空压站干燥机改造专项方案

冷冻式干燥机改造方案设计目录TOC\o"1-2"\h\z\u1总论 11.1编制根据 11.2项目概况 11.3项目背景 11.4重要应用原则及规范 22工程现状及改造内容 42.1既有重要设备状况 42.2既有流程简述 52.3改造内容 53方案设计 63.1压缩（余热）再生吸附式干燥机 63.2无热再生吸附式干燥机 83.3微加热再生吸附式干燥机 103.4鼓风加热再生吸附式干燥机 123.5方案选取 144热工某些 164.1热工某些改造内容 164.2重要设备及材料 164.3重要应用原则及规范 175电气某些 185.1设计根据 185.2设计原则 185.3设计内容 185.4环境特性 185.5重要设备及材料 185.6重要应用原则及规范 196自控某些 206.1自控某些改造内容 206.2重要设备及材料 206.3重要应用原则及规范 217构造某些 227.1构造某些设计内容 227.2基本设计规定 227.3重要应用原则及规范 228投资估算 238.1编制根据 238.2工程估算 239结论及建议 249.1结论 249.2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1.1编制根据1.XXXX公司提供“冷冻式干燥机改造”项目设计委托单。2.XXXX公司提供设计基本数据和技术文献，以及设计人员现场调研获取信息。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（如下简称：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，项目重要内容有：1.将空压站内原有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，干燥后规定压缩空气压力露点温度达到-20℃如下。3.再生式干燥机寻常操作需引入既有DCS系统。1.3项目背景XXXX公司空气压缩站内既有3台离心式空压机（两用一备），压缩空气从空压机出来通过空压机后冷却器冷却再进入空压机后汽水分离器，然后再进入既有3台冷冻式干燥机（两用一备）进行干燥。既有3台冷冻式干燥机压力露点温度是2-10℃，但实际干燥后压缩空气压力露点温度达10℃以上。由于仪表风所用压缩空气规定压力露点温度要在-20℃如下，因此在既有三台冷冻式干燥机后设立了一台流量为70Nm³/min组合式干燥机，既有组合式干燥机压力露点温度为≤-40℃。由于既有组合式干燥机流量有限，不能满足装置所需仪表风量，故将既有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重要应用原则及规范1.4.1设计原则《石油化工公司设计防火规范》GB50160-《压缩空气站设计规范》GB50029-《工业金属管道设计规范》GB50316-（）《石油化工管道支吊架设计规范》SH/T3073-《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》SH/T3022-《通用用电设备配电设计规范》GB50055-《石油化工公司生产装置电力设计技术规范》SH3038-《电力工程电缆设计规范》GB50217-《10kV及如下变电所设计规范》GB50053-1994《交流电气装置接地》DL/T621-1997《建筑地基基本设计规范》GB50007-《建筑构造荷载规范》GB50009-《混凝土构造设计规范》GB50010-《石油化工塔型设备基本设计规范》SH/T3030-《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-《石油化工仪表安装设计规范》SH/T3104-《石油化工安全仪表系统设计规范》SH/T3018-1.4.2验收原则《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》GB50517-《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规范》SH/T3548-《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-《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-《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-《石油化工仪表工程施工技术规程》SH/T3521-2工程现状及改造内容2.1既有重要设备状况XXXX公司空压站内既有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。既有干燥机布置状况如图2-1所示。图2-1既有干燥机布置图2.2既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，通过三级压缩后压力为0.75MPa，温度约为70℃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压缩空气温度约为35℃，冷却后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℃。干燥后压缩空气进入冷干机粉尘过滤器进行过滤，过滤后大某些压缩空气直接送至厂区压缩空气管网系统，而小某些进入组合式干燥机进行再次干燥。压缩空气通过组合式干燥机干燥后压力露点温度为-40℃，干燥后压缩空气进入粉尘过滤器进行过滤，过滤后大某些压缩空气直接送至厂区压缩空气管网系统，小某些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压缩空气直接送至压缩空气储罐，压缩空气储罐中压缩空气通过减压阀减压后再送至厂区压缩空气管网系统。2.3改造内容本项目改造内容重要有：1.保存既有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，干燥后压缩空气压力露点温度达到-20℃如下。3.由于更换后再生式压缩空气干燥机压力露点温度已经达到-20℃如下，满足仪表风使用规定，故将既有组合式干燥机拆除。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运用空压机排出高温空气所具备热量，对通过吸附过程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，因此最大限度地节约了能源，干燥后压缩空气压力露点温度可达-20℃如下。干燥流程：高温高压气体一方面进入干燥装置再生塔里使吸附剂升温解附，然后湿热压缩空气通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，达到所规定压力露点温度。当再生塔再生加热阶段时间完毕后，设备转到冷吹阶段。冷吹阶段是采用通过1级后冷和分离器解决过压缩空气冷吹到吸附规定常温并达到较高干燥限度直至完毕再生等待下一种吸附循环开始，冷吹耗气量为2%。完整一种工作周期是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规定压缩（余热）再生吸附式干燥机工作时所规定进气温度为110-140℃，但是本项目中，从空压机出来压缩空气温度只有70℃，远低于110℃以上进气规定。