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空壓站夏季高溫工況下凈化設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀及對(duì)策
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：1346 發(fā)表時(shí)間：2020-10-19
烈日炎炎似火燒，空壓站房一團(tuán)糟，近日西安超濾技術(shù)、售后、銷售、質(zhì)管等相關(guān)部門召開了夏季設(shè)備運(yùn)行總結(jié)交流會(huì)，參會(huì)人員從各自不同角度介紹了本年度夏季高溫條件下自己在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐及感受。對(duì)我公司干燥器、過濾器及空壓站其他相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀況及對(duì)策進(jìn)行了深入分析和交流，會(huì)后由公司總經(jīng)理李大明親自撰寫專題文章《空壓站夏季高溫工況下凈化設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀及對(duì)策》。
摘要：空壓站夏季高溫條件下，半數(shù)以上空壓機(jī)和凈化設(shè)備出現(xiàn)過載甚至報(bào)警停機(jī)，其主要原因有三個(gè)：一是對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)重視不夠，表現(xiàn)為冷卻水量不足，水溫偏高，水質(zhì)偏差；二是單元產(chǎn)品選購時(shí)未顧及壓力、溫度系數(shù)和極限工況，導(dǎo)致選型偏小。系統(tǒng)缺乏備機(jī)。三是空壓機(jī)廠對(duì)未端冷卻器重視不足，甚至偷工減料，造成其排氣溫度普遍偏高，水冷機(jī)組高達(dá)45℃以上，風(fēng)冷機(jī)組更高達(dá)55℃以上。而凈化行業(yè)的規(guī)定工況：歐州為35℃，美國(guó)為38℃，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩種工況并存，某些制造廠為應(yīng)對(duì)高溫工況對(duì)吸附式干燥器最高允許進(jìn)氣溫度為40℃，冷干機(jī)在特殊設(shè)計(jì)下，最高允許進(jìn)氣溫度為45℃。
本文分析了高溫對(duì)壓縮空氣站凈化設(shè)備的影響，提出了應(yīng)對(duì)措施和解決方案。
1溫度環(huán)境、濕度對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)的影響
1.1大氣條件（溫度、相對(duì)濕度）決定了進(jìn)入空壓系統(tǒng)的總水量，另高溫、高濕會(huì)影響循環(huán)水的出水溫度，由此決定了分離器、過濾器的液態(tài)水排出量和進(jìn)入干燥器的飽和濕空氣絕對(duì)含水量（g/m3）。值得注意的是：進(jìn)入干燥器的水蒸氣量與大氣條件無直接關(guān)系，僅是飽和濕空氣溫度的單值函數(shù)。因?yàn)榧词巩?dāng)大氣相對(duì)濕度低至極干燥的20%時(shí)，壓縮到7bar并經(jīng)冷卻至常溫時(shí)也已形成過飽和濕空氣，其攜帶的冷凝水經(jīng)各種分離器、過濾器排出。所以決定干燥器吸入含水量的因素僅為冷卻水溫度（風(fēng)冷機(jī)為環(huán)境溫度）和冷卻、分離效率（見圖1）。
