空分装置节能降耗的途径

空分装置节能降耗的途径

摘要：本文通过对空分装置优化操作、降低各种损耗、减少冷量损失采取新流程等方面入手，探索了一些空分装置节能降耗的方法。

关键词：空分装置运行节能降耗

空分设备都是能耗大户，能源消耗占空分产品成本的70%-80%。空分的能耗问题从第一台制氧机问世以来，一直是空分技术发展的主要课题。在空分技术的发展过程中，节能降耗分别从装置设计制造和运行两方面入手，不断改进流程并提高配套单元设计的技术水平和运用现代化控制手段优化操作和管理，使空分技术逐渐向着节能、低耗的方向发展。

一、空分设备能耗分布

在空分流程中，大部分能量用来完成分离过程，仅有一小部分用于提供带压气体产品或液体产品，其能耗分布如表1：

表1 空分设备能耗分布

二、节能措施

1.压缩机系统节能

空压机是空分装置能耗最大的装置，所以降低空压机电耗是关键。要想降低电耗就必须提高空压机的等温压缩效率和机械效率，从而达到较大的节能效果。具体措施是：

1.1增大冷却器换热面积，保证换热充分；

1.2保持气体通道通畅，定期检查，及时去除积碳；

1.3降低冷却水进水温度。按照空压机效率计算公式，冷却水的温度每降低3℃，空压机的电耗就降低1%。所以，降低冷却水的温度是压缩机节能的重要措施。

1.4加强泄漏点的巡检，消除漏点，减少能量的损失；

1.5减少机械的摩擦阻力，润滑油选取要适当，同时要注意检查油温、油压等参数的变化。

2.选择气体轴承式的透平膨胀机

在低温法制氧装置中膨胀机是十分关键的机组。因为在启动制氧时，需要膨胀机提供大量的冷量使空气液化，而在正常运行时，也要依靠膨胀机制冷以补偿冷损失。选择气体轴承式的透平膨胀机，可提高透平膨胀机的效率，从而降低能耗。如果在生产过程中，气体产品以氧气为主氮气为辅，透平膨胀机可改空气轴承为氮气轴承，实现节能增效。同时不会受供电或压力波动的影响，发生突发事故。

3.精馏和换热系统节能

3.1降低精馏塔上塔压力。精馏塔上塔压力高，则液氧的气化温度亦高，如果下塔压力不变的话，这样就使的氧氮之间的温差缩小。要使氧氮易于分离，还必须增大下塔压力，随着下塔压力的升高，空压机的压力必然增大，这使得空压机轴功率增大，耗电增加；

3.2采用规整填料塔，既降低阻力损失又提高分离效率；

3.3采用长板式主换热器，缩小热端温差，使换热充分；

3.4换热器要采用绝缘性能好的材料，充填措施良好，减少跑冷损失。

4.减少空分装置的冷量损失

空分设备的冷量损失主要由以下几方面组成：（1）液态产品取出冷量损失Q0，（2）塔内泄漏损失Q1，（3）热交换不完全冷量损失Q2，（4）跑冷损失Q3。空分装置的总冷损为：Q总= Q0+ Q1+ Q2+ Q3。在稳定工况下，空分装置产冷量与总冷损是平衡的。没有外加冷源的情况下，该产冷量是由压缩空气等温节流效应△HT与膨胀机的产冷量Q两部分组成。即：△HT +Q= Q0+ Q1+ Q2+ Q3。

由空分装置冷量平衡关系式知，减少冷量损失，可以减少制冷量，从而提高空分装置的经济性。实际生产中由于一些客观条件的限制，冷损是不可能完全消除的，但可以采取一些措施来减少冷损。

4.1减少跑冷损失

空分设备内部均处于低温状态，虽然在保冷箱内充填有绝热材料，由于外部的环境温度高于内部温度，或多或少会有热量传到内部。外部传入的热量，实际上就是使低温气体的同样数量的冷量没有得到充分利用。在中小型空分装置中，跑冷损失约占总冷损的一半。应该采取相应的措施降低冷损：保证冷箱外壳密封严实。充装珠光砂前，必须认真检查，确保箱体密封完好，冷箱基础上的水分是否除去；充装的珠光砂必须密实，冷箱各死角一定要保温好；定期检查冷箱珠光砂，发现下沉及时补充；在运行时发现冷箱外壳结霜或“冒汗”时，有可能是塔器泄漏或珠光砂受潮，应及时处理。

4.2热交换不完全冷量冷损的控制

低温气体的冷量是通过装置内的各个换热器加以回收的。在理想情况下，低温返流气体在离开装置时，应该复热到与正流气体进装置时的温度相等。即热端温差达到零，冷量才能全部加以回收。但是，热量只能从高温物体传给低温物体。在换热器内实现从高温物质向低温物质传递热量，必定存在温差。在热端的温差△t反映了出装置的低温气体温度低于进装置的空气温度，即冷量不可能得到充分回收，该冷量损失叫“热交换不完全损失”。它与该温差的大小成正比，即热端温差越大冷损也就越大，因此，尽可能地缩小热端温差。

热端温差扩大的几种原因：膨胀量过多；热交换器表面被二氧化碳、水分和油脂冻结造成换热效果差；产品氧气、氮气及馏分气分配不当；进塔正流空气温度偏高；温差带缩短等。采取的措施包括：正确控制膨胀量；加强空压机组的脱水、纯化器工作正常。在生产周期末进行加温吹除。若是油脂在热交换器中积聚过多，则在加温后用四氟化碳进行脱脂处理；及时调整氧、氮气及馏分出塔阀门的开度；检查调整空压机、纯化器冷却水量（压力），确保冷却效果，遇冷机组保持正常运行。

三、采取新流程

在精馏塔中，应最大量的使气液进行热量交换，并获得高纯度的产品。可在精馏塔上下各设置一个冷凝器，下塔的气氮与上塔中部的液体换热，使气氮冷凝。因上塔中部的液体含氮较多，故温度较低，因而气氮的冷凝温度也可以降低，其相应的下塔顶压力也低。设置在上塔底的冷凝蒸发器Ⅱ使下塔底的空气和液氧换热，空气的冷凝温度高于气氮冷凝温度，使液氧气化，所以要求下塔底压力降低。只要两个冷凝蒸发器很好地匹配，既能保证较高的精馏效率又可以降低下塔压力，从而使空压机的能耗大幅度降低。

四、结束语

节能和环保是当今科技发展的两大主题，这些节能降耗措施中，有的简中而实用，无须大的投入，看上去微不足逍，节约的电能也不算大，但是就是这些小的节能措施，却影响着整个空分装置的能耗。在当今节能减排的大的背景下，随着科技的发展和进步，大量分析和控制软件的开发、应用，通过过程建模、先进控制、优化技术等手段，提高了企业效益，降低了能耗、确保了安全稳定运行。