浅谈空分设备能耗因素及节能措施

浅谈空分设备能耗因素及节能措施

摘要：节能降耗是企业提高经济效益、增强竞争力最主要的措施之一。节约能

源又是一个企业应该担负的社会责任。空分装置属于高能耗设备。所以想方设法

降低空分设备的能耗是企业所必须面临的问题。本文分析了空分设备设计节能降

耗措施。

关键词：空分设备；节能降耗；方法

在空分设备的日常生产中挖掘其潜力, 使其经济运行, 具有十分重要的意义。

空分设备属于高能耗设备，能源的消耗占了产品成本的70%以上，降低能耗可以

显著提高企业经济效益。在空分技术的发展过程中，节能降耗可以从设备的设计

制造以及运行操作管理等方面入手。

一、能耗的构成主体

空分装置能耗的构成主体如下：

由电动机驱动的压缩机组：空压机、增压机、氮压机。

空压机、氧压机、氮压机。

辅助设备包括水泵、低温液体泵、电加热器、油泵、油箱加热器及控制系统

用电。

二、空分设备设计节能降耗措施

1、采用高效率低能耗空压机组

现代空分设备已经发展到第六代全低压空分流程，低压空气流程的主要耗能

设备是空压机，空压机的设计以及制造工艺对空压机的效率影响很大。选用优良

的空压机组能给整套空分装置能耗带来极大的降低。采用三元流叶轮，冷却效果好、等温效率高的等温型空气压缩机组，可以带来比传统空压机的能耗降低3%

的效果，在大空分装置中的优势又更为突出。

1）采用先进的气动设计、高质量加工材料和高精密的制造工艺。

2）高质量的安装水平，使空压机具有良好的润滑性能、有较高的机械传动效率，从而使得空压机组能保持高效率运行。避免机组出现油压、油温超限波动，

尽量将空压机组控制在安全的运行状态之中。

3）提高机组中间冷却器的冷却效果，安排加强点检监测，预防并消除中间冷却器发生堵塞或者泄漏等故障。做好水质的软化及清洁工作，及时清洁过滤器。

4）定期消除叶轮、管道和蜗壳产生的结垢，冲洗或检修时对叶轮重做动平衡，以确保机组一直具有良好的气动性能。

5）定期拆检更换机前过滤器滤芯。选用高效的带自洁功能的空气过滤器，以尽可能提高空压机进口压力。在出口压力一定的前提下，通过提高机前压力，减

小空压机压缩比，能有效降低机组整体能耗。

2、采用填料下塔

最近几年空分规模发展迅速，除了等级规模的提高外，还有一项最重要的技

术进展就是用规整填料下塔取代了筛板塔下塔。从20世纪70年代开始，填料塔

技术由苏尔寿公司开发并成功应用于空分精馏塔。上塔和制氩系统采用了填料后，空分提取率大大提高，能耗大大降低。规整填料具有压降小，分离效率高、能耗

低的显著优点，塔径小，液体滞流量少，操作弹性范围大，适应性强，采用规整

填料可有效地降低塔阻力，提高分离效率和操作稳定性。

国内空分厂家设计供货的空分下塔仍以筛板塔技术为主。随着空分规模等级

的大型化，填料下塔技术的应用将越来越得到普遍运用。采用填料下塔技术，将

会使下塔阻力进一步降低，空压机的排出压力也进一步得到降低，从而达到降低

能耗的目的。以我国空分设备有限公司自主设计的两万等级空分为例，在此装置

中使用筛板的下塔阻力在标准工况下约为15kPa，而使用填料的下塔阻力在标准

工况下仅为4.7kPa。假如设定当地大气压为100kPa，在其他配置都相同的情况下，那么采用筛板技术下塔空分的空气透平压缩机组排气压力需要6.15bar，而采用填料技术下塔空分的空气透平压缩机组排气压力仅为6.05bar，相差10kPa左右的阻力。空压机吸入压力为99kPa，设空气透平压缩机组的效率为74%，吸入温度25℃，那么筛板下塔空分的空压机轴功率约为7970kW，填料下塔空分的空压机

轴功率约为7890kW，两者之间相差80kW，工厂用电以0.5元/kW·h计算，年运

行8000h计，仅此一项，采用填料下塔技术每年可以为企业节约电费32万元。

3、设置水冷塔，充分利用污氮气。预冷系统中设置水冷却塔，并将富裕的污氮气以及氮气通过管道连接通入到水冷塔底，充分利用污氮气和氮气的不饱和性，在不饱和气通过水冷却塔时携带大量的水分，此时水分的蒸发需要潜热，在极短

的气水接触换热过程中，水分的蒸发难以从外界获得足够的热量，只能通过吸收

水的内能而进行汽化，从而使得使水温降低。与此同时可以减少冷冻机所需制冷量，降低装置能耗。当用户所需氧氮产品体积比为1∶1的情况下，空分装置将

会有大量的污氮气以及氮气可进入到水冷塔换热，并能使水温降至12～13℃达到

供空冷塔上段使用要求，此时空冷塔出塔空气温度与进入冷却水水温相差约1℃，这一温度可完全满足整个空分工艺要求。在此情况下，在实际运行中可采取停运

冷冻机组。停运冷冻机组后，整套空分装置的能耗可下降约1%，使设备能耗进

一步下降。

4. 冷箱内配管优化设计。主换热器采用U形配管，无需使用其他方法分配气体，可以减小换热器上的外加阻力，并使各换热器温差均匀，减少不可逆损失，

节省能耗。尽可能合理布局冷箱内管道，因返流气体压力低，所以返流气管路尽

量减少弯头、直角弯、三通以及U形弯等增加阻力的环节；例如污氮气去分子筛

管道的布局应该充分考虑到避免被迫通过提高上塔压力来解决分子筛吸附器的冷

吹气量不足之处；正流空气同样也要充分考虑到管道布局、合理的管道口径、阀

门位置设置以及阀门选型等方面带来的阻力。通过合理的优化设计，降低不必要

的阻力损失，亦能给整套空分带来一定的性能提升。

5. 液体反充管线设计。液体反充管线的设计，主要运用在装置冷却阶段完毕，进入到积液阶段后，通过液体槽车倒灌液体进入主冷中的方式，缩短积液时间，

并快速进入到调纯阶段，缩短整个空分起动时间，这样能大大减少机组的无功损耗，达到节能的目的。

三、空分设备管理措施

1、降低系统损耗。降低系统损耗，包括物料与冷量的损耗。在物料、冷量制取上都需要消耗原始资源，系统中的各种损耗都会反映到最终能耗的提高。

（1）降低系统中的泄漏损失包括气体在动机组中的内、外泄漏，气、液在冷

箱管道的泄漏，尤其是液体的泄漏，生产单位液体需要的制冷量要比气体大得多，制取低温液体所耗费的能量也更多。泄漏不止会造成不安全隐患，也会使系统能

耗极大损失。

（2）选用优质的珠光砂保温材料冷箱运行一段时间后需要及时添加珠光砂，

并对冷却水管道、预冷系统和分子筛纯化系统等冷箱外设备加装保温材料，以减

少各种冷量损耗。

2、优化各设备操作