空分裝置的節(jié)能優(yōu)化操作

顧興博 （大慶油田化工集團(tuán)醋酸分公司水氣車間）

空分裝置的節(jié)能優(yōu)化操作

顧興博 （大慶油田化工集團(tuán)醋酸分公司水氣車間）

空分系統(tǒng)的能耗水平，既體現(xiàn)空分系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)、制造水平，也取決于實(shí)際運(yùn)行過程中的操作。本車間空分裝置主要是為造氣工序提供氧氣和為脫硫脫碳工序提供氮?dú)?，由杭州杭氧有限公司成套提供。采用分子篩凈化空氣的帶增壓膨脹機(jī)、液氧自增壓，上塔采用填料塔，全精餾制氬的流程。裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為氧8 000 m3/h。根據(jù)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)際情況，在滿足造氣車間用氣量的前提下探索適合的節(jié)能降耗方法與途徑，以達(dá)到空分設(shè)備運(yùn)行能耗最低的目的。

空分裝置 能耗 節(jié)能 改造

空分設(shè)備產(chǎn)品主要有氧氣、氮?dú)?、氬氣及液氧、液氮、液氬等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、醫(yī)療及人們的日常生活中。通常中小型空分設(shè)備數(shù)量大，應(yīng)用面廣。中小型空分設(shè)備屬高耗能設(shè)備，空分廠（站）均屬耗能大戶?？辗衷O(shè)備的運(yùn)行不僅要考慮安全問題，空分設(shè)備的節(jié)能增效也越來越受到重視?，F(xiàn)僅就大慶油田化工集團(tuán)醋酸分公司水氣車間空分裝置的生產(chǎn)(工藝)操作、設(shè)備(改造)維護(hù)、節(jié)能優(yōu)化等方面進(jìn)行分析，并提出有效途徑與方法供大家參考。

1 能耗分析

空分設(shè)備最主要消耗是電能及設(shè)備檢維修、配件材料消耗費(fèi)用，其次是人工成本。只要針對(duì)以上四方面采取切實(shí)的措施，就能大大降低空分設(shè)備的能耗和運(yùn)行費(fèi)用，提高中小型空分設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、增產(chǎn)創(chuàng)效。

本車間空分系統(tǒng)主要消耗的能源有蒸汽、除鹽水、循環(huán)水、低壓電和高壓電。

1）蒸汽主要用在水浴蒸發(fā)器和液氧噴射蒸發(fā)器，裝置正常生產(chǎn)時(shí)蒸汽少量投用，保證水浴蒸發(fā)器的熱備用狀態(tài)，故不做能耗分析。

2）除鹽水用于水浴蒸發(fā)器，是一次性注滿水浴蒸發(fā)器，在熱備用狀態(tài)無消耗，故不做能耗分析。

3）循環(huán)水主要用在空冷塔、水冷塔、空壓機(jī)氣體冷卻器、空壓機(jī)油冷卻器、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)冷卻器和膨脹機(jī)油冷卻器。正常生產(chǎn)時(shí)循環(huán)水保持最大量，提高冷卻效果，使設(shè)備與機(jī)組運(yùn)行在最佳工況，無可調(diào)節(jié)空間，故不作能耗分析。

4）低壓電主要有電加熱器、調(diào)功柜、大小水泵、氬泵、裝車泵和生活用電。

5）高壓電只有空壓機(jī)消耗。

表1 空分設(shè)計(jì)能耗一覽表

從以上情況看，蒸汽、除鹽水、循環(huán)水、低壓電在空分裝置運(yùn)行過程中節(jié)能潛力不大，而主要能耗部分在空壓機(jī)的耗電量上。

從2008年1月到10月，空分系統(tǒng)主要能耗費(fèi)用如下：新鮮水用量17 540t，總計(jì)費(fèi)用82 438元；循環(huán)水用量5 012 533 t，總計(jì)費(fèi)用2 255 639.85元；高壓電用量為2 105 6342 kWh，總計(jì)金額11 524 135.98元?？辗止霉こ炭傁慕痤~為13 862 213.83元?？諌簷C(jī)能耗約占整套空分設(shè)備運(yùn)行總能耗的83.13%，所以降低空壓機(jī)功率消耗，是空分設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵。

