空压站干燥机改造方案设计

1、冷冻式干燥机改造方案设计1总 论11.1编制依据11.2项目概况11.3项目背景11.4主要应用的标准及规 2.2工程现状及改造容42.1现有主要设备情况 .4.2.2现有流程简述 5.2.3改造容5.3方案设计63.1压缩（余热）再生吸附式干燥机 6.3.2无热再生吸附式干燥机8.3.3微加热再生吸附式干燥机1.03.4鼓风加热再生吸附式干燥机.123.5方案选择1.44热工部分164.1热工部分改造容164.2主要设备及材料164.3主要应用的标准及规1.75电气部分185.1设计依据185.2设计原则185.3设计容185.4环境特征185.5主要设备及材料185.6主要应用的标准及规1

2、.96自控部分206.1自控部分改造容206.2主要设备及材料206.3主要应用的标准及规217结构部分227.1结构部分设计容 227.2基础设计要求227.3主要应用的标准及规228投资估算238.1编制依据238.2工程估算239结论及建议249.1结论249.2建议24附图：附图一：空压站系统图附图二：空压站设备平面布置图附图三：电缆走向平面图附表：附表一：总估算表1.1编制依据1. XXXX公司提供的“冷冻式干燥机改造”项目的设计委托单。2. XXXX公司 提供的设计基础数据和技术文件，以及设计人员现场调 研获取的信息。1.2项目概况建设单位及项目名称XXXX公司“冷冻式干燥机改造”

3、项目（以下简称：本项目）。建设地点XXXX公司空气压缩站。项目性质及容本项目为技措项目，项目的主要容有：1. 将空压站原有的冷冻式干燥机改为再生式干燥机。2. 再生式干燥机按照单台160Nm3/min选型，3台并联，两用一备，干燥 后要求压缩空气压力露点温度达到-20 C以下。3. 再生式干燥机的日常操作需引入现有 DCS系统。1.3项目背景XXXX公司空气压缩站现有3台离心式空压机（两用一备），压缩空气 从空压机出来经过空压机后冷却器冷却再进入空压机后汽水分离器，然后再进入现有的3台冷冻式干燥机（两用一备）进行干燥。现有的 3台冷冻式干 燥机压力露点温度是2-10C,但实际干燥后的压缩空气压

4、力露点温度达 10C以上。由于仪表风所用的压缩空气要求压力露点温度要在-20C以下，所以在现有的三台冷冻式干燥机后设置了一台流量为70Nm3min的组合式干燥机，现有组合式干燥机的压力露点温度为 流量有限，不能满足装置所需仪表风的量， 合式干燥机改造为再生式干燥机。1.4主要应用的标准及规设计标准石油化工企业设计防火规压缩空气站设计规工业金属管道设计规石油化工管道支吊架设计规石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规通用用电设备配电设计规石油化工企业生产装置电力设计技术规电力工程电缆设计规10kV及以下变电所设计规交流电气装置的接地建筑地基基础设计规建筑结构荷载规=40 C。由于现有组合式干燥机的故将

5、现有的冷冻式干燥机以及组GB 50160-2008GB 50029-2003GB 50316-2000 （2008 版）SH/T3073-2004SH/T 3022-2011GB 50055-2011SH 3038-2000GB 50217-2007GB 50053-1994DL/T 621-1997GB 50007-2011GB 50009-2012GB 50010-2010混凝土结构设计规石油化工塔型设备基础设计规SH/T3030-2009SH 3005-1999SH/T 3019-2003SH/T 3104-2000SH/T 3018-2003GB 50517-2010SH/T 3548

6、- 2011石油化工自动化仪表选型设计规石油化工仪表管道线路设计规石油化工仪表安装设计规石油化工安全仪表系统设计规验收标准石油化工金属管道工程施工质量验收规石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规电气装置安装工程电气装置安装工程接地装置施工及验收规电缆线路施工及验收规GB 50169-2006GB 50168-2006电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规自动化仪表工程施工及验收规GB 50171-2012GB 50093-2013石油化工仪表工程施工技术规程SH/T 3521-20072工程现状及改造容2.1现有主要设备情况XXXX公司空压站现有3台离心式空压机（两用一备），3台冷冻式

