空分設備增產(chǎn)減耗因素探討

陳 祿

（煙臺大學，山東 煙臺264000）

1 本車間KFONAR-13000/6000/460內(nèi)壓縮生產(chǎn)工藝流程簡介

空氣經(jīng)自潔式空氣過濾器除去≥1um灰塵和機械雜質(zhì)后進入空氣壓縮機，經(jīng)過四級壓縮三級冷卻至壓力約0.5MPa，溫度約105℃后進入預冷系統(tǒng)，在空氣冷卻塔中進行降溫洗滌后冷卻至8-12℃的飽和濕空氣，再進入交替使用的分子篩吸附器，除去空氣中的水分、CO2、C2H2等雜質(zhì)，分子篩吸附器一只工作，另一只再生。切換周期8小時，自動切換。再生氣源為空分塔的污氮氣。

凈化后的空氣分兩路，一路經(jīng)V101、V102、V103、V104平衡熱端溫差并控制流量經(jīng)主換熱器與反流液氧、氮氣、污氮換熱后約-172℃進入下塔。一路經(jīng)增壓機增壓至3.2MPa冷卻后又分兩路，一路經(jīng)透平式膨脹壓縮機增壓端增壓至4.6MPa被冷卻器冷卻至約40℃后進入主換熱器，與反流氣體熱交換后，經(jīng)V23節(jié)流進入下塔貧液空抽口處經(jīng)V9節(jié)流送入上塔參加精餾。另一路來自增壓機的增壓空氣經(jīng)過換熱器后與反流氣體換熱后由中抽底抽調(diào)節(jié)溫度后進入透平膨脹壓縮機膨脹端降壓降溫后進入下塔底部。在下塔中，液空初步分離成氮氣、貧液空、富氧液空。下塔頂部氮氣在冷凝蒸發(fā)器中被冷凝成液氮，同時主冷低壓側液氧被汽化。冷凝后的液氮部分作為為回流液，部分經(jīng)V2節(jié)流后分別送入上塔頂部參加精餾、精氬塔頂部做冷源。富氧液空在過冷器過冷后一股經(jīng)V1節(jié)流后送入上塔，一股經(jīng)V3節(jié)流送入精氬塔冷凝器作為冷凝側的冷源，汽化后的液空蒸汽和底部多余的液空回上塔參加精餾。液氧從上塔底部抽出，在液氧泵中被壓縮至所需壓力，然后送入主換熱器中通過與高壓空氣進行換熱，汽化并被復熱至環(huán)境溫度后根據(jù)需要送入管網(wǎng)直接使用，液氧進入儲槽儲存。污氮從上塔上部引出，并在過冷器中與主換熱器復熱送出分餾塔外，部分作為再生氣，其余送往水冷塔回收其冷量后放空。氮氣從上塔頂部引出，在過冷器及主換熱器復熱后一部分經(jīng)氮壓機壓縮后作為產(chǎn)品氮氣送入管網(wǎng)直接使用，其余送往水冷塔回收利用后放空，液氮進儲槽儲存。在上塔氬餾分抽口處抽取8-12%氬餾分與精氬塔頂部液空參與精餾得到≤3ppmN的工藝氬，又經(jīng)V6送往精氬塔參與精餾得到≤2ppmo的純氬。

2 本車間主要節(jié)能設備簡介及影響能耗的因素

空分制氧設備最主要的運行成本是電能費用,水費、設備維修及配件材料消耗費用、人工成本等成本費用.

隨著空分技術的不斷發(fā)展,空分設備在空氣壓縮系統(tǒng),凈化和預冷系統(tǒng),制冷系統(tǒng),精餾系統(tǒng),自動化控制系統(tǒng)等方面都大大提高。先進的鋁材板翅式換熱器,長周期吸附器組等。這些技術的應用減少了空分設備的冷損,降低了操作壓力,提高了精餾效率,簡化了操作程序,運行可靠穩(wěn)定,最顯著的特點是降低了制氧電耗和設備維護費用,實現(xiàn)了經(jīng)濟運行。下面根據(jù)本人掌握的資料和工作經(jīng)驗,就本車間制氧流程對節(jié)能減耗介紹如下:

（1）采用了氮水預冷系統(tǒng)。在用氮用量不大的情況下氮氣有較大富裕,使用氮水預冷系統(tǒng)不僅降低了能耗,也減少了其他降溫設備的使用，運行可靠性高、維護要求與成本較低。

（2）分子篩純化器通過采用雙層床設計,分層吸附雜質(zhì)的效率大大增加，再生時利用換熱器復熱后的污氮氣再經(jīng)電加熱器加熱，電加熱器功耗明顯下降.

（3）透平膨脹機經(jīng)絕熱膨脹后，產(chǎn)生空分所需的冷量，其所產(chǎn)生的機械功又被增壓機所利用，用于提高增壓氣體的壓力。為了在變速旋轉狀態(tài)下安全運行，設置了超速、超壓、軸溫保護設施；一是轉速低,運行可靠;二是軸承密封氣壓力有保障;三是膨脹比小,效率高。

（4）分餾塔采用密封冷箱和珠光砂保溫提高保冷性能來減少冷損,同時提高分離效率。冷箱內(nèi)主換熱器,主冷和過冷器使用鋁制板翅式換熱器,也提高了精餾塔和冷箱內(nèi)配管的焊接和制造質(zhì)量，降低泄漏的可能性。

（5）能快速啟動。空分設備能快速啟動,對于我們車間來說是十分關鍵的。由于受到停電限電、設備檢修,氣體銷售等多種原因的影響,間斷運行的時間往往是無法控制的。由于本套空分設備采用了透平膨脹機及氮水預冷機組裝置,大大提高了機組的產(chǎn)冷效率;所配精餾塔采用了全鋁板材結構,保溫性能較好,避免了啟動時間長所造成的浪費.特別是熱起動時還可采用倒灌液氧方案,很大程度上縮短了啟動時間。

