱器和分離器，被冷卻并排出所含的水分。然后，全部的壓縮空氣進(jìn)入再生塔，帶走再生塔吸附劑的熱量，并將吸附劑冷卻至恢復(fù)活性。壓縮空氣緊接著進(jìn)入第二只換熱器和分離器，冷卻并分離出攜帶的水分。最后進(jìn)入干燥塔，水分被塔內(nèi)的吸附劑吸附。

3 零氣耗余熱再生干燥器運(yùn)行分析

空分車(chē)間8000Nm3/h 制氮裝置采用無(wú)錫邁格艾爾凈化科技有限公司的零氣耗壓縮熱干燥器，按照廠家的指導(dǎo)建議，設(shè)定了相應(yīng)的參數(shù)，投用干燥器，48 小時(shí)的出口露點(diǎn)統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)圖如圖1 所示。

圖1 干燥器出口露點(diǎn)統(tǒng)計(jì)(9月10日和11日)

如圖1 所示，投用的兩臺(tái)干燥器的出口露點(diǎn)基本上在-15℃至-21℃之間波動(dòng)，與設(shè)計(jì)指標(biāo)≤-40℃相差較大，分析原因如下：

干燥器的出口露點(diǎn)取決于干燥器吸附劑的吸附效率，而吸附劑的吸附效率與吸附過(guò)程的溫度、吸附質(zhì)的分壓力以及吸附劑的再生效果相關(guān)。其中對(duì)于零氣耗余熱再生干燥器，吸附質(zhì)的分壓力是近似相等，在此不作分析。

3.1 吸附過(guò)程的溫度

零氣耗余熱再生干燥器，配置有兩臺(tái)換熱器，以保證在再生塔加熱和冷吹階段，進(jìn)入干燥塔的壓縮空氣溫度在40℃以下。根據(jù)8000Nm3/h 制氮裝置干燥器運(yùn)行記錄，進(jìn)入干燥塔的壓縮空氣溫度在40℃左右，而再生過(guò)程的溫度對(duì)吸附劑的吸附效果產(chǎn)生兩方面的影響。

3.1.1 吸附溫度與平衡吸附量的關(guān)系

如圖2 所示，為活性氧化鋁等壓吸附的特性曲線，圖中q0表示活性氧化鋁的平衡吸附量，t表示吸附溫度，顯然，吸附溫度越低，平衡吸附量越高，即吸附劑的吸附效果越好、吸附周期越長(zhǎng)，但是由于受到循環(huán)水溫度及成本限制，不能一味的降低吸附溫度，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果，當(dāng)吸附溫度控制在30～35℃時(shí)，活性氧化鋁即可達(dá)到較好的吸附效果。

圖2 活性氧化鋁等壓吸附特性曲線

3.1.2 吸附溫度與含濕量的關(guān)系

從空氣溫度與含濕量對(duì)應(yīng)表中可以查出當(dāng)干燥塔入口溫度在40℃時(shí)，空氣中的含濕量為51.2g/m3，而當(dāng)入口溫度降到35℃時(shí)，空氣中的含濕量為39.6g/m3，而當(dāng)入口溫度降到30℃時(shí)，空氣中的含濕量為30.2g/m3，即在溫度降低10℃后，空氣中的含濕量降低了20g/m3，相當(dāng)于含濕量降低了40%，冷凝出來(lái)的水份將通過(guò)氣液分離器直接排出，這就大大降低干燥塔吸附劑的吸附負(fù)荷，假設(shè)其他條件不變時(shí)，吸附劑的吸附周期將延長(zhǎng)40%。

3.2 再生效果

3.2.1 加熱階段

加熱再生是使吸附劑解吸的過(guò)程，是吸附劑等壓吸附曲線的逆過(guò)程，解吸是否完全取決于解吸溫度，活性氧化鋁完全解吸的溫度要達(dá)到600℃，而8000Nm3/h 制氮裝置由于受到壓縮機(jī)出口溫度限制，進(jìn)入干燥器再生塔的溫度在100～110℃之間，因此，只能對(duì)活性氧化鋁進(jìn)行不完全解吸，在實(shí)際操作中合理設(shè)定加熱時(shí)間，使加熱時(shí)再生塔溫度接近于進(jìn)入再生塔的壓縮空氣溫度即可。加熱時(shí)間的長(zhǎng)短取決于進(jìn)入再生塔的壓縮空氣的溫度、進(jìn)入再生塔的壓縮空氣的流量、吸附在吸附劑上的水份所需的解吸熱、加熱干燥塔和吸附劑所需的熱量以及干燥塔的散熱損失，可以用以下公式表示：

理論上通過(guò)以上計(jì)算可以得出加熱時(shí)間T1，廠家的參考設(shè)定值為2.5 小時(shí)，但是在實(shí)際運(yùn)行中由于環(huán)境溫度等因素的影響，計(jì)算得出的加熱時(shí)間參考價(jià)值并不高，在實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)各點(diǎn)的溫度分析，可以快速、準(zhǔn)確的得出合理的加熱時(shí)間。

如圖3 所示，記錄8000Nm3/h 制氮裝置干燥器在加熱再生階段，加熱塔出口溫度，在20 分鐘到70 分鐘時(shí)間內(nèi)，溫度與時(shí)間近似線性關(guān)系，但在加熱到85 分鐘，溫度達(dá)到98℃(接近進(jìn)塔壓縮風(fēng)的溫度100℃)后，加熱時(shí)間與再生塔出口溫度無(wú)直接關(guān)系，出口溫度近似是一條水平線。說(shuō)明以下問(wèn)題：

