幾種常見液化裝置流程比較

潘明　繆樟臻

[摘要]本文介紹了國內(nèi)幾種常見液化裝置流程并對(duì)這幾種不同的流程特點(diǎn)進(jìn)行了比較。中國空分設(shè)備有限公司

[關(guān)鍵詞]液化裝置 流程 低壓 中壓 比較

[中圖分類號(hào)]G633.8 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0183-02

1 前言

由于液化產(chǎn)品體積小，便于貯存，且運(yùn)輸過程中不會(huì)有雜質(zhì)進(jìn)入而影響產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于目前已有大型空分設(shè)備的廠家則投資一套適當(dāng)規(guī)模的液化設(shè)備，將平時(shí)多余放散的氧氣、氮?dú)庖夯蔀橐貉?、液氮供給周圍的用戶，搶占周圍的氣體市場，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于用戶來講如何根據(jù)用戶的實(shí)際情況來選擇液化裝置的規(guī)模、流程形式、配套機(jī)組的水平。本文以下的內(nèi)容就是通過不同的流程介紹，并進(jìn)行了簡單比較。

1.1 流程簡介

液化設(shè)備一般都是空分設(shè)備的附屬設(shè)備，應(yīng)盡可能多的利用空分設(shè)備的產(chǎn)品和設(shè)備?，F(xiàn)在的液化設(shè)備流程分類的依據(jù)主要還是考慮原料氣的壓力等級(jí)以及所需液化的液氧，液氮產(chǎn)品的產(chǎn)量。根據(jù)壓力等級(jí)將液化設(shè)備分為中壓、低壓兩種主要流程。

2 低壓液化循環(huán)流程簡介

2.1 典型的不帶冷凍機(jī)的低壓液化流程見圖1。

來自空分設(shè)備或低壓管網(wǎng)上的氮?dú)馀c來自液化裝置主換熱器的返流氮?dú)鈪R合后經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮或從用戶現(xiàn)有壓力氮?dú)夤芫W(wǎng)的氮?dú)饨?jīng)增壓透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)增壓后進(jìn)入主換熱器E1，分為兩股，其中一股在主換熱器中被返流的冷流體冷卻成液氮，液氮經(jīng)節(jié)流作為液氮產(chǎn)品出冷箱。另外一股氮?dú)鈴闹鲹Q熱器中部抽出進(jìn)膨脹棚彭脹，膨脹端出來的低壓氮?dú)庾鳛榉戳骼湓椿刂鲹Q熱器冷端，被復(fù)熱到常溫后去低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)。

當(dāng)生產(chǎn)液氧時(shí)，增壓透平膨脹機(jī)增壓端增壓后的循環(huán)氮?dú)鈴闹鲹Q熱器中部抽出進(jìn)膨脹機(jī)膨脹，此股冷流體全部作為冷源進(jìn)E1復(fù)熱出冷箱。來自管網(wǎng)的氧氣在E1中冷卻并液化后送出冷箱。

2.2 典型的帶冷凍機(jī)的低壓液化流程見圖2。

來自空分設(shè)備或低壓管網(wǎng)上的氮?dú)馀c來自液化裝置主換熱器的返流氮?dú)鈪R合后經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮或從用戶現(xiàn)有壓力氮?dú)夤芫W(wǎng)的氮?dú)饨?jīng)增壓透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)增壓后進(jìn)入主換熱器E1。這股正流氮?dú)庠谶m當(dāng)?shù)臏囟认聫腅1中抽出進(jìn)入低溫冷凍機(jī)的蒸發(fā)器，在其中被冷卻后又返回E1，并繼續(xù)被返流的低壓氮?dú)饫鋮s到較低的溫度后，然后大部分氮?dú)馊ネ钙脚蛎洐C(jī)進(jìn)行膨脹制冷，而另一小部分氣體繼續(xù)在E1中被冷卻液化，在E2中使之過冷后送出冷箱。膨脹機(jī)出來的低壓氮?dú)庾鳛榉戳骼湓催M(jìn)人E2的冷端，復(fù)熱至常溫后作為循環(huán)氣進(jìn)人循環(huán)氮壓機(jī)。

當(dāng)生產(chǎn)液氧時(shí)來自用戶管網(wǎng)的氧氣在主換熱器E1，E2中被返流的低壓氮?dú)饫鋮s液化過冷后送出冷箱。

2.3 串聯(lián)膨脹機(jī)中壓液化流程見圖3。

來自空分設(shè)備或低壓管網(wǎng)上的氮?dú)饨?jīng)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮至～2.5Mpa（G）后先進(jìn)入冷端透平膨脹機(jī)的增壓端，增壓并冷卻后，再進(jìn)入熱端透平膨脹機(jī)的增壓端，增壓并冷卻后進(jìn)人E1后分成兩股，其中一股在冷卻到一定溫度后，抽出進(jìn)入熱端膨脹機(jī)，膨脹制冷后，返回El繼續(xù)降溫后，再進(jìn)入冷端膨脹機(jī)繼續(xù)膨脹制冷，然后返回到E1冷端作為反流冷源復(fù)熱后返回低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)或者循環(huán)氮壓機(jī)人口。另外一股氮?dú)饫^續(xù)冷卻液化，在E3中過冷后節(jié)流作為產(chǎn)品液氮送出冷箱。

