空压站干燥机改造方案.docx

空压站干燥机改造方案.docx

《空压站干燥机改造方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空压站干燥机改造方案.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

空压站干燥机改造方案

冷冻式干燥机改造

方案设计

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

1.1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

1.2.1建设单位及项目名称

XXXX公司“冷冻式干燥机改造”项目（以下简称：

本项目）。

1.2.2建设地点

XXXX公司空气压缩站。

1.2.3项目性质及内容

本项目为技措项目，项目的主要内容有：

1.将空压站内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℃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公司空气压缩站内现有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2-10℃，但实际干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干燥机后设置了一台流量为70Nm³/min的组合式干燥机，现有组合式干燥机的压力露点温度为≤-40℃。

由于现有组合式干燥机的流量有限，不能满足装置所需仪表风的量，故将现有的冷冻式干燥机以及组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范

1.4.1设计标准

《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008

《压缩空气站设计规范》GB50029-2003

《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008版）

《石油化工管道支吊架设计规范》SH/T3073-2004

《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》SH/T3022-2011

《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011

《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH3038-2000

《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007

《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-1994

《交流电气装置的接地》DL/T621-1997

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《石油化工塔型设备基础设计规范》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范》SH3005-1999

《石油化工仪表管道线路设计规范》SH/T3019-2003

《石油化工仪表安装设计规范》SH/T3104-2000

《石油化工安全仪表系统设计规范》SH/T3018-2003

1.4.2验收标准

《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》GB50517-2010

《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规范》SH/T3548-2011

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-2006

《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-2006

《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》

GB50171-2012

《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2013

《石油化工仪表工程施工技术规程》SH/T3521-2007

2工程现状及改造内容

2.1现有主要设备情况

XXXX公司空压站内现有3台离心式空压机（两用一备），3台冷冻式干燥机（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160Nm³/min，排气压力为0.75MPa，排气温度约为70℃。

冷冻式干燥机单台流量为160Nm³/min，干燥后压缩空气的压力露点温度为2-10℃。

组合式干燥机单台流量为70Nm³/min，干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行冷却。

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2-10℃。

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-40℃，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改造内容

本项目的改造内容主要有：

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-20℃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℃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

3.1.1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-20℃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110-140℃，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110-140℃，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公司空压站内，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160Nm³/min的压缩（余热）再生吸附式干燥机综合能耗约为21.1kW。

3.1.4压缩（余热）再生吸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110-140℃，然后再进行干燥，即可满足压缩空气干燥后的露点温度≤-20℃的要求。

3.2无热再生吸附式干燥机

3.2.1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内的平均值），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-20℃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

3.2.2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干燥机的进气要求。

3.2.3无热再生吸附式干燥机能耗分析

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160Nm³/min，则再生用气量为22.4Nm³/min。

空压机的装机功率为1006kW，单台流量为160Nm³/min，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。

3.2.4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吸附剂的再生，对用气量较为紧张的情况不利。

3.3微加热再生吸附式干燥机

3.3.1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，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，筒内充填满吸附剂，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℃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微加热再生吸附式干燥机工作原理流程示意图

3.3.2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。

3.3.3微加热再生吸附式干燥机能耗分析

单台干燥能力为160Nm³/min的微加热再生吸附式干燥机其电加热功率为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内的平均值）。

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小时内已经完成再生。

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160Nm³/min的微加热再生吸附式干燥机综合能耗为120.4kW。

3.3.4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

3.4.1鼓风加热再生吸附式干燥机工作原理

鼓风加热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。

鼓风加热再生吸附式干燥机为双筒结构，筒内充填满吸附剂，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℃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干燥机工作原理流程示意图

3.4.2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。

3.4.3鼓风加热再生吸附式干燥机

单台干燥能力为160Nm³/min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内的平均值）。

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小时内已经完成再生。

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160Nm³/min的鼓风加热再生吸附式干燥机综合能耗为110.7kW。

3.4.4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%，对于用气量紧张的场合较为适合。

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

名称

干燥能力

（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）再生吸附式干燥机

160

-20

110-140

2

1

21.1

需要增设加热装置

无热再生吸附式干燥机

160

-20

≤50

14

0.2

140.8

微加热再生吸附式干燥机

160

-20

≤43

7

80

120.4

鼓风加热再生吸附式干燥机

160

-20

≤43

2

145

110.7

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110-140℃，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内，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。

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热工部分改造内容

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-20℃以下，故拆除现有的组合式干燥机。

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160Nm³/min

3

台

13000

装机功率1kW

220V/1PH/50HZ

长*宽*高=4500*2800*3525

粉尘过滤器

RSG-AAR-2500F

流量160Nm³/min

3

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=200

3

台

2200

无缝钢管

20#φ219*6.5

60

米

GB/T8163

无缝钢管

20#φ159*6

200

米

GB/T8163

无缝钢管

20#φ108*5

50

米

GB/T8163

闸阀

PN1.6DN200

Z41H-16C

15

个

闸阀

PN1.6DN100

Z41H-16C

6

个

闸阀

PN2.5DN150

Z41H-25

2

个

闸阀

PN2.5DN100

Z41H-25

6

个

止回阀

PN1.6DN200

H44H-16C

6

个

4.3主要应用的标准及规范

《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008

《压缩空气站设计规范》GB50029-2003

《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008版）

《石油化工管道支吊架设计规范》SH/T3073-2004

《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》SH/T3022-2011

《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》GB50517-2010

《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规范》SH/T3548-2011

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.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设计内容

5.3.1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-AD01~03）；

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

1

AP

2

电缆

ZR-YJV-1kV-5x4

米

15

3

电缆

ZR-YJV-1kV-3x2.5

米

120

共3条

4

镀锌钢管

DN20,Q235-A

米

18

5

接地线

BVR-50

米

30

5.6主要应用的标准及规范

5.6.1国家标准

《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011

《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007

《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94

《交流电气装置的接地》DL/T621-1997

5.6.2行业标准

《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH3038-2000

5.6.3施工验收规范

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-2006

《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-2006

《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》

GB50171-2012

6自控部分

6.1自控部分改造内容

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

RS485

3

3

DO（冗余）

6

6

DI

9

9

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-DJYVP2×1.5mm2

110

米

2

阻燃铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套控制电缆

ZR-KVV6×2×1.5mm2

110

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-AF

6

米

5

管卡（带垫圈及螺母）

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:

dIIBT4

NGd-40×1000G1-1/2（M）-G1-1/2（FM）

3

根

NGd-40×1000G3/4（M）-G3/4（F