发电厂仪用空气带水问题分析与处理

高龙刚

(山东莱城发电厂，山东 莱芜 271113)

0 引言

随着气动执行机构在发电厂应用越来越广泛，仪用空气带水问题已经成为困扰电厂安全生产的一个技术难题，仪用空气带水轻则造成设备调节性能下降，设备精密部件如定位器、电气转换器、气缸密封垫损坏，重则因冬季压缩空气内水结冰造成执行机构失控，造成机组参数无法控制甚至机组跳闸。通过对仪用空气带水现象及原因分析，以及对目前主流空压机、干燥器造成仪用空气带水重点环节进行治理的实践，旨在寻找解决仪用空气带水的办法，提高压缩空气质量，使气动执行机构得到更好的应用。

1 仪用空气带水原因分析

气动执行机构所用的仪用空气统称压缩空气，它是利用空气的可压缩性，经空气压缩机做机械功使本身体积缩小，压力提高后产生的。压缩空气的质量容易受环境的影响和制约，空气随着气压及天气的变化，空气中的水蒸气会有所变化，湿度会有所不同。

水蒸气经过压缩，体积缩小，但其水分不会消失，仪用空气中水分以两种形式存在，一部分空气离开空压机后温度降低，空气内的水蒸汽会凝结成液体并保留在系统内；另一部分随着空气压力升高、体积减少，以较少水蒸汽存在于压缩空气中。 当压缩空气经分散到各个执行机构，由于压力源距离增加，压力降低，温度降低，压缩空气中未饱和空气在保持水蒸气分压不变情况下降低温度，使之达到饱和状态，温度降至压力露点时，湿空气中便有凝结水滴析出。 压缩空气系统运行时，全厂管线的地域温度不同，尤其是从汽机房通往室外时，环境温度变化幅度大。若空气中含水分较大也会有水分析出。当环境温度低于0℃时，气源管线内的集水会结冰，堵塞管路，影响仪表正常工作。

2 气源系统去除水分措施

为保证仪用空气质量，各生产厂家都配备了完整的气源系统来去除水分。典型的气源系统由下列部分组成：空气压缩机、后部冷却器、过滤器(包括前置过滤器、油水分离器、管道过滤器、除油过滤器、除臭过滤器、灭菌过滤器等等)、稳压储气罐、干燥机(冷冻式或吸附式)、自动排水排污器，输气管道、管路阀件、仪表等。上述设备根据工艺流程的不同需要，组合成完整的气源系统，来产生合格的、用户需要的仪用空气。 如图1所示，图中：1为压缩机，2为后冷却器，3为油气分离器，4为储气罐，5为过滤器，6为微热再生干燥器，7为复合式干燥器，8、9为微凝聚过滤器。

同时国际上也制定了严格的仪用空气质量标准，我国执行的是GB4830-84《工业自动化仪表气源压力范围和质量》标准，其主要内容与美国的ISA-S73《仪表气源质量标准》基本相同，只是在技术指标和具体规定上有差别。 我国标准中规定油或烃含量不能大于 l0 μg/m3，美国标准规定不大于1 ppm。美国标准对于压力露点的规定有2条；空气管线压力露点应低于环境温度10℃，一年四季中压力露点均应高于2℃。并要求重视室外执行机构及管路的防寒和伴热装置。为避免锈蚀管路及阀门，材料应采用不锈钢或紫铜管、尼龙管等。

图1 压缩空气净化流程图

3 典型仪用空气带水的防范和处理措施

山东莱城发电厂配备8台英格索兰空压机，分两期布置，分别为微热再生干燥系统和复合式干燥系统，机组投产10年来，仪用空气质量逐年下降，多次发生因仪用空气带水结冰造成减温水调阀、一次风机入口挡板、二次风挡板、磨煤机风量调节挡板等重要设备动作异常、甚至油层气动执行机构都无法投入，影响机组安全稳定运行。

