甲醇厂干燥器的运行及其影响因素

摘要:本文介绍了坐落在克拉玛依石化工业园区的克石化公司20x104t/a甲醇项目,建设前期由于距克石化公司距离较远且公用工程已近满负荷,因此甲醇厂外系统自配套了空气压缩机、制氮机、氮气压缩机以满足厂内供气需求。重点对甲醇厂内配套的干燥器的运行及其影响因素进行分析,并掌握其工作性能,提高压缩空气质量,延长设备的使用寿命从而获得高品质的产品气做了介绍。

前言:

现代工业及自动化生产中大量应用压缩空气,日益发展的现代工业技术又对气源提出了不同品质等级的要求。无论使用何种空气压缩机,当经过冷却或者长距离的管道输送,一般都会有冷凝水析出。对于寒冷地区的室外用气和长距离管道输送的室内用气以及制造工艺要求深度干燥的应用场合,如调节阀、精密仪器、电子、高级喷涂、射流控制、聚酯喷丝等则需要使用干燥器来除去冷凝水。

1、干燥器气源介绍

甲醇厂选用阿特拉斯•科普特GA110-7.5 喷油螺杆式压缩机,螺杆式压缩机的工作原理如下:螺杆式压缩机是一种按容积变化原理而工作的双轴回转式压缩机,其工作原理类似于一般的活塞式压缩机,当气体被吸入工作室后,工作室随即关闭及缩小,被压缩的气体经历一个多变压缩过程,当工作室内的气体达到所预期的压力时,工作室立即与压出管接通,工作室继续缩小,受压缩的气体便被排出至排气管道内。其工作流程如图1:

空气流程:通过过滤器AF和卸载装置UA进入压缩机机头E的空气将被压缩。压缩空气和油通过单向阀CV排放到油气分离器AR,油将在此处与压缩空气分离。空气通过最小压力阀VP输送到空气冷却器Ca。

润滑油系统:空气压力推动油从贮气罐AR经过油冷却器Co、过滤器OF和断油阀VS,到达压缩机机头E及润滑点。断油阀VS可防止停机时仍向压缩机机头喷油。在寒冷条件下启动压缩机时,旁通阀BV会旁通油冷却器Co,这样可确保油迅速加热到正常的工作温度。在贮气罐/油气分离器AR中,通过离心力分离除去空气中的大部分油。几乎所有剩余的油都通过油分离器滤芯除去,压缩空气出空压机进入干燥器进行干燥。

2、干燥器吸附的基础理论与工作原理介绍

压缩空气自空压机送出后由于有冷凝水的析出,为除去冷凝水需将压缩空气送入干燥器进行干燥后送给用户,压缩空气的干燥通常采用物理吸附方法。

吸附是因吸附质与吸附剂分子间相互作用而发生吸附质分子相际转移的一种现象。当待干燥的压缩空气与吸附剂充分接触时,空气中的水分子扩散到吸附剂上并因范德华引力而被吸附。与此同时,被吸附的水分子因本身的热运动及外界气态分子碰撞,有一部分离开吸附剂表面返回气相,即发生脱附。当同一时间内水分子的吸附量与脱附量相等时,就达到了一个动态吸附平衡,此时吸附与脱附过程均在进行,但速度相等,这种动态吸附平衡是在一定温度与压力条件下建立的。当温度和压力改变时,系统原有的平衡关系将被打破而建立一个新的平衡关系。如下图所示:水在各种吸附剂上的吸附等温线和等压线,它描述了吸附过程的热力学特性。由图2、3可知,一定温度下,水的吸附量随气相中水气分压增大而增大,水的吸附量随温度升高而减少;即在低温或高压下水分被吸附,在高温或低压下水分被解吸。干燥器正是依此原理而工作的。

吸附式干燥器一般采用双塔式,一塔进行吸附,另一塔进行解吸。依再生方式的不同可分为无热再生式干燥器,有热再生式干燥器和微热再生式干燥器。无热再生干燥器的实际工作过程分吸附、再生、均压三个阶段,微热与有热再生干燥器则由吸附、再生、吹冷、均压四个阶段构成一个循环。工作时,压缩空气交替流经A、B两个充满吸附剂的塔式容器,一塔在工作压力(高水气分压)状态下吸附时,另一塔则在接近大气压(低水气分压)状态下(PSA法)或受热状态下(TSA法)解析,然后按所设定的程序切换两塔交替工作。

