空分装置节能降耗的可行方法

2019-10-14

福建质量管理 2019年18期

(宁波中金石化有限公司浙江宁波 315204)

一、优化操作的节能方法

(一)优化空压机操作。1.工况稳定时可适当降低空压机进气量。提升空压机的负荷，其结果是能耗将不断增加[1]。当空气流量达到一定值时，会进入空压机的稳定运行区域，之后空压机压力会随着空气流量的不断加大而降低，空气流量达到某一值时，空压机的运行会达到最佳效率区域。在保证工况稳定的情况下，应将空气流量维持在空压机最佳效率区域，若此时工况产气量仍有富余，可通过降低空压机进气量达到降低能耗的目的；2.后系统故障时空压机降负荷。一般空分装置制造的气体是供后续工段使用的，后续工段事故状态下无法消耗所供氧气，此刻氧气放空，导致氧气放散率扩大，浪费严重。此时，若液体采出量不作调节，可适当降低空压机负荷，减少进气总量，降低氧气的放散率[2]。一般空分系统最低负载能力在70%左右，在后系统出现短期故障时，可对空压机进行降负荷操作，这是降低空分装置能耗最直接的手段。

(二)降低上塔压力。上塔压力与氧气、氮气、氩气饱和温度的关系见表1。由表1可知，氧气、氮气的饱和温度随着上塔压力的降低而减小，降低上塔压力有利于氧、氮组分的分离。随着上塔压力的降低，下塔压力和空压机排气压力也会相应降低，因此可通过降低主塔的上塔压力来减少空分装置的整体能耗，但上塔压力的降低需在设计范围内，应保证氮气和污氮气出板式换热器后保持正压状态，以保证分子筛再生气和水冷塔活化气的充足。

表1 上塔压力与氧气、氮气、氩气饱和温度的关系

(三)降低主换热器的冷损。空分装置的主换热器为板式换热器，其回收了主塔大部分的冷量，一般情况下，板式换热器冷损所占总冷损的比例随着空分设备的增大而增大(见表2)。从表2可知，当空分设备能力增大至20 000 m3/h时，主换热器冷损所占总冷损的比例可达50%以上，因此板式换热器对节能降耗的作用不容忽视。一般大型空分装置设计板式换热器热端温差在3 ℃左右，若热端温差扩大，总冷损必然增大，空分装置整体的能量损耗也会增大。所以，实际操作中应严格遵守设计规则，主换热器采用长板式，缩小热端温差，采用高密度、锯齿形翅片等都是有效提高换热效率的方法；同时，采用性能良好的保冷材料，做好冷箱密封，保证充填措施良好，尽量减少冷损[3]。

表2 不同能力设备主换热器冷损所占总冷损的比例

(四)改变透平膨胀机的膨胀量。主塔的大部分冷量由膨胀机制造，一般而言，主塔的冷量随膨胀量的增大而增大，在主塔氧纯度不变的情况下，提高膨胀机的膨胀量能够提高氧气产量[4]。为提高液体产量，一般对膨胀机作如下调节。1.通过调节膨胀机的回流，增加膨胀机的进气量，增强膨胀机的制冷效果，增加液体量，提高空分装置的产能；2.在工况稳定的情况下，提高增压机中抽压力，增大膨胀机的进气压力，增大膨胀量，利于气体的产出；3.通过对板式换热器的微调和膨胀机进气量的调整，提高膨胀机的机前温度，机前温度越高，膨胀机的单位制冷量越大，但此时需注意膨胀机的转速，防止转速过高引发事故；4.膨胀机冷量的加减与外界环境相关，若外界环境温度高，空分设备冷量损失大，此时可适当增加膨胀机的制冷量以弥补冷损，反之冷损小导致冷量过多，可适当减少膨胀机的制冷量，以防氧纯度发生变化。

二、优化设备的节能方法

(一)保证空气过滤器的清洁。空压机机前压力的提高对降低空压机压缩比有明显作用，是节能降耗的一个影响因子。因此，空压机运行期间，确保空气过滤器PLC程序稳定，保证空气过滤器清洁，定期检查滤筒的使用状况，及时更换滤筒，保证空压机的机前阻力不高，以提高空压机的机前压力。

(二)加强空分设备或管道的保温力度。对于暴露在环境中的空分设备或管道，外界温差的变化直接影响到管道内介质的温度。因此，增加保温层，加强空分设备或管道的保温力度，对工况的稳定有重大意义。此外，冷箱内保温材料的损耗和失效会增大冷箱的冷损，为确保冷箱的保温效果，需不定期的补充冷箱损耗的珠光砂。

(三)增设管道将放空氮气引入水冷塔。制氧工艺除制备氧气外，同时制备大量液氮和氮气，氮气作为生产区内仪表气和密封气的气源，其使用量极不稳定。正常操作下，0.8 MPa以及4.0 MPa的氮气并网后存在部分放空，其损耗不可小觑。若增设氮气管道对其减压并入水冷塔作为冷却气，既节约了氮气的损耗，又降低了水冷塔的冷冻水温度，在降低分子筛负荷的同时，改善了空分工况，有利于节能减排。

(四)增设管道对分子筛切换时的污氮气进行回收。生产过程中，分子筛切换时，再生污氮气直接放空，放空时间持续近40 min，放空量较多，气体损耗严重。可将放空污氮气回收入水冷塔作为冷却气用，以降低水冷塔的冷冻水温度；或适当缩减切换时间，对污氮气的回收有很大帮助。