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    壓縮機網(wǎng) >雜志精華>正文

    壓縮熱設備設計及選型問(wèn)題

      【壓縮機網(wǎng)一、壓縮熱設備流量具體應該選多大的?

      之所以把這個(gè)問(wèn)題放在最前面,是因為干燥機廠(chǎng)家的設計及銷(xiāo)售人員很少有從壓縮機、能源工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的。干燥機廠(chǎng)家的從業(yè)人員對空壓機在不同地理條件、環(huán)境條件下的吸氣量及排氣量的關(guān)系并不了解。在空壓機代理商不愿意透露過(guò)多用戶(hù)信息給干燥機廠(chǎng)家的情況下,往往會(huì )因為具體地理條件等影響因素,導致壓縮熱干燥機選型出現重大失誤。

      壓縮熱干燥機選型前,我們需要先了解兩個(gè)關(guān)于壓縮機吸氣狀態(tài)的概念:

      1.0度標方:即在1barA壓力狀態(tài)下,0℃,Rh0%狀態(tài)進(jìn)氣。

      2.工況立方:離心機一般設計工況為,1barA壓力狀態(tài)下,35℃,Rh65%狀態(tài)進(jìn)氣。

      然后我們需要了解壓縮熱干燥機的設計條件:

      1.吸附入口含濕量:對應溫度、壓力條件下g/kg或對應溫度、壓力條件下g/m3。

      g/kg可用于將設計狀態(tài)流量轉化為質(zhì)量流量來(lái)計算周期內進(jìn)入干燥機的水分;

      g/m3可用于空壓機帶壓狀態(tài)下的流量來(lái)計算周期內進(jìn)入干燥機的水分。

      2.吸附入口的流量:此流量與空壓機的吸入流量無(wú)關(guān),只等于空壓機在當前壓力下的實(shí)際排氣量。為了規范,此時(shí)可以將空壓機的實(shí)際排氣量轉換為0℃,1barA,Rh 0%狀態(tài)下的流量,或者直接使用質(zhì)量流量來(lái)規范干燥機的設計??杀WC無(wú)論空壓機的吸氣條件怎么變化,干燥機的設計只認空壓機排出的質(zhì)量流量對應的各項數據。

      為了更加深刻的理解吸氣條件的改變帶來(lái)的干燥機入口流量變化,我們以1600kW軸功率的離心機為例,1barA壓力狀態(tài)下,35℃, Rh65%狀態(tài)進(jìn)氣,大約流量為280~300m3/min 之間。我們以最常見(jiàn)的288m3/min為準,通過(guò)改變海拔高度可以得到如下數據: 

    06.JPG

      即在沿海地區,夏季條件下,此壓縮機的排氣質(zhì)量流量為:5.12kg/s;而當海拔上升至2000m時(shí),在同樣35℃,Rh 65%(實(shí)際高海拔地區平均溫度會(huì )低,相對濕度也會(huì )低,排氣質(zhì)量流量會(huì )比表格里大,實(shí)際設計需要根據氣象條件修正)的條件下排氣質(zhì)量流量只有:3.98kg/s了。那么此時(shí)我們再選用沿海地區的壓縮熱干燥機,就會(huì )出現設備選型過(guò)大。若裝機加熱器沒(méi)有備用冗余,很可能會(huì )存在再生階段無(wú)法再生完全的情況?;蛘卟捎梅至骷訜岬牧鞒?,因為入口流量的減少,必然引起分流管道與主管道出現一個(gè)壓力降,為了平衡這個(gè)壓力差,只能是增大主管道壓力降來(lái)保證分流管路的氣流匯入,此時(shí)就帶來(lái)了設備整體的壓力降的增大。

      所以壓縮熱干燥機在設計或銷(xiāo)售選型時(shí),一定要根據使用條件下空壓機排氣狀態(tài)選型,而不是根據空壓機在低海拔的標準吸氣量來(lái)選型。有些空壓機代理商或者銷(xiāo)售,會(huì )按照標準空壓機數據來(lái)詢(xún)價(jià),此時(shí)是不合理的,需要進(jìn)行流量轉換。如果不對氣量進(jìn)行修正,那么就會(huì )造成設備報價(jià)特別貴的后果。

      二、壓縮熱設備是否需要加熱器?