3、影响干燥器运行的因素

3.1 微量油累积

一般行业所指的无油润滑活塞式空压机排气中仍有一定量的润滑油存在,在其技术参数中注明气体含油量指标≤8ppm.W(相当于10mg/m3)。与无油活塞机含油量相当的喷油螺杆空压机,其含油量依据油气分离器效率与排气温度的高低,一般可认为在5～15mg/m3,我厂空气压缩机选用的阿特拉斯-科普柯空气压缩机,含油量约3mg/m3,排气量334L/s,运行一年,其微量油累积量为:

3mg×334L/s×60s×60min×24h×300d=25.97184Kg/年

如此之多的润滑油进入吸附塔内所引起的后果不难想象,而进入干燥器塔内空气含油量应控制在0.1mg/m3以下;由于空气中含油量较多,吸附剂易中毒失效,甲醇厂干燥器在最初运行时,仅半年吸附剂就失活进行了更换。鉴于空压机目前还不能做到真正无油,为防止微量油的累积,解决这一难题的方法是在干燥器进气口前设置除油过滤器,以降低进入干燥器的气体含油量。我厂2007年在干燥器前增加了一台西安超滤MF型过滤器后,使滤后气体含油量指标降为0.1～0.01 mg/m3,能有效地防止吸附剂中毒,保证其使用寿命在5年以上。除油过滤器安装后至今未更换过吸附剂。

3.2 进气温度

进入干燥器的压缩空气为饱和或过饱和湿空气。表1所示为不同温度与压力下压缩空气的饱和含水量。从表中可以看出:同等压力条件下,温度每提高5℃,饱和含水量增加30%左右,也即进入干燥器的水份负荷增加30%左右;此外,吸附剂的吸附能力随温度的升高而降低,故随进口气体温度的升高,干燥器的干燥效率下降。由实验结果分析,进气温度每提高5℃,成品气出口露点将升高8～10℃;如果干燥器前不设分离过滤装置或分离过滤效率低下,致使液态水进入干燥器,则会进一步恶化干燥效率。所以,对于风冷压缩机或循环水冷却的压缩机需小心处理,尽可能降低进气温度和提高液态水分离过滤效率。

3.3 环境温度对干燥器的影响

环境温度过高对吸附干燥器的影响力是多方面的。易使吸附剂平衡吸附量下降,影响吸附效果。吸附干燥器用的电子程序控制器里面有很多IC电路,在环境温度过高或通风条件不好时,容易引起控制失准,严重时会使电路元件损坏。而高温潮湿环境影响控制阀电磁线圈的寿命。

环境温度过低给吸附干燥器带来的影响,有时比环境温度高时还要严重。再生排气中携带的大量水分在排出时遇冷结露,乃至结冰,使再生排气通道堵塞,导致吸附干燥器工作程序打乱。特别是消声器部位最容易引起冰堵,要注意观察和保养。

3.4 工作压力

从表1还可以看出,压缩空气饱和含水量与压力成反比,即工作压力愈低,干燥器负荷愈高;尤其是无热再生式干燥器对压力下降十分敏感。故一般都对工作压力的下限提出要求,多以不低于规定工况工作压力的1/2为下限。除压力的下降会降低干燥器效率外,较大范围的压力波动亦会影响设备的正常运行。所以,在工作压力波动范围较大的应用场合,可附设压力维持阀,尽可能保证设备在稳定工况下运行。

4、结论

综上所述,从根本上理解吸附式干燥器的工作原理与设计思路,正确分析并掌握对其吸附性能、工作状态产生影响的因素与方式,在满足使用功能要求的基础上合理选择系统配置,可使干燥器在尽可能良好的工况条件下运行,从而获得高品质的产品气,并延长设备的使用寿命,以期取得良好的社会经济效益。

参考文献

[1] 陈永江 《容积式压缩机原理与结构设计》 西安交通大学 1985

[2] 铃木廉一郎 《除湿设计》 中国建筑工业出版社 1988

[3] 徐明等 《压缩空气站设计手册》 机械工业出版社 1993

[4] 施振球等 《動力管道手册》 机械工业出版社 1994