【壓縮機網】摘要：儀表空氣在使用過程中，用戶端時常會出現儀表空氣帶水的情況。儀表氣帶水輕則造成控制儀表誤動作，重則造成控制儀表損壞，影響生產。本文通過對儀表空氣帶水原因進行分析，找出癥狀所在并提出解決對策。
文/山東魯抗醫藥股份有限公司 郭守征 邵冬艷 姚秀麗
儀表空氣又稱儀表用壓縮空氣，是一種用于驅動氣動執行機構的氣源，在生產生活中被廣泛應用。儀表空氣在空氣壓力及空氣質量上不同于一般壓縮空氣，儀表空氣的供應壓力一般在0.4MPa-0.7MPa之間，其空氣質量在含塵量、含水量、含油量等方面在HG/T 20510-2014《儀表供氣設計規范》中明確要求。但在實際生產過程中，經常會出現儀表空氣帶水情況，對生產裝置的安全穩定運行帶來不利影響。筆者通過實際生產中遇到實際問題進行深入分析，并采取針對性的措施，儀表空氣帶水的異常逐一解決，保證了公司生產系統的穩定運行。
一、儀表空壓機及輔機介紹
儀表空氣由儀表空壓機制備，儀表空壓機根據其結構型式分為螺桿式和離心式，由于儀表空氣較工業普通壓縮空氣其使用量較小，故在企業生產中螺桿空壓機往往作為儀表壓縮機的主導機型，多數為撬裝箱式結構。螺桿空壓機分為單螺桿和雙螺桿兩種型式，其中雙螺桿空壓機由于其加工工藝性好、可靠性高等特點，在整個螺桿機市場上占到80%以上的份額，單螺桿壓縮機僅占不到20%。為滿足潔凈儀表空氣需要，無油螺桿空壓機被用于食品、制藥等領域的無菌設備的配套儀表氣源。儀表空壓機一般由空壓機主機、空氣緩沖罐、除塵過濾器、空氣凈化裝置、除水過濾器、除油過濾器等組成。空氣凈化裝置根據用戶對儀表氣壓力露點要求的不同，可以選用冷干機或吸附式干燥機，經冷干機處理后的空氣壓力露點一般在2-10℃，經吸附式干燥機凈化后的空氣壓力露點一般不大于負40℃。根據HG/T 20510-2014《儀表供氣設計規范》3.0.1規定，儀表系統氣源操作（在線）壓力下的露點，應比工作環境或歷史上當地年(季)極端最低溫度至少低10℃。故儀表空氣凈化裝置的選擇應根據外界環境溫度進行選擇，長江以南的南方地區可以選用冷干機，長江以北由于冬季氣溫均低于0℃，選擇吸附式干燥機較為合適。
二、儀表空氣除水工藝介紹
外界空氣通過吸氣過濾器進入壓縮機內部被壓縮，空氣的壓力、溫度升高，經壓縮后的高溫高壓空氣進入空氣冷卻器進行降溫（降溫介質可以是強制循環的環境空氣，也可以是降溫水），將空氣溫度降低至40℃，之后進入空氣緩沖罐，緩沖罐底部裝有排污閥，頂部或側面裝有安全閥，緩沖罐主要起到穩定外供儀表空氣氣壓的作用；自緩沖罐出來的高壓空氣進入前置過濾器，前置過濾器可對壓縮空氣進行初步過濾及凈化處理，可把大量的水分、油分及較大的顆粒物過濾掉，同時起著保護后面凈化設備的作用；之后經初步凈化的空氣進入冷干機（或吸附式干燥機）進行除濕，冷干機除濕的機理為將壓縮空氣經過制冷回路的蒸發器進一步降低高壓空氣的溫度到達壓力露點溫度2-10℃。吸附式干燥機的原理是，借助將飽和的壓縮空氣利用水分和空氣分子體積之不同，采用氣體凈化專用分子篩來濾除壓縮空氣中的飽和水蒸汽，可輕易的將水分子吸附在分子篩顆粒內，再利用再生方法來還原分子篩，其壓縮空氣露點達到-40℃。從冷干機或吸附式干燥機來的高壓空氣再進入后置式過濾器，繼續對空氣中析出的水分、油分、灰塵等進行精密過濾，經過濾后的成品空氣供應至儀表管網供各儀表執行機構使用。
三、幾種儀表空氣帶水的案例分析
