气力输送系统中压缩空气的露点控制Dew point control of conveying air system

赵敏衡（拜耳材料科技(中国)有限公司上海一体化基地）

在大型聚合物生产装置中，压缩空气是气力输送的核心，它是粒子输送、掺混及包装的关键。压缩空气中的水含量是其主要的质量指标之一。在ISO 8573-1中，界定了湿度等级即露点控制做为控制压缩空气水含量的手段。但虽然ISO 8573-1界定了压缩空气的湿度等级，但如何界定适合自身工艺及产品特性的等级却往往被忽略。从而在投资及经济运行方面很难收到良好回报。

一、压缩空气的露点控制研究

1.湿度等级

下表为ISO 8573-1界定的湿度等级

表一 湿度等级

从上表可以看到，根据压缩空气的等级不同压力露点的控制相差很大。虽然标准明确了不同压力等级下的压力露点，但并没有说明每个等级所试用的条件，因此在具体的应用中产生不同的理解。以笔者公司聚碳酸酯生产为例，虽然压缩空气的压力都控制为3公斤，但不同工厂的露点控制却不同。有的工厂控制为-20度，有的工厂不设干燥器，只是用7度的冷却水冷却，其压力露点为10度。但却找不到明确的工艺描述来说明这两种工艺设计的依据。当露点控制为-20度时，压缩机出口就需要安装干燥器。以一台8500标方/小时的干燥器为例来比较这两种工艺，设备一次性投资在80万左右。如果干燥器采用电加热器加热再生，其一年的电耗也在百万左右（干燥器干燥再生周期为6小时/次），此外还需每2年停工检修更换干燥剂。投资及运行费用较高。

2.露点控制的优化

（1）影响露点控制的因素

在气力输送系统中影响露点控制的因素有很多，比如产品的特性，压缩空气的流量及压力，环境温度等因素。如果输送粒子对水含量有明确要求，那就需要参照露点温度与湿度换算表，根据水含量要求转化为相应的露点，从而确认系统的露点控制。如果输送粒子对水含量没有明确要求，只是原则上要避免粒子输送过程中凝液的产生，这样压缩空气的流量及压力，环境温度等因素都将影响露点的控制。一般来说当环境温度低于压力露点时，压缩空气中的水汽就有可能出现凝液。因此根据环境温度来选择所要控制的露点就成为露点控制的关键。此外在输送过程中如果压力发生变化，压力露点也会相应变化。这里存在着压力露点的转换。压力露点的转换可从图2中查出：

图2 压力露点换算表

（2）露点控制的优化

由于产品特性无法改变，因此下文主要讨论粒子对水含量没有明确要求（比如聚乙烯、聚丙烯及聚碳酸酯等产品），但原则上在输送过程中要求不能产生凝液的气力输送系统。本文将通过应用传热基本方程来讨论露点的控制。其主要步骤将在以下示例中讨论。

以笔者公司一根长100米，管径为200毫米,壁厚为5毫米，输送量为8000公斤/小时（流速14米/秒）,气体压力表压为3公斤的不锈钢输送管线为例来研究露点控制在10℃是否有凝液产生（上海冬季的最低温度为-10度）。

Q＝KA△tm（圆壁管或为：Q=k*2π*L*(T1-T2)/ln(d2/d1)

Q：传热速率 ,W

△tm：两流体的平均温度差,K

K：比例系数，总传热系数 ，因次W/(m2·K)。

已知：气-气的传导K：12～35W/(m2·K)，本文取平均值25.空气的比热容为1.005kJ/(kg.k)，压缩空气的温度为50度（由于压缩空气温度随管线换热逐步下降，所以取平均值为25℃）。

根据压缩空气的温度及最低环境温度计算管线的换热量。

根据压缩空气的比热容来计算达到压力露点前压缩空气的热容量。

比较压缩空气的换热量与热容量。

从以上计算可以看出，Q容

从以上计算可以看出，Q容>Q换，压缩空气温度大于露点温度，凝液不会产生。

从上面的计算可以看到，增加了保温层后Q换大大降低，即使压力露点控制在10℃，仍不会有凝液产生。而如果压力露点可以控制在10℃或更高，则意味着压缩机出口就不需要安装干燥器，冷冻水就可以满足露点要求。

结论

目前气力输送管线一般不考虑保温，只是简单考虑环境温度对露点的影响，将露点控制低于环境的最低温度。从本文的计算可以看出，通过增加保温来降低传热系数，压力露点完全是可以高于环境温度的，从而为是否安装干燥器提供了有益的参考。