空分裝置系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

1、空分裝置系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化1.前言空氣分離裝置為幾乎所有化工行業(yè)提供者原材料-氧氣,氫氣,二氧化碳,氬氣等一些必不可少的原材料。中國的工業(yè)氣體市場，2009年達到17104美元，比2008年增長20%1。空氣分離的一個重要的產(chǎn)品氧氣是世界上生產(chǎn)體積第二大的化工氣體，約占全球氣體市場的30%。其主要用于冶金工業(yè)、化學合成、玻璃制造、造紙、石油煉制以及醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。在另外一些行業(yè)也有增長的趨勢，如發(fā)電系統(tǒng)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)過程以及固體氧化物燃料電池堆2。在我國使用中的中小型空分設(shè)備數(shù)量大，分布面廣。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。隨著市場經(jīng)濟的不斷完善，空分設(shè)備的節(jié)能增效已越來

2、越被重視。我國已頒布了節(jié)能法，且國家經(jīng)貿(mào)委等部門聯(lián)合每年開展一 次全國節(jié)能宣傳周活動。因此，空分設(shè)備的運行不僅要考慮安全問題，還要考慮其經(jīng)濟眭。2.空分裝置流程1.空氣分離技術(shù)的方法主要有：吸附分離法、膜分離法和低溫分離法?，F(xiàn)在的各個公司所應用的設(shè)備以低溫分離法為主3。2.原料空氣在過濾器中除去了灰塵和機械雜質(zhì)后，進入空氣透平壓縮機壓縮到所需壓力，然后送入空氣冷卻塔進行清洗和預冷。空氣冷卻塔的給水分為兩段，冷卻塔的下段使用經(jīng)用戶水處理系統(tǒng)冷卻過的(常溫)循環(huán)水，而冷卻塔的上段則使用經(jīng)氮水冷卻塔冷卻后的低溫水，使空氣冷卻塔出口空氣溫度降低?？諝饫鋮s塔頂部設(shè)有絲網(wǎng)除霧器，以除去空氣中的機械水滴?？?/p>

3、氣自下而上穿過空氣冷卻塔，在冷卻的同時，又得到清洗。3.出空氣冷卻塔的空氣進入交替使用的分子篩純化器，原料空氣中的等不純物質(zhì)h2 o、c 2h 2、co2 等不純物質(zhì)被分子篩吸附。分子篩純化器為兩只切換使用，定時自動切換，其中一只工作4h時，另一只再生。4.凈化后的加工空氣分三股：一小部分被抽出作為儀表空氣；一股相當于膨脹量的空氣引入增壓風機中增壓，然后被冷卻水冷卻至常溫后進入主換熱器，再從主換熱器中部抽出進入膨脹機，膨脹后絕大部分空氣進入上塔參與精餾，小部分通入污氮氣管；另一大股空氣直接進入主換熱器后，被返流氣體冷卻至飽和溫度進入下塔參與精餾，空氣經(jīng)下塔初步精餾后，在下塔底部獲得富氧液空，在

4、下塔頂部獲得純液氮。下塔抽取的液空、純液氮進入液空液氮過冷器過冷后送入上塔相應部位，經(jīng)上塔進一步精餾后，在上塔底部獲得氧氣，并進入主換熱器復熱后出冷箱，經(jīng)氧氣透平壓縮機加壓后進入氧氣管網(wǎng)。另抽取一部分液氧直接進入液氧貯槽。5.從上塔頂部得到液氮，送入液氮貯槽。從上塔中部抽取一定量的氬餾送入粗氬塔，粗氬塔在結(jié)構(gòu)上分為兩段，第二段氬塔底部抽取的液體經(jīng)液體泵送入第一段頂部作為回流液，經(jīng)粗氬塔精餾得到粗氬氣送入純氬塔中部，經(jīng)純氬塔精餾在純氬塔底部得到純液氬。6.從輔塔頂部得到氮氣，經(jīng)過冷器、主換熱器復熱后出冷箱，作為產(chǎn)品輸出，壓縮后提供給用戶。7.從上塔頂部引出污氮氣，經(jīng)過冷器、主換熱器復熱后出冷箱，