1、2018年6月，我公司9#空壓機在運行中出現防喘振閥間歇動作，造成該空壓機的異常放空。電儀人員隨即檢查儀表管路無泄漏，到達執行器端的儀表空氣壓力顯示正常，進一步檢查發現，執行器前的空氣過濾器減壓閥內有大量凝水，部分凝水進到氣動執行機構腔體，后通過將執行機構內腔、過濾器減壓閥及儀表管內凝水排凈，機組防喘振閥恢復正常。
原因分析及對策：公司組織技術人員對儀表空氣帶水的原因進行了仔細分析，發現該空壓機儀表空氣來自于本崗位2臺20Nm3/min螺桿氣源空壓機機組，機組按照一用一備設計，空氣后處理裝置（冷干機、過濾器、除水除油器等）均配置1套，機組安裝于廠房二層平臺，由于兩臺空壓機外供空氣管與廠區總儀表空氣母管相連，當外管網空氣壓力低時，兩臺空壓機運行，冷干機存在超負荷運行，造成外供儀表空氣壓力露點無法滿足設計要求；另外配置的除水、除油過濾器也存在凝水釋放閥不靈敏，造成空氣凝水排放不暢，部分凝水被帶入儀表空氣管網。為徹底解決氣源空壓機帶水問題，公司新增1套氣源空壓機的空氣凈化設備，與已有的空氣凈化設備并聯使用，同時在空氣凈化裝置末端再增加1臺油水分離器，確保進入儀表空氣管網的空氣無凝水。該措施實施后，該儀表空氣未再出現帶水現象。
2、2020年12月-2021年1月期間，我公司一合成車間經常出現進入其車間的儀表空氣管道出現冰堵，現場空氣儀表無法運行。
原因分析及對策：該車間儀表空氣來自廠區儀表空氣管網，儀表空氣由公司動力車間集中供應，空氣凈化裝置為除水、除油器，吸附式干燥機。在該車間儀表空氣管道出現問題時，其他車間未反應儀表空氣問題。檢測空壓機經凈化處理后空氣壓力露點在設計范圍內。經過對該用戶儀表空氣管道的排查，發現該用戶用氣支管接入位置在儀表空氣母管的末端下部（管道未保溫），該用氣點夜間不使用。由于北方冬季夜間溫度較低，不流動的空氣溫度接近外界環境溫度，母管末端及儀表氣支管管道內壁會析出冰晶。由于儀表管道內徑相對較小，當儀表用氣時，極易將管道內部的冰晶帶入儀表前部的空氣過濾器減壓閥處，將其通道堵塞，造成儀表空氣停供。通過對用氣量較小的儀表管道進行保溫，同時在進入廠房前設置空氣緩沖罐，夜間注意適當加大連續排污。通過以上措施，解決了該車間儀表管冰堵的問題。
3、2021年2月初，我公司另一動力崗位14#空壓機氣動防喘振閥也出現異常放空的情形，電儀人員檢查發現同樣是氣動防喘振閥執行機構前空氣過濾器減壓閥處有連續水滴流出，檢查執行機構腔體內有空氣凝水，拔出儀表空氣接管，儀表空氣內有大量凝水噴出。
原因分析及對策：該崗位儀表空氣來自于本崗位2臺30Nm3/min螺桿氣源空壓機機組，每臺機組均配備了獨立的空氣后處理裝置（緩沖罐、過濾器、吸附式干燥機、除水除油器等），兩臺氣源空壓機2020年8月份正式投入運行。2020年11月份崗位人員發現兩臺螺桿機組在運行過程中存在油位逐漸降低的情況，聯系廠家技術人員更換1臺機組油濾器，同時對空壓機缺少的潤滑油進行補加，發現儀表空氣帶水的問題后，崗位人員使用露點儀對兩臺螺桿空壓機外供儀表空氣的露點溫度進行檢測，發現儀表空氣露點溫度較設計明顯升高，結合前期空壓機出現的油位下降等原因，可以判斷是空壓機潤滑油污染了吸附式干燥機內的氧化鋁吸附劑，造成干燥機的效能下降，從而出現外供儀表空氣帶水。在對兩臺干燥機吸附劑進行了更換后，檢測外供空氣露點指標正常，氣源末端儀表過濾器未出現凝水。
四、減輕或消除儀表空氣帶水的幾點建議
