气源系统压缩空气质量提升方案分析与实践

易 亮

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

0 引言

近年来在海工建造项目实际作业过程中，对喷砂、吹扫、试压等作业用压缩空气的质量指标要求越来越高，而气源系统空压站（即空气压缩站）压缩空气终端含水量高对生产作业和设备管理实效带来影响。针对海工钢结构企业气源系统改进优化，本着改善压缩空气质量目的，结合对生产现场实地考查及方案研究，为装备管理技术人员在气源系统空压站压缩空气质量提升实施上提供参考。

1 在用空压站概况

气源系统空压站配有3 台160 Nm3/min 离心式空压机和2 台70 Nm3/min 离心式空压机，单台离心式空压机附1 台冷冻式干燥器。配套自循环冷却水系统中，冷却水量139 m3/h 逆流通风机械冷却塔4 台，温差为10 ℃，每台冷却塔配1 台风机；循环水泵房共有5 台循环水泵，2 台240 m3/h、1 台300 m3/h、2 台110 m3/h。

离心式空压机三级出口的压缩空气温度约120 ℃、压力约0.85 MPa，经三级水冷器用循环水后空气温度降到44～45 ℃，然后再经过冷干机干燥除水进入储气罐，最后经空气汇集管输到各用气车间。

由空压站出来的气体分为3 路：一路去喷砂车间，为连续用气，用量225～275 Nm3/min；一路去设备试压区，为间歇用气，间断时间为0.5 h/d；另外一路去结构下料预制车间，为连续用气，用量约10 Nm3/min。

2 问题分析

2.1 冷干机干燥设备方面

在用气源系统采用冷干机干燥设备，压缩空气压力露点3 ℃。

为了保障设备安全运行，外供循环冷却水温度高报警值为30 ℃，联锁关停冷媒系统运行设备。近年来，因为大气环境温度升高，在夏季高温季节循环冷却水系统外供循环水温度一般控制在33～34 ℃，造成冷干机循环水温度常达高报警值并联锁关停冷媒系统，导致压缩空气中水含量高，无法满足喷砂、设备试压对压缩空气质量要求。另外，在冬季冷干机开启的情况下，因冷干机本身的特性，无法将压缩空气露点温度降到0 ℃以下，同样会造成空气含水量高、结露等问题，影响喷砂效果和试压作业质量。

2.2 管道敷设方面

供气管路去车间设有压力自调阀组，管道由高处引至离地面约1.5 m 处后再架高引出。压缩空气管道出现较大U 形弯，管路最低点未设排污口，管道低点易产生凝水带入压缩空气。

喷砂车间空气缓冲罐出口支路从总管侧面连接，如果总管有凝水积存，也不会沿支路靠重力自流入缓冲罐内分离，导致进入车间压缩空气含水量较高。空气缓冲罐底部设有排水口，均为承插式球阀，操作员巡检定时排水，过程或外泄大量压缩空气，造成能源浪费；如果没及时对底部高水位排水，罐内上行空气夹带凝水，造成出气水含量较高，且冬季储罐底部会结冰。

2.3 循环冷却水系统

系统夏季冷却效果不好，供水温度高至34～36 ℃，不能满足站用设备对冷却用水（30 ℃）的要求，影响因素主要有3 个。

（1）所处地区夏季湿度较大，湿球温度较高（26～27 ℃），接近循环水冷却塔设计出水温度（30 ℃），循环水出口温度较湿球温度仅相差3～4 ℃，达到冷却塔冷却极限温度，夏季出水温度较高。

（2）循环水冷却塔已运行10 年，填料破损使换热效果下降，导致循环水出口温度升高。

（3）冷却塔布置距泵房约3 m，距离近影响通风换热效果。

3 改进技术方案

3.1 调整气源系统设备工艺

采用压缩热再生零排放吸附式干燥器（以下简称“干燥器”）替换在用冷干机，相应地在干燥器出口管道新增除尘过滤器，并改造空气汇集管道。

整体采用压缩热再生零排放吸附式干燥器，吸附剂为活性氧化铝，在干燥器出口管道新增除尘过滤器，内置滤芯，可以除去压缩空气中吸附剂颗粒物杂质，通过除尘过滤器最大灰尘粒子直径为0.5 μm，外供空气含尘粒径≤0.5 μm，压缩空气经除尘过滤器压降≤0.010 34 MPa。改进后压缩空气质量可满足喷砂、设备试压和切割用气质量的要求。

