空压站净化系统的节能改造方案

空压站净化系统的节能改造方案摘要：本文围绕降低压缩空气中的含水量和降低空压机能耗的目标，提出了一种空压站净化系统的节能改造方案。该方案在现有的空压站的两台储气罐排水点和两只管道过滤器上安装BEK0CST50F电子液位排水器，并在冷干机后增加微热吸附式干燥机，改造后压缩空气中的含水量大大降低，同时降低了空压机的能耗。该方案对空压站的改造具有一定的指导意义。关键词：空压站；净化系统；电子液位排水器；微热吸附式干燥机；节能改造Energy-savingRenovationSchemeofAirCompressorStationPurificationSystemLiuJianhua1,2,GongGaocheng1,2,WuShijie1,2(1.HubeiChinaTobaccoIndustryCo.LTD,WuhanHubei,430040;2.HubeiXinyeTobaccoSheetDevelopmentCo.LTD,WuhanHubei,430056)Abstract:Focusingonthegoalofreducingthemoisturecontentinthecompressedairandreducingtheenergyconsumptionoftheaircompressor,thispaperproposesanenergy-savingtransformationschemeforthepurificationsystemoftheaircompressor.TheschemeinstallsBEKOCST50Felectronicleveldrainagedevicesonthetwoexhaustpointsoftheexistingaircompressorstationandtwopipefilters,andaddsamicrothermaladsorptiondryeraftertherefrigerationdryer,whichgreatlyreducesthemoisturecontentinthecompressedairafterthetransformationandreducestheenergyconsumptionoftheaircompressor.Theschemehascertainguidingsignificanceforthetransformationofaircompressorstations.Keywords:aircompressorstation;purificationsystem;electronicleveldrainagedevices;microthermaladsorptiondryer;Energy-savingrenovation1前言压缩空气作为一种重要的能源介质，在烟草薄片企业应用非常普及。在造纸法烟草薄片生产线中，压缩空气主要有工艺用压缩空气和仪表用压缩空气两种用途，其中工艺用压缩空气主要用于厂房内工艺设备运行及吹扫，仪表用气主要用于厂房内自控仪表和阀门的运行［1］。空压机输出的压缩空气里含有油分、水分和灰尘等杂质，若将此压缩空气直接用于仪表用气，将会缩短设备的寿命，甚至可能会导致整个气压传动系统工作不稳定甚至失灵。因此必须设置净化设备对压缩空气进行除油、除水、除尘，从而提高压缩空气的质量［2］。目前我公司的空压站没有干燥器这样的这样的净化装置，导致压缩空气末端含水量较大。此外，整个空压站没有安装电子液位排水器，排水一般采用时间控制式电磁阀自动排水器，这种排水方式会造成较大的压缩空气损失。为解决上述两个问题，需要对空压站的净化系统进行改造，在现有的空压站的两台储气罐排水点和两只管道过滤器上安装BEK0CST50F电子液位排水器，并在冷干机后增加微热吸附式干燥机。改造后压缩空气的利用效率得到了提高，压缩空气的品质得到了提升，整个空压系统也实现了节能降耗。2加装电子液位排水器的改造方案2.1现有系统的情况和问题目前空压系统包含的设备有喷油螺杆空压机、冷干机、过滤器和储气罐。各排水点使用的排水器除阿特拉斯空压机之外，均配备的是时间控制式电磁阀自动排水器。整个空压系统存在的问题是冷凝液没有得到及时可靠的排放，压缩空气露点值达不到系统用气质量要求，同时目前使用的排水器存在大量的压缩空气浪费。2.2产生问题的原因目前空压系统使用的是时间控制式电磁阀自动排水器，不能及时可靠地进行排水，经常堵塞，造成隐患，导致系统压力露点值偏高。电磁阀排放是定时排放，这种设置在潮湿季节（夏季），会造成冷凝液排不净。