大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)分析和實(shí)踐

李 琪

（浙江智?；ぴO(shè)備工程有限公司，浙江杭州310000）

0 引言

就目前來看，我國能源資源存儲量已經(jīng)難以滿足各領(lǐng)域快速生產(chǎn)與發(fā)展的要求。為建設(shè)節(jié)約型社會，國家相繼頒布了《節(jié)約能源法》以及《能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要》，要求節(jié)約能源目標(biāo)應(yīng)當(dāng)落實(shí)到基層，成為各行業(yè)參與的國事。

空分設(shè)備制造行業(yè)可滿足化工、建材、航空航天等諸多領(lǐng)域設(shè)備要求，將節(jié)能減排原則落實(shí)在大型空分設(shè)備生產(chǎn)制造過程中，能夠最大限度提升各類資源利用率，因此，相關(guān)研究部門加快了大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)研究工作，開發(fā)出了更多節(jié)能減排空分設(shè)備系統(tǒng)。

1 大型空分設(shè)備概念

大型空分設(shè)備主要以空氣為原材料，通過壓縮循環(huán)及深度冷卻等方式將空氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)，通過精餾設(shè)施將液態(tài)空氣中的氧氣、氮?dú)庵鸩椒蛛x，以滿足不同領(lǐng)域生產(chǎn)要求?，F(xiàn)階段我國大型空分設(shè)備種類繁多，依照基本流程，可分為高壓空分設(shè)備、中壓空分設(shè)備、高低壓空分設(shè)備等。

大型空分設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由動力系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)等組成，不同系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)均可直接影響到大型空分設(shè)備的節(jié)能減排水平。

2 大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用的重要意義

大型空分設(shè)備是諸多領(lǐng)域生產(chǎn)關(guān)鍵裝備之一，能夠?yàn)楹罄m(xù)生產(chǎn)過程提供所需的氣體。在大型空分設(shè)備生產(chǎn)制造過程中應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)，開發(fā)出功能完善的空分設(shè)備節(jié)能減排系統(tǒng)，能夠最大限度節(jié)約空分設(shè)備運(yùn)行過程中的能源消耗量，具有顯著的生態(tài)效益。

同時(shí)，將節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用到大型空分設(shè)備生產(chǎn)制造過程中，也能夠切實(shí)提升設(shè)備環(huán)境適應(yīng)力，節(jié)約設(shè)備后期維護(hù)成本，為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，大型空分設(shè)備成套技術(shù)及單元技術(shù)日漸成熟，空分設(shè)備生產(chǎn)制造能力顯著提升。大等級空分設(shè)備不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致空分設(shè)備運(yùn)行期間的能耗量進(jìn)一步增多。為確?？辗衷O(shè)備制造行業(yè)符合社會可持續(xù)發(fā)展要求，在空分設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)過程中，應(yīng)用了更為先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)，開發(fā)出了新型節(jié)能流程。

這些先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用極大程度提升了大型空分設(shè)備運(yùn)行過程中的提取率與熱能轉(zhuǎn)換率，控制了空壓機(jī)排氣壓力，對節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

4 大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

4.1 節(jié)能減排技術(shù)在換熱器中的應(yīng)用

依照節(jié)能減排目標(biāo)，大型空分設(shè)備內(nèi)的換熱器逐漸趨向于低阻、高效，生產(chǎn)出功能更加完善的高壓板翅式換熱器正是大勢所趨?，F(xiàn)階段，我國高壓板翅式換熱器已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)十年的研制與創(chuàng)新，相應(yīng)技術(shù)更加成熟，研發(fā)出的新型高壓翅片被廣泛出口于國外，獲得了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

與傳統(tǒng)換熱器相比，高效高壓翅式換熱器具有承壓能力強(qiáng)、阻力低等優(yōu)勢，阻力因子是傳統(tǒng)翅片結(jié)構(gòu)的55%，傳熱因子是傳統(tǒng)翅片結(jié)構(gòu)的75%，具有更加顯著的節(jié)能減排效果，是大型空分設(shè)備重要的生產(chǎn)方向之一。

4.2 節(jié)能技術(shù)在精餾塔中的應(yīng)用

精餾塔是大型空分設(shè)備重要部件之一，可直接影響到大型空分設(shè)備運(yùn)行過程中的節(jié)能減排性能。為從根本上提升精餾塔運(yùn)行水平，在精餾塔優(yōu)化過程中應(yīng)用了更多集成式創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超低溫下氮?dú)?、氧氣等介質(zhì)連續(xù)精餾目標(biāo)，從根本上提升了精餾塔運(yùn)行效率。

在將先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用到精餾塔生產(chǎn)的過程中，主要對傳統(tǒng)精溜塔內(nèi)填料結(jié)構(gòu)以及形態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化，增強(qiáng)了填料過程中的通量特性，防止出現(xiàn)局部液泛現(xiàn)象，導(dǎo)致氣體、液體短路問題出現(xiàn)，切實(shí)提高了精餾塔填料效率。不僅如此，在精餾塔完善過程中，還使用了結(jié)構(gòu)粗糙化、成膜轉(zhuǎn)化等先進(jìn)技術(shù)，從根本上提升了填料過程中的傳質(zhì)性能和精餾塔運(yùn)行效率。