1、合理匹配氣源空壓機后處理設施。根據用戶對儀表空氣需求的品質，合理選擇滿足相應壓力露點的空氣干燥裝置；另外空氣干燥設備的處理能力要大于氣源空壓機的額定排氣量，不低于空壓機排氣量的1.1倍；同時為保證空氣凈化裝置后儀表空氣不含凝水，有必要在廠家標配的除水、除油、除塵過濾器后再增加1臺空氣緩沖罐（內含不銹鋼絲網，具有再次除水除油功能），該緩沖罐還可起到穩定空氣管網壓力的作用，另外緩沖罐的管道要按照側下方進氣，上部出氣的原則進行配置，儲罐底部安裝自動凝水排放閥。
2、對儀表空氣輸送管道適當保溫，在晝夜溫差較大的地區、儀表空氣流速較慢的管段更應當進行。管網保溫，可減少儀表空氣在輸送過程中因溫度降低導致的水分析出。儀表空氣管道保溫材料可以采用橡塑棉，易于施工，效果較好。
3、為減少儀表空氣帶水對末端儀表的影響，建議在儀表空氣支管進入車間后設置簡易的空氣緩沖儲罐，儲罐底部裝設自動疏水閥，儀表空氣經空氣緩沖罐后再進入相應儀表執行機構，此方法簡單實用。
4、氣動儀表裝置前務必按照《儀表供氣設計規范》安裝空氣過濾減壓閥，可以將水分進行有效截留，避免水分進入儀表執行器內部，有效保護儀表。
5、儀表空氣管網避免與非儀表空氣管相連通，非儀表空氣一般未進行除濕，一旦連通，將導致儀表空氣品質惡化。
6、定期對儀表空氣壓力露點進行檢測，發現露點溫度異常，及時分析并采取相應措施；同時做好冷干機、吸附式干燥機、置過濾器的日常維護保養，確保設施完好。
結束語
儀表空氣相比其它動力能源雖然產量相對較小，但在生產中的作用不容小覷。儀表空氣作為關鍵設備設施相應儀表的控制氣源，要確保儀表空氣質量符合生產需求。希望通過這幾起儀表空氣帶水的問題分析，提醒同行們關注儀表空氣系統的運行，為企業生產經營的正常運行保駕護航。
第一作者簡介
郭守征（1972—），男，大學學歷，學士學位，山東魯抗醫藥股份有限公司動力車間副主任，高級工程師。
來源：本站原創
文/山東魯抗醫藥股份有限公司 郭守征 邵冬艷 姚秀麗
儀表空氣又稱儀表用壓縮空氣，是一種用于驅動氣動執行機構的氣源，在生產生活中被廣泛應用。儀表空氣在空氣壓力及空氣質量上不同于一般壓縮空氣，儀表空氣的供應壓力一般在0.4MPa-0.7MPa之間，其空氣質量在含塵量、含水量、含油量等方面在HG/T 20510-2014《儀表供氣設計規范》中明確要求。但在實際生產過程中，經常會出現儀表空氣帶水情況，對生產裝置的安全穩定運行帶來不利影響。筆者通過實際生產中遇到實際問題進行深入分析，并采取針對性的措施，儀表空氣帶水的異常逐一解決，保證了公司生產系統的穩定運行。
一、儀表空壓機及輔機介紹
儀表空氣由儀表空壓機制備，儀表空壓機根據其結構型式分為螺桿式和離心式，由于儀表空氣較工業普通壓縮空氣其使用量較小，故在企業生產中螺桿空壓機往往作為儀表壓縮機的主導機型，多數為撬裝箱式結構。螺桿空壓機分為單螺桿和雙螺桿兩種型式，其中雙螺桿空壓機由于其加工工藝性好、可靠性高等特點，在整個螺桿機市場上占到80%以上的份額，單螺桿壓縮機僅占不到20%。為滿足潔凈儀表空氣需要，無油螺桿空壓機被用于食品、制藥等領域的無菌設備的配套儀表氣源。儀表空壓機一般由空壓機主機、空氣緩沖罐、除塵過濾器、空氣凈化裝置、除水過濾器、除油過濾器等組成。空氣凈化裝置根據用戶對儀表氣壓力露點要求的不同，可以選用冷干機或吸附式干燥機，經冷干機處理后的空氣壓力露點一般在2-10℃，經吸附式干燥機凈化后的空氣壓力露點一般不大于負40℃。根據HG/T 20510-2014《儀表供氣設計規范》3.0.1規定，儀表系統氣源操作（在線）壓力下的露點，應比工作環境或歷史上當地年(季)極端最低溫度至少低10℃。故儀表空氣凈化裝置的選擇應根據外界環境溫度進行選擇，長江以南的南方地區可以選用冷干機，長江以北由于冬季氣溫均低于0℃，選擇吸附式干燥機較為合適。