未及时排放的冷凝液在系统中，会使压缩空气的含水量超标，进而压力露点值上升，达不到用气质量的要求。冷凝液如果不及时可靠的进行排放，存在于系统中，不仅仅影响压缩空气的质量，还会对整个系统的设备造成很大的影响。冷凝液会腐蚀后端的空压设备，影响冷干机的工作效率，提高维护率，大大缩短设备的使用寿命，严重情况甚至会使设备直接报废，进而影响正常生产，造成不可预估的损失。所以，空压系统中的冷凝液应该要得到及时可靠的排放，从而提高整个系统的稳定性。此外，目前使用的排水器，会造成大量的压缩空气浪费。为了达到尽可能将冷凝液排净，电磁阀的时间设置一般都会设置为每5分钟开启5秒，在开启的5秒期间内，排放的除了冷凝液，也会有一部分的压缩空气随之排出来，这样就造成了大量的压缩空气的浪费。改造方案本改造的实施方案是在两台储气罐排水点、两只管道过滤器均安装BEK0CST50F电子液位排水器。储气罐下排水点安装BEK0CST50F。这样所有排水点的冷凝液都可以得到及时可靠的排放，保证了空压系统含水量达标。电子液位排水器的工作原理图1是BEKOCST50F电子液位排水器的工作原理。冷凝液通过排水器入口1，进入容腔2，开始时，膜阀片5处于关闭状态，压缩空气的压强通过先导气路3和电磁阀4作用于膜阀片5的上方，由于膜阀片上方的作用面积大于下方，将膜阀片紧紧压在阀座7上，并且处于密封状态。随着容腔内的液面升高至电容式液位感应器6的最高点A时，传感器给出信号，电磁阀吸合，切断先导气路。此时膜阀片上方的压力释放，通过液体作用于膜阀片下方的压力将膜阀片顶离阀座7,于是系统压力将冷凝液通过排放管8排出。如果冷凝液没有正常排放，排水器将在60秒后进入报警工作模式。此时，面板上的红色LED闪烁，如果需要，报警信号可以通过无源触点输出。当处于报警工作模式时，排水器交替与加压/卸压状态，尝试自我修复，直至恢复至正常工作状态，报警解除。在排水器长期不工作时，可智能检测排水器功能是否可靠［3］。图1电子液位排水器的优势电子液位排水器具有以下4个优势：运行经济：避免不必要的压缩空气泄露损失，解决了目前空压站的电磁阀排水器造成的压缩空气浪费问题。功能可靠：能测量包括纯油在内的任何冷凝液，提高整个空压系统的排水可靠性。易于安装：BEK0CST50F的入口和出口是平行的，而且都是普通管螺纹连接,非常简单。冷凝液的排出使用软管或硬管连接均可，空压站的日常维护人员都可以操作。操作安全：BEKOCST50F由LED指示灯显示当前的工作状态，可通过按动测试按钮来试验其功能是否正常。无源输出触点可将报警信号传送至中心控制室。此外，所有操作元件及电子控制部分防水防护等级达到IP65防护标准。对于我公司来说，数据化实时监控各个排水器的工作状态将可以轻松实现［4］。改造后的经济效益分析以下是BEKOCST50F电子液位感应式排水器的投资收益分析。根据现场测得的数据以及空压站冷干机排水点安装的电磁阀的排放周期，我们来大致计算一下一个电磁阀每年造成的压缩空气浪费量是多少。2.6.1电磁阀冷凝液产生量计算空压机流量：30m/min（正常用气量）年运行时间：6000小时/年（每天运行24小时，一年运行250天）冷凝液平均年产生量的具体计算过程如下：根据公式中各项字母的含义：M:冷凝液产生量kVe：吸入空气流量EV］：压缩空气流量V。:空压机额定流量TE:吸入空气的温度EdE:吸入空气的相对湿度Ee1:压缩空气的相对湿度［压缩空气温度T。:标准状态下入口空气温度PE:吸气压力（绝对压力）EP]:压缩空气压力（绝对压力）XE:入口空气饱和状态下的水含量（16°C时）武汉市年平均环境气温值EX]：出口空气饱和状态下的水含量（5C时）一般冷干机要达到的标准从《饱和气体的露点温度/水蒸气含量表》中可以查到：XE=22.830g/m3X1=6.790g/m3则从公式2可以得出冷凝液产生量：公式中：温度是以绝对温度数值计算（摄氏温度+273=绝对温度），故前后温度的比值都约等于1，即T0/T1约等于1，可以忽略。相对湿度eE、趴由于压缩空气通过空压机后进入冷干机，故相对湿度都是E1100%。压力的比值，空压机的前后压差损失是很小的，基本也可以忽略。由此，冷凝水的产生量MK=30m3/min*（22.830g/m3—6.790g/m?）