7、干 燥机（两用一备），1台组合式干燥机，1台无油隔膜式压缩机和1个压缩空 气储罐。空压机单台流量为160Nm3min，排气压力为0.75MPa,排气温度约 为70C。冷冻式干燥机单台流量为160 Nm3min，干燥后压缩空气的压力露 点温度为2-10C。组合式干燥机单台流量为 70Nm3min，干燥后压缩空气的 压力露点温度40C。无油隔膜式压缩机单台流量为 0.2 m3min，排气压力 为4.0MPa。压缩空气储罐容积为10m3,设计压力为4.0MPa。现有干燥机布 置情况如图2-1所示。图2-1现有干燥机布置图2. 2现有流程简述室外空气从自洁式空气过滤器进入，过滤后进入离心式空压机进行压

8、 缩，经过三级压缩后压力为0.75MPa,温度约为70C的压缩空气进入空压机 后冷却器进行冷却。经空压机后冷却器冷却的压缩空气温度约为 35C，冷却 后的压缩空气送至空压机后汽水分离器进行汽水分离，然后将压缩空气送至冷冻式干燥机进行干燥。压缩空气经冷冻式干燥机干燥后压力露点温度为 2-10C。干燥后的压缩空气进入冷干机粉尘过滤器进行过滤，过滤后的大部 分压缩空气直接送至厂区的压缩空气管网系统，而小部分进入组合式干燥机进行再次干燥。压缩空气经过组合式干燥机干燥后压力露点温度为-40C,干燥后的压缩空气进入粉尘过滤器进行过滤，过滤后的大部分压缩空气直接送至厂区的压缩空气管网系统，小部分进入无油隔膜

9、式压缩机进行再次压 缩。经再次压缩后压力为4.0MPa的压缩空气直接送至压缩空气储罐，压缩 空气储罐中的压缩空气经过减压阀减压后再送至厂区的压缩空气管网系统。2. 3改造容本项目的改造容主要有：1保留现有的空压机流程及压缩空气储罐流程，只更换压缩空气干燥设 备。2将冷冻式压缩空气干燥机更换为再生式干燥机，干燥后的压缩空气压 力露点温度达到-20C以下。3由于更换后的再生式压缩空气干燥机压力露点温度已经达到-20 C以下，满足仪表风的使用要求，故将现有的组合式干燥机拆除。3方案设计3.1压缩（余热）再生吸附式干燥机压缩（余热）再生吸附式干燥机工作原理压缩（余热）再生吸附式干燥机工作原理是利用空压

10、机排出的高温空气 所具有的热量，对经过吸附过程的吸附剂直接加热升温，使吸附剂得到彻底 脱水再生，由于在加热再生过程时无耗气，所以最大程度地节约了能源，干 燥后的压缩空气压力露点温度可达-20C以下。干燥流程：高温高压的气体首先进入干燥装置的再生塔里使吸附剂升温 解附，然后湿热的压缩空气经过后部冷却器冷却到常温，排除大量水份，最 后再进入吸附塔进行干燥，达到所要求的压力露点温度。当再生塔再生加热 阶段时间完成后，设备转到冷吹阶段。冷吹阶段是采用经过1级后冷和分离器处理过的压缩空气冷吹到吸附要求的常温并达到较高的干燥程度直至完 成再生等待下一个吸附循环的开始，冷吹耗气量为2%。完整的一个工作周期是

11、8小时，工作流程图如图3-1所示。压缩（余热）再生吸附式干燥机工况要求压缩（余热）再生吸附式干燥机工作时所要求的进气温度为110-140C,但是本项目中，从空压机出来的压缩空气温度只有70C，远低于110C以上的进气要求。如果本项目直接采用本干燥机，干燥剂在加热再生阶段将不能 满足所要求的脱水程度，导致干燥后的压缩空气达不到所需的压力露点温度 值。若压缩空气进行干燥前先加热至 110-140C，再送去干燥机进行干燥， 则压缩（余热）再生吸附式干燥机能满足本项目的要求。图3-1压缩（余热）再生吸附式干燥机工作原理流程示意图由于本项目建设地点位于 XXXX公司 空压站，临近的CBF装置有大量 富余