眾所周知，任何一種技術(shù)或產(chǎn)品不可能包打天下，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中一項(xiàng)很重要內(nèi)容就是規(guī)定了該種產(chǎn)品的適用場(chǎng)合、范圍與相關(guān)條件。一般用冷凍式壓縮空氣干燥器（JB/T10526-2005）和一般用吸附式壓縮空氣干燥器（JB/T10532-2005）的規(guī)定工況完全相同（見表1）。其中進(jìn)氣溫度規(guī)定為兩種：方案A/方案B分別規(guī)定為35℃/38℃。前者適用于溫帶區(qū)，后者適用于亞熱帶區(qū)。我國(guó)雖然幅員遼闊，但絕大部分地區(qū)夏季依然氣候炎熱，溫度偏高，南北方主要差距是濕度大小和高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，所以絕大部分生產(chǎn)廠采用了方案B，即進(jìn)氣溫度38℃±1℃。如前所述，進(jìn)氣溫度主要取決于冷卻水溫度，考慮到5℃左右換熱溫差，冷卻水規(guī)定為30℃±3℃，實(shí)際計(jì)算時(shí)大多采用32℃。值得注意的是，表1方案B中規(guī)定的冷卻空氣進(jìn)氣溫度和環(huán)境溫度均為38℃±3℃。這一數(shù)值與干燥器進(jìn)氣溫度38℃相矛盾，實(shí)際情況是大部分風(fēng)冷空壓機(jī)排氣溫度比環(huán)境溫度高8~15℃，這部分機(jī)型成為夏季高溫工況下的重災(zāi)區(qū)。
表1：干燥器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工況
1.3 高溫對(duì)吸附式干燥器的影響：
表2：飽和溫度和絕對(duì)含水量對(duì)照表：
從上表可看出：溫度從38℃升高至48℃，含水量增加63%；另從“等壓吸附圖”可看出，在干燥器工作點(diǎn)（25-45℃），等壓吸附線對(duì)溫度非常敏感，隨著溫度升高，吸附劑吸附能力大幅度下降，綜合以上兩種因素，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)規(guī)律可大致得出：溫度每升高1℃，干燥器工作負(fù)荷增加10%左右。
進(jìn)氣溫度升高的另一個(gè)負(fù)面影響是：吸附熱大量增加并導(dǎo)致干燥器排氣溫度大幅升高（8-20℃，進(jìn)氣溫度越高，吸附熱產(chǎn)生量越大）。由于吹冷過程大部分采用干燥器出口的產(chǎn)品氣，此時(shí)無疑抬高了吹冷氣的起始溫度，其溫度甚至高達(dá)50-60℃，必然導(dǎo)致吹冷不徹底，吹冷結(jié)束前塔溫仍高達(dá)80-100℃，切換后一段時(shí)間吸附塔出口溫度和露點(diǎn)溫度產(chǎn)生嚴(yán)重漂移，溫度、露點(diǎn)一般會(huì)升高20℃以上，時(shí)長(zhǎng)超過半小時(shí)。
1.4 高溫對(duì)冷干機(jī)的影響：
冷干機(jī)進(jìn)氣溫度提高不僅直接加重了制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷，同時(shí)也增添了進(jìn)氣中的水分含量，水蒸汽凝結(jié)時(shí)需要系統(tǒng)支付額外的相變潛熱，兩者均需要提供更多的冷量或能耗；高溫氣體還會(huì)加重蒸發(fā)器的負(fù)荷，有可能造成產(chǎn)品氣露點(diǎn)提高，導(dǎo)致冷干機(jī)除水能力下降。此外環(huán)境溫度或冷卻水溫度提高將直接影響冷凝器的換熱效率，導(dǎo)致系統(tǒng)制冷量大幅度下降。冷凝器溫度升高也必然引起冷凝壓力提高，當(dāng)超過設(shè)備所能承受的極限時(shí)，還有可能造成設(shè)備、人身安全事故。
1.5 高溫對(duì)除油過濾器的影響：
壓縮空氣過濾器正在制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，但在測(cè)量方法（GB/T13277.2-2015）和實(shí)驗(yàn)方法（GB/T30475.1~2-2013）中，進(jìn)氣口溫度和環(huán)境溫度均規(guī)定為20℃，值得注意的是，過濾器制造商提供的殘余含油量指標(biāo)絕大部分采用了濾芯供貨商提供的在20℃下的性能指標(biāo)，而過濾器實(shí)際工作溫度遠(yuǎn)高于20℃，其殘余含油量指標(biāo)比過濾器生產(chǎn)商提供的指標(biāo)高出數(shù)倍，甚至10倍以上都是可能的。（見表3）