（6）可變負荷操作。可通過空壓機75%-105%的負荷調(diào)節(jié)供氣量來實現(xiàn)生產(chǎn)負荷的變化,還可通過液氧泵的頻率調(diào)節(jié)產(chǎn)量和用戶用氧量，以增強對用戶用量的適應能力和公司對銷售市場的應變和掌控能力，使空分機組變工況運行,從而實現(xiàn)設備的經(jīng)濟運行。

（7）儀控裝備自動化。儀控裝備與空分設備長期穩(wěn)定運行有直接的關系.本套空分設備采用差壓變送器測量液位,產(chǎn)品流量等,由數(shù)顯儀顯示.目前預冷機組冷卻水泵采用變頻技術,而純化器、分餾塔、膨脹機等部分采用DCS控制,儀控水平的提高也減少了大量的人力資源。

3 人員操作對節(jié)能降耗的影響

產(chǎn)量的計算

空氣的主要組成

由表看出空氣成分中氧體積為20.9%，氮體積分數(shù)為78.95%，稀有氣體約占0.932%，二氧化碳約占0.04%還有其他雜質(zhì)。目前根據(jù)公司需要只生產(chǎn)氧氮并未提取氬和液氮。根據(jù)圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)和設備技術參數(shù)，可以計算出氧氣的提取率

氧氣的提取率=（氧氣的產(chǎn)量*氧純度）/(進塔氣量*空氣中的氧含量)

氧氣提取率=[（11000+2000）*99.6%]/（67000*20.9%）=92.46%

而實際生產(chǎn)中進他氣量依然為67000m3/h，膨脹量為14000m3/h左右，增壓端氣量為20880m3/h每小時，車間為減少氧氣的放散將出塔氧氣量降約為9200m3/h，平均每班氧產(chǎn)量約為20m3，每小時約為2.5m3，氧純度99.95%，將此數(shù)據(jù)計算

氧提取率=[（9200+2.5*800）*99.95%]/（67000*20.9%）=79.9%

由此可以看出實際生產(chǎn)中數(shù)據(jù)和設計的差值為12%左右，而氧純度有所提高。又因為氧純度和進塔氣量、夜空純度、氧的取出量、氮的取出量、提餾段的回流比大小、主冷液面的高低、塔板的效率、液懸和液漏等原因有關。

（1）當進塔氣量一定的情況下，氧的取出量變大必然使氧氣中的含氮量增加，氧純度就降低。

（2）提餾段的回流比增大，上升蒸汽量減少，液體中氮組分蒸發(fā)不充分，氧純度下降。

（3）主冷液面上升，說明塔內(nèi)下流液體量增多，塔板溫度下降，提餾段回流比增大，從而氧純度下降。

（4）液空純度下降表明上塔原料液的質(zhì)量變差，在塔板數(shù)和效率一定的情況下，增加上塔的負擔，效率就會降低因上塔的分離能力有限就表現(xiàn)出氧純度下降。

（5）液懸或液漏的發(fā)生，氧純度大幅下降而且波動。

（6）加工空氣量的變化，也將影響氧純度的和產(chǎn)量的變化。而平時操作中除非要變工況，很少變化進塔氣量，只是控制出塔氧流量和主冷液面的高低，其他閥門并未動作。因此可認為氧氣的取出量并未達到要求，還可以產(chǎn)出更多的液氧，使工況達到廠家所設計的技術參數(shù)。根據(jù)內(nèi)壓縮的操作特點應掌握好三個匹配，其一、空壓與增壓記得匹配，其二、高壓空氣量與低壓空氣量的匹配，其三、是高壓空氣量與膨脹量的匹配。顯然可以看出是膨脹量過少，是導致產(chǎn)量少的原因。所以應該根據(jù)車間設備的實際情況，增加膨脹量，由于膨脹量增加，制冷量也增加，根據(jù)氣體的基本定律，再體積恒定的的條件下，氣體的溫度越低，其壓力也越低，因此下塔壓力會有所下降，應用液氮回流閥穩(wěn)定下塔壓力，用液氮節(jié)流閥調(diào)節(jié)夜空純度，將合格的液氧送入儲槽，拉大氧氣的取出量，理論上可將氧純度降為99.6%，液氧產(chǎn)量會有所提高，既保證氧氣提取率為92.46%，氧純度為99.6%，出塔流量9200m3/h

可算得液氧產(chǎn)量4.8 m3/h。根據(jù)車間計算每月電耗約為900萬度比較可知：900萬度2.5 m3/h 99.96%

900萬度4.8 m3/h 99.6%

（7）在日常操作中根據(jù)需要及時調(diào)節(jié)設備適當?shù)念l率能有效的降低能耗；制冷設備可以調(diào)節(jié)用水冷卻量調(diào)節(jié)運行負荷降低電耗；在季節(jié)變換氣溫溫差較大的情況下可采用調(diào)節(jié)涼水塔水池水位控制某些設備開停時間的長短，以減少成本消耗。生產(chǎn)條件允許下盡量減少放散率等一些細微操作在日積月累下也能創(chuàng)造巨大利益。

以上可見,我們原有的空分制氧設備也有效地降低了空分設備的運行成本,這也要求空分操作人員熟練掌握流程、工藝及其指標，適時適度調(diào)節(jié)工況，安全可靠操作技能也可以降低生產(chǎn)成本，提高空分設備運行的經(jīng)濟性,實現(xiàn)節(jié)能降耗,增產(chǎn)創(chuàng)效。