12、的低压蒸汽（蒸汽压力为I.OMPa,温度为289C）,可采用低压蒸汽来 加热压缩空气。经过计算，采用此低压蒸汽作加热介质，只需在每台空压机 出口处各增加一台外径为 DN500，总长约为4m的压缩空气-蒸汽换热器 即能满足加热压缩空气的要求。压缩（余热）再生吸附式干燥机能耗分析压缩（余热）再生吸附式干燥机装机功率为1kW,干燥机再生过程中需 要消耗2%的成品气体，空压机的装机功率为1006kW，再生能耗约为20.1kW;在不考虑蒸汽能耗的情况下（低压蒸汽为富余蒸汽，属于能源的有 效利用），单台干燥能力为160Nm3min的压缩（余热）再生吸附式干燥机综 合能耗约为21.1kW。压缩（余热）再生吸

13、附式干燥机综合分析压缩（余热）再生吸附式干燥机其再生耗气量较低，可以减少成品压缩 空气的损耗，而且装机功率低，大大降低了电能的消耗。本项目采用此干燥 机只需先把压缩空气加热到 110-140C，然后再进行干燥，即可满足压缩空 气干燥后的露点温度 W20C的要求。3.2无热再生吸附式干燥机321无热再生吸附式干燥机工作原理无热再生吸附式干燥机是利用干燥剂（活性氧化铝是具有多细孔道、高 强度的吸附剂）升压吸附的原理，使干燥剂在管网的压力下吸附，然后再减 压膨胀至大气压，这种压力变化能使膨胀的空气变得更加干燥，然后让它流 过未接通气流的需再生的干燥剂层（即已吸收足够水汽的干燥塔），干燥的再生空气吸出

14、干燥剂里的水分，将其带出干燥机来达到脱湿干燥的目的。无 热再生吸附式干燥机一般要消耗14%左右的再生压缩空气（此再生耗气量是 干燥机工作时间的平均值），如此，双塔交替循环进行以上过程，向用气点 提供干燥清洁的压缩空气。此干燥机的一个工作周期为10分钟，干燥后的压缩空气压力露点温度可达-20C以下。无热再生吸附式干燥机的流程图如 图3-2所示图3-2无热再生吸附式干燥机工作原理流程示意图无热再生吸附式干燥机工况要求无热再生吸附式干燥机要求最大的进气温度不得大于 50C，本项目中压 缩空气从空压机后冷却器出来的压缩空气温度约为 35C,能满足无热再生吸 附式干燥机的进气要求。无热再生吸附式干燥机能

15、耗分析无热再生吸附式干燥机在吸附剂解吸再生阶段是采用干燥后的成品压缩空气，用量为14%，按单台干燥能力为160Nm3min，则再生用气量为22.4Nm3min。空压机的装机功率为 1006kW，单台流量为160Nm3min，若 干燥机再生耗气量为14%，每小时的再生能耗折合为空压机的能耗则为140.8kW。无热再生吸附式干燥机装机功率为0.2kW，单台干燥能力为160Nm3/min的综合能耗约为141.0kW。324无热再生吸附式干燥机综合分析无热再生吸附式干燥机的特点是结构简单，阀门数量较小，则阀门出现 故障的概率也较低，运行可靠。但是其综合能耗相对较高，而且需要消耗大 量的成品压缩空气进行

16、吸附剂的再生，对用气量较为紧的情况不利。3.3微加热再生吸附式干燥机微加热再生吸附式干燥机工作原理微加热再生吸附式干燥机是根据变压吸附原理，应用微加热再生方法对 压缩空气进行干燥的一种设备。其工作原理是：在一定的压力下，使压缩空 气自下而上流经吸附剂（干燥）床层，在低温高压下，压缩空气中的水蒸气 便向吸附剂表面转移也即吸附剂吸收空气中的水份至趋于平衡，使压缩空气得到干燥，这就是吸附（工作）过程。其再生过程是：从干燥后的成品压缩 空气中抽取约7%的压缩空气作为再生空气，再生空气减压后送至电加热器 进行加热膨胀，经加热后的气体再与吸附水份饱和的吸附剂接触时，吸附剂 中的水份转向再生空气，直至平衡，

