對(duì)當(dāng)前空分技術(shù)及內(nèi)壓縮流程的應(yīng)用作了簡(jiǎn)述，對(duì)內(nèi)壓縮流程的三大流路、最佳復(fù)熱壓力、熱端溫差、膨脹機(jī)中抽溫度等能耗影響因素做了詳盡地分析，并對(duì)其進(jìn)行了研究和探討。結(jié)合當(dāng)前空分技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了空分系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展方向和具體措施。

　　引言

　　隨著能源化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當(dāng)前大型煤化工業(yè)、大型化肥、大型鋼鐵冶煉以及集中園區(qū)式供氣的項(xiàng)目越來(lái)越多，相應(yīng)的配套空分需求也與日俱增。大型及特大型內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備已成為主流產(chǎn)品，合理組織空分流程，使之達(dá)到最優(yōu)化，降低了總的投資和消耗。

　　空分設(shè)備的原料是空氣，主要消耗的是電耗或者能源，能源消耗一般占到生產(chǎn)成本的80%以上，合理組織并設(shè)計(jì)空分設(shè)備會(huì)降低生產(chǎn)成本，從而節(jié)約能耗。而空分設(shè)備所消耗的能源是由不可逆過(guò)程引起的，盡管每一個(gè)可逆過(guò)程中所消耗的能量方式不同，但是都會(huì)產(chǎn)生有效能的損失，因而從設(shè)計(jì)角度，使得裝置在理論上已經(jīng)處于最優(yōu)化的狀態(tài)，有效能得到最大程度的利用，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)意義很大。

1、內(nèi)壓縮流程能耗影響因素

　　在能源轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移、傳遞和使用的過(guò)程中，可以有效地利用有效能發(fā)揮其功效，可無(wú)效地?fù)p失，也就是通常所說(shuō)的有效能損失，有效能的損失是不可逆的。空分設(shè)備的有效能輸入，主要用空壓機(jī)電耗、原料空氣所帶入的有效能、水泵消耗的電能、各種泵所消耗的電耗及電加熱器消耗的電能。其損失主要存在于傳熱過(guò)程、壓縮或膨脹過(guò)程、節(jié)流過(guò)程、精餾過(guò)程中。

　　內(nèi)壓縮空分流程在外壓縮流程能夠?qū)崿F(xiàn)的條件下能耗要往往較外壓縮空分流程高(外壓縮機(jī)器效率低時(shí)內(nèi)壓較外壓能耗低或者持平)。從設(shè)計(jì)角度，如果將外壓縮空分流程的能耗組成簡(jiǎn)單分為產(chǎn)品外壓縮能耗、膨脹制冷能耗、精餾能耗、液體產(chǎn)品液化能耗四部分，內(nèi)壓縮空分流程若不考慮部分產(chǎn)品外壓縮部分，僅僅考慮產(chǎn)品內(nèi)壓縮部分，則其能耗組成也可以分為四部分：產(chǎn)品增壓復(fù)熱能耗、膨脹制冷能耗、精餾能耗、液體產(chǎn)品液化能耗，以下詳細(xì)分析各因素的影響。

　　1.1、增壓復(fù)熱能耗

　　內(nèi)壓縮從本質(zhì)上說(shuō)屬于間接壓縮，復(fù)熱流體對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熱值傳遞，在一定背壓下增加其內(nèi)能。復(fù)熱有普通復(fù)熱和增壓復(fù)熱兩種;普通復(fù)熱為氣換熱;增壓復(fù)熱為含有相變的熱值高流體復(fù)熱低產(chǎn)品流體。氣體介質(zhì)的壓力越高，復(fù)熱品質(zhì)越高，冷卻品質(zhì)越低，增壓復(fù)熱采用熱值品質(zhì)較高的介質(zhì)復(fù)熱熱值品質(zhì)較低的介質(zhì)，即壓力等級(jí)要求要高一檔。

