通过设备改造和系统优化 降低压缩空气含水率的工程实践

摘要：氮气、压缩空气是冶金机械设备常用的控制气源，它的品质优劣，直接关系着机械设备的运行状况。针对压缩空气含水量高、品质差等问题，通过对炼钢厂压缩机设备的改造和系统优化，该厂压缩空气的品质得到了明显的提升，其含水量等级由改造前的6级降至改造后的2级，压力露点由+10℃下降至-40℃以下，成功实施了压缩空气替代氮气（以空代氮）工作，改变了该厂的气体能源结构，氮气消耗量由28.3Nm3/t钢降至26.3Nm3/t钢，节约了氮气的用气成本，确保设备运行稳定，环保效益方面均较为显著。

关键词：压缩空气；含水率；干燥器并联改造；机械设备

前言

在冶金企业，压缩空气常用作机械设备的控制气源，可取代氮气，与氮气相比，压缩空气具有易制备、成本低等特点，但未经干燥的压缩空气中所含的水分不但增加了设备的故障，而且降低设备的使用寿命。随着冶金行业“以空代氮”课题的提出，使得高质量的净化干燥压缩空气成为冶金设备生产顺行的重要保障。

1.压缩空气概况及课题的提出

山东钢铁集团莱钢分公司炼钢厂空压站拥有LU450-8螺杆空压机3台，微热再生压缩空气干燥器3台，分别为2台GMHD-80N干燥器和1台GMHD-60N干燥器，空压机与干燥器的连接方式如图1所示，每台空压机分别与1台干燥器相连，压缩空气自螺杆空压机产出后，经过1台干燥器脱水，进入储气罐贮存稳压，然后进入用气管网。

该厂的压缩空气主要用气点为全厂的气动阀门、仪表用气，以及炼钢系统中二次除尘脉冲袋式除尘器反吹气源，因为干燥器处理能力所限，该厂的压缩空气含水量一直较高，使得气动阀件冻裂，布袋除尘器结块、布袋使用寿命大幅降低等等，限制了其使用范围，增加了低压氮气的使用量，造成炼钢成本在氮气方面应用的偏高状况，而且由于压缩空气使用受限，造成空压机组的部分闲置，从而造成该厂气体能源结构的经济性降低，所以对于降低压缩空气含水量的改造应予进行。

2.压缩空气干燥器并联改造

为了能够实现分公司炼钢厂压缩空气含水量的进一步降低，将对现有压缩空气机组系统做出改造，改造的目的及原则如下：

2.1充分利用现有设备及管路，实现改造费用最低化。当前厂内已有3台空压机及4台干燥器，其中3台干燥器分别串联在3台螺杆空压机机后，另一台GMHD-60N型干燥器则因原4#旧型号空压机拆除处于闲置状态。为了实现改造费用最低化，改造应在以上设备及管路的基础上进行。

2.2可以实现不同环境、不同工况下的压缩空气含水量的调节变化。因为炼钢厂压缩空气用气点较多，用气点要求各不相同，加之夏季冬季气温波动对压缩空气压力影响很大，改造后的干燥器组须能调节工况以应对这种变化。

2.3系统须有一定的可拓展性，以应对今后增上空压机的变化情况。4#空压机当前已处于闲置状态，干燥器改造完成后，随着“以空代氮”的进一步推广，极有可能会增上新的螺杆空压机组，所以新的干燥器系统必须具有可拓展性，以避免今后在干燥器方面不必要的二次投资。

2.4使用同型号的设备进行改造，使得后期维护简单化。因为现有设备多为GMHD-80N型微热再生压缩空气干燥器，所以在方案选型时，考虑增设的型号优先选定该型号的干燥器以方便后期维护。

2.5便于操作和维护。所有的阀门全部采取电动阀门，可以实现远程和现场两种形式的操作，对仪表显示的压缩空气的运行参数可以从现场和操作室进行时时监控，备件全部统一便于互换。

根据以上原则及目的，本次改造制定的制定的方案如下，如图1所示：

图1 冶金石灰块末在线分离装置工艺图

将原有的3台LU 450-8型螺杆式空压机出口管道全部并联在一条压缩空气总管1上，；增上2台GMHD-80N压缩空气干燥器，将6台GMHD-80N/GMHD-60N型干燥器进口全部连接到总管上，所有干燥器出口再并联在另一条压缩空气总管2上，然后再行分配到各储气罐，从而实现了压缩空气干燥器的并联改造。