當(dāng)生產(chǎn)液氧時(shí)，來自用戶的中壓氧氣進(jìn)入E2，被返流液氮冷卻直至液化，節(jié)流后出冷箱作為產(chǎn)品輸出。

2.4 并聯(lián)膨脹機(jī)中壓液化流程見圖4。

來自空分設(shè)備或低壓管網(wǎng)上的氮?dú)饨?jīng)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮至0.5MPa（A），與循環(huán)氮?dú)鈪R合，組合式循被環(huán)氮壓機(jī)壓縮至2.5MPa（G）后分成兩股：一股依次經(jīng)高溫膨脹機(jī)增壓輪增壓并冷卻后再進(jìn)入低溫膨脹機(jī)增壓輪增壓冷卻后進(jìn)入E1，在E1中被返流的冷流體冷卻至一定溫度，其中大部分氮?dú)獬槌鲞M(jìn)低溫膨脹機(jī)膨脹，膨脹后返回到E1冷端，作為冷卻介質(zhì)，復(fù)熱后進(jìn)入組合式循環(huán)壓縮機(jī)中部，小部分氮?dú)庠贓1中繼續(xù)被冷卻液化，出E1后被節(jié)流進(jìn)入過冷器過冷，過冷后的液氮大部分作為液氮產(chǎn)品（氧工況時(shí)作為返流冷源）送出冷箱，少量過冷液氮節(jié)流后作為E3的冷源，依次經(jīng)E3、E1，被復(fù)熱到常溫后，去低壓管網(wǎng)或氮壓機(jī)入口；出循環(huán)氮壓機(jī)的另一股氮?dú)鈮毫?.5MPa（G）在主換熱器中冷卻到一定溫度后從主換熱器中上部抽出，進(jìn)入高溫膨脹機(jī)膨脹，膨脹后的壓力為～0.4MPa（G），作為高溫冷源進(jìn)入主換熱器，復(fù)熱至常溫后去組合式循環(huán)氮壓機(jī)中部入口。

當(dāng)生產(chǎn)液氧時(shí)，來自管網(wǎng)的氧氣經(jīng)E2冷卻并液化后送出冷箱，E2的冷源為來自產(chǎn)品液氮，產(chǎn)品液氮大部分在E2中復(fù)熱至常溫；小部分在E2中復(fù)熱到一定溫度后與E3的低壓返流氮?dú)鈪R合，在E1中復(fù)熱至常溫后去低壓管網(wǎng)或循環(huán)氮壓機(jī)入口。

3 幾種流程比較分析

（1）在低壓液化循環(huán)的流程中，氧氣和氮?dú)獾囊夯峭ㄟ^相變過程實(shí)現(xiàn)的，隨著被液化的氣體壓力的提高，其液化溫度也隨之提高，而液化段所需的冷量則逐漸減少。從而減少返流氣量，這樣就減少廠循環(huán)氮?dú)饬俊?/p>

（2）在液化循環(huán)流程中，采用低溫冰機(jī)作為補(bǔ)充換熱器中熱段的冷量手段，這樣可以縮小換熱器熱段溫差減少返流氣量，而減少循環(huán)氮?dú)饬俊Ｈ绻谝夯鞒讨胁徊捎玫蜏乇鶛C(jī)，則換熱器熱端溫差較大，造成的不可逆損失較大。低溫冰機(jī)的設(shè)置與否對(duì)液化循環(huán)性能有較大的影響。在液化循環(huán)流程中，所需的冷量應(yīng)盡量在較高的溫度下制取，高溫下的冷損，用高溫下的冷量加以補(bǔ)償，這樣就比較經(jīng)濟(jì)。

（3）在中壓液化循環(huán)流程中由于被液化的氮?dú)馐窃诔R界的狀態(tài)下液化的，因而在其液化過程中不存在恒溫的冷凝過程，這樣就能使換熱器的低溫段溫差分布更合理，也就充分利用廠冷端膨脹機(jī)的冷量。這樣就能減少循環(huán)氣量，即降低能耗。

（4）在中壓液化循環(huán)流程中可以提高冷端膨脹機(jī)的進(jìn)口溫度，增加單位焓降，另外由于中壓流程膨脹機(jī)的膨脹比與低壓流程相比較小，所以其效率可以提高。這兩點(diǎn)均可以使循環(huán)氣量減少，從而降低能耗。

（5）與低壓液化循環(huán)不同，中壓液化循環(huán)生產(chǎn)液氧時(shí)利用液氮來液化氧氣。這樣氧氣即使是低壓的也能液化。

4 結(jié)論和建議

一套液化設(shè)備性能的好壞取決于很多方面，如流程的確定是否合理、關(guān)鍵參數(shù)的選擇、能耗指標(biāo)、配套機(jī)組的水平、設(shè)備占地面積、投資額及維護(hù)是否方便等。因此，液化裝置的選擇應(yīng)結(jié)合用戶實(shí)際情況來確定。

在循環(huán)氮壓機(jī)功率一定的前提下，提高其排壓和增加其排量是此消彼長的。

中壓循環(huán)液化裝置的工作壓力通常在4.0～5.0MPa之間，因而對(duì)配套部機(jī)的要求比較高，對(duì)自動(dòng)控制，調(diào)節(jié)保護(hù)等要求也較高。

中壓循環(huán)的主要特點(diǎn)在于氮?dú)馐窃诔R界壓力下液化的，這是其節(jié)能的重要因素。