淺談空分設備的節能潛力及可行性分析

摘 要：通過詳細分析空分設備的高耗能原因及存在的節能潛力，發現空分設備有效能損失主要存在于動力系統、純化系統、制冷系統及熱交換系統。通過節能改造和優化操作，提高對有效能的利用率，從而達到降低空分設備能耗的目的。

關鍵詞：空分設備；節能潛力；優化操作；降低能耗

隨著科學技術的不斷發展，空分設備也逐步向著大型化、裝備化的方向發展，帶來的好處是使得設備能耗大幅度降低，生產運行成本大幅下降，實現效益的最大化。但是在實際生產中，由于種種原因，高耗能現象依然存在。例如，空分設備經過長時間運行，單耗明顯增加。再比如冶煉生產的不規律性，使得空分裝置的產量不能及時回調，造成氧、氮、氬等氣體的大量放散，浪費也很嚴重；因此，有必要通過提升操作技能以及對設備加以改造來提高生產整體的經濟性。

1 空分設備能耗大的原因

1.1 空壓機能耗

1.1.1空分設備啟動時間長

空分設備在啟動后需要冷卻與積液，所謂冷卻就是將設備的內部溫度從常溫冷卻到-183℃，而這一過程通常需要12～18小時。積液就是使主冷液氧積累到一定高度，從而保證液體產品的產量。由于冷卻與積液的時間較長，從而加大了空壓機的電耗。

1.1.2空壓機級間冷卻器冷卻效果變差

空壓機級間冷卻器的冷卻效果直接決定了空壓機排氣量的大小。因此冷卻器如因結垢、堵塞等原因造成冷卻效果變差，空壓機能耗也會增加。

1.2 其他能耗

1.2.1分子篩電加熱爐能耗

若空氣進入分子篩后溫度偏高會造成分子篩吸附器吸附的不徹底，吸附能力嚴重下降，因此需要通過提高分子篩再生溫度來解決，而這種方法增加了電加熱爐的用電耗能（電加熱爐的用電量一般占空分設備用電量的5%）。大大增加了運行成本。

1.2.2預冷系統空氣出空冷塔溫度過高

空壓機排氣溫度、循環供水溫度提高以及冷凍水在低溫下藥物結晶等情況容易造成空冷塔、水冷塔換熱效果差，空氣出空冷塔的溫度高，分子篩的吸附負荷增加，也會導致更高的再生能耗，同時空氣進主換熱器溫度的升高，使得換熱器的負荷增加，設備成本相應增加；反之，降低空氣出空冷塔溫度，則需要預冷系統提供更多的冷量，在進水冷塔的氮氣或污氮氣總量已經確定的前提下，額外的制冷量必須由冷凍機提供，降低溫度就會增加對冷凍機的能耗要求。因此，一個合理的空冷塔出口空氣溫度成為平衡投資和能耗的關鍵點。一般說來，這個溫度在10～14℃之間。

2 空分設備節能優化改造效果分析

紫光氣體公司十分注重節能技術改造，自單位成立以來一直堅持管理創新、制度創新、科技創新，推進系統優化，嚴抓浪費耗能，針對空分設備這個耗能大戶，立足現有設備，通過節能技術改造，采取降耗措施，積極優化生產工藝、流程，從而實現降本增效。

2.1 改造空壓機末級管道降低排氣壓力與逆止閥后壓力壓差

15000m3/h空分設備于2005年5月投產，配套運行的3MSGEP-16/15型空壓機一直運行至2013年，開始由于空壓機末級排氣壓力與逆止閥后壓力壓差大，造成壓縮機能耗偏大，進氣量不足，導致氧、氮產量不足。同年，改造空壓機末級管道由原有的?500mm直徑管道替換為?600mm的直徑管道。改造后，空壓機逆止閥前后壓差明顯降低。但仍未達到最理想的水平。次年，又對該逆止閥進行改造調試，最終將壓差控制在6kpa左右，在保證下塔壓力不變的狀態下，空壓機排氣壓力下降至0.465MPa

2.2 通過降低上塔壓力PIA2，減小空壓機排氣壓力，實現節能降耗目標

空分生產過程中，發現上下塔壓力均很高，例如上塔壓力PIA2為0.042MPa，上塔氮氣出主換熱器壓力PIC105為0.023MPa，下塔壓力PI1為0.460MPa，在這種工況下，設備運行不是很穩定，波動性較大，并且下塔壓力高，造成空壓機排氣壓力高，能耗很高，后來通過分析研究發現上塔氮氣出主換熱器壓力PIC105只要滿足氮氣進氮壓機的入口壓力以及滿足分子篩再生時的再生氣氣量這兩個條件即可。隨即逐步將PIC105壓力降至0.017MPa，上塔壓力PIA2降至0.035MPa，下塔壓力PI1降為0.440MPa，調整操作后，空分設備運行穩定，工況波動小，氣體產品持續穩定，空壓機排氣壓力相應降低，實現了節能降耗的目的。

3 優化方案分析

對自潔式過濾器反吹氣源管進行改造，降低空壓機吸氣阻力方案。自潔式過濾器濾筒在運行半年后，空壓機就出現吸入阻力較大的問題，而就地反吹氣壓力在0.4MPa，反吹時，濾筒數量有16個，同時進氣管徑很細，現在雖然進行反吹，但空壓機吸入阻力讓處于緩慢上升水平。而這一現象是由反吹管管徑小，反吹氣量明顯不足造成的，建議通過擴大反吹管管徑以增加反吹氣量，以便降低空壓機因吸入阻力高而增加的用電單耗。

4 結語

空分設備流程的多樣性以及制氧工藝的特殊性，決定了空分設備的節能存在無限可能。如果我們每一個企業都能相應國家倡導的節能減排、淘汰落后產能的號召，通過技術革新對現有設備進行不斷優化與改造，挖掘生產工藝過程中的極限潛力，最大限度地降低設備運行中的能源消耗，必將會偉企業帶來巨大的經濟效益。

參考文獻：

[1] 李化治，等.制氧技術[M].北京：冶金工業出版社，2007：169-183.

[2] 湯學忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2007：281-290.

[3] 深冷技術[M].杭州：杭州出版社，2014：281-63.

作者簡介：

方偉（1985-），男，漢族，河北宣化人，助理工程師，本科，研究方向：機械產品的創新設計。