17、使吸附剂得到干燥再生。即在低温、高 压下压缩空气中的水份被吸附剂吸附，在高温、低压下吸附剂中的水份被解 吸。本干燥机为双筒结构，筒充填满吸附剂，当一吸附筒在进行干燥工序时， 另一吸附筒在进行解吸工序，一个工作周期为 8小时。此干燥机干燥后的压 缩空气压力露点温度可达-20 C以下，能满足本项目的要求。其工作流程图如图3-3所示332微加热再生吸附式干燥机工况要求微加热再生吸附式干燥机要求的最大进气温度不得高于 43C,本项目中 压缩空气从空压机后冷却器出来的压缩空气温度约为 35C,能满足进气温度 的要求。微加热再生吸附式干燥机能耗分析单台干燥能力为160Nm3min的微加热再生吸附式干燥机其

18、电加热功率 为80kW，此干燥机在吸附剂解吸再生阶段是利用约 7%的成品压缩空气作为 再生空气（此再生耗气量是干燥机工作时间的平均值）。本干燥机一个工作 周期为8小时，则单罐再生时间为4小时，实际上2.5小时已经完成再生。 将再生耗气量折合为空压机的能耗，再加上电加热器的功率，单台干燥能力 为160Nm3min的微加热再生吸附式干燥机综合能耗为 120.4kW。334微加热再生吸附式干燥机综合分析微加热再生吸附式干燥机结构简单，压力损失少，吸附剂寿命长。与无 热再生吸附式干燥机相比，其再生耗气量相对较低，综合能耗也相对较低。3.4鼓风加热再生吸附式干燥机鼓风加热再生吸附式干燥机工作原理鼓风加热

19、再生吸附式干燥机是一种节能型压缩空气干燥装置，它采用环境空气鼓风再生的工艺，因此可以节省传统工艺再生所需的大量成品气。鼓风加热再生吸附式干燥机的吸附基本原理与传统吸附工艺类似，但其再生方法是鼓风再生的工艺，工艺步骤包括加热、吹冷。加热时再生气源来 自鼓风机升压后的环境空气，经加热器加热至再生温度作为吸附器床层解析 的再生气体。在再生操作时，再生加热气体对吸附床层进行加温解吸，并由 再生气体携带吸出的水蒸气，并带出吸附器。再生冷吹气体取自经过干燥的 成品干燥空气，经减压后作为再生冷吹气体，对床层进行吹冷，以满足下一 阶段吸附工作需要，避免空气出口露点由于存在床温而出现不稳定情形。鼓风加热再生吸附

20、式干燥机为双筒结构，筒充填满吸附剂，当一吸附筒 在进行干燥工序时，另一吸附筒在进行解吸工序，一个工作周期为8小时。此干燥机干燥后的压缩空气压力露点温度可达-20C以下，能满足本项目的要求。其工作流程图如图3-4所示342鼓风加热再生吸附式干燥机工况要求鼓风加热再生吸附式干燥机要求的最大进气温度不得高于43C,本项目中压缩空气从空压机后冷却器出来的压缩空气温度约为35C，能满要求。鼓风加热再生吸附式干燥机单台干燥能力为160Nm3min的鼓风加热再生吸附式干燥机装机功率为145kW，此干燥机在吸附剂解吸再生阶段是利用约2%的成品压缩空气作为再生空气(此再生耗气量是干燥机工作时间的平均值)。本干燥