表3：噴油螺桿油分在不同溫度下的油/氣比例
本表雖然沒有標(biāo)示絕對(duì)含油量，但可以看出，溫度每提高5℃，油蒸氣量增加一倍，與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)“溫度每提高5℃，殘余含油量翻一番”，兩者結(jié)論一致，這是因?yàn)楝F(xiàn)代精密/超精密技術(shù)對(duì)油氣溶膠去除率高達(dá)99%~99.99%。而任何過濾方法對(duì)氣態(tài)油蒸氣毫無作用。
油蒸氣隨著溫度降低又會(huì)凝結(jié)成液體油氣溶膠，油蒸氣也能部分沉積吸附劑表面，潤(rùn)滑油可使其喪失部分活性，嚴(yán)重時(shí)形成油中毒，導(dǎo)致吸附劑失效。
2對(duì) 策
如上所述：進(jìn)氣溫度提高將會(huì)造成干燥器、過濾器負(fù)荷增加，性能下降，甚至危及設(shè)備、人身安全。從統(tǒng)計(jì)數(shù)字看：夏季空壓機(jī)排氣溫度遠(yuǎn)高于干燥器的理想工作溫度和規(guī)定工況，為此可采用以下三種方法予以補(bǔ)救或補(bǔ)償。
2.1 當(dāng)冷卻水溫度能保證≤32℃時(shí)，可在空壓機(jī)和吸附式干燥器之間增設(shè)一低溫差高效水冷卻器（進(jìn)水與排氣溫差設(shè)計(jì)為3℃），冷卻器進(jìn)排氣溫差△t=10℃即可。
2.2 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無冷卻水或冷卻水溫本身高于35℃，同上增設(shè)一臺(tái)低溫差水冷卻器，采用冷凍水或自備冷水機(jī)組，冷凍水全流量或與循環(huán)水混合進(jìn)入冷卻器，冷卻器進(jìn)排氣溫差△t=10~15℃。
2.3 條件同上，可采用預(yù)冷+吸附，預(yù)冷機(jī)與傳統(tǒng)冷干機(jī)功能不同，前者主要用于冷卻降溫而非冷凍除水，即采用冷媒制冷方式有限降低壓縮空氣溫度，使之適合吸附式干燥器在合理溫度范圍有效工作。目前該用途產(chǎn)品屬于非標(biāo)定制，亟需規(guī)范形成系列產(chǎn)品。
2.4 正確選型：當(dāng)實(shí)際工作壓力偏低、工作溫度偏高時(shí)可參考以下修正表：
表4：壓力、溫度修正系數(shù)表（DH樣本）
從表中可看出：以7bar、35℃為基礎(chǔ)，溫度、壓力向上偏差修正值大于向下偏差的修正值。
結(jié)論：干燥器、過濾器工作溫度區(qū)域宜為25±10℃，目前在用和繼續(xù)投用的空壓機(jī)排氣溫度普遍＞40℃，為保證后續(xù)凈化設(shè)備正常運(yùn)行，應(yīng)優(yōu)先采用冷卻+凈化流程，該方法與傳統(tǒng)的冷干+吸附有本質(zhì)區(qū)別，具有更好的凈化指標(biāo)和更大的投資、運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)。本文推薦的冷卻+凈化排序依次為冷卻器—水冷機(jī)組—預(yù)冷機(jī)。三者的使用工況和降溫幅度有所不同，至于采用什么方法，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、凈化指標(biāo)和成本核算綜合考慮選擇。
本文分析了高溫對(duì)壓縮空氣站凈化設(shè)備的影響，提出了應(yīng)對(duì)措施和解決方案。
1溫度環(huán)境、濕度對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)的影響
1.1大氣條件（溫度、相對(duì)濕度）決定了進(jìn)入空壓系統(tǒng)的總水量，另高溫、高濕會(huì)影響循環(huán)水的出水溫度，由此決定了分離器、過濾器的液態(tài)水排出量和進(jìn)入干燥器的飽和濕空氣絕對(duì)含水量（g/m3）。值得注意的是：進(jìn)入干燥器的水蒸氣量與大氣條件無直接關(guān)系，僅是飽和濕空氣溫度的單值函數(shù)。因?yàn)榧词巩?dāng)大氣相對(duì)濕度低至極干燥的20%時(shí)，壓縮到7bar并經(jīng)冷卻至常溫時(shí)也已形成過飽和濕空氣，其攜帶的冷凝水經(jīng)各種分離器、過濾器排出。所以決定干燥器吸入含水量的因素僅為冷卻水溫度（風(fēng)冷機(jī)為環(huán)境溫度）和冷卻、分離效率（見圖1）。
