冷干机压缩机结霜原因分析及处理

赵光锋 万国彬

（浙江浙能金华燃机发电有限责任公司，浙江金华321025）

0 引言

某发电厂有一套M701F4型燃气轮机蒸汽联合循环机组，压缩空气系统配置了3 台空压机、1 台辅助空压机和2 台JAL-41M型无热组合式干燥机。燃气轮机壳体吹扫用气、设备检修用气、仪用控制气源、制氮机气源等，均由压缩空气系统提供。JAL-41M型无热组合式干燥机主要包括过滤器、冷干机、吸干机三大部分，最高允许进气温度为45℃、流量为42.5Nm3/min、工作压力为0.85 MPa。自从燃气轮机蒸汽联合循环机组投产以来，压缩空气系统供气露点值合格，但无热组合式干燥机中的冷干机在冬季运行时压缩机结霜现象严重，甚至蒸发器也会出现结霜现象。

1 干燥机工作流程简述及主要部件作用

干燥机工作流程如图1所示，空压机排气先进入精密过滤器，通过拦截、惯性、扩散、重力等作用，有效地去除压缩空气中含有的液态水、尘粒以及油，然后进入冷干机中的预冷器与经降温干燥后的压缩空气进行热交换，使降温干燥后的压缩空气温度升高，同时降低了进入蒸发器的压缩空气温度，除去部分水分，使其降至常温，减轻蒸发器的工作负荷。压缩空气进入蒸发器内与高压液态冷媒进行热交换，被冷却至5 ℃左右的露点温度，大部分水分及杂质在此被凝结，经过气水分离器、自动排水器将水分、油分排出，干燥后的压缩空气返回到冷干机中的预冷器，以冷却湿热空气，使其本身温度得以提高，经过冷冻干燥处理的压缩空气再依次进入吸干机吸附干燥和除尘过滤器，使压缩空气露点温度、粉尘含量符合要求，同时从吸干机出口取一部分压缩空气进入再生塔进行再生。

图1 干燥机工作流程简图

干燥机主要部件作用：

（1）压缩机：把低温低压、以气态为主的冷媒剂压缩成高温高压的气态冷媒剂。

（2）冷凝器：将压缩机排出的高压高温冷媒气体冷却成为液态为主的常温常压的冷媒剂。

（3）蒸发器：吸收压缩空气的热量，起到降温除水目的，是冷干机的主要换热部件。压缩空气在蒸发器中被强制冷却，冷媒会在蒸发器中发生相变，由液态变成气态，并吸收压缩空气热量，降低温度。

（4）热力膨胀阀：制冷系统中的节流机构，根据蒸发器出口气态冷媒的过热度来调节阀芯开度，控制进入蒸发器的冷媒流量。

（5）热气旁通阀：蒸发器回气管里的低温低压气态冷媒压力低于设定值时，旁通阀门打开，部分高温高压气态的氟利昂直接进入蒸发器。

吸干机（再生装置）配置了2个干燥塔A、B，正常运行时分别起吸附和再生作用。如果B塔处于吸附工作状态，则A塔为再生工作状态。工作周期设置为70 min，即冷干机在启动35 min后，进行第一次切换。无热型吸干机：通过吸附塔出口的高压微小气流逆向流过再生塔，经过底部排放口顺消音器排出，将吸附剂内的水分带走。无热组合式干燥机吸附干燥工作周期如表1所示。

表1 无热组合式干燥机吸附干燥工作周期

2 冷干机压缩机结霜原因分析及处理

冷媒高压测点值取自冷凝器冷媒出口管道，冷媒低压测点值取自蒸发器冷媒出口管道。按照JAL-41M型无热组合式干燥机的设计规定：正常运行过程中，冷干机冷媒低压表指示在0.35～0.45 MPa，冷媒高压表指示在1.4～1.6 MPa。但是，冷干机冬季运行时冷媒低压表指示0.3 MPa，冷媒高压表指示1.1 MPa，均低于设计标准。由于进入蒸发器的高压冷媒压力低于设计规定值，蒸发器内压缩空气放热量与冷媒吸热量偏离设计值，冷媒吸热后，压力与温度未上升至设计值，即蒸发器回气管里的低压冷媒压力低于设定值。当冷媒吸热不足，蒸发温度过低，甚至低于周围环境空气的露点温度，环境中的水蒸气在蒸发器本体上会结霜。同理，低于设计值的低压低温冷媒进入压缩机后，压腔一侧的钢制外壳的温度很低，如果冷干机压缩机的外壳温度低于当时环境空气的露点温度时，环境中的水蒸气就会在冷干机压缩机的外壳表面结成霜。由于冷媒高压值低于设计值，发电厂运行人员联系厂家人员对热器旁通阀进行检查，确认该阀因蒸发器回气管里的低温低压气态冷媒压力低于设定值，已接近全开，属于正常动作。当外界环境温度变化时，冷媒压力也会变化，冷凝器内冷媒与水的交换热量也会变化，相应的冷却水流量需要调整。冷凝器的冷却水由压力为0.48 MPa的闭式水系统供给，冷却水管路只设置了冷干机冷却水进水阀、冷干机冷却水进水滤网、冷干机冷却水回水阀，在任何季节运行时，冷凝器的冷却水流量不变。运行人员尝试将冷凝器冷却水回水阀关小，对冷却水回水量进行调整后，冷干机运行时的冷媒高压表指示值上升至1.25 MPa，有明显提高。

为实现冷媒压力调节自动化，减少人工操作和提高设备的安全可靠性，发电厂对冷干机冷凝器冷却水回水管路进行改造，增设一只流量自动调节阀，型号为WVFX40，并且该调节阀信号取自冷媒高压值测点，通过自动调节冷凝器冷却水回水量，保持冷媒高压值为1.4 MPa。自冷干机冷凝器回水管路改造后，在冬季运行时，冷媒低压表指示0.35 MPa，冷媒高压表指示1.4 MPa，均达到设计标准，压缩机、蒸发器本体再未出现结霜现象。冷干机冷却水管路如图2所示。

3 结语

图2 冷干机冷却水管路

空气压缩系统在电厂有着重要作用，冷干机的安全运行，可以保证压缩空气系统的供气品质和运行经济性。本文通过对某电厂JAL-41M型无热组合式干燥机中冷干机压缩机在冬季运行过程中容易结霜的原因进行分析，提出了解决措施，对同类型电厂运行人员及相关专业人员处理类似问题具有借鉴意义。