低溫膨脹機(jī)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(jī)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(jī)增壓端效率低導(dǎo)致增壓流體壓力偏低，影響膨脹機(jī)膨脹入口壓力；膨脹端效率低直接影響膨脹機(jī)產(chǎn)冷，導(dǎo)致流量增加，空分能耗偏高。

液體空分設(shè)備；透平膨脹機(jī)；效率提高；節(jié)約能耗

0 引 言

某套國產(chǎn)的液體空分低溫膨脹機(jī)運(yùn)行效率長期在67%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值83%，造成空分的能耗居高不下，對工廠的運(yùn)營造成直接的經(jīng)濟(jì)利益損害，本文對現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過計(jì)算軟件模擬計(jì)算，得出節(jié)約能耗的可觀結(jié)論，給項(xiàng)目實(shí)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(chǎn)品產(chǎn)量(見表1)

表1 液體空分產(chǎn)量表

1.2 流程描述

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

精餾部分與常規(guī)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(yùn)行情況

2.1 空分原設(shè)計(jì)參數(shù)(見表2)

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 現(xiàn)場DCS(中央控制室)數(shù)據(jù)

2016年4月份某日(此時(shí)氣溫、水溫都接近設(shè)計(jì)值)的空分DCS截屏如表3。

表3 運(yùn)行數(shù)據(jù)

由表3可以看出，冷膨效率不夠，導(dǎo)致增壓機(jī)流量過載，能耗超出設(shè)計(jì)值約390 kW，折合蒸汽耗約為1.5 t/h。

現(xiàn)將冷膨脹端效率提高，帶入計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)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(jī)流量減小約5000 Nm3/h，能耗可節(jié)約約770 kW，折合蒸汽耗約為2.8 t/h。

表4 模擬數(shù)據(jù)-增壓機(jī)流量減小

如果保持增壓機(jī)能耗不變，冷膨脹機(jī)效率從70.3%提高到83%，空分可多產(chǎn)1300 Nm3/h，與空分原有設(shè)計(jì)持平。同時(shí)空壓機(jī)流量增加約1500 Nm3/h，仍在空壓機(jī)負(fù)荷范圍內(nèi)。計(jì)算結(jié)果如表5。

表5 模擬數(shù)據(jù)-提高液體產(chǎn)量

2.3 運(yùn)行與設(shè)計(jì)的偏差

膨脹機(jī)冷量主要用于兩方面，一為產(chǎn)液體，二為換熱器的熱端損失。設(shè)計(jì)、運(yùn)行與模擬數(shù)據(jù)對比如表6，可以看出空分運(yùn)行的產(chǎn)液量由于冷膨脹機(jī)效率比設(shè)計(jì)值低16%，造成液氧少產(chǎn)400 Nm3/h，液氮少產(chǎn)300 Nm3/h。而將效率提高后，液氮可多產(chǎn)1000 Nm3/h，由于空壓機(jī)余量有限，因此液氧產(chǎn)量比設(shè)計(jì)少產(chǎn)了400 Nm3/h，根據(jù)1液氧=1.07液氮的冷量轉(zhuǎn)換原則，模擬數(shù)據(jù)比設(shè)計(jì)多產(chǎn)572 Nm3/h的液氮，相當(dāng)于1%的產(chǎn)量。說明原國內(nèi)廠家的計(jì)算留有約1%的余量。

3 總 結(jié)

如果將該冷膨脹機(jī)更換成一臺(tái)國際知名品牌的冷膨脹機(jī)，費(fèi)用大約為400萬人民幣，而效率提高能節(jié)約約2.8 t/h蒸汽，如果每噸蒸汽按照200元計(jì)算，年運(yùn)行時(shí)間按照8 000 h計(jì)算，一年即能收回成本。

表6 設(shè)計(jì)與運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

王 藝(1984年)，女，2007年畢業(yè)于西安交通大學(xué)制冷與低溫工程碩士，現(xiàn)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