同時(shí)，精餾塔還應(yīng)用了分布器結(jié)構(gòu)，采用分層分布排列以及孔流溢流相結(jié)合方式，研發(fā)出了功能完善的懸槽式垂直布液板，使得液體分布器的分布流量增大，對不同負(fù)荷環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)，分布性能更加穩(wěn)定。先進(jìn)的分布器結(jié)構(gòu)也可提升精餾塔內(nèi)部操作彈性，防止在氣體集中區(qū)域出現(xiàn)偏流放大情況，最大限度節(jié)約了生產(chǎn)期間的各類資源。

4.3 節(jié)能減排技術(shù)在冷凝蒸發(fā)器中的應(yīng)用

空分設(shè)備等級越大，相應(yīng)的冷凝蒸發(fā)器截面積與換熱面積越大，所消耗的各類能源量也越多。為從根本上提升大型空分設(shè)備生產(chǎn)期間的節(jié)能效率，有效解決空分設(shè)備大型化發(fā)展與設(shè)備運(yùn)行能耗量增加的矛盾問題，需要將先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)以及理念應(yīng)用在大型空分設(shè)備冷凝蒸發(fā)器的生產(chǎn)與完善過程中，研發(fā)出節(jié)能型立式多層結(jié)構(gòu)冷凝蒸發(fā)裝置，從根本上提升大型空分設(shè)備主冷機(jī)組的運(yùn)行效率，控制下塔壓力與空壓機(jī)排氣壓力，確保大型空分設(shè)備的運(yùn)行能夠更好地滿足節(jié)能減排要求。

在設(shè)計(jì)出節(jié)能型冷凝蒸發(fā)器后，還需對冷凝蒸發(fā)器進(jìn)行現(xiàn)場安全以及性能檢測，在通過性能測試后，才可在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用。

4.4 節(jié)能減排技術(shù)在透平膨脹機(jī)中的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代初，我國首次研發(fā)出了增壓制動透平膨脹機(jī)組，切實(shí)提升了原有膨脹機(jī)組運(yùn)行效率。為滿足空分設(shè)備大型化生產(chǎn)要求，在傳統(tǒng)透平膨脹機(jī)機(jī)組基礎(chǔ)上，相關(guān)研究人員又研發(fā)出了高效低溫透平膨脹機(jī)。試驗(yàn)測試表明，我國研發(fā)出的高效低溫透平膨脹機(jī)比傳統(tǒng)膨脹機(jī)的絕熱效率高80%，在國際范圍內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

4.5 節(jié)能減排技術(shù)在分子篩純化系統(tǒng)中的應(yīng)用

在大型空分設(shè)備節(jié)能減排改革過程中，分子篩純化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化閥門衍生出了大口徑三桿閥結(jié)構(gòu)，該閥門是針對空分設(shè)備內(nèi)配套分子篩純化系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，可最大限度保護(hù)空分系統(tǒng)開啟壓差。同時(shí)，閥板與閥門結(jié)構(gòu)之間的密封面不會產(chǎn)生摩擦應(yīng)力，運(yùn)行壽命延長，節(jié)約了后期系統(tǒng)維護(hù)成本。大口徑三桿閥使用于經(jīng)常啟閉的場合，可以滿足大范圍溫度工作條件，從根本上保障實(shí)際生產(chǎn)效率，使大型空分設(shè)備在運(yùn)行過程中能高效利用能源?，F(xiàn)場運(yùn)行實(shí)驗(yàn)表明，三桿閥在實(shí)際運(yùn)行過程中具有阻力的特征，能夠有效控制空分成套設(shè)備的能耗量，切實(shí)提升大型空分設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)效益，因此是空分設(shè)備制造行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

4.6 節(jié)能減排技術(shù)在自動變負(fù)荷優(yōu)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在大型空分設(shè)備運(yùn)行過程中，設(shè)備控制變量與被控變量較多，實(shí)際耦合性強(qiáng)，在用戶用氧量呈現(xiàn)出周期性、間歇性、大幅度變動的情況下，只采用傳統(tǒng)手動或單回路方式控制生產(chǎn)負(fù)荷難以滿足節(jié)能減排要求，空放出氧氣，難免造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為實(shí)現(xiàn)大型空分設(shè)備節(jié)能減排目標(biāo)，相關(guān)研究部門依照節(jié)能減排理念，研發(fā)出自動變負(fù)荷優(yōu)化控制系統(tǒng)。

自動變負(fù)荷優(yōu)化系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)與自我修正功能，可以在運(yùn)行過程中保障產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動變負(fù)荷目標(biāo)，控制大型空分設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行期間的氣體放散率，從根本上提升了空分設(shè)備節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)了大型空分設(shè)備智能化與柔性生產(chǎn)目標(biāo)，確保了大型空分設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語

總而言之，我國大型空分設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)日漸成熟，但與其他發(fā)達(dá)國家相比，在運(yùn)行系統(tǒng)功能以及運(yùn)行效率等方面依然存在一定差距。為實(shí)現(xiàn)大型空分設(shè)備、空分節(jié)能減排系統(tǒng)全面國產(chǎn)化目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)在空分設(shè)備節(jié)能減排系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，結(jié)合生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)嶋H經(jīng)營建設(shè)的各類要求，對大型空分設(shè)備內(nèi)部功能不斷進(jìn)行完善，做好大型空分設(shè)備關(guān)鍵配套裝置升級與轉(zhuǎn)型工作，平穩(wěn)推動我國空分制造行業(yè)智能化、節(jié)能化發(fā)展進(jìn)程。