圖1 壓縮空氣系統(tǒng)組成及流程圖
1.2 凈化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定工況：眾所周知，任何一種技術(shù)或產(chǎn)品不可能包打天下，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中一項(xiàng)很重要內(nèi)容就是規(guī)定了該種產(chǎn)品的適用場(chǎng)合、范圍與相關(guān)條件。一般用冷凍式壓縮空氣干燥器（JB/T10526-2005）和一般用吸附式壓縮空氣干燥器（JB/T10532-2005）的規(guī)定工況完全相同（見表1）。其中進(jìn)氣溫度規(guī)定為兩種：方案A/方案B分別規(guī)定為35℃/38℃。前者適用于溫帶區(qū)，后者適用于亞熱帶區(qū)。我國(guó)雖然幅員遼闊，但絕大部分地區(qū)夏季依然氣候炎熱，溫度偏高，南北方主要差距是濕度大小和高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，所以絕大部分生產(chǎn)廠采用了方案B，即進(jìn)氣溫度38℃±1℃。如前所述，進(jìn)氣溫度主要取決于冷卻水溫度，考慮到5℃左右換熱溫差，冷卻水規(guī)定為30℃±3℃，實(shí)際計(jì)算時(shí)大多采用32℃。值得注意的是，表1方案B中規(guī)定的冷卻空氣進(jìn)氣溫度和環(huán)境溫度均為38℃±3℃。這一數(shù)值與干燥器進(jìn)氣溫度38℃相矛盾，實(shí)際情況是大部分風(fēng)冷空壓機(jī)排氣溫度比環(huán)境溫度高8~15℃，這部分機(jī)型成為夏季高溫工況下的重災(zāi)區(qū)。
表1：干燥器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工況
1.3 高溫對(duì)吸附式干燥器的影響：
表2：飽和溫度和絕對(duì)含水量對(duì)照表：
從上表可看出：溫度從38℃升高至48℃，含水量增加63%；另從“等壓吸附圖”可看出，在干燥器工作點(diǎn)（25-45℃），等壓吸附線對(duì)溫度非常敏感，隨著溫度升高，吸附劑吸附能力大幅度下降，綜合以上兩種因素，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)規(guī)律可大致得出：溫度每升高1℃，干燥器工作負(fù)荷增加10%左右。
進(jìn)氣溫度升高的另一個(gè)負(fù)面影響是：吸附熱大量增加并導(dǎo)致干燥器排氣溫度大幅升高（8-20℃，進(jìn)氣溫度越高，吸附熱產(chǎn)生量越大）。由于吹冷過程大部分采用干燥器出口的產(chǎn)品氣，此時(shí)無疑抬高了吹冷氣的起始溫度，其溫度甚至高達(dá)50-60℃，必然導(dǎo)致吹冷不徹底，吹冷結(jié)束前塔溫仍高達(dá)80-100℃，切換后一段時(shí)間吸附塔出口溫度和露點(diǎn)溫度產(chǎn)生嚴(yán)重漂移，溫度、露點(diǎn)一般會(huì)升高20℃以上，時(shí)長(zhǎng)超過半小時(shí)。
1.4 高溫對(duì)冷干機(jī)的影響：
冷干機(jī)進(jìn)氣溫度提高不僅直接加重了制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷，同時(shí)也增添了進(jìn)氣中的水分含量，水蒸汽凝結(jié)時(shí)需要系統(tǒng)支付額外的相變潛熱，兩者均需要提供更多的冷量或能耗；高溫氣體還會(huì)加重蒸發(fā)器的負(fù)荷，有可能造成產(chǎn)品氣露點(diǎn)提高，導(dǎo)致冷干機(jī)除水能力下降。此外環(huán)境溫度或冷卻水溫度提高將直接影響冷凝器的換熱效率，導(dǎo)致系統(tǒng)制冷量大幅度下降。冷凝器溫度升高也必然引起冷凝壓力提高，當(dāng)超過設(shè)備所能承受的極限時(shí)，還有可能造成設(shè)備、人身安全事故。