2 裝置的優(yōu)化操作

2.1 縮短空分設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間

空分設(shè)備的啟動(dòng)過程是只有能量輸入而無產(chǎn)品輸出的無效能耗過程。該過程越短，無效能耗越少，經(jīng)濟(jì)效益越高。因此，減少啟動(dòng)時(shí)間與空分設(shè)備的節(jié)能關(guān)系甚大。具體操作要點(diǎn)如下：

1）啟動(dòng)初期，解決好空氣中水分堵塞設(shè)備的問題。開車前加溫吹掃一定要徹底，大加溫結(jié)果的好壞，直接影響到開車是否順利。加溫一定要保證各個(gè)單元干燥，閥門都要暢通無阻，出口沒有水分。

2）充分發(fā)揮膨脹機(jī)最大制冷能力。透平機(jī)開2臺(tái)，活塞機(jī)凸輪控制在最大進(jìn)氣位置，保證最大進(jìn)氣量，盡可能增大壓差。

3）及時(shí)準(zhǔn)確操作閥門，開關(guān)到位調(diào)整及時(shí)。

注意：主冷積液時(shí)要正確認(rèn)識(shí)液面上漲慢的原因，不宜操之過急。上漲慢說明膨脹機(jī)產(chǎn)生的冷量轉(zhuǎn)移到塔板上了，精餾工況已慢慢建立。主冷開始工作要適時(shí)調(diào)整，積累液體。

2.2 降低分餾塔上塔壓力

根據(jù)空分精餾原理，上塔壓力的變化引起主冷凝蒸發(fā)器內(nèi)液氧與下塔側(cè)氮?dú)庵g的溫差變化；上塔壓力高，則液氧的汽化溫度高，這樣在下塔壓力不變的情況下，主冷內(nèi)氧氮之間的溫差必然縮小，換熱量減少，使下塔的回流液減少，必然引起下塔壓力增高，使氮?dú)獾臏囟忍岣?，從而滿足主冷換熱對(duì)溫差的要求。隨著下塔的壓力提高，空壓機(jī)的機(jī)后壓力必然增大，這使空壓機(jī)軸功率增大，耗電增加。因此，在調(diào)節(jié)精餾工況時(shí)，一定要盡量降低上塔壓力。壓力降低后，不但可以降低空壓機(jī)出口壓力（即系統(tǒng)壓力），而且使上塔的精餾工況趨于優(yōu)化，有利于氧與氬、氬與氮之間的分離。此外，在保證造氣車間用氣量的前提下，操作上應(yīng)盡可能提高液氧、液氮和液氬提取率，使產(chǎn)量達(dá)到最大，這樣可以提高整套空分設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 減少空分設(shè)備冷量損失

空分設(shè)備的冷損主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：復(fù)熱不足（即熱主換熱器熱交換不完全）損失（Q2）、跑冷損失（Q3）、液態(tài)產(chǎn)品取出冷量損失（Q0）和塔內(nèi)泄漏損失（Q1）。因此，空分設(shè)備的總冷損失為Q總=Q0+Q1+Q2+Q3。根據(jù)能量守恒原理，在穩(wěn)定工況下，空分設(shè)備的產(chǎn)冷量應(yīng)該與裝置總冷損平衡。而空分設(shè)備的產(chǎn)冷量在沒有外加冷源的條件下，是由壓縮空氣等溫節(jié)流效應(yīng)ΔHT與膨脹機(jī)的產(chǎn)冷量Qe兩部分組成。因此，

由上式可知，減少冷量損失，可以減少制冷量，從而提高空分系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性。由于各種客觀條件的限制，冷損是不可能完全消除的，但可以采取一定的措施來減少。

2.4 延長空分設(shè)備運(yùn)行周期

空分設(shè)備運(yùn)行周期長，就可減少開、停機(jī)次數(shù)和加溫吹除次數(shù)，也就減少了空分設(shè)備無效運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。節(jié)約了電能、蒸汽、冷卻水、潤滑油，同時(shí)節(jié)約了人力，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了設(shè)備的磨損，最終提高空分設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效

