大型空分设备节能减排技术分析和实践

李 琪

（浙江智海化工设备工程有限公司，浙江杭州310000）

0 引言

就目前来看，我国能源资源存储量已经难以满足各领域快速生产与发展的要求。为建设节约型社会，国家相继颁布了《节约能源法》以及《能源中长期发展规划纲要》，要求节约能源目标应当落实到基层，成为各行业参与的国事。

空分设备制造行业可满足化工、建材、航空航天等诸多领域设备要求，将节能减排原则落实在大型空分设备生产制造过程中，能够最大限度提升各类资源利用率，因此，相关研究部门加快了大型空分设备节能减排技术研究工作，开发出了更多节能减排空分设备系统。

1 大型空分设备概念

大型空分设备主要以空气为原材料，通过压缩循环及深度冷却等方式将空气转化为液态，通过精馏设施将液态空气中的氧气、氮气逐步分离，以满足不同领域生产要求。现阶段我国大型空分设备种类繁多，依照基本流程，可分为高压空分设备、中压空分设备、高低压空分设备等。

大型空分设备内部结构复杂，由动力系统、净化系统、智能系统、精馏系统等组成，不同系统运行状态均可直接影响到大型空分设备的节能减排水平。

2 大型空分设备节能减排技术应用的重要意义

大型空分设备是诸多领域生产关键装备之一，能够为后续生产过程提供所需的气体。在大型空分设备生产制造过程中应用先进的节能减排技术，开发出功能完善的空分设备节能减排系统，能够最大限度节约空分设备运行过程中的能源消耗量，具有显著的生态效益。

同时，将节能减排技术应用到大型空分设备生产制造过程中，也能够切实提升设备环境适应力，节约设备后期维护成本，为相关企业创造更大的经济效益。

3 大型空分设备节能减排技术应用现状

现阶段，大型空分设备成套技术及单元技术日渐成熟，空分设备生产制造能力显著提升。大等级空分设备不断涌现，导致空分设备运行期间的能耗量进一步增多。为确保空分设备制造行业符合社会可持续发展要求，在空分设备开发与生产过程中，应用了更为先进的节能减排技术，开发出了新型节能流程。

这些先进节能技术的应用极大程度提升了大型空分设备运行过程中的提取率与热能转换率，控制了空压机排气压力，对节能减排目标的实现具有重要意义。

4 大型空分设备节能减排技术的实际应用

4.1 节能减排技术在换热器中的应用

依照节能减排目标，大型空分设备内的换热器逐渐趋向于低阻、高效，生产出功能更加完善的高压板翅式换热器正是大势所趋。现阶段，我国高压板翅式换热器已经经过了数十年的研制与创新，相应技术更加成熟，研发出的新型高压翅片被广泛出口于国外，获得了更高的经济效益。

与传统换热器相比，高效高压翅式换热器具有承压能力强、阻力低等优势，阻力因子是传统翅片结构的55%，传热因子是传统翅片结构的75%，具有更加显著的节能减排效果，是大型空分设备重要的生产方向之一。

4.2 节能技术在精馏塔中的应用

精馏塔是大型空分设备重要部件之一，可直接影响到大型空分设备运行过程中的节能减排性能。为从根本上提升精馏塔运行水平，在精馏塔优化过程中应用了更多集成式创新技术，实现了超低温下氮气、氧气等介质连续精馏目标，从根本上提升了精馏塔运行效率。

在将先进节能减排技术应用到精馏塔生产的过程中，主要对传统精溜塔内填料结构以及形态进行了优化，增强了填料过程中的通量特性，防止出现局部液泛现象，导致气体、液体短路问题出现，切实提高了精馏塔填料效率。不仅如此，在精馏塔完善过程中，还使用了结构粗糙化、成膜转化等先进技术，从根本上提升了填料过程中的传质性能和精馏塔运行效率。

同时，精馏塔还应用了分布器结构，采用分层分布排列以及孔流溢流相结合方式，研发出了功能完善的悬槽式垂直布液板，使得液体分布器的分布流量增大，对不同负荷环境的适应能力增强，分布性能更加稳定。先进的分布器结构也可提升精馏塔内部操作弹性，防止在气体集中区域出现偏流放大情况，最大限度节约了生产期间的各类资源。

4.3 节能减排技术在冷凝蒸发器中的应用

空分设备等级越大，相应的冷凝蒸发器截面积与换热面积越大，所消耗的各类能源量也越多。为从根本上提升大型空分设备生产期间的节能效率，有效解决空分设备大型化发展与设备运行能耗量增加的矛盾问题，需要将先进的节能减排技术以及理念应用在大型空分设备冷凝蒸发器的生产与完善过程中，研发出节能型立式多层结构冷凝蒸发装置，从根本上提升大型空分设备主冷机组的运行效率，控制下塔压力与空压机排气压力，确保大型空分设备的运行能够更好地满足节能减排要求。

在设计出节能型冷凝蒸发器后，还需对冷凝蒸发器进行现场安全以及性能检测，在通过性能测试后，才可在实际生产现场推广使用。

4.4 节能减排技术在透平膨胀机中的应用

20世纪80年代初，我国首次研发出了增压制动透平膨胀机组，切实提升了原有膨胀机组运行效率。为满足空分设备大型化生产要求，在传统透平膨胀机机组基础上，相关研究人员又研发出了高效低温透平膨胀机。试验测试表明，我国研发出的高效低温透平膨胀机比传统膨胀机的绝热效率高80%，在国际范围内处于领先水平。

4.5 节能减排技术在分子筛纯化系统中的应用

在大型空分设备节能减排改革过程中，分子筛纯化系统转化阀门衍生出了大口径三杆阀结构，该阀门是针对空分设备内配套分子筛纯化系统而设计，可最大限度保护空分系统开启压差。同时，阀板与阀门结构之间的密封面不会产生摩擦应力，运行寿命延长，节约了后期系统维护成本。大口径三杆阀使用于经常启闭的场合，可以满足大范围温度工作条件，从根本上保障实际生产效率，使大型空分设备在运行过程中能高效利用能源。现场运行实验表明，三杆阀在实际运行过程中具有阻力的特征，能够有效控制空分成套设备的能耗量，切实提升大型空分设备在实际运行过程中的经济效益，因此是空分设备制造行业重点发展方向。

4.6 节能减排技术在自动变负荷优化控制系统中的应用

在大型空分设备运行过程中，设备控制变量与被控变量较多，实际耦合性强，在用户用氧量呈现出周期性、间歇性、大幅度变动的情况下，只采用传统手动或单回路方式控制生产负荷难以满足节能减排要求，空放出氧气，难免造成一定的经济损失。因此，为实现大型空分设备节能减排目标，相关研究部门依照节能减排理念，研发出自动变负荷优化控制系统。

自动变负荷优化系统具有自我学习与自我修正功能，可以在运行过程中保障产品质量及生产效率，实现自动变负荷目标，控制大型空分设备在实际运行期间的气体放散率，从根本上提升了空分设备节能效果，实现了大型空分设备智能化与柔性生产目标，确保了大型空分设备的可持续发展。

5 结语

总而言之，我国大型空分设备节能减排技术日渐成熟，但与其他发达国家相比，在运行系统功能以及运行效率等方面依然存在一定差距。为实现大型空分设备、空分节能减排系统全面国产化目标，应当在空分设备节能减排系统设计与运行过程中，结合生产领域实际经营建设的各类要求，对大型空分设备内部功能不断进行完善，做好大型空分设备关键配套装置升级与转型工作，平稳推动我国空分制造行业智能化、节能化发展进程。