空压站干燥机改造方案设计

冷冻式枯燥机改造方案设计目录TOC\o"1-2"\h\z\u1总论1编制依据1项目概况1项目背景1主要应用的标准与规22工程现状与改造容4现有主要设备情况42.2现有流程简述52.3改造容53方案设计6压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机6无热再生吸附式枯燥机8微加热再生吸附式枯燥机10鼓风加热再生吸附式枯燥机12方案选择144热工局部16热工局部改造容16主要设备与材料16主要应用的标准与规175电气局部185.1设计依据185.2设计原如此185.3设计容18环境特征18主要设备与材料18主要应用的标准与规196自控局部20自控局部改造容20主要设备与材料20主要应用的标准与规217结构局部22结构局部设计容22根底设计要求22主要应用的标准与规228投资估算23编制依据23工程估算239结论与建议24结论24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总论1.XXXX公司提供的“冷冻式枯燥机改造〞项目的设计委托单。2.XXXX公司提供的设计根底数据和技术文件，以与设计人员现场调研获取的信息。1.2项目概况XXXX公司“冷冻式枯燥机改造〞项目〔以下简称：本项目〕。XXXX公司空气压缩站。容本项目为技措项目，项目的主要容有：原有的冷冻式枯燥机改为再生式枯燥机。3/min选型，3台并联，两用一备，枯燥后要求压缩空气压力露点温度达到-20℃以下。3.再生式枯燥机的日常操作需引入现有DCS系统。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别离器，然后再进入现有的3台冷冻式枯燥机〔两用一备〕进展枯燥。现有的3台冷冻式枯燥机压力露点温度是2-10℃，但实际枯燥后的压缩空气压力露点温度达10℃以上。由于仪表风所用的压缩空气要求压力露点温度要在-20℃以下，所以在现有的三台冷冻式枯燥机后设置了一台流量为70Nm³/min的组合式枯燥机，现有组合式枯燥机的压力露点温度为≤-40℃。由于现有组合式枯燥机的流量有限，不能满足装置所需仪表风的量，故将现有的冷冻式枯燥机以与组合式枯燥机改造为再生式枯燥机。《石油化工企业设计防火规》GB50160-2008《压缩空气站设计规》GB50029-2003《工业金属管道设计规》GB50316-2000〔2008版〕《石油化工管道支吊架设计规》SH/T3073-2004《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规》SH/T3022-2011《通用用电设备配电设计规》GB50055-2011《石油化工企业生产装置电力设计技术规》SH3038-2000《电力工程电缆设计规》GB50217-2007《10kV与以下变电所设计规》GB50053-1994《交流电气装置的接地》DL/T621-1997《建筑地基根底设计规》GB50007-2011《建筑结构荷载规》GB50009-2012《混凝土结构设计规》GB50010-2010《石油化工塔型设备根底设计规》SH/T3030-2009《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》GB2625-1981《石油化工自动化仪表选型设计规》SH3005-1999《石油化工仪表管道线路设计规》SH/T3019-2003《石油化工仪表安装设计规》SH/T3104-2000《石油化工安全仪表系统设计规》SH/T3018-2003《石油化工金属管道工程施工质量验收规》GB50517-2010《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规》SH/T3548-2011《电气装置安装工程接地装置施工与验收规》GB50169-2006《电气装置安装工程电缆线路施工与验收规》GB50168-2006《电气装置安装工程盘、柜与二次回路接线施工与验收规》GB50171-2012《自动化仪表工程施工与验收规》GB50093-2013《石油化工仪表工程施工技术规程》SH/T3521-20072工程现状与改造容XXXX公司空压站现有3台离心式空压机〔两用一备〕，3台冷冻式枯燥机〔两用一备〕，1台组合式枯燥机，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160Nm³/min，排气压力为0.75MPa，排气温度约为70℃。冷冻式枯燥机单台流量为160Nm³/min，枯燥后压缩空气的压力露点温度为2-10℃。组合式枯燥机单台流量为70Nm³/min，枯燥后压缩空气的压力露点温度≤-40℃。无油隔膜式压缩机单台流量为0.2m³/min，排气压力为4.0MPa。压缩空气储罐容积为10m³，设计压力为4.0MPa。现有枯燥机布置情况如图2-1所示。图2-1现有枯燥机布置图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展压缩，经过三级压缩后压力为0.75MPa，温度约为70℃的压缩空气进入空压机后冷却器进展冷却。经空压机后冷却器冷却的压缩空气温度约为35℃，冷却后的压缩空气送至空压机后汽水别离器进展汽水别离，然后将压缩空气送至冷冻式枯燥机进展枯燥。压缩空气经冷冻式枯燥机枯燥后压力露点温度为2-10℃。枯燥后的压缩空气进入冷干机粉尘过滤器进展过滤，过滤后的大局部压缩空气直接送至厂区的压缩空气管网系统，而小局部进入组合式枯燥机进展再次枯燥。压缩空气经过组合式枯燥机枯燥后压力露点温度为-40℃，枯燥后的压缩空气进入粉尘过滤器进展过滤，过滤后的大局部压缩空气直接送至厂区的压缩空气管网系统，小局部进入无油隔膜式压缩机进展再次压缩。