空压站节能改造方案选择与分析

吴海忠

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

0 引言

空压站作为最清洁的一种工业动力源，在石化，冶金，医药，食品，机械，电子等各个领域得到广泛应用。它以空气为介质，在喷涂，搅拌，输送等工艺过程中，具有电力、油压等其他工艺无法比拟的高效性与环保特点。但随着工艺技术的升级改造，对压缩空气质量指标的要求在不断提高，现有的大部分空压站供气质量指标已不能满足生产用气的指标要求。首先压缩空气的含水量较高，影响喷砂效果和试压设备的质量，另外，循环水系统夏季冷却效果不好，这种情况又加重前一个问题。除此之外，部分设备的结构布局不合理，设备陈旧损坏或选型不合理，在降低供气质量的同时，造成电能的巨大浪费加重企业的经济和环境负担。选型合理的干燥器装置，对空压站产气的工艺流程进行改进，可以让空压站系统性能更优、更节能、产出气体更适合用气单位。

1 空压站改造分析

1.1 干燥器原理对比分析

干燥器是空压站的核心设备，目前工业上压缩空气的干燥方法有:化学法、冷冻法和吸附法[1]。

化学法是利用空气中的水分与干燥剂的化学反应固水除湿，按不同吸附剂种类可以分为吸附剂间歇型、液体吸附式和回转型干式吸附，化学法除湿效果明显，但成本较高。冷冻式干燥器是利用制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出相应所含的水分，从而达到所需的干燥度。由于受到水结冰温度（为0℃）的限制，其出口露点温度范围有限，最低在2℃ 左右，因此冷冻式干燥器的难以满足较高的工业指标要求。吸附式干燥器是利用具有吸附性能的吸附剂（硅胶、铝胶和分子筛）吸附空气中的水分，达到干燥目的。已被吸附的物质可以用解吸的方法从吸附剂中释放。其产品出口露点温度可以达（-20～-80）℃，是目前空压站干燥技术的主流技术方案。

1.2 基于压缩热再生零排放吸附式干燥工艺的改造方案设计

压缩热再生零排放吸附式干燥工艺：将来自离心式空压机的部分高温气直接通入再生塔，然后进入再生干燥器，经由再生冷却器和分离器冷却使其温度降至45℃以下，最后进入吸附塔达到所需的露点温度，整个过程排放量为零。压缩热再生零排放吸附式干燥器，尤其适用于无油润滑离心式压缩机系统[2-3]。

（1）余热再生工艺流程如图1所示。B塔为余热再生阶段，A塔为吸附阶段。离心空压机三级压缩后的高温气体（＞120℃）分2路：一路为约占空气总流量30%的高温气体，通过调节阀控制流量，经过辅助电加热器进入干燥器B塔进行加热再生，再生过程从上至下进行，再生后的压缩空气经过再生冷却器和分离器进行冷却分离除水，将再生后空气回收至A塔进行吸附；另一路为约占空气总流量70%的高温气体，经过三级冷却器降温后送至干燥器A塔进行吸附，吸附过程从下至上进行，吸附结束后的压缩空气经后置除尘过滤器进行除尘后排出去空气储气罐。

（2）电加热再生工艺流程如图2所示。如果离心式空压机排气温度＜90℃，或要求控制出口空气露点更低时，可采用辅助电加热器进行再生气加热。

离心空压机排出的热压缩空气经过电加热器进行加热后进入干燥器B塔进行加热再生，电加热器根据设置在加热器出口的温度变送器来控制启停，以达到节能目的。

图1 余热再生式干燥器工艺流程

图2 加热再生式干燥器工艺流程

1.3 基于微热再生吸附式干燥工艺的改造方案设计

离心空压机排出的高温无油气体经后冷却器冷却至约40℃后，进入吸附塔吸附水份达到所需的露点温度，同时将部分干燥后的压缩空气经减压后通入加热器升温至（180～220）℃，然后进入再生塔进行脱附再生后排入大气。

A塔吸附阶段：离心空压机三级压缩后的高温气体（120℃）经过三级冷却器降温后送至A塔进行吸附，吸附过程从下至上进行，吸附结束后的压缩空气经后置除尘过滤器进行除尘后排出去空气储气罐。