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规定脱水限度，导致干燥后压缩空气达不到所需压力露点温度值。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规定。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CBF装置有大量富余低压蒸汽（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。通过计算，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长一台外径为DN500，总长约为4m“压缩空气-蒸汽换热器”即能满足加热压缩空气规定。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%成品气体，空压机装机功率为1006kW，再生能耗约为20.1kW；在不考虑蒸汽能耗状况下（低压蒸汽为富余蒸汽，属于能源有效运用），单台干燥能力为160Nm³/min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损耗，并且装机功率低，大大减少了电能消耗。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露点温度≤-20℃规定。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运用干燥剂（活性氧化铝是具备多细孔道、高强度吸附剂）升压吸附原理，使干燥剂在管网压力下吸附，然后再减压膨胀至大气压，这种压力变化能使膨胀空气变得更加干燥，然后让它流过未接通气流需再生干燥剂层（即已吸取足够水汽干燥塔），干燥再生空气吸出干燥剂里水分，将其带出干燥机来达到脱湿干燥目。无热再生吸附式干燥机普通要消耗14%左右再生压缩空气（此再生耗气量是干燥机工作时间内平均值），如此，双塔交替循环进行以上过程，向用气点提供干燥清洁压缩空气。此干燥机一种工作周期为10分钟，干燥后压缩空气压力露点温度可达-20℃如下。无热再生吸附式干燥机流程图如图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规定无热再生吸附式干燥机规定最大进气温度不得不不大于50℃，本项目中压缩空气从空压机后冷却器出来压缩空气温度约为35℃，能满足无热再生吸附式干燥机进气规定。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%，每小时再生能耗折合为空压机能耗则为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特点是构造简朴，阀门数量较小，则阀门浮现故障概率也较低，运营可靠。但是其综合能耗相对较高，并且需要消耗大量成品压缩空气进行吸附剂再生，对用气量较为紧张状况不利。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依照变压吸附原理，应用微加热再生办法对压缩空气进行干燥一种设备。其工作原理是：在一定压力下，使压缩空气自下而上流经吸附剂（干燥）床层，在低温高压下，压缩空气中水蒸气便向吸附剂表面转移也即吸附剂吸取空气中水份至趋于平衡，使压缩空气得到干燥，这就是吸附（工作）过程。其再生过程是：从干燥后成品压缩空气中抽取约7%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，经加热后气体再与吸附水份饱和吸附剂接触时，吸附剂中水份转向再生空气，直至平衡，使吸附剂得到干燥再生。即在低温、高压下压缩空气中水份被吸附剂吸附，在高温、低压下吸附剂中水份被解吸。本干燥机为双筒构造，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，一种工作周期为8小时。此干燥机干燥后压缩空气压力露点温度可达-20℃如下，能满足本项目规定。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规定微加热再生吸附式干燥机规定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压缩空气温度约为35℃，能满足进气温度规定。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运用约7%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平均值）。本干燥机一种工作周期为8小时，则单罐再生时间为4小时，事实上2.5小时内已经完毕再生。将再生耗气量折合为空压机能耗，再加上电加热器功率，单台干燥能力为160Nm³/min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构造简朴，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工艺，因而可以节约老式工艺再生所需大量成品气。鼓风加热再生吸附式干燥机吸附基本原理与老式吸附工艺类似，但其再生办法是鼓风再生工艺，工艺环节涉及加热、吹冷。加热时再气愤源来自鼓风机升压后环境空气，经加热器加热至再生温度作为吸附器床层解析再气愤体。在再生操作时，再生加热气体对吸附床层进行加温解吸，并由再气愤体携带吸出水蒸气，并带出吸附器。再生冷吹气体取自通过干燥成品干燥空气，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浮现不稳定情形。鼓风加热再生吸附式干燥机为双筒构造，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，一种工作周期为8小时。此干燥机干燥后压缩空气压力露点温度可达-20℃如下，能满足本项目规定。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规定鼓风加热再生吸附式干燥机规定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压缩空气温度约为35℃，能满规定。3.4.3鼓风加热再生吸附式干燥机单台干燥能力为160Nm³/min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运用约2%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平均值）。本干燥机一种工作周期为8小时，则单罐再生时间为4小时，事实上2.5小时内已经完毕再生。将再生耗气量折合为空压机能耗，再加上干燥机自身功率，单台干燥能力为160Nm³/min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构造简朴，再生加热采用环境空气，具备节能优势，再生耗气量为2%，对于用气量紧张场合较为适合。