李存凯
江苏华电戚墅堰发电有限公司 213011
摘 要：通过介绍组合式干燥器主要组成部件及功能，了解压缩空气和冷媒在干燥器内的工艺流程，了解干燥器的工作原理，分析冬季干燥器发生冰堵现象的原因，并提出有效的预防措施，从而保障仪用空气质量。
关键词：组合式干燥器；工作原理；冰堵；预防措施
0 引言
压缩空气是电力生产中必不可少的动力能源，而干燥器是压缩空气系统中极为重要的一环。由空压机产生的高温、潮湿、含杂质的压缩空气，经过干燥器及其配套设备后变为低温、干燥、纯净的压缩空气，以供机组仪用或各项杂用。因此干燥器工作正常与否，直接影响到仪用空气质量。近些年来，由于冬季天气严寒、运行人员维护水平不足等原因，#5/6、#7/8机组多次发生干燥器冰堵现象，造成仪用空气压力下降，给机组的正常运行带来安全隐患。为避免类似事故发生，需得了解干燥器工作原理，分析冰堵原因，做好防范措施。
1 设备概况
#5/6、#7/8机组采用的是由杭州山立净化设备有限公司生产的、型号为SLAD-12-5MZ 的组合式干燥器，位于该机组空压机房内，共计3台，分别配有油水分离器、除油过滤器和除尘过滤器。其主要布局如图1所示：
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图1 干燥器设备布局图
该机以冷冻式干燥系统作前级进行预干燥，吸附式干燥系统作为后级进行精干燥，经过合理的热力设计组合，即达到了深度干燥的目的，又较大地减少了再生气的耗量，是一种低消耗、高品位的干燥器[1]。其设备主要参数如下表：
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由于干燥器冰堵发生在蒸发器内，与吸附系统无直接关系，所以本文重点介绍冷冻系统。
2 工作原理
组合式干燥器内部结构和工艺流程如图2所示。
冷冻系统干燥原理：是依据空气中水蒸气含量随着压力和温度而变化的（在一定压力下，空气中水蒸气的极限容量称作饱和含量，相对湿度100%，对应的温度为露点温度），超过饱和含量的水蒸气将呈液态的水珠析出[2]。压力越高，温度越低，露点也越低，水蒸气含量也越小。若把压缩空气通过制冷系统冷却到接近到冰点（0℃），过饱和的水蒸气就会随温度的降低呈水珠状，凝结起来。然后通过机械分离既可把水排除出来，以达到预干燥的目的。
吸附系统干燥原理：是采用特殊多孔表面的固体吸附剂，活性氧化铝、分子筛作为吸附剂，依据分子表面吸附动力学原理，采用变压吸附的原理，既在常温下，升压吸附，空气中的水分子被吸附剂表面吸附；在减压下再生，被吸附的水分子从吸附剂表面解析，由部分干燥空气反向吹洗，带出机外，从而达到深度干燥的目的[3]。
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图2 组合式干燥器结构图
2.1 主要部件
1）预冷器：利用即将流出去的的干空气所携带的冷量，去冷却新进来的、温度较高的湿空气，从而降低了制冷系统的热负荷；同时干空气的温度得以回升，防止在出口管道管壁上结露。
2）蒸发器：冷媒（氟利昂R22）与压缩空气进行热交换，低温低压液态冷媒吸收压缩空气中的热量，变成低压低温的气态冷媒回到压缩机。压缩空气中大部分水蒸气冷却而凝结成液态水排出机外。
3）压缩机：将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的过热冷媒蒸气。
4）冷凝器：高温高压的过热冷媒蒸汽与冷却介质（即冷却水）换热变为高压常温的液态冷媒。
5）膨胀阀：使高压常温的液态冷媒经过节流作用变成低压低温的液态冷媒。通过检测蒸发器出口冷媒过热度，来调节阀芯开度大小，控制进入蒸发器的冷媒流量，保证蒸发器出口冷媒全部为气态，防止压缩机发生液击。
6）热气旁通阀：冷凝器和蒸发器之间设有一只热气旁通阀，热气旁通阀的测压管与蒸发压力直接连接。当蒸发压力低于一定程度时，热气旁通阀自动开启，冷凝器中的高温冷媒蒸气直接进入蒸发器，提升蒸发温度，避免蒸发器铜管表面温度低于水的冰点而使凝结水结冰[4]。
7）吸附塔：利用吸附剂（活性氧化铝、分子筛）吸附压缩空气中水分。A、B双塔轮流切换工作，一塔吸附，一塔再生。
2.2 工艺流程
