空分裝置的節能優化操作

顧興博 （大慶油田化工集團醋酸分公司水氣車間）

空分裝置的節能優化操作

顧興博 （大慶油田化工集團醋酸分公司水氣車間）

空分系統的能耗水平，既體現空分系統本身設計、制造水平，也取決于實際運行過程中的操作。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氣，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、液氧自增壓，上塔采用填料塔，全精餾制氬的流程。裝置設計生產能力為氧8 000 m3/h。根據設備和生產環境的實際情況，在滿足造氣車間用氣量的前提下探索適合的節能降耗方法與途徑，以達到空分設備運行能耗最低的目的。

空分裝置 能耗 節能 改造

空分設備產品主要有氧氣、氮氣、氬氣及液氧、液氮、液氬等。它們廣泛應用于工業、農業、科技、醫療及人們的日常生活中。通常中小型空分設備數量大，應用面廣。中小型空分設備屬高耗能設備，空分廠（站）均屬耗能大戶。空分設備的運行不僅要考慮安全問題，空分設備的節能增效也越來越受到重視。現僅就大慶油田化工集團醋酸分公司水氣車間空分裝置的生產(工藝)操作、設備(改造)維護、節能優化等方面進行分析，并提出有效途徑與方法供大家參考。

1 能耗分析

空分設備最主要消耗是電能及設備檢維修、配件材料消耗費用，其次是人工成本。只要針對以上四方面采取切實的措施，就能大大降低空分設備的能耗和運行費用，提高中小型空分設備運行的經濟性，實現節能降耗、增產創效。

本車間空分系統主要消耗的能源有蒸汽、除鹽水、循環水、低壓電和高壓電。

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

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

3）循環水主要用在空冷塔、水冷塔、空壓機氣體冷卻器、空壓機油冷卻器、空壓機電動機冷卻器和膨脹機油冷卻器。正常生產時循環水保持最大量，提高冷卻效果，使設備與機組運行在最佳工況，無可調節空間，故不作能耗分析。

4）低壓電主要有電加熱器、調功柜、大小水泵、氬泵、裝車泵和生活用電。

5）高壓電只有空壓機消耗。

表1 空分設計能耗一覽表

從以上情況看，蒸汽、除鹽水、循環水、低壓電在空分裝置運行過程中節能潛力不大，而主要能耗部分在空壓機的耗電量上。

從2008年1月到10月，空分系統主要能耗費用如下：新鮮水用量17 540t，總計費用82 438元；循環水用量5 012 533 t，總計費用2 255 639.85元；高壓電用量為2 105 6342 kWh，總計金額11 524 135.98元。空分公用工程總消耗金額為13 862 213.83元。空壓機能耗約占整套空分設備運行總能耗的83.13%，所以降低空壓機功率消耗，是空分設備節能的關鍵。

2 裝置的優化操作

2.1 縮短空分設備啟動時間

空分設備的啟動過程是只有能量輸入而無產品輸出的無效能耗過程。該過程越短，無效能耗越少，經濟效益越高。因此，減少啟動時間與空分設備的節能關系甚大。具體操作要點如下：

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

2）充分發揮膨脹機最大制冷能力。透平機開2臺，活塞機凸輪控制在最大進氣位置，保證最大進氣量，盡可能增大壓差。

3）及時準確操作閥門，開關到位調整及時。

注意：主冷積液時要正確認識液面上漲慢的原因，不宜操之過急。上漲慢說明膨脹機產生的冷量轉移到塔板上了，精餾工況已慢慢建立。主冷開始工作要適時調整，積累液體。

2.2 降低分餾塔上塔壓力

根據空分精餾原理，上塔壓力的變化引起主冷凝蒸發器內液氧與下塔側氮氣之間的溫差變化；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，使氮氣的溫度提高，從而滿足主冷換熱對溫差的要求。隨著下塔的壓力提高，空壓機的機后壓力必然增大，這使空壓機軸功率增大，耗電增加。因此，在調節精餾工況時，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出口壓力（即系統壓力），而且使上塔的精餾工況趨于優化，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，操作上應盡可能提高液氧、液氮和液氬提取率，使產量達到最大，這樣可以提高整套空分設備的經濟效益。