      這個(gè)問(wèn)題是老生常談了。只要是涉及工藝用氣,壓力露點(diǎn)需求在0℃以下,必須配置加熱器。因為不帶加熱器的情況下,吸附劑在每一次再生時(shí)都會(huì )增加水分殘余,直到到達殘余水分極大的平衡。根據吸附平衡曲線(xiàn)可知,在循環(huán)達到一定的次數后(初始露點(diǎn)可能達到-20℃甚至-40℃以下),120~130℃,三級壓縮,8barG排氣壓力的條件下,壓縮熱零氣耗干燥機的排氣露點(diǎn)會(huì )趨于0℃左右,逐漸達到平衡。

    07.JPG

      此種計算再生溫度的算法最早見(jiàn)于資料《分子篩》-1965年,中國工業(yè)出版社。后續見(jiàn)于,唐納森、德國超濾、zander、delair、UOP、林德分子篩、PPC分子篩等資料。

      但是若只是長(cháng)江以南的非山區的工業(yè)區,壓縮空氣只作為儀表氣使用,壓縮機排氣溫度在冬天也能達到110℃以上,不增加加熱器是夠用的。

      若出現某些排氣溫度較低的機型,必須需增加加熱器或者推薦使用鼓風(fēng)熱干燥機。

      其余環(huán)境溫度經(jīng)常達到0℃以下的地區或者壓縮空氣作為工藝氣時(shí),壓縮熱零氣耗干燥機必須增加輔助加熱,加熱器根據需求露點(diǎn)推算再生溫度來(lái)配置。

      參考值如下:

    08.JPG

    09.JPG

      以上數據均為等比壓縮,末級排氣壓力露點(diǎn)~55℃,且以上數據未考慮吸附過(guò)程的床層溫升的理論數據。

      三、壓縮熱零氣耗的床層吸附溫升的控制及利用

      我們在設計吸干機的時(shí)候,經(jīng)常遇到低壓用氣條件,那么我們就會(huì )遇上在35~40℃進(jìn)氣條件下,吸附床層溫升過(guò)高導致吸附劑性能急劇下降的問(wèn)題。我們以3.5barG進(jìn)氣條件下,以達到最大(以8%計算,保守值)動(dòng)態(tài)吸附容量時(shí),吸附床層溫升狀態(tài)模擬計算如下:

    10.JPG

      我們可以看到,當入口溫度高于35℃時(shí),吸附劑若采用硅膠或氧化鋁,吸附性能則幾乎沒(méi)有了。在無(wú)熱/微熱/鼓風(fēng)熱干燥機設計時(shí),最理想的做法是吸干機前端加預冷機,可完全解決這個(gè)問(wèn)題。但是我們遇到壓縮熱機型時(shí),就不是那么好加上預冷機?;蛘?a target="_blank" class="keylink">冷凍水消耗量巨大,客戶(hù)往往不接受此方案。此項目就會(huì )遇上兩種情況:

      1.懂設計的廠(chǎng)家會(huì )提出價(jià)格昂貴的方案,流程復雜,需輔以冷凍機組或消耗冷凍水。

      2.不懂設計原理的廠(chǎng)家,以常規機型猛沖,價(jià)格極其低廉。業(yè)主和設計院就會(huì )陷于兩難。

      那么如何處理這種情況呢?首先我們將用戶(hù)條件分為兩類(lèi):

      1.只需冷干機或者壓力露點(diǎn)0度以上的初級用氣條件;

      2.用戶(hù)需求PDP-40℃及以下條件的工藝氣。

      這里我們先講第二種情況,因用氣要求高,壓縮熱再生時(shí)露點(diǎn)大約為PDP57.3℃@3.5barG, 含水量極高,我們只能采用預冷/冷凍水方案降低吸附入口溫度,以保證需求露點(diǎn)條件下再生平衡,除此再無(wú)他法。

      按照壓縮熱吸附入口溫度與再生加熱溫度相關(guān)數據,把入口溫度降低至合適的溫度,再選取合適的加熱溫度即可。

      下面我們重點(diǎn)講下第一種情況。我們以200Nm3, 3.5barG為例計算,假定我們不管吸附溫升,可以由壓縮熱設計計算書(shū)得出以下數據,設計流程以分流加熱計算:

    11.JPG

      我們可以看到吸附末期床層超溫,吸附周期無(wú)余量,分流流量過(guò)多,設備整體阻力會(huì )超標。

      此時(shí)我們忽略了離心機排氣的大量熱量,分流方案雖然減小了,整機裝機功率及降低了設備制造成本,但浪費了大量的熱量。我們將設計流程改為前置全流量加熱,并加大主換熱器換熱面積降低冷卻水溫升至5℃,再看此時(shí)的數據。

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      我們可以看到,整個(gè)再生過(guò)程只需1.6小時(shí)就可以完成,我們再調整此時(shí)的吸附周期時(shí)間為2小時(shí)。

    13.JPG

      此時(shí)設備整體數據均合理可用,接觸時(shí)間、吸附溫升、動(dòng)態(tài)吸附容量、再生周期等均滿(mǎn)足各項使用條件。甚至在離心機排氣溫度超過(guò)130℃,需求露點(diǎn)僅為冷干機條件下,可暫停加熱器的使用。此方案可極大限度的利用壓縮熱,同時(shí)可避免設備因吸附劑超溫引起的問(wèn)題。

      四、無(wú)油變頻螺桿配置壓縮熱零氣耗干燥機的問(wèn)題

      類(lèi)似這種實(shí)際設計操作的問(wèn)題,我們還是以實(shí)例數據為主,數據為0海拔地區來(lái)看。

      1.空壓機型號:400 VSD - 8.6 bar(e)

      2.冷卻水條件:32℃

      3.工作壓力:7bar(e)

      4.流量范圍:22.3 - 67.3m3/min

      5.空壓機吸氣條件:

      - Relative humidity 0%.

