空分装置节能降耗措施浅析

空分装置节能降耗措施浅析

摘要：节能降耗工作是现阶段社会经济发展主旋律，对空分装置进行设备与工

艺的有效优化能降低能耗，减少成本，提高资源实际利用率。不论是国家提出的

要求，还是企业自身发展需要，都要对节能降耗给予高度重视。

关键词：空分装置；节能降耗；措施

引言

装置的初期选型直接决定了后期运行，一套好的设备和合理科学的流程，不

仅操作起来简单可靠，而且运行稳定，能耗低，是企业谋求经济效益最大化，节

能降耗的根本所在。

1工程概况

甲公司60万t/a甲醇项目配套单套GOX90000Nm3/h空分装置，产出高压氧88000Nm3/h和低压氮15000Nm3/h。乙公司60万t/a甲醇项目配套两套KDON-43400/14300，共产出高压氧86000Nm3/h和低压氮28600Nm3/h。空分装置主要

为气化炉提供高压氧气，正常运行时为公用管网提供仪表空气、工厂空气、氮气，本装置生产的液体有液氧、液氮。

2设备选型

2.1同等生产能力下，单套装置比两套及两套以上装置制氧单耗低、成本小

单套装置不仅占地面积小，设备投资成本低，而且操作简单，易于维护，维

护投入少，损耗来源少，损耗总量小，提取率和换热效率高。只要通过维持长周

期稳定运行及缩短装置启动时间或增加后备系统等措施克服单套装置停机后无备

机的缺点后，单套大型化的优势不言而喻。

2.2空冷式凝气系统的优势

做完功的乏汽经过管道到达空冷散热器的金属表面，直接通过空气来冷凝，

蒸汽与空气进行热交换后散发到环境中，所需的冷却空气由16台变频轴流风机

提供，蒸汽冷凝后冷凝液收集至冷凝液罐，经冷凝液泵送回供水车间回收利用。

同时，利用射汽式抽气器对系统进行抽真空，抽气器设有冷却器，冷凝液同样汇

集到冷凝液罐，冷凝液泵出口冷凝液外送前经冷却器做为冷却器冷源。

当然，空冷系统也有它的不足之处：占地面积大、设备初期投资大，电耗大。尤其是电耗，几乎占了整套装置电耗的一半，2017年全年本装置电耗总量为1428.43万千瓦•时，由16台轴流风机消耗688.21万千瓦•时，每度电单价约为

0.54元，空冷系统2017年耗电费用为688.21×0.54=371.63万元。

综合来看，水冷系统比空冷系统费水，而空冷系统比水冷系统费电，能源消

耗方面，空冷系统比水冷却系统每年可节约人民币189.37万元，如果再加上循环

水泵、冷却风机等设备的消耗和维护费用，节约会更多。故从长远考虑，选用空

冷系统是比较经济的，最重要的是，大量节约了日渐紧缺的水资源。

2.3离心式压缩机的优点

离心式压缩机的气量大，结构紧凑，重量轻，尺寸小，占地面积小；运转可靠，易操作，摩擦件少，备件需用量少，维护成本小，连续运转时间长，一般可

达1-3年以上，不需要备用机组；缸体内无润滑，气体介质不会受到润滑油的污染；转速高，适宜于工业汽轮机或燃气轮机直接拖动，可以合理充分地利用能源。

2.4立式、径向流分子筛吸附器

本装置采用两台立式径向流分子筛吸附器，使用德国原装进口林德公司专利

产品LMS9300型分子筛。

立式径向流吸附器因其流速分布合理、占地面积小、设备热应力小、床层稳

定性能高、规模适应性宽等优势在大型空分的应用中已逐渐取代卧式结构。另外，立式径向流吸附器床层薄、阻力小、空气流动时的压降小，可以降低空压机排气

压力及再生污氮气压力，从而降低能耗；加热阶段，气流由内而外流动，充分利

用了热量，加热所需热量较少，加热时间72分钟，S25蒸汽用量8t/h，加热再生

气温度控制到180℃，冷吹峰值就可以达到105℃以上。

进口LMS9300型分子筛吸附容量大，使用寿命长，产品质保期为10年，现

已使用4年，就目前运行情况来看，吸附效果没有变化；强度好，粉化率低，本

装置2016年全年满负荷运行，在2017年4月份大检修时检查分子筛下沉不明显，每台吸附器仅补装了650kg，补装后现已运行11个月，吸附性能仍然没有任何变化。这样长周期运行大大的减少了更换分子筛的采购、装填费用，减少了因停机

更换分子筛的产量损失，减少了分子筛作为固体废弃物的处理费用，减少了作为

工业三废之一的固体废弃物的产生。

2.5改善膨胀量

主塔冷量主要由膨胀机提供，通常都是膨胀量越大制冷量越多，当主塔内氧

气纯度保持不变时，通过对空气膨胀量的有效提高可增加氧气产量。为了有效保

证产量，需要进行以下调节：（1）对膨胀机回流量进行调节，增大进气量，保

证制冷效果与液体量，并增加空分装置的实际产能。（2）工况保持稳定时，增

加抽气压力与进气压力，对气体产出十分有利。（3）微调换热器及进气量，增

大机前温度，随着机前温度不断提高，制冷量明显增加。然而，此时需要做好转

速控制，如果转速过快将造成安全事故[3]。（4）冷量的增加与减少主要和外界

实际温度关系密切，如果环境温度较高，则将造成较大的冷量损失，需增加制冷

量来有效弥补。

2.6减少主换热器实际冷损

对空分装置而言，其主换热器通常采用板式换热器，能回收主塔上的绝大部

分冷量，正常运行时，该换热器实际冷损占比将伴随设备能力提高而明显增大，

比如当设备能力为1000m3•h-1时，冷损占比为34.2%；当设备能力为3200m3•h-

1时，冷损占比为39.3%；当设备能力为6000m3•h-1时，冷损占比为46.0%；当

设备能力为10000m3•h-1时，冷损占比为47.0%；当设备能力为20000m3•h-1时，冷损占比为52.4%。可见，当设备能力达到20000m3•h-1时，冷损占比将超过50%，所以必须重视换热器降耗。在实际操作时，必须严格遵循各项设计原则，

对于主换热器，可使用长板式，以减小热端的温差。与此同时，使用优异性能的

保冷材料，加强冷箱的密封处理，以有效减少冷损[2]。

3其它节能降耗措施

3.1对不凝气与液氧进行定时排放

通过对不凝气体的有效定时排放，能增加有效换热面积，对其液体的积累十

分有利，能加快液体的实际产出速度。对液氧进行定期排放，可以降低碳氢化合

物浓度，降低各危险因素造成的危害，对保证设备实际运行安全有重要现实意义，应得到相关人员的高度重视。

3.2坚持定期清洗与化学清洗

对水（空）冷塔而言，其经过长时间运行，必定出现不同程度的堵塞，影响

正常的换热效果；如果换热设备长时间没有得到清洗，同样会影响实际的换热效果，此外膨胀增压机的增压端后冷却器长时间运行后，会出现温度较高等问题，

对实际运行有很大的影响。对此，在空分装置当中，所有使用循环水的设备都应