2.3 減少空分設備冷量損失

空分設備的冷損主要表現在四個方面：復熱不足（即熱主換熱器熱交換不完全）損失（Q2）、跑冷損失（Q3）、液態產品取出冷量損失（Q0）和塔內泄漏損失（Q1）。因此，空分設備的總冷損失為Q總=Q0+Q1+Q2+Q3。根據能量守恒原理，在穩定工況下，空分設備的產冷量應該與裝置總冷損平衡。而空分設備的產冷量在沒有外加冷源的條件下，是由壓縮空氣等溫節流效應ΔHT與膨脹機的產冷量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，從而提高空分系統運轉的經濟性。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 延長空分設備運行周期

空分設備運行周期長，就可減少開、停機次數和加溫吹除次數，也就減少了空分設備無效運轉的時間。節約了電能、蒸汽、冷卻水、潤滑油，同時節約了人力，減輕了勞動強度，減少了設備的磨損，最終提高空分設備運行的經濟性。

3 實現節能增效

3.1 純化器再生氮氣的回收利用

對出純化器再生氮氣進行回收加以利用，節約資源。

1）工藝流程：出純化器后的再生氮氣，經列管式換熱器冷卻后，進入油水分離器，除去氮氣中冷凝下來的水分，然后經氮氣緩沖罐（或氮氣囊）進氮壓機壓縮后，送往貯罐再利用。

2）重點解決的問題：

◇再生氮氣出純化器后的壓力約為0.01MPa。采用氮壓機抽氮氣時要防止緩沖罐出現負壓；純化器再生系統阻力加大，要防止分餾塔壓力波動。

◇設備要配套。如換熱器、油水分離器、緩沖罐、氮壓機等選型要配套。

◇氮氣回收后，氮氣中含水量略增加，若要求含水量少，可增設一干燥器。

3.2 放空氧氣、氮氣的回收利用

在空分氧氣、氮氣外送閥后接管至甲醇分公司小空分裝置氧、氮壓機入口：本裝置設計生產能力以氧氣計8 000 m3/h（標準工況下），而造氣裝置滿負荷需要氧氣僅為3 600 m3/h（標準工況下），其余氧氣都進行放空處理。故根據實際情況在空分氧氣、氮氣外送閥后接管至甲醇分公司小空分裝置氧、氮壓機入口，實現氧氣、氮氣的回收利用。

3.3 水浴蒸發器的節能改造

水浴蒸發器循環水改為除鹽水：循環水中含有大量的鹽離子，長時間打循環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，節約蒸汽量。

3.4 液體貯槽保冷效率的提高

從冷箱至3臺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，提高液態產品的產量。

4 總結

隨著我國國民經濟持續高速發展，當前國內空分處于“黃金時期”，成為“朝陽工業”。中國工業氣體行業2000年后進入快速發展階段，2003—2005年中國氣體工業產值年均增長65%，而今世界平均年增長率為12%，到2016年，中國工業氣體產值將達到1 000×104元。目前，我國氣體市場年銷售額為360×104元左右。2006年全球工業氣體銷售額總計517×104美元。中國工業氣體市場，2005年達到17×104美元，比2004年增長20%。預測今后5年年均增長19%，到2010年將達到40×104美元[2]。

另外氧、氮、氬等氣體液化后的液體產品，推廣使用后，可降低運輸等費用。在工業發達國家一般使用低溫槽車輸送工業氣體液化產品到各用戶，就地汽化使用，實現“集中生產、分散供氣”，達到節能增效的目的，這也是我國氣體工業發展的趨勢。

[1]湯學忠,顧福民.新編制氧工問答[M].北京:冶金工業出版社,2006.

[2]陳允愷等編著.小型空氣分離設備基礎知識[M].北京:機械工業出版社,1993:385.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.012

顧興博，2007年畢業于沈陽工業大學，助理工程師，現從事石油化工行業工藝技術工作，E-mail：guxingbo@cnpc.com.cn，地址：大慶油田化工集團醋酸分公司水氣車間，163411。

2011-07-18）