空分装置的节能优化操作

顾兴博 （大庆油田化工集团醋酸分公司水气车间）

空分装置的节能优化操作

顾兴博 （大庆油田化工集团醋酸分公司水气车间）

空分系统的能耗水平，既体现空分系统本身设计、制造水平，也取决于实际运行过程中的操作。本车间空分装置主要是为造气工序提供氧气和为脱硫脱碳工序提供氮气，由杭州杭氧有限公司成套提供。采用分子筛净化空气的带增压膨胀机、液氧自增压，上塔采用填料塔，全精馏制氩的流程。装置设计生产能力为氧8 000 m3/h。根据设备和生产环境的实际情况，在满足造气车间用气量的前提下探索适合的节能降耗方法与途径，以达到空分设备运行能耗最低的目的。

空分装置 能耗 节能 改造

空分设备产品主要有氧气、氮气、氩气及液氧、液氮、液氩等。它们广泛应用于工业、农业、科技、医疗及人们的日常生活中。通常中小型空分设备数量大，应用面广。中小型空分设备属高耗能设备，空分厂（站）均属耗能大户。空分设备的运行不仅要考虑安全问题，空分设备的节能增效也越来越受到重视。现仅就大庆油田化工集团醋酸分公司水气车间空分装置的生产(工艺)操作、设备(改造)维护、节能优化等方面进行分析，并提出有效途径与方法供大家参考。

1 能耗分析

空分设备最主要消耗是电能及设备检维修、配件材料消耗费用，其次是人工成本。只要针对以上四方面采取切实的措施，就能大大降低空分设备的能耗和运行费用，提高中小型空分设备运行的经济性，实现节能降耗、增产创效。

本车间空分系统主要消耗的能源有蒸汽、除盐水、循环水、低压电和高压电。

1）蒸汽主要用在水浴蒸发器和液氧喷射蒸发器，装置正常生产时蒸汽少量投用，保证水浴蒸发器的热备用状态，故不做能耗分析。

2）除盐水用于水浴蒸发器，是一次性注满水浴蒸发器，在热备用状态无消耗，故不做能耗分析。

3）循环水主要用在空冷塔、水冷塔、空压机气体冷却器、空压机油冷却器、空压机电动机冷却器和膨胀机油冷却器。正常生产时循环水保持最大量，提高冷却效果，使设备与机组运行在最佳工况，无可调节空间，故不作能耗分析。

4）低压电主要有电加热器、调功柜、大小水泵、氩泵、装车泵和生活用电。

5）高压电只有空压机消耗。

表1 空分设计能耗一览表

从以上情况看，蒸汽、除盐水、循环水、低压电在空分装置运行过程中节能潜力不大，而主要能耗部分在空压机的耗电量上。

从2008年1月到10月，空分系统主要能耗费用如下：新鲜水用量17 540t，总计费用82 438元；循环水用量5 012 533 t，总计费用2 255 639.85元；高压电用量为2 105 6342 kWh，总计金额11 524 135.98元。空分公用工程总消耗金额为13 862 213.83元。空压机能耗约占整套空分设备运行总能耗的83.13%，所以降低空压机功率消耗，是空分设备节能的关键。

2 装置的优化操作

2.1 缩短空分设备启动时间

空分设备的启动过程是只有能量输入而无产品输出的无效能耗过程。该过程越短，无效能耗越少，经济效益越高。因此，减少启动时间与空分设备的节能关系甚大。具体操作要点如下：

1）启动初期，解决好空气中水分堵塞设备的问题。开车前加温吹扫一定要彻底，大加温结果的好坏，直接影响到开车是否顺利。加温一定要保证各个单元干燥，阀门都要畅通无阻，出口没有水分。

2）充分发挥膨胀机最大制冷能力。透平机开2台，活塞机凸轮控制在最大进气位置，保证最大进气量，尽可能增大压差。

3）及时准确操作阀门，开关到位调整及时。

注意：主冷积液时要正确认识液面上涨慢的原因，不宜操之过急。上涨慢说明膨胀机产生的冷量转移到塔板上了，精馏工况已慢慢建立。主冷开始工作要适时调整，积累液体。

2.2 降低分馏塔上塔压力

根据空分精馏原理，上塔压力的变化引起主冷凝蒸发器内液氧与下塔侧氮气之间的温差变化；上塔压力高，则液氧的汽化温度高，这样在下塔压力不变的情况下，主冷内氧氮之间的温差必然缩小，换热量减少，使下塔的回流液减少，必然引起下塔压力增高，使氮气的温度提高，从而满足主冷换热对温差的要求。随着下塔的压力提高，空压机的机后压力必然增大，这使空压机轴功率增大，耗电增加。因此，在调节精馏工况时，一定要尽量降低上塔压力。压力降低后，不但可以降低空压机出口压力（即系统压力），而且使上塔的精馏工况趋于优化，有利于氧与氩、氩与氮之间的分离。此外，在保证造气车间用气量的前提下，操作上应尽可能提高液氧、液氮和液氩提取率，使产量达到最大，这样可以提高整套空分设备的经济效益。