      - Absolute inlet pressure: 1 bar (14.5 psi).

      - Intake air temperature: 20℃/68°F.

      該機型為二級壓縮,在未配置末級后冷時(shí),滿(mǎn)負荷排氣數據為:

      排氣溫度約160℃

      排氣露點(diǎn)約63.68℃@7barG

      此時(shí)若需要壓力露點(diǎn)-40℃的壓縮空氣,我們根據吸附平衡曲線(xiàn)及《再生溫度與排氣露點(diǎn)的計算》計算書(shū)(設備后冷溫升7℃設計)可以得出如下數據:

    14.JPG

      即:再生溫度約230℃,可以得到壓力露點(diǎn)-40℃以下的品質(zhì)。

      兩種數據基本吻合,此時(shí)其實(shí)達到壓力露點(diǎn)-40℃,設備已經(jīng)非常不經(jīng)濟了,設備耐溫等級需要250℃,但是考慮到用戶(hù)本來(lái)經(jīng)濟能力的問(wèn)題,成本暫且不表。我們來(lái)分析下設備運行條件下,會(huì )出現什么問(wèn)題。

      我們根據上述設備條件,進(jìn)行設計計算,我們需要得出如下兩組數據對比。

      滿(mǎn)負荷條件下:

    15.JPG

      排氣量50%條件下:

    16.JPG

      其實(shí)無(wú)油螺桿的排氣溫度不會(huì )隨著(zhù)排氣量的下降呈線(xiàn)性下降,而是在一定范圍之后不再繼續下降多少。上述兩種工況對比,若出現螺桿機變頻卸載幅度較大時(shí),加熱器功率需求會(huì )急劇下降;若加熱器分組后不采用SCR調節加熱器排氣溫度,只采用交流接觸器,在工況加卸載頻繁的時(shí)候,交流接觸器需要頻發(fā)吸合、跳脫,最終只會(huì )是短期內就燒毀。

      若上述情況采用SCR調節加熱器功率,在變頻卸載速度比較快的時(shí)候,短時(shí)間內加熱器在較大功率條件下積累的剩余熱量也會(huì )使加熱器排氣溫度超出設計/報警范圍,未采用SCR的加熱器分組交流接觸器依舊存在跳脫的可能性。

      同時(shí),在排氣量降低幅度較大時(shí),不管采用何種電加熱控制方式,都無(wú)法避免余熱積累導致加熱器筒體、門(mén)、管道、吸附塔局部瞬時(shí)遠超設計溫度,影響設備整體使用安全。此時(shí)哪怕提前接受空壓卸載信號,直接完全停止加熱以避免超溫,也存在因加卸載頻繁導致交流接觸器頻繁吸合可能燒毀的問(wèn)題(此種情況與電氣元件質(zhì)量無(wú)關(guān))。在加卸載頻繁的情況下用戶(hù)體驗感極差,設備廠(chǎng)家維護也惱火,還存在設備使用的安全風(fēng)險。

      故基于上述兩個(gè)原因:

      1.在需求壓力露點(diǎn)-40℃的條件下,再生溫度過(guò)高;

      2.實(shí)際控制過(guò)程,會(huì )出現影響設備安全或出現電氣元件頻繁燒毀。

      變頻無(wú)油螺桿不推薦配置壓縮熱設備,優(yōu)先推薦鼓風(fēng)零氣耗吸干機。

      理由如下:

      1.鼓風(fēng)零氣耗干燥機的再生氣完全來(lái)源于外界,只需要保證干燥機吸附入口流量上限不超設計值即可,吸附入口流量的下限不會(huì )影響再生過(guò)程;

      2.因相對于無(wú)油螺桿的高含濕量排氣,鼓風(fēng)熱的再生氣水蒸氣分壓更低,在需求PDP-40℃時(shí),加熱溫度約190℃即可,再生過(guò)程也不存在再生氣流量急劇變化的情況,設備整體運行穩定、安全,同時(shí)也可以因為露點(diǎn)節能模式的存在,設備處于高效節能的狀態(tài)。

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    標簽: 選型設備問(wèn)題  

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