二、儀表空氣除水工藝介紹
外界空氣通過吸氣過濾器進入壓縮機內部被壓縮，空氣的壓力、溫度升高，經壓縮后的高溫高壓空氣進入空氣冷卻器進行降溫（降溫介質可以是強制循環的環境空氣，也可以是降溫水），將空氣溫度降低至40℃，之后進入空氣緩沖罐，緩沖罐底部裝有排污閥，頂部或側面裝有安全閥，緩沖罐主要起到穩定外供儀表空氣氣壓的作用；自緩沖罐出來的高壓空氣進入前置過濾器，前置過濾器可對壓縮空氣進行初步過濾及凈化處理，可把大量的水分、油分及較大的顆粒物過濾掉，同時起著保護后面凈化設備的作用；之后經初步凈化的空氣進入冷干機（或吸附式干燥機）進行除濕，冷干機除濕的機理為將壓縮空氣經過制冷回路的蒸發器進一步降低高壓空氣的溫度到達壓力露點溫度2-10℃。吸附式干燥機的原理是，借助將飽和的壓縮空氣利用水分和空氣分子體積之不同，采用氣體凈化專用分子篩來濾除壓縮空氣中的飽和水蒸汽，可輕易的將水分子吸附在分子篩顆粒內，再利用再生方法來還原分子篩，其壓縮空氣露點達到-40℃。從冷干機或吸附式干燥機來的高壓空氣再進入后置式過濾器，繼續對空氣中析出的水分、油分、灰塵等進行精密過濾，經過濾后的成品空氣供應至儀表管網供各儀表執行機構使用。
三、幾種儀表空氣帶水的案例分析
1、2018年6月，我公司9#空壓機在運行中出現防喘振閥間歇動作，造成該空壓機的異常放空。電儀人員隨即檢查儀表管路無泄漏，到達執行器端的儀表空氣壓力顯示正常，進一步檢查發現，執行器前的空氣過濾器減壓閥內有大量凝水，部分凝水進到氣動執行機構腔體，后通過將執行機構內腔、過濾器減壓閥及儀表管內凝水排凈，機組防喘振閥恢復正常。
原因分析及對策：公司組織技術人員對儀表空氣帶水的原因進行了仔細分析，發現該空壓機儀表空氣來自于本崗位2臺20Nm3/min螺桿氣源空壓機機組，機組按照一用一備設計，空氣后處理裝置（冷干機、過濾器、除水除油器等）均配置1套，機組安裝于廠房二層平臺，由于兩臺空壓機外供空氣管與廠區總儀表空氣母管相連，當外管網空氣壓力低時，兩臺空壓機運行，冷干機存在超負荷運行，造成外供儀表空氣壓力露點無法滿足設計要求；另外配置的除水、除油過濾器也存在凝水釋放閥不靈敏，造成空氣凝水排放不暢，部分凝水被帶入儀表空氣管網。為徹底解決氣源空壓機帶水問題，公司新增1套氣源空壓機的空氣凈化設備，與已有的空氣凈化設備并聯使用，同時在空氣凈化裝置末端再增加1臺油水分離器，確保進入儀表空氣管網的空氣無凝水。該措施實施后，該儀表空氣未再出現帶水現象。
2、2020年12月-2021年1月期間，我公司一合成車間經常出現進入其車間的儀表空氣管道出現冰堵，現場空氣儀表無法運行。
原因分析及對策：該車間儀表空氣來自廠區儀表空氣管網，儀表空氣由公司動力車間集中供應，空氣凈化裝置為除水、除油器，吸附式干燥機。在該車間儀表空氣管道出現問題時，其他車間未反應儀表空氣問題。檢測空壓機經凈化處理后空氣壓力露點在設計范圍內。經過對該用戶儀表空氣管道的排查，發現該用戶用氣支管接入位置在儀表空氣母管的末端下部（管道未保溫），該用氣點夜間不使用。由于北方冬季夜間溫度較低，不流動的空氣溫度接近外界環境溫度，母管末端及儀表氣支管管道內壁會析出冰晶。由于儀表管道內徑相對較小，當儀表用氣時，極易將管道內部的冰晶帶入儀表前部的空氣過濾器減壓閥處，將其通道堵塞，造成儀表空氣停供。通過對用氣量較小的儀表管道進行保溫，同時在進入廠房前設置空氣緩沖罐，夜間注意適當加大連續排污。通過以上措施，解決了該車間儀表管冰堵的問題。