21、机一个工作 周期为8小时，则单罐再生时间为4小时，实际上2.5小时已经完成再生。 将再生耗气量折合为空压机的能耗，再加上干燥机自身的功率，单台干燥能 力为160Nm3min的鼓风加热再生吸附式干燥机综合能耗为110.7kW。鼓风加热再生吸附式干燥机综合分析鼓风加热再生吸附式干燥机结构简单，再生加热采用环境空气，具有节 能优势，再生耗气量为2%,对于用气量紧的场合较为适合。但是其装机功 率高，若本项目采用此干燥机，需要更换干燥机的配电柜，其费用高，而且 运行耗电量大。3.5方案选择根据上述对4种压缩空气干燥机的分析，各干燥机的性能、综合能耗等数据如表3.1所示。表3.1各种压缩空气干燥机性能表名

22、称干燥能力(Nm3/mi n)压力露点 温度(C)进气温度 要求 徑)再生耗气量(%)装机 功率(kW)综合能 耗(kW)备注压缩(余热)再 生吸附式干燥机160-20110-1402121.1需要增设加热装置无热再生吸附式干燥机160-20 50140.2140.8微加热再生吸附式干燥机160-20 43780120.4鼓风加热再生吸附式干燥机160-20 432145110.7根据表3.1数据所示，4种干燥机中，压缩（余热）再生吸附式干燥机能耗最低，而且再生耗气量为 2%,对空压站成品气体供气量影响较小。但 此干燥机要求压缩空气进气温度为 110-140C，而本项目空压机排气温度仅 有70

23、C,可以先把压缩空气加热到满足的温度再进行干燥。由于项目建设地点附近有大量富余的低压蒸汽可用，只需把现有的空压机后冷器及汽水分离 器更换为 压缩空气-蒸汽换热器”，将低压蒸汽引至新增换热器，即可加热压 缩空气。故本项目推荐采用压缩（余热）再生吸附式干燥机。其余3种干燥机中，无热再生吸附式干燥机的装机功率低，仅需要提供控制用电即可，但其再生耗气量为14%,大大降低了空压站的成品气体的供 应，且综合能耗较高，故不推荐采用。微加热再生吸附式干燥机再生耗气量为7%，与无热再生吸附式干燥机相比再生耗气量减少了一半，其综合能耗也较低，但此类干燥机对空压站成 品气体的输出量也有比较大的影响，故也不推荐采用。

24、鼓风加热再生吸附式干燥机虽然其装机功率高，再生耗气量为2%，对空压站成品气体的供应影响较小，但是由于过高的装机功率，若采用此干燥 机需要更换配电柜以及增加大量电缆，费用昂贵，故不推荐采用此干燥机。4热工部分4.1热工部分改造容本项目干燥机拟采用压缩（余热）再生吸附式干燥机，需要先将压缩空 气加热再进行干燥，故现有的空压机后冷却器和空压机后汽水分离器需要拆 除，更换为“压缩空气-蒸汽换热器”，低压蒸汽引自附近低压蒸汽管网。现 有的冷冻式干燥机改为压缩（余热）再生吸附式干燥机，并更换粉尘过滤器, 粉尘过滤器出口后的流程保留不变。由于干燥机更换后压缩空气的压力露点温度已经达到-20C以下，故拆除现有

25、的组合式干燥机。为了保证现有组合式干燥机出口管路的用气，将原 组合式干燥机粉尘过滤器出口的管道接至成品压缩空气的总管上（经压缩（余热）再生吸附式干燥机处理后的压缩空气总管）。无油隔膜式压缩机和 压缩空气储罐的流程保留不变。改造后的系统流程图详见附图一：空压站系 统图；改造后的设备平面布置详见附图二：空压站设备平面布置图。4.2主要设备及材料本项目改造热工部分所需的主要设备及材料如表 4.1所示。表4.1主要设备及材料表名称型号数量单位单台重量kg备注压缩（余热）再生吸附式干燥机RSXY-1600 流量 160Nm3mi n3台13000装机功率1kW220V/1PH/50HZ长*宽*高=450

26、0*2800*3525粉尘过滤器RSG-AAR-2500F流量 160Nm3mi n3台240滤芯型号K(L)620AAR滤芯数量：4压缩空气-蒸汽换热器BES500-2.5-30-3/25-2IB=2003台2200无缝钢管20# 219*6.560米GB/T8163无缝钢管20# 159*6200米GB/T8163无缝钢管20# 108*550米GB/T8163闸阀PN1.6 DN200Z41H-16C15个闸阀PN1.6 DN100Z41H-16C6个闸阀PN2.5 DN150Z41H-252个闸阀PN2.5 DN100Z41H-256个止回阀PN1.6 DN200H44H-16C6个4