5、一部分進入電加熱器作為分子篩再生氣體，其余氣體送入水冷塔4。流程圖如下：圖2-1空分過程過程流程圖空分系統(tǒng)的節(jié)能增效基本上可以分為兩個部分制度上的管理、對生產(chǎn)工藝和設(shè)備的改良節(jié)能操作。3.空分工藝和裝置的改良3.1在純化系統(tǒng)中的改良趙小瑩5，在中國空分有限公司的20000m/h空分設(shè)備的凈化流程中，采用立式徑向流分子篩吸附器，其作用是吸附空氣中的水分、二氧化碳、乙炔、丙炔、重烷。立式徑向流吸附器采用圓柱體床層結(jié)構(gòu)，充分利用了空間位置，占地面積小，立式徑向流吸附器占地面積僅為臥式吸附器的1/4。分子吸附器采用同心圓雙層床結(jié)構(gòu)，外層活性氧化鋁床層可有效地保護分子篩，延長分子篩使用壽命，同心圓雙層床

6、也可以使得吸附器再生阻力下降，且在加熱再生時，加熱氣流從中心筒由內(nèi)向外流動，當熱氣體與外筒壁接觸時，已完成加熱再生任務。改進后，保證了系統(tǒng)的先進性，可靠性。分子篩純化系統(tǒng)為長周期的設(shè)計，從而使分子篩及閥門使用壽命延長，切換損失減小。與臥室吸附器相比，可節(jié)能10%20%。3.2在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的改良龔世峰6，根據(jù)河南神馬工藝冷凍水裝置（使用具有節(jié)能、環(huán)保特點的蒸汽雙效型溴化鋰吸收式制冷機），在低溫水泵后增加一個冷卻水換熱器將原來的冷凍機作為備用機使用，這樣不僅可以避免空分設(shè)備生產(chǎn)手冷凍機故障影響，還可以實現(xiàn)公司資源的綜合利用。改造后，當兩臺低溫水泵發(fā)生故障時，操作人員只需將其中一臺常溫水泵切入

7、低溫水系統(tǒng)即可保障正常生產(chǎn)。改造后的淡水預冷工藝如圖3-1：圖3-1 改造后的淡水預冷工藝圖王同7，對無錫高新氣體有限公司空分設(shè)備的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)進行了改造，其原來所使用的水泵揚程和流量都偏大，在實際運行時只能通過關(guān)小泵出口閥來進行調(diào)節(jié)。目前，在所運轉(zhuǎn)的3臺循環(huán)水泵出口閥的開度都控制在60%左右，出口壓力位0.5mpa，由于這種運行方式浪費大量的電能必須對循環(huán)水泵進行改造。其選用切割葉輪的方法，對其3臺循環(huán)水泵進行了葉輪切割并進投入運行，經(jīng)測試，單臺水泵每年可節(jié)省電量254040kwh，達到了預期的效果。3.3 在制冷過程中的改良龔曉奎8，在天津石化公司空分廠的kdon-1500/3000型空

8、分裝置中提出，在制冷系統(tǒng)中采用增壓空氣透平膨脹機的低壓循環(huán)，用增壓機制動，將氣體所作的膨脹工回收給膨脹工質(zhì)本身，由于膨脹前壓力的提高，因而單位制冷量應增加，膨脹量減少，入上塔膨脹空氣量減少，達到提高氧的提取率效果。葛文博9提出減少空分設(shè)備冷量損失，可以有效地節(jié)約能源提高效率。空分設(shè)備的冷損主要表現(xiàn)在四個方面：復熱不足(即熱交換不完全)損失(q2)，跑冷損失(q3)，液態(tài)產(chǎn)品取出冷量損失(q0)，塔內(nèi)泄漏損失(q1)。因此，空分設(shè)備的總冷損失為q總= q0十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

9、空氣等溫節(jié)流效應ht與膨脹機的產(chǎn)冷量qe兩部分組成。因此，ht + qe = q0十q1+ q2+ q3。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)運轉(zhuǎn)的經(jīng)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。3.4 在精餾過程中的改良鄭華東10提出，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)氯氣之間的溫差變化；上塔壓力高，則液氧的汽化溫度亦高，這樣在下塔壓力不變的情況下，主冷內(nèi)氧氯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，使氮氣的溫度亦提高，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

10、的機后壓力必然增大，這使空壓機軸功率增大，耗電增加。困此，在調(diào)節(jié)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(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。從而達到了節(jié)能增效的目的。田現(xiàn)德10，對萊鋼集團天元氣體有限公司的空分設(shè)備提出了改良方案：(1)在確保液氮和產(chǎn)品氮氣純度的條件下，調(diào)整下塔的回流比，盡可能開大液氮節(jié)流閥。(2)在液體產(chǎn)量和主冷液氧液位穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，盡量減少膨脹空氣量。(3)在確保氧、氮純度合格以及產(chǎn)品氧、氮產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，適當減少空壓機的加工空氣量，以減少污氮取出量，降低其流通阻力。(4)在滿足分子篩吸附器再生效