3.1 純化器再生氮?dú)獾幕厥绽?/h3>

對(duì)出純化器再生氮?dú)膺M(jìn)行回收加以利用，節(jié)約資源。

1）工藝流程：出純化器后的再生氮?dú)?，?jīng)列管式換熱器冷卻后，進(jìn)入油水分離器，除去氮?dú)庵欣淠聛淼乃?，然后?jīng)氮?dú)饩彌_罐（或氮?dú)饽遥┻M(jìn)氮壓機(jī)壓縮后，送往貯罐再利用。

2）重點(diǎn)解決的問題：

◇再生氮?dú)獬黾兓骱蟮膲毫s為0.01MPa。采用氮壓機(jī)抽氮?dú)鈺r(shí)要防止緩沖罐出現(xiàn)負(fù)壓；純化器再生系統(tǒng)阻力加大，要防止分餾塔壓力波動(dòng)。

◇設(shè)備要配套。如換熱器、油水分離器、緩沖罐、氮壓機(jī)等選型要配套。

◇氮?dú)饣厥蘸螅獨(dú)庵泻柯栽黾?，若要求含水量少，可增設(shè)一干燥器。

3.2 放空氧氣、氮?dú)獾幕厥绽?/h3>

在空分氧氣、氮?dú)馔馑烷y后接管至甲醇分公司小空分裝置氧、氮壓機(jī)入口：本裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力以氧氣計(jì)8 000 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)工況下），而造氣裝置滿負(fù)荷需要氧氣僅為3 600 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)工況下），其余氧氣都進(jìn)行放空處理。故根據(jù)實(shí)際情況在空分氧氣、氮?dú)馔馑烷y后接管至甲醇分公司小空分裝置氧、氮壓機(jī)入口，實(shí)現(xiàn)氧氣、氮?dú)獾幕厥绽谩?/p>

3.3 水浴蒸發(fā)器的節(jié)能改造

水浴蒸發(fā)器循環(huán)水改為除鹽水：循環(huán)水中含有大量的鹽離子，長時(shí)間打循環(huán)很容易形成水垢堵塞管道，如果注入除鹽水，就可以解決此問題，提高換熱器的換熱效果，節(jié)約蒸汽量。

3.4 液體貯槽保冷效率的提高

從冷箱至3臺(tái)液體貯槽的管線全部改為真空絕熱管形式：本空分裝置使用的是無縫鋼管，其傳熱較快，保冷效果不好。若采用真空絕熱管可提高保冷效率，減少冷量損失，提高液態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)量。

4 總結(jié)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，當(dāng)前國內(nèi)空分處于“黃金時(shí)期”，成為“朝陽工業(yè)”。中國工業(yè)氣體行業(yè)2000年后進(jìn)入快速發(fā)展階段，2003—2005年中國氣體工業(yè)產(chǎn)值年均增長65%，而今世界平均年增長率為12%，到2016年，中國工業(yè)氣體產(chǎn)值將達(dá)到1 000×104元。目前，我國氣體市場年銷售額為360×104元左右。2006年全球工業(yè)氣體銷售額總計(jì)517×104美元。中國工業(yè)氣體市場，2005年達(dá)到17×104美元，比2004年增長20%。預(yù)測今后5年年均增長19%，到2010年將達(dá)到40×104美元[2]。

另外氧、氮、氬等氣體液化后的液體產(chǎn)品，推廣使用后，可降低運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家一般使用低溫槽車輸送工業(yè)氣體液化產(chǎn)品到各用戶，就地汽化使用，實(shí)現(xiàn)“集中生產(chǎn)、分散供氣”，達(dá)到節(jié)能增效的目的，這也是我國氣體工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

[1]湯學(xué)忠,顧福民.新編制氧工問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[2]陳允愷等編著.小型空氣分離設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993:385.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.012

顧興博，2007年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事石油化工行業(yè)工藝技術(shù)工作，E-mail：guxingbo@cnpc.com.cn，地址：大慶油田化工集團(tuán)醋酸分公司水氣車間，163411。

2011-07-18）