1.5 高溫對(duì)除油過濾器的影響：
壓縮空氣過濾器正在制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，但在測(cè)量方法（GB/T13277.2-2015）和實(shí)驗(yàn)方法（GB/T30475.1~2-2013）中，進(jìn)氣口溫度和環(huán)境溫度均規(guī)定為20℃，值得注意的是，過濾器制造商提供的殘余含油量指標(biāo)絕大部分采用了濾芯供貨商提供的在20℃下的性能指標(biāo)，而過濾器實(shí)際工作溫度遠(yuǎn)高于20℃，其殘余含油量指標(biāo)比過濾器生產(chǎn)商提供的指標(biāo)高出數(shù)倍，甚至10倍以上都是可能的。（見表3）
表3：噴油螺桿油分在不同溫度下的油/氣比例
本表雖然沒有標(biāo)示絕對(duì)含油量，但可以看出，溫度每提高5℃，油蒸氣量增加一倍，與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)“溫度每提高5℃，殘余含油量翻一番”，兩者結(jié)論一致，這是因?yàn)楝F(xiàn)代精密/超精密技術(shù)對(duì)油氣溶膠去除率高達(dá)99%~99.99%。而任何過濾方法對(duì)氣態(tài)油蒸氣毫無作用。
油蒸氣隨著溫度降低又會(huì)凝結(jié)成液體油氣溶膠，油蒸氣也能部分沉積吸附劑表面，潤(rùn)滑油可使其喪失部分活性，嚴(yán)重時(shí)形成油中毒，導(dǎo)致吸附劑失效。
2對(duì) 策
如上所述：進(jìn)氣溫度提高將會(huì)造成干燥器、過濾器負(fù)荷增加，性能下降，甚至危及設(shè)備、人身安全。從統(tǒng)計(jì)數(shù)字看：夏季空壓機(jī)排氣溫度遠(yuǎn)高于干燥器的理想工作溫度和規(guī)定工況，為此可采用以下三種方法予以補(bǔ)救或補(bǔ)償。
2.1 當(dāng)冷卻水溫度能保證≤32℃時(shí)，可在空壓機(jī)和吸附式干燥器之間增設(shè)一低溫差高效水冷卻器（進(jìn)水與排氣溫差設(shè)計(jì)為3℃），冷卻器進(jìn)排氣溫差△t=10℃即可。
2.2 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無冷卻水或冷卻水溫本身高于35℃，同上增設(shè)一臺(tái)低溫差水冷卻器，采用冷凍水或自備冷水機(jī)組，冷凍水全流量或與循環(huán)水混合進(jìn)入冷卻器，冷卻器進(jìn)排氣溫差△t=10~15℃。
2.3 條件同上，可采用預(yù)冷+吸附，預(yù)冷機(jī)與傳統(tǒng)冷干機(jī)功能不同，前者主要用于冷卻降溫而非冷凍除水，即采用冷媒制冷方式有限降低壓縮空氣溫度，使之適合吸附式干燥器在合理溫度范圍有效工作。目前該用途產(chǎn)品屬于非標(biāo)定制，亟需規(guī)范形成系列產(chǎn)品。
2.4 正確選型：當(dāng)實(shí)際工作壓力偏低、工作溫度偏高時(shí)可參考以下修正表：
表4：壓力、溫度修正系數(shù)表（DH樣本）
從表中可看出：以7bar、35℃為基礎(chǔ)，溫度、壓力向上偏差修正值大于向下偏差的修正值。
結(jié)論：干燥器、過濾器工作溫度區(qū)域宜為25±10℃，目前在用和繼續(xù)投用的空壓機(jī)排氣溫度普遍＞40℃，為保證后續(xù)凈化設(shè)備正常運(yùn)行，應(yīng)優(yōu)先采用冷卻+凈化流程，該方法與傳統(tǒng)的冷干+吸附有本質(zhì)區(qū)別，具有更好的凈化指標(biāo)和更大的投資、運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)。本文推薦的冷卻+凈化排序依次為冷卻器—水冷機(jī)組—預(yù)冷機(jī)。三者的使用工況和降溫幅度有所不同，至于采用什么方法，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、凈化指標(biāo)和成本核算綜合考慮選擇。
