露点控制系统在仪表风节能降耗工作中的应用

刘胜国 潘贲（上海石油天然气有限公司）

仪表风作为天然气处理厂仪表系统控制用气，其露点温度需控制在-40 ℃以下。采用无热再生吸附式干燥器对压缩空气进行干燥处理后的空气作为仪表风，设备原设计是以10 min为1个标准工作循环周期，通过电磁阀的频繁切换来实现两塔的吸附和再生。

1 无热再生吸附干燥器

1.1 工作原理

无热再生吸附式压缩空气干燥器是利用多孔性固体物质表面的分子力来吸收气体中的水分，从而获得较低露点温度的干燥洁净气体的净化设备。无热再生吸附式干燥器由两个充满干燥剂的吸附塔组成，两塔交替进行干燥和再生。经处理后合格的空气大部分作为仪表风进入仪表控制系统，一小部分（约15%）干燥后的空气进入再生塔，对塔中的干燥剂进行再生。压力、温度的变化使膨胀阀后的低压空气变得非常干燥，这部分净化了的干燥空气使吸湿后达到饱和状态的干燥剂脱湿再生。

1.2 常规工作模式

压缩空气进入A塔（图1），此时塔内空气中的水蒸气分压高于吸附剂表面水蒸气分压力，水蒸气向吸附剂表面转移，常压露点温度可达到-40℃以下。干燥后的压缩空气经A 塔分成2 路，一路约85%的空气供应仪表风，另一路约15%的空气经节流阀降为常压后进入B塔，对B塔饱和的吸附剂进行脱附再生，后经消声器排向大气。每塔运行时间为5 min，A塔吸附干燥时B塔再生，干燥再生时间为4 min，之后均压为1 min，均压时两个排气电磁阀均关闭，切换为A 塔再生，B 塔吸附干燥，如此往复循环。

图1 无热再生吸附干燥塔

无热再生干燥器在原设计控制模式下的全周期是10 min，半周期再生时间为4 min，对于再生气耗气率15%的干燥塔，在一个周期内再生时间8 min意味着空气消耗量为16.8 m3（单塔每分钟压缩空气量为14 m3）。

在保证输出空气露点与品质的基础上，在再生干燥时间不变的情况下如果能有效延长吸附时间，减少再生排气次数，就能达到节能降耗的目的。

2 露点控制系统

2.1 硬件组成

无热再生干燥器露点监测节能控制系统由露点变送器、进口过滤器、引入管道、控制系统和操作显示系统组成。

1）露点变送器使用Michelle 露点变送器，露点精度±2 ℃露点，使用温度是-40～60 ℃，可以在-20～50 ℃工作环境下可靠、稳定地进行露点监测。

2）控制系统采用西门子S7-200 可编控制器，显示系统采用HM3701A。

3）露点变送器进口过滤器采用高效精密过滤器，能够最大限度降低压缩气含油率，以保护露点变送器。

4）调压阀用来调整露点变送器的测试压力，保证所测露点为常压露点。

2.2 控制及监测界面

HM3701A的小型人机界面（HMI）产品，它能以文字、指示灯及图形等基本元素监视和设定设备输出继电器或寄存器的数值及状态，从而使操作人员能够实时监控机器设备的运行情况。

控制模式有常规控制模式和露点控制模式两种选择，在通常使用过程中选择露点控制模式，露点模式下时序控制按照变送器所采集的露点温度再进行干燥时间的延长与控制。

在露点控制模式下，塔的再生时间与原常规模式一致，而吸附时间则比常规模式长，最长的时间单个塔的吸附时间为70 min。在控制界面上可以对干燥器的工作状态、露点温度等进行实时监控。

3 循环周期的确定

对于仪表风而言，压缩空气露点控制在-40℃就能满足供气要求，通过安装露点变送器将所测得的出口干燥器露点与设定露点进行比对，如果露点变送器测定的露点温度低于设定温度，则延长均压时间。在这种露点控制模式下既保证空气品质满足工艺要求的同时，又能达到节能的效果。

由于循环切换周期的改变会影响到吸附效果、节能量和使用寿命之间的相互关系，所以合理循环周期的选择显得尤为关键。过长时间的吸附会使底部的吸附剂含湿量一直过高，从而影响到周期内露点的稳定性。过高的“吸附剂残存水量”容易导致吸附剂浸泡和吸附剂的粉化，最终导致吸附效果和使用的寿命大打折扣。

根据塔的干燥时间和再生时间可知：若以每5 min 作为一个延长循环周期，越到后期节能效果越不明显。为达到气源品质、使用寿命和节能效果之间的最佳综合效果，以及经过现场实际运行检验，我们选取70 min 作为一个经济合理循环切换周期。

正常操作模式下每10 min一个周期消耗的空气量为16.8 m3，那么在24 h 时间内共有144 个周期，因此全天排放消耗的压缩空气量为2 419.2 m3。在露点控制模式下（70 min一个周期）运行24 h共有20.57个周期，排放消耗的压缩空气量为345.576 m3。空气压缩机的额定产气量为9.5549 m3/h，再生气耗气率为15%，正常控制模式以10 min周期计算能耗为253.18 kWh/d，露点控制模式以70 min 周期计算能耗为37.65 kWh/d。

4 方案实施效果

自2013年5月安装露点控制系统后，系统运行平稳，仪表风质量稳定，基本达到了预期的节能降耗目的。

1）减少了干燥器的再生排气频率，从而减小了压缩机的无效运行功耗，电流比改造前降了22 A左右，平均每天可节约电量200 kWh，与理论计算结果接近，按每度电0.85 元，每年可节约6.2 万元左右，半年即收回改造费用。

2）由于循环运行周期变长，单个阀门动作频次由原来每年的10万多次减少到1万次左右，极大地延长了阀门等易损件的使用寿命。

3）改造后可以更直观地观测干燥气出口成品气的露点数值，从而准确地把握干燥剂的使用情况，在保证气源品质的同时可充分延长干燥剂的使用年限。