B塔再生阶段：将部分干燥后的压缩空气（约占空气处理量的15%）经减压后送至电加热器升温至（180～220）℃，升温后的干燥压缩空气自上而下进入B塔进行脱附再生后排入大气。微热再生工艺流程如图3所示。

2 空压站改造比选方案设计

综上所述，不同干燥器的方案各有优势，在实际方案的比选中应该综合考虑产品要求、经济环境效益、空压站流程及规模等各方面因素。

2.1 根据空压机类型选择

有油空压机在配套吸附式干燥器时，适合选用无热再生或微热再生式干燥器。因有油空压机的出口空气中含有一定量的润滑油，在进干燥器之前必须先经过油过滤器除去油分。如果选择余热再生式干燥器，要求出空压机的气体温度高，而油过滤器的进口温度一般又要求＜50℃，这样余热再生技术的利用就受到限制。无油螺杆式空压机适合选用无热再生或微热再生式干燥器。余热再生式干燥器为离心式空压机配套的装置目前得到广泛使用。离心式空压机的末级排气温度一般＞110℃，余热再生式干燥器将此部分热量直接利用起来，在干燥的同时达到节能的目的。

2.2 根据露点指标选择

图3 微热再生式干燥器工艺流程

冷冻式干燥器是设备简单，运行费用最低，但出口露点温度范围有限，一般在（2～4）℃，难以满足较高的工艺要求。无热再生式干燥器的产品常压露点温度可达（-40～-60）℃，微热、加热或余热再生式干燥器的产品常压露点温度范围为（-40～-80）℃。微热、加热或余热3种露点性能更好，但无热式更加节能，维护费用更低。

2.3 根据空压站规模选型

进行吸附式干燥器的选型时，空压站的处理规模也是重要的参考指标。无热再生式干燥器的处理能力较低，处理气量在（0.3～20）m3/min，当空压站处理量在这个范围内时，经济效益比较明显。微热或余热再生式干燥器的处理气量则达到（10～200）m3/min，当处理量较大时，如果采用无热式干燥器则需加大设备投资，使得整体经济效益下降，此时适合选用微热或余热式。而当空压站的规模较大，处理量＞200 m3/min时，建议选择余热再生式干燥器。

3 设备选型方案及能耗计算分析

本次改造的设备采用有油压缩机，出口温度＞120℃，露点温度要求在（-40～-60）℃。压缩热再生零排放吸附式干燥器或微热再生式干燥器，两者均可以达到要求，但压缩热再生零排放吸附式干燥器在排放及节能方面优势更加明显，采用压缩热再生零排放吸附式干燥工艺的总运行费用比微热再生吸附式干燥工艺低约56%，而且干燥器整个再生过程不耗气，可最大限度节省运行费用（表1）。

从表1可以看出，微热再生和压缩热再生2种方案均能够满足工艺要求，但是压缩热再生方案具有明显的经济优势。因此改造方案采用压缩热再生零排放吸附式干燥工艺。其主要利用离心式空压机排出的部分高温（120℃）无油气体直接加热再生干燥剂；另外为保证空气干燥指标，采用辅助电加热器系统，根据进再生干燥器的空气温度来控制电加热器的运行，提高空气干燥度，有效降低压缩空气出口露点，可达到常压露点温度约-60℃，该方案不仅能提高压缩空气质量指标，满足生产用气要求，同时还可充分利用离心式空压机高温压缩空气的余热，达到节能降耗的目的。

表1 3种干燥工艺设备性能参数对比表

4 结语

随着工艺技术的不断改进，许多工厂配套的空压站设备急需升级改造。在空压站改造的过程中，应本着满足工艺需求的前提下，尽量最大限度地达到节能降耗的目的。一般来说，配套的干燥器倾向于选择压缩热再生式干燥器。不仅节约能耗，且因为再生气的温度较低，干燥剂的寿命更长，具有其他设备无法比拟的经济和环境效益。此外，也要从空压站整体的设备配置来综合考虑，或使用改进的辅助设备提高露点温度。