27、.3主要应用的标准及规石油化工企业设计防火规 压缩空气站设计规工业金属管道设计规石油化工管道支吊架设计规石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规GB 50160-2008GB 50029-2003GB 50316-2000（ 2008 版）SH/T3073-2004SH/T 3022-2011GB 50517-2010石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规SH/T3548- 2011石油化工金属管道工程施工质量验收规5电气部分5.1设计依据1. XXXX公司 冷冻式干燥机改造”项目的设计委托单。2. 热工和其他专业提供的资料及现场相关资料。5.2设计原则1满足新装干燥机机型及系统的安全可靠供电要求。2

28、设备选型体现目前配电技术的先进水平，并安全可靠长周期使用。5.3设计容531干燥机(3台)电动配线工程1. 新增1台动力配电箱及电源电缆；2. 由配电间新增动力配电箱各引一条的动力电缆沿原有电缆沟引至现场 干燥机(Q-AD0103)；3. 由原有干燥机接地断接卡引出接地线对干燥机、动力电缆、仪表设施 及设备基础等加以接地。以上详见附图三：电缆走向平面图。5.4环境特征本工程处于一般环境，但具有一定的火灾危险性。5.5主要设备及材料表5.1主要设备及材料编号设备或材料名称型号单位数量备注1动力配电箱XD10-2x10/C台1AP2电缆ZR-YJV-1kV-5x4米153电缆ZR-YJV-1kV-

29、3x2.5米120共3条4镀锌钢管DN20,Q235-A米185接地线BVR-50米305.6主要应用的标准及规561国家标准通用用电设备配电设计规电力工程电缆设计规10kV及以下变电所设计规交流电气装置的接地GB 50055-2011GB 50217-2007GB 50053-94DL/T 621-1997石油化工企业生产装置电力设计技术规SH 3038-2000行业标准施工验收规电气装置安装工程电气装置安装工程接地装置施工及验收规电缆线路施工及验收规GB 50169-2006GB 50168-2006电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规GB 50171-20126自控部分6.1

30、自控部分改造容1. 干燥机A塔B塔压力、再生排气温度、进口温度、压力露点温度、工 作电流信号可以通过一路 RS485电缆引到DCS并组态。2. 干燥机的启、停控制，电机的启、停、故障状态反馈信号，通过多芯 控制电缆送到DCS并组态。6.2主要设备及材料表6.1所需DCS卡件点数信号类型控制指示合计备注RS48533DO (冗余)66DI99备注表6.2安装材料表序号名称型号规格数量单位备注1阻燃铜芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜线编织总屏蔽计算机电缆ZR-DJYVP 2X1.5mm2110米2阻燃铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套控制电缆ZR-KVV 6X2X.5mm2110米3镀锌钢管(GB/T3091

31、-2008)DN40( 48.3 X 3.5)18米DN20( 26.9 X 2.8)18米4等边角钢(GB/T706-2008)/ 40X40X4 Q235-AF6米5管卡(带垫圈及螺母)1-1/2 ” M6 35#1 冈6套3/4 ” M5 35#1 冈6套6防爆不锈钢挠线管防爆标志:dllBT4NGd-40X1000G1-1/2(M)-G1-1/2(FM)3根NGd-40X1000G3/4(M)-G3/4(FM)3根7防爆密封接头 防爆标志:dIIBT4G1-1/2()3个G3/4()3个8防爆活接头 防爆标志:dIIBT4型号规格待定3个型号规格待定3个9防爆直通穿线盒BCH-A防爆标志:dH BT4铝合金表面喷塑G1-1/21个G3/41个10防爆弯通穿线盒BCH-D防爆标志:dH BT4铝合金表面喷塑G1-1/23个G3/43个11其他材料6.3主要应用的标准及规过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号石油化工自动化