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.保存现有的空压机流程与压缩空气储罐流程，只更换压缩空气枯燥设备。2.将冷冻式压缩空气枯燥机更换为再生式枯燥机，枯燥后的压缩空气压力露点温度达到-20℃以下。℃以下，满足仪表风的使用要求，故将现有的组合式枯燥机拆除。3方案设计3.1压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机3.1.1压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机工作原理压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机工作原理是利用空压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，枯燥后的压缩空气压力露点温度可达-20℃以下。枯燥流程：高温高压的气体首先进入枯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展枯燥，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级后冷和别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枯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8小时，工作流程图如图3-1所示。3.1.2压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机工况要求压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机工作时所要求的进气温度为110-140℃，但是本项目中，从空压机出来的压缩空气温度只有70℃，远低于110℃以上的进气要求。如果本项目直接采用本枯燥机，枯燥剂在加热再生阶段将不能满足所要求的脱水程度，导致枯燥后的压缩空气达不到所需的压力露点温度值。假如压缩空气进展枯燥前先加热至110-140℃，再送去枯燥机进展枯燥，如此压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机能满足本项目的要求。图3-1压缩〔余热〕再生吸附式枯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装置有大量富余的低压蒸汽〔蒸汽压力为1.0MPa，温度为289℃〕，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。3.1.3压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机能耗分析压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机装机功率为1kW，枯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〕，单台枯燥能力为160Nm³/min的压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机综合能耗约为21.1kW。3.1.4压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机综合分析压缩〔余热〕再生吸附式枯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。本项目采用此枯燥机只需先把压缩空气加热到110-140℃，然后再进展枯燥，即可满足压缩空气枯燥后的露点温度≤-20℃的要求。无热再生吸附式枯燥机是利用枯燥剂〔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，使枯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枯燥，然后让它流过未接通气流的需再生的枯燥剂层〔即已吸收足够水汽的枯燥塔〕，枯燥的再生空气吸出枯燥剂里的水分，将其带出枯燥机来达到脱湿枯燥的目的。无热再生吸附式枯燥机一般要消耗14%左右的再生压缩空气〔此再生耗气量是枯燥机工作时间的平均值〕，如此，双塔交替循环进展以上过程，向用气点提供枯燥清洁的压缩空气。此枯燥机的一个工作周期为10分钟，枯燥后的压缩空气压力露点温度可达-20℃以下。无热再生吸附式枯燥机的流程图如图3-2所示。图3-2无热再生吸附式枯燥机工作原理流程示意图无热再生吸附式枯燥机要求最大的进气温度不得大于50℃，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35℃，能满足无热再生吸附式枯燥机的进气要求。无热再生吸附式枯燥机在吸附剂解吸再生阶段是采用枯燥后的成品压缩空气，用量为14%，按单台枯燥能力为160Nm³/min，如此再生用气量为22.4Nm³/min。空压机的装机功率为1006kW，单台流量为160Nm³/min，假如枯燥机再生耗气量为14%，每小时的再生能耗折合为空压机的能耗如此为140.8kW。无热再生吸附式枯燥机装机功率为0.2kW，单台枯燥能力为160Nm³/min的综合能耗约为141.0kW。无热再生吸附式枯燥机的特点是结构简单，阀门数量较小，如此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展吸附剂的再生，对用气量较为紧的情况不利。微加热再生吸附式枯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展枯燥的一种设备。