但是其装机功率高，若本项目采用此干燥机，需要更换干燥机配电柜，其费用高，并且运营耗电量大。3.5方案选取依照上述对4种压缩空气干燥机分析，各干燥机性能、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(℃)进气温度规定(℃)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160-20110-1402121.1需要增设加热装置无热再生吸附式干燥机160-20≤50140.2140.8微加热再生吸附式干燥机160-20≤43780120.4鼓风加热再生吸附式干燥机160-20≤432145110.7依照表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，并且再生耗气量为2%，对空压站成品气体供气量影响较小。但此干燥机规定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温度再进行干燥。由于项目建设地点附近有大量富余低压蒸汽可用，只需把既有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。别的3种干燥机中，无热再生吸附式干燥机装机功率低，仅需要提供控制用电即可，但其再生耗气量为14%，大大减少了空压站成品气体供应，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输出量也有比较大影响，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%，对空压站成品气体供应影响较小，但是由于过高装机功率，若采用此干燥机需要更换配电柜以及增长大量电缆，费用昂贵，故不推荐采用此干燥机。4热工某些4.1热工某些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，故既有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。既有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，粉尘过滤器出口后流程保存不变。由于干燥机更换后压缩空气压力露点温度已经达到-20℃如下，故拆除既有组合式干燥机。为了保证既有组合式干燥机出口管路用气，将原组合式干燥机粉尘过滤器出口管道接至成品压缩空气总管上（经压缩（余热）再生吸附式干燥机解决后压缩空气总管）。无油隔膜式压缩机和压缩空气储罐流程保存不变。改造后系统流程图详见附图一：空压站系统图；改造后设备平面布置详见附图二：空压站设备平面布置图。4.2重要设备及材料本项目改造热工某些所需重要设备及材料如表4.1所示。表4.1重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/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20#φ219*6.560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4.3重要应用原则及规范《石油化工公司设计防火规范》GB50160-《压缩空气站设计规范》GB50029-《工业金属管道设计规范》GB50316-（）《石油化工管道支吊架设计规范》SH/T3073-《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》SH/T3022-《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》GB50517-《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规范》SH/T3548-5电气某些5.1设计根据1.XXXX公司“冷冻式干燥机改造”项目设计委托单。2.热工和其她专业提供资料及现场有关资料。5.2设计原则1.满足新装干燥机机型及系统安全可靠供电规定。2.设备选型体现当前配电技术先进水平，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、仪表设施及设备基本等加以接地。以上详见附图三：电缆走向平面图。5.4环境特性本工程处在普通环境，但具备一定火灾危险性。5.5重要设备及材料表5.1重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1AP2电缆ZR-YJV-1kV-5x4米153电缆ZR-YJV-1kV-3x2.5米120共3条4镀锌钢管DN20,Q235-A米185接地线BVR-50米305.6重要应用原则及规范5.6.1国标《通用用电设备配电设计规范》GB50055-《电力工程电缆设计规范》GB50217-《10kV及如下变电所设计规范》GB50053-94《交流电气装置接地》DL/T621-19975.6.2行业原则《石油化工公司生产装置电力设计技术规范》SH3038-5.6.3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-《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》GB50171-6自控某些6.1自控某些改造内容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.干燥机启、停控制，电机启、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重要设备及材料表6.1所需DCS卡件点数信号类型控制批示共计备注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ZR-DJYVP2×1.5mm2110米2阻燃铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套控制电缆ZR-KVV6×2×1.5mm2110米3镀锌钢管(GB/T3091-)DN40(Φ48.3×3.5)18米DN20(Φ26.9×2.8)18米4等边角钢（GB/T706-）∠40×40×4Q235-AF6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: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(内)3个G3/4(内)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铝合金表面喷塑G1-1/21个G3/41个10防爆弯通穿线盒BCH-D防爆标志:dⅡBT4铝合金表面喷塑G1-1/23个G3/43个11其她材料6.3重要应用原则及规范《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-《石油化工仪表安装设计规范》SH/T3104-《石油化工安全仪表系统设计规范》SH/T3018-《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-《石油化工仪表工程施工技术规程》