3.应用效果

3.1含水率的变化

通过本体干燥器并联改造，压缩空气含水量大幅降低，其含水量等级由6级降至2级，压力露点由+10℃下降至-40℃以下，其品质获得大幅提升，可以在全厂范围内代替低压氮气作为阀门仪表动力气源以及布袋除尘的反吹气源。炼钢厂鉴于改造的成功性，将原来的压缩空气与低压氮气的能源地位进行了互换，压缩空气成为了常规低压气源，低压氮气成为了备用气源，氮气消耗量由28.3Nm3/t钢降至26.3Nm3/t钢，节省2Nm3/t钢，在氮气用气成本、环保效益方面均较为显著。

3.2多工况的调节

分公司炼钢厂的压缩空气主要有三大用途：（A）全厂气动阀门及仪表仪器的用气；（B）4台连铸机油气润滑用气；（C）全厂袋式除尘器反吹气源用气；对于外部大环境影响，主要分为三类：（1）春、秋季用气；（2）夏季用气；（3）冬季用气；各工况的组合应用情况见表1。

表1 不同工况下空压机与干燥器的组合运行情况

工况组合 机组运行 系统出口压力（MPa） 压力露点

春秋用气+（A）+（B）+（C） 三台空压机+4台GMHD-80N 0.54 -40℃以下

夏季用气+（A）+（B）+（C） 三台空压机+5台GMHD-80N 0.61 -40℃以下

冬季用气+（A）+（B）+（C） 三台空压机+4台GMHD-80N 0.27 -40℃以下

冬季用气+（A）+（C） 三台空压机+4台GMHD-80N 0.37 -40℃以下

从上表可以看出，“三台空压机+多台GMHD干燥器并联”运行模式可以应对当前四个季节总体用气的需要，干燥环节，在夏季（雨季）空气较为湿润，压缩空气中含水较多，需比其他季节多开启一台干燥器才能将压力露点控制在-40℃以下，冬季时，由于外部气温变化，压缩空气系统出口压力与其他三个季节相比下降较大，这与空压机的产能有直接关系，再者微热再生压缩空气干燥器自身特点有再生耗气量比其他类型干燥器稍高，导致总体上系统自身耗气率较高，最终形成冬季系统出口压力偏低的情况。针对这种工况，该厂暂时停止了4台连铸机的油气润滑用气，使得全场压缩空气管网压力有所回升以保障其余用气点的压力在正常范围，以后将通过增上第四台空压机增加产能将此压力不足的工况加以解决。

3.3系统的可扩容性

通过系统的应用可以看出，当前的干燥器数量及设置能够满足3台LU 450-8在各种工况下运行的用气点出口压力露点要求，并且系统中还有1台GMHD-80N和1台GMHD-60N干燥器处于备用状态，它们可以为今后增上的新的4#空压机提供干燥能力，而且GMHD微热再生压缩空气干燥器为新型干燥器，均有2个档位可供选择，目前均为“1”档工作状态，今后空压机组一旦扩容，可以提至“2”档，单个干燥器出口的压力露点将进一步下降，其干燥效果进行进一步提升，以达到系统出口的压力露点小于-40℃以下的要求。

3.4降低了设备故障率

在冶金企业中，压缩空气作为各种阀门、气缸、电磁阀的控制气源，若压缩空气含水率高，经常造成阀门、气缸、电磁阀不动作，直接关系着设备的运行状况。炼钢厂系统改造前，压缩空气的含水率较高，设备的故障率较高。

下表为：1—4#转炉和1—4#连铸机改造前：2013年6—12月份与改造后：2014年2—8月份设备影响的时间。单位：分钟

表2 1—4#转炉和1—4#连铸机改造前和改造后对比

序号 设备名称 改造前影响的时间 改造后影响的时间 备注

1 转炉氧枪球阀 280 130

2 转炉下料系统 150 60

3 连铸机二冷水设备 680 310 累计获得

4 转炉煤气设备 230 110

5 除尘器 510 300 转炉、精炼、混铁炉除尘器

6 合计 1850 910

两者比较：改造后较改造前影响时间减少940分钟。

参考文献：

[1]宋宝亮.压缩空气净化系统的设计探讨[M].煤炭工程，2006，3，25—27.

[2]尤祥胜.压缩空气干燥方案的对比[M].压缩机技术，2006，（1），36—38.

作者简介：

亓斌（1969.12 - ），男，山东莱芜人，大学，工作单位：山钢集团莱芜钢铁集团设备检修中心，2014年毕业于聊城大学机械设计制造及其自动化专业。毕业后从事于机械设备和环保设备的管理、研究与实践工作。