低溫膨脹機效率對液體空分的能耗影響分析

王 藝

[林德工程(杭州)有限公司，浙江 杭州 310012]

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低溫膨脹機效率對液體空分的能耗影響分析

王 藝

[林德工程(杭州)有限公司，浙江 杭州 310012]

低溫膨脹機增壓端效率低導致增壓流體壓力偏低，影響膨脹機膨脹入口壓力；膨脹端效率低直接影響膨脹機產冷，導致流量增加，空分能耗偏高。

液體空分設備；透平膨脹機；效率提高；節約能耗

0 引 言

某套國產的液體空分低溫膨脹機運行效率長期在67%，遠低于設計值83%，造成空分的能耗居高不下，對工廠的運營造成直接的經濟利益損害，本文對現場運行數據進行分析，通過計算軟件模擬計算，得出節約能耗的可觀結論，給項目實施的可行性提供理論支持。

1 液體空分流程描述

1.1 液體空分的產品產量(見表1)

表1 液體空分產量表

1.2 流程描述

液體空分的核心是冷量，增壓機需要大量的空氣來增壓以滿足膨脹機的膨脹冷量需求。增壓機的流量有兩個來源，一部分是經過預冷系統和純化系統的空氣；一部分是熱膨脹機和冷膨脹機膨脹后的部分空氣。進入增壓機后分兩部分：一部分直接進入板式換熱器，經過小幅降溫進入熱膨脹機，膨脹后空氣再進入換熱器換熱與冷膨脹機膨脹后的空氣混合進入換熱器復熱后，與分子篩后空氣混合進入增壓機；一部分進入熱膨和冷膨增壓端繼續增壓后，進入換熱器參與換熱，到中部抽出進入冷膨脹機膨脹。

精餾部分與常規空分無異，不再贅述。

液氮從上塔頂部抽取，液氧從上塔底部抽取，液氬從精氬塔底部抽取。具體流程如圖1。

圖1 空分流程簡圖

2 某空分運行情況

2.1 空分原設計參數(見表2)

表2 設計參數

2.2 現場DCS(中央控制室)數據

2016年4月份某日(此時氣溫、水溫都接近設計值)的空分DCS截屏如表3。

表3 運行數據

由表3可以看出，冷膨效率不夠，導致增壓機流量過載，能耗超出設計值約390 kW，折合蒸汽耗約為1.5 t/h。

現將冷膨脹端效率提高，帶入計算模型，計算結果如表4。由此可見，如果將冷膨膨脹端效率從70.3%提高到83%，增壓機流量減小約5000 Nm3/h，能耗可節約約770 kW，折合蒸汽耗約為2.8 t/h。

表4 模擬數據-增壓機流量減小

如果保持增壓機能耗不變，冷膨脹機效率從70.3%提高到83%，空分可多產1300 Nm3/h，與空分原有設計持平。同時空壓機流量增加約1500 Nm3/h，仍在空壓機負荷范圍內。計算結果如表5。

表5 模擬數據-提高液體產量

2.3 運行與設計的偏差

膨脹機冷量主要用于兩方面，一為產液體，二為換熱器的熱端損失。設計、運行與模擬數據對比如表6，可以看出空分運行的產液量由于冷膨脹機效率比設計值低16%，造成液氧少產400 Nm3/h，液氮少產300 Nm3/h。而將效率提高后，液氮可多產1000 Nm3/h，由于空壓機余量有限，因此液氧產量比設計少產了400 Nm3/h，根據1液氧=1.07液氮的冷量轉換原則，模擬數據比設計多產572 Nm3/h的液氮，相當于1%的產量。說明原國內廠家的計算留有約1%的余量。

3 總 結

如果將該冷膨脹機更換成一臺國際知名品牌的冷膨脹機，費用大約為400萬人民幣，而效率提高能節約約2.8 t/h蒸汽，如果每噸蒸汽按照200元計算，年運行時間按照8 000 h計算，一年即能收回成本。

表6 設計與運行數據對比

王 藝(1984年)，女，2007年畢業于西安交通大學制冷與低溫工程碩士，現任林德工程(杭州)有限公司概念工程師一職，中級工程師。郵箱：yi.wang@lindeleh.com

The Influence Analysis of Low Efficient Cryogenic Booster Turbine to Power Consumption of Liquid Air Separation Plant

WANG Yi

[LINDE Engineering (Hangzhou) Co.,Ltd.，Hangzhou 310012，China]

The efficiency of booster side of cryogenic turbine is lower than design, the pressure to turbine inlet is lower; the turbine side efficiency is lower, the flow is higher. The consequence will be the power consumption of the plant is higher.

liquid air separation plant; cryogenic booster turbine; efficiency enhanced; energy saved

2016-08-25

TQ116.11

B

1007-7804(2016)05-0029-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.05.009