潘振 董叶强

摘  要：介绍了空分氧制造系统中存在的水消费高问题，对根本原因进行了研究分析，提出了改善方法和措施。通过改进设计实施，降低了氧气制造系统的水消耗，提高了系统的运行能源效率。

关键词：空分系统;深冷;水单耗;能效

一、概论

空气分离简称空分，是利用空气中各成分的物理性质不同，通过深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离氧气、氮气、同时提取氦气、仰光等稀有气体的过程。空气分离的最常见的方法是深度冷冻法，整个过程包括多个气体压缩过程。由于压缩后的气体温度远远超过工艺要求，因此在工艺中必须设置介质热交换降温工序。水是氧气制造系统参与热交换的主要介质。根据统计计算，氧气消耗平均约为19t/万米。³。

2019年4月15日，为贯彻第19届党大会精神，国家发改委、水利部印制实施《国家节水行动方案》，大力推进社会整体节水，全面提高水资源利用效率，形成节水型生产生活方式，保障国家水安全促进了高品质的发展。如何依靠管理革新和技术革新来降低单位氧消耗水量，实现节水增效，是企业的首要大事。

二、潜力分析

在空分氧系统中，水主要用作热交换冷却介质，因此将重点放在系统中的泵、降温净化和水处理系统上。

1.降温净化

空气压缩机在压缩过程中产生大量的压缩热，使空气温度上升，出口产生约100°C的高温空气，后续过程所需的空气温度为8～15°C。目前的处理方式是高温空气进入冷塔与冷却水混合换热，净化加工空气降温。降温净化是氧气制造过程中消耗水量多、回收能力低的过程，无疑会对氧气制造水的单消耗产生显著影响。

在水冷塔内，污水氮气从底部进入，与从水冷却塔顶部进入的常温水充分接触，经过热交换，污水氮气在饱和状态下增湿排出到大气。从水冷塔顶部进入的常温水，被逆流的污水氮气冷却，部分蒸发后大量的气化潜热被带走并降温，从水冷塔底部排出后用低温水泵升压，成为空气冷却塔上部的冷却水。冷水和热气进入冷塔进行热交换时，水从上面开始，空气从下到上直接接触水换热。同时，冷水带走空气中的一部分水分和水溶性杂质，实现降温净化过程。

当水量大时，为了避免水流沿着管网流入其他设备影响整个过程，水冷塔在设计时具备溢出管，高于塔内水位数值，塔内压力高于外部大气压时水流沿着溢出管流出，产生虹膜现象。一旦发生虹膜排水，可以在内外部压力一致时停止，此时水量已所剩无几，排水量远远超过需求值，造成严重水能损失。

2.蒸发器

液体蒸发器是利用热水和气体产品的热交换实现气体外供给的设备，其效率越高，单位产品的蒸发消耗水量越少，同时也能有效控制水的消耗。液体泵是影响蒸发系统效率的直接原因，天元公司的液体泵大量采用进口泵，更换大功率泵的成本高，工时长。因此，为了提高蒸发系统的效率，应该使用其他方法。

3.泵

氧气制造系统现有设计泵有三个问题：一是部分泵的额定流量大于实际需求流量，需要节流控制流量，增加泵水消耗，相关管路、阀门容易发生泄漏故障。其次，泵启动时应达到频率运转，经常发生泄漏故障，初始流量大时应排至槽的一部分，频率启动泵在各部件受到冲击、易磨损、易泄漏、影响设备可靠性的同时造成不必要的浪费。

三、技术改造

1.水冷塔的改造

虹膜现象的出现同时应具备三个条件：来水端水位高于受水端水位;耳机不能漏气。不能在吸管内装满液体，储存气体。从破坏这三个条件着手，改变排水方式，杜绝有害的虹膜现象的发生。在原来的溢出管上开个小孔，把溢出管放进煤气里。另外，为了防止灰尘通过这个洞进入塔内，增加了一个管径小的U型管。

2.蒸发器改造

同时运行两台泵可以大大提高产品的外供给量，提高蒸发系统的效率，因此需要对蒸发器及外部各相关管道进行改造，满足两台泵同时运行的条件。将盘管分成两个部分，两台泵分别使用一侧，利用重力来缓解液体流速，从下到上进行充分的水热交换。两条管道最终并联连接，同时供应。

3.泵系统的改造

（1）频率转换改造

往泵里添加频率转换器。逆变器在不改变马达内部结构的情况下，可以通过均匀调整马达供电电源的频率，使电动机的旋转数顺畅地变化，随着电源频率的调整而增大或减少，从而达到调整水流的目的。

（2）叶轮改造

单级离心泵由底座、泵体、叶片车、机械密封、热泵外壳（蜗杆外壳）、防水环、泵盖、马达等组成。

目前，单极离心泵泵的额定出水量高，实际用水量少，泵水消耗增大，相关管路、阀门容易发生泄漏故障。在根据已知的所希望流量计算出符合要求的叶轮直径后，对水泵原有叶轮进行车削加工，减少叶轮的直径实质上变化，减少液体从叶轮中心向外缘排出的离心力其特征是降低了加入所得到的能量后液体离开边缘的速度，降低水泵额定出水量。

四、结语

水冷塔改造后，溢水管未出现虹吸现象，实现正常排水，排水量明显减少。蒸发器方式在理论上可以提高效率2倍，在实际试验中虽然没有达到理论数值，但是效率的提高非常明显，从以往的120m³/升级到h230米³/h。在对泵风车进行改造后，泵恢复了频率运转，彻底取消了節流控制，降低了水的消耗，降低了泄漏故障率。泵频率改造后，泵灵活启动，盘根等设备寿命确实延长，泄漏故障少，初期启动时不会出现排到槽内的问题。改造实施后，统计计算一年氧气生产水的单消耗量，比以前减少2%，基本达到预期，减少氧气生产水的消耗量，实现能源节约，有助于实现节能减排、降低成本和清洁生产，并补充短板有必要持续改善。

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