　　1.2、膨脹制冷能耗

　　膨脹制冷能耗包括熱端冷損能耗和裝置冷損及制冷產(chǎn)液能耗三部分。

　　熱端溫差越大冷量回收越少，損失就大，導(dǎo)致制冷能耗增大，但是熱端溫差擴(kuò)大后，最小溫差也被擴(kuò)大，對(duì)換熱有利，從而可以減小增壓復(fù)熱流體或者增大膨脹空氣的中抽量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)液量增大。制冷產(chǎn)液能耗一般有液體產(chǎn)品的量來(lái)定。當(dāng)液體產(chǎn)品的量大時(shí)，所需的制冷產(chǎn)液能耗也大，由于低溫膨脹機(jī)是在低溫段抽出，所以一般強(qiáng)化制冷流路在高溫段設(shè)置低溫冷氣機(jī)組或者高溫膨脹機(jī)，將冷量傳遞給熱流體，一方面降低換熱器高溫段不可逆損失，實(shí)現(xiàn)降低能耗;另一方面有外加冷源的低溫制冷循環(huán)，由于進(jìn)氣溫度降低而循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性提高，因?yàn)槠湓谳^高溫度下的制冷量通過(guò)低溫制冷循不被轉(zhuǎn)移到低溫下，而同樣數(shù)量的冷量在低溫下的品質(zhì)更高，即獲得同樣多的冷量，溫度越低消耗的功越多。

　　對(duì)于內(nèi)壓縮流程而言，一般不考慮膨脹機(jī)葉輪增大帶來(lái)的附加投資，因?yàn)樵鰪?qiáng)制冷流路，增大熱端溫差，對(duì)換熱有利，一般是節(jié)省能耗的，同時(shí)中抽溫度盡可能低，這樣有利于高溫段換熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)省能耗。

　　1.3、精餾能耗

　　精餾效率影響的另一可變因素是進(jìn)出料抽口及量的設(shè)定。產(chǎn)品抽口一般是固定的，可變抽口有污氮?dú)獬榭�，污液氮抽口及進(jìn)料口，貧液空抽口及進(jìn)料口，對(duì)于氮?dú)庋�環(huán)(下塔抽氮量大)還需要將液氮與液空混合后進(jìn)入污液氮與液空進(jìn)料口之間(進(jìn)料與組分純度接近)，以使得上塔頂部下流液體均衡，對(duì)提氬有利。

　　帶氬裝置由于富氧液空與氬氣有氣液置換(冷凝器相變換熱)，本質(zhì)上破壞了上塔精餾(但是氬組分除去后，有利于提高氧組分的純度，從而量也增加，所以制氬系統(tǒng)對(duì)制氧有增效作用)，導(dǎo)致液空蒸氣進(jìn)料口以上液氣比急劇減小;液氬進(jìn)料口以下液氣比急劇增大。而在精餾過(guò)程中液氮洗滌氬氣和氧氣，液氬洗滌氧氣，氬餾分抽口區(qū)以上段回流液不足，從而導(dǎo)致氬組分大量放散入污氮當(dāng)中，從而導(dǎo)致氬提取率大幅下降，如圖1所示。

　　在保證空分設(shè)備正常精餾工況的換熱溫差下，上塔的壓力盡可能要低，這樣有效能損失最小，同時(shí)壓力越低，精餾能耗也低。

圖1 帶氬裝置冷凝器相變換熱圖

　　1.4、液體產(chǎn)品液化能耗

　　制冷流路和液化流路，制冷流路同時(shí)會(huì)機(jī)后帶液，附帶產(chǎn)一股高品質(zhì)的低壓液體產(chǎn)品，這樣避免像中高壓液體產(chǎn)品節(jié)流后出現(xiàn)一定程度的氣化那樣會(huì)有損失，所以一般膨脹機(jī)都要求最大程度帶液。

3、結(jié)束語(yǔ)

　　隨著當(dāng)前煤化工的崛起，內(nèi)壓縮空分流程空分裝置是當(dāng)前的主流需求產(chǎn)品，內(nèi)壓縮空分流程較外壓縮空分流程形式多變，其換熱與制冷較其他流程要復(fù)雜的多。而空分裝置的流程的組織與選擇非常重要，其決定流程能耗及其先進(jìn)性，最大程度減少不可逆損失，節(jié)約能源的消耗，所以研究?jī)?nèi)壓縮流程的綜合能耗影響因素，從設(shè)計(jì)角度，對(duì)于裝置的運(yùn)行及節(jié)能而言意義重大。