3、2021年2月初，我公司另一動力崗位14#空壓機氣動防喘振閥也出現異常放空的情形，電儀人員檢查發現同樣是氣動防喘振閥執行機構前空氣過濾器減壓閥處有連續水滴流出，檢查執行機構腔體內有空氣凝水，拔出儀表空氣接管，儀表空氣內有大量凝水噴出。
原因分析及對策：該崗位儀表空氣來自于本崗位2臺30Nm3/min螺桿氣源空壓機機組，每臺機組均配備了獨立的空氣后處理裝置（緩沖罐、過濾器、吸附式干燥機、除水除油器等），兩臺氣源空壓機2020年8月份正式投入運行。2020年11月份崗位人員發現兩臺螺桿機組在運行過程中存在油位逐漸降低的情況，聯系廠家技術人員更換1臺機組油濾器，同時對空壓機缺少的潤滑油進行補加，發現儀表空氣帶水的問題后，崗位人員使用露點儀對兩臺螺桿空壓機外供儀表空氣的露點溫度進行檢測，發現儀表空氣露點溫度較設計明顯升高，結合前期空壓機出現的油位下降等原因，可以判斷是空壓機潤滑油污染了吸附式干燥機內的氧化鋁吸附劑，造成干燥機的效能下降，從而出現外供儀表空氣帶水。在對兩臺干燥機吸附劑進行了更換后，檢測外供空氣露點指標正常，氣源末端儀表過濾器未出現凝水。
四、減輕或消除儀表空氣帶水的幾點建議
1、合理匹配氣源空壓機后處理設施。根據用戶對儀表空氣需求的品質，合理選擇滿足相應壓力露點的空氣干燥裝置；另外空氣干燥設備的處理能力要大于氣源空壓機的額定排氣量，不低于空壓機排氣量的1.1倍；同時為保證空氣凈化裝置后儀表空氣不含凝水，有必要在廠家標配的除水、除油、除塵過濾器后再增加1臺空氣緩沖罐（內含不銹鋼絲網，具有再次除水除油功能），該緩沖罐還可起到穩定空氣管網壓力的作用，另外緩沖罐的管道要按照側下方進氣，上部出氣的原則進行配置，儲罐底部安裝自動凝水排放閥。
2、對儀表空氣輸送管道適當保溫，在晝夜溫差較大的地區、儀表空氣流速較慢的管段更應當進行。管網保溫，可減少儀表空氣在輸送過程中因溫度降低導致的水分析出。儀表空氣管道保溫材料可以采用橡塑棉，易于施工，效果較好。
3、為減少儀表空氣帶水對末端儀表的影響，建議在儀表空氣支管進入車間后設置簡易的空氣緩沖儲罐，儲罐底部裝設自動疏水閥，儀表空氣經空氣緩沖罐后再進入相應儀表執行機構，此方法簡單實用。
4、氣動儀表裝置前務必按照《儀表供氣設計規范》安裝空氣過濾減壓閥，可以將水分進行有效截留，避免水分進入儀表執行器內部，有效保護儀表。
5、儀表空氣管網避免與非儀表空氣管相連通，非儀表空氣一般未進行除濕，一旦連通，將導致儀表空氣品質惡化。
6、定期對儀表空氣壓力露點進行檢測，發現露點溫度異常，及時分析并采取相應措施；同時做好冷干機、吸附式干燥機、置過濾器的日常維護保養，確保設施完好。
結束語
儀表空氣相比其它動力能源雖然產量相對較小，但在生產中的作用不容小覷。儀表空氣作為關鍵設備設施相應儀表的控制氣源，要確保儀表空氣質量符合生產需求。希望通過這幾起儀表空氣帶水的問題分析，提醒同行們關注儀表空氣系統的運行，為企業生產經營的正常運行保駕護航。
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郭守征（1972—），男，大學學歷，學士學位，山東魯抗醫藥股份有限公司動力車間副主任，高級工程師。
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