空气：高温、潮湿的压缩空气先进入预冷器，与已被冷却干燥过的压缩空气进行热交换。降温后的压缩空气流入蒸发器，再与冷媒进行热交换，其温度迅速下降，含有的水份冷凝成水滴并被排出。然后压缩空气流入工作吸附塔，被吸附剂吸走水分后，流经预冷器而流出。流出的干燥空气会有少部分用于吸附塔再生。
冷媒：由蒸发器出来的低温低压气态冷媒经压缩机压缩变成高温高压的冷媒蒸气。高温高压的冷媒蒸气流入冷凝器，其热量通过热交换被冷却介质带走，温度下降，变成了常温高压的液体。常温高压的液体冷媒流过膨胀阀，因为膨胀阀的节流作用压力降低，使得冷媒变成低温低压的液体。低压温低压的液体冷媒进入蒸发器，与压缩空气进行换热，变成低压低温气态冷媒，再进入压缩机，开始下一个循环。
当蒸发器内蒸发压力过低时，冷凝器中的高温冷媒蒸气会通过热气旁通阀直接进入蒸发器。
3 干燥器冰堵
所谓干燥器冰堵，是指蒸发器内铜管表面温度低于水的冰点，使压缩空气析出的冷凝水结冰，造成管道堵塞，阻碍压缩空气的正常流通，进而影响干燥器出口压力。
3.1原因分析
通过前文对冷冻干燥系统部件功能和工作原理的分析，可罗列出造成干燥器冰堵的主要原因大概有以下几条:
① 负荷过轻，即压缩空气流量小。蒸发器内压缩空气与液态冷媒发生换热，若压缩空气流量过小，则冷媒吸收的热量相对较少，冷媒的蒸发压力和蒸发温度均会降低，从而引起蒸发器内表面温度过低，导致冷凝水结冰。
② 环境温度过低。冬季气温低于零下，蒸发器自身温度低。且冷凝器的冷却水温度低，流经冷凝器的冷媒吸收冷量过多，导致冷媒低压过低，在蒸发器内的蒸发温度低，引起冷凝水结冰。
③ 排水口堵塞。蒸发器内压缩空气析出的冷凝水经自动排水器排出，若排水口堵塞，则会引起冷凝水淤积，容易受冷而结冰。
④ 膨胀阀开度太大。膨胀阀通过节流作用，控制进入蒸发器的冷媒的流量。若膨胀阀开度过大，则进入蒸发器的冷媒的流量过多，从而引起蒸发温度降低，引起冷凝水结冰。
⑤ 热气旁通阀未开或调节不良。热气旁通阀专为防止蒸发器结冰而设计，装在冷凝器和蒸发器之间，其测压管与蒸发压力直接连接。当蒸发压力低于一定程度时，热气旁通阀自动开启，冷凝器中的高温冷媒蒸气直接进入蒸发器，提升蒸发温度，避免蒸发器铜管表面温度过低。若热气旁通阀未开或调节不良，则蒸发温度下降时不能及时调整过来，从而引起通过表面温度过低而使冷凝水结冰。
3.2 预防措施
根据分析出的造成干燥器冰堵的主要原因，我们可以制定出相应的防范措施，在严寒天气到来之前，做好准备，避免事故发生。主要措施如下：
① 改善用气情况。适当提高压缩空气用量，保证蒸发器内压缩空气流量不低。
② 将干燥器冷却水节流或适当提高闭式水母管温度。防止冷凝器过冷度太大，导致冷媒低压过低。
③ 适当关小膨胀阀开度。顺时针旋转阀杆1/4～1/2圈，关小开度，降低冷媒流量，保证冷媒蒸汽过热度。
④ 适当开大热气旁通阀开度。逆时针旋转阀杆1/4～1/2圈，开大开度，增大高温冷媒蒸气进入蒸发器的流量，提升蒸发温度。
⑤ 加强空压机房的巡检。巡检内容包括：
a、确保空压机房门窗关好。没有冷风进来，房内温度不会过低。
b、注意观察冷媒低压指示。若冷媒低压低于规定值，及时汇报。
c、加强对干燥器的疏水。每班至少两次对蒸发器自动疏水器手动疏水，确保疏水电磁阀工作正常，确保排水口通畅无堵塞。若有冰粒堵塞，加大疏水力度，并开手动疏水阀，及时将冰粒融化排出。若是其他杂物堵塞，及时汇报，通知检修处理。
4 结论
组合式干燥器的结构复杂、部件繁多，了解了其工作原理，有助于判断和分析常见故障。本文分析了干燥器冬季出现冰堵的几点主要原因，并提出了相应的防范措施。严寒天气即将来临，运行人员需认真学习这些措施并贯彻落实，提高对干燥器的维护水平，保障仪用空气质量，保障机组安全运行。
参考文献：
[1] 王胜玮,胡仰栋,安维中,伍联营. 组合式干燥系统的分段优化设计方法[D].青岛：中国海洋大学，2006年.
[2] 许敦复,郑效东. 冷冻干燥技术与冻干机[M].北京：化学工业出版社,2005.9
[3] 王新花. 吸附式压缩空气干燥器运行分析[J].化工机械，2015,(42):90-91
[4] 蒋家立. 热气旁通阀在在冷冻式压缩空气干燥器中应用的研究[J].流体机械,1995,(23):29-31