3.1 系统存在主要问题

压力露点不能满足要求，北方压力露点应控制在-20℃以下。复合式再生系统(冷干机+无热再生干燥)则较难达到如此低的压力露点。

空压机设备老化，特别是后部冷却器达不到冷却效果，致使空压机产生压缩空气进入干燥器前温度过高，空气中所含水分得不到冷却凝结；同时过滤器(包括前置过滤器、油水分离器、管道过滤器、自动排水排污器工作不正常，凝结水分不能顺利析出，进入干燥器内导致干燥剂乳化。

微热再生干燥器干燥剂选型达不到要求，不能将水分完全吸附，同时干燥器控制程序存在问题，不能使干燥剂可靠吸附、再生，干燥效果差。

增加室外执行机构及管路的防寒和伴热装置，管路及阀门材质符合要求。

缺乏压力露点在线监视手段，无法对压缩空气品质作出判断。

3.2 改进措施

空压机干燥器内干燥剂以前采用氧化铝，又称“铝胶”，它具有很大的表面硬度和抗压强度，在静压力作用下不易破碎，在交变压力作用下不易磨损，比表面积250～300 m2/g，适用于高湿度气体的干燥。 干燥效果只能达到3级水平，且不能有效除掉残余水分及杂质。针对压缩空气存在的问题，经论证分析采取上部分子筛，下部氧化铝布置，分子筛与氧化铝比例为4：1。 分子筛是由于具有均一微孔且能有选择性地吸附直径小于其孔径分子的一大类吸附剂。比表面积达800～1 000 m2/g，在含水量低及较高的温度下，能进行深度干燥。但分子筛破碎强度不高，在长期使用下堆积比重要增大20%，且容易粉化。 因此在处理含水量较高的气体时，应先用1倍氧化铝进行预干燥，再用4倍分子筛来消除残余水分。

要确保后冷却器系统可靠投入，空压机压缩后新生气体温度能够达到80℃以上，而干燥器则要求始终保持进入干燥器的气体温度低于45℃，以确保进入干燥器压缩空气内水达到一个干燥器可以吸附的范围，防止造成干燥剂的乳化。 一般电厂冷却器采取开式水冷却，要加强冷却水流量监视，确保冷却效果并及时对冷却器内管道进行检漏，防止压缩空气进入开式水系统。

后冷却器及油气分离器、过滤器的定期排污很重要，否则析出的水分不能及时排走乳化干燥剂反而会导致压缩空气质量进一步恶化，由于排出水分中含有杂质，导致采用闸阀的自动排污装置经常堵塞，腐蚀排污管道，改为采用通流直径在15 mm以上球型排水阀，排污管路更换为PVC管，每隔1 h自动排水一次，排污能力大大增强。

改进控制程序，干燥剂不能充分吸附的原因之一是由于干燥剂再生后没有充足冷却时间，温度较高，吸附效果差；将干燥器周期由2 h改为4 h，加热时间控制在1 h，留下充足的冷却时间，使再生后干燥剂充分冷却下来，增加吸附能力。

采购便携式露点仪检测成品气的露点，及时对压缩空气品质做出判断。 提前采取措施防止仪用空气冰堵。

室外执行机构及管路的防寒和伴热装置，管路采取不锈钢管，在要求特别严格的设备如一次风机入口挡板、过热器减温水调阀等重要设备加装压缩空气自动排水器，利用压缩空气流动产生离心力使水分析出，确保无水分进入执行机构。

冷冻式干燥器由于其工作原理限制，其压力露点难以达到要求，且在夏季由于温度低造成设备表面凝结水滴，对设备腐蚀严重，设备维护费用较高，将无热再生干燥器加装电加热器改造成微热再生装置，能有效去除仪用空气中水分。

4 结语

仪用空气带水问题通过采取以上措施，通过近一年的观察实践，仪用空气中存在的油水等物质明显减少，气动执行机构未发生因带水发生冰堵现象导致失控，定位器等精密元器件损坏基本消除，仪用空气带水这一困扰发电厂的难题通过采取更换吸附剂、降低干燥器入口温度、确保良好排污、保证干燥器正常工作、增加保温伴热除水装置是可以消除的，气动执行机构在北方也可以得到良好的应用。