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〔枯燥〕床层，在低温高压下，压缩空气中的水蒸气便向吸附剂外表转移也即吸附剂吸收空气中的水份至趋于平衡，使压缩空气得到枯燥，这就是吸附〔工作〕过程。其再生过程是：从枯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展加热膨胀，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，使吸附剂得到枯燥再生。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。本枯燥机为双筒结构，筒充填满吸附剂，当一吸附筒在进展枯燥工序时，另一吸附筒在进展解吸工序，一个工作周期为8小时。此枯燥机枯燥后的压缩空气压力露点温度可达-20℃以下，能满足本项目的要求。其工作流程图如图3-3所示。3-3微加热再生吸附式枯燥机工作原理流程示意图微加热再生吸附式枯燥机要求的最大进气温度不得高于43℃，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35℃，能满足进气温度的要求。单台枯燥能力为160Nm³/min的微加热再生吸附式枯燥机其电加热功率为80kW，此枯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〔此再生耗气量是枯燥机工作时间的平均值〕。本枯燥机一个工作周期为8小时，如此单罐再生时间为4小已经完成再生。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，单台枯燥能力为160Nm³/min的微加热再生吸附式枯燥机综合能耗为120.4kW。微加热再生吸附式枯燥机结构简单，压力损失少，吸附剂寿命长。与无热再生吸附式枯燥机相比，其再生耗气量相对较低，综合能耗也相对较低。鼓风加热再生吸附式枯燥机是一种节能型压缩空气枯燥装置，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枯燥机的吸附根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展加温解吸，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枯燥的成品枯燥空气，经减压后作为再生冷吹气体，对床层进展吹冷，以满足下一阶段吸附工作需要，防止空气出口露点由于存在床温而出现不稳定情形。鼓风加热再生吸附式枯燥机为双筒结构，筒充填满吸附剂，当一吸附筒在进展枯燥工序时，另一吸附筒在进展解吸工序，一个工作周期为8小时。此枯燥机枯燥后的压缩空气压力露点温度可达-20℃以下，能满足本项目的要求。其工作流程图如图3-4所示。3-4鼓风加热再生吸附式枯燥机工作原理流程示意图鼓风加热再生吸附式枯燥机要求的最大进气温度不得高于43℃，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35℃，能满要求。单台枯燥能力为160Nm³/min的鼓风加热再生吸附式枯燥机装机功率为145kW，此枯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〔此再生耗气量是枯燥机工作时间已经完成再生。将再生耗气量折合为空压机的能耗，再加上枯燥机自身的功率，单台枯燥能力为160Nm³/min的鼓风加热再生吸附式枯燥机综合能耗为110.7kW。鼓风加热再生吸附式枯燥机结构简单，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，假如本项目采用此枯燥机，需要更换枯燥机的配电柜，其费用高，而且运行耗电量大。根据上述对4种压缩空气枯燥机的分析，各枯燥机的性能、综合能耗等数据如表3.1所示。表3.1各种压缩空气枯燥机性能表名称枯燥能力(Nm³/min)压力露点温度(℃)进气温度要求(℃)再生耗气量(%)装机功率(kW)综合能耗(kW)备注压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机160-20110-1402121.1需要增设加热装置无热再生吸附式枯燥机160-20≤5014微加热再生吸附式枯燥机160-20≤43780鼓风加热再生吸附式枯燥机160-20≤432145根据表3.1数据所示，4种枯燥机中，压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机能耗最低，而且再生耗气量为2%，对空压站成品气体供气量影响较小。但此枯燥机要求压缩空气进气温度为110-140℃，而本项目空压机排气温度仅有70℃，可以先把压缩空气加热到满足的温度再进展枯燥。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与汽水别离器更换为“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〕再生吸附式枯燥机。其余3种枯燥机中，无热再生吸附式枯燥机的装机功率低，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给，且综合能耗较高，故不推荐采用。微加热再生吸附式枯燥机再生耗气量为7%，与无热再生吸附式枯燥机相比再生耗气量减少了一半，其综合能耗也较低，但此类枯燥机对空压站成品气体的输出量也有比拟大的影响，故也不推荐采用。鼓风加热再生吸附式枯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给影响较小，但是由于过高的装机功率，假如采用此枯燥机需要更换配电柜以与增加大量电缆，费用昂贵，故不推荐采用此枯燥机。