水电站压缩空气系统的后处理方案分析

方晓红

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

水电站压缩空气系统的后处理方案分析

方晓红

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

压缩空气系统是水电站不可或缺的辅助系统之一，压缩空气的品质好坏直接影响着系统设备的维护成本甚至运行安全。对不同压缩空气的后处理方案进行比较分析，以得到经济有效地处理方案来提高水电站压缩空气的品质。

后处理方法；压缩空气；水电站

1 引言

水电站压缩空气系统利用大气作为气源，空气中含有大量的尘埃、水蒸气、未燃烧充分的碳氢化合物和细菌等，此外，空压机自身的润滑系统，也会产生磨损粒子和油污。这些尘埃颗粒、油和水混合物形成了一种极其有害的腐蚀性油泥，会快速磨损气动设备、堵塞阀门、腐蚀管路，因而造成空气泄漏、工具和设备损坏、维护成本增加、安全受威胁等一系列不利影响。据国际权威统计：末端用气设备的故障有超70%的原因是压缩空气中固体颗粒、油和水造成的。

因此，压缩空气系统的后处理是提高气系统质量的重要课题之一，本文就水电站的压缩空气系统后处理方案进行初步分析，借抛砖引玉之势供同行参考。

2 相关标准对压缩空气净化等级及水电站用气品质要求

根据GB/T13277.1-2008《压缩空气第1部分：污染物净化等级》标准，按固体颗粒等级、湿度和液态水等级以及含油等级对压缩空气净化程度进行分级。压缩空气净化等级如表1。

水电站使用压缩空气的部门主要有：机组制动、机组调相压水、维护检修风动工具及吹扫、机组强迫补气、油压装置及配电装置等。根据标准和《水电站设计手册》，各用气对象对压缩空气品质等级要求可参照表2。

由于处理杂质和油的成本相对低廉，安装几级精密过滤器即可达到目的，但是处理水就相对复杂，且成本也相对较高。因此，下面主要分析压缩空气中水分的处理方案。

表1 压缩空气净化等级

表2 水电站用气对象对压缩空气的品质等级要求

3 压缩空气的干燥方式

压缩空气中水分的处理是一个干燥的过程，压缩空气的干燥主要有热力法、降温法和吸收法等。这三种干燥方法的对照比较详见表3。

表3 不同干燥方法比较

在中压压缩空气系统中，以往传统的配置方案是采用减压阀提高中压气系统的干燥度。但中压减压阀国内产品质量不够稳定，投入使用后经常出现问题而不能正常使用，使设备运行存在安全隐患。采用进口高压减压阀又成本昂贵，且控制过程复杂。并且采用减压阀干燥，其效果不够理想，因此目前该干燥方案已有被其它方案替代的趋势。

冷冻式干燥法由于其物理特性，其压力露点下限不能低于2℃（蒸发器内可获得的最低压缩空气温度），但在此温度下冷凝形成的水滴/雾在其后的汽水分离器中并不可能达到100%的分离效率 (一般在85%～95%之间)。未分离的液态水滴/雾返回预冷器被进气侧（约40℃）的气体加热蒸发，导致实际露点值上升5～10℃，即在冷干机的最佳工作状态其出口的实际露点值上升至7～12℃。对于工作压力较高，携带水分量较少的中高压空气影响更为显著。表4列出了不同压力下的压缩空气在进气温度（40℃）、蒸发器温度（2℃）的饱和含水量和两者之差的理论排水量及按分水效率90%下的实际排水量。

表4 不同压力下的饱和含水量比较

从表4中可看出，低压0.7MPa是中压4.0MPa排水量的5倍，是高压10.0MPa的10倍以上。中高压压缩空气水含量微乎其微，所以冷干机的干燥作用不明显。

吸附式干燥法其原理为将饱和的压缩空气利用水分子和空气分子体积不同，采用气体净化专用分子筛过滤压缩空气中的饱和水蒸气，将水分子吸附在分子筛颗粒内，再采用变压吸附原理的无热再生干燥器、可达到稳定的0℃以下压力露点指标。再生时，一部分干燥的压缩空气从工作压力膨胀到大气压力，经过含水已饱和的吸附剂，将吸附的水分带走，吸附剂得以再生。其能耗-再生气量随工作压力升高而显著降低。

通过上述分析可见，低压（0.7MPa）水量大，冷冻式除水效果明显，吸附式运行费用昂贵；中高压（4.0～40.0MPa）宜采用吸附式干燥器，露点低且稳定，有利于维护中高压用气设备。

4 压缩空气系统干燥机设置位置的比较分析

分析了不同压缩空气的干燥方案，另外还要考虑干燥设备的设置位置，这对压缩空气系统的设备及用气品质有一定的影响。主要对干燥机与储气罐两者的先后设置位置不同进行比较分析，详见表5。

表5 干燥机设置不同位置的比较分析

空压机出口压缩空气的温度较高，若储气罐前面设压缩空气干燥机，在储气罐内无冷凝液凝结现象，但干燥机的运行负荷相对加大。干燥机设在储气罐后面，进入干燥机的压缩空气进气温度低，但储气罐内会有冷凝水，储气罐容易腐蚀。

从干燥冷却的角度，应该将干燥机置于储气罐之后，因为压缩气体通过储气罐后，气体能冷却并沉降下固体颗粒和部分液态水，但针对水电厂空压机的运行时间较短的情况，建议将干燥机置于储气罐之前，这样能降低干燥机的启动次数，使得空压机启动后，干燥机随即启动。

5 结语

本文对压缩空气系统的后处理方案进行了粗略的分析，在实际应用中，应根据具体情况进行比较确定合理、有效的干燥方法，使系统设置更加经济合理，运行更加安全可靠，以期获得更好的综合效益。

[1]段宏江.冷冻干燥法在水电站中压气系统中的应用[J].西北水电，2004（1）.

[2]GB/T13277.1-2008.压缩空气第1部分：污染物净化等级[S].

TK730.4

B

1672-5387（2013）05-0016-03

2013-07-26

方晓红（1969-），女，高级工程师，从事水电站机电设工作。