3.2 改造附属空气管道

3 台160 Nm3/min 空压机三级压缩出口高温气（120 ℃）管道增设DN80 支管汇集至连通管，连通管引出两路支管连接至两台干燥器热空气进口，每条支路设流量调节阀组控制高温气流量（占排气总量20%～30%）；另外3 台160 Nm3/min 空压机三级水冷却器出口空气（44～45 ℃，气量占排气总量70%～80%）管道汇集至连通管，连通管上引两路支管连接至两台干燥器冷空气进口。去喷砂车间压力自调阀组管路低点、缓冲罐底部设自动排水阀。

3.3 对循环冷却水系统进行处理

（1）根据气象条件和系统干燥要求，对循环冷却水系统的4台冷却塔进行维修、清洗，去除水系统污垢杂质。

（2）更换冷却塔填料并适量减小填料层间距，增加与空气接触面，提高冷却效率。

（3）更换循环冷却水进出管为无缝钢管。

4 采用压缩热再生零排放吸附式干燥工艺

采用离心式空压机将一定的热量排出，排出的热量能对再生干燥剂进行重新加热，干燥器的整个再生过程不耗气，可最大限度节省运行费用。为了满足空气干燥的要求，需要利用电加热器系统进行辅助加热，根据再生干燥器空气温度的实际情况合理控制电加热器系统的启闭，这样就能减少压缩空气出口露点现象发生的概率，有效提升空气的干燥程度。

压缩热再生冷排放吸附式干燥技术的工作原理表现为：在再生塔中输入从离心式空压器内出来的高温气体，热压缩空气不会出现排放现象，直接进入到再生干燥器中，在分离器和再生冷却器的作用下，将120 ℃左右的高温气体冷却至45 ℃，之后再通入吸附塔，在吸附塔内将温度降低到露点温度。该干燥工艺被广泛推广和应用在无油润滑离心式压缩机领域。

压缩热再生冷排放吸附式干燥技术的工艺流程主要有3 个。

（1）余热再生，B 塔余热再生/A 塔吸附阶段。离心空压机三级压缩后高温气体（约120 ℃）分两路：一路占空气总流量30%左右，在调节阀控制作用下通过辅助电加热系统进入到干燥器B 塔中，经过自上而下的加热再生，形成压缩空气，通过分离器与再生冷却器，将气体中的水分排出，最后把空气送到A 塔，在A 塔中进行充分吸附；另外一路占空气总流量70%左右，在三级冷却器中进行降温处理，降温之后的气体传输到干燥器A 内进行自下而上的吸附，吸附过程完成后在后置除尘过滤器中对压缩空气进行除尘处理，除尘结束后将压缩空气排出空气储罐。

（2）电加热再生。如果要求控制出口气空气露点较低，或者排气温度没有超过90 ℃，则需要采用电加热系统对气体进行再加热处理。离心空压机排出过热压缩空气经电加热器进行加热后进入干燥器B 塔加热再生，电加热器根据加热器出口温度变送器来控制启停，实现节能目标。

（3）冷吹阶段。热再生后再生塔在被切换成吸附塔前需被冷却，采用部分经离心式空压机三级冷却后压缩空气对再生塔进行冷却，冷吹流向和热再生流向采用对流工艺，保证短时间内将塔内温度降下来。这部分冷吹气体通过再生冷却器和分离器回收利用，整个过程无耗气、零排放。

5 改进干燥工艺优点

（1）改进后离心式空压机三级出口温度≥90 ℃工况下，出干燥器压缩空气常压露点达-60 ℃以下，含水量低，提高空气质量。

（2）采用大气量、低温气冷吹，露点漂移≤5～10 ℃（0.5 h 内）。

（3）再生过程（加热/冷吹）抽取压缩空气全部在干燥器内回收，100%零气耗，实现余热利用、节能降耗。

（4）吸附剂寿命可以达到5 年。

6 总结及建议

由于改进提升方案在现有气源系统厂房内进行，现场空间受限，为满足条件，采用压缩热再生零排放吸附式干燥器，应成套配置并控制实际总外形尺寸、压力露点不大于-40 ℃、循环水冷却塔夏季运行可适当加大循环水泵出口阀门开度，增加循环水流量、流速，减少换热停留时间，降低循环回水温度，以保证循环水冷却塔供水温度要求。该方案不仅能提高压缩空气质量指标，满足生产用气要求，还可以利用高温压缩空气余热，实现节能降耗的目的。