11、果的條件下，將污氮氣進入分子篩吸附器的壓力降低，盡可能地開大污氮氣去水冷塔的閥門。(5)嚴格控制主冷液氧中碳氫化合物 (特別是乙炔)含量，在確保不影響主冷工況及安全的前提下，適當降低主冷液氧液位。(6）合理調(diào)配多套空分設(shè)備組合運行方式，使氧氣供應處于稍有不足的狀態(tài)，不足部分則用液氧汽化補充，盡可能減少反復調(diào)整空分設(shè)備氧氣產(chǎn)量的情況發(fā)生。經(jīng)過上述調(diào)整在氧氣產(chǎn)量保持相對穩(wěn)定的前提下，液氬產(chǎn)量達到750m/h，平均增加液氬產(chǎn)量約150m/h，上塔工作壓力下降了46kpa，空壓機排氣壓力降低了約15kpa，污氮氧含量 由0.872%降低至0.22%。完善變負荷調(diào)整措施后，空分設(shè)備變負荷范圍由95%10

12、0%增大至90%105%。運行穩(wěn)定性明顯提高，單位氧氣綜合電耗下降約0.01kwh，取得了顯著的經(jīng)濟效益。4.設(shè)備的節(jié)能改良措施4.1 增設(shè)后備系統(tǒng)空分裝置作為氣體提供者,對整個生產(chǎn)過程能否平穩(wěn)運行起著關(guān)鍵作用,一旦一套空分裝置故障停車,將導致一套裝置連鎖停車,裝置也將無法運行,而每次裝置故障停車都將造成數(shù)百萬元的直接損失。因此,生產(chǎn)過程對空分裝置供氣連續(xù)性和壓力波動范圍有很高的要求。因此空分裝置設(shè)置了液體儲存后備系統(tǒng)。后備系統(tǒng)包括常壓低溫液體儲槽,水浴式汽化器,低溫液體泵12。后備系統(tǒng)可以在其他裝置生產(chǎn)工況波動時及時增加供氣量,保證全廠氮氣管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。滿足全廠停車時對氮氣產(chǎn)品的需求。在全

13、廠停車檢修期間仍需氮氣供應保障安全。后備系統(tǒng)在氮槽裝滿液體的情況下完全可以滿足停車期間20天的氮氣需求。即使停車時間大于20天,可采取外購液氮產(chǎn)品補充至液氮儲槽的措施以滿足對于氮氣的需求。相對于運行一套空分裝置也可節(jié)約大量資金13。同時為了節(jié)省資源，可以使用舊的空分設(shè)備作為備用，由于舊空分停車備用，與之配套的氮氣灌充系統(tǒng)因無氮氣無法充裝，可以通過工藝改進，從新空分氮壓機出口管線引根跨線到舊空分氮氣氣囊入口處，氮氣灌充系統(tǒng)就可以投用，確保了消防車及氮氣瓶順利充裝，瓶裝氮氣還可以對外銷售，雖然量小，單也能為車間創(chuàng)效。 葉文福14，對福建煉化公司供氣車間兩套設(shè)備進行了改造，其車間新空分開車不久，新空

14、分氮氣產(chǎn)量有600800nm/h的富余量，故其在新舊空分氮氣管線之間增加了一條跨線和一道閥門，使得新空分富余氮氣量直接供給公用系統(tǒng)使用，讓就空分停下來作為備用。從兩年多的運行情況來看，1998年就空分停開257天，全年節(jié)電205.4萬kwh，折合人民幣92.4萬元；1999年舊空分停開343天，全年節(jié)電274.1萬kwh。折人民幣123.3萬元；2000年舊空分至今還處于停運備用估計全年停用，全年可節(jié)電291.7萬kwh，折人民幣131.3萬元。4.2 加強設(shè)備維護有害余隙要適當，在工作狀態(tài)不使用活塞發(fā)生碰撞的前提下，有害余隙越小越好，可按設(shè)備說明中的規(guī)定予以調(diào)整。進排氣閥門要密封。進氣閥門不

