1 概述
第四净化厂设计天然气总规模30×108m3/a, 厂内建空氮站一座, 通过空气压缩机将空气压缩后为工厂各生产单元提供非净化空气、净化空气和氮气。非净化空气用作装置开停工、检修时的吹扫气;净化空气用作生产装置调节阀、联锁阀等仪表用气;氮气用于生产开停工前后置换、胺液、甲醇产品和甲醇污水储罐保护用气。根据工艺专业要求, 空氮站内配置3台空压机、3套干燥器和1套制氮撬块, 工艺连接采用并联方式, 在正常生产时每套系统可独立运行, 如发生特殊情况也可相互备用。工厂风、仪表风和氮气通过容积为40m3的储罐进入系统管网, 可满足工厂停电后48分钟的用气量。
2 空气净化系统运行现状及原因分析
2.1 空压机在外部负荷较大时运行正常, 外部负荷较小情况下, 空压机频繁进行加卸载, 加载和卸载在0.70MPa到0. 8 0 MPa之间快速变换, 用时不到2分钟。
经过查阅有关资料, 了解到造成空压机加载和卸载之间转换频繁的原因有四个: (1) 储气罐容量太小, 下游用气量过大, 储气罐压力迅速降低; (2) 卸载压力设定值和加载压力设定值过于接近; (3) 输气管道连接处或管道本身有泄漏, 下游压力下降过快; (4) 输气管道积水或结冰。
逐项进行分析和检查: (1) 储气罐的配置一般为空压机产气量的10%-20%, 即17m3×20%<3.4m3, 由此可见储气罐容量并不小; (2) 一般来说, 空压机加卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin-Pmax之间变化。Pmin和Pmax的关系可以表示为以下公式:Pmax= (1+a) Pmin, 其中参数a是一个在10%至25%之间的百分数。根据公式0.8MPa= (1+a) ×0.70MPa计算得出a≈14%, 由此可见设定值符合要求; (3) 管道连接处和管道本身经检测没有明显泄漏; (4) 室内有采暖设施, 气温始终保持在0℃以上, 且整个系统没有制冷装置, 压缩机内和外部疏水器没有异常, 工作时有冷凝水排出, 打开管道最低处法兰未发现积水。最后, 通过对现场储气罐、干燥器、空压机压力的记录和分析, 发现储气罐的压力始终是在0.75MPa, 干燥器的A、B塔在吸附时的压力均在0.70MPa到0.80MPa之间波动, 当干燥器压力达到0.70MPa时空压机开始加载, 0.80MPa时开始卸载, 最后确定空压机频繁加卸载转换是由于空压机卸载时干燥器的再生气体消耗产生的压降所造成。
2.2 空气净化系统夏季运行时, 干燥器生产的净化气体露点升高, 气质变差。
空压机房未安装强制通风设备, 房间内自然通风效果不佳, 夏季环境温度较高时, 空压机风冷作用不明显, 室内空气经空压机冷却系统循环利用, 温度逐渐升高, 进而造成干燥器进气温度过高。吸附式干燥器进气温度的升高带来饱和含水量的增加, 加重了吸附剂的负荷, 使吸附剂吸附性能显著下降。通过测量统计得出:在压力一定的情况下, 进气温度每升高10℃, 饱和含水量增加一倍, 即干燥器吸附剂的负荷增加一倍。在其它参数不变的情况下, 入口温度每升高5℃, 出口气体露点将上升10℃左右。
此外, 压缩机排气温度的升高, 所夹带的油蒸汽含量也呈比例提高, 而任何过滤器对油蒸汽都无能为力。螺杆空压机其含油量依油气分离器效率与排气温度的高低, 一般可认为在5-15 mg/m3, 取两者中间值即10 mg/m3。若当排气温度大于60℃时, 油蒸汽含量以10mg/m3计算, 17m3压缩机运行一年微量油的累计量为:10mg×17m3/min×60min×24h×360d=88.13kg/a。如此之多的润滑油进入干燥器, 将堵塞吸附剂毛孔, 引起“油中毒”而失去吸附能力。