2.3 减少空分设备冷量损失

空分设备的冷损主要表现在四个方面：复热不足（即热主换热器热交换不完全）损失（Q2）、跑冷损失（Q3）、液态产品取出冷量损失（Q0）和塔内泄漏损失（Q1）。因此，空分设备的总冷损失为Q总=Q0+Q1+Q2+Q3。根据能量守恒原理，在稳定工况下，空分设备的产冷量应该与装置总冷损平衡。而空分设备的产冷量在没有外加冷源的条件下，是由压缩空气等温节流效应ΔHT与膨胀机的产冷量Qe两部分组成。因此，

由上式可知，减少冷量损失，可以减少制冷量，从而提高空分系统运转的经济性。由于各种客观条件的限制，冷损是不可能完全消除的，但可以采取一定的措施来减少。

2.4 延长空分设备运行周期

空分设备运行周期长，就可减少开、停机次数和加温吹除次数，也就减少了空分设备无效运转的时间。节约了电能、蒸汽、冷却水、润滑油，同时节约了人力，减轻了劳动强度，减少了设备的磨损，最终提高空分设备运行的经济性。

3 实现节能增效

3.1 纯化器再生氮气的回收利用

对出纯化器再生氮气进行回收加以利用，节约资源。

1）工艺流程：出纯化器后的再生氮气，经列管式换热器冷却后，进入油水分离器，除去氮气中冷凝下来的水分，然后经氮气缓冲罐（或氮气囊）进氮压机压缩后，送往贮罐再利用。

2）重点解决的问题：

◇再生氮气出纯化器后的压力约为0.01MPa。采用氮压机抽氮气时要防止缓冲罐出现负压；纯化器再生系统阻力加大，要防止分馏塔压力波动。

◇设备要配套。如换热器、油水分离器、缓冲罐、氮压机等选型要配套。

◇氮气回收后，氮气中含水量略增加，若要求含水量少，可增设一干燥器。

3.2 放空氧气、氮气的回收利用

在空分氧气、氮气外送阀后接管至甲醇分公司小空分装置氧、氮压机入口：本装置设计生产能力以氧气计8 000 m3/h（标准工况下），而造气装置满负荷需要氧气仅为3 600 m3/h（标准工况下），其余氧气都进行放空处理。故根据实际情况在空分氧气、氮气外送阀后接管至甲醇分公司小空分装置氧、氮压机入口，实现氧气、氮气的回收利用。

3.3 水浴蒸发器的节能改造

水浴蒸发器循环水改为除盐水：循环水中含有大量的盐离子，长时间打循环很容易形成水垢堵塞管道，如果注入除盐水，就可以解决此问题，提高换热器的换热效果，节约蒸汽量。

3.4 液体贮槽保冷效率的提高

从冷箱至3台液体贮槽的管线全部改为真空绝热管形式：本空分装置使用的是无缝钢管，其传热较快，保冷效果不好。若采用真空绝热管可提高保冷效率，减少冷量损失，提高液态产品的产量。

4 总结

随着我国国民经济持续高速发展，当前国内空分处于“黄金时期”，成为“朝阳工业”。中国工业气体行业2000年后进入快速发展阶段，2003—2005年中国气体工业产值年均增长65%，而今世界平均年增长率为12%，到2016年，中国工业气体产值将达到1 000×104元。目前，我国气体市场年销售额为360×104元左右。2006年全球工业气体销售额总计517×104美元。中国工业气体市场，2005年达到17×104美元，比2004年增长20%。预测今后5年年均增长19%，到2010年将达到40×104美元[2]。

另外氧、氮、氩等气体液化后的液体产品，推广使用后，可降低运输等费用。在工业发达国家一般使用低温槽车输送工业气体液化产品到各用户，就地汽化使用，实现“集中生产、分散供气”，达到节能增效的目的，这也是我国气体工业发展的趋势。

[1]汤学忠,顾福民.新编制氧工问答[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[2]陈允恺等编著.小型空气分离设备基础知识[M].北京:机械工业出版社,1993:385.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.012

顾兴博，2007年毕业于沈阳工业大学，助理工程师，现从事石油化工行业工艺技术工作，E-mail：guxingbo@cnpc.com.cn，地址：大庆油田化工集团醋酸分公司水气车间，163411。

2011-07-18）