4热工局部容本项目枯燥机拟采用压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机，需要先将压缩空气加热再进展枯燥，故现有的空压机后冷却器和空压机后汽水别离器需要拆除，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。现有的冷冻式枯燥机改为压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机，并更换粉尘过滤器，粉尘过滤器出口后的流程保存不变。由于枯燥机更换后压缩空气的压力露点温度已经达到-20℃以下，故拆除现有的组合式枯燥机。为了保证现有组合式枯燥机出口管路的用气，将原组合式枯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〕再生吸附式枯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存不变。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。本项目改造热工局部所需的主要设备与材料如表4.1所示。表4.1主要设备与材料表名称型号数量单位单台重量kg备注压缩〔余热〕再生吸附式枯燥机RSXY-1600流量160Nm³/min3台13000装机功率1kW220V/1PH/50HZ长*宽*高=4500*2800*3525粉尘过滤器RSG-AAR-2500F流量160Nm³/min3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60米GB/T8163无缝钢管20#φ159*6200米GB/T8163无缝钢管20#φ108*550米GB/T8163闸阀PN1.6DN200Z41H-16C15个闸阀PN1.6DN100Z41H-16C6个闸阀PN2.5DN150Z41H-252个闸阀PN2.5DN100Z41H-256个止回阀PN1.6DN200H44H-16C6个《石油化工企业设计防火规》GB50160-2008《压缩空气站设计规》GB50029-2003《工业金属管道设计规》GB50316-2000〔2008版〕《石油化工管道支吊架设计规》SH/T3073-2004《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规》SH/T3022-2011《石油化工金属管道工程施工质量验收规》GB50517-2010《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规》SH/T3548-20115电气局部5.1设计依据1.XXXX公司“冷冻式枯燥机改造〞项目的设计委托单。2.热工和其他的资料与现场相关资料。5.2设计原如此1.满足新装枯燥机机型与系统的安全可靠供电要求。2.设备选型表现目前配电技术的先进水平，并安全可靠长周期使用。5.3设计容枯燥机〔3台〕电动配线工程1.新增1台动力配电箱与电源电缆；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枯燥机〔Q-AD01~03〕；3.由原有枯燥机接地断接卡引出接地线对枯燥机、动力电缆、仪表设施与设备根底等加以接地。以上详见附图三：电缆走向平面图。本工程处于一般环境，但具有一定的火灾危险性。表主要设备与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电缆米120共3条4镀锌钢管DN20,Q235-A米185接地线BVR-50米30国家标准《通用用电设备配电设计规》GB50055-2011《电力工程电缆设计规》GB50217-2007《10kV与以下变电所设计规》GB50053-94《交流电气装置的接地》DL/T621-19975.6.2行业标准《石油化工企业生产装置电力设计技术规》SH3038-2000施工验收规《电气装置安装工程接地装置施工与验收规》GB50169-2006《电气装置安装工程电缆线路施工与验收规》GB50168-2006《电气装置安装工程盘、柜与二次回路结线施工与验收规》GB50171-20126自控局部容1.枯燥机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.枯燥机的启、停控制，电机的启、停、故障状态反应信号，通过多芯控制电缆送到DCS并组态。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2110米2阻燃铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套控制电缆2110米3镀锌钢管(GB/T3091-2008)DN40(Φ48.3×3.5)18米DN20(Φ26.9×2.8)18米4等边角钢〔GB/T706-2008〕∠40×40×4Q235-AF6米5管卡(带垫圈与螺母)1-1/2〞M635#钢6套3/4〞M535#钢6套6防爆不锈钢挠线管防爆标志:dIIBT4NGd-40×1000G1-1/2(M)-G1-1/2(FM)3根NGd-40×1000G3/4(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:dⅡBT4铝合金外表喷塑G1-1/21个G3/41个10防爆弯通穿线盒BCH-D防爆标志:dⅡBT4铝合金外表喷塑G1-1/23个G3/43个11其他材料《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》GB2625-1981《石油化工自动化仪表选型设计规》SH3005-1999《石油化工仪表管道线路设计规》SH