15、密封時，壓縮氣體返回吸入管，壓縮后壓力降低，進氣溫度升高。排氣閥門不密封時，壓縮的氣體返回氣缸，吸入氣量減少，排出壓力降低而排氣溫度升高。這樣，進排氣閥門泄漏都會引起空氣量的減少單位能耗增加：為此，每運行一個周期應拆開閥門進行密封檢查和處理。消除泄漏點。外部泄漏要及時發(fā)現(xiàn)及時處理。機器內(nèi)部的泄漏要靠正確的維護保養(yǎng)來保證 如氣缸、活塞的磨損；密封填料函或冷卻器的漏點，要定期作檢查和修理；減少機器運動機構(gòu)的摩擦阻力。正確選用潤滑油，注意油質(zhì)、油量，使用中經(jīng)常檢查油溫、油壓15。5.控制整個項目施工的安全與質(zhì)量空分裝置的機構(gòu)使其自身的有復雜性和特殊性。此外，其工作介質(zhì)的特殊性決定了其質(zhì)量和安全問題。

16、首先，它必須保證安全和質(zhì)量的安裝，和整個空氣分離設(shè)備的可靠性。該領(lǐng)域權(quán)威專家指出，30%空氣分離的空分設(shè)備的可靠性是基于其安裝質(zhì)量。這表明安裝質(zhì)量重要性的。進口空分項目的歷史上看，安裝質(zhì)量是完全被外國監(jiān)督員控制的。如何保證本單位的施工質(zhì)量成為了真正的挑戰(zhàn)。在考慮施工管理的復雜性之后，一個聯(lián)合項目建設(shè)集團創(chuàng)建使用最好的機電施工隊伍在安裝焊接鋁管道和導管工作。施工安全和質(zhì)量由公司項目建設(shè)、公司管理和控制能力來保證。在對過程的監(jiān)督，寶鋼致力于管理的施工組之間的接口。同時，其中包括監(jiān)察員，專門負責技術(shù)人員和維修人員的綜合三層安全與質(zhì)量控制系統(tǒng)建立。介紹安全質(zhì)量監(jiān)督和密切注重質(zhì)量的關(guān)鍵工作序列，如焊接內(nèi)

17、管道壓縮機安裝和中間交接檢查。這樣，該項目已完成的安全質(zhì)量好的16。6.總結(jié)及建議讓節(jié)能成為一種美德，一種習慣，一個行為同時建立節(jié)能制度。可以讓公司成立節(jié)能領(lǐng)導小組和能源管理機構(gòu)；制定節(jié)能規(guī)劃，逐項開展節(jié)能項目，從項目立項到項目驗收，做到有項目進展表及最終驗收報表，做好項目臺賬的歸檔工作。通知要激勵員工的節(jié)能積極性，制定獎勵懲罰相關(guān)辦法。同時設(shè)立節(jié)能減減排專項資金，用于節(jié)能獎勵和節(jié)能項目的開發(fā)應用。鼓勵員工進行設(shè)備改造、工藝創(chuàng)新、操作改進、通過采用新工藝、新材料達到節(jié)能效果。表彰節(jié)能先進人物，激勵員工把節(jié)能降耗工作合力運用到實際工作中，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。在企業(yè)的發(fā)展過程中，要堅持節(jié)能減排與加快科學

18、發(fā)展，構(gòu)建和諧企業(yè)相結(jié)合，使經(jīng)濟增長建立在節(jié)約能源和保護環(huán)境的基礎(chǔ)上；要屬地管理，分級負責節(jié)能減排工作格局；堅持源頭控制與存量挖掘，依據(jù)管理與政策激勵，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都體現(xiàn)出公司節(jié)能的理念，突出重點與全面推進相結(jié)合，以點帶面，最終形成全員 自覺節(jié)能減排的機制；實行能源規(guī)劃和能源審計，建立嚴格的節(jié)能管理制度和有效的激勵機制，將節(jié)能降耗的目標和責任落實個人。新廠區(qū)建設(shè)方面，開封空分表示會圍繞建材項 目、環(huán)保項目等方面安排節(jié)能計劃，采用高效節(jié)能的產(chǎn)品17。參考文獻1 劉春發(fā)，砂巖油田開發(fā)成功實踐m，北京，石油工業(yè)出版社，19962 moghtader behdad. application of chemical looping concept for air separation at highj.energy fuels,2010.24(1).190-1983 趙立黨，空分壓縮機廠房及管道布置探討，西北大學學位碩士論