空压站节能改造

夏锦辉

(1.唐山三友氯碱有限责任公司,河北 唐山 063305；2.河北省聚氯乙烯技术创新中心,河北 唐山 063305)

唐山三友氯碱有限责任公司空压站主要为全厂生产装置提供工艺气、仪表气、氮气，主要设备包括空压机、干燥机、制氮机。

工艺流程：空气进入压缩机被压缩至0.8 MPa,经冷却分离后一路作为工艺气送入工艺气储罐，进入工艺气管网；另一路进入干燥机。经干燥后的压缩空气露点低于-40 ℃，一部分作为仪表气进入仪表气储罐，送入仪表气管网；另一部分经活性炭过滤器进一步除去水、油、粉尘,经空气缓冲罐进入制氮机，生产出纯度高于99%的氮气，经氮气缓冲罐，进入氮气储罐,再送入氮气管网。制氮装置解吸后的富氧空气进行回收，输送至其他公司使用。

1 运行中存在的问题

1.1 微热再生干燥机气量损失大

在仪表气生产中选用微热再生干燥机对压缩空气进行干燥。干燥机由两个吸附塔、一个加热器、一个排气消音器、气动阀门、控制器等组成。吸附塔内充装活性氧化铝作为吸附剂，利用变压吸附微热再生的原理生产露点低于-40 ℃的干燥压缩空气。工作塔在每个吸附阶段结束后进入一个再生阶段，吸附剂的再生是利用少量干燥后的成品气通过电加热器加热至100～130 ℃通入塔内对吸附剂内的水分进行加热解吸带出设备，加热结束后成品气对吸附剂进行冷吹，进一步干燥，实现吸附剂的再生。

在理想状态下，干燥后的压缩空气损耗在4%～6%，实际运行过程中气量损失将达到8%～10%。

1.2 冬季运行期间工艺气含水结冰

在冬季,户外温度最低可达-20 ℃，空压系统运行期间，由于工艺气经过简单的除水处理仍然含有较多水分，送入外管网后，温度降低，水分凝结出来。为防止管道内结冰而影响工艺气输送，须对工艺气管道全程进行伴热保温处理。工艺气伴热管道总长2 500 m，疏水点42处，伴热管径DN20。冬季为防止疏水器冻堵，采取水、汽常排的方式，调整疏水器出口蒸汽流速为1 m/s。蒸汽价格为140元/t，蒸汽密度为4.618 kg/m3，则每天蒸汽消耗费用：

3.14×0.012×1×3 600×24×4.618×42÷1 000×140≈736.67(元)。

2 改进措施及效益

2.1 设备改造升级

制造仪表气常用的压缩空气干燥设备主要为吸附式干燥机。根据现有设备情况，选用压缩热再生干燥机替代微热再生干燥机。利用离心空压机排出的100～130 ℃高温压缩空气直接进入干燥机对吸附水分后的吸附剂加热升温，使其彻底脱水再生，大量含水的高温压缩空气通过冷却器降温冷凝其中的水分排出机外。整个运行过程中除控制电外不需电量消耗，在加热、冷吹过程中无气体排放，最大程度节约能量。

匹配压缩热再生干燥机运行的离心式空压机相对螺杆式空压机更适合大气量生产，同时备件消耗减少，避免了空压机运行过程中含油废水排放及压缩空气含油的问题。同时在系统中配置一台空压机后置冷却器，通过管道的连接满足空压机供应高温压缩空气与常温压缩空气的要求，使离心式空压机既可以向零气耗压缩热再生干燥机供气，也可向微热再生干燥机供气，还可直接输送工艺气，切换步骤简便，调节灵活性增强。

微热再生干燥机需消耗约10%的再生气量，100 m3/min的干燥机消耗再生气量10 m3/min，按照仪表气成本0.12元/m3计算，则消耗费用为10 m3/min×60 min×0.12元/m3=72元/h；压缩热再生干燥机无需消耗仪表气。

微热再生干燥机电加热器功率约50 kW，运行周期为每4 h加热2.5 h，按照电费0.47元/(kW·h)计算，电费为50 kW×2.5 h÷4 h×0.47元/(kW·h)=14.69元/h；压缩热再生干燥机无需消耗。

则微热再生干燥机消耗费用(控制电除外)：72元/h+14.69元/h=86.69元/h。

压缩热再生干燥机需消耗循环水约40 m3/h，按照循环水制造成本0.23元/m3计算，费用为：40 m3/h×0.23元/m3=9.2元/h；微热再生干燥机无循环水消耗。

可见，每台100 m3/min压缩热再生干燥机比微热再生干燥机节约费用86.69元/h-9.2元/h=77.49元/h，年运行时间按8 000 h计，每年节约费用：77.49元/h×8 000 h=61.99万元。

2.2 工艺优化

冬季气候干燥,耗气量变小,以及生产负荷降低时，空压站设备开启台数相对减少，运行2台160 m3/min离心空压机匹配2台160 m3/min压缩热再生干燥机生产的仪表气还有富余，但高温压缩空气不能直接输送工艺气管网供用户使用，还需要增开42 m3/min螺杆空压机供应给工艺气管网，造成能源的浪费。根据测算，工艺气消耗15～25 m3/min。可改变固有思维模式，在空压站仪表气主管上配置DN80管道与工艺气主管连通，将仪表气送至工艺气管网。减少使用1台小空压机，停止工艺气伴热(仪表气水分含量低，不会结冰)。每台螺杆空压机消耗电费250 kW×24 h×0.47元/(kW·h)=2 820 元/d，这样每天可节约蒸汽和动力电的费用：

736.67元+2 820元=3 556.67元。

3 工艺改造后操作注意事项

3.1 后置气体冷却器操作

使用后置气体冷却器时注意送入管网的气体温度，须防止未经完全冷却的热空气送入常温压缩空气管道，造成后续管道与设备的损坏。随时监测冷却器出口温度与冷却水循环情况。

3.2 工艺气、仪表气连通管道阀门操作

在冬季将仪表气送入工艺气管网时，提前关闭工艺气储罐进气阀门，保证工艺气储罐压力低于仪表气供气压力0.05～0.1 MPa后再打开仪表气去工艺气储罐的供气阀门，防止未经干燥处理的工艺气进入仪表气管网，造成气动阀门故障，引发生产事故。 如果不需要将仪表气输送至工艺气管网，则先关闭连通管路上双截止阀，再打开双截止阀之间设置的导淋阀，防止串气，并经常检查。

4 结语

生产运行表明，空压站改造实现了节能降耗的预期目标。