由以上分析可以看出, 进气温度的升高导致吸附式干燥器出口气体品质下降的因素是综合性的, 这些综合因素的共同作用直接影响到出口气体露点的上升, 使净化气品质变差。因此, 降低进气温度是保证干燥器正常运行最直接、有效的办法。
2.3 干燥器储气罐、高效除油器和过滤器的排污方式为手动球阀控制, 每4小时需要操作人员到现场进行手动排污。
空压机内含有润滑油, 在进行压缩工作时, 必然有部分润滑油混入到压缩空气中, 加之第四净化厂环境相对湿度为50%, 压缩气体中也必然带有很多凝结水份, 油和水是影响吸附式干燥器正常工作的重要因素, 若未能及时对进入干燥器前的储气罐、除油器和过滤器废水废油进行排放, 将降低净化气的品质, 减少设备使用寿命, 生产效率降低。目前第四净化厂空气净化系统中的排水排油设施比较落后, 依靠传统的手动阀无法及时可靠的完成任务。
2.4 制氮撬块未设计远程启停操作, 启动装置时需要人工启动。
因制氮撬块前期设计时未考虑远程启动命令的设置, 且所用PLC自带的IO卡件的DO通道已用完, 致使无法对制氮撬块实现远程启停操作。
3 空气净化系统技术优化措施
3.1 优化空压机加卸载频率措施
由干燥器工作原理可知, 在外部负荷较小的情况下, 空压机停止加载转换为卸载时, 停止向管道供应压缩空气, 干燥器仍在再生消耗压缩气体, 由系统结构决定, 而其只能消耗干燥器内和空压机至干燥器管道内的压缩气体, 由于干燥器内和干燥器至空压机的管道容量非常有限, 其压力迅速由0.80MPa降到0.70MPa, 而储气罐内的压力消耗较慢为0.75MPa, 这时空压机转换为加载状态, 但只能补充刚才卸载时干燥器再生消耗的少量气体, 补充完成后, 又转为卸载如此重复。因此分析, 只需在储气罐至空压机的出口之间增加一条管线连接, 并安装一个单向阀, 使干燥器在空压机卸载时, 消耗储气罐内的压缩气体, 而空压机加载时压缩气体不能直接进入储气罐。另外, 保证正常生产的前提下, 适当将空压机加载压力设定值修改为0.60MPa, 可以有效降低加卸载频次。
3.2 优化干燥器进气温度措施
吸附式干燥器进气温度过高是由于现空压机房通风不畅引起, 因此改善空压机房的通风条件, 提高通风效果可以有效降低进气温度。一是将空压机屋顶安装的自然通风孔改造更换为轴流风机, 加强机房的空气对流;二是在每台空压机的冷却出风口制作专门的通风管道, 将高温气体可以直接排放到机房外, 有效降低机房内的室温。
3.3 优化干燥器排污措施
经过调研, 为可靠有效的实现对干燥器进行定期排水排油, 可以在干燥器排污总管上安装电子定时式自动排污阀, 这种排污阀在人为定好排污间隔时间和每次排污时间后可自行打开和关闭, 完成干燥器的排水排油操作, 大大降低作业人员的劳动强度。
3.4 实现远程启停操作
在技改中通过增加一块DO卡件及24VDC继电器, 并对控制程序进行简单修改即可实现中控室对制氮撬块的远程启停操作。
4 优化后的预期效果
4.1 减少空压机加载和卸载之间的转换频次, 降低加载时产生的过激电流对电网的影响, 有效延长加卸载转换周期。
4.2 减轻空压机工作负荷, 减少空压机无效运行时间, 节约空压机功耗。
4.3 降低设备机械冲击和使用磨损率, 延长空压机、干燥器及其附件的使用寿命, 节约生产运行成本。
4.4 提高净化气品质, 降低操作员工劳动强度。
摘要：对第四净化厂空气净化系统运行现状分析, 通过空气净化系统结构、空压机的控制原理、干燥器工作原理查找目前存在的问题及原因, 制定空气净化系统优化措施。
关键词：空气净化系统,运行现状,存在问题,优化