=481.2g/min则全年的冷凝液产生量=481.2*60*24*250=173232000g=173.232m3/年2.6.2电磁阀压缩空气损失计算压缩空气流量：30m3/min年运行时间：6000小时/年时间控制电磁阀数据说明孔径：10mm（电磁阀排水口孔径）压力：6bar最大气流量：6.5m3/min开启周期设置：5分钟开5秒即开启时间为60秒/小时年电磁阀开启排气量开启时间：60秒/小时X6000小时/年=360000秒/年=6000分/年电磁开启气流量：6000分/年X6.5m3/min=39000m3/年年冷凝液排放相当于排气量年冷凝液量：173.232m3/年乘数因子（液体转换为气体）：90排水时相当于占用气流量：173.232m3/年（冷凝液）X90=15590.88m3/年（压缩空气）每年损失压缩空气量每年损失压缩空气：39000m3-15590.88m3=23409.12m32.6.3压缩空气损失价值每立方压缩空气价值每立方米压缩空气的价值二年总成本F压缩空气年产生量（m3）年总成本包括压缩机总投资的年折旧费、空压站厂房年折旧费、压缩机年运转电费、年维护费用、操作人员的年工资福利费等。经过计算一般情况下每立方米压缩空气价值为0.15--0.2元。年压缩空气损失价值年压缩空气损失价值=0.2X23409.12=4681.824元根据以下关于电磁阀排水器带来的压缩空气浪费的价值计算，我们可以得出，一个电磁阀的排水器，用在30m3/min的空压机系统中，每年会造成大约23409.12m3的压缩空气浪费，总价值在4681.824元左右。一台BEK0CST50F的价格是9200元，一台BEKOCST50F的安装费是1500元，针对一个电磁阀更换投资一台BEKOCST50F的成本来说，三个月可收回投资。而且，在收回投资的同时，厂房获得的是高品质的压缩空气，以及稳定可靠的空压系统。3加装微热吸附式干燥机的改造方案3.1现有的情况和问题从使用情况来看，目前压缩空气露点已不能满足需求，春夏高温高湿环境下压缩空气输出末端水汽凝结情况严重，已经对车间相关设备运行造成影响。根据目前压缩空气的使用情况，与专业厂家沟通研讨后确认目前压缩空气的露点过高输出的压缩空气绝对含水量较大，到了末端用户使用时由于温差变化导致水汽大量凝结，进而影响设备运行，严重时可能对用气设备造成不可修复的损坏。空气被压缩后，单位体积内所包含的水蒸气和尘埃的数量急剧上升。同时压缩过程使得空气中的水蒸气和油雾凝结成小液滴，然后与高浓度的灰尘混合形成多半为酸性的油泥，堵塞了过滤器和冷干机及储气罐的排水阀。如果没有处理能力处理这些酸性的油泥，将来会进入空气管道，腐蚀管道材料，腐蚀过滤器和储气罐排水阀，破坏气动阀门设备，影响最终产品质量，破坏精密仪器，气体高度膨胀，导致一个不安全的工作环境，存在潜在的人员伤害，降低生产效率，增加制造成本。压缩空气系统中的污染物必须要从空压机、过滤器、储气罐和冷干机中排除来。如果污染物进入空气管网，它将造成气动工具和设备损坏的频率加快，使用寿命降低，最终产品及其他可能接触到的压缩空气的材料将会被损坏或降低质量等级，压缩空气管道被腐蚀，可能产生泄露，浪费压缩空气，产生安全隐患。降低压缩空气露点，减少绝对含水量是目前解决末端压缩空气水汽凝结的最佳手段。从各方面考虑，目前压缩空气露点降至-40°C可满足生产需求，且排水次数也将大为降低。根据以上的判断和分析，我们判断当前使用的冷干机均是正常运行范围，但是车间的用气端还是水分偏多，我们判定是冷干机的露点温度（2—10C的露点设计）不能完全满足现车间设备使用需求，因此应根据实际情况进行压缩空气品质干燥机技术升级改造。3.2加装微热再生吸附干燥机在微热再生吸附干燥机中，前置的冷干机向后接吸附干燥器提供了压力露点约为2-10C的压缩空气，压缩空气进气中一部分水分先由冷干机进行冷凝处理，并且使压缩空气温度得到下降，剩余的水分随同温度较低的压缩空气进入吸附床进行吸附进而降低压缩空气的绝对含水量，使压缩空气露点温度下降至-40C。微热吸附式干燥机采用的是原装进口品牌。再生方式采用的是微热再生，工作方式是两吸附筒交替连续工作,可调节工作时间。控制器PLC采用西门子品牌可以开放接口通讯。露点温度、加热温度双控制方式可自动调整切换周期。微热吸附式干燥机采用全电脑数字化控制系统，所有的工况均以数字和文字形式显示，并提供数据采集、集控、远控、报警等功能。3.3微热再生吸附干燥机的工作原理微热再生吸附干燥机利用具有吸附性能的吸附剂来吸附压缩空气中的水分，从而达到干燥、过滤的目的。吸附剂吸附了空气中的水分达到饱和状态而失去吸附能力，为了能连续工作，必须再除掉吸附剂中的水分，让吸附剂恢复到干燥状态，这称为吸附剂的再生。图2是再生吸附式干燥机流程图。开机后，A塔作吸附运行，B塔作再生运行，在预先设定的时序控制下，截止阀2和3相继打开，待处理的潮湿压缩空气经过截止阀3进入A塔，潮湿气流在自下而上的运动过程中，内部所含的水蒸气被充满塔内、表面有无数选择性小孔的吸附剂所吸附。压缩空气本身得到干燥。约占总处理量85%左右的干燥空气经单向阀6进入