空分裝置節能降耗的可行方法

(寧波中金石化有限公司 浙江 寧波 315204)

一、優化操作的節能方法

(一)優化空壓機操作。1.工況穩定時可適當降低空壓機進氣量。提升空壓機的負荷，其結果是能耗將不斷增加[1]。當空氣流量達到一定值時，會進入空壓機的穩定運行區域，之后空壓機壓力會隨著空氣流量的不斷加大而降低，空氣流量達到某一值時，空壓機的運行會達到最佳效率區域。在保證工況穩定的情況下，應將空氣流量維持在空壓機最佳效率區域，若此時工況產氣量仍有富余，可通過降低空壓機進氣量達到降低能耗的目的；2.后系統故障時空壓機降負荷。一般空分裝置制造的氣體是供后續工段使用的，后續工段事故狀態下無法消耗所供氧氣，此刻氧氣放空，導致氧氣放散率擴大，浪費嚴重。此時，若液體采出量不作調節，可適當降低空壓機負荷，減少進氣總量，降低氧氣的放散率[2]。一般空分系統最低負載能力在70%左右，在后系統出現短期故障時，可對空壓機進行降負荷操作，這是降低空分裝置能耗最直接的手段。

(二)降低上塔壓力。上塔壓力與氧氣、氮氣、氬氣飽和溫度的關系見表1。由表1可知，氧氣、氮氣的飽和溫度隨著上塔壓力的降低而減小，降低上塔壓力有利于氧、氮組分的分離。隨著上塔壓力的降低，下塔壓力和空壓機排氣壓力也會相應降低，因此可通過降低主塔的上塔壓力來減少空分裝置的整體能耗，但上塔壓力的降低需在設計范圍內，應保證氮氣和污氮氣出板式換熱器后保持正壓狀態，以保證分子篩再生氣和水冷塔活化氣的充足。

表1 上塔壓力與氧氣、氮氣、氬氣飽和溫度的關系

(三)降低主換熱器的冷損。空分裝置的主換熱器為板式換熱器，其回收了主塔大部分的冷量，一般情況下，板式換熱器冷損所占總冷損的比例隨著空分設備的增大而增大(見表2)。從表2可知，當空分設備能力增大至20 000 m3/h時，主換熱器冷損所占總冷損的比例可達50%以上，因此板式換熱器對節能降耗的作用不容忽視。一般大型空分裝置設計板式換熱器熱端溫差在3 ℃左右，若熱端溫差擴大，總冷損必然增大，空分裝置整體的能量損耗也會增大。所以，實際操作中應嚴格遵守設計規則，主換熱器采用長板式，縮小熱端溫差，采用高密度、鋸齒形翅片等都是有效提高換熱效率的方法；同時，采用性能良好的保冷材料，做好冷箱密封，保證充填措施良好，盡量減少冷損[3]。

表2 不同能力設備主換熱器冷損所占總冷損的比例

(四)改變透平膨脹機的膨脹量。主塔的大部分冷量由膨脹機制造，一般而言，主塔的冷量隨膨脹量的增大而增大，在主塔氧純度不變的情況下，提高膨脹機的膨脹量能夠提高氧氣產量[4]。為提高液體產量，一般對膨脹機作如下調節。1.通過調節膨脹機的回流，增加膨脹機的進氣量，增強膨脹機的制冷效果，增加液體量，提高空分裝置的產能；2.在工況穩定的情況下，提高增壓機中抽壓力，增大膨脹機的進氣壓力，增大膨脹量，利于氣體的產出；3.通過對板式換熱器的微調和膨脹機進氣量的調整，提高膨脹機的機前溫度，機前溫度越高，膨脹機的單位制冷量越大，但此時需注意膨脹機的轉速，防止轉速過高引發事故；4.膨脹機冷量的加減與外界環境相關，若外界環境溫度高，空分設備冷量損失大，此時可適當增加膨脹機的制冷量以彌補冷損，反之冷損小導致冷量過多，可適當減少膨脹機的制冷量，以防氧純度發生變化。

二、優化設備的節能方法

(一)保證空氣過濾器的清潔。空壓機機前壓力的提高對降低空壓機壓縮比有明顯作用，是節能降耗的一個影響因子。因此，空壓機運行期間，確保空氣過濾器PLC程序穩定，保證空氣過濾器清潔，定期檢查濾筒的使用狀況，及時更換濾筒，保證空壓機的機前阻力不高，以提高空壓機的機前壓力。

(二)加強空分設備或管道的保溫力度。對于暴露在環境中的空分設備或管道，外界溫差的變化直接影響到管道內介質的溫度。因此，增加保溫層，加強空分設備或管道的保溫力度，對工況的穩定有重大意義。此外，冷箱內保溫材料的損耗和失效會增大冷箱的冷損，為確保冷箱的保溫效果，需不定期的補充冷箱損耗的珠光砂。

(三)增設管道將放空氮氣引入水冷塔。制氧工藝除制備氧氣外，同時制備大量液氮和氮氣，氮氣作為生產區內儀表氣和密封氣的氣源，其使用量極不穩定。正常操作下，0.8 MPa以及4.0 MPa的氮氣并網后存在部分放空，其損耗不可小覷。若增設氮氣管道對其減壓并入水冷塔作為冷卻氣，既節約了氮氣的損耗，又降低了水冷塔的冷凍水溫度，在降低分子篩負荷的同時，改善了空分工況，有利于節能減排。

(四)增設管道對分子篩切換時的污氮氣進行回收。生產過程中，分子篩切換時，再生污氮氣直接放空，放空時間持續近40 min，放空量較多，氣體損耗嚴重。可將放空污氮氣回收入水冷塔作為冷卻氣用，以降低水冷塔的冷凍水溫度；或適當縮減切換時間，對污氮氣的回收有很大幫助。

三、其他方面的措施

(一)定時排放不凝氣和液氧。定時排放不凝氣可以增大主冷的換熱面積，利于主冷積累，增快液體產出速度。定期排放液氧對減少碳氫化合物以及各種雜質粉末的積累有很大好處，可降低危險因素的危害程度，對設備的安全運行意義重大。

(二)定時對設備進行清理或化學清洗。若空冷塔或水冷塔長期運行，可能會出現內部填料堵塞、換熱效果變差；換熱設備長期不清洗也會造成換熱效果過差，如膨脹機后冷卻器長期使用下可能會出現后冷卻器溫度過高，對工況影響很大。因此，空分裝置中走介質的設備必須定期進行清理或化學清洗，以盡量消除事故隱患。

四、結束語

節能降耗是當今社會發展的主題。加強設備維護，維持工況穩定是節能降耗的保障。空分裝置通過優化工藝以及設備實現節能降耗，可以縮減成本，實現能源的綜合利用。在工業生產中節約成本，減少浪費，無論是國家對企業的要求，還是企業自身發展的需求，節能降耗已是企業必走之路。