(1)在加熱塔入口壓縮空氣溫度100℃時(shí)，加熱塔塔底溫度只能達(dá)到98℃。

(2)加熱時(shí)間不能少于85 分鐘，可適當(dāng)延長(zhǎng)加熱時(shí)間，以確保吸附劑中的水份完全蒸發(fā)。

圖3 加熱階段加熱塔出口溫度趨勢(shì)圖

3.2.2 冷吹階段

零氣耗余熱再生干燥器冷吹過(guò)程不同于其他類(lèi)型干燥器，主要存在兩方面的區(qū)別：一方面，零氣耗余熱再生干燥器冷吹過(guò)程只是將已經(jīng)加熱解吸好的吸附劑冷卻到40℃以下，以保證吸附劑在較低的溫度下完成吸附。而其他類(lèi)型的干燥器的冷吹過(guò)程，除了將吸附劑冷吹到40℃以下之外，同時(shí)也是對(duì)吸附劑的進(jìn)一步解吸過(guò)程，因?yàn)?，其他?lèi)型的干燥器冷吹過(guò)程均是將冷吹后的壓縮空氣直接排空，這就相當(dāng)于是吸附劑的降壓解吸過(guò)程。另一方面，零氣耗余熱再生干燥器冷吹過(guò)程用于冷吹的壓縮空氣是未經(jīng)過(guò)干燥的飽和濕空氣，且流量大，因此零氣耗余熱再生干燥器的冷吹時(shí)間不能參考其他類(lèi)型的干燥器設(shè)定。廠家的參考冷吹時(shí)間是1 小時(shí)。

如圖3 所示，記錄8000Nm3/h 制氮裝置干燥器在冷吹階段，冷吹塔出口溫度，在冷吹過(guò)程中，冷吹塔出口溫度在冷吹開(kāi)始10 分鐘到40 分鐘內(nèi)與冷吹時(shí)間成近似線性關(guān)系，在40 分鐘之后冷吹塔頂溫度基本保持不變，因此冷吹時(shí)間設(shè)定在40 分鐘到50 分鐘為宜。因?yàn)?1)由于冷吹氣量較大，40 分鐘的冷吹時(shí)間已足以將吸附劑冷吹至40℃以下。(2)由于冷吹用的壓縮風(fēng)是未干燥的飽和濕空氣，冷吹過(guò)程其實(shí)也就變成了吸附劑的吸附過(guò)程，如果冷吹時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，相當(dāng)于剛剛冷吹好的吸附劑已經(jīng)吸附了相當(dāng)一部分的水份，將會(huì)縮短吸附劑的下一吸附周期。

4 零氣耗余熱再生干燥器優(yōu)化運(yùn)行

根據(jù)以上分析，對(duì)8000Nm3/h 制氮裝置干燥器運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化：

(1)加大換熱器的換熱量，將進(jìn)入吸附塔的壓縮空氣溫度控制在35℃左右。

(2)在不影響壓縮機(jī)組正常運(yùn)行的前提下，盡量提高壓縮機(jī)出口溫度，保證吸附劑加熱再生時(shí)的溫度在100℃以上。

(3)重新設(shè)定干燥器加熱時(shí)間，由原來(lái)的150 分鐘，縮短為90 分鐘。

(4)重新設(shè)定干燥器冷吹時(shí)間，由原來(lái)的60 分鐘，縮短為50 分鐘。

(5)零氣耗余熱再生干燥器優(yōu)化運(yùn)行后露點(diǎn)統(tǒng)計(jì)。

如圖4 所示，經(jīng)優(yōu)化后，干燥器露點(diǎn)明顯好轉(zhuǎn)，由原來(lái)的-15～-21℃下降到-28～-38℃，平均下降了15℃。

圖4 干燥器出口露點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析及實(shí)際驗(yàn)證，零氣耗余熱再生干燥器出口露點(diǎn)與進(jìn)入干燥塔的壓縮空氣溫度、加熱再溫度、加熱再生時(shí)間、冷吹時(shí)間等密切相關(guān)，通過(guò)降低進(jìn)入干燥塔的壓縮空氣溫度、合理設(shè)定加熱和冷吹時(shí)間，能夠有效降低零氣耗余熱再生干燥器出口露點(diǎn)。對(duì)于8000Nm3/h 制氮裝置零氣耗余熱再生干燥器，要進(jìn)一步降低燥器出口露點(diǎn)可采取以下措施：

(1)待8000Nm3/h 制氮裝置新的循環(huán)水泵安裝后，可進(jìn)一步降低進(jìn)入吸附塔的壓縮空氣溫度，進(jìn)而提高吸附劑吸附容量。

(2)由于零氣耗余熱再生干燥器在加熱階段和冷吹階段均不排空壓縮空氣，吸附劑吸附的空氣中的水份全部經(jīng)換熱器后的氣液分離器排出，因此，對(duì)于零氣耗余熱再生干燥器，必須要保證氣液分離器的排水裝置正常排水。在日常的巡檢中要